Contribution à la stratégie de commande d'un manipulateur mobile bi-bras pour une manipulation interactive d'objets : application à l'assistance des personnes âgées.

Contribution to control bi-arm mobile manipulator for interactive manipulation of objects : application in elderly assistance.

• Auteur / Autrice : Jordan Nowak
• Direction : Philippe Fraisse, Andrea Cherubini
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes Automatiques et Micro-Électroniques
• Date : Soutenance le 07/06/2022
• Etablissement(s) : Université de Montpellier (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Christine Azevedo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Bonnet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rachid Alami, Charles Fattal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transmissions automatiques

Personnes âgées dépendantes

Robotique

Mots clés libres

Robotique

Personne âgée

Interaction

Assistance

Transmettre un objet

Robotics

Older adult

Interaction

Assistance

Hand over an object

Résumé

En raison d'une baisse de la mortalité des enfants de moins d'un an et des personnes âgées de plus de 70 ans, l'espérance de vie augmente. Le nombre de naissances est également beaucoup moins élevé que pendant les années du baby-boom. Ces raisons ont pour conséquence de rendre la population mondiale de plus en plus vieillissante. La majoration de cette population âgée nous met face à de nouvelles problématiques. En effet, leurs âges avancés augmentent le risque de perte d'autonomie et tend à rendre cette population de plus en plus dépendantes. Il est donc essentiel de réfléchir dès a présent à ces enjeux et de trouver des solutions adaptées. Des sociétés proposent dès à présent des robots assistants, pouvant rendre des services et assister des personnes à leurs domiciles ou en institution. Les professionnels de santé s'intéressent également sur l'aide que peut proposer ces nouveaux outils afin d’alléger certaines de leurs tâches répétitives, ou directement pour apporter des services auprès de leurs patients et ainsi compléter leurs prises en charge existantes.L'objectif de nos travaux de recherche consiste à mettre en place un service d’aide robotisé capable d’apporter un objet du quotidien à une personne âgée au sein d'un EHPAD (Établissement d'Hébergement pour Personnes Âgées Dépendantes) ou au sein même de son domicile. Ce service a pour objectif de réduire les déplacements de la personne afin de limiter ses risques de chute, d'optimiser son environnement de vie, améliorer son confort, et enfin de préserver son autonomie. Nous proposons donc un framework se basant sur le modèle bio-mécanique des membres supérieurs de l'humain et l'effet de la manipulabilité et de la gravité sur la position de transfert. La contribution de nos recherches porte sur la génération d'un espace de transfert adapté à la morphologie et aux préférences de l’utilisateur. Nous introduisons un nouveau paramètre pertinent pour le confort de l’individu, qui est l’indice de gravité. Il permet de minimiser les efforts exercés sur les articulations du bras de l'humain lors du transfert. Nous nous adaptons aux caractéristiques physiques de l’individu, c’est-à-dire que nous sommes capables de définir une zone de transfert personnelle qui tient compte de son poids, de sa taille, de ses amplitudes articulaires, ainsi que de ses préférences. Enfin, pour apporter des objets au plus près des personnes dépendantes, nous intégrons également la géolocalisation et la navigation du robot au sein d'un EHPAD.L'ensemble de nos développements ont pu être testés et validés au cours d'expérimentations impliquant des personnes âgées avec le robot humanoïde Pepper. Ces expérimentations ont eu pour objectif d’analyser la pertinence de la zone de transfert générée. Les résultats montrent que les déplacements du robot et la zone atteinte pour le transfert sont satisfaisants pour récupérer l'objet dans de bonnes conditions. Les réponses aux questionnaires proposés pour ces études tendent à faire ressortir une préférence générale envers les zones les plus proches d'elles. C'est à dire avec une forte disponibilité de l'objet et donc peu de mouvements à effectuer pour le récupérer. Les personnes présentant des limitations articulaires sont également satisfaites de la position de transfert proposée qui leur semble bien adaptée à leurs conditions.

Due to a decline in the mortality of children under the age of one and people over the age of 70, life expectancy is increasing. The number of births is also much lower than during the baby boom years. These reasons have the consequence of making the world's population increasingly aging. The increase in this elderly population brings us new challenges. Indeed, their advanced ages increase the risk of loss of autonomy and tends to make this population more and more dependent. It is therefore essential to think about these issues now and find appropriate solutions. Companies are now offering robot assistants which can provide services and help people at home or in institutions. Health professionals are also interested in the help that these new tools can offer in order to lighten some of their repetitive tasks, or directly to provide services to their patients and thus supplement their existing care.The objective of our research is to set up a robotic assistance service capable of bringing an everyday object to an elderly person in a nursing home or in even from his home. The aim of this service is to reduce the movement of the person in order to limit their risk of falling, to optimise their living environment, to improve their comfort, and finally to preserve their autonomy. We propose a framework based on the bio-mechanical model of the human upper limbs and the effect of manipulability and gravity on the transfer position. The contribution of our research focuses on the generation of a transfer space adapted to the morphology and preferences of the user. We introduce a new relevant parameter for the comfort of the individual, which is the gravity index. It minimises the forces exerted on the joints of the human arm during the transfer. We adapt to the physical characteristics of the individual, i.e., we are able to define a personal transfer zone that takes into account their weight, height, joint amplitudes and their preferences. Finally, in order to bring objects as close as possible to dependent people, we also integrate the geolocation and navigation of the robot within a nursing home.All of our developments have been tested and validated during experiments involving elderly people with the Pepper robot. These experiments aimed to analyse the relevance of the generated transfer zone. The results show that the robot’s movements and the area reached for the transfer are satisfactory for retrieving the object in good conditions. The answers to the questionnaires proposed for these studies tend to show a general preference for the areas closest to them. That is to say with a high availability of the object and therefore few movements required to retrieve it. People with joint limitations are also satisfied with the proposed transfer position which seems well suited to their conditions.