Contributions à l'utilisation de cobots comme interfaces haptiques à contact intermittent en réalité virtuelle

Contributions to utilize a Cobot as intermittent contact haptic interfaces in virtual reality.

• Auteur / Autrice : Vamsi Krishna Guda
• Direction : Damien Chablat, Christine Chevallereau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Robotique, Mécanique
• Date : Soutenance le 26/08/2022
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Jury : Président / Présidente : Anatole Lécuyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Damien Chablat, Christine Chevallereau, Anatole Lécuyer, Gérard Poisson, Charles Pontonnier, Fouad Bennis
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gérard Poisson, Charles Pontonnier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Robots -- Mouvements

Réalité virtuelle

Interaction homme-robot

Mots clés libres

Sécurité

Interface à contact intermittent

Prédiction de l'intention humaine

Planification de trajectoires

Collaboration homme-robot

Réalité virtuelle

Safety

Intermittent contact interface

Human intention prediction

Trajectory planning

Human robot collaboration

Virtual reality

Résumé

La réalité virtuelle (RV) est de plus en plus utilisée dans des simulations industrielles mais la possibilité de toucher les objets manque rapidement par exemple pour juger de la qualité perçue dans la conception de véhicule automobile. Les interfaces haptiques actuels ne permettent de restituer aisément la notion de texture, l’approche envisagée est donc une interface à contact intermittent. Un cobot vient positionner une surface mobile à l’endroit du contact avec un objet virtuel pour permettre un contact physique avec la main de l’opérateur.Les contributions de cette thèse portent sur plusieurs aspects : le placement du robot, la modélisation de l’opérateur, la gestion du déplacement et de la vitesse du robot et la détection des intentions de l’opérateur. Le placement du robot est choisi pourpermettre d’atteindre les différentes zones de travail et pour assurer une sécurité passive en rendant impossible au robot de heurter la têteet le buste de l’opérateur en position normale de travail, i.e. assis dans un fauteuil. Un modèle de l'utilisateur, incluant un torse et desbras, est conçu et testé pour suivre les mouvements de l'utilisateur en temps réel. L’interaction est possible sur un ensemble de pose prédéfinies que l’utilisateur enchaine comme il le désire. Différentes stratégies sont proposées pour prédire les intentions de l'utilisateur. Les aspects clés de la prédiction sont basés sur la direction du regard et la position de la main de l'utilisateur. Une étudeexpérimentale ainsi que l'analyse qui en découle montrent l’apport de la prise en compte de la direction du regard. L’intérêt d’introduire des points dit « de sécurité » pour éloigner le robot de l’opérateur et permettre des déplacements rapides du robot est mis en évidence.

Virtual reality (VR) is evolving and being used in industrial simulations but the possibility to touch objects is missing, for example to judge the perceived quality in the design of a car. The current haptic interfaces do not allow to easily restore the notion of texture, therefore an approach is considered “intermittent contact interface” to achieve this. A cobot positions a mobile surface at the point of contact with a virtual object to allow physical contact with the operator's hand. The contributions of this thesis concern several aspects: the placement of the robot, the modeling of the operator, the management of the displacement and the speed of the robot and the detection of the operator's intentions. The placement of the robot is chosen to allow reaching the different working areas and to ensure passive safety by making it impossible for the robot to hit the head and chest of the operator in a normal working position, i.e. sitting in a chair. A model of the user, including a torso and arms, is designed and tested to follow the user's movements in real time Interaction is possible on a set of predefined poses that the user chains together as desired. Different strategies are proposed to predict the user's intentions. The key aspects of the prediction are based on the gaze direction and the hand position of the user. An experimental study as well as the resulting analysis show the contribution of taking into account the gaze direction. The interest of introducing "safety" points to move the robot away from the operator and allow fast robot movements is highlighted.