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Analyse de la variabilité motrice des opérateurs dans une perspective d'applications robotiques en collaboration directe

Etude

L’utilisation de robots collaboratifs (cobots)est souvent évoquée pour augmenter la productivité des opérateurs tout en réduisant leur exposition à certains facteurs de risques (répétitivité, efforts physiques élevés). Cependant, le recours à ces cobots soulève la question de la variabilité des mouvements (VM) des opérateurs. Si le cobot impose à l’opérateur une trajectoire invariante, ce dernier risque d’être limité dans ses postures et mouvements. Or la VM fait partie des marges de manœuvre situationnelles des opérateurs, et doit donc être préservée. Peut-on concevoir des robots qui s’adaptent à la variabilité des mouvements de l’humain – plutôt que l’inverse ? Les objectifs de cette étude étaient donc 1) de caractériser la VM d’opérateurs réalisant une tâche assistée ou non par un cobot et 2) d’étudier la possibilité de développer des lois de commande robotique pouvant s’adapter à la VM des opérateurs. Ce travail de recherche a constitué le cœur d’une thèse de doctorat. Au cours de l’étude, un objectif complémentaire a été traité (hors de la thèse) : simuler les performances physiques humaines maximales, celles-ci étant nécessaires pour dimensionner un système d’assistance et estimer l’exposition aux facteurs de risques biomécaniques. Pour les deux premiers objectifs, une campagne expérimentale a été conçue, portant sur l’étude en laboratoire d’une tâche de suivi de trajectoire, assistée soit par un système mécanique passif (mode « nominal »), soit par un cobot (mode « cobot »). La campagne en mode nominal a confirmé l’existence d’une VM intra- et inter-sujets pour la tâche considérée, influencée notamment par la direction et la cadence du mouvement. L’expérimentation n’a pas pu être mise en œuvre en mode cobotique, du fait de la difficulté de développer une loi de commande permettant un contrôle partagé entre l’opérateur et le robot, qui reste un verrou technologique pour la communauté robotique, tant académique qu’industrielle. Pour le troisième objectif, un démonstrateur logiciel a été développé et partiellement validé à l’aide de données expérimentales publiées par la communauté biomécanique. Ce travail a montré la cohérence de l’approche envisagée (combinaison d’un modèle musculosquelettique et zonotopes) et son intérêt face aux solutions commerciales aujourd’hui à disposition des concepteurs d’équipements de travail. Le logiciel a été diffusé sous licence libre (https://github.com/INRS-France/simMACT) afin que la communauté scientifique et les éditeurs de logiciels d’aide à la conception puissent l’intégrer dans leurs travaux et produits. Ces travaux ont fait l’objet d’une publication dans 1journal international à comité de lecture, de 2 communications à des conférences internationales, 2 communications dans des journées événements organisés par la communauté robotique, et d'un article dans la revue Hygiène et Sécurité du Travail (HST). Une communication et une publication sont en cours de revue.