Brevet FR2866458A1 — publié le 20050819

Procédé de reconnaissance de la trajectoire d'une pointe d'un corps sur un support Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé de reconnaissance de la trajectoire d'une pointe d'un corps sur un support, comportant la détermination d'un angle d'orientation du corps par traitement de données de mesure fournies, à une o unité de traitement, par au moins un capteur d'angle disposé dans le corps, le corps comportant un capteur de force mesurant la force de réaction de la pointe du corps en contact avec le support. État de la technique Actuellement, les stylos numériques commercialisés nécessitent un support préparé ou une source de référence, permettant de reconnaître les mouvements de la pointe du stylo, par exemple des tables à numériser, des écrans particuliers, des sources à ultrasons, des sources électromagnétiques ou des papiers spéciaux, ce qui complique l'utilisation du stylo. Une trace écrite sur un support est transcrite sur un écran d'ordinateur par l'intermédiaire du stylo. Typiquement, un stylo numérique permet de reconnaître 25 les symboles écrits, par exemple les caractères et les signatures. Généralement, un stylo numérique comporte plusieurs capteurs, par exemple des capteurs inertiels de type accéléromètre et des capteurs d'angle, par exemple de type magnétomètres ou gyromètres, et, éventuellement, un détecteur de force de réaction d'une pointe du stylo en contact avec le support, permettant de reconnaître si le stylo est en contact avec un support d'écriture ou non. L'accélération de la pointe du stylo sur le support d'écriture est obtenue par traitement de données de mesure fournies par les capteurs. Une double intégration mathématique d'une grandeur fonction de l'accélération permet ensuite de déterminer approximativement la trajectoire de la pointe du stylo sur le support d'écriture. Les traitements de données sont effectués par une unité de traitement disposée, par exemple, dans le stylo. Objet de l'invention L'invention a pour but de simplifier la reconnaissance de la trajectoire d'une pointe d'un corps sur un support et d'augmenter la précision de la reconnaissance de trajectoire, notamment pour la reconnaissance de la trajectoire d'une pointe d'un stylo sur un support d'écriture, tout en simplifiant l'utilisation du stylo. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que, le capteur de force fournissant, de manière quasi-continue, à l'unité de traitement des données représentatives de la force de réaction, l'unité de traitement détermine l'orientation de la force de réaction par rapport au plan du support à partir des données de mesure du capteur d'angle et du capteur de force et un vecteur tangentiel à la trajectoire par projection de la force de réaction dans le plan du support, la trajectoire étant déterminée par au moins une intégration mathématique d'une grandeur fonction du vecteur tangentiel à la trajectoire. Selon un développement de l'invention, le procédé comporte l'intégration mathématique du vecteur tangentiel. Selon un développement de l'invention, le procédé comporte une étape d'étalonnage de l'orientation du support. Par exemple, le corps est placé selon un angle prédéterminé par rapport à un axe perpendiculaire au support pendant l'étape d'étalonnage. Selon un développement de l'invention, le procédé comporte la détermination de l'accélération de la pointe par traitement de données de mesure fournies, à l'unité de traitement, par le capteur d'angle et par au moins un accéléromètre, disposé dans le corps, l'unité de traitement déterminant un vecteur unitaire tangentiel à la trajectoire par normalisation du vecteur tangentiel à la trajectoire et déterminant le produit scalaire de données représentatives de l'accélération et du vecteur unitaire, de manière à obtenir ladite grandeur, représentative de l'accélération tangentielle de la pointe du corps, la trajectoire étant déterminée par double intégration mathématique de ladite grandeur. Selon un mode de réalisation particulier, l'unité de traitement détermine la projection de l'accélération dans le plan du support en fonction des données fournies par l'accéléromètre et le capteur d'angle, de manière à fournir lesdites données représentatives de l'accélération. Selon un mode de réalisation préférentiel, le procédé comporte une estimation de la contribution de la gravité aux données de mesure fournies par l'accéléromètre et l'élimination de ladite contribution des données fournies par l'accéléromètre. Le procédé peut comporter, simultanément à la reconnaissance de trajectoire, une mesure physique par l'intermédiaire d'un capteur associé au corps et/ou l'actionnement d'un actionneur associé au corps. