Interaction décisionnelle homme-robot : la planification de tâches au service de la sociabilité du robot

Cette thèse aborde la problématique du robot assistant et plus particulièrement les aspects décisionnels qui y sont liés. Un robot assistant est amené à interargir avec des hommes ce qui impose qu'il doit intègrer dans son processus décisionnel de haut-niveau les contraintes sociales inhérentes à un comportement acceptable par son(ses) partenaire(s) humain(s). Cette thèse propose une approche permettant de décrire de manière générique diverses règles sociales qui sont introduites dans le processus de planification du robot afin d'évaluer la qualité sociale des plans solutions et de ne retenir que le(s) plus approprié(s). Cette thèse décrit également l'implémentation de cette approche sous la forme d'un planificateur de tâches appelé HATP (Human Aware Task Planner en anglais). Enfin, cette thèse propose une validation de l'approche développée grâce à un scénario de simulation et à une mise en oeuvre sur un robot réel.This thesis is about assistive robot challenge et more especially about decisional issues linked to it. An assistive robot has to interact with humans which implies that it must integrate in its high-level decisional process some social constraints inherent in a behaviour acceptable by its human partner(s). This thesis proposes an approach allowing to describe, in a generic way, a set of social rules introduced in the robot planning process in order to evaluate social quality of solution plans and, thus, keep the most appropriate. This thesis also describes implementation of this approach in the form of a task planner called HATP (Human Aware Task Planner). Finally, this thesis proposes a validation of the developed approach with a simulation scenario and an implementation on a real robot

Suppléance perceptive et cognition sociale (étude des interactions tactiles minimalistes)

Cette recherche s inscrit dans le cadre de l élaboration d espaces numériques d interaction tactile, en tant qu ils sont rendus possibles par la connexion en réseau d un dispositif de suppléance perceptive. Dans ce contexte, nous avons articulé une recherche appliquée, centrée sur les analyses d usage du dispositif dans des contextes écologiques, à une recherche fondamentale, dirigée par les questions théoriques soulevées par les usages eux-mêmes.Pour cela, la méthodologie minimaliste nous offre une occasion originale d étudier la constitution même des rencontres interpersonnelles, à travers un espace de couplage sensorimoteur inédit. Nos résultats généraux suggèrent que le processus de l interaction est une dynamique relationnelle autonome qui émerge de l engagement mutuel des participants. Dans une approche énactive et interactionniste de la cognition sociale, il s agit alors de considérer que le croisement perceptif entre deux sujets, même réduit à son expression la plus simple, consiste en la rencontre de deux activités perceptives construisant du sens. Dans le contexte de rencontres strictement dyadiques, nous tentons de caractériser cette dynamique, de façon à en isoler les éléments constitutifs. Nous montrons alors que la coordination interpersonnelle résulte d un processus actif de co-ajustements dynamiques qui se joue autant à un niveau microscopique (qualité de l accroche perceptive) qu à un niveau macroscopique (organisation de séquences d interaction). Dans le contexte de l exploration mutuelle d un contenu numérique, nous montrons que cette dynamique d interaction permet aux participants de faire sens de leurs engagements respectifs en fonction des objets présents. La coordination des activités perceptives se présente alors comme le support de la co-constitution d un monde partagé de significations, à travers une compréhension interpersonnelle ancrée dans un contexte pragmatique. En outre, l articulation des expérimentations et des analyses d usage écologiques nous a conduits à proposer des spécifications techniques et fonctionnelles pour les espaces numériques partagés, de façon à proposer un dispositif pertinent pour les utilisateurs déficients visuels.Our research is part of the design of tactile interaction digital spaces, as they are made possible by a network connection between perceptual supplementation devices. Within this framework, we articulated an applied research, focused on the analysis of use of the device in ecological contexts, with a fundamental one, led by theoretical issues raised by the usage itself. In this respect, minimalist methodology gives us an opportunity to study the very constitution of interpersonal encounters, through a new space of sensorimotor coupling for users.Our overall results suggest that interaction process is an autonomous relational dynamics that emerges from the mutual engagement of participants. Within an enactive and interactionist approach of social cognition, we consider that this perceptual crossing, even when reduced to its simplest expression, involves the meeting of two perceptual activities which inherently produce sense. In the context of strictly dyadic encounters, we try to characterize this dynamic, so as to isolate its fundamental features. We show that interpersonal coordination results from an active process of dynamic co-adjustments that unfolds both on a microscopic level (quality of the perceptual coupling) and on a macroscopic level (organization of interaction sequences). In the case of mutual exploration of digital content, we show that this dynamic interaction allows participants to make sense of their respective engagement relatively to the present objects. The coordination of perceptual activities is then presented as a support for the co-constitution of a shared world of meanings, from an interpersonal understanding rooted in a pragmatic context.In addition, these experiments, coupled to ecological usage analysis, have led us to propose technical and functional specifications for shared digital spaces, so as to provide a relevant device for visually impaired users.COMPIEGNE-BU (601592101) / SudocSudocFranceF

