Les organes de commandes

III. Interface de commande et retours sensoriels

Dans la section précédente, nous avons parcouru les principales thématiques de recherche liées aux simulateurs de fauteuil roulant. Les objectifs et les utilisateurs finaux sont nombreux. Cette diversité se retrouve également dans les choix de conception de la plateforme robotique proprement dite. Dans cette section, nous parcourons les différentes solutions technologiques et ressources robotiques rencontrées dans les simulateurs présents dans la littérature afin de décrire l’interaction et l’immersion éventuellement disponibles dans un simulateur de fauteuil roulant.

Figure 9 : Schéma fonctionnel d’un simulateur avec focus sur l’interaction et l’immersion

1. Les organes de commandes

Une interface de commande est en réalité une interface Homme-Machine. Il s’agit d’une interface de communication directe (via un dispositif non-invasif) entre un usager et un dispositif externe (un ordinateur dans la plupart des cas). Outre le clavier et la souris, présents sur tous les ordinateurs, il existe deux principaux types d’organe de commande.

Joystick

Dans le cas de la conduite en fauteuil roulant, l'utilisateur pilote souvent le fauteuil virtuel à l'aide d’un joystick. Le joystick permet de mieux reproduire la tâche de conduite en fauteuil produisant les mêmes actions pour piloter le fauteuil qu'en réel.

Le joystick utilisé peut être commercial (Figure 10). (Palmon, Oxman, Shahar, & Weiss, 2004) ont créé un simulateur de réalité virtuelle permettant de circuler dans des environnements à l'aide d'un joystick commercial à retour d'efforts. Dans ce cas précis, le retour d'effort permet de générer des vibrations en cas de choc avec l'environnement.

Ch ap itre 2 Les si m u lat eu rs de fau te u ils ro u lan ts 20

Figure 10 : Exemple de joystick de jeu Figure 11 : Exemple de joystick de fauteuil roulant électrique

Malgré l'apport de retour d'effort et de facilité d'intégration, certaines études préféreront utiliser un joystick de fauteuil roulant réel (Figure 11). Ils ont une forme et un contrôle commande adaptés à la conduite en fauteuil roulant. De plus, ils peuvent être adaptés à l'utilisateur. De manière simple, (Desbonnet et al., 1998) utilisent un joystick couplé à une simulation 3D affichée sur un ordinateur. La simulation propose des scénarios d'entrainement en fauteuil roulant électrique pour les enfants. La simulation utilise le joystick réel de l'utilisateur via une communication par un bus de données dédié. (A. Harrison et al., 2000) testent les différences de performances en manœuvrabilité et en recherche de chemin entre situation réelle et virtuelle en utilisant un joystick.

Il existe différents types de joystick que l'on peut aisément tester en simulation : les joysticks

conventionnels et les joysticks isométriques⁴. (Cooper et al., 2002) comparent les performances

d'utilisation de ces deux types de joystick entre réel et virtuel pour évaluer le joystick le plus efficace lors d'essais sur un simulateur. (Mahajan et al., 2011) quant à eux étudient une trajectoire réalisée en 3D à l’aide de ces joysticks afin d'évaluer la fatigue et la surcharge cérébrale causées par l'utilisation du simulateur.

Les joysticks peuvent également servir d'entrée pour l'évaluation de comportement en simulation (Archambault et al., 2011). La classification des individus à partir du calcul d’indicateurs de performances regroupe les individus selon des classes de comportement. Ces indicateurs de performances peuvent être extraits suite à l’analyse des actions de l’utilisateur sur le joystick pendant une phase de conduite. Les phases de conduite peuvent être simulées à l’aide d’un EV. Ce dernier permet alors de procéder à des extractions de données dans des conditions reproductibles et entièrement contrôlées.

Le joystick est l’interface de commande la plus répandue pour piloter des fauteuils roulants dans des EV. Quoique seuls les fauteuils roulants électriques utilisent un joystick, il reste l’organe de commande le plus intuitif et le moins coûteux. Il n’est cependant pas suffisant pour l’apprentissage de conduite en fauteuil roulant manuel.

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Un joystick isométrique est un joystick pour lequel l'entrée dépend de la force exercée plutôt que de la position.

Ch ap itre 2 Les si m u lat eurs d e fau te u ils ro u lan ts 21 Interface Cerveau-Machine

Une Interface Cerveau-Machine ou Brain Computer Interface (BCI) est une interface de communication entre un cerveau et un ordinateur (Figure 12).

Figure 12 : Interface Cerveau Machine (BCI) pour la 3D

A l'aide d'un casque muni d'électrodes placées sur le crâne, il est possible d’acquérir les signaux cérébraux passants à travers la boite crânienne (appelés signaux EEG). L'ordre de grandeur de ces signaux électriques ne dépasse pas le microvolt et les signaux acquis sont très fortement bruités. Une

interface similaire peut être utilisée pour analyser l'état de muscles faciaux par Electromyographie⁵.

L'étude de ces signaux permet de traduire les volontés de l'utilisateur par l’intermédiaire de l’activité musculaire ou cérébrale en actions spécifiques dans l'environnement virtuel.

Les Interfaces Cerveau-Machine sont utilisées pour le contrôle d’un fauteuil roulant pour des personnes ne possédant pas de contrôle de leurs membres supérieurs tels que les personnes atteintes de myopathie, les empêchant d’utiliser un joystick ou la main courante. (Firoozabadi et al., 2008) et plus récemment (Silva, Morere, Naves, de Sa, & Soares, 2013) se servent d'Electromyographie (l'activité des muscles faciaux) pour réaliser leur commande tandis que (Grychtol et al., 2009) se sert de signaux EEG. La complexité des traitements de signaux limite ces interfaces à l'activation des commandes simples de type : tourner à gauche/droite, avancer/reculer et s'arrêter.

Il est également possible de fusionner les interfaces pour créer des interfaces hybrides. (Kalunga, Chevallier, Rabreau, & Monacelli, 2014) fusionnent la BCI et une interface de contrôle 3D sans contact afin de piloter des objets mobiles en simulation. L’interface de contrôle 3D permet de piloter l’objet de manière standard (par translation et rotation) tandis que la BCI sert à activer des réponses préprogrammées (dans le cas présent se diriger vers un point précis nommé raccourci). Ils démontrent que la combinaison des deux interfaces diminue le temps et la distance de parcours. L'étude de signaux BCI peut engendrer des commandes non désirées et donc des réactions imprévues voire dangereuses en cas de test réel. L’utilisation de simulateurs de fauteuils roulants permet de tester et valider le comportement de fauteuils roulants réel.

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L’électromyographie est l’étude et la compréhension des signaux électriques musculaires. Cela permet, entre autre chose, d’étudier la qualité de la contraction musculaire chez un patient.

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