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AVERTISSEMENT

Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l'utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale.

Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr

LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10

T]NIVERSITE

DE l]vIETZ

U.F.R.

MIM THESE présentée pour I'obtention du

DOCTORAT

DE L'UNIVERSITE

DE METZ

Spécialité

Automatique

par

Pierre

PINO ROBOT

MOBILE POUR HANDICAPES MOTEURS :

EVALUATION

DU SYSTEME HOMME/IVIACHINE

Soutenue

publiquement le 06 juin 1995 devant la commission d'examen :

Rapporteurs

: F.CHAVAI\D P.

MILLOT

Examinateurs

: P. COIFFET

J.M. AI\DRE

A. PRUSKI

G. BOURHISnço165lrs+ \

ma famille "Si I'on faisait en tout ce que veut la coufume, l,on ne balaierait pas I'antique poussière du temps, et

I'erreur

montagneuse s'élèverait trop haut pour que puisse pointer I'oeil de la vérité ..." W.

SHAKESPEARE

AVAI\TPROPOS

Le travail

présenté dans ce mémoire a été réalisé au Laboratoire d'Automatique et d'Electro-

nique Industrielles de I'Université de Metz,au sein de l'équipe Capteurs et Machines Intelligentes dirigée par Monsieur le Professeur A. PRUSKI.

Je tiens

tout d'abord à remercier Monsieur F. CHAVAND, Professeur à IIE-CNAM-EVRY et

Directeur

adjoint du Centre d'étude de Mécanique d'Ile de France, ainsi que Monsieur P. MILLOT' professeur au Laboratoire d'Automatique et Mécanique Industrielles et Humaines de l'Université de Valenciennes et du Hainaut Cambrésis et Directeur de l'équipe, Pow m'avoir fait l'honneur d'accepter d'examiner ce travail en qualité de rapporteurs' Mes remerciements s'adressent aussi à Messieurs P. COIFFET, Directeur de recherche au

C.N.R.S.,

et J.M. ANDRE, professeur de Médecine et Directeur de Institut Régional de Réadapta- tion de Nancy, pour avoir accepté de siéger à la commission d'examen. Mes remerciements vont également à mon directeur scientifique de thèse Monsieur le Profes- seur A. PRUSKI de I'université de Metz qui m'a suivi pendant cette étude'

J'exprime

ma gratitude à Monsieur G. BOURHIS, Maître de Conférence de I'Université de Metz qui m'a soutenu et guidé durant ces années' Mes remerciements s'adressent aussi au personnel du Centre de Réadaptation de Lay-St-

Christophe

(54) et plus particulièrement à Messieurs H. DE BARMON et B. BRUGEROLLE. Je tiens aussi à remercier tous les expérimentateurs qui ont bien voulu participer aux expé- riences en restant patients et de bonne humeur malgré les contraintes qu'ils subissaient parfois. Enfin j'adresse mes plus vifs remerciements et ma sympathie à tous mes collègues et amis du laboratoire. SOW

Somm4ils

SOMMAIRE

LrsrE DEs FTGURES ET DES TABLEAUX """"""""""""""""""""""""""'9 rNTRoDucTroN """""""' """"""""""""""""""""""" """12 I

INTRODUCTION "..16

rr

LE FAUTEUIL ROITLANT ELECTRIQUE """"""'r7

II.1

INTRODUCTION """""17

II.2.l

Attribution des fauteuils électriques """" 18

Il.2.2Cahier

des charges """"""" "" 19 II.3 LES MoDES DE c.MMANDE D'uN FAUTEUIL ELECTRIQIIE """""" 19 .........19 ..20

II.3.3

Classification des capteurs ""'22

rI.4 coNCLusIoN suR LEs FAUTEUILS R.ULANTS ELECTRIQTTES """'24 III AIDE A LA NAVIGATION DES FAUTEUILS ROULANTS ELECTRIQUES : ETAT

