Rapport d'activité LSC: ANNEXE 4: Assistance aux personnes handicapées

Projet RMI mené en collaboration avec l’A.F.M. (association contre les myopathies)

IFRATH : Institut Fédératif de Recherche sur les Aides Techniques pour Personnes Handicapées

Introduction

L'activité du groupe systèmes complexes dans le domaine du GBM (Génie Biologique et médical) et plus précisément de ce qui était appelée robotique médicale n’est pas nouvelle mais sporadique. On peut citer le projet SPARTACUS dans les années 80 et le projet MASTER (début 90).

La thèse de Philippe Hoppenot " Robot Mobile Intelligent d'assistance aux personnes handicapées "[HOP97T], dans le cadre du projet RMI mené avec l'AFM, a permis de relancer cette activité et de nouer des contacts avec d'autres équipes de recherche, des associations représentant les utilisateurs, les centres de rééducation.

IFRATH

Objectifs

Un groupe de travail national a été créé sous l'impulsion du LASC, de l'AFM et du CEMIF. Il regroupe des personnes de compétences complémentaires (automatique, robotique mobile, mécanique, neurosciences, ergonomie cognitive, IHM, CHM, Biomécanique et Handicap, ...). Son domaine d'intérêt s'étend à l'ensemble des aides techniques palliatives.

L'introduction des techniques avancées de l'automatique et de l'informatique a permis de générer une nouvelle voie de recherche prometteuse dans le domaine de l'aide technique pour personne handicapée moteur. De plus en plus de personnes commencent à s'intéresser de près ou de loin aux problèmes liés au handicap et les contours d'une communauté scientifique commencent à se dessiner sur le plan national. De nombreux projets européens se développent actuellement avec une présence française très limitée. Il semblerait tout à fait profitable, afin de structurer cette communauté, de créer un groupement de chercheurs pour que nous mettions en commun nos réflexions et nos actions. Pour les chercheurs, plusieurs raisons concourent à travailler dans ce sens. Une structuration de nos travaux permettrait:
de créer une dynamique de recherche, en confrontant nos points de vue lors de réunions régulières et en menant des collaborations ;
de profiter de compétences et de connaissances complémentaires en évitant les redondances ;
de créer des groupes de travail dans un domaine particulier ;
éventuellement de guider des appels d'offres vers les compétences ;
d’organiser des rencontres internationales.
En outre, un groupe multidisciplinaire (automatique, informatique, mécanique médicale, psychologie, ergonomie) qui présente des compétences complémentaires :
répond à une demande des utilisateurs. L’AFM est fortement intéressée par un unique interlocuteur capable de proposer des solutions cohérentes et d’effectuer toutes les étapes nécessaires au développement d’un système d’assistance ; de la définition jusqu’à l’évaluation ;
peut envisager la participation à des projets plus complexes dont les projets européens, difficilement accessibles actuellement de part nos tailles respectives ;
est plus crédible devant des investisseurs.

Equipes de IFRATH

Domaine(s) de compétence: Robotique, Téléopération, capteurs intelligents

Domaine(s) de compétence: Contrôle moteur, Neurosciences, Communication homme-machine

Domaine(s) de compétence: Biomécanique et Handicap (Modélisation: aspect controle/commande et mécanique, contrôle moteur) et Cybernétique/Robotique (préhension et bipède)

Laboratoire d’automatique I3D/Universtité des Sciences et Technologies de Lille

Domaine(s) de compétence: Ergonomie cognitive, Interface H/M, Perception visuelle

L’émergence de solutions robotiques pour répondre à des tâches d’assistance à des personnes handicapées moteur n’est réaliste qu’à deux conditions. La première concerne le principe même de l’aide apportée par le système qui ne doit pas " faire à la place de " mais compenser les déficits d’action de la personne. Dans les faits, il faut rechercher une coopération homme-machine avec un degré de participation humaine qui peut aller de la simple intervention dans les fonctions de perception ou de décision jusqu’à la téléopération. On aboutit au concept de système semi-autonome. L’autonomie partielle du système complète le champ des possibilités de la personne, soit pour pallier les déficits liés au handicap soit encore pour réaliser des opérations fastidieuses, " aller à " par exemple.

La deuxième condition est évidemment le coût de cette assistance. Cette contrainte forte limite le degré d’autonomie de la machine en réduisant ses capacités de perception et sa puissance de traitement. Ici, la coopération permet de compléter les déficiences de la machine grâce aux moyens propres de perception, de décision et dans une moindre mesure d’action de la personne.