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 représente un stylo numérique selon l'art antérieur. o Les figures 2 et 3 illustrent, sous forme de schémas bloc fonctionnels, deux modes de réalisation particuliers d'un procédé de reconnaissance selon l'invention. Description de modes particuliers de réalisation Sur la figure 1, un stylo 1 comporte un accéléromètre 2, un capteur d'angle 3 et un capteur de force 4 disposés dans le boîtier 5 du stylo, dans une partie avant du stylo 1. Le capteur de force 4 est lié mécaniquement à la pointe 6 du stylo et l'accéléromètre 2 est avantageusement disposé près de la pointe 6. Le capteur d'angle 3 peut être constitué par un ensemble de trois gyromètres ou, de préférence, par un ensemble de trois magnétomètres. Des circuits électroniques, notamment un convertisseur 7 analogique/numérique, une unité de traitement 8 et un émetteur 9 ou un émetteur/récepteur, sont également disposés dans une partie arrière du stylo 1. Le traitement des données peut être effectué par l'unité de traitement 8 ou par une station à distance recevant les données par l'intermédiaire de l'émetteur 9. Le stylo 1 permet d'écrire sur un support 10 quelconque sans nécessiter d'équipement supplémentaire. Sur la figure 1, l'angle 0 de l'axe longitudinal L du stylo 1, c'est-àdire l'angle d'inclinaison du stylo 1 est défini par rapport au plan support 10. Le support est, de préférence, plan. Mais une surface avec des déformations faibles peut également être utilisable. Dans un premier mode de réalisation simplifié, illustré sur la figure 2, la trajectoire de la pointe 6 du stylo 1 est déterminée à partir de données Si et S2 fournies à l'unité de traitement 8 respectivement par le capteur d'angle 3 et le capteur de force 4. Le procédé de reconnaissance peut comporter, avant de commencer l'écriture, une étape d'étalonnage F1 de l'orientation 00 du support 10. Par exemple, le stylo est placé selon un angle prédéterminé par rapport à un axe perpendiculaire au support, de préférence, perpendiculairement au support 10, pendant l'étape d'étalonnage F1 et le capteur d'angle 3 fournit, ainsi, l'angle d'orientation 00 du support 10. Si l'orientation du support 10 est modifiée par la suite, l'étalonnage doit être mis à jour. Si le support 10 comporte plusieurs zones ayant des orientations différentes, l'étalonnage peut être mis à jour à chaque fois que la pointe 6 du stylo 1 change de zone. Ensuite on effectue, de manière connue, dans une étape F2, l'estimation de l'angle 0 du stylo 1 par rapport à l'angle d'orientation 00 du support 10, à partir 20 des données Si de mesure du capteur d'angle 3 Les données S2 sont fournies à l'unité de traitement 8 par le capteur de force 4 de manière quasi-continue. Elles sont représentatives de la force de réaction de la pointe 6 du stylo 1 en contact avec le support 10. La mesure est tridimensionnelle et proportionnelle à la force de réaction. Ainsi, on obtient une information sur la direction et l'amplitude de la force de réaction et non une simple détection de contact. La force de réaction est mesurée dans le référentiel du stylo 1. L'orientation de la force de réaction par rapport au plan du support 10 est déterminée (F3) à partir des données Si de mesure du capteur d'angle 3, plus particulièrement à partir de l'angle 0, et des données S2 de mesure du capteur de force 4. Ainsi, on obtient la force de réaction dans le référentiel du support 10. Ensuite, la force de réaction est projetée (F4) dans le plan du support 10, ce qui permet d'éliminer la composante perpendiculaire au support 10 qui correspond à la pression d'appui appliquée par l'utilisateur, qui est sans importance pour la détermination de la trajectoire de la pointe 6 du stylo 1. La composante dans le plan du support 10, résultat de la projection, est due à la force de frottement de la pointe 6 du stylo 1 sur le support 10. Cette force de frottement est antiparallèle au mouvement de la pointe 6 du stylo 1 dans le plan du support 10, tangentielle à la trajectoire de la pointe 6 du stylo 1 sur le support 10 et au premier ordre proportionnelle à la vitesse de la pointe 6. On obtient, ainsi, un vecteur ô tangentiel à la trajectoire de la pointe 6 du stylo 