Cette thèse propose une méthode de navigation fondée sur les risques, y compris à la fois la notion traditionnelle de risque de collision et la notion de risque de perturbation. Avec la demande croissante d'assistance à la mobilité personnelle et de la robotique de services mobiles, les robots et les gens doivent partager les mêmes espaces physiques et suivre les mêmes conventions sociales. Les robots doivent respecter les contraintes de proximité, mais aussi respecter les gens qui interagissent. Par exemple, ils ne doivent pas briser l'interaction entre les gens qui parlent, à moins que la tâche du robot est de prendre part à la conversation. Dans ce cas, il doit être en mesure de rejoindre le groupe à l'aide d'un comportement socialement adapté. Le système de navigation socialement conscient proposée dans cette thèse intègre à la fois l'évaluation d'un risque de collision en utilisant des modèles prédictifs d'obstacles mobiles, et une évaluation de conformité avec les conventions sociales. La gestion humaine de l'espace (espace personnel, o-espace, espace d'activité ...) inspirée de la sociologie et la littérature robotique sociale est intégré, mais aussi des modèles de comportement qui permettent au robot la realisation de une prédiction à moyen terme des positions de l'homme. Les résultats de la simulation et des expériences sur un fauteuil roulant robotisé donnent validite a la méthode en montrant que notre robot est capable de naviguer dans un environnement dynamique en évitant les collisions avec des obstacles et des personnes et, en même temps, en réduisant l'inconfort chez les personnes en respectant les espaces mentionnés ci-dessus.

Cette thèse propose une méthode de navigation fondée sur les risques, y compris à la fois la notion traditionnelle de risque de collision et la notion de risque de perturbation. Avec la demande croissante d'assistance à la mobilité personnelle et de la robotique de services mobiles, les robots et les gens doivent partager les mêmes espaces physiques et suivre les mêmes conventions sociales. Les robots doivent respecter les contraintes de proximité, mais aussi respecter les gens qui interagissent. Par exemple, ils ne doivent pas briser l'interaction entre les gens qui parlent, à moins que la tâche du robot est de prendre part à la conversation. Dans ce cas, il doit être en mesure de rejoindre le groupe à l'aide d'un comportement socialement adapté. Le système de navigation socialement conscient proposée dans cette thèse intègre à la fois l'évaluation d'un risque de collision en utilisant des modèles prédictifs d'obstacles mobiles, et une évaluation de conformité avec les conventions sociales. La gestion humaine de l'espace (espace personnel, o-espace, espace d'activité ...) inspirée de la sociologie et la littérature robotique sociale est intégré, mais aussi des modèles de comportement qui permettent au robot la realisation de une prédiction à moyen terme des positions de l'homme. Les résultats de la simulation et des expériences sur un fauteuil roulant robotisé donnent validite a la méthode en montrant que notre robot est capable de naviguer dans un environnement dynamique en évitant les collisions avec des obstacles et des personnes et, en même temps, en réduisant l'inconfort chez les personnes en respectant les espaces mentionnés ci-dessus. / This thesis proposes a risk-based navigation method including both the traditional notion of risk of collision and the notion of risk of disturbance. With the growing demand of personal assistance to mobility and mobile service robotics, robots and people must share the same physical spaces and follow the same social conventions. Robots must respect proximity constraints but also respect people interacting. For example, they should not break interaction between people talking, unless the robot task is to take part in the conversation. In this case, it must be able to join the group using a socially adapted behavior. The socially-aware navigation system proposed in this thesis integrates both an assessment of a risk of collision using predictive models of moving obstacles, and an assessment of accordance with social conventions. Human management of space (personal space, o-space, activity space...) inspired from sociology and social robotics literature is integrated, but also models of behavior that enable the robot to make medium-term prediction of the human positions. Simulation and experimental results on a robotic wheelchair validate the method by showing that our robot is able to navigate in a dynamic environment avoiding collisions with obstacles and people and, at the same time, minimizing discomfort in people by respecting spaces mentioned above.

