Pr´ esentation de l’exp´ erimentation

6.4.2.1 Dispositifs de la plateforme EVR@ mis en jeu

Les dispositifs mat´eriels que nous avons utilis´es pour la r´ealisation des exp´erimentations sont les suivants :

– La st´er´eoscopie active ;

– Le syst`eme `a retour d’effort `a taille humaine SPIDAR (tracking de la position de la main et/ou retour d’effort) ;

– Le tracking optique ART et Flystick (tracking de la position de la main et/ou contrˆole d’application).

6.4.2.2 Environnement virtuel et retours sensoriels : description et sp´ecificit´es L’environnement virtuel avec lequel nous avons r´ealis´e les exp´erimentations est com-pos´e d’un robot Fanuc LR Mate 200i simul´e et d’un socle sur lequel sont pos´es trois objets virtuels de forme et de couleur diff´erentes (voir la figure 6.13) : un cylindre de couleur jaune, un cube de couleur bleu et un prisme de couleur rouge. Le socle contient en plus, des emplacements de d´epose correspondant `a ces trois objets virtuels. L’environnement se rapproche donc tr`es fortement de l’environnement r´eel du robot FANUC du site esclave d’IBISC. Dans notre environnement virtuel `a ´echelle 1, les objets sont chacun inscrits dans un parall´el´epip`ede de dimension (H6cm,P3cm,L3cm). Ils sont ´eloign´es les uns des autres d’un peu moins de deux centim`etres.

Une aide est propos´ee au sujet pour l’assister dans la r´ealisation des tˆaches de s´election et de manipulation. Il s’agit du retour d’effort, mis en œuvre dans les deux cas suivants :

1. lorsque la pince du robot rentre en contact avec la surface horizontale d’un objet ou le socle ;

6.4. EXP ´ERIMENTATION ET ´EVALUATION

(a) Vue a´erienne du monde virtuel exp´erimental

(b) Sc`ene virtuelle que voit le sujet au d´ebut d’un essai

Fig. 6.13 – L’environnement virtuel exp´erimental.

Cette aide est r´ealiste dans le cas ou l’exp´erimentation se d´eroulerait sur le robot FA-NUC r´eel, car sa pince peut ˆetre munie d’un capteur `a retour d’effort. Elle ne n´ecessite donc pas l’aide d’un mod`ele de l’environnement distant comme le pr´esuppose Follow-Me.

En r´esum´e, notre environnement de test poss`ede les particularit´es suivantes :

– La cam´era virtuel est fixe lors des exp´erimentations : le point de vue du sujet sur la sc`ene ne peut pas ˆetre modifi´e par celui-ci ;

– Les indices visuels pour appr´ehender la profondeur sont relativement pauvres (hor-mis l’utilisation de la st´er´eoscopie) ;

– Les socles de d´epose associ´es aux trois objets ont une taille et une orientation iden-tiques `a la base de ceux-ci ;

– Le retour d’effort permet au sujet de ”sentir” le contact de la pince du robot avec la surface plane horizontale de chaque objet (lors de la s´election) et de ”sentir” le contact de l’objet saisi avec le socle de d´epose.

Le sujet peut donc utiliser le retour d’effort pour s’assurer du positionnment verti-cal correct de la pince (s´election) ou de l’objet `a d´eposer (manipulation). La pr´ecision de ce positionnement a ´et´e mesur´ee et est d’environ 1 millim`etre. Cependant, lors de la s´election, le sujet ne peut pas pr´ecis´ement estimer la position en Z de la pince par rapport `

a l’objet.

Notre environnement virtuel a donc ´et´e con¸cu pour que, d’une part, certains sujets puissent avoir du mal `a appr´ehender la position de la pince en Z (pour la s´election d’un objet et la d´epose) en raison du manque d’indices visuels sur la profondeur et que, d’autre part, le retour sensoriel pour d´eterminer si un objet peut ˆetre saisi ou non, soit impr´ecis. En faisant cela, nous souhaitons voir si l’usage des zones de manipulation interm´ediaire et pr´ecise de Follow-Me permet d’aider le sujet face `a un retour visuel pauvre.

6.4.2.3 Conditions de saisie et de d´epose d’un objet

Dans le cas de l’utilisation d’un robot r´eel, la tol´erance pour la s´election (T_s) et pour la d´epose (T_d) d´ependent de la g´eom´etrie de la pince et du support de prise de l’objet, ainsi que de la g´eom´etrie de la zone de d´epose de l’objet. Dans notre exp´erience, nous consid`ererons qu’un objet virtuel est s´electionnable si la pr´ecision en s´election est inf´erieure `

a T_s ou qu’un objet est d´eposable si la pr´ecision en manipulation est inf´erieure `a T_d.

