Les patients schizophrènes présentent une capacité réduite à juger ou se représenter les intentions d'un tiers. Ces difficultés d'attribution et de représentation mentales ont fait l'objet d'investigations détaillées, mais souvent contradictoires, et nous proposons ici de les explorer à un niveau d'analyse plus fin du fonctionnement cognitif. Reconnaître une intention suppose en effet de traiter au moins deux types d’information distincts : les informations visuelles de cinématique (véhiculées par le comportement observé), et les attentes préalables que l'observateur formule à l'égard du comportement dont il cherche à découvrir le but. Dans une première série d’études comportementales, nous montrons que ces deux types d’information interagissent différemment selon le type d’intention considéré, c’est-à-dire i) selon la relation que l’action observée entretient avec l’intention qui la cause (intention motrice vs. privée) ou ii) selon que la situation d’action induit, ou non, des attentes domaine-spécifiques (intention sociale vs. non-sociale). Dans une deuxième série d’études, nous montrons que les patients schizophrènes présentent une dépendance anormale à l’un ou l’autre de ces deux types d’information. Les patients à symptomatologie négative dominante accordent en effet un crédit excessif aux informations de cinématique visuelle, tandis que la sévérité de la symptomatologie productive co-varie avec une tendance exagérée à se concentrer sur les attentes préalablement constituées (priors). Cette dépendance aux priors – qu’elle soit normale (sujets sains) ou excessive (patients schizophrènes) – pourrait témoigner d’un court-circuitage du processus de comparaison entre information perçue et représentation intentionnelle attendue, comme le suggèrent les résultats préliminaires d’une étude conduite en neuro-imagerie fonctionnelle. Nous proposons d’interpréter ces résultats à la lumière d’un modèle hiérarchique de compréhension de l’action dans le cadre duquel l’inférence intentionnelle est modélisée comme le produit d’une cascade d’influences top-down, générées et intégrées à chaque niveau de la hiérarchie, et remises à jour à chaque nouvelle observation. Nous suggérons en outre que cette remise à jour pourrait s’effectuer selon une dynamique formalisée par une généralisation du théorème de Bayes, optimisé pour chaque individu. / Schizophrenic patients show a reduced ability to judge or represent other people’s intentions. These difficulties in mental attribution have been the subject of detailed, though often contradictory, investigations, and we propose here to explore them at a fine-grained level of cognitive functioning. Recognizing an intention indeed requires processing of at least two different types of information: the visual information conveyed by the movement kinematics and the subject’s prior expectations about the most likely goal of the observed behaviour. In a first series of behavioural studies, we show that these two types of information differently interact depending on the type of the intention considered; that is i) according to the relationship between the observed action and the intention which causes it (motor vs. private intention), and ii) depending on whether the action situation induces, or not, domain-specific expectations (social vs. non-social intention). In a second series of studies, we show that schizophrenic patients abnormally depend on either one or the other of these two types of information. Indeed, patients with prevalent negative symptoms excessively rely on visual information conveyed by movement kinematics while the severity of negative symptoms co-varies with an exaggerated tendency to focus on prior expectations. This normal (healthy subjects) or excessive (schizophrenic patients) dependence on priors could account for a shortcut in the comparison process between perceived information and expected intentional representation, as suggested by the preliminary results of a neuroimaging study we recently conducted. We propose to interpret these results in the light of a hierarchical model of action understanding in which the intentional inference is modelled as an outcome of a cascade of top-down influences generated at each level of the cortical hierarchy, and updated with each novel observation. Furthermore, we suggest that the dynamics of this priors’ updating process may be captured by a generalization of Bayes’ theorem, optimised for each subject.