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Définition de la préhension en ergonomie virtuelle : vers une démarche automatique basée sur la similarité géométrique des objets

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Halgand, Yann (2018). Définition de la préhension en ergonomie virtuelle : vers une démarche automatique basée sur la similarité géométrique des objets. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

La simulation informatique, domaine vaste, se voit être de plus en plus utilisée en développement de produits et de processus manufacturiers. Ainsi, il est aujourd’hui possible de simuler un environnement de travail afin, entre autres, d’en évaluer l’ergonomie.

Le travail de positionnement du mannequin virtuel au sein d’une maquette numérique demeure cependant très interactif et peu intuitif. C’est pourquoi Dassault Systèmes a lancé un projet de développement d’un nouveau moteur de positionnement du mannequin. Parmi les objectifs de ce projet se trouve l’automatisation du positionnement du mannequin, ce qui requiert l’automatisation de la définition de la préhension des objets par le mannequin virtuel.

L’objectif général poursuivi dans ce mémoire consiste à évaluer une approche basée sur la similarité géométrique et la transposition de la préhension à des objets similaires, afin de fournir au nouveau moteur de positionnement du mannequin une préhension plausible meme pour un outil inconnu du mannequin. Cette approche comporte plusieurs étapes. Lorsqu’un objet inconnu est présenté au mannequin dans l’environnement virtuel, le système cherche dans une base de données d’objets typés un objet géométriquement similaire au nouvel objet. Le système va ensuite transposer l’information de préhension propre à cet objet typé vers le nouvel objet, pour transmettre cette information de préhension au moteur de positionnement du mannequin.

Afin d’évaluer cette solution, une base de données a d’abord été créée. Il a fallu dans un premier temps choisir une liste d’objets tests, en l’occurrence, des outils usuels de l’industrie, tels qu’un marteau, une perceuse, un tournevis, une clé mixte, etc. Pour chacun des outils sélectionnés, une ou plusieurs actions sont considérées. En effet, il peut y avoir, d’une part, plusieurs façons d’utiliser un même outil. Il peut également être nécessaire, d’autre part, de définir des actions ‘génériques’, telles que « saisir pour déplacer » l’outil.

Dans une seconde étape, nous avons vérifié l’impact de l’anthropométrie sur la préhension. Puisque nous souhaitons enregistrer, pour chaque objet typé, une préhension par couple outil/action, il fallait déterminer si une préhension plausible pour un homme au 50ème centile pouvait aussi être plausible pour une femme au 5ème centile ou un homme au 95ème centile. Si une préhension de référence moyenne s’était avérée inutilisable pour des anthropometries éloignées, il aurait fallu inclure dans la base de données des triplets outil/action/anthropométrie. Les différents essais réalisés montrent que l’impact de l’anthropométrie sur la préhension est limité et qu’il est adéquat d’inclure uniquement la préhension d’un homme au 50ème centile au sein de la base de données.

Finalement, il fallait évaluer la possibilité de transférer la préhension d’un outil de la base de données à un outil inconnu mais géométriquement similaire. La première étape consiste à retrouver dans la base de données un outil connu géométriquement similaire au nouvel outil. Dassault Systèmes offre son propre moteur de recherche géométrique, et nous avons souhaité tester cette solution. Nous avons observé des résultats encourageants, cependant, certains tests indiquent qu’il reste du travail à faire.

Dans l’hypothèse où la recherche d’outils géométriquement similaires se déroule bien, nous souhaitions évaluer la capacité de transférer l’information de préhension de l’outil typé vers l’outil géométriquement similaire. La méthode examinée consiste à prévoir des elements géométriques (plan de symétrie, etc.) sur les objets typés, et tenter de retrouver des elements géométriques équivalents sur le nouvel objet géométriquement similaire. Ces elements géométriques sont ensuite utilisés comme contraintes de recalage entre les deux outils. Une fois le recalage réalisé, il est possible de transférer la préhension de l’objet typé vers le nouvel objet.

Titre traduit

Definition of grasp in virtual ergonomics : towards an automatic approach based on the geometric similarity of objects

Résumé traduit

Computer simulation, a vast field, is being used more and more in the development of products and manufacturing processes. Thus, it is now possible to simulate a work environment to, among other things, evaluate ergonomics.

The work of positioning the virtual manikin within a digital mock-up remains however very interactive and not very intuitive. That's why Dassault Systèmes has launched a project to develop a new positioning engine for the manikin. Among the objectives of this project is the automation of the positioning of the manikin, which requires the automation of the definition of the grasping of objects by the virtual manikin.

The general objective pursued in this thesis is to evaluate an approach based on geometric similarity and the transposition of the grasp to similar objects, in order to provide the new positioning motor of the manikin a plausible grasp even for an unknown tool of the manikin. This approach involves several steps. When an unknown object is presented to the manikin in the virtual environment, the system looks in a database of typed objects for an object geometrically similar to the new object. The system will then transpose the grasp information specific to this typed object to the new object, to transmit this grasp information to the positioning engine of the manikin.

In order to evaluate this solution, a database was first created. First of all, it was necessary to choose a list of test objects, in this case, the usual industry tools, such as a hammer, a drill, a screwdriver, a combination wrench, and so on. For each of the selected tools, one or more actions are considered. Indeed, there may be, on the one hand, several ways to use the same tool. It may also be necessary, on the other hand, to define 'generic' actions, such as 'grab to move' the tool.

In a second step, we checked the impact of anthropometry on the grasp. Since we want to record, for each typed object, a tool-action pair, it was necessary to determine whether a plausible grasp for a 50th percentile could also be plausible for a woman at the 5th percentile or a 95th percentile. If an average reference grasp had proved unusable for distant anthropometries, it would have been necessary to include tool / action / anthropometry triplets in the database. The various tests carried out show that the impact of anthropometry on grasp is limited and that it is appropriate to include only the grasp of a man at the 50th percentile within the database.

Finally, it was necessary to evaluate the possibility of transferring the grasp of a tool from the database to an unknown but geometrically similar tool. The first step is to find in the database a tool known geometrically similar to the new tool. Dassault Systèmes offers its own geometric search engine, and we wanted to test this solution. We have seen encouraging results, however, some tests indicate that there is still work to be done.

In the hypothesis that the search for geometrically similar tools is going well, we wanted to evaluate the ability to transfer the grasp information of the typed tool to the geometrically similar tool. The method examined consists of predicting geometric elements (plane of symmetry, etc.) on the typed objects, and trying to find equivalent geometric elements on the new geometrically similar object. These geometric elements are then used as resetting constraints between the two tools. Once the registration is completed, it is possible to transfer the grasp of the typed object to the new object.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la production automatisée". Comprend des références bibliographiques (pages 115-117).
Mots-clés libres: Préhension Simulation par ordinateur. Outils Simulation par ordinateur. Similitude (Géométrie) Préhension Mesure. Avatars (Infographie) Milieu de travail Simulation par ordinateur. Ergonomie. mannequin virtuel, similarité géométrique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Rivest, Louis
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 01 nov. 2018 20:43
Dernière modification: 01 nov. 2018 20:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2095

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