Les robots à vocation sociale ou robotique sociale, au départ très limités dans leur mécanique et leurs capacités intellectuelles, avaient la plupart du temps pour buts la distraction et l'amusement de personnes. De nos jours, les scientifiques s'intéressent aux relations psychologiques qu'il est possible d'entretenir avec ce type de nouveau média de communication. La Robothérapie, qui reprend les règles de la robotique sociale, a pour but d'améliorer l'état psychologique et physiologique de personnes malades, marginalisées ou atteintes de handicaps physiques ou mentaux. Il apparait que les robots peuvent jouer un rôle d'accompagnement et d'éveil. Il faut pour cela les doter de capacités de communications. Le nouveau défi du domaine des robots compagnons consiste à offrir un enrichissement du comportement par leur interaction avec les humains. Quelques études existent déjà dans le domaine de la RAA : " Robot Assisted Activity " et, plus précisément, dans le domaine du RAT : Le " Robot Assisted Therapy ". Les premières expérimentations dans ce domaine de la robotique ont prouvé que les robots compagnons peuvent donner un certain confort moral et psychologique aux personnes fragiles. Dans ce contexte, le projet MAPH (Média Actif Pour le Handicap) a pour objectif d'apporter un réconfort psychologique aux enfants fragilisés (ex. longue hospitalisation ou difficultés d'intégration sociale) à l'aide du robot compagnon. L'objectif de mon travail de recherche tend vers la réalisation d'un robot avec un contact agréable et qui sera doté de capacités d'expression corporelle, de perception et de compréhension du langage naturel de sorte qu'il puisse établir une représentation formelle de l'état émotif de son interlocuteur. Il s'agit de définir et concevoir un modèle des états émotifs du robot et de son évolution, afin que ses réactions semblent les plus naturelles possibles. Ce manuscrit présentera les méthodes utilisées et permettant d'atteindre l'objectif fixé. Nous présenterons les définitions utilisées pour la modélisation du processus émotionnel, la réalisation du modèle de calcul des émotions permettant de générer un état émotionnel ressenti, la construction du robot compagnon expressif et les expérimentations réalisées tentant de valider nos choix de conception et de développement.

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Cette thèse présente la conception et la commande d’une main robotique légère et peu onéreuse pour un robot compagnon humanoïde. La main est conçue pour exprimer des émotions à travers des gestes et pour saisir de petits objets légers. Sa géométrie est définie à l’aide de données anthropométriques. Sa cinématique est simplifiée par rapport à la main humaine pour réduire le nombre d’actionneurs tout en respectant ses exigences fonctionnelles. La main préserve son anthropomorphisme grâce aux nombres et au placement de la base des doigts et à une bonne opposabilité du pouce. La mécatronique de la main repose sur un compromis entre des phalanges couplés, qui permettent de bien connaître la posture des doigts pendant les gestes, et des phalanges capable de s’adapter à la forme des objets pendant la saisie, réunis en une conception hybride unique. Ce compromis est rendu possible grâce à deux systèmes d’actionnement distincts placés en parallèle. Leur coexistence est garantie par une transmission compliante basée sur des barres en élastomère. La solution proposée réduit significativement le poids et la taille de la main en utilisant sept actionneurs de faible puissance pour les gestes et un seul moteur puissant pour la saisie. Le système est conçue pour être embarqué sur Romeo, un robot humanoïde de1.4 [m] produit par Aldebaran. Les systèmes d’actionnements sont dimensionnés pour ouvrir et fermer les doigts en moins de 1 [s] et pour saisir une canette pleine de soda. La main est réalisée et contrôlée pour garantir une interaction sûre avec l’homme mais aussi pour protéger l’intégrité de la mécanique. Un prototype (ALPHA) est réalisé pour valider la conception et ses capacités fonctionnelles. / This thesis presents the design and control of a low-cost and lightweight robotic hand for a social humanoid robot. The hand is designed to perform expressive hand gestures and to grasp small and light objects. Its geometry follows anthropometric data. Its kinematics simplifies the human hand structure to reduce the number of actuators while ensuring functional requirements. The hand preserves anthropomorphism by properly placing five fingers on the palm and by ensuring an equilibrated thumb opposability. Its mechanical system results from the compromise between fully-coupled phalanges and self-adaptable fingers in a unique hybrid design. This answers the need for known finger postures while gesturing and for finger adaptation to different object shapes while grasping. The design is based on two distinct actuation systems embodied in parallel within the palm and the fingers. Their coexistence is ensured by a compliant transmission based on elastomer bars. The proposed solution significantly reduces the weightand the size of the hand by using seven low-power actuators for gesturing and a single high-power motor for grasping. The overall system is conceived to be embedded on Romeo, a humanoid robot 1.4 [m] tall produced by Aldebaran. Actuation systems are dimensioned to open and close the fingers in less than1 [s] and to grasp a full soda can. The hand is realized and controlled to ensure safe human-robot interaction and to preserve mechanical integrity. A prototype(ALPHA) is realized to validate the design feasibility and its functional capabilities.