Les premiers documents attestant l'utilisation d'une chaise à roues utilisée pour transporter une personne avec un handicap datent du 6ème siècle en Chine. À l'exception des fauteuils roulants pliables X-frame inventés en 1933, 1400 ans d'évolution de la science humaine n'ont pas changé radicalement la conception initiale des fauteuils roulants. Pendant ce temps, les progrès de l'informatique et le développement de l'intelligence artificielle depuis le milieu des années 1980 ont conduit inévitablement à la conduite de recherches sur des fauteuils roulants intelligents. Plutôt que de se concentrer sur l'amélioration de la conception sous-jacente, l'objectif principal de faire un fauteuil roulant intelligent est de le rendre le plus accessible. Même si l'invention des fauteuils roulants motorisés ont partiellement atténué la dépendance d'un utilisateur à d'autres personnes pour la réalisation de leurs actes quotidiens, certains handicaps qui affectent les mouvements des membres, le moteur ou la coordination visuelle, rendent impossible l'utilisation d'un fauteuil roulant électrique classique. L'accessibilité peut donc être interprétée comme l'idée d'un fauteuil roulant adaptée à la pathologie de l'utilisateur de telle sorte que il / elle soit capable d'utiliser les outils d'assistance. S'il est certain que les robots intelligents sont prêts à répondre à un nombre croissant de problèmes dans les industries de services et de santé, il est important de comprendre la façon dont les humains et les utilisateurs interagissent avec des robots afin d'atteindre des objectifs communs. En particulier dans le domaine des fauteuils roulants intelligents d'assistance, la préservation du sentiment d'autonomie de l'utilisateur est nécessaire, dans la mesure où la liberté individuelle est essentielle pour le bien-être physique et social. De façon globale, ce travail vise donc à caractériser l'idée d'une assistance par contrôle partagé, et se concentre tout particulièrement sur deux problématiques relatives au domaine de la robotique d'assistance appliquée au fauteuil roulant intelligent, à savoir une assistance basée sur la vision et la navigation en présence d'humains. En ciblant les tâches fondamentales qu'un utilisateur de fauteuil roulant peut avoir à exécuter lors d'une navigation en intérieur, une solution d'assistance à bas coût, basée vision, est conçue pour la navigation dans un couloir. Le système fournit une assistance progressive pour les tâches de suivi de couloir et de passage de porte en toute sécurité. L'évaluation du système est réalisée à partir d'un fauteuil roulant électrique de série et robotisé. A partir de la solution plug and play imaginée, une formulation adaptative pour le contrôle partagé entre l'utilisateur et le robot est déduite. De plus, dans la mesure où les fauteuils roulants sont des dispositifs fonctionnels qui opèrent en présence d'humains, il est important de considérer la question des environnements peuplés d'humains pour répondre de façon complète à la problématique de la mobilité en fauteuil roulant. En s'appuyant sur les concepts issus de l'anthropologie, et notamment sur les conventions sociales spatiales, une modélisation de la navigation en fauteuil roulant en présence d'humains est donc proposée. De plus, une stratégie de navigation, qui peut être intégrée sur un robot social (comme un fauteuil roulant intelligent), permet d'aborder un groupe d'humains en interaction de façon équitable et de se joindre à eux de façon socialement acceptable. Enfin, à partir des enseignements tirés des solutions proposées d'aide à la mobilité en fauteuil roulant, nous pouvons formaliser mathématiquement un contrôle adaptatif partagé pour la planification de mouvement relatif à l'assistance à la navigation. La validation de ce formalisme permet de proposer une structure générale pour les solutions de navigation assistée en fauteuil roulant et en présence d'humains. / Earliest records of a wheeled chair used to transport a person with disability dates back to the 6m century in China. With the exception of the collapsible X-frame wheelchairs invented in 1933, 1400 years of human scientific evolution has not radically changed the initial wheelchair design. Meanwhile, advancements in computing and the development of artificial intelligence since the mid-1980s has inevitably led to research on Intelligent Wheelchairs. Rather than focusing on improving the underlying design, the core objective of making a wheelchair intelligent is to make it more accessible. Even though the invention of the powered wheelchairs have partially mitigated a user's dependence on other people for their daily routines, some disabilities that affect limb movements, motor or visual coordination, make il impossible for a