Intuitive, iterative and assisted virtual guides programming for human-robot comanipulation

Abstract

Pendant très longtemps, l'automatisation a été assujettie à l'usage de robots industriels traditionnels placés dans des cages et programmés pour répéter des tâches plus ou moins 
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\ncomplexes au maximum de leur vitesse et de leur précision. Cette automatisation, dite rigide, possède deux inconvénients majeurs : elle est chronophage dû aux contraintes 
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\ncontextuelles applicatives et proscrit la présence humaine. Il existe désormais une nouvelle génération de robots avec des systèmes moins encombrants, peu coûteux et plus 
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\nflexibles. De par leur structure et leurs modes de fonctionnement ils sont intrinsèquement sûrs ce qui leurs permettent de travailler main dans la main avec les humains. Dans 
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\nces nouveaux espaces de travail collaboratifs, l'homme peut être inclus dans la boucle comme un agent décisionnel actif. En tant qu'instructeur ou collaborateur il peut 
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\ninfluencer le processus décisionnel du robot : on parle de robots collaboratifs (ou cobots). Dans ce nouveau contexte, nous faisons usage de guides virtuels. Ils permettent aux 
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\ncobots de soulager les efforts physiques et la charge cognitive des opérateurs. Cependant, la définition d'un guide virtuel nécessite souvent une expertise et une modélisation 
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\nprécise de la tâche. Cela restreint leur utilité aux scénarios à contraintes fixes. Pour palier ce problème et améliorer la flexibilité de la programmation du guide virtuel, 
\n
\ncette thèse présente une nouvelle approche par démonstration : nous faisons usage de l'apprentissage kinesthésique de façon itérative et construisons le guide virtuel avec une 
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\nspline 6D. Grâce à cette approche, l'opérateur peut modifier itérativement les guides tout en gardant leur assistance. Cela permet de rendre le processus plus intuitif et 
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\nnaturel ainsi que de réduire la pénibilité. La modification locale d'un guide virtuel en trajectoire est possible par interaction physique avec le robot. L'utilisateur peut 
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\ndéplacer un point clé cartésien ou modifier une portion entière du guide avec une nouvelle démonstration partielle. Nous avons également étendu notre approche aux guides 
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\nvirtuels 6D, où les splines en déplacement sont définies via une interpolation Akima (pour la translation) et une 'interpolation quadratique des quaternions (pour 
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\nl'orientation). L'opérateur peut initialement définir un guide virtuel en trajectoire, puis utiliser l'assistance en translation pour ne se concentrer que sur la démonstration 
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\nde l'orientation. Nous avons appliqué notre approche dans deux scénarios industriels utilisant un cobot. Nous avons ainsi démontré l'intérêt de notre méthode qui améliore le 
\nconfort de l'opérateur lors de la comanipulation.