DE L'ART ....24

III.I

INTRODUCTION ......24

rrr.3 ArDE A LA MOBILITE pAR MOI'VEMENTS PRE-ENREGISTRES """'33 n.5

DISCUSSION """""""41

IV

LE PROJET V.A.H.M. ...........42

IV.l ruSTIFICATION """"" """""""'42 ...................43

IV.1'3

Conclusion""""""" """""""44

IV.2

DEFINITION DU SYSTEME ""'45

IV.z.l

Architecture globale """"""'47

IV.2.2

Niveau intelligent """""""""49

lV .2-3 Niveau contrôleur """"""""" 53

IV.2.4

Niveau d'exécution """"""' """""""""'54

IV.2.5

Niveau PhYsique "" 59

La.z.J

L,-,____r J , /1

V

CONCLUSION. """or

Sommaire

CIIAPITRE

II : METIIODOLOGIE D'EVALUATION DU SYSTEME

63
I

INTRODUCTION ""64

II CONCEPTION ET EVALUATION DE L'INTERFACE H/IYI DU PROJET V'A'H'M'65 [.1.1

Analyse de la tâche """"""""66

S

II.1.3

Problèmes spécif,rques de conception de f interface du mode automatiqueT0 ..73 II.2 EVALUATION DE L'INTERFACE HOMME/\4ACHINE """"""'74 5 Il.2.2Conclusionsurl',évaluationdel'interfacehomme/machine ""'78 III

LA CHARGE DE TRAVAIL......... ""'""'78

il.1 LE CONCEPT DE LA CHARGE DE TRAVAIL ..""'' """"""""'78 III.3

LA CFIARGE DE TRAVAIL MENTALE """"'"""""' 80

IV.l

LES METHODES PHYSIOLOGIQL]ES """" """""""'81

IV.2

LES METHODES COMPORTEMENTALES """"""'82

IV.2.1

Estimation de la charge de travail à partir des performances."""""""""83 .84 IV.3

LES METHODES SUBJECTIVES """""""85

IV.3.1

Echelle de COOPER-FIARPER """"""' 85

IV.3 -2 Méthode SWAT """""""""' 86

IV.3.3

Méthode TLX """ 88

IV.4

LES METHODES TEMPORELLES """""'90

V

CONCLUSION """'93

cHAprrRE rrr : DEFrNrrroN DES CRTTERES D'EVALUATrON""""""94 I

INTRODUCTION ""'95

III

DISPOSITIFS E)GERIMENTAUX """'98

III.1

LE PROTOTYPE DU FAUTEUIL """""""'98

III.2

L'APPARTEMENT D'ESSAI ""'99

III.3

PROTOCOLES E)GERIMENTAUX "'""' 1OO

III.3.1

APPrentissage ""' 101

III.3.zScénarios

d'évaluation"""""" """""""' 102 IV ANALysE DES RESULTATS : OBSERVATIONS D'ORDRE GENERAL """"107

Sommaire

IV.I LE

MODE AUTOMATIQUE ....107

IV.2 LA

PRIMITIVE SUIU DE MUR. ..............108

IV.3 LA PRIMITIVE DE CONTOURNEMENT D'OBSTACLES .....I09 V ESTIMATION DES CRITERES D'EVALUATION ................110

V.l CRITERE

D'EFFICACITE TEMPORELLE ........ .......I IO

V.1.1 Zone

modélisée ....1l l V.1.2

Zone non modélisée......... .....117

V.2 CRITERE

DES PERFORMANCES DE LA PERSONNE ............119

V.2.1 Interface de type tout ou rien .......... .......120 V.2.2 Interface de type proportionnel............. ..126 V.3

CRITERE DE CONFIANCE ......129

V.4 CzuTERE

DU CONFORT DE NAVIGATION ............132

VI

CONCLUSION ....134

CHAPITRE 4

: RESULTATS EXPERIMENTAUX......... ...............136

I INTRODUCTION

....137 II

RESULTATS E)GERIMENTAUX ........137

II.1

PROTOCOLES E)GERIMENTAUX ...........138

II.l.2 Personnalisation

du V.A.H.M............ ...138

II.1.3

Déroulement des essais .........139

II.2 OBSERVATIONS SUR LE DEROULEMENT DES ESSAIS ....... I4I

II.2.I Essais

: premier pilote ........... l4l

II.2.2

Essais : deuxième pilote ......I43

II.2.3

Essais : troisième pilote .......145

III DISCUSSION

......147 III.I DISCUSSION D'ORDRE TECHNIQUE .......... .........t47 III.2

DISCUSSION D'ORDRE CONCEPTUEL ................149

IV

CHOIX OPTIMAL DU MODE DE FONCTIONNEMENT ...151

v

CONCLUSTON. ......156

CONCLUSION

.............................................. ........157 160
........163

REFERENCES

BIBLIOGRAPHTQUES o.........o...........................o....... ............167

Sommaire

9 LISTE

DES FIGURES

ETDESTABLEAUX

Liste des figures et des tableaux l0 LISTE

DES FIGURES

CHAPITRE

I: R'B'TIQUE M'BILE MBDICALETTa:* ji

27

CHAPITRE

II : METHoDoLoGIE D,EVALUATI'N DU SYSTEMEHOMME/IVIACHINE Liste des figures et des tableaux ll