Développement d'une stratégie de mesure des efforts appliqués à un assistant ergonomique robotisé

Ce mémoire a pour objectif de communiquer les principales étapes ayant mené à l'élaboration d'une stratégie de mesure des efforts appliqués sur un assistant ergonomique robotisé. Ces efforts peuvent notamment être communiqués de façon intentionnelle par l'utilisateur dans le but de guider les mouvements du robot d'assistance. Deux interfaces de communication tactile sont explorées à cette fin, soit la surface d 'une membrure de robot et une poignée sensible. Les efforts appliqués sur un assistant ergonomique peuyent également provenir d 'une collision avec un obstacle. Cette problématique est combinée à la communication des intentions sur une membrure afin d 'apporter une solution commune aux deux situations. La stratégie adoptée pour l'ensemble des cas étudiés consiste à assembler un certain nombre de capteurs de force uni-axiaux afin de permettre l'évaluation des composantes désirées de l'effort. Un capteur de force est développé à cette fin. Ce dernier fonctionne par l'entremise d'un élément flexible capable de se déformer suffisamment pour générer un mouvement mesurable à l'aide d'un capteur de déplacement. L'approche adoptée pour la mesure des forces sur une membrure permet l'évaluation des six composantes de l'effort tout en démontrant un comportement isotrope. Cette propriété offre l'avantage d 'une plage de mesure également distribuée dans toutes les directions. L'assemblage de capteurs développé pour la poignée sensible vise pour sa part l'évaluation de trois forces et d 'un moment dans l'optique de guider les mouvements d'un assistant ergonomique selon quatre degrés de liberté. Un prototype de la poignée sensible est réalisé afin de valider son fonctionnement dans le contexte d'une chaîne d'assemblage automobile

GEMAS : un environnement de développement d'applications basées sur les systèmes multi-agents hétérogènes

Les agents et les systèmes multi-agents hétérogènes (SMA) représentent l'approche logicielle du futur pour une grande partie de la communauté informatique. Ils sont bien adaptés aux applications d'aujourd'hui qui sont de plus en plus complexes, distribuées et hétérogènes. Avec ces caractéristiques, ils représentent une architecture intéressante pour des systèmes intelligents. Les SMA sont un domaine de recherche très actif. Bien que les agents et les SMA représentent une approche très prometteuse, leurs caractéristiques intrinsèques comme la complexité, l'hétérogénéité et la distribution, en font des systèmes difficiles à analyser, à concevoir et à réaliser. Plusieurs défis de taille restent à résoudre, comme l'intégration systématique d'agents hétérogènes, le développement d'outils génériques réutilisables, la définition de méthodologies de conception et le raisonnement avec des connaissances incomplètes, incertaines et contradictoires. D'un autre côté, les véhicules autonomes sont un domaine très populaire en intelligence artificielle, car ils représentent un défi tant au niveau du matériel qu'au niveau du système logiciel qui les contrôle. L'architecture logicielle des SMA est une approche intéressante pour ce type d'application. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse proposent, conçoivent et réalisent un modèle générique d'agent nommé GAM ( Generic Agent Model ) et un environnement générique de développement de SMA hétérogènes nommé GEMAS ( Generic Environment for Multi-Agent Systems ). Ils solutionnent les problèmes d'intégration d'agents hétérogènes et de manque d'outils génériques et réutilisables de développement de SMA. Afin de valider le modèle GAM et l'environnement GEMAS, un nouveau modèle de pilote pour véhicule autonome basé sur les SMA hétérogènes a été conçu et réalisé à l'aide des agents issus du modèle GAM et de l'environnement GEMAS

