Human-aware motion planning and control for a flying coworker

Planification et contrôle du mouvement d'un collaborateur volant en fonction de l'homme Le sujet des travaux de cette thèse vise à planifier les mouvements d'un manipulateur aérien (Un héxa-rotor équipé d'un bras manipulateur) aussi appelé collaborateur volant. Il est utilisé pour interagir avec des humains notamment pour transporter un objet et le remettre à un collègue humain. Le transport d'un objet par le collaborateur volant jusqu'à son destinataire humain pour le lui donner nécessite d'abord de naviguer dans un environnement comportant des obstacles et potentiellement d'autres humains pouvant eux aussi être en mouvement. Au delà du problème classique de la recherche et de l'optimisation d'un mouvement sans collision, cette phase de navigation doit tenir compte des contraintes et préférences humaines. Un aspect important concerne la lisibilité et l'acceptabilité de l'intention du robot afin d'être compris par les humains environnants et notamment son destinataire. De nombreux signaux peuvent être inscrits dans la forme et la dynamique du mouvement d'un robot. Un déplacement rapide du robot en direction d'un humain peut s'avérer inquiétant pour celui-ci. De même qu'un robot qui surgit de derrière un obstacle proche d'un humain peut surprendre. La phase de remise de l'objet à l'humain doit considérer tout ces paramètres en plus du déploiement du bras qui doit proposer un transfert de l'objet en toute sécurité et considérer le confort du collègue humain. La coordination du mouvement entre la base et le bras du collaborateur volant est un atout pour améliorer la fluidité du mouvement le long de sa trajectoire et signaler son intention au plus tôt pour que les humains puissent réagir en conséquence. La position des humains et des obstacles de l'environnement étant amenées à varier fréquemment, la planification des mouvements du collaborateur volant doit être réalisée de manière réactive et adaptative. Nous présentons KHAOS un système de planification réactive considérant les contraintes et préférences humaines en plus des contraintes cinématiques du collaborateur volant. Basé sur un algorithme d'optimisation stochastique, il déforme un chemin à l'aide de coût sociaux et cinématiques et génère une liste de points de passages donnant les positions et vitesses pour la navigation dans un espace 3D. Nous utilisons un générateur de trajectoire basé sur des B-Spline dans le but de former une trajectoire continue en temps passant par les positions et respectant les vitesses donnés par la liste de points de passages de KHAOS. En procédant ainsi nous fournissons une trajectoire respectant la cinématique du collaborateur volant à chaque instant et permettant l'exécution directe par un contrôleur bas niveau. Nous étendons ensuite les capacités de KHAOS en appliquant des contraintes supplémentaires afin qu'il puisse également planifier les mouvements du bras et de l'objet en plus de la base dans le but de naviguer et réaliser une tâche de remise d'objet. Dans cette extension, les mouvements sont planifiés de manière coordonnée permettant un mouvement fluide et sans interruption durant le déroulement de la tâche.