Le concept de robot date de plusieurs siècles, mais le terme robot fut inventé par le tchèque Karel Capek dans une pièce de théâtre écrite en 1920 : « RUR ou les robots universels de Rossum ». Ce terme est dérivé du verbe tchèque « robota » signifiant travail forcé ou corvée.

Il est certain que depuis fort longtemps, les réalisateurs d’automates ont cherché à pouvoir insuffler à leurs machines des comportements adaptés aux circonstances. Malheureusement, jusqu’au vingtième siècle, les techniques étaient trop primitives pour permettre de telles réalisations. Il a fallut attendre les fin des années cinquante pour que Georges Devol invente une machine originale polyvalente et reprogrammable, ce qui a permis au robot d’acquérir une réalité industrielle. Ce robot, appelé Unimate, était capable de manipuler des objets avec des actionneurs hydrauliques. Le fabricant de voitures américain General Motors sera le premier à installer ce bras articulé dans l’une de ses usines en 1961. L’Unimate a alors pour tâche de saisir des pièces de métal chaudes et de les empiler, une tâche particulièrement éprouvante pour les ouvriers. A cette époque, aucun ordinateur ne guide les mouvements de ce robot : ses instructions lui viennent d’un disque magnétique.

Après ce premier galop d’essai, ce ne fut que vers la fin des années 1970 que les robots industriels de première génération ont vu le jour. À partir de cette date, la course à la robotique industrielle va se mettre en place et chaque année de nouveaux secteurs industriels s’ouvrent à la robotisation au fur et à mesure que les équipements se diversifient, deviennent plus adapté et surtout meilleur marché. Les robots sont devenus tellement indispensables dans certains secteurs industriels (l’automobile par exemple), que leur emploi conditionne la survie économique des entreprises. Il est alors devenu indispensable de maîtriser leurs technologies.

Les robots sont des machines fabuleuses en ce sens qu’ils peuvent travailler rapidement, précisément et sans jamais se fatiguer. Il n’est donc pas étonnant qu’ils aient envahi les entreprises manufacturières, prenant part à la fabrication d’un très grand nombre de produits. Reprogrammables, versatiles et puissants, les robots possèdent cependant un important défaut : ils ne sont pas intelligents. En effet, malgré les développements en intelligence artificielle et ce que la science fiction aimerait nous faire croire, les robots ne sont en général que des machines pouvant exécuter une liste d’opérations décrites en détails par un humain. C’est pourquoi les robots industriels travaillent dans des environnements où tout est contrôlé.

L’interaction Homme-robot HRI est un sous-domaine de la robotique qui cherche à comprendre et à façonner la manière dont les humains et les robots devrait interagir les uns avec les autres. C’est un axe d’étude relativement récent. On peut distinguer deux types d’interaction [2] :
– l’interaction distante : l’homme et le robot ne partagent pas le même espace physique comme par exemple dans le cas de la téléopération chirurgicale, l’interaction entre le chirurgien et le robot est distante (contrairement a celle entre le patient et le robot) ;
– l’interaction de proximité : le robot et l’humain partagent le même espace de travail physique. On distingue aussi l’interaction cognitive de l’interaction physique :
– l’interaction cognitive CHRI correspond a l’interaction verbale ou gestuelle ;
– l’interaction physique PHRI est lorsque l’Homme et le robot rentrent en contact. Ce contact est soit prévu (échange d’objet, coopération pour réaliser une tâche) soit imprévu (collision).

Un robot est une machine capable de s’adapter et d’agir sur son environnement, même complexe en remplaçant l’humain ou en étendant certaines de ses fonctions. Un robot est composé d’une mécanique possédant un certain nombre de degrés de libertés motorisées (un degré de liberté étant la capacité d’un système à se mouvoir selon un axe de translation ou de rotation) que lui permet certains mouvements. Il est composé également de capteurs dont une partie sert au robot à connaître son propre état et à assurer son fonctionnement et l’autre partie à connaître son environnement de façon à pouvoir réaliser correctement une tâche. À cela, s’ajoute un certain nombre de systèmes électroniques avec une partie de puissance visant à alimenter les différents actionneurs et capteurs et une partie de traitement du signal afin d’interpréter les informations des capteurs et générer en fonction de cela les différentes commandes.

la PHRI est actuellement l’un des secteurs les plus investis avec de nombreuses recherches, une forte diversité des produits depuis les robots d’aide à la marche ou à la saisie, jusqu’au robot d’assistance, une véritable auxiliaire de vie en cours d’élaboration aujourd’hui. Les robots utilisés dans la PHRI seront conçues pour coexister et coopérer avec les humains dans des applications ayant pour fins médicales [3] ou thérapeutiques [4], de manutention dans l’industrie [5, 6], d’assistance au geste [7] ou même de divertissement [8].

Les travaux de cette thèse se focalisent sur la co-manipulation robotique connue aussi sous le nom de la cobotique. Il s’agit d’une branche de la robotique qui vise au développement de robots, appelés cobots, où l’homme et le robot interagissent physiquement et sans interface, dans une relation de type maître-à-esclave, en vue de réaliser conjointement des tâches de manutention, d’assistance au geste, etc [6, 9–11]. L’interaction homme-robot se traduit par un échange mutuel d’informations, un concept introduit et décrit par Kazerooni dans [12]. En effet, l’opérateur applique au robot une force de faible puissance, pour exprimer sa volonté de mettre en mouvement ce dernier et l’amener à une position désirée. Le robot mesure quant à lui cette force, l’interprète puis actionne ses moteurs afin de conformer sa position à celle désirée par l’opérateur. En effet les êtres humains sont qualifiés pour des tâches complexes et sont capables de réagir de manière très flexible, à des situations inconnues. Les robots industriels sont très forts, rapides et précis. Il est important de noter la différence entre les fréquences avec lesquelles un être humain et le robot peuvent effectuer leurs tâches. Des études de Miyhoshi et Murata [13] ont montré que l’homme peut accomplir une tâche avec une fréquence allant jusqu’à 6Hz qui est beaucoup plus lente que la fréquence d’échantillonnage typique utilisée dans un schéma de contrôle robotique. Au cours de la PHRI, les compétences des deux doivent être combinées et le mouvement coopératif résultant doit être vraiment intuitif et ne devraient en aucun cas restreindre le mouvement humain. Ceci est souvent qualifié de transparence. Il y a encore de nombreux défis sur le chemin de la réalisation d’une interaction physique efficace [14]. Ces difficultés sont principalement liées à la sécurité (stabilité) et au développement des capacités du robot.