Brevet FR2569025A1 — publié le 19860214

DISPOSITIF MANUEL D'ECRITURE ET DE RECONNAISSANCE DE SIGNES. La présente invention concerne un dispositif manuel permettant la reconnaissance de signes tels que des signes d'écriture, chiffres, codes, symboles et plus particulièrement un dispositif présentant la forme générale d'un crayon ou d'un stylo, susceptible d'etre tenu par la main de l'utilisateur,et dans lequel la reconnaissance du signe s'effectue lors de la reproduction ou de la production du signe, l'utilisateur agissant sur le dispositif comme sur un crayon ou sur un stylo en l'appliquant sur un support sur lequel est ou doit être figuré le signe. On connait d'une part des dispositifs de reconnaissance de caractères basés sur l'enregistrement des positions successives du stylo détectées à l'aide de capteurs de déplacement. On connait d'autre part des dispositifs tendant à la reconnaissance de signatures, comportant un corps destiné à être tenu par la main de l'utilisateur et contenant des capteurs d'accélérationproduisant des signaux électriques envoyés, par l'intermédiaire de lignes conductrices, à un dispositif extérieur destiné au traitement de ces signaux et à la reconnaissance de la signature. Ces dispositifs conduisent toutefois à des réalisations complexes, notamment par le fait que la reconnaissance donne lieu à des enregistrements volumineux et à des calculs complexes ; cette complexité est due en partie au fait que la comparaison s'effectue sur des suites de positions, ou sur des suites d'accélérations incorporant donc la notion de temps et se reproduisant aux mêmes instants. En conséquence, le traitement s'effectue dans des dispositifs encombrants et nécessairement extérieurs au stylo ou au crayon, ce qui, dans le cas des dispositifs avec capteurs d'accélération, en limite l'application à la seule reconnaissance de signatures. La présente invention a notamment pour objet d'éviter les inconvénients des dispositifs connus en proposant un nouveau dispositif dans lequel la comparaison est considérablement simplifiée et donne lieu à des enregistrements peu volumineux, pouvant ainsi être raalisée par des moyens de calcul miniaturisés et pouvant être insérés dans le corps d'un stylo ou crayon. Un autre objet de l'invention est de permettre l'insertion, dans le corps de stylo ou crayon, de moyens de calcul et de traitement supplémentaires susceptibles en particulier d'effectuer des opérations arithmétiques correspondant à une suite de nombres et de signes d'opérations, et d'afficher le résultat sans autre intervention de l'utilisateur. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit d'utiliser un corps tubulaire allongé, présentant une cavité interne axiale recevant une tige axiale dont une première extrémité est normalement extérieure au corps ; une portion de la tige au moins, et notamment sa première extrémité, peut osciller élastique ment dans la cavité ; on interpose, entre le corps et la tige, des capteurs de force susceptibles de mesurer les efforts exercés entre la tige et le corps selon au moins deux directions sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal du corps ; les capteurs de force produisent des signaux électriques images des efforts, les signaux étant transmis par des lignes à des moyens de détection et de calcul contenus dans le corps. Selon une autre caractéristique de l'invention, la tige est rigide et comporte une partie encastrée dans une portion interne élastique du corps, la portion élastique formant pivot ; selon une autre possibilité, la tige est élastique et sa seconde extrémité est encastrée dans une portion interne rigide du corps ; les capteurs de force sont disposés au niveau d'une partie intermédiaire de tige ; la tige peut osciller selon une faible amplitude autour de sa partie encastrée sous l'action des efforts exercés sur sa première extrémité. Selon l'invention, les moyens de détection et de calcul comprennent un calculateur de déviation, destiné à déterminer la direction de l'effort appliqué sur la tige par rapport à un référentiel arbitraire fixe du corps, produisant des signaux transmis à un calculateur de reconnaissance de signes effectuant l'analyse et la mémorisation des suites de signaux et leur comparaison avec des suites de signaux contenus dans une mémoire et correspondant à un ensemble de signes connus ; de préférence, le calculateur de reconnaissance de signes mémorise les directions et les changements de direction de l'effort, et compare la suite des directions et des changements de direction avec des suites de direction et de changements de direction de référence. