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Un domaine de la recherche en ingénierie des systèmes est de développer des systèmes supervisés semi-autonomes qui interagissent à un très haut niveau avec l'humain. Ces systèmes intelligents ont les capacités d'analyser et de traiter certaines informations pour produire un comportement général observable par les capacités sensorielles et temporelles de l'humain. Il est donc nécessaire de définir un environnement créatif qui interface efficacement l'humain aux informations pour rendre de nouvelles expériences multi-sensorielles optimisant et facilitant la prise de décision. En d'autres mots, il est possible de définir un système multi-sensoriel par sa capacité à augmenter l'optimisation de la prise de décision à l'aide d'une interface qui définit un environnement adapté à l'humain. Un système haptique dans un environnement virtuel incluant une collaboration et une interaction entre l'humain, les mécanismes robotisés et la physique de la réalité virtuelle est un exemple. Un système haptique doit gérer un système dynamique non-linéaire sous-contraint et assurer sa stabilité tout en étant transparent à l'humain. La supervision de l'humain permet d'accomplir des tâches précises sans se soucier de la complexité de la dynamique d'interactions alors que le système gère les différents problèmes antagonistes dont de stabilité (délai de la communication en réseau, stabilité des rendus, etc.), de transparence et de performance. Les travaux de recherche proposés présentent un système multi-sensoriel visuo-haptique qui asservisse l'interaction entre l'humain, un mécanisme et la physique de l'environnement virtuel avec une commande bilatérale. Ce système permet à l'humain de réaliser des fonctions ou des missions de haut niveau sans que la complexité de la dynamique d'interaction limite la prise de décision. Plus particulièrement, il sera proposé de réaliser une interface de locomotion pour des missions de réadaptation et d'entraînement. Ce projet, qui est nommé NELI (Network Enabled Locomotion Interface), est divisé en plusieurs sous-systèmes dont le mécanisme entraîné par des câbles nommé CDLI ( Cable Driven Locomotion Interface ), le système asservi avec une commande bilatérale qui assure le rendu de la locomotion, la réalité virtuelle qui inclut la physique de l'environnement, le rendu haptique et le rendu visuel. Dans un premier temps, cette thèse propose une méthode qui assure la qualité de la réponse de la transmission en augmentant la transparence dynamique de l'asservissement articulaire d'une manière automatique. Une approche d'optimisation, basée sur une amélioration des Extremum Seeking Tuning, permet d'ajuster adéquatement les paramètres des régulateurs et définit le critère de l'assurance qualité dans le cas d'une production massive. Cet algorithme est ensuite utilisé, pour étudier le rendu d'impédance avec l'aide de la modélisation d'un câble et de l'enrouleur. Cette modélisation permet de définir un asservissement articulaire hybride qui est utilisé dans la commande hybride cartésienne afin d'assurer le rendu haptique. Dans un troisième temps, dans un contexte de sécurité, la gestion des interférences entre les pièces mécaniques de l'interface de locomotion est décrite avec une méthode d'estimation des collisions des câbles. Une démonstration des interférences entre les câbles de deux plates-formes est simulée démontrant la faisabilité de l'approche. Finalement, la définition d'un moteur physique par un rendu haptique hybride au niveau de la commande cartésienne est présentée en considérant la géométrie des points de contact entre le modèle du pied virtuel et un objet virtuel. Cette approche procure la stabilité d'interaction recherchée lors de la simulation d'un contact infiniment rigide. Un robot marcheur de marque Kondo est embarqué sur l'interface de locomotion pour interagir avec les objets virtuels. Les résultats de la marche du robot dans l'environnement virtuel concrétisent le projet et servent de démonstrateur technologique.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2007-2008. / Le Laboratoire de robotique de l'Université Laval s'est fixé comme objectif de créer un nouveau type d'interface de locomotion. Ce dernier doit permettre de recréer, de manière exacte, les principaux mouvements exécutés lors de la démarche humaine. D'ailleurs, ce mécanisme est nécessaire à la conception d'un système de réalité virtuelle pouvant reproduire différents types de surfaces à l'utilisateur tout en conservant une inconscience totale de la présence du système de la part de l'usager. Par conséquent, dans le but d'atteindre de tels objectifs, il est requis d'effectuer une étude permettant de déterminer la géométrie adéquate d'un mécanisme respectant des critères de performance aussi exigeants. Ainsi, ce document présente les diverses étapes parcourues lors de l'analyse et de l'obtention de l'architecture d'un mécanisme parallèle à six degrés de liberté entraîne à l'aide de huit câbles. En résumé, l'optimisation de la géométrie, la détection des interférences et la distribution des tensions dans les câbles sont les principaux thèmes qui s'enchaînent dans ce mémoire.