1, représentatif de la vitesse de la pointe 6 dans le plan du support, à un facteur de proportionnalité près qui dépend des processus de frottement de la pointe 6 sur le support 10. Dans une étape F5, comportant une simple intégration mathématique du vecteur ô tangentiel, l'unité de traitement 8 détermine la trajectoire de la pointe 6 20 du stylo sur le support 10. Dans un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 3, la trajectoire de la pointe 6 du stylo 1 est déterminée à partir de données S1, S2 et S3 fournies à l'unité de traitement 8 respectivement par le capteur d'angle 3 et le capteur de force 4 et l'accéléromètre 2. Le traitement des données S3 de l'accéléromètre permet d'obtenir une meilleure précision de la détermination de la trajectoire. L'accéléromètre 2 étant influencé par la gravitation, il est souhaitable d'éliminer la contribution de la gravité à la mesure. Les données de mesure fournies par le capteur d'angle 3 permettent, de manière connue, d'estimer (F6) la contribution G de la gravité à la mesure de l'accéléromètre 2 et, ensuite, d'éliminer (F7) ladite contribution G des données S3 fournies par l'accéléromètre 2, de manière à obtenir des données S4 réduites, fonction de l'accélération du mouvement uniquement. Les données S4 réduites représentent ainsi l'accélération du mouvement à l'emplacement de l'accéléromètre 2 qui est, a priori, différente de l'accélération A de la pointe 6 du stylo 1. Pour déterminer dans une étape F8 l'accélération A io de la pointe 6 du stylo 1, on effectue, de manière connue, dans une étape F'2, l'estimation de l'angle 0 du stylo 1 par rapport à l'angle d'orientation 00 du support 10, à partir des données Si de mesure du capteur d'angle 3, ainsi que de la vitesse angulaire VA et de l'accélération angulaire AA du stylo 1, respectivement grâce à la première et à la deuxième dérivée de l'angle 0 par rapport au temps. Pour réaliser l'étape F8, on fait appel aux lois de composition des mouvements de la mécanique classique, en tenant compte du vecteur reliant l'emplacement de l'accéléromètre 2 et la pointe 6 du stylo 1. L'accélération A de la pointe 6 du stylo 1 peut ensuite être projetée (étape F9) dans le plan du support 10, de manière à obtenir l'accélération â sur le support 10 de la pointe 6 du stylo 1. La projection dans le plan du support 10 peut donc être calculée à partir des données Si et S3, fournies respectivement par le capteur d'angle 3 et l'accéléromètre 2 et permettant de déterminer l'angle d'orientation 00 du support 10, l'angle 0 du stylo 1 par rapport à l'angle d'orientation 00 et l'accélération A de la pointe 6 du stylo 1. Dans l'étape F'4 on obtient, comme dans l'étape F4, le vecteur ô tangentiel à la trajectoire de la pointe 6 du stylo 1, et, de plus, par normalisation du vecteur ô tangentiel, un vecteur unitaire û tangentiel à la trajectoire de la pointe 6 du stylo 1. Dans une étape F10, l'unité de traitement 8 détermine le produit scalaire du vecteur unitaire û et de l'accélération â de la pointe 6 du stylo 1 sur le support 10, ce qui permet de déterminer la composante aT de l'accélération, tangentielle à la trajectoire. La trajectoire est, ensuite, déterminée par double intégration mathématique F11 de la composante tangentielle aT de l'accélération. La composante aT de l'accélération tangentielle à la trajectoire peut éventuellement être déterminée par produit scalaire du vecteur unitaire û et de l'accélération A de la pointe 6 du stylo 1, sans effectuer la projection F9 de l'accélération A de la pointe 6 du stylo 1 dans le plan du support 10. Cependant, l'étape de projection F9 permet de tirer des informations sur la courbure de la trajectoire par l'intermédiaire de la composante de l'accélération perpendiculaire à la trajectoire. L'utilisation conjointe du capteur d'angle 3 et du capteur de force 4 permet d'éliminer correctement, de la mesure de l'accélération aT, les contributions de forces qui ne sont pas reliées à la trajectoire, par exemple la pesanteur ou la pression du stylo 1 perpendiculairement au support. L'utilisation du procédé selon l'invention permet, en particulier, la réalisation efficace d'enregistrement et de reconnaissance de signatures. Par exemple, on, enregistre une pluralité de signatures pour chaque personne utilisant le stylo 1 pour déterminer un signal moyen pour chaque personne. Lorsque le stylo 1 fonctionne en un mode de reconnaissance de signature, un traitement, typiquement consistant à minimiser