Planification des Actions d'un CoBOT adaptées aux variabilités humaines – pacbot

Pour atteindre ses objectifs, PACBOT s’appuie sur une méthodologie multidisciplinaire mêlant ergonomie, psychologie, robotique et informatique. Une analyse fine du travail réel a d’abord permis d’identifier les variabilités significatives dans un laboratoire de chimie (ex. niveau d’expertise, complexité des tâches, risques, latéralité). À partir de ces observations, une série de tests utilisateurs a été conduite, confrontant des opérateurs à des tâches d’assemblage en présence ou non d’un cobot, avec des pièces simulants des dangers... Le robot utilisé, YuMi, pouvait adapter son comportement selon la configuration expérimentale. Les mesures comprenaient la charge mentale et physique, la performance, l’exposition aux risques et l’acceptabilité. En parallèle, un second axe de recherche a consisté à concevoir des « mouvements de signalisation » réalisés par le cobot, servant de moyens de communication non verbale. Ces gestes permettent à l’humain de mieux comprendre l’état et les intentions du robot, renforçant ainsi sa conscience de la situation. L’ensemble de ces approches est structuré autour de la norme ISO 9241-210 sur la conception centrée utilisateurs.

Le projet ANR PACBOT a permis d’apporter des contributions significatives à l’état de l’art en robotique collaborative, en particulier sur l’intégration fine des facteurs humains dans la conception et l’implémentation de systèmes cobotiques
en environnement industriel contraint. S’appuyant sur une démarche interdisciplinaire réunissant roboticiens, ergonomes, informaticiens et psychologues du travail, le consortium a mené une série d’investigations empiriques et théoriques qui ont enrichi la compréhension des conditions d’une collaboration humain-robot efficace, sûre et acceptable. Une première avancée majeure réside dans la caractérisation des variabilités du travail humain comme éléments structurants de la conception cobotique. Le projet a mis en évidence que la performance et la sécurité d’un système homme-cobot dépendent étroitement de la capacité du robot à prendre en charge certaines variabilités – qu’elles soient liées à la tâche, à l’expertise de l’opérateur ou aux conditions contextuelles. À partir d’analyses de terrain en laboratoire de chimie et de tests utilisateurs à grande échelle, le consortium a développé une méthodologie de repérage des variabilités pertinentes, ainsi que des grilles et outils opérationnels pour guider la conception centrée activité. En parallèle, les travaux ont permis de formaliser le rôle des mécanismes de conscience de la situation (Situation Awareness) dans les interactions humain-robot, et d’explorer les moyens pour les soutenir activement par le robot lui-même. Des expérimentations contrôlées ont montré que certains mouvements du robot – appelés « mouvements de signalisation » – peuvent être conçus non seulement pour remplir une fonction motrice, mais aussi comme vecteurs explicites d’intention ou d’état. Ce double usage du mouvement renforce la lisibilité de l’action robotique, améliore la coordination avec l’humain, et contribue à prévenir les erreurs induites par une perte de vigilance ou un défaut d’attention. En croisant les apports des sciences du travail et des sciences du numérique, PACBOT fait avancer l’état de l’art vers une robotique collaborative véritablement centrée sur l’humain – non seulement en termes de sécurité physique, mais aussi de sens, de confiance et de qualité de la coopération.

Le projet ANR Pacbot a permis de réaliser de nombreux objectifs initiaux, notamment la modélisation des variabilités humaines dans un contexte industriel et la conception de cobots capables de s’adapter à ces variabilités tout en améliorant la performance et la sécurité. Les résultats obtenus, tant empiriques que théoriques, ouvrant de nouvelles perspectives pour l’intégration de systèmes cobotiques centrés sur l’humain. Cependant, plusieurs verrous importants subsistent. La diversité et la complexité des variabilités humaines sont vastes, et de nombreuses formes de comportements professionnels restent encore à explorer et à modéliser. De plus, la généralisation des solutions développées à différents secteurs industriels nécessite encore des adaptations et validations approfondies. Le projet a cependant posé les bases d’une rupture méthodologique en combinant analyse ergonomique, modélisation dynamique et communication robotique innovante. Il ouvre des perspectives d’élargissement vers des applications plus larges dans l’industrie 5.0, où la collaboration homme-machine sera centrale. Sur le plan scientifique, les avancées contribuent à mieux comprendre et intégrer la variabilité humaine dans la conception robotique. Industriellement, ces travaux favorisent le développement de cobots plus sûrs et efficaces, susceptibles d’améliorer les conditions de travail. Enfin, l’impact sociétal se manifeste par la valorisation des compétences humaines et la réduction des risques liés aux activités manuelles répétitives.