Ce mémoire présente le développement de l’architecture et des algorithmes de commande d’une interface de locomotion utilisant un mécanisme parallèle à câbles. Cette interface de locomotion permet d’améliorer l’expérience de la réalité virtuelle en recréant la topologie du monde virtuel. Tout d’abord, une revue de littérature sur les interfaces de locomotion est présentée. Par la suite, l’architecture globale du système est présentée. Les définitions de base sous-jacentes à la compréhension des algorithmes de commande ainsi que l’analyse cinématique du mécanisme sont ensuite présentées. L’architecture logicielle et les algorithmes de commande sont enfin présentés. Des améliorations au point de vue des mécanismes à câbles sont aussi présentées. Ces améliorations permettent d’améliorer la précision de la commande en position des mécanismes à câbles. Enfin, les résultats présentent l’aboutissement des travaux en montrant le fonctionnement d’un prototype à trois degrés de liberté de l’interface de locomotion réalisé. / Québec Université Laval, Bibliothèque 2019

Actuellement, l'usage d'un système d'aide à la navigation est devenu de plus en plus indispensable dans la vie quotidienne. Cependant, les systèmes existants ne sont pas adaptés à la navigation des personnes à mobilité réduite (PMR) utilisatrices d'un fauteuil roulant. De nombreux projets ont été créés, comme Wegoto en France ou Route4U en Hongrie. Au Canada, le projet multidisciplinaire MobiliSIG a été lancé en 2013. Ce projet vise à concevoir et développer des technologies géospatiales de navigation selon les principes de la conception cognitive pour assister les PMR dans leurs déplacements quotidiens et leur accès à l'environnement. L'objectif global du présent projet est la conception d'un système mobile de planification de trajet et de guidage pendant la navigation, multimodal et adapté aux différents profils de personnes à mobilité réduite utilisatrices de fauteuil roulant. Pour commencer, nous avons passé en revue la littérature relative aux concepts liés à notre problématique. Ensuite, nous avons proposé une approche d'aide à la navigation qui combine des éléments de guidage pas à pas avec des informations sur des repères ainsi que de différents éléments pertinents (points d'intérêts, obstacles/facilitateurs, ...) pour la description d'un trajet personnalisé et adapté au profil des PMR. Finalement, en nous appuyant sur les principes de la conception modulaire et sur le concept des applications mobiles riches (AMR), nous avons conçu et développé une solution mobile composée de trois modules : un module profil pour gérer le profil et les préférences de l'utilisateur, un module de planification qui gère la planification adaptée des itinéraires et un module de navigation pour fournir un guidage multimodal (visuel, vocal et haptique) pendant la navigation en tenant compte de profil de l'utilisateur. / Currently, the use of a navigation aid system has become more and more essential in daily life. However, the existing systems are not adapted to the navigation of people with reduced mobility (PRM) using a wheelchair. Many projects have been created, such as Wegoto in France or Route4U in Hungary. In Canada, the multidisciplinary project MobiliSIG was launched in 2013. This project aims to design and develop geospatial navigation technologies according to the principles of cognitive design to assist PRMs in their daily travel and access to the environment. The overall objective of this project is the design of a mobile route planning and guidance system during navigation, multimodal and adapted to the different profiles of wheelchair users with reduced mobility. To begin, we reviewed the literature related to the concepts of our problem. Then, we proposed a navigation aid approach that combines step-by-step guidance elements with information on landmarks and different relevant elements (points of interest, obstacles/facilitators, ...) for the description of a personalized path adapted to the profile of PRM. Finally, based on the principles of modular design and the concept of rich mobile applications (RMAs), we designed and developed a mobile solution composed of three modules: a profile module to manage the user's profile and preferences; a planning module to manage the adapted route planning; and a navigation module to provide multimodal guidance (visual, voice and haptic) during navigation taking into account the user's profile.