Utilisation du Cyberglove pour la mesure de pression

a l’int´erieur de la balle en mousse. Le d´eplacement absolu de l’utilisateur d´efinit un d´ eplace-ment de l’objet contrˆol´e.

4.4.3 Utilisation du Cyberglove pour la mesure de pression

Pour la mesure de pression, nous partons du fait que l’action de serrer la balle s’accompagne syst´ematiquement d’une fermeture progressive de la main. Plus la pression sur la balle en mousse est grande, plus celle-ci se d´eforme, la main passe d’une configuration ouverte vers une configuration ferm´ee. Il y’a donc une correspondance entre la configuration de la main et la pression globale sur la balle que nous cherchons `a mesurer.

Le principe g´en´eral de la m´ethode d’interaction est pr´esent´e en Figure 4.8.

Le probl`eme de mesure de la pression revient donc `a une mesure en temps r´eel de la confi-guration de la main. Les gants de donn´ees sont des p´eriph´eriques qui peuvent mesurer la position d’un certain nombre des jointures de la main (suivant le mod`ele). Dans le cadre de cette exp´erience, nous avons utilis´e un gant cyberglove `a 18 capteurs.

Nous avons mis en place un algorithme mettant en correspondance le degr´e d’ouverture de la main et un niveau de pression. La correspondance se fait lors d’une phase de calibration, consistant en un ensemble de mesures pr´ealables. Pour un utilisateur donn´e, nous effectuons N mesures diff´erentes en pla¸cant la main dans une configuration fixe pour chacune.

La premi`ere configuration est celle de la main ouverte, maintenant la balle en mousse sans la presser. La N-i`eme configuration est celle du serrage maximal, pour laquelle la main est

(a) Hors contrainte

(b) Dans une zone “visqueuse”

Fig. 4.8 – Principe du p´eriph´erique en commande absolue (le gant de don-n´ees cyberglove et le syst`eme de suivi de mouvements ne sont pas repr´esent´es sur ce sch´ema de principe)

referm´ee sur la balle. Les N-2 autres configurations sont les positions interm´ediaires. Pour chacune des N configurations la mesure consiste `a stocker l’ensemble des valeurs renvoy´ees par les capteurs du cyberglove. Nous cr´eons `a partir de ces mesures une base de donn´ees de M configurations (M>N), correspondant aux N configurations mesur´ees et `a M-N confi-gurations interpol´ees. Dans le prototype test´e, nous avons N=10, M=19, c’est `a dire que la r´esolution en pression du syst`eme ´etait de 19 niveaux.

On pense simuler des forces en interne avec pression sur la balle et retour visuel. Il n’a pas de concept de direction dans le positionnement du p´eriph´erique. Il s’agit d’une pression globale sur la balle. Une question pos´ee par l’utilisation de ce p´eriph´erique est proche du question-nement sur la disparit´e des forces entre les forces simul´ees et les forces ressenties, ´evoqu´ee en Section 4.3. Ici, la disparit´e est entre les forces simul´ees (contraintes de frottement ou de viscosit´e lors d’un d´eplacement dans une plan) et l’action sur le p´eriph´erique qui est une pression g´en´erale du poing sur la balle en mousse.

Comme pour le cas relatif, nous avons essay´e ce p´eriph´erique dans un exemple de d´ eplace-ment d’un cube dans et hors d’une zone “visqueuse”. Nous avons effectu´e des tests informels, les sujets d´ecrivent des sensations de frottement ou de viscosit´e `a l’int´erieur des zones de contraintes. Cependant, la majorit´e des sujets a attribu´e ces sensations uniquement au retour visuel sans mentionner de sensation de force au niveau de la main en tant que tel.

Conclusion

La contribution principale de ce Chapitre a ´et´e d’une part de mettre en place une probl´ ema-tique pour la recherche d’un retour d’effort passif en environnement immersif, d’autre part d’effectuer une ´evaluation des diff´erentes possibilit´es de mise en oeuvre.

Nous avons alors ´etudi´e en particulier deux types de solutions, avec p´eriph´erique mobile, et en forces internes permettant une manipulation directe :

En commande relative : Nous avons propos´e et test´e informellement un p´eriph´erique, constitu´e d’une poign´ee et d’un capteur de force, l’utilisateur sp´ecifie la vitesse de d´ epla-cement des objets virtuels en orientant le p´eriph´erique dans l’espace et en appuyant sur le capteur.

En commande absolue : Nous avons propos´e un p´eriph´erique utilisant une balle en mousse prise dans la paume, comme ´el´ement m´ecanique pour la r´eaction passive aux actions de l’uti-lisateur. Nous avons propos´e une m´ethode de mesure globale de la pression sur cette balle bas´ee sur la reconnaissance de la configuration de la main grˆace `a un gant de donn´ees Cy-berglove.

Pour ces deux solutions ´etudi´ees, nous avons men´e des tests informels. Les sujets devaient d´eplacer un cube `a l’aide du p´eriph´erique propos´e, sur un plan dans lequel se trouvait une

zone visqueuse. Les utilisateurs ont d´ecrit une impression g´en´erale de frottement ou de vis-cosit´e dans la zone virtuelle, mais plus comme une impression visuelle qu’une force per¸cue au travers du p´eriph´erique.

Au vu de ces r´esultats, nous allons chercher au chapitre suivant `a proposer un retour d’effort passif en forces externes.