Camblor, B.; Daney, D.; Joseph, L.; Salotti, J-M. Attention Sharing Handling Through Projection Capability Within Human–Robot Collaboration. Inter. Journal of Social Robotics. 2024, 1-18.

Camblor, B.; Benhabib, N.; Daney, D.; Vincent, P.; Salotti, J-M. Task-Consistent Signaling Motions for Improved Understanding in Human-Robot Interaction and Workspace Sharing. HRI22, 2022.

Fournier, É.; Jeoffrion, C.; Landry, A. «Les opérateurs chimistes en laboratoire du futur: quelle activité ?« SELF23. 2023.

Fournier, É.; Kilgus, D.; Landry, A.; Hmedan, B.; Pellier, D.; Fiorino, H.; Jeoffrion, C. The impacts of human-cobot collaboration on perceived cognitive load and usability during an industrial task: an exploratory experiment. Trans. on Occupational Ergonomics and Human Factors. 2022, 10-2.

Un enjeu important de l'usine du futur est de préserver la santé et le confort des opérateurs tout en améliorant leur productivité. Au centre de cet enjeu, l’humain est le garant de la flexibilité et du savoir-faire des entreprises. La robotique collaborative ou cobotique est une solution bien identifiée qui doit permettre, par une assistance appropriée, de focaliser l'opérateur sur les tâches dont il a l’expertise, tout en délégant les charges et contraintes à un outil intelligent. L'idée forte du projet Pacbot est que l’opérateur doit garder une grande liberté de mouvement (préserver la variabilité motrice et les stratégies motrices de l'humain) et de décision (préserver la variabilité dans l'ordre des sous-tâches pour réaliser une tâche complexe). Ces points sont importants pour garantir l’acceptation du cobot. La capacité du cobot à s’adapter en termes d’assistance cognitive coordonnée (orchestration et répartition des tâches et sous-tâches, autonomie et conscience de situation partagée) et d’assistance physique déduite (mouvements, gestes, postures) est une condition sine qua non de son acceptation. En particulier, elle doit permettre d'améliorer : 1) le confort de l'opérateur ; 2) la communication naturelle entre l'humain et son assistant cobotique ; 3) le travail en symbiose ; 4) l'expertise de l'opérateur, tout du moins de la préserver ; 5) la qualité et la productivité du travail partagé tout en alertant l’opérateur sur sa charge physique ou cognitive à des fins de prévention des risques pour sa santé.

Dans ce contexte, l’objectif général du projet Pacbot est de concevoir un système cobotique semi-autonome pour l'assistance d’opérateurs dans un contexte industriel, capable de choisir, de synchroniser et de coordonner des tâches réparties entre l'humain et le cobot en s’adaptant à différents types de variabilités des gestes professionnels, tout en anticipant des situations dangereuses. L’objectif est ici de limiter les erreurs humaines en lien avec une mauvaise conscience de situation en adaptant le comportement du cobot à l’opérateur et non l’inverse. Concrètement, l’objectif scientifique du projet Pacbot est double :

1- développer des algorithmes capables de construire des plans (séquences de décisions et de mouvements) prenant en compte les variabilités intra personnelles des opérateurs. La planification sera utilisée comme moteur de décision à la fois pour prédire le comportement de l’opérateur et pour décider de manière autonome des actions que le cobot devra réaliser. Nous intégrerons dans le processus de planification des tâches et de mouvements un critère de risque associé à une réduction potentielle de la conscience de situation.

2- identifier les sources de variabilité favorables à la santé et à la performance au travail, effectuer l’analyse de l'acceptation sociale du cobot et développer une méthode de conception intégrant pleinement l’expérience utilisateur dès la conception technique d’un nouveau système cobotique. La production d’outils méthodologiques à destination des ergonomes et des psychologues du travail est un attendu important du projet : fournir une méthode originale de conception de postes de travail pour les usines du futur avec l’introduction d’un cobot et la co-construction de la programmation avec des informaticiens.

Le projet Pacbot est un projet interdisciplinaire original reposant sur l’implication forte et équilibrée de chercheur en SHS (ergonomes et psychologues du travail) et de chercheurs en informatique. La pertinence des propositions méthodologiques et techniques produites dans le cadre du projet seront démontrées au travers de la réalisation d’un prototype de poste de travail cobotisé intégrant les déterminants des variabilités intra personnelles dans une situation de collaboration homme-robot au sein d’une boîte à gants pour la manipulation de produits chimiques en partenariat avec l’entreprise Solvay.