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / L'objectif de ce travail de recherche est le développement de planifications de trajectoires analytiques de type point à point pour mécanismes à câbles suspendus complètement actionnés. Spécifiquement, cette thèse propose une planification de trajectoire point à point dite de transition pour mécanismes à effecteur ponctuel à 2 et à 3 degrés de liberté (ddl), ainsi que des planifications de trajectoires point à point classiques pour mécanismes spatiaux à 3 ddl, d'une part, et pour mécanismes à 6 ddl de type Gough-Stewart, d'autre part. Chaque trajectoire développée assure aux points limites une vitesse nulle et une accélération continue, en plus d'être spécifiquement construite dans le but de maintenir des forces exclusivement de tension dans les câbles tout au long du tracé. La trajectoire de transition pour mécanismes à effecteur ponctuel à 2 ddl et à 3 ddl relie une pose à l'équilibre statique du mécanisme à une pose à accélération non-nulle et consiste en des oscillations rectilignes d'amplitude progressivement croissante centrées à la pose au repos. Il est établi que cette trajectoire est réalisable avec des forces exclusivement de tension dans les câbles pourvu qu'elle demeure entièrement sous le plan formé par les enrouleurs, ce qui en démontre la pertinence. La trajectoire point à point destinée au mécanisme spatial à 3 ddl joint deux positions quelconques de l'espace tridimensionnel en suivant un tracé hypocycloïdal. Pour illustrer la pertinence de cette construction, il est démontré qu'il suffit que l'enveloppe circulaire de l'hypocycloïde soit entièrement située sous le plan des enrouleurs pour que la trajectoire souhaitée soit réalisable avec des forces exclusivement de tension dans les câbles. Enfin, la trajectoire à 6 ddl destinée au mécanisme hexapodal relie deux poses arbitraires. Elle consiste, pour sa composante translationnelle, en une version améliorée de la trajectoire hypocycloïdale définie pour le mécanisme à 3 ddl, tandis que sa composante rotationnelle consiste en des oscillations angulaires le long des arcs de l'hypocycloïde. La pertinence de cette formulation est démontrée par le calcul, pour certaines positions génériques de la plate-forme, de la proportion d'orientations que la trajectoire est en mesure de joindre avec un mouvement horizontal partant d'une pose au repos : il est obtenu que, pour des valeurs typiques, la planification proposée parvient à atteindre environ 90% de l'espace atteignable en orientation du mécanisme. / The purpose of this work consists in the development of analytical point-to-point trajectory procedures for fully-actuated cable-suspended parallel mechanisms. Specifically, this thesis proposes a static-to-dynamic transition trajectory formulation for 2-degree-of-freedom (dof) and 3-dof mechanisms with point-mass end-effectors, as well as point-to-point trajectory formulations for spatial 3-dof and 6-dof mechanisms. Each proposed trajectory ensures a zero instantaneous velocity at the endpoints and the continuity of the acceleration, and is specifically designed to maintain tensile-only forces in the cables throughout the motion. The proposed static-to-dynamic transition trajectory for the planar and spatial point-mass mechanisms connects a pose at rest in the static workspace to an arbitrary pose with a non-zero acceleration and consists of rectilinear oscillations of progressively increasing amplitude centred at the pose at rest. It is shown that this trajectory is dynamically feasible with tensile-only forces in the cables as long as it remains entirely below the plane passing by the fixed cable spools, which justifies its relevance. The point-to-point trajectory intended for spatial 3-dof mechanisms connects two arbitrary positions in three-dimensional space by following a hypocycloidal path. In order to demonstrate the relevance of the proposed formulation, it is shown that it suffices that the circular envelope of the hypocycloid remains entirely below the plane passing by the cable spools for the desired motion to be feasible with tensile-only forces in the cables. Finally, the 6-dof point-to-point trajectory intended for hexapodal mechanisms connects two poses with arbitrary position and orientation. It consists, for its translational component, in an enhanced version of the hypocycloidal trajectory defined for the 3-dof mechanism, while its rotational component consists of rotational oscillations along the arcs of the hypocycloid. The relevance of this construction is demonstrated by the computation, for generic positions of the platform, of the proportion of orientations that the trajectory can reach through a horizontal motion starting from a pose at rest: it is obtained that, for typical values, the proposed formulation can reach approximately 90% of the orientational workspace of the mechanism.

