Frail human assistance by a humanoid robot using multi-contact planning and physical interaction using : multi-contact planning and physical interaction

Aide à domicile au moyen de robots humanoïdes : assistance au mouvements en interaction physique multi-contacts Alors que le pourcentage de seniors parmi la population mondiale augmente, la quantité de personnel soignant qualifié pour l’aide à cette catégorie de personnes est elle en perpétuelle diminution. Cette thèse défend l’idée que l'utilisation des technologies robotiques pour une assistance physique pourrait contribuer à maintenir l'autonomie et la qualité de vie des personnes fragiles, et par conséquent un maintien à domicile plus long. Les robots humanoïdes peuvent prendre part à une telle vision, notamment pour effectuer les tâches à valeurs non ajoutées pour le personnel soignant ou la famille.Au cours de ce travail, une attention plus particulière est portée à l’utilisation de la plateforme humanoïde, Pepper, premier robot humanoïde produit en grande série. Le choix de cette plateforme est motivé par son accessibilité lié à son coût mais également par sa conception voulue sociale, qui le rend convivial ; ses capacités de communication multimodales facilitent grandement certaines tâches.Dans ce cadre, nous avons développé une méthode de détection de contact basée sur les capteurs proprioceptifs. Afin de maintenir le coût du robot, la détection du contact utilise uniquement les capteurs déjà présents sur le robot. Il s’agit pour le robot de détecter les collisions avec l’environnement, et plus spécifiquement la détection de l’interaction physique homme/robot. L’intégration de la méthode proposée passe par l’analyse du signal de retour des capteurs pour ajuster la réponse en temps réel du robot à l’événement de contact détecté.Ensuite, nous avons abordé le problème de la planification de la posture des robots humanoïdes dans le contexte de l'interaction physique homme-robot. Nous avons revu le framework de génération de posture basé sur l'optimisation non linéaire avec les composants nécessaires qui permettent de planifier une posture en contact avec un nuage de points issu de la perception de la personne à assister. Le pipeline de traitement du nuage de points proposé fournit les structures de données nécessaires pour formuler le problème de génération de posture pour qu'un robot puisse initier une tâche d'assistance physique.Suite aux discussions avec un centre EHPAD, un premier scénario d'interaction entièrement autonome est proposé pour initier le processus d'assistance. Un contrôleur dans l’espace des tâches formulé comme un programme quadratique est développé pour que Pepper puisse atteindre une personne, effectuer une communication multimodale et établir plusieurs contacts physiques de manière totalement autonome. La performance du contrôleur est démontrée par une expérience réelle. Tous les outils logiciels développés pour effectuer le contrôle du corps entier des robots humanoïdes de SoftBank sont mis à la disposition du public et sont documentés en détail.Enfin, nous avons entamé le problème de l'assistance physique à des mouvements prédéfinis. Nous présentons une méthodologie de contrôle adaptative qui permet au robot Pepper de fournir les forces d'assistance nécessaires pour accompagner un mouvement effectué (ici le bras) par une personne avec une suppléance des couples articulaires. Nous présentons les résultats préliminaires pour l’approche proposée.Nous concluons notre thèse par une discussion sur les résultats obtenus et les perspectives futures de la recherche concernant l'interaction physique homme-robot pour l'assistance physique au mouvement.