Définition de la préhension en ergonomie virtuelle : vers une démarche automatique basée sur la similarité géométrique des objets

La simulation informatique, domaine vaste, se voit être de plus en plus utilisée en développement de produits et de processus manufacturiers. Ainsi, il est aujourd’hui possible de simuler un environnement de travail afin, entre autres, d’en évaluer l’ergonomie. Le travail de positionnement du mannequin virtuel au sein d’une maquette numérique demeure cependant très interactif et peu intuitif. C’est pourquoi Dassault Systèmes a lancé un projet de développement d’un nouveau moteur de positionnement du mannequin. Parmi les objectifs de ce projet se trouve l’automatisation du positionnement du mannequin, ce qui requiert l’automatisation de la définition de la préhension des objets par le mannequin virtuel. L’objectif général poursuivi dans ce mémoire consiste à évaluer une approche basée sur la similarité géométrique et la transposition de la préhension à des objets similaires, afin de fournir au nouveau moteur de positionnement du mannequin une préhension plausible meme pour un outil inconnu du mannequin. Cette approche comporte plusieurs étapes. Lorsqu’un objet inconnu est présenté au mannequin dans l’environnement virtuel, le système cherche dans une base de données d’objets typés un objet géométriquement similaire au nouvel objet. Le système va ensuite transposer l’information de préhension propre à cet objet typé vers le nouvel objet, pour transmettre cette information de préhension au moteur de positionnement du mannequin. Afin d’évaluer cette solution, une base de données a d’abord été créée. Il a fallu dans un premier temps choisir une liste d’objets tests, en l’occurrence, des outils usuels de l’industrie, tels qu’un marteau, une perceuse, un tournevis, une clé mixte, etc. Pour chacun des outils sélectionnés, une ou plusieurs actions sont considérées. En effet, il peut y avoir, d’une part, plusieurs façons d’utiliser un même outil. Il peut également être nécessaire, d’autre part, de définir des actions ‘génériques’, telles que « saisir pour déplacer » l’outil. Dans une seconde étape, nous avons vérifié l’impact de l’anthropométrie sur la préhension. Puisque nous souhaitons enregistrer, pour chaque objet typé, une préhension par couple outil/action, il fallait déterminer si une préhension plausible pour un homme au 50ème centile pouvait aussi être plausible pour une femme au 5ème centile ou un homme au 95ème centile. Si une préhension de référence moyenne s’était avérée inutilisable pour des anthropometries éloignées, il aurait fallu inclure dans la base de données des triplets outil/action/anthropométrie. Les différents essais réalisés montrent que l’impact de l’anthropométrie sur la préhension est limité et qu’il est adéquat d’inclure uniquement la préhension d’un homme au 50ème centile au sein de la base de données. Finalement, il fallait évaluer la possibilité de transférer la préhension d’un outil de la base de données à un outil inconnu mais géométriquement similaire. La première étape consiste à retrouver dans la base de données un outil connu géométriquement similaire au nouvel outil. Dassault Systèmes offre son propre moteur de recherche géométrique, et nous avons souhaité tester cette solution. Nous avons observé des résultats encourageants, cependant, certains tests indiquent qu’il reste du travail à faire. Dans l’hypothèse où la recherche d’outils géométriquement similaires se déroule bien, nous souhaitions évaluer la capacité de transférer l’information de préhension de l’outil typé vers l’outil géométriquement similaire. La méthode examinée consiste à prévoir des elements géométriques (plan de symétrie, etc.) sur les objets typés, et tenter de retrouver des elements géométriques équivalents sur le nouvel objet géométriquement similaire. Ces elements géométriques sont ensuite utilisés comme contraintes de recalage entre les deux outils. Une fois le recalage réalisé, il est possible de transférer la préhension de l’objet typé vers le nouvel objet