la distance quadratique entre une mesure de signature normalisée et les signaux moyens normalisés enregistrés préalablement, permet de reconnaître avec certitude la signature. L'invention n'est pas limitée aux procédés de reconnaissance de trajectoire d'une pointe de stylo. Le stylo 1 peut être remplacé par un corps quelconque comportant, par exemple, un actionneur quelconque, par exemple une pointe de gravure, dont la trajectoire est déterminée pendant l'actionnement. Le procédé permet également de déterminer la trajectoire d'un dispositif de io mesure, par exemple un palpeur, comportant un capteur quelconque, par exemple un capteur thermique, électrique ou photométrique. Ainsi, une mesure physique est effectuée par l'intermédiaire d'un capteur associé au corps 1, simultanément à la reconnaissance de trajectoire, ce qui permet d'établir une cartographie de la grandeur physique mesurée par corrélation de la mesure avec la trajectoire déterminée. Revendications 1. Procédé de reconnaissance de la trajectoire d'une pointe (6) d'un corps (1) sur un support (10), comportant la détermination d'un angle d'orientation (0) du corps (1) par traitement (F2) de données (Si) de mesure fournies, à une unité de traitement (8), par au moins un capteur d'angle (3) disposé dans le corps (1), le corps (1) comportant un capteur de force (4) mesurant la force de réaction de la pointe (6) du corps (1) en contact avec le support (10), procédé caractérisé en ce que, le capteur de force (4) fournissant, de manière quasi-continue, à l'unité de traitement (8) des données (S2) représentatives de la force de réaction, l'unité de traitement (8) détermine (F3) l'orientation de la force de réaction par rapport au plan du support (10) à partir des données de mesure (Si, S2) du capteur d'angle (3) et du capteur de force (4) et un vecteur (ô) tangentiel à la trajectoire par projection (F4) de la force de réaction dans le plan du support (10), la trajectoire étant déterminée par au moins une intégration mathématique (F5, F11) d'une grandeur fonction du vecteur (ô) tangentiel à la trajectoire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte l'intégration mathématique (F5) du vecteur (ô) tangentiel. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le support (10) est plan. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce 25 qu'il comporte une étape d'étalonnage (F1) de l'orientation (00) du support (10). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps (1) est placé selon un angle prédéterminé par rapport à un axe perpendiculaire au support (10) pendant l'étape d'étalonnage (F1). Il 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le corps (1) est placé perpendiculairement au support (10) pendant l'étape d'étalonnage (F1). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte la détermination de l'accélération (A) de la pointe (6) par traitement (F8, F'2) de données (Si, S3) de mesure fournies, à l'unité de traitement (8), par le capteur d'angle (3) et par au moins un accéléromètre (2), disposé dans le corps (1), l'unité de traitement (8) déterminant un vecteur o unitaire (CO tangentiel à la trajectoire par normalisation (F'4) du vecteur (ô) tangentiel à la trajectoire et déterminant le produit scalaire (F10) de données (â) représentatives de l'accélération (A) et du vecteur unitaire (û), de manière à obtenir ladite grandeur, représentative de l'accélération tangentielle (aT) de la pointe (6) du corps (1), la trajectoire étant déterminée par double intégration mathématique (F11) de ladite grandeur. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'unité de traitement (8) détermine la projection (F9) de l'accélération (A) dans le plan du support (10) en fonction des données (S3, Si) fournies par l'accéléromètre (2) et le capteur d'angle (3), de manière à fournir lesdites données (â) représentatives de l'accélération (A). 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte une estimation (F6) de la contribution (G) de la gravité aux données de mesure fournies par l'accéléromètre (2) et l'élimination (F7) de ladite contribution (G) des données (S3) fournies par l'accéléromètre. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le corps comporte un capteur destiné à fournir la mesure d'une grandeur physique de manière à permettre d'établir une cartographie de ladite grandeur physique en fonction de la trajectoire mesurée. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le corps comporte un actionneur.