Toucher artificiel à base d'un microcapteur d'effort: traitement du signal et des informations associées

Ce travail de thèse présente la conception, la caractérisation et l'utilisation d'un système de toucher artificiel pour l'étude de la reconnaissance tactile de textures. Le système de toucher artificiel se compose d'un doigt artificiel et d'un dispositif d'exploration permettant un déplacement automatisé du doigt sur les échantillons. Le doigt artificiel fonctionne grâce à un micro-capteur d'efforts tri-axes MEMS recouvert d'une peau artificielle (ou enrobage) en polyuréthane. Le MEMS mesure ainsi les trois composantes spatiales des efforts transmis par l'enrobage lorsque celui-ci est sollicité. Afin de déplacer le doigt artificiel et ainsi d'explorer des surfaces, deux dispositifs motorisés ont été successivement conçus. Grâce au premier dispositif, nous avons rapidement mis en place des expériences d'exploration de surfaces, afin d'évaluer les possibilités de discrimination de textures de notre doigt artificiel. Le second dispositif, permet une meilleure maitrise des différents paramètres de l'exploration comme la vitesse de déplacement ou la force appliquée. Il permet également de caractériser le doigt artificiel, lors d'une simple mise en contact ou pendant la friction du doigt sur une surface. Une étude de ce type a notamment permis une meilleure compréhension du comportement du doigt artificiel et des phénomènes mis en jeu lors de l'exploration tactile de textures. Les premières expériences d'exploration de surfaces montrent une bonne sensibilité du doigt artificiel pour la détection de la périodicité de l'armure d'un tissu, ou pour la discrimination de deux textures de différentes natures (papier v.s. tissu). Le doigt artificiel est ensuite évalué avec une expérience de discrimination de 10 textures de papiers. Les signaux d'exploration obtenus de cette expérience mettent en évidence certains problèmes de reproductibilité des mesures. Toutefois, associé à plusieurs algorithmes de classification mis en place, le doigt artificiel montre de bonnes performances à la discrimination des 10 textures, particulièrement grâce aux caractéristiques spectrales extraites du signal. Plusieurs réalisations de cette expérience, avec différents protocoles de mesures, permettent de valider les résultats de classification, et d'étayer certaines hypothèses sur le comportement de notre système de toucher artificiel et plus généralement à propos de la reconnaissance tactile de textures.This document presents the conception, the characterisation and the use of an artificial touch system for a study on tactile texture recognition. The artificial touch system is composed of an artificial finger and an exploration device allowing an automatic translation of the finger on samples. The artificial finger is based on a tri-axis force MEMS sensor covered with a polyurethane artificial skin. Thus, the MEMS measure the three spatial components of the efforts transmitted by the polyurethane coating. To rub the finger against surfaces, two exploration devices have been conceived successively. Thanks to the first one, we rapidly organized some texture recognition experiments, to evaluate the ability of the finger to discriminate texture. The second device, allows a better control of the exploration parameters, like moving speed or forces applied. This device also allows us to characterize the artificial finger during a simple contact task or while rubbing the artificial finger on a surface. A study of that kind allowed us to better understand the physical phenomena taking place during tactile texture exploration. The first experiments on texture exploration showed a good sensitivity of the artificial finger to detect the weave form periodicity of a textile, or to discriminate two different kinds of textures (paper v.s. textile). Next, the artificial finger is evaluated for the discrimination of ten kinds of papers. The signals given by the artificial finger while rubbing a texture are showing some problems of reproducibility. However, associated with several classification algorithms, the artificial finger gives good results for the discrimination of the ten textures, in particular thanks to spectral characteristics extracted from the signals. This experiment was run several times with different protocols, in order to validate the classification results. These results support several hypotheses on the behaviour of the artificial touch system and to some extent on tactile texture recognition.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF