Proposition d'un modèle de main pour la simulation des interactions homme - machine en environnement virtuel : application à la prévention des risques d'accidents aux mains

• Auteur / Autrice : Mamy Pouliquen
• Direction : Alain Bernard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mécanique, thermique et génie civil (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Centrale Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Main

Systèmes homme-machine

Réalité virtuelle

Résumé

Dans ce travail de recherche, nous proposons un modele de main multicouches constitue d'un squelette rigide ainsi que d'une chair et d'une peau deformables afin de simuler les interactions homme machine en environnement virtuel. Les resultats presentes dans ce travail ont conduit a trois ontributions principales. La premiere est de permettre a l'utilisateur de saisir et manipuler des objets virtuels avec une main rigide en temps reel a l'aide de la capture de mouvements. La deuxieme contribution est de proposer un modele de deformation dedie a des taches de prehension en environnement virtuel. Des coussinets discretises par des elements finis sont fixes au squelette rigide et assurent des deformations realistes d'un point de vue physique. Enfin la derniere contribution consiste a informer l'utilisateur en temps reel du risque encouru lors de la simulation de taches manuelles en environnement virtuel grace a l4integration du modele de situation de travail et de l'indice de risque dysnamique develeoppes par l'institut de recherche et de securite (inrs). Cette main virtuelle a ete mise en Œuvre dans le cadre d'un demonstrateur de presse plieuse. Elle offre la possibilite de mieux apprehender les futures interactions homme machine tout en tenant compte des aspects de securite. Au final, elle se revele etre une interface entre les metiers de la conception et de la prevention des risques. L'ensemble des modeles proposes dans le cadre de ces travaux de recherche offre des perspectives interessantes de developpement futurs en matiere de simulation d'interactions homme machine en environnement virtuel.

This work deals with the definition of a multilayer human hand model for the simulation of human machine interactions in virtual environments. It is made up of a rigid skeleton, a deformable layer for the soft tissues and a deformable mesh for the skin. Results present three main contributions. The first one allows the user to grasp and manipulate virtual objects in real time thanks to a rigid virtual hand and motion capture data. The second one proposes a deformable model dedicated to grasping tasks in a virtual environment. Deformable pads are modeled by linear finite elements and are fixed to the rigid underlaying skeleton. They simulate physically-based deformations of the fingers under contact while grasping. Finally, the last contribution consists in informing the user of the degree of hazard of a given situation in real time. Thus, thanks to a work situation model and a dynamic risk index implemented by the french institute of research and security (inrs), we are able to estimate in real time the degree of hazard of manual tasks in virtual environment. This virtual hand has been coupled with a dynamic simulation tool : a virtual press brake. It offers new possibilities to estimate the future human-machine interactions while respecting safety issues. As a conclusion, this virtual hand can be considered as an interfacer between design and risk prevention. The whole of the developped models in this research offers interesting future issues to address in the case of human machine interactions in virtual environments.