Techniques mixtes de positionnement et la navigation véhiculaire

Les véhicules intelligents sont des véhicules dotés de systèmes permettant d’alerter le conducteur ou de prendre une décision en cas de danger imminent. Une condition sine qua non pour garantir un bon fonctionnement de ces systèmes est d’avoir une localisation précise du véhicule. En tirant profit des capteurs embarqués dans un véhicule, on peut exploiter la redondance de l’information afin d’obtenir un positionnement fiable. Cette information de localisation peut être alors utilisée dans un système d’aide à la conduite. Cette étude va se focaliser sur deux aspects. Dans un premier temps, un effort sera porté sur l'aspect localisation précise du véhicule lors de son déplacement. Il s’agit d’utiliser des approches bayésiennes pour fusionner les informations provenant de systèmes hétérogènes de navigation telle que le GPS et une centrale inertielle (INS) auxquels sera rajoutée ensuite l'odométrie. L'accent sera mis sur la précision des résultats. Ensuite, nous allons nous mettre en œuvre un régulateur de vitesse intelligent pour couvrir l’aspect navigation d’un véhicule

Etude empirique de l'interaction multimodale mobile en situation naturelle

Ubiquity of mobile interactive devices either in professional, cultural or domestic domain constitutes a new research perspective to both individual and cooperative usage of new communication technologies. Mobile technologies rise, among others, new questioning about mobile usability specific issues, adapted methodologies and field data collection, identification of relevant contextual factors for mobile systems design, superimposition of interaction spaces. We believe that mobility is a new interaction paradigm carrying potential contextual variations, preventing traditional direct manipulation from being the most appropriate interaction style without serious adaptation because it currently requires a high level of visual attention . In this PhD, we first present a review of current knowledge concerning Context Aware Computing (CAC) as well as mobile and multimodal interaction. We then present an empirical study of a mobile multimodal application in the context of a situated collaborative quiz-answering task. Based on quantitative and qualitative results, our research first describes global and individual usage of the available modalities (tactile and vocal). In a second time, we study the influence of some identified internal and external contextual factors on the modalities selection,. For instance, we examinate the impact of factors such as noise context, social context or history of the interaction on the modalities usage. A third part of our results highlights the relation between users choice of a modality depending on the attentional resources required by the mobile interaction. All along the quantitative results, an extensive analysis of qualitative data such as user‘s verbalisation during self confrontation sessions, or activity chronicles examination, allowed us to argue and explain some modality choices and helped us identify some new factors taken into account by the users. Finally, we use these results to propose some models for mobile multimodal applications, as well as some criteria and recommendations for their design.L'ubiquité des dispositifs interactifs mobiles dans les sphères professionnelles, culturelles et domestiques constitue une occasion d'ouverture de nouveaux champs de recherche dans le domaine de l'étude des usages individuels et coopératifs des Nouvelles technologies de l'information et de la communication (NTICs). Les technologies mobiles amènent notamment à renouveler les points de vue sur des questions telles que, les problèmes d'utilisabilité spécifiques posés par la mobilité, les méthodes et les dispositifs de recueil de données, la question de l'identification des facteurs contextuels pertinents pour la conception de systèmes mobiles, la superposition des espaces d'interaction. De ce point de vue, nous posons que la mobilité constitue un nouveau paradigme d'interaction facteur potentiel de variations contextuelles pour lequel le style d'interaction de manipulation directe n'est pas forcément le plus approprié sans des adaptations fortes. Dans cette thèse, nous nous attachons, après avoir posé les bases théoriques concernant le Context Aware Computing (CAC), l'interaction mobile, et multimodale, à étudier empiriquement les usages d'une application multimodale mobile.dans le contexte d'un jeu collaboratif en mobilité. Dans un premier temps, des résultats quantitatifs permettent d'aborder une description des usages globaux et intra individuels des modalités, puis décrivent l'influence d'un certain nombre de facteurs contextuels (internes ou externes) influençant les choix d'usage des modalités, tels que le contexte sonore, social ou encore l'historique de l'interaction. Dans un second temps, une analyse plus fine de données qualitatives telles que les verbalisations des utilisateurs ou l'examen de chroniques d'activités, permet d‘expliquer en partie ces choix d'usages mais également d'identifier de nouveaux facteurs pris en compte par les sujets. Nous nous servons de ces résultats pour proposer des modèles et des recommendations pour la conception d'interfaces multimodales mobiles

