Contributions to the design and control of an encounter-type haptic interface

Les interfaces haptiques permettent à un opérateur d'interagir avec un environnement virtuel ou distant via le sens du toucher.La majorité des interfaces de l'état de l'art restent au contact de l’utilisateur pendant toute la durée de la manipulation. La liaison permanente entre le robot et l’opérateur nuit à la qualité de l’interaction, notamment en réduisant la transparence en espace libre. Ce problème est d’autant plus prégnant dans le cadre des interfaces haptiques dextres.Cette thèse a pour objectif d'étudier la possibilité d'augmenter la transparence et le réalisme de l'interaction à travers le développement d’interfaces à contacts intermittents. Il s’agit de déconnecter le robot de l'utilisateur lorsqu’aucun contact avec l’environnement n’est nécessaire. Un état de l’art des performances de la manipulation humaine, des interfaces haptiques dextres ainsi que des travaux relatifs au contact intermittent, est d’abord présenté. Un effecteur plan pour le contact intermittent est ensuite conçu. Il est installé à l’extrémité distale d'une interface haptique et plusieurs solutions sont envisagées pour sa loi de commande. Les performances de dix utilisateurs sont comparées dans le cadre d'une tâche de détection de contact en utilisant d'une part l'effecteur adapté au contact intermittent, d'autre part une interface haptique classique. L'élaboration d'une interface permettant une interaction plus naturelle avec l'environnement est ensuite initiée par l'élaboration d'une méthodologie de choix des zones de contact de la main à prendre en compte dans la conception d'une interface haptique. Des perspectives sont finalement données quant à l'extension de ces résultats à une interface haptique dextre à contacts intermittents.Haptic interfaces allow an operator to interact with a virtual environment through the sense of touch. Nowadays, most existing interfaces are mechanically connected to the user's hand throughout the simulation. Therefore he or she interacts with the virtual environment by means of a handle. Thus the interaction is neither natural nor intuitive, and the permanent connection between the robot and the operator is the source of perturbations which prevent the interaction from being perfectly transparent and realistic. The goal of this study is to increase transparency as much as possible by disconnecting the robot from the user when s/he is not in contact with the virtual environment, through the design of a dexterous haptic interface allowing for a more natural interaction than with a classical interface taking into account only one contact point. A state-of-the-art of dexterous haptic interfaces and another for intermittent contact devices are first gathered, and the human performances that should be taken into account for the design of a dexterous haptic interface are analysed. A bidirectional end-effector for intermittent contact is then devised. It is set up at the tip of a haptic interface and several solutions are tested for its control. The performances of six users are compared on the context of a contact detection task, first using the intermittent contact end-effector, then using a classical haptic device. A methodology for the choice of the hand contact areas that should be taken into account in the design of a dexterous haptic interface to enhance the naturalness of the interaction is proposed. Finally, some perspectives are given as for the extension of this study for the design of a dexterous encounter-type haptic interface