user to operate a common powered wheelchair. Accessibility can also thus be thought of as the idea, where the wheelchair adapts to the user malady such that he/she is able to utilize its assistive capabilities. While it is certain that intelligent robots are poised to address a growing number of issues in the service and medical care industries, it is important to resolve how humans and users interact with robots in order to accomplish common objectives. Particularly in the assistive intelligent wheelchair domain, preserving a sense of autonomy with the user is required, as individual agency is essential for his/her physical and social well-being. This work thus aims to globally characterize the idea of assistive shared control while particularly devoting the attention to two issues within the intelligent assistive wheelchair domain viz. vision-based assistance and human-aware navigation.Recognizing the fundamental tasks that a wheelchair user may have to execute in indoor environments, we design low­cost vision-based assistance framework for corridor navigation. The framework provides progressive assistance for the tasks of safe corridor following and doorway passing. Evaluation of the framework is carried out on a robotized off-the­shelf wheelchair. From the proposed plug and play design, we infer an adaptive formulation for sharing control between user and robot. Furthermore, keeping in mind that wheelchairs are assistive devices that operate in human environments, it is important to consider the issue of human-awareness within wheelchair mobility. We leverage spatial social conventions from anthropology to surmise wheelchair navigation in human environments. Moreover, we propose a motion strategy that can be embedded on a social robot (such as an intelligent wheelchair) that allows il to equitably approach and join a group of humans in interaction. Based on the lessons learnt from the proposed designs for wheelchair mobility assistance, we can finally mathematically formalize adaptive shared control for assistive motion planning. ln closing, we demonstrate this formalism in order to design a general framework for assistive wheelchair navigation in human environments.

Cette recherche propose une analyse des usages des systèmes de tagging sur le Web. Au delà d'un simple outil personnel de " catégorisation ordinaire " des ressources en ligne, les classifications produites à partir de l'indexation libre de tags, nommées folksonomies, permettent aux internautes de produire des " prises " physiques et interprétatives quideviennent un support aux formes de navigation sociale. Ces réseaux de traces numériques permettent aux internautes de se repérer et d'agir dans l'univers complexe et abondant que représente le Web, mais elles sont également un support de coordination avec d'autres internautes. Les tags apparaissent comme des appuis conventionnels qui permettent decoordonner les actions au sein de collectifs à géométrie variable, plus ou moins étendus et identifiés, dont les membres partagent des centres d'intérêts et un vocabulaire commun. A partir d'une approche socio-technique nous étudions le couplage entre conception et usage de ces dispositifs, et montrons que le tagging propose une voie alternative, encore enconstruction, aux politiques existantes d'architecture et d'accessibilité des ressources du Web

Cette recherche propose une analyse des usages des systèmes de tagging sur le Web. Au delà d'un simple outil personnel de « catégorisation ordinaire » des ressources en ligne, les classifications produites à partir de l'indexation libre de tags, nommées folksonomies, permettent aux internautes de produire des « prises » physiques et interprétatives quideviennent un support aux formes de navigation sociale. Ces réseaux de traces numériques permettent aux internautes de se repérer et d'agir dans l'univers complexe et abondant que représente le Web, mais elles sont également un support de coordination avec d'autres internautes. Les tags apparaissent comme des appuis conventionnels qui permettent decoordonner les actions au sein de collectifs à géométrie variable, plus ou moins étendus et identifiés, dont les membres partagent des centres d’intérêts et un vocabulaire commun. A partir d'une approche socio-technique nous étudions le couplage entre conception et usage de ces dispositifs, et montrons que le tagging propose une voie alternative, encore enconstruction, aux politiques existantes d'architecture et d’accessibilité des ressources du Web / This research proposes an anlysis of tagging systems uses on the Web. Tagging is not a simple personnal tool of web ressources categorization but classifications emerging from free tags indexation, named folksonomies, allow Internet users to create physical