Objectivation et standardisation des évaluations ergonomiques des postes de travail à partir de données Kinect

Objectivation and standardisation of ergonomics assessment on workstations based on Kinect data

• Auteur / Autrice : Pierre Plantard
• Direction : Franck Multon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et techniques des activités physiques et sportives (STAPS)
• Date : Soutenance le 08/07/2016
• Etablissement(s) : Rennes 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Vie-Agro-Santé (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : PRES : Université européenne de Bretagne (2007-2016)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Mouvement Sport Santé
• Jury : Président / Présidente : Damien Chablat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Vignais, Anne-Sophie Le Pierres
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Xuguang Wang, Franck Barbier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes homme-machine

Réseaux de capteurs (technologie)

Troubles musculo-squelettiques

Ergonomie

Évaluation

Troubles de la posture

Mots clés libres

Kinect

Évaluation ergonomique

Correction des données

Occultations

Kinect

Ergonomic assessment

Data correction

Occultations

Résumé

L'analyse ergonomique des postes de travail reste le point de départ de toute politique de prévention des risques de maladies professionnelles. De nombreux travaux scientifiques s'attachent à quantifier les déterminants à risque pour aboutir le plus souvent à un score de pénibilité. La difficulté actuelle des méthodes de cotation ergonomique se situe au niveau de la capture de ces déterminants. La majorité des systèmes se limitent à une collecte de données souvent subjective et très influencé par la personne effectuant la cotation. La volonté de l'entreprise par le biais de ce stage est d'objectiver l'analyse ergonomique des postes de travail par une capture du mouvement de l'opérateur. Le principale défi est le passage d'outil et de méthode scientifique à une utilisation de terrain avec toutes les contraintes qu'elle induit.L'apport des avancées technologiques et scientifiques encourage ce passage par des outils utilisable dans le contexte industriel. Les deux principaux objectif de ce stage se sont situer premièrement sur la limitation des biais de capture pour amener un précision et un standardisation de la mesure de terrain, ainsi que sur l'accès à de nouvelles données notamment l'aspect temporel de la tâche effectuée. Le matériel utilisé est le capteur de profondeur Kinect développé par Microsoft. Cet appareil fait l'objet d’études scientifique dans différents domaines et plus particulièrement dans son utilisation pour de la capture de mouvements.Lors de ce stage, nous nous somme attaché à traiter le signal émis par la Kinect, pour obtenir des données permettant le remplissage automatique de grille de cotation. Le bruit de mesure fût travailler à l'aide d'un filtre récursif passe bas utilisé fréquemment en laboratoire d'analyse du mouvement. Le traitement des données spatiales brut des articulations de l'opérateur pour obtenir des angles fit l'objet d'un grande partie du travail, car ne nombreux paramètre entre en jeu comme la position du capteur.La réussite du stage à permis de limiter la subjectivité de la mesure mais à également donnée l'accès à de nouveaux indices comme les pourcentage de temps de cycle passé à des angulations dangereuses pour l'opérateur. Le passage d'outil de laboratoire au terrain mérite encore d'être travaillé notamment dans la robustesse des systèmes développés et doit s'appuyer sur des expérimentations de laboratoire.

Evaluation of potential risks of musculoskeletal disorders in real workstations is challenging as the environment is cluttered, which makes it difficult to correctly and accurately assess the pose of a worker. Most of the traditional motion capture systems cannot deal with these workplace constraints. Being marker-free and calibration-free, Microsoft Kinect is a promising device to assess these poses, but the validity of the delivered kinematic data under work conditions is still unknown. In this thesis we first propose an extensive validation of the Kinect system in an ergonomic assessment context with sub-optimal capture condition. As most of the large inaccuracies come from occlusions, we propose a new example-based method to correct unreliable poses delivered by the Kinect in such a situation. We introduced the Filtered Pose Graph structure to make the method select the most relevant candidates before combination. In an ergonomics context, we computed RULA scores and compared them to those computed from an optoelectronic mocap system. We also propose to challenge our method in real workplace environment and compared its performance to experts' evaluation in the Faurecia company. Finally, we evaluated the relevance of the proposed method to estimate internal joint torques thanks to inverse dynamics, even if occlusions occur. Our method opens new perspectives to define new fatigue or solicitation indexes based on continuous measurement contrary to classical static images generally used in ergonomics. The computation time enables real-time feedback and interaction with the operator.