Comme une solution au caractère encombrant souvent observé au niveau de nombreuses interfaces haptiques, nous proposons un dispositif de conception simple fonctionnant sur le principe de régulation du coefficient de frottement. Cette structure est constituée d'une plaque en cuivre-berryllium de dimension 64x38x3 mm sur laquelle sont collées à l'époxy des céramiques piézoélectriques PZT convenablement agencées. Cette plaque tient sur quatre pieds chacun à l'extrémité sphérique ou plane. Ainsi, une alimentation électrique adéquate du dispositif autour de sa fréquence de résonance crée une onde stationnaire dont on a choisi deux ventres pour positionner les pieds. Dès lors une force de frottement variable entre les pieds et un substrat en acier par exemple est obtenue par le contrôle de l'amplitude vibratoire en harmonie avec le principe de la lubrification électroactive. Comme résultat, un usager perçoit un effort en tenant la plaque avec les doigts de la main et en déplaçant cette plaque sur le substrat plan comme il le ferait avec une souris d'ordinateur. Une première évaluation psychophysique tend à valider le dispositif pour une application en retour d'effort pouvant consister à identifier les limites ou les changements de forme d'objets d'un environnement virtuel. / As a solution to the lack of compactness and simplicity often encountered in haptic interfaces, we propose a device based on friction coefficient control principle. This device includes polarised piezoceramics well adjusted and glued to a 64x38x3 mm copper-beryllium plate supported by four legs. Then, properly energised around a resonant frequency, with legs at antinodes, a stationary wave is created in the plate. Variable friction forces between the legs and the plane substrate are created by the control of the wave amplitude, according to electro-active lubrication. So the user obtains force feedback by holding the plate, and moving it on a plane substrate, as he couId do with a mouse interface. Preliminary psychophysical evaluation trends to assess the validity of the device as a force feedback interface able to sense limits or shape changes of objects from virtual environment in the future.

Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 1997. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2003. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2008. / Bibliogr.: f. 77-89. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

Le manque de retour tactile est un problème important pour les écrans tactiles actuels. Sans retour tactile, les utilisateurs doivent compter sur leur sens visuel pour interagir avec les écrans. En conséquence, les performances en interaction des utilisateurs sont détériorées et la charge de travail visuel est très importante. Cette thèse présente la conception et l’évaluation d’un dispositif à retours de force et tactile pour améliorer l’interaction avec les écrans. Le dispositif est composé d’un retour d’effort à câbles et d’un retour tactile basé sur l’effet « squeeze film ». Le système à câbles comporte 4 câbles pour appliquer des efforts sur un ou deux doigts, grâce au contrôle de la tension des câbles. Il peut fournir du retour d’effort à l’utilisateur lorsque celui-ci attrape un objet virtuel et interagit avec d’autres objets. Le système à retour tactile est basé sur la réduction contrôlée du frottement d’une surface par effet « squeeze film ». Nous en proposons une modélisation analytique pour estimer la consommation énergétique ; nous avons utilisé ce modèle pour concevoir un stimulateur tactile large (198mm x 138mm) équipé de peu de piézo-céramiques pour sa mise en vibration, afin de diminuer la consommation. Ces deux systèmes peuvent être utilisés séparément et aussi de façon couplée pour fournir les deux retours simultanément lorsque l’utilisateur touche une surface. Le système haptique complet a été évalué sur la simulation d’une frontière. Par comparaison avec la configuration habituelle (retour d’effort seul), le dispositif haptique complet permet une amélioration de la stimulation en laissant percevoir la frontière de façon plus raide et plus nette. / The lack of haptic feedback is a significant problem of current touch screens. Without haptic feedback, users have to rely almost entirely on visual feedback to operate on a touch screen. As a result, users’ performance is deteriorated and users’ visual workload is increased. Adding tactile feedback to touch screens has shown to be a promising solution to address this problem. However, the force feedback in interactions with virtual objects on touch screens is not provided. This thesis presents the design and evaluation of an integrated haptic device for enhancing interactions on touch screens. The device consists of a cable-driven force feedback device and a squeeze film based tactile device. The cable-driven force feedback device uses four cables to provide force feedback to one finger or dual fingers through controlling the cable tensions. It can provide force feedback when the user clicks a button, grasps an object and interacts with other objects. The tactile device is based on the squeeze film effect to reduce the friction coefficient on the touch surface. We propose an accurate model to analyze the power consumption of the device and use the model to develop a large area (198 mm × 138mm) tactile device with very few piezoceramics and low power consumption. Each of these two devices can be used individually and the integrated device is able to provide simultaneous force feedback and tactile feedback on a touch surface. The coupled haptic feedback has been evaluated through simulating a boundary. As compared with a single type of haptic feedback (e.g. force feedback), the coupled haptic feedback enhances the simulation by making the boundary stiffer and crisper.