Ce mémoire présente l'étude du lieu des singularités de type II pour un mécanisme parallèle cinématiquement redondant à (6+2) degrés de liberté dont l'architecture est préalablement donnée. Cette étude se concentre sur les conditions mathématiques telles que le déterminant de la matrice jacobienne s'annule pour toutes configurations dues à la mobilité interne du mécanisme permise par la redondance cinématique. Pour ce faire, la construction d'une matrice partageant les mêmes conditions de singularité que la matrice jacobienne du mécanisme est présentée. La réécriture du déterminant de cette matrice par une sommation de quatre sous-déterminants pondérée par les paramètres de mobilité interne du mécanisme mène à un système d'équations non linéaires à résoudre pour obtenir le lieu des singularités. Une méthode d'élimination de variables, le résultant des polynômes, est ensuite appliquée de manière récursive à ce système d'équations afin d'en extraire les conditions pouvant le résoudre. Les lieux de singularité sont ensuite analysés suivant deux cas de figure. Le premier se penche sur les configurations spécifiques du mécanisme où l'angle de torsion de la plateforme est nul, et le second se concentre sur le cas général, où cet angle de torsion n'est pas nécessairement nul. Dans le premier cas d'analyse, il est montré que les lieux de singularité se situent à l'extérieur de l'espace atteignable du mécanisme cinématiquement redondant. Dans le second cas d'analyse, il est montré que l'espace en orientation demeure quelque peu affecté par la présence de singularités, bien que leur localisation par des équations mathématiques analytiques simples soit possible. Finalement, une comparaison graphique des espaces atteignables en orientation entre le mécanisme cinématiquement redondant et le mécanisme non redondant standard est effectuée afin de visualiser l'impact de l'ajout de la redondance cinématique sur l'agrandissement de l'espace en orientation. / This thesis presents the study of the type II singularity locus of a kinematically redundant(6+2) degree-of-freedom parallel mechanism whose architecture is prescribed. This studyfocuses on the mathematical conditions for which the determinant of the Jacobian matrixvanishes for all configurations of the internal mobility in the mechanism due to its kinematicredundancy. To do so, a matrix that captures the same conditions of singularity as the Jacobian matrix is presented. The expansion of the determinant of the aforementioned matrixinto a weighted sum of four sub-determinants whose weighting factors correspond to theinternal mobility parameters leads to a nonlinear system of equations whose solution yieldsthe locus of singularity. A method of elimination theory, the resultant of polynomials, isapplied afterwards on the system of equations in a recursive manner to extract the mathematical conditions corresponding to the solution. The loci of singularity are then analyzedfollowing two cases. The first case focuses on the specific configurations of the mechanismwhere the torsion angle of the platform is zero, whereas the second case takes into accountthe general configurations, i.e. the configurations in which the torsion angle is not necessarily zero. In the former case of analysis, it is shown that the loci of singularity lie outsideof the reachable orientational workspace of the kinematically redundant mechanism. In thelatter case of analysis, it is presented that the orientational workspace is still somewhat restrained by singularities, yet their localization by simple analytical mathematical equationsis possible. Finally, a graphical comparison of the orientational reachable workspace of thekinematically redundant mechanism and that of the standard non-redundant mechanism isperformed to visualize the impact of the kinematic redundancy on the enhancement of theorientational workspace.

