The value of considering activity variability and acceptability in the context of user-centered design of human-robot collaborative work situations
Intérêt de la prise en compte des variabilités de l’activité et de l’acceptabilité dans le cadre d’une conception centrée utilisateurs des situations de travail collaboratives Humain-Robot
Résumé
The European Commission is encouraging the use of collaborative robots (cobots) to assist humans in their work. However, cobots seem to have difficulty in favorably transforming work situations when they do not consider the variabilities of the situations. The aim of this thesis was therefore to characterize variability in the context of a cobotic implementation, and to guide a design approach focused on future users, using acceptability, acceptance and user experience approaches. An activity analysis was carried out in a chemical laboratory as part of a future cobotic implementation. 11 operators were observed during their activity and 34 took part in semi-directive interviews. The results identified glovebox activity as the workstation that would benefit most from cobotic collaboration. They also showed that certain activities were rendered invisible due to a discrepancy between prescribed work and actual activity, resulting in regular exposure to risks that could be avoided through cobotic implementation. We have thus identified several variabilities with effects on operator activity. These were used to design experimental paradigms to test the effect of cobotic collaboration. Three User Tests were carried out with a total of 212 participants, who were asked to perform industrial assembly tasks where one or more variabilities were considered in the cobotic design. The task was performed either alone, or in pairs with another human or with a cobot (ABB's YuMi). Different types of measurement were carried out: workload (assessed via NASA TLX, Hart, 2006; Hart & Staveland, 1988), number of errors, number of gestures, completion time, degree of acceptability of cobotic collaboration (assessed via TAM, Venkatesh et al., 2012) and simulated risk exposure. Cobotic collaboration reduced the negative effects of several variabilities (e.g. variability in difficulty level, variability in operator expertise) on operator mental load and task success. Participants had a higher task success rate when collaborating with a cobot, even though they otherwise took longer to complete the task. In addition, participants reported enjoying collaborating with a cobot and having confidence in the information it provided (measured via a scale of items from Martin, 2018). Finally, when the cobot adapted to the human's safety constraints, the latter exposed himself to fewer risks. From a theoretical point of view, these empirical studies made it possible to propose a framework integrating models of variability at work, and to shed light on the effects of cobotic collaboration on the human and his task. From a practical point of view, these different studies have enabled us to propose a grid for identifying variabilities and to formulate recommendations designed to support the implementation of cobotic collaboration.
La Commission Européenne encourage l’utilisation de robots collaboratifs (cobots) pour assister l’humain dans son travail. Cependant, les cobots semblent avoir des difficultés à transformer favorablement les situations de travail lorsqu’ils ne prennent pas en compte les variabilités des situations. Cette thèse s’est donc donnée comme objectifs de caractériser les variabilités dans le cadre d’une l’implémentation cobotique et de guider une démarche de conception centrée sur les futurs utilisateurs en mobilisant les approches d’acceptabilité, d’acceptation et d’expérience utilisateur. Une analyse de l’activité a été conduite dans un laboratoire de chimie dans le cadre d’une future implémentation cobotique. 11 opérateurs ont été observés durant leur activité et 34 ont participé à des entretiens semi-directifs. Les résultats ont permis d’identifier que l’activité en boîte à gants était le poste de travail qui bénéficierait le plus d’une collaboration cobotique. De même, ils ont montré une invisibilisation de certaines activités due à un écart entre le travail prescrit et l’activité d’où résultent des expositions aux risques régulières qui pourraient être évitées via une implémentation cobotique. Nous avons ainsi identifié plusieurs variabilités ayant des effets sur l’activité des opérateurs. Celles-ci ont servi à élaborer des paradigmes expérimentaux afin de tester l’effet d’une collaboration cobotique. Trois Tests Utilisateurs ont été réalisés avec au total 212 participants qui devaient réaliser des tâches d’assemblage de type industriel où une ou plusieurs variabilités étaient prises en charge dès la conception cobotique. La tâche était réalisée ou bien seul, ou bien en binôme avec un autre humain ou avec un cobot (YuMi d’ABB). Différents types de mesure ont été effectués : la charge de travail (évaluée via la NASA TLX, Hart, 2006 ; Hart & Staveland, 1988), le nombre d’erreurs, le nombre de gestes, le temps de réalisation, le degré d’acceptabilité de la collaboration cobotique (évalué via le TAM, Venkatesh et al., 2012) et l’exposition aux risques simulée. La collaboration cobotique a diminué les effets négatifs de plusieurs variabilités (e.g. variabilité du niveau de difficulté, variabilité de l’expertise de l’opérateur) sur la charge mentale de l’opérateur et sur le succès à la tâche. Les participants ont eu un meilleur taux de succès à la tâche lorsqu’ils collaboraient avec un cobot, même s’ils mettaient par ailleurs plus de temps à réaliser la tâche. De plus, les participants ont déclaré avoir plaisir à collaborer avec un cobot et avoir confiance en les informations qu’il fournissait (mesurés via une échelle d’items issus de l’étude de Martin, 2018). Enfin, quand le cobot s’adaptait aux contraintes de sécurité de l’humain, ce dernier s’exposait à moins de risques. D’un point de vue théorique, ces études empiriques ont permis de proposer un cadre intégrant les modèles de variabilités au travail et d’apporter des précisions sur les effets de la collaboration cobotique sur l’humain et sa tâche. D’un point de vue pratique, ces différentes études nous ont permis de proposer une grille de repérage des variabilités et de formuler des recommandations visant à accompagner l’implémentation d’une collaboration cobotique.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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