CHAPITRE

III : DEFINITION DES CRITERES D,EVALUATI'NFigure III.I : émulation du handicap de type tout ou rien. .......................FigUre III.2 : exemoles de validatinn r-.*^--- t,âr:r^\ ....................,....96Iie*'III.2:exemplesde.validation1p"rsoo"eualide)...........

"ff:ii:i ;;itri3g::;1"i':*",i5'"',1ry*j;;ilil;il;;;;il;'"r' : : : : : : : : :; i,ffi

CHAPITRE

TV : RESULTATS EXPERIMENTAUX

Figure IV'l : pran du centre de réadaptation de Lay-saint-chdstophe (2ème étage). ..... l3gFigure IV'2 : déplacemerts automariques réalises ians r" rr"ai" iâj àuîunt r", essais. .......... .............. r4oFigure IV.3 : exemple d'une courbe du critère de confiance A" p."-âi", pilote. ................................... .....................142

inrégrer dans la planification il#;;;. ............................................ ii:raccrochage en fonction de l,environnement prochl. ................... ............... l4gptimal du mur à suiwe.

ausé par un arrêt rop tardifdu f";;;;ti ....................................................... i;Î

LISTE

DES TABLEAUX

CHAPITRJ

III : DEFINITION DES CRITERES D,EVALUATI'NTableau III.I : efficacité temporelle des modes en zone modélisée. .......Tableau III.2 : nouvelle effrcàcité temporelle des modes en zone ,oaefire* ........................................................... li3Tableau III'3 : temps d1 nTc^1urs des trois trajets réalisés en zone moaetise" (interface de type proportionner) . ... l l5Tableau III'4 : tabreau de l'efficacité tempoile des modes ,n ro* ioaelisée (oystick)..--:.. : .................... r r5l1l1l1T lT.l...:T::::T temporelle 'n 'on. non modélisée ' aepuceient dans'ie coul"i, ii"i.à." de rype rout ou rien)rabreau ru.o, tffi ô;;;;;;;;;; ;;ii.J" 1., î+r"#;;il;i; """i"r. i,'r",i;;; ;;; *;;; ild'foncrionnement er des p'otes (interface a" ryp" p.oportionnel).'.........._:::::I: :::::::::::: .......... l le

Liste des figures et des tableaux 12

INTRODUCTION

lntroduction 13

INTRODUCTION

Malgré

une rapide évolution technologique dans le domaine de I'aide technique pour les personnes

à fort handicap moteur, leur possibilité de se déplacer en fauteuil de façon autonome est

encore limitée. Certains facteurs inhérents aux handicaps du pilote viennent en effet entraver la commande des fauteuils roulants électriques usuels : capteur de commande mal adapté,lenteur dans

le contrôle de ce capteur entraînant de probables collisions, importante fatigabilité, domaine

de vision restreint, etc... La

problématique abordée dans ce mémoire consiste alors à améliorer les possibilités de

mobilité de ces personnes handicapées, augmentant ainsi leur autonomie dans la vie quotidienne. Une

solution envisageable consiste à rendre "intelligent" le fauteuil électrique en y intégrant des

techniques de déplacement développées dans le domaine de la robotique mobile. Cette

aide à la navigation intégrée au fauteuil roulant électrique doit être conçue de manière

à respecter

la présence d'une personne qui va coopérer avec la machine dans la gestion de ses déplacements. La coopération entre l'homme et la machine doit se faire naturellement en tenant compte des possibilités techniques de la machine ainsi que des capacités physiques et cognitives de la personne. Ce

mémoire s'attache alors à analyser les besoins d'une telle application, à présenter la solu-

tion

d'aide à la navigation proposée, et à définir une méthodologie d'évaluation du système homme/

quotesdbs_dbs18.pdfusesText_24