Parmi les grandes fonctions de la vie quotidienne répertoriées par l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé) on relève comme actions " robotisables " : porter, saisir, ramasser, déplacer. C’est pour répondre à ces objectifs qu’a été développé en collaboration avec l’AFM un projet de bras manipulateur embarqué sur un porteur mobile [HOP97T].

La première phase du projet RMI consiste à étudier les possibilités d’autonomie d’une base mobile dotée de capacités de perception de qualité métrologique moyenne. Pour y parvenir, le robot doit d’abord trouver un chemin entre sa position actuelle et un but fixé par l’utilisateur : c’est la planification. Le suivi de la trajectoire calculée est alors à réaliser : c’est la navigation. Cette seconde phase a besoin d’une donnée fondamentale : la position du robot à chaque instant pour décider de la commande à effectuer pour atteindre le but choisi. Un système de localisation performant est alors indispensable.

Pour répondre au contexte difficile, la fonction localisation présente trois niveaux de comportement adaptés aux différentes situations envisageables. Chaque comportement fait appel à des algorithmes particuliers, peu sensibles au fort taux de mesures aberrantes et à la présence d’obstacles par définition non modélisés.

Tant que la situation est jugée " normale ", le robot connaît approximativement sa position et son orientation. L’odométrie remet à jour, en ligne, cette dernière information sous la surveillance du système ultrasonore.

Quand le système se juge perdu, la décision pouvant être prise en collaboration avec l’opérateur humain, une procédure de localisation absolue, hors ligne, est activée.

Le dernier niveau correspond à l’intervention de la personne. Celle-ci juge de la situation grâce à un retour d’information constitué de deux types d’information : les mesures des capteurs après mise en forme et un indicateur de l’état de l’algorithme en cours d’exécution sur le porteur mobile.

Dans le cadre de l’assistance aux personnes handicapées, la notion de coopération joue un rôle particulièrement important. L’AFM insiste sur la participation de la personne qui doit rester active. L’étude ci-dessus montre les possibilités d’autonomie à bas coût du système proposé. Un système performant de coopération doit pouvoir apporter des solutions à un problème donné mais doit aussi laisser l’utilisateur agir lui-même s’il le souhaite. C’est particulièrement vrai dans le cadre de l’assistance aux personnes handicapées. L’autonomie partielle de la machine complète le champ d’action de la personne pour pallier ses déficiences ou réaliser des actions répétitives. La contrainte de faible coût limite le degré d’autonomie du robot par la réduction de sa capacité de perception et de sa puissance de calcul. Ici, la Coopération Homme-Machine permet de compléter la déficience de la machine grâce aux capacités de perception et de décision de la personne.

Un premier problème consiste en la localisation du robot pendant sa trajectoire. Avant de définir une stratégie d’interaction, il faut définir le contenu des échanges d’informations, spécialement l’information de retour vers l’homme. Le premier travail mené s’intéresse à la capacité de la personne à déterminer si la mission se déroule correctement. Pendant le déplacement du robot, deux types d’erreurs peuvent se produire : localisation ou blocage. L’étude se décompose en deux étapes :

- capacité du robot à détecter une erreur,

- capacité de la personne à détecter une erreur.

Le second problème abordé actuellement est la commande de la base mobile en modes automatiques (pointage d’un but sur un plan de l’environnement ou grâce à une caméra) ou en mode manuel. Une comparaison de ces différents modes de commande est analysée afin de proposer par la suite à l’opérateur des stratégies intéressantes.

La localisation d'un robot mobile disposant d'un système de perception pauvre pose de problèmes nouveaux.

L'utilisation de la technologie ultrasonore impose des algorithmes insensibles aux nombreuses mesures erronées et à une précision moyenne. Dans le contexte de l'assistance aux personnes handicapées, la stratégie de localisation est basée sur trois niveaux de comportement, en ligne, hors ligne et avec intervention de l'utilisateur. La coopération homme machine (CHM) vise à pallier les déficiences de chaque partenaire. L'homme par ses capacités de perception et de décision, la machine par ses capacités d'action. De plus, dans ce cadre applicatif particulier, la CHM doit impliquer la personne handicapée dans l'exécution de la tâche. La machine joue le rôle d'un outil intelligent.

Outre la recherche d'un maximum d'autonomie avec les moyens de perception et de traitement limité, les travaux actuels se focalisent sur la CHM et plus particulièrement sur les flux d'information transitant entre l'homme et le robot.

Le projet se poursuit avec la construction d'un prototype capable d'embarqué un bras manipulateur de type MANUS.

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