Ce travail de recherche s'intéresse à l'utilisation d'actionneur piézoélectrique à onde progressive dans le cadre d'un contexte de retour d'effort comme un choix alternatif par rapport à l'actionneur électromagnétique utilisé très souvent dans le domaine haptique. Ainsi, à partir d'une étude sur les caractéristiques dynamiques et mécaniques du moteur USR30, on a proposé un modèle global en GIC qui prend en compte les phénomènes non linéaires intrinsèques dans le moteur. En inversant ce modèle de GIC, on arrive à valider deux types de commande à retour d'effort, enfin, en présentant les résultats expérimentaux à base de la plateforme de 1ddl de digitracker, la réalisation d'un environnement virtuel qui comprend un ressort et un mur virtuels devient possible. / This research work is interested in the use of travelling wave ultrasonic motor within the framework of a context of force feedback as an alternative choice with regard to the electromagnetic motor which is often used in the haptic domain. So, from a study on the dynamic and mechanical characteristics of the motor USR30, we proposed a global model in GIC who takes into account the intrinsic not linear phenomena in the motor. By inverting this model of GIC, we manage to validate two types of control in force feedback; finally, by presenting the experimental results based of the platform of 1ddl of digitracker, the realization of a virtual environment which includes a virtual spring and a virtual wall becomes possible.

L'objectif de cette thèse est d'évaluer l'intérêt d'une nouvelle interface de commande pour fauteuil roulant électrique, un joystick à retour d'effort, destinée à des personnes handicapés moteurs ayant des difficultés à contrôler classiquement leur fauteuil. Ce joystick devra être implémenté sur un fauteuil « intelligent » muni de capteurs télémétriques. Le retour d'effort est calculé en fonction de la proximité des obstacles et aide l'utilisateur sans le contraindre à se diriger vers la direction libre. Le premier chapitre du mémoire est une étude bibliographique portant sur les fauteuils « intelligents », sur les modes de commande en téléopération, sur les interfaces haptiques en robotique et sur la modélisation des tâches de pilotage. Le second chapitre décrit la conception d'un simulateur de pilotage de fauteuil destiné à tester des fonctionnalités nouvelles. Le troisième et dernier chapitre porte sur un ensemble de résultats expérimentaux visant à conclure sur l'intérêt du retour d'effort pour le pilotage de fauteuils électriques et sur le choix de son algorithme de calcul. Les paramètres testés sont notamment la configuration de l'environnement (couloir, passage de porte, espace libre, …) et la cinématique du fauteuil (traction avant, traction arrière) / The objective of this thesis is to evaluate the interest of a new control interface for powered wheelchairs, a force feedback joystick, intended for people with severe motor disabilities which have difficulties to pilot their wheelchair in an usual way. This joystick will have to be implemented on a "smart" wheelchair provided with telemetric sensors. The force feedback is calculated according to the proximity of the obstacles and assists the user, without forcing him, to move towards the free direction. The first chapter of the report is a state of the art on the smart wheelchairs, on the control modes in teleoperation, on the haptic interfaces in robotics and on the modelling of piloting tasks. The second chapter describes the design of a simulator of wheelchair piloting intended to test new functionalities. The third and final chapter relates to a set of experimental results aiming at concluding on the interest of the force feedback for wheelchair piloting and on the choice of its calculation algorithm. The parameters tested are in particular the configuration of the environment (corridor, doors passages, free space …) and the kinematics of the wheelchair (front-wheel drive, rear-wheel drive)