La géosimulation orientée agent : un support pour la planification dans le monde réel

La planification devient complexe quand il s’agit de gérer des situations incertaines. Prédire de façon précise est une tâche fastidieuse pour les planificateurs humains. L’approche Simulation-Based Planning consiste à associer la planification à la simulation. Chaque plan généré est simulé afin d’être testé et évalué. Le plan le plus approprié est alors retenu. Cependant, le problème est encore plus complexe lorsque viennent s’ajouter des contraintes spatiales. Par exemple, lors d’un feu de forêt, des bulldozers doivent construire une ligne d’arrêt pour arrêter la propagation des feux. Ils doivent alors tenir compte non seulement de l’avancée des feux mais aussi des caractéristiques du terrain afin de pouvoir avancer plus facilement. Nous proposons une approche de géosimulation basée sur les agents et qui a pour but d’assister la planification dans un espace réel, à large échelle géographique et surtout à forte composante spatiale. Un feu de forêt est un problème typique nécessitant une planification dans un monde réel incertain et soumis à de fortes contraintes spatiales. Nous illustrons donc notre approche (nommée ENCASMA) sur le problème des feux de forêts. L’approche consiste à établir un parallélisme entre l’Environnement Réel ER (p.ex. une forêt incendiée) et un Environnement de Simulation ES (p.ex. une reproduction virtuelle de la forêt incendiée). Pour garantir un niveau acceptable de réalisme, les données spatiales utilisées dans l’ES doivent absolument provenir d’un SIG (Système d’information Géographique). Les planificateurs réels comme les pompiers ou les bulldozers sont simulés par des agents logiciels qui raisonnent sur l’espace modélisé par l’ES. Pour une meilleure sensibilité spatiale (pour tenir compte de toutes les contraintes du terrain), les agents logiciels sont dotés de capacités avancées telles que la perception. En utilisant une approche par géosimulation multiagent, nous pouvons générer une simulation réaliste du plan à exécuter. Les décideurs humains peuvent visualiser les conséquences probables de l’exécution de ce plan. Ils peuvent ainsi évaluer le plan et éventuellement l’ajuster avant son exécution effective (sur le terrain). Quand le plan est en cours d’exécution, et afin de garantir la cohérence des données entre l’ER et l’ES, nous gardons trace sur l’ES des positions (sur l’ER) des planificateurs réels (en utilisant les technologies du positionnement géoréférencé). Nous relançons la planification du reste du plan à partir de la position courante de planificateur réel, et ce de façon périodique. Ceci est fait dans le but d’anticiper tout problème qui pourrait survenir à cause de l’aspect dynamique de l’ER. Nous améliorons ainsi le processus classique de l’approche DCP (Distributed Continual Planning). Enfin, les agents de l’ES doivent replanifier aussitôt qu’un événement imprévu est rapporté. Étant donné que les plans générés dans le cas étudié (feux de forêts) sont essentiellement des chemins, nous proposons également une approche basée sur la géosimulation orientée agent pour résoudre des problèmes particuliers de Pathfinding (recherche de chemin). De plus, notre approche souligne les avantages qu’apporte la géosimulation orientée agent à la collaboration entre agents humains et agents logiciels. Plus précisément, elle démontre : • Comment la cognition spatiale des agents logiciels sensibles à l’espace peut être complémentaire avec la cognition spatiale des planificateurs humains. • Comment la géosimulation orientée agent peut complémenter les capacités humaines de planification lors de la résolution de problèmes complexes. Finalement, pour appliquer notre approche au cas des feux de forêts, nous avons utilisé MAGS comme plate-forme de géosimulation et Prometheus comme simulateur du feu. Les principales contributions de cette thèse sont : 1. Une architecture (ENCASMA) originale pour la conception et l’implémentation d’applications (typiquement des applications de lutte contre les désastres naturels) dans un espace géographique réel à grande échelle et dynamique. 