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Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2024 / Cette thèse propose et analyse un nouveau robot parallèle cinématiquement redondant (KRP) avec tous les actionneurs situés à la base. La structure de base du robot provient de travaux antérieurs, c'est-à-dire que trois jambes avec 3 degrés de liberté (ddls) chacune sont attachées à la plate-forme mobile par trois liaisons redondantes, ce qui donne un robot KRP avec (6+3)degrés de liberté. Cette thèse se concentre sur quatre thèmes. Tout d'abord, un nouveau robot parallèle à 3 ddls utilisé comme jambe du robot KRP est proposé, et tous les actionneurs sont situés à la base afin de réduire l'inertie des parties mobiles. De plus, les actionneurs sont placés près les uns des autres pour minimiser l'encombrement et produire un espace de travail relativement grand. Les problèmes cinématiques tels que la modélisation cinématique, le problème inverse/direct, l'analyse des singularités et l'espace de travail sont analysés en détail. En outre, pour simplifier l'analyse de l'espace de travail et agrandir l'espace de travail, une conception améliorée du robot à 3 ddls est proposée. L'établissement de modèles dynamiques pour les robots parallèles est un défi en raison des relations complexes entre les vitesses et les forces induites par leur structure en boucle fermée. Cette thèse propose plusieurs méthodes de modélisation simplifiées pour les robots parallèles. Le premier type est dérivé de l'approche lagrangienne et l'idée centrale est de réduire la complexité des expressions représentant l'énergie pour le robot. Par conséquent, ces méthode sont une bonne généralité et sont disponibles pour divers robots parallèles. Cependant, pour certains robots parallèles (par exemple, le robot à 3 ddls proposé), même en utilisant la méthode simplifiée, les calculs d'énergie sont légèrement complexes. Compte tenu de cela, une autre méthode de modélisation simplifiée basée sur l'approche de Newton-Euler est proposée et analysée. Étant donné que le nouveau robot KRP a une structure similaire à celle des robots KRP précédents, la plupart des méthodes analysées dans les travaux précédents peuvent être directement utilisées. Par conséquent, cette thèse ne résout que brièvement le problème inverse/direct, explique la singularité du point de vue de la force, donne le modèle dynamique et montre la structure et le modèle CAO du prototype du nouveau robot KRP. Enfin, cette thèse propose une méthode générale de contrôle de préhension par laquelle le robot. KRP peut faire fonctionner à distance une pince pour générer les forces de préhension requises tout en déplaçant la plate-forme, toutes les actions étant pilotées par les mêmes actionneurs. Le modèle de contrôle de préhension se compose d'un modèle de contrôle du mouvement des jambes et d'un modèle de contrôle de la force des jambes, où la force de préhension peut-être contrôlée indépendamment. En conséquence, le modèle de contrôle en force utilise un contrôleur en boucle ouverte, simple à mettre en œuvre et efficace. / This thesis proposes and analyzes a novel kinematically redundant parallel (KRP) robot withall actuators located at the base. The basic structure of the robot comes from previous work,i.e., three legs with 3 degrees of freedom (DOFs) each are connected to the mobile platform by three redundant links, which results in a (6+3)-DOF KRP robot. This thesis focuses onfour topics.First, a novel 3-DOF parallel robot used as the leg of the KRP robot is proposed, and allactuators are located at the base to reduce the moving inertia. Furthermore, the actuators areplaced close to one another to generate a compact footprint and a relatively large workspace.The kinematic problems such as kinematic modeling, inverse/forward problem, singularity analysis, and workspace are analyzed in detail. Besides, to simplify the workspace analysis and enlarge the workspace, an improved design of the 3-DOF robot is given.Establishing dynamic models for parallel robots is challenging due to the complex velocity and force relationships caused by their closed-loop structure. This thesis proposes several simplified modeling methods for parallel robots. The first type is derived from the Lagrangian approach,and the core idea is to reduce the complexity of the energy expressions for the robot. Hence,these methods have good generality and are available for various parallel robots. However,for some parallel robots(for instance, the proposed 3-DOF robot), even using the simplified method, the calculations of energy are slightly complex. Given this, another simplified modeling method based on the Newton-Euler approach is proposed and analyzed.Since the novel KRP robot has a similar structure to previous KRP robots, most analyzedmethods in previous work can be directly used. Hence, this thesis only briefly solves the inverse/forward problem, explains the singularity from a force perspective, gives the dynamic model, and shows the structure and CAD model of the prototype for the novel KRP robot.Finally, this thesis proposes a general grasping control method by which the KRP robot can remotely operate a gripper to generate required grasping forces while moving the platform,with all actions driven by the same actuators. The grasping control model consists of a legmotion control model and a leg force control model, where the grasping force can be controlled independently. As a result, the force control model uses an open-loop controller, which is simple to implement and efficient.