Le retour haptique auto-contraint : une

solution de retour passif en forces

externes

Nous proposons une m´ethode de retour d’effort passif, permettant de retourner des forces externes, avec une commande absolue et un p´eriph´erique mobile dot´e de cˆables. Une interac-tion entre le sens de la vue et celui du toucher est utilis´ee pour contrˆoler les forces renvoy´ees par le syst`eme, compos´e de cˆables et d’un syst`eme de freinage.

Une ´etude est men´ee pour ´evaluer le syst`eme, consistant en deux sessions de comparaisons de viscosit´es virtuelles, une session avec utilisation du syst`eme (session haptique), une ses-sion en manipulation absolue, sans possibilit´e de retour d’effort (session purement visuelle). Nous proposons des indicateurs pour d´ecrire la performance des utilisateurs lors de la tˆache, et mesurons les forces appliqu´ees par les utilisateurs sur le p´eriph´erique.

L’´etude fait ressortir deux r´esultats principaux :

– la performance des utilisateurs est meilleure lors de la session haptique, en termes de score et de r´esolution de perception de la viscosit´e,

– la force moyenne appliqu´ee par les utilisateurs sur le p´eriph´erique croˆıt lin´eairement avec la viscosit´e simul´ee. Nous formons l’hypoth`ese que le syst`eme renvoie des forces r´eelles, et que la discrimination repose sur la comparaison de forces r´eelles effectivement renvoy´ees `

a l’utilisateur.

Enfin, nous avons install´e ce syst`eme sur le plan de travail virtuel. Nous avons effectu´e des test informels, dont les r´esultats tendent `a montrer que la version immersive est plus intuitive `

Introduction

Le retour d’effort est souvent effectu´e grˆace `a des syst`emes actifs, comme les bras `a retour d’effort ou les syst`emes `a exosquelettes retournant une force grˆace `a l’action de moteurs ou d’actionneurs pilot´es par ordinateur. La recherche dans le domaine du retour d’effort se penche aussi sur des solutions alternatives de retour d’effort, comme les retours d’effort pas-sifs. Nous nous sommes int´eress´es `a certaines techniques passives aux chapitres 2 et 4. Ces techniques sont souvent plus simples et moins coˆuteuses que les syst`emes actifs.

Nous utilisons dans ces travaux une d´efinition des syst`emes passifs qui consid`ere l’´energie m´ecanique de l’utilisateur, comme nous l’avons propos´e au Chapitre 1. Cette d´efinition, propos´ee par Swanson [87], d´efinit les syst`emes passifs comme des syst`emes qui n’ajoutent pas d’´energie cin´etique `a la main ou `a la partie du corps de l’utilisateur en contact avec le dispositif.

Les techniques de retour d’effort passif utilisant des objets rigides ou d´eformables offrent un retour d’effort par leur simple forme ou leur texture. Ces retours d’effort passifs, appel´es “props” semblent bien adapt´es pour simuler les forces de r´eaction d’objets solides comme un cockpit virtuel, des boutons de commandes ou mˆeme un mur virtuel. On peut aussi imaginer qu’ils puissent simuler les forces de r´eactions d’objets compliants (´eponge, ressort), si on dispose d’un objet r´eel ayant les propri´et´es physiques correspondantes.

Cependant, ces “props” ne peuvent pas s’adapter `a des changements dans le monde virtuel. En effet, il est difficile de changer les propri´et´es physiques des objets virtuels puisque leur repr´esentation haptique -l’objet r´eel- poss`ede des propri´et´es physiques constantes.

Des syst`emes passifs permettant de s’adapter aux changements dans l’environnement vir-tuel existent. Deux techniques principales se distinguent. D’une part, les syst`emes dissipatifs propos´es par Swanson [87] qui renvoient des forces en dissipant l’´energie cin´etique fournie par l’utilisateur, d’autre part les syst`emes gouvernables par Colgate et al. [23] qui renvoient des forces des r´eaction en r´eduisant les degr´es de libert´e du mouvement (voir Chapitre 1). Ces syst`emes utilisent des actionneurs ou des moteurs contrˆol´es par ordinateur et peuvent s’adapter `a des changements de l’environnement virtuel, c’est `a dire fournir un retour dif-f´erent pour des contraintes virtuelles diff´erentes. Cependant ces syst`emes comportent des actionneurs command´es par ordinateur et peuvent s’av´erer coˆuteux et complexes `a mainte-nir.

Le retour d’effort pseudo-haptique est une technique de retour d’effort passif qui permet de simuler des propri´et´es variables, sans utiliser d’actionneurs contrˆol´es par ordinateur. Il a ´et´e ´

etudi´e par L´ecuyer et al. dans le cadre de la simulation de raideurs de ressorts, nous l’avons ´

etendu au Chapitre 2 `a la simulation en couples de forces. Dans le cadre des ces exp´eriences, le p´eriph´erique utilis´e ´etait plac´e sur une table, et n’´etait pas destin´e `a se d´eplacer dans l’es-pace. Dans ce cas le syst`eme propos´e peut pas permettre un retour d’effort dans un espace de travail 3D.

L’objectif des travaux pr´esent´es dans ce Chapitre est de proposer un syst`eme de retour d’effort permettant de renvoyer des forces pouvant s’adapter `a des changements dans la simulation, dans un grand espace de travail, sans utiliser d’actionneurs contrˆol´es par ordina-teur.