De nos jours, les robots compagnons présentent de réelles capacités et fonctionnalités. Leurs acceptabilité dans nos habitats est cependant toujours un objet d'étude du fait que les motivations et la valeur du companionage entre robot est enfant n'a pas encore été établi. Classiquement, les robots sociaux avaient des comportements génériques qui ne prenaient pas en compte les différences inter-individuelles. De plus en plus de travaux en Interaction Humain-Robot se penchent sur la personnalisation du compagnon. Personnalisation et contrôle du compagnon permettrai une meilleure compréhension de ses comportements par l'utilisateur. Proposer une palette d'expressions du compagnon jouant un rôle social permettrait à l'utilisateur de customiser leur compagnon en fonction de leur préférences.Dans ce travail, nous proposons un système de plasticité pour l'interaction humain-robot. Nous utilisons une méthode de Design Basée Scenario pour expliciter les rôles sociaux attendu des robot compagnons. Puis en nous appuyant sur la littérature de plusieurs disciplines, nous proposons de représenter ces variations de comportement d'un robot compagnon par les styles comportementaux. Les styles comportementaux sont défini en fonction du rôle social grâce à des paramètres d'expressivité non-verbaux. Ces paramètres (statiques, dynamiques et décorateurs) permettent de transformer des mouvements dit neutres en mouvements stylés. Nous avons mener une étude basée sur des vidéos, qui montraient deux robots avec des mouvement stylés, afin d'évaluer l'expressivité de deux styles parentaux par deux types de robots. Les résultats montrent que les participants étaient capable de différentier les styles en termes de dominance et d'autorité, en accord avec la théorie en psychologie sur ces styles. Nous avons constater que le style préféré par les parents n'étaient pas corréler à leur propre style en tant que parents. En conséquence, les styles comportementaux semblent être des outils pertinents pour la personnalisation social du robot compagnon par les parents.Une seconde expérience, dans un appartement impliquant 16 enfants dans des interaction enfant-robot, a montré que parents et enfants attendent plutôt d'un robot d'être polyvalent et de pouvoir jouer plusieurs rôle à la maison. Cette étude a aussi montré que les styles comportementaux ont une influence sur l'attitude corporelle des enfants pendant l'interaction avec le robot. Des dimensions classiquement utilisées en communication non-verbal nous ont permises de développer des mesures pour l'interaction enfant-robot, basées sur les données capturées avec un capteur Kinect 2.Dans cette thèse nous proposons également la modularisation d'une architecture cognitive et affective précédemment proposé résultant dans l'architecture Cognitive et Affective orientées Interaction (CAIO) pour l'interaction social humain-robot. Cette architecture a été implémenter en ROS, permettant son utilisation par des robots sociaux. Nous proposons aussi l'implémentation des Stimulus Evaluation Checks (SECs) de [Scherer, 2009] pour deux plateformes robotiques permettant l'expression dynamique d'émotion.Nous pensons que les styles comportementaux et l'architecture CAIO pourront s'avérer utile pour l'amélioration de l'acceptabilité et la sociabilité des robot compagnons. / Companion robots are technologically and functionally more and more efficient. Capacities and usefulness of companion robots is nowadays a reality. These robots that have now more efficient are however not accepted yet in home environments as worth of having such robot and companionship hasn't been establish. Classically, social robots were displaying generic social behaviours and not taking into account inter-individual differences. More and more work in Human-Robot Interaction goes towards personalisation of the companion. Personalisation and control of the companion could lead to better understanding of the robot's behaviour. Proposing several ways of expression for companion robots playing role would allow user to customize their companion to their social preferences.In this work, we propose a plasticity framework for Human-Robot Interaction. We used a Scenario-Based Design method to elicit social roles for companion robots. Then, based on the literature in several disciplines, we propose to depict variations of behaviour of the companion robot with behavioural styles. Behavioural styles are defined according to the social role with non-verbal expressive parameters. The expressive parameters (static, dynamic and decorators) allow to transform neutral motions into styled motion. We conducted a perceptual study through a video-based survey showing two robots displaying styles allowing us to evaluate the expressibility of two parenting behavioural styles by two kind robots. We found that, participants were indeed able to discriminate between the styles in term of dominance and authoritativeness, which is in line with