2. Une approche basée sur les agents logiciels pour des problèmes de Pathfinding (recherche de chemin) particuliers (dans un environnement réel et à forte composante spatiale, soumis à des contraintes qualitatives). 3. Une amélioration de l’approche de planification DCP (plus particulièrement le processus de continuité) afin de remédier à certaines limites de la DCP classique. 4. Une solution pratique pour un problème réel et complexe : la lutte contre les feux de forêts. Cette nouvelle solution permet aux experts du domaine de mieux planifier d’avance les actions de lutte et aussi de surveiller l’exécution du plan en temps réel.Planning becomes complex when addressing uncertain situations. Accurate predictions remain a hard task for human planners. The Simulation-Based Planning approach consists in associating planning and simulation. Each generated plan is simulated in order to be tested and evaluated. The most appropriate plan is kept. The problem is even more complex when considering spatial constraints. For example, when fighting a wildfire, dozers build a firebreak to stop fire propagation. They have to take into account not only the fire spread but also the terrain characteristics in order to move easily. We propose an agent-based geosimulation approach to assist such planners with planning under strong spatial constraints in a real large-scale space. Forest fire fighting is a typical problem involving planning within an uncertain real world under strong spatial constraints. We use this case to illustrate our approach (ENCASM). The approach consists in drawing a parallel between the Real Environment RE (i.e. a forest in fire) and the Simulated Environment SE (i.e. a virtual reproduction of the forest). Spatial data within the SE should absolutely come from a GIS (Geographic Information System) for more realism. Real planners such as firefighters or dozers are simulated using software agents which reason about the space of the SE. To achieve a sufficient spatial awareness (taking into account all terrain’s features), agents have advanced capabilities such as perception. Using a multiagent geosimulation approach, we can generate a realistic simulation of the plan so that human decision makers can visualize the probable consequences of its execution. They can thus evaluate the plan and adjust it before it can effectively be executed. When the plan is in progress and in order to maintain coherence between RE and SE, we keep track in the SE of the real planners’ positions in the RE (using georeferencing technologies). We periodically replan the rest of the plan starting from the current position of the real planner. This is done in order to anticipate any problem which could occur due to the dynamism of the RE. We thus enhance the process of the classical Distributed Continual Planning DCP. Finally, the agents must replan as soon as an unexpected event is reported by planners within the RE. Since plans in the studied case (forest fires) are mainly paths, we propose a new approach based on agent geosimulation to solve particular Pathfinding problems. Besides, our approach highlights the benefits of the agent-based geo-simulation to the collaboration of both humans and agents. It thus shows: • How spatial cognitions of both spatially aware agents and human planners can be complementary. • How agent-based geo-simulation can complement human planning skills when addressing complex problems. Finally, when applying our approach on firefighting, we use MAGS as a simulation platform and Prometheus as a fire simulator. The main contributions of this thesis are: 1. An original architecture (ENCASMA) for the design and the implementation of applications (typically, natural disasters applications) in real, dynamic and large-scale geographic spaces. 2. An agent-based approach for particular Pathfinding problems (within real and spatially constrained environments and under qualitative constraints). 3. An enhancement of the DCP (particularly, the continual process) approach in order to overcome some limits of the classical DCP. 4. A practical solution for a real and complex problem: wildfires fighting. This new solution aims to assist experts when planning firefighting actions and monitoring the execution of these plans

Droit aérien et spatial

Droit aérien et spatia