Thèses pourvues

Titre

« Reconnaissance de gestes et actions, pour la collaboration hommes-robots sur chaînes de montage »

Contexte

Le centre de Robotique (CAOR) de Mines ParisTech est porteur d’une Chaire « PSA Peugeot Citroën – Robotique et Réalité Virtuelle », dont un des objectifs est d’étudier les technologies et algorithmes qui permettront l’utilisation, sur les chaînes de montage automobile du futur, de robots capables d’interagir et collaborer en toute sécurité avec des êtres humains. Ceci suppose que ces robots et leur environnement soient dotés de moyens et algorithmes de perception adéquats qui permettent de localiser précisément en 3D les opérateurs humains pour éviter toute collision, et aussi d’analyser les actions de ceux-ci afin de s’adapter au mieux à leurs rythmes et leurs tâches. L’étude préalable des besoins et des capteurs possibles, suivie d’expérimentations préliminaires menées en environnement réaliste dans une « cellule » expérimentale reproduisant une portion de chaîne de montage et équipée d’un robot potentiellement collaboratif, ont permis de définir une première configuration de système. Celle-ci combine capteurs visuels pour évaluer les positions relatives homme-robot, et reconnaissance de gestes par modèles de Markov caché (Hidden Markov Model, HMM) utilisant une estimation de la posture et du mouvement de l’opérateur par capteurs inertiels.

Sujet

L’objectif de la thèse est de concevoir, mettre au point, et valider une méthodologie et un prototype pour l’analyse et la compréhension adaptative par un robot des mouvements et du comportement d’un opérateur humain. Il s’agit d’être capable de reconnaître les actions effectuées par l’opérateur, et d’estimer sa vitesse d’exécution pour s’y adapter, à la fois dans un but de sécurité, et pour permettre une véritable collaboration entre robot et humain. La base de départ sera constituée des évolutions temporelles estimées de sa position et de sa posture 3D. Elles pourront être interprétées par une approche hiérarchique, de façon à s’adapter selon la proximité des zones de travail de l’homme et du robot et/ou le type d’interaction (postes manuels et automatisés adjacents : partage espace de travail ; OU postes mixtes manuels et automatisés : co-action entre homme et robot). Selon la situation et le niveau d’interaction, on pourra avoir un niveau de lecture différente de la scène (perception hiérarchisée) et une interprétation plus ou moins détaillée (raisonnement hiérarchisé).

La reconnaissance de gestes et d’action s’appuiera sur une combinaison d’une part de capteurs inertiels estimant posture et mouvement, et d’autre part de capteurs visuels (en particulier pour l’estimation des positions relatives hommes-robots). La reconnaissance pourra être facilitée par le fait que les diverses actions effectuées par les opérateurs sont très codifiées (« opérations » de gamme), mais le défi est de faire en sorte que l’approche adoptée soit suffisamment robuste par rapport aux grandes variations observées dans la manière d’effectuer les gestes et actions de montage. Pour atteindre cet objectif, outre un choix judicieux des caractéristiques de mouvement à exploiter par les HMM, un des enjeux scientifiques de la thèse est d’exploiter au maximum des éléments de contexte dans la logique de compréhension des actions de l’opérateur.

La validation se fera dans un cadre aussi réaliste que possible, notamment la « cellule » expérimentale de PSA reproduisant une portion de chaîne de montage et équipée d’un robot potentiellement collaboratif. Les expérimentations devront aussi intégrer l’exploitation par le robot de sa « compréhension et interprétation » des actions de l’opérateur, dans le cadre de divers types de collaboration (co-présence, co-activité alternée ou simultanée, etc…).

Contact

  • Fabien Moutarde, Fabien.Moutarde@mines-paristech.fr
  • Sotiris Manitsaris, Sotiris.Manitsaris@mines-paristech.fr

Titre

Etude des conditions d’acceptabilité de la Collaboration Homme-Robot en utilisant la Réalité Virtuelle

Sujet

L’objectif de la thèse est d’étudier et d’évaluer cette notion d’acceptabilité du robot comme partenaire de travail, du point de vue de l’opérateur. Plusieurs pistes de recherche sont possibles, comme l’apparence du robot, ses mouvements ou ses comportements. La thèse s’orientera plus spécifiquement sur l’étude, l’implémentation et l’évaluation de mouvements et comportements bio-naturels sur un robot, en utilisant la capture de mouvements sur de véritables opérateurs. L’impact du caractère biologique des mouvements du robot sur l’acceptabilit ́e sera étudié en utilisant des technologies issues de la réalité virtuelle.

Contexte

Dans le domaine industriel, notamment sur les chaînes de montage automobile, l’automatisation et la robotisation sont des atouts incontestables pour effectuer des tâches répétitives, pénibles et dangereuses pour les opérateurs. Les robots industriels tels qu’on les connaît actuellement sont souvent imposants, contrôlés de manière précise et cloisonnés derrière des barrières de sécurité pour éviter tout accident avec les opérateurs. Leurs principaux avantages sont la puissance, la résistance et l’endurance. Cependant, pour s’adapter à différentes situations, certaines tâches requièrent une part importante de dextérité, de flexibilité et d’intelligence, que seul un opérateur humain peut garantir. C’est pourquoi la majorité des postes d’assemblage final sur les chaînes de montage automobile sont entièrement manuels.

Contact

  • Alexis Paljic, alexis.paljic@mines-paristech.fr
  • Philippe Fuchs, philippe.fuchs@mines-paristech.fr