the psychological theory on these styles. Most important, we found that styles preferred by parents for their children was not correlated to their own parental practice. Consequently, behavioural styles are relevant cues for social personalisation of the companion robot by parents.A second experimental study in a natural environment involving child-robot interaction with 16 children showed that parents and children were expected a versatile robot able to play several social role. This study also showed that behavioural styles had an influence on the child's bodily attitudes during the interaction. Common dimension studied in non-verbal communication allowed us to develop measures for child-robot interaction, based on data captured with a Kinect2 sensor .In this thesis, we also propose a modularisation of a previously proposed affective and cognitive architecture resulting in the new Cognitive, Affective Interaction Oriented (CAIO) architecture. This architecture has been implemented in ROS framework allowing it to use it on social robots. We also proposed instantiations of the Stimulus Evaluation Checks of [Scherer, 2009]for two robotic platforms allowing dynamic expression of emotions.Both behavioural style framework and CAIO architecture can be useful in socialise companion robots and improving their acceptability.

Dans ce travail, nous considérons le cas d'un robot mobile d'intérieur dont l'objectif est de détecter les humains présents dans l'environnement et de se positionner physiquement par rapport à eux, dans le but de mieux percevoir leur état. Pour cela, le robot dispose de différents capteurs (capteur RGB-Depth, microphones, télémètre laser). Des contributions de natures variées ont été effectuées :Classification d'événements sonores en environnement intérieur : La méthode de classification proposée repose sur une taxonomie de petite taille et est destinée à différencier les marqueurs de la présence humaine. L'utilisation de fonctions de croyance permet de prendre en compte l'incertitude de la classification, et de labelliser un son comme « inconnu ».Fusion audiovisuelle pour la détection de locuteurs successifs dans une conversation : Une méthode de détection de locuteurs est proposée dans le cas du robot immobile, placé comme témoin d'une interaction sociale. Elle repose sur une fusion audiovisuelle probabiliste. Cette méthode a été testée sur des vidéos acquises par le robot.Navigation dédiée à la détection d'humains à l'aide d'une fusion multimodale : A partir d'informations provenant des capteurs hétérogènes, le robot cherche des humains de manière autonome dans un environnement connu. Les informations sont fusionnées au sein d'une grille de perception multimodale. Cette grille permet au robot de prendre une décision quant à son prochain déplacement, à l'aide d'un automate reposant sur des niveaux de priorité des informations perçues. Ce système a été implémenté et testé sur un robot Q.bo.Modélisation crédibiliste de l'environnement pour la navigation : La construction de la grille de perception multimodale est améliorée à l'aide d'un mécanisme de fusion reposant sur la théorie des fonctions de croyance. Ceci permet au robot de maintenir une grille « évidentielle » dans le temps comprenant l'information perçue et son incertitude. Ce système a d'abord été évalué en simulation, puis sur le robot Q.bo. / In this work, we consider the case of mobile robot that aims at detecting and positioning itself with respect to humans in its environment. In order to fulfill this mission, the robot is equipped with various sensors (RGB-Depth, microphones, laser telemeter). This thesis contains contributions of various natures:Sound classification in indoor environments: A small taxonomy is proposed in a classification method destined to enable a robot to detect human presence. Uncertainty of classification is taken into account through the use of belief functions, allowing us to label a sound as "unknown".Speaker tracking thanks to audiovisual data fusion: The robot is witness to a social interaction and tracks the successive speakers with probabilistic audiovisual data fusion. The proposed method was tested on videos extracted from the robot's sensors.Navigation dedicated to human detection thanks to a multimodal fusion:} The robot autonomously navigates in a known environment to detect humans thanks to heterogeneous sensors. The data is fused to create a multimodal perception grid. This grid enables the robot to chose its destinations, depending on the priority of perceived information. This system was implemented and tested on a Q.bo robot.Credibilist modelization of the environment for navigation: The creation of the multimodal perception grid is improved by the use of credibilist fusion. This enables the robot to maintain an evidential grid in time, containing the perceived information and its uncertainty. This system was implemented in simulation first, and then on a Q.bo robot.