Sylvie GIBET, Pierre-François MARTEAU
Modèle sensori-moteur pour le contrôle et la commande de mouvements du bras, Pages 233-251 [Texte en pdf]
Resumé: Cet article présente une approche sensori-motrice adaptée à la synthèse de gestes finalisés qui conservent les principaux invariants des gestes humains. En particulier, un modèle de contrôle de bras artificiel est développé, qui reprend des principes de la synergétique selon laquelle les trajectoires du mouvement ne sont pas programmées explicitement mais sont des propriétés émergentes d'un système dynamique contraint par des lois physiques évoluant dans l'espace et dans le temps. Le modèle décrit génère automatiquement une trajectoire complète du mouvement à partir de la spécification d'une commande de haut niveau. Il apporte un éclairage nouveau sur la compréhension des mécanismes propres au système sensori-moteur avec des références aux théories du contrôle propres à l'automatique et à la psychomotricité : une boucle rétroactive utilise des informations perceptives issues du mouvement pour ajuster les variables dynamiques qui caractérisent l'état du système à chaque instant. La méthode proposée est fondée sur une stratégie d'optimisation : le système évolue vers une position d'équilibre stable avec une stratégie de déplacement minimal suivant la minimisation d'une fonction potentielle. Les principes développés sont appliqués à des gestes de pointage de cibles dans l'espace tridimensionnel. Nous montrons ensuite comment le modèle peut être exploité dans le cadre de gestes plus complexes, comme les gestes cycliques ou répétitifs, pour lesquels des stratégies de planification du mouvement sont mises en oeuvre.
A sensori-motor model for the controlling and planning of arm movements
Abstract: A perceptuo-motor approach is presented for synthetizing skilled gestures which keep the main invariants of human gestures. In particular we develop a control model of an artificial arm according to the Synergetics principles which state that movement patterns are not explicitely programmed but are rather emergent properties of a dynamical system constrained by physical laws in space and time. The model automatically translates a high-level command specification into a complete movement trajectory. The understanding of mechanisms underlying the sensori-motor behavior is highlighted in this model by control theories in Automatics and Psychomotricity: a feedback loop uses the perceptual information of the movement to calculate the dynamical variables updating the current state of the system. The proposed method is based on an optimization strategy : the dynamical system evolves towards a stable equilibrium position with a minimal displacement strategy, according to the minimization of a potential function. The application to reaching gestures in the 3-dimensional space is developed. We show then how the model can be exploited for more complex gestures, as periodical gestures or repetitive gestures, involving planning strategies of the movement.
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