Perception d'information par des retours vibrotactiles pour une mise en œuvre plus flexible des procédés robotisés de fabrication additive.

Vibrotactile Tactualisation of Information for a More Flexible Use of Additive Manufacturing Robot Cell.

• Auteur / Autrice : Sébastien Ibarboure
• Direction : Nadine Rouillon-Couture, Emmanuel Duc
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 22/06/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire bordelais de recherche en informatique
• Jury : Président / Présidente : Olivier Cahuc
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nadine Rouillon-Couture, Emmanuel Duc, Isabelle Pecci, Jean-Yves Hascoët, Anne Roudaut
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Pecci, Jean-Yves Hascoët

Mots clés

Mots clés contrôlés

Prototypage rapide

Interfaces utilisateur (informatique)

Réalité augmentée

Interaction humain-machine

Mots clés libres

Interface vibrotactile

Fabrication additive

Réalité augmentée

Interaction Humain-Machine

Chaîne Numérique

Industrie 4.0

Vibrotactile display

Additive Manufacturing

Augmented Reality

Human Computer Interaction

Digital Thread

Industry 4.0

Résumé

Cette thèse montre que « l’interaction directe d’un opérateur au cours de la mise en œuvre du procédé industriel de fabrication additive pour améliorer la fabrication est possible ». Aujourd’hui, la mise en œuvre de la Chaîne Numérique ne permet pas de réagir naturellement à l’apparition d’un aléa de fabrication. Or, il apparaît que la fabrication à la demande de produits engendre souvent des aléas durant le processus. La première section du mémoire est consacrée à un état de l’art sur la Fabrication Interactive à partir duquel nous proposons une boucle d’interaction Humain-Robot. Cette boucle permet l’interruption du processus automatique pour apporter une modification locale, directement depuis la cellule de fabrication. Un des verrous à lever est de permettre la perception des valeurs des critères de la fabrication par l’opérateur en temps réel et en mobilité. Pour cela, nous avons exploré les retours vibrotactiles. Ainsi, dans la seconde section du mémoire est présentée TacTool, une application web conçue et réalisée afin d’aider la conception de systèmes vibrotactiles. A partir d’une combinaison de 21 caractéristiques, sélectionnées interactivement et par catégories, l’utilisateur se voit proposer des recommandations sur la conception du dispositif de communication vibrotactile caractérisé. Ces recommandations sont sélectionnées dans un ensemble de 181 recommandations issues de la revue de 97 références comprises entre 1960 et 2020. Dans la dernière section, grâce à la conception d’un bracelet vibrotactile appelé ViMA (Vibrotactile Monitoring Armband), nous avons conçu 20 items vibrotactiles, dont nous avons évalué la capacité à être reconnus. Ainsi, cette évaluation et une enquête auprès de 27 experts de la fabrication additive, ont permis de définir 18 symboles vibrotactiles permettant d’informer un opérateur pour la surveillance des procédés automatisés de fabrication additive.

This PhD Thesis shows that “the direct interaction of an operator during the execution of an industrial additive manufacturing process to improve the fabrication is possible”. Currently, the execution of the Digital Thread for additive manufacturing does not allow to naturally react to the apparition of a manufacturing issue. Yet, it appears that the fabrication of products on demand often generates defects. The first part of this dissertation is focus on a state-of-the-art on he paradigm of Interactive Fabrication from which we propose a human robot interaction loop. This loop allows the interruption of the manufacturing process to carry out localized modifications of the fabrication, directly from the manufacturing unit. One of the challenges to solve is to allow this interaction by providing an interface that can help operators to monitor different criteria linked to the fabrication in real-time while being mobile. Thus, the second part of the dissertation presents TacTool, a web application designed and implemented to help with the creation of vibrotactile displays. From the combination of 21 features, interactively selected from 4 categories, the user can sorted out guidelines about the conception of a vibrotactile communication display that matches his or her specifications. These guidelines are picked from a set of 181 guidelines which come from the review of 97 references issued between 1960 and 2020. In the last part, thanks to the conception of a vibrotactile armband called ViMA (Vibrotactile Monitoring Armband), we have created 20 vibrotactile items for which we evaluated their capacity to be recognized by a group of users. Thereby, this evaluation and a survey with 27 experts of the additive manufacturing processes result in the creation of 18 vibrotactile symbols that can be used by an operator to monitor automatized additive manufacturing processes.