6.4.2.4 Assistances li´ees `a Follow-Me

L’impl´ementation de Follow-Me dans notre exp´erience sp´ecifie des zones interm´ediaire et pr´ecise pour chacun des trois objets ainsi que pour chacune des trois zones de d´epose (voir les figures 6.14 et 6.15). Leur forme est parall´el´epip´edique de dimension (H15cm,-P3.5cm,

L3.5cm) pour les zones de manipulation pr´ecises et de dimension (H20cm,P4.5cm,L4.5cm) pour les zones de manipulation interm´ediaires. Nous pouvons remarquer que les zones de manipulation interm´ediaires et pr´ecises des objets sont tr`es proches les unes des autres. Cela peut induire des erreurs de saisie ou de d´epose si la pince rentre dans une zone de manipulation pr´ecise non d´esir´ee par le sujet.

Fig. 6.14 – G´eom´etrie des zones interm´ediaires.

Lorsqu’un objet peut ˆetre saisi (la distance de la pince `a la position id´eale de saisie est inf´erieure `a T_s), la pince change de couleur et devient verte. De mˆeme, lorsqu’un objet peut ˆetre d´epos´e (la distance de l’objet s´electionn´e `a la position id´eale de d´epose est inf´erieure `a T_d).

6.4.2.5 Description g´en´erique d’un essai et des informations recueillies Le sujet doit s´electionner et manipuler successivement trois objets (un cube, un cy-lindre et un prisme), par l’interm´ediaire du robot FANUC simul´e, pour les d´eposer dans des emplacements cibles correspondant `a chacun des trois objets. L’ordre de s´ election/mani-pulation des objets est laiss´e libre `a l’utilisateur. Le temps maximum imparti est de 3

6.4. EXP ´ERIMENTATION ET ´EVALUATION

Fig. 6.15 – G´eom´etrie des zones pr´ecises.

(a) La pince du robot franchit la zone de manipulation interm´ediaire de l’objet bleu

(b) La pince du robot franchit la zone de manipulation interm´ediaire de l’emplacement de d´epose de l’objet bleu

minutes. Au d´ebut d’une des trois tˆaches de s´election d’un essai, le robot est remis en position initiale.

Un essai est donc d´ecompos´e en 6 tˆaches ´el´ementaires : 3 tˆaches de s´election et 3 tˆaches de manipulation. Pour chacune des tˆaches ´el´ementaires, nous recueillons les informations suivantes `a la fin de l’essai :

– La dur´ee de la tˆache ´el´ementaire, not´ee t_e;

– La pr´ecision de la tˆache ´el´ementaire, not´ee p_e (diff´erence de position entre le point 3D de s´election ou de d´epose r´eel et le point 3D de s´election ou de d´epose id´eal) ; – La valeur absolue maximum des vitesses de collision pendant l’ex´ecution de la tˆache

´el´ementaire, not´ee v_e : pour une s´election, il s’agit de la vitesse de collision de la pince du robot avec l’objet `a s´electionner, alors que pour une manipulation, il s’agit de la vitesse de collision de l’objet s´electionn´e avec le socle. Dans le cas id´eal, la vitesse de collision est nulle.

La performance de la tˆache ´el´ementaire, not´ee P er, peut donc ˆetre d´eduite des trois mesures pr´ec´edentes et constitue une information suppl´ementaire recueillie. Elle est cal-cul´ee de la mani`ere suivante :

P er = s (^te s_te⁾ 2+ (^pe s_pe⁾ 2+ (^ve s_ve⁾ 2 (6.1)

Avec s_te (resp. s_pe, s_ve), ´ecart-type de l’ensemble des t_e(resp. p_e, v_e) pris sur la totalit´e de l’exp´erience.

P er est donc une variable sans dimensions, qui donne une importance ´egale aux trois types de mesures : temps, pr´ecision et vitesse de collision.

Dans le cas o`u un essai n’est pas termin´e au bout de 3 minutes, toutes les tˆaches ´

el´ementaires non effectu´ees enti`erement sont associ´ees avec un ´echec. t<sub>e</sub>, p<sub>e</sub>, v<sub>e</sub> et P er associ´ees `a ces tˆaches non achev´ees ne sont pas comptabilis´es.