Le développement de interaction homme-machine aide les utilisateurs à travailler de manière plus efficace. Les technologies traditionnelles ne peuvent plus satisfaire les nouveaux besoins des applications variées. Enenvironnement 2D WIMP, les périphériques d'entrée isotonique combinés avec un contrôle en position tels que les souris ou touch-pad, souffrent de débrayages qui prennent du temps et rendent l'interaction moins lisse. C'est pire encore lors de l'utilisation d'un petit périphérique avec un grand écran. Les interactions 3D attirent l'attention de nombreux chercheurs. Toutefois, les techniques existantes qui permettent à la fois la navigation et de manipuler les objets ne sont pas naturelles ni suffisamment efficaces pour être totalement acceptées par les utilisateurs. De nouveaux périphériques d'entrée et des techniques d'interaction doivent être proposées afin d'améliorer la qualité de l'interaction. Dans cette thèse, nous proposons deux périphériques d'entrée composés d'une zone isotonique avec un contrôle en position et une zone élastique avec un contrôle en vitesse; La première méthode RubberEdge est une méthode en 2D pour réduire le débrayage et la seconde méthode Haptic Boundary est une méthode 3D qui rend plus efficace les manipulations d'objets et l'exploration de l'environnement virtuel. Pour RubberEdge, nous avons adopté la simulation de rotation d'un disque et un traitement mathématique dans sa fonction de transfert pour garantir un passage lisse du contrôle en position au contrôle en vitesse. Une évaluation d'une tache de sélection en 2D a été réalisée. Le résultat a montré que RubberEdge est 20% plus performant que le contrôle en position. Nous avons ensuite proposé deux modèles prédictifs pour le temps de sélection pour le contrôle en position ainsi que le contrôle hybride de RubberEdge. Nous avons présenté également une mise en oeuvre de RubberEdge pour ordinateur portable. Haptic Boundary permet des manipulations d'objets précises dans sa zone isotonique et la manipulation de la caméra sur sa paroi. Deux types de retour d'effort ont été adoptés pour fournir des mouvements de caméra plus riches et pour éviter un passage de mode explicite qui pourrait augmenter la charge mentale des utilisateurs. La taille et la forme de la zone isotonique ont été choisies avec soin afin de maximiser les avantages du contrôle en vitesse de deux types de retour d'effort. Une évaluation de la tache du montage d'une voiture virtuelle est réalisée. L'expérience a montré que Haptic Boundary est 50% plus performant que l'interface uni-manuelle avec un changement du mode explicite. Après analyse des résultats, un mode d'inspection en orbite est mis en place pour améliorer l'usage de l'Haptic Boundary. / The development of human-computer interaction technologies help people to work more efficiently. Meanwhile, traditional technologies could not fulfill the new born requirements in diverse situations. ln 2D WIMP environment the popular isotonic position control device, such as mouse, touch pad, suffers from clutching which is time-consuming and makes the interaction less smooth. lt is getting worse when using a small input device to interact with a larger screen. 3D interactions attract attentions of many researchers. However, the existing techniques allowing both object and view manipulations are not natural or efficient enough to be totally accepted by users. New input devices and corresponding interaction techniques should be proposed to improve the interaction quality. ln this thesis, we propose two techniques based on isotonic-position and elastic-rate control spaces: 2D RubberEdge for reducing the clutching and 3D Haptic Boundary for efficient object manipulations and exploration in VE. For RubberEdge, we adopted a simulation of the ration of a disc, and a mathematical treatment in its mapping function to guarantee a smooth switch between position and rate control. An evaluation of a 2D selecting task was performed. The result showed that RubberEdge outperforms position-only control by 20%. We then proposed two predictive models for selection time with position-only control and with the hybrid control of RubberEdge. We also presented the first RubberEdge prototype for laptop touchpad. Haptic Boundary allows precise object manipulations inside its isotonic zone and camera manipulation on its boundary. Two kinds of force feedbacks were adopted to provide richer camera motions and to avoid the explicit mode switch which greatly increases user's mentalload. The shape and size of isotonic zone is carefully chosen to maximize the benefit of the rate control with both two force feedbacks. An evaluation of car assembling task was performed. The result showed that Haptic Boundary outperformed the unimanual interface with explicit switch by 50%. After analyze the experiment result, the orbiting inspection is combined to enhance the applicability of Haptic Boundary.