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation particulier, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale du dispositif de la présente invention - la figure 2 représente une vue schématique des organes fonctionnels du dispositif de la figure 1 g et - la figure 3 représente le dispositif en position d'utilisation sus'un support. Comme le représente la figure 1, le dispositif comprend un corps 1 tubulaire allongé, par exemple en forme de crayon ou de stylo, présentant un axe longitudinal I-I. Une cavité interne axiale 2 du corps 1 reçoit une tige axiale 3 dont les dimensions transversales sont inférieures à celles de la cavité 2. La première extrémité 4 de la tige 3 dépasse normalement hors de la cavité 2 par l'ouverture 5, à la manière d'une pointe de stylo bille. La tige 3 est solidarisée au corps 1 par une partie 7a, encastrée dans une portion interne 7 du corps. Cette solidarisation doit permettre les oscillations latérales élastiques d'une portion au moins de la tige 3 par rapport au corps 1, et notamment de sa première extrémité 4. Selon une première possibilité, la tige est rigide et la portion interne 7 est en matière élastique. Selon un autre mode de réalisation, la tige est elle-même élastique et sa seconde extrémité 6 est encastrée dans une portion interne 7 rigide du corps. Ainsi, la tige 3 peut osciller, par rapport au corps 1, autour de sa partie encastrée 7a, sous l'action d'efforts exercés sur sa première extrémité 4. Des capteurs de force 8 sont disposés au niveau d'une partie non encastrée 9 de la tige 3, et produisent des signaux électriques images des efforts appliqués sur l'extrémité 4 de la tige 3 par rapport au corps 1. De préférence, la partie non encastrée 9 de tige en regard des capteurs est éloignée de la partie encastrée 7a ; dans le mode de réalisation de la figure 1, les capteurs sont disposés au niveau de la partie intermédiaire de tige, voire au voisinage de sa première extrémité 4. Les capteurs 8 peuvent être par exemple des capteurs de déplacement, mesurant le déplacement de la portion non encastrée de tige, ces déplacements étant eux-mêmes images des efforts par le fait de l'élasticité de la liaison entre le corps 1 et la partie non encastrée 9 de la tige 3. On pourra utiliser des capteurs 8 de type électromagnétique. tes signaux produits par les capteurs 8 sont transmis, par l'intermédiaire de lignes 10, à des moyens de détection et de calcul li contenus dans le corps 1. Comme le représente de façon schématique la figure 2, les efforts auxquels est soumise la tige 3 sont mesurés, au niveau de sa partie non encastrée 9, par des capteurs 8 répartis sur son pourtour. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures, on utilise une série de quatre capteurs 8a, 8b, 8c et 8d, régulièrement répartis selon deux axes perpendiculaires entre eux et eux-mêmes perpendiculaires- à l'axe longitudinal I-I du corps 1. Les signaux électriques fournis par chacun des capteurs 8a à 8d sont transmis, par l'intermédiaire de lignes respectivement lOa à 10d, aux moyens de détection et de calcul 11. Les moyens de détection et de calcul 11 comprennent un calculateur de déviation 12, comportant quatre entrées pour recevoir les quatre signaux émis par les capteurs d'effort, et produisant sur sa sortie 13 des signaux images de l'intensité et de la direction de l'effort appliqué sur la tige 3 par rapport à un référentiel arbitraire fixe du corps. Dans la présente description, on entend par "calculateur de déviation" un circuit électronique habituellement utiisé en extensométrie et dans les mesures par capteurs à variation mutuelle dtinduc- tance, et susceptible de produire sur sa sortie des signaux logiques représentant la direction de l'effort subi par la tige 3, indiquant par exemple les coordonnées angulaires de la direction Il de la force par rapport à un référentiel x-y. Le calculateur de déviation 12 réalise - l'alimentation des capteurs électromagnétiques en énergie électrique, éventuellement à porteuse