Enfin, l’´evolution temporelle de la position de la pince est enregistr´ee du d´ebut `a la fin de chaque essai. Elle permet, ´eventuellement, de comprendre la strat´egie mise en place par le sujet pour accomplir les tˆaches qui lui sont demand´ees et peut ˆetre un retour d’informations pr´ecieux pour am´eliorer notre technique.

6.4.2.6 Les diff´erentes cat´egories d’essais

Afin de tester les deux techniques Main Virtuelle Simple et Follow-Me, nous propo-sons d’effectuer des essais en faisant varier un ensemble de param`etres li´es au contexte exp´erimental :

– Le tracking de la main de l’utilisateur est effectu´e par le Flystick pour la moiti´e des essais (grande pr´ecision du capteur : 0.1mm en position) et grˆace au SPIDAR pour l’autre moiti´e des essais (moins pr´ecis : au moins un ordre de grandeur sup´erieur au Flystick). Dans le premier cas, le sujet saisit le Flystick avec sa main dominante et prend l’effecteur du SPIDAR dans l’autre main pour ressentir les efforts ´eventuels.

6.4. EXP ´ERIMENTATION ET ´EVALUATION

Dans le second cas, c’est l’inverse et le Flystick sert uniquement pour le contrˆole d’application (saisie, d´epose d’objets)⁶. Cela forme deux grandes cat´egories d’essais, grˆace auxquelles nous souhaitons tester l’influence de la pr´ecision du tracking sur la performance des tˆaches de s´election/manipulation.

– D’un autre cˆot´e, nous proposons de confronter les techniques d’interaction 3D M.V.S. et Follow-Me. Cela forme deux autres cat´egories d’essais.

– Sachant que la technique Follow-Me induit par construction une grande pr´ecision en s´election et manipulation, nous souhaitons tester la technique M.V.S dans deux cas diff´erents :

1. Dans le premier cas, nous demandons au sujet d’effectuer la tˆache de s´ election/-manipulation le plus rapidement possible et nous imposons des tol´erances T_s et T_d peu contraignantes (1 centim`etre).

2. Dans le second cas, nous demandons au sujet d’effectuer l’essai le plus pr´ eci-s´ement possible et nous imposons des tol´erances T_s et T_d plus restrictives (3 millimetres), qui correspondent aux tol´erances acceptables dans l’application r´eelle du robot FANUC dans le projet ARITI.

En r´esum´e, nous proposons six cat´egories d’essais :

(1) Main Virtuelle Simple avec le Flystick, en donnant l’instruction `a l’utilisateur d’ˆetre le plus rapide possible ;

(2) Main Virtuelle Simple avec le SPIDAR, en donnant l’instruction `a l’utilisateur d’ˆetre le plus rapide possible ;

(3) Follow-Me avec le Flystick, en donnant l’instruction `a l’utilisateur d’ˆetre le plus rapide possible ;

(4) Follow-Me avec le SPIDAR, en donnant l’instruction `a l’utilisateur d’ˆetre le plus rapide possible ;

(5) Main Virtuelle Simple avec le Flystick, en donnant l’instruction `a l’utilisateur d’ˆetre le plus pr´ecis possible ;

(6) Main Virtuelle Simple avec le SPIDAR, en donnant l’instruction `a l’utilisateur d’ˆetre le plus pr´ecis possible.

La figure 6.17 montre les diff´erentes cat´egories d’essais qu’un sujet doit effectuer.

Fig. 6.17 – Repr´esentation des diff´erentes cat´egories d’essai.

6.4.2.7 D´eroulement des exp´eriences

Chaque sujet effectue cinq s´eries de six essais : une s´erie est une succession d’essais de cat´egorie 1, puis 2, puis 3, puis 4, puis 5, puis 6. Afin de prendre en main les p´eriph´eriques et le fonctionnement de l’exp´erience, chaque sujet teste chacune des cat´egories d’essais une fois.

Avant de d´ebuter l’exp´erience, on demande au sujet de respecter la contrainte li´ee `a chaque essai le mieux possible. La dur´ee totale d’une exp´erience pour un sujet est com-prise entre 45 minutes et 1 heure et 30 minutes. Les sujets peuvent prendre une pose entre deux s´eries d’essais s’ils le souhaitent. `A la fin de l’exp´erience, le sujet remplit un questionnaire sur le retour qualitatif de l’exp´erience.