and interpretative supports which produce new forms of social navigation. Those tagging networks give the opportunity to Internet users to navigate and to act in the complex and abundant Web universe, but they are also coordination supports with other Internet users. Tags appear as conventionnal supports which allow coordination of actions in variable-geometry collectives. In those more or less identified and large collectives, members share common vocabulary and interests. Based on a socio-technical approach, we study coupling between conception and uses of tagging systems. We explain that tagging proposes an under construction and alternative way to architecture and accessibility politics of the Web ressources

Pour les robots mobiles autonomes conçus pour partager notre environnement, la sécurité et l'efficacité de leur trajectoire ne sont pas les seuls aspects à prendre en compte pour la planification de leur mouvement: ils doivent respecter des règles sociales afin de ne pas gêner les personnes environnantes. Dans un tel contexte social, la plupart des techniques de planification de mouvement actuelles s'appuient fortement sur le concept d'espaces sociaux; de tels espaces sociaux sont cependant difficiles à modéliser et ils sont d'une utilisation limitée dans le contexte d'interactions homme-robot où l'intrusion dans les espaces sociaux est nécessaire. Ce travail présente une nouvelle approche pour la planification de mouvements dans un contexte social qui permet de gérer des environnements complexes ainsi que des situation d’interaction homme-robot. Plus précisément, le concept d'attention est utilisé pour modéliser comment l'influence de l'environnement dans son ensemble affecte la manière dont le mouvement du robot est perçu par les personnes environnantes. Un nouveau modèle attentionnel est introduit qui estime comment nos ressources attentionnelles sont partagées entre les éléments saillants de notre environnement. Basé sur ce modèle, nous introduisons le concept de champ attentionnel. Un planificateur de mouvement est ensuite développé qui s'appuie sur le champ attentionnel afin de produire des mouvements socialement acceptables. Notre planificateur de mouvement est capable d'optimiser simultanément plusieurs objectifs tels que la sécurité, l'efficacité et le confort des mouvements. Les capacités de l'approche proposée sont illustrées sur plusieurs scénarios simulés dans lesquels le robot est assigné différentes tâches. Lorsque la tâche du robot consiste à naviguer dans l'environnement sans causer de distraction, notre approche produit des résultats prometteurs même dans des situations complexes. Aussi, lorsque la tâche consiste à attirer l'attention d'une personne en vue d'interagir avec elle, notre planificateur de mouvement est capable de choisir automatiquement une destination qui exprime au mieux son désir d'interagir, tout en produisant un mouvement sûr, efficace et confortable. / For autonomous mobile robots designed to share their environment with humans, path safety and efficiency are not the only aspects guiding their motion: they must follow social rules so as not to cause discomfort to surrounding people. Most socially-aware path planners rely heavily on the concept of social spaces; however, social spaces are hard to model and they are of limited use in the context of human-robot interaction where intrusion into social spaces is necessary. In this work, a new approach for socially-aware path planning is presented that performs well in complex environments as well as in the context of human-robot interaction. Specifically, the concept of attention is used to model how the influence of the environment as a whole affects how the robot's motion is perceived by people within close proximity. A new computational model of attention is presented that estimates how our attentional resources are shared amongst the salient elements in our environment. Based on this model, the novel concept of attention field is introduced and a path planner that relies on this field is developed in order to produce socially acceptable paths. To do so, a state-of-the-art many-objective optimization algorithm is successfully applied to the path planning problem. The capacities of the proposed approach are illustrated in several case studies where the robot is assigned different tasks. Firstly, when the task is to navigate in the environment without causing distraction our approach produces promising results even in complex situations. Secondly, when the task is to attract a person's attention in view of interacting with him or her, the motion planner is able to automatically choose a destination that best conveys its desire to interact whilst keeping the motion safe, efficient and socially acceptable.