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles. / Ce mémoire présente une nouvelle architecture de préhenseur actionné par les moteurs à la base d'un robot parallèle grâce à la redondance cinématique. Ce préhenseur possède des capacités de préhension par pincement et par ramassage. Il est composé d'une plateforme avec trois liaisons rotoïdes, lesquelles peuvent être liées à chacune des trois jambes d'un robot parallèle. Sur cette plateforme repose un mécanisme épicyclique actionné par des liaisons rotoïdes. Ce mécanisme épicyclique sert de base pour deux doigts articulés, dont un pouce muni d'un mécanisme d'ongle rétractable et d'une membrure compliante. Ce pouce est essentiel pour le ramassage d'objets minces sur une surface dure ; l'ongle et la compliance permettent au pouce de se glisser entre l'objet et la surface sur laquelle il repose. Dans un premier temps, un survol des étapes de conception mécanique ayant menées au prototype de préhenseur est fait. Puis, les modèles cinématiques des doigts du préhenseur et du robot parallèle avec la nouvelle plateforme sont établis. Une démonstration des capacités de prise par pincement et par ramassage est alors faite. Finalement, les résultats des simulations ayant permis de valider le modèle cinématique du robot parallèle avec la plateforme sont exposés. / This thesis presents a novel gripper architecture driven by the redundant degrees of freedom of a parallel robot. This gripper has grasping and scooping capabilities. The architecture rests on a platform with three revolute joints, each linked to one of the legs of the parallel robot. On this platform is located an epicyclic mechanism which is driven by the revolute joints of the platform. This epicyclic mechanism serves as a base for a finger and a thumb, the latter containing a retractable nail mechanism and a compliant link. This thumb is essential to scoop thin objects on hard surfaces; the nail and the compliance enable insertion of the thumb between objects and the surface they rest upon. First, an overview of the mechanical design approach that led to the prototype is made. Then, the kinematic models of the fingers and the assembly of the parallel robot with the new gripper are established. Next, a demonstration of the grasping and scooping capabilities of the new architecture is presented. Finally, the results of the simulations used to validate the kinematic model of the assembly of the parallel robot with the new gripper are analyzed.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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The motor activity involves the activation of an extremely complex function that begins even before the action becomes perceptible. The very large number of degrees of freedom possessed by the hand seems to provide almost endless possibilities of movements. To grasp an object, it is necessary to take into account all its physical characteristics (topography, orientation, size and shape). When transmitting strength though his hand during the act of prehension, the subject must take into account the estimated weight of the object, the texture of its surface as well as the degree of stability he is aiming at. Thus, the number of parameters to deal with in order to perform the grasp seems very large. However, Napier (1956) tried to simplify the study of the prehension movement by defining two types of grip: the precision grip and the power grip. Their analysis provided a new parameter, named the opposition axis (Napier, 1955; Iberall et al. 1986), in reference to the spatial line connecting the index to the thumb and through which the forces applied to the object are transmitted during the grasp. In order to further study the prehension through the observation of the opposition axis behavior, we have performed the kinematics analysis of the hand during a prehension movement of cylindrical objects using a precision grip. A computerized motion analyzer was used to record the position of the markers placed on the hand during the grasp. A special attention was give to the position of the opposition axis at the end of the movement. Three experiments were performed involving real and simulated grasps of cylindrical objects. The results show that the opposition axis behaves as a controlled variable of both real and simulated prehension movements. This result is analyzed from a modular point of view according to the pragmatic theory of the prehension movement.

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