Ce mémoire présente la conception, le contrôle et la validation expérimentale d’une boussole haptique servant à diriger les utilisateurs aux prises avec une déficience visuelle, et ce, dans tous les environnements. La revue de littérature décrit le besoin pour un guidage haptique et permet de mettre en perspective cette technologie dans le marché actuel. La boussole proposée utilise le principe de couples asymétriques. Son design est basé sur une architecture de moteur à entraînement direct et un contrôle en boucle ouverte étalonné au préalable. Cette conception permet d’atteindre une vaste plage de fréquences pour la rétroaction haptique. Les propriétés mécaniques de l’assemblage sont évaluées. Puis, l’étalonnage des couples permet d’assurer que le contrôle en boucle ouverte produit des couples avec une précision suffisante.

Un premier test avec des utilisateurs a permis d’identifier que les paramètres de fréquence entre 5 et 15 Hz combinés avec des couples au-delà de 40 mNm permettent d’atteindre une efficacité intéressante pour la tâche. L’expérience suivante démontre qu’utiliser une rétroaction haptique proportionnelle à l’erreur d’orientation améliore significativement les performances. Le concept est ensuite éprouvé avec dix-neuf sujets qui doivent se diriger sur un parcours avec l’aide seule de cette boussole haptique. Les résultats montrent que tous les sujets ont réussi à rencontrer tous les objectifs de la route, tout en maintenant des déviations latérales relativement faibles (0.39 m en moyenne). Les performances obtenues et les impressions des utilisateurs sont prometteuses et plaident en faveur de ce dispositif.

Pour terminer, un modèle simplifié du comportement d’un individu pour la tâche d’orientation est développé et démontre l’importance de la personnalisation de l’appareil. Ce modèle est ensuite utilisé pour mettre en valeur la stratégie d’horizon défilant pour le placement de la cible intermédiaire actuelle dans un parcours sur une longue distance.

This Master’s thesis presents the design, control and experimental validation of a haptic compass, designed as a guiding device for the visually impaired in all environments. The literature review shows that there is a need for haptic guidance and how this technology differs from current haptic devices. The proposed device uses the principle of asymmetric torques. Its design is based on a direct drive motor and a pre-calibrated open-loop control, which allows the generation of stimuli in a wide range of frequencies. The device is calibrated and its mechanical properties are evaluated to ensure that the open-loop control provides sufficient precision.

A first user study presents interesting effectiveness in the frequency range 5 to 15 Hz and for torques over 40 mNm. In a second experiment, the use of a haptic feedback proportional to the anglular error is shown to significantly improve the results. An experimental validation by a group of subjects walking with the aid of the portable device in an open environment is then reported. The results show that all participants met all route objectives with small lateral deviations (0.39 m on average). The performances obtained and the user’s impressions are favorable and confirm the potential of this device.

Finally, a model of the human orientation task is developed and demonstrates the importance of individual customization. A receding horizon strategy for the placement of the current target on the path is thereby proposed.