alternative, les capteurs opposés 8a-8b et 8c8d étant associés dans un montage de type pont de mesure, - le filtrage des signaux analogiques produits, et éventuellement la démodulation, - l'extraction des signaux d'effort Fx et Fy, ou signaux de déséquilibre des deux ponts, signaux images des efforts selon les deux directions x-y perpendiculaires, - la conversion analogique-numérique, à intervalles de temps réguliers, des valeurs des signaux d'effort, par un circuit connu de convertisseur analogique-numérique, par exemple de type processeur de signal ou microprocesseur à entrée analogique. Le calculateur de déviation 12 produit ainsi, sur sa sortie 13, une suite de signaux d'effort digitalisés, images des suites de forces auxquelles est soumise la tige 3 selon les axes x et y. Ces signaux sont transmis à un calculateur de reconnaissance de signes 14. Le calculateur de reconnaissance de signes 14 effectue - l'analyse des signaux d'efforts Fx et Fy digitalisés, pour en déduire la direction de l'effort, - la mémorisation de la suite des directions, - l'analyse des changements de direction par calcul de différences, - la mémorisation de la suite des changements de direction, - la comparaison des suites mémorisées de direction et de changement de direction avec des suites de référence préenregistrées, - des calculs de levéede doute. Ainsi, le calculateur de reconnaissance de signe 14 comprend une mémoire pour mémoriser la suite des données calculées et des suites de données de référence, et comprend des moyens de comparaison pour comparer les suites calculées et les suites de référence et produire des signaux de reconnaissance. Les suites des données de référence peuvent être générées préalablement en utilisant le dispositif pour écrire un ensemble de signes possibles, le dispositif étant alors conçu pour reconnaître des signes pris parmi cet ensemble. De façon préférée, le calculateur de reconnaissance de signes mémorise les suites de directions et de changements de direction d'effort. De cette manière, les suites de directions sont indépendantes du temps, c'est-à-dire que le nombre des données à enregistrer ne dépend pas de la durée pendant laquelle chaque direction est maintenue. Ainsi, les données peuvent être contenues dans des mémoires de faible capacité. Le calculateur de reconnaissance de signes produit, en sortie 15, la donnée représentant le caractère ou symbole reconnu. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures, la donnée est transmise à un calculateur arithmétique 16. Le calculateur arithmétique, de type connu, effectue l'opération arithmétique correspondant à la suite des signaux qu'il reçoit, et envoie à un moyen d'affichage 17 le résultat de l'opération. Selon un autre mode de réalisation, permettant des applications légèrement différentes, on remplace le calculateur arithmétique 16 par un dispositif de transcodage ou de traduction de signe, permettant de transcoder un signe reçu et de générer un signe différent correspon dant. On peut également adapter une mémoire permettant 1 l'enregistrement d'une suite de signes. Le dispositif comprend en outre une horloge 18 assurant la synchronisation des signaux logiques des calculateurs, et comprend une source d'énergie électrique, non représentée sur les figures, l'ensemble étant contenu dans le corps 1. Les calculateurs 12 (pour sa partie processeur de signal), 14 et 16 peuvent être des circuits intégrés du type micro-processeur, comportant une partie mémoire à lecture seulement (ROM), qui contient, sous forme de codes programmés, les instructions nécessaires au microprocesseur pour réaliser les fonctions ci-dessus. Un seul micro-processeur peut réaliser les fonctions des trois calculateurs 12, 14 et 16. La figure 3 est destinée à illustrer l'utilisation du dispositif selon les figures 1 et 2. te dispositif s'utilise à la manière d'un stylo ou d'un crayon : l'utilisateur le tient à la main et trace sur le support 19 le signe 20 destiné à être reconnu. Avec un dispositif ne comportant aucun moyen de tracage ou encre, la tige 3 ne produit aucune marque sur le support 19. Il est toutefois possible de reconnattre un signe en faisant parcourir à l'extrémité 4 de la tige 3 l'ensemble des traits formant le signe 20. Avec une tige 3 comportant des moyens d'écriture, par exemple un