Thèse (M.Sc.)--Université Laval, 2009. / Bibliogr.: f. 92-106. Publié aussi en version électronique dans la Collection Mémoires et thèses électroniques.

L’obésité est une maladie chronique dont la prévalence ne cesse de croître. D’origine multifactorielle, l’obésité s’accompagne de nombreuses comorbidités dont l’hypertension artérielle, le diabète de type 2, la dyslipidémie et l’apnée obstructive du sommeil. Plusieurs approches sont de mise concernant la prise en charge des patients avec obésité. Parmi les approches, on retrouve les mesures non pharmacologiques, la pharmacothérapie ainsi que la chirurgie bariatrique. L’évaluation de la capacité cardiorespiratoire en contexte d’obésité sévère comporte son lot de difficultés. Cependant celle-ci demeure la pierre angulaire pour l’évaluation cardiaque non invasive. Les patients avec obésité sévère ont une capacité à l’effort diminuée qui est associée à un plus grand risque cardiovasculaire et un taux de mortalité élevé. Les limitations sont multiples et peuvent être expliquées à la fois par le système cardiovasculaire, pulmonaire ou musculaire. L’épreuve d’effort maximal avec mesures directes est la référence en matière d’évaluation cardiorespiratoire. À des fins pratique, des tests d’effort alternatifs existent pour l’évaluation cardiorespiratoire. Le test de marche de 6 minutes (TM6M) est un test simple et pratique qui est utilisé pour l’évaluation de la capacité fonctionnelle. L’objectif principal de ce mémoire est de comparer la réponse physiologique à l’effort obtenu au TM6M avec celle de l’épreuve d’effort maximal. Nos travaux ont permis de démontrer que l’intensité de l’effort au TM6M est comparable à celle obtenue à l’épreuve d’effort maximal. Les valeurs maximales atteintes au TM6M comparativement à celles obtenues à l’épreuve d’effort maximal concernant les paramètres cardiaques (fréquence cardiaque et pouls d’oxygène) et les paramètres pulmonaires (VO2 pic (consommation d’oxygène), fréquence respiratoire, le volume courant et le ratio ventilation/production de dioxyde de carbone) ont montré des différences non significatives, suggérant une intensité similaire entre les deux tests. Des recherches supplémentaires sont nécessaires quant à la détermination de son utilité clinique en obésité sévère / Obesity is a chronic disease and its prevalence is constantly increasing. The origin of obesity is multifactorial, and it comes with many comorbidities including systemic hypertension, type 2 diabetes, dyslipidemia and obstructive sleep apnea. Several approaches are available for the management of patients with obesity. Among these multiple approaches, there are non-pharmacological measures, which include pharmacotherapy and bariatric surgery. The evaluation of cardiorespiratory capacity in the context of severe obesity involves a lot of difficulties. However, it remains the gold standard for non-invasive cardiac assessment. Patients with severe obesity have a reduced exercise capacity, which is associated with a higher cardiovascular risk and a high mortality rate. Their limitations are manifold and can be explained by the cardiovascular, pulmonary or muscular system. The cardiopulmonary exercise testing (CPET) with direct measurements is the gold standard for cardiorespiratory evaluation. In regards of practical purposes, alternative stress tests exist for cardiorespiratory evaluation. The 6-minute walk test (6MWT) is a simple and practical test that is used to assess functional capacity. The main objective of this master’s thesis is to compare the physiological response between the 6MWT and the CPET in patients with severe obesity. Our research has shown that a comparable maximum capacity was reached in both tests according to cardiac parameters (heart rate and oxygen pulse) and pulmonary parameters (VO2 peak (oxygen consumption), respiratory rate, tidal volume and ventilation/carbon dioxide production) which suggests that no significant differences has been observed. Additional research is needed to determine its clinical utility with patients with severe obesity.