Cotation biomécanique de collaboration homme robot en réalité virtuelle et sur un poste de travail réel

Dans le domaine du design centré sur l’humain, l’intersection de l’ergonomie avec les technologies immersives offre des opportunités particulièrement prometteuses. Les technologies de réalité virtuelle (RV) permettent en effet d’améliorer la prévention des risques, y compris ceux liés aux troubles musculo-squelettiques (TMS) (Singh, 2025). Ces technologies permettent la simulation détaillée d’environnements réels et facilitent des évaluations biomécaniques complètes dès les premières phases des processus itératifs de conception. A cette fin, nous avons conçu une expérience pour évaluer la validité écologique d’une simulation en RV par rapport à une tâche industrielle réelle assistée par un robot collaboratif. Nous avons reproduit un environnement virtuel fidèle au poste de travail réel et simulé le robot à l’aide du framework ROS (Robot Operating System). Celui-ci permet d’exécuter le programme du robot réel en interaction avec l’environnement virtuel. Dans ce poste collaboratif, l’opérateur réalise une tâche consistant à assembler cinq engrenages différents sur un socle, puis à visser un couvercle par-dessus. Le robot peut soit travailler de manière autonome sur une autre pièce, soit effectuer la première partie de l’assemblage pour l’opérateur, soit maintenir la pièce pendant que l’opérateur assemble le couvercle. L’objectif était d’analyser les différences entre les conditions réelles et virtuelles en termes de postures de l’opérateur, de distance par rapport au robot et de performance de la tâche. Pour cela, un système de capture de mouvement compatible avec les deux conditions (réelle et virtuelle) et synchronisé avec l’enregistrement des mouvements du robot réel et virtuel était nécessaire. La bibliothèque Python OpenCV a été utilisée pour l’étalonnage des caméras et la capture vidéo. Ensuite, nous avons employé Mediapipe, un framework de vision par ordinateur basé sur l’apprentissage automatique, pour traiter chaque flux vidéo séparément et identifier les centres articulaires estimés sous forme de coordonnées d’image sur chaque frame. Grâce aux matrices de projection de chaque caméra, les coordonnées d’image issues d’un ensemble de frames synchronisées dans le temps ont été triangulées afin d’obtenir les coordonnées des centres articulaires dans l’espace 3D (voir Figure 2 pour un exemple). Ces coordonnées ont ensuite permis de calculer les angles articulaires et le score RULA associé (McAtamney, 1993) frame par frame. Dans la situation réelle, le système de caméras est étalonné par rapport à un point fixe de la cellule robotisée, ce qui permet de localiser l’opérateur par rapport au robot et au poste de travail. Dans la situation virtuelle, le motif de calibration visuelle est fixé à des trackers VR pour aligner le système de coordonnées des caméras réelles et de l’environnement virtuel. Lors d’une validation préliminaire du système, l’activité de deux opérateurs a été analysée dans différents modes de collaboration et dans des conditions réelles et virtuelles. Les résultats montrent que les scores RULA restent cohérents entre les différentes conditions expérimentales, ce qui suggère que notre environnement virtuel constitue une simulation adéquate du poste de travail et justifie des investigations supplémentaires. Cependant, plusieurs défis et limitations ont été identifiés lors de la conception de l’environnement virtuel. En particulier, bien qu’il existe des outils de simulation robotique, aucune solution clé en main ne permet de simuler avec précision le robot en RV et de le faire interagir avec l’environnement, les capteurs, les pièces et l’opérateur. Notre tâche implique également des pièces et des outils de masse négligeable ; des investigations complémentaires avec retour d’effort et des pièces plus lourdes seraient nécessaires pour évaluer l’impact sur la validité de l’évaluation. Compte tenu des limites actuelles des systèmes de RV et de la diversité des tâches, la validation de l’évaluation biomécanique sur le poste de travail réel reste indispensable.