tube à bille de type stylo à bille, ou une mine de crayon, il est possible de réaliser simultanément l'écriture et la reconnaissance du signe écrit. On prévoit alors d'utiliser une tige 3 amovible et interchangeable, adaptée de manière réversible dans le corps 1. Le dispositif est sensible aux variations de direction, indépendamment de la durée pendant laquelle les directions sont conservées. Ainsi, deux chiffres "1" de tailles différentes, représentés sur la figure 3, donneront le même résultat, étant observé qu'un chiffre "1" sera analysé comme une suite d'efforts dans deux directions angulairement différentes correspondant aux deux branches 21 et 22 du 1 e La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1 - Dispositif manuel d'écriture et de reconnaissance de signes, comprenant un corps (1) tubulaire allongé présentant un axe longitudinal (I-I), muni d'une cavité interne (2) axiale recevant une tige (3) axiale dont une première extrémité (4) est normalement extérieure au corps, une portion de la tige (3) au moins, et notamment sa première extrémité (4), pouvant osciller élastiquement dans la cavité (2), caractérisé en ce que - entre la tige (3) et le corps, on interpose des capteurs (8) de force susceptibles de mesurer les efforts exercés entre la tige (3) et le corps (1) selon au moins deux directions sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal (I-I) du corps, - les capteurs de force (8) produisent des signaux électriques images des efforts et transmis par des lignes (10) à des moyens de détection et de calcul (11) contenus dans le corps (1). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige (3) est rigide et comporte une partie (7a) encastrée dans une portion (7) interne élastique du corps (1) formant pivot, les capteurs de force (8) sont disposés au niveau d'une partie non encastrée (9) de tige, de préférence éloignée de la partie encastrée (7a), de sorte que la tige peut osciller selon une faible amplitude autour de sa partie encastrée sous l'action des efforts exercés sur sa première extrémité (4). 3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tige est élastique, sa seconde extrémité (6) est encastrée dans une portion interne rigide (7) du corps, les capteurs de force (8) sont disposés au niveau d'une partie non encastrée (9) de tige, de sorte que la tige peut osciller par déformation élastique selon une faible amplitude autour de sa seconde extrémité (6) sous l'action des efforts exercés sur sa premièrexextrémité (4). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les efforts sont mesurés par une série de quatre capteurs (8a - 8d) électro-magnétiques disposés en croix autour de la tige (3) et connectés par quatre lignes (l0a-l0d) différentes à quatre entrées des moyens de détection et de calcul (11). 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens de détection et de calcul (11) comprennent - un calculateur de déviation (12), recevant les signaux émis par les capteurs (8), et dont la fonction est de produire sur sa sortie des signaux images de la direction de l'effort appliqué sur la tige (3) par rapport à un référentiel (x-y) arbitraire fixe du corps (1), - un calculateur de reconnaissance de signes (14), connecté aux bornes de sortie du calculateur de déviation, effectuant l'analyse et la mémorisation des suites de signaux reçus et leur comparaison avec des suites de signaux de référence contenues dans une mémoire et correspondant à un ensemble de signes connus. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le calculateur de reconnaissance de signes (14) mémorise les directions et les changements de direction d'effort, et compare la suite des directions et des changements de direction avec des suites de directions et de changements de direction de référence. 7 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des mémoires pour mémoriser la suite des signaux reconnus, et un calculateur arithmétique (16) pour effectuer l'opération arithmétique correspondant à la suite des signaux reçus et envoyer le résultat à un moyen d'affichage (17). 8 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des mémoires pour mémoriser la suite des signaux reconnus, et un dispositif de transcodage et de traduction pour transcoder les signaux reçus et envoyer le résultat à un moyen d'affichage (17).