Brevet FR2925284A1 — publié le 20090626

La présente invention concerne un procédé et dispositif autonome pour analyser et optimiser l'équilibre et la stabilité d'une personne en mettant en évidence les appuis et les positions des centres de pression des parties avant (métatarse) et arrière (talon) de chacun des pieds. L'acquisition des mesures est réalisée au moyen de quatre plaques sous chacune desquelles sont fixés trois capteurs qui permettent d'acquérir, transmettre, traiter et restituer de façon simultanée des informations sur le positionnement instantané et la répartition suivant trois axes des appuis avant (métatarse) et arrière (talon) de chacun des pieds d'une personne. Les mesures sont effectuées au moyen de plusieurs capteurs de faible dimension (hauteur inférieure ou égale à 7 mm). L'ensemble des mesures des capteurs est centralisé au moyen de cartes micro-contrôleurs. Les mesures transmises avec ou sans fil à partir des cartes micro- contrôleurs sont stockées et traitées en temps réel ou plus tard au moyen d'un progiciel spécifique original, installé sur une unité centrale d'ordinateur standard (type PC ou similaire). Le traitement des mesures donne simultanément des informations caractérisant les appuis au sol des deux pieds séparément et globalement de la personne. La restitution des informations est effectuée au moyen d'un écran d'ordinateur standard, ou tout autre moyen, tels que : tableaux de valeurs, abaques et courbes imprimables ; sons, messages vocaux, lunettes pour vision virtuelle. Le domaine technique de l'invention est, mais pas uniquement, celui 25 de la réalisation de matériel d'évaluation, de rééducation et d'entraînement des performances physiologiques d'une personne. Le procédé et le dispositif de la présente invention sont utilisables dans toutes les applications où l'identification et l'optimisation des appuis au sol sont recherchées. 30 Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à l'étude, à l'analyse et l'optimisation des appuis et de la stabilité d'une personne ; par exemple une personne en évaluation de performances, en rééducation, en apprentissage, en entraînement ou en amélioration des performances, plus particulièrement une personne âgée ou une personne dont les 35 mouvements sont limités ou un sportif. Pour simplifier la présentation de l'art antérieur dans le domaine, on se bornera à rappeler que des dispositifs ont déjà été décrits qui permettent d'estimer partiellement les appuis d'une personne en donnant les excursions du centre de masse global d'une personne, tandis que d'autres dispositifs 40 permettent de tracer les excursions des centres de pression de chacun des pieds. Pour les appuis au sol, des brevets décrivent des dispositifs du type plateformes de forces ou semelles équipées de dispositifs piézo-électriques ou poutres-capteurs. Les informations concernant séparément les excursions ( x, y ) des 45 centres de pression de l'avant (métatarse) et l'arrière (talon) de chacun des pieds ne sont jamais mise en évidence ou traitées spécifiquement. Le procédé et le dispositif selon l'invention permettent de remédier à cet inconvénient. Il comporte en effet quatre plaques, liées ou non entre elles deux à deux par les liaisons souples et déformables, permettant de recevoir les appuis avant ( métatarse ) ( Figure 1, repère 1 ) et arrière ( talon ) ( Figure 1, repère 2 ) des pieds d'une personne en position debout. Sous chacune des plaques sont fixés trois, et seulement trois, capteurs de force ( Figure 1, repère 3 ). Les groupes de trois capteurs sont disposés aux trois sommets d'un triangle. Ainsi, quand les quatre ensembles de trois capteurs sont en contact direct avec le sol plan où est mis en oeuvre le dispositif, chacune des plaques est en appui auto-stable. Les informations transmises par ces ensembles de trois capteurs permettent de mettre en évidence les positions des centres de pression des métatarse et des talons suivant trois axes (en x et en y) en complément des charges verticales (en z ), pour chacune des zones avant et arrière de chaque pied. Les positions relatives des couples de plaques métatarse / talon sont repérées par mesure directe ( coordonnées x, y de chacune des quatre plaques ) ou par gabarit de placement ou par prise de vue photographique (Figure 1, repère 4 ) Les mesures de ce repérage constituent une entrée des informations traitées. Les informations transmises par les capteurs permettent de déterminer l'angle des droites reliant les centres de pression moyens métatarse / talon d'un pied par rapport à l'autre pied, en corrélation avec la position repérée des ensembles de couple de plaques de chacun des pieds ( Figure 3 ). Chacun des capteurs, de faible dimension comporte son propre système d'amplification, de conversion analogique /digital et de compensation en température, pour supprimer les interférences avec d'éventuels parasites liés aux liaisons filaires Une carte micro-contrôleur concentre l'ensemble des mesures ( en numérique ) des capteurs et les transmet , avec ou sans fil, à un système de traitement des données des mesures ( Figure 2, repère 5 ) Les mesures effectuées sont stockées et traitées en temps réel ou plus tard au moyen d'un progiciel spécifique original, qui peut être installé sur une unité centrale d'ordinateur standard ( type PC ou similaire ). Les informations simultanées sur les appuis et positionnements permettent de restituer pour un ensemble de mesures, sept (7) tracés des excursions des centres de pression ou de masse, à savoir : 2 tracés des excursions pour les métatarses 2 tracés des excursions pour les talons 2 tracés des excursions des pieds ( un pour chaque pied ) 1 tracé des excursions représentatif du centre de masse global de la personne. Les informations simultanées sur les appuis et positionnements sont restituées en temps réel ou plus tard au moyen d'un écran, de tableaux de valeurs, abaques et courbes imprimables, sons, messages vocaux, ou lunettes pour vision virtuelle. Les informations simultanées sur les appuis et positionnements sont restituées sous forme de valeurs qui peuvent être comparées à des valeurs 5 fixées comme objectifs ou comparées d'un enregistrement à d'autres. Le procédé et dispositif autonome décrit est donc constitué de quatre parties : Première partie : Un ensemble de quatre plaques sur lesquelles se 10 tient debout une personne, deux plaques pour l'appui des métatarse et deux plaques pur l'appui des talons et sous chacune desquelles sont disposés des capteurs et munies de repères de positionnement. Deuxième partie : Des cartes micro-controleurs de concentration et de transmission des mesures des capteurs. 15 Troisième partie : Un progiciel spécifique et original qui permet de recevoir, stocker, traiter et restituer les informations issues des mesures de l'ensemble des capteurs en temps réel ou plus tard. Quatrième partie : Une unité centrale d'ordinateur standard ( de type PC ou similaire ) sur laquelle est installé le progiciel spécifique permettant 20 de restituer, à titre d'exemple non limitatif, de façon visuelle et / ou sonore en temps réel ou plus tard les informations traitées par le progiciel. La restitution des informations est réalisée sans gêner la personne évaluée, en temps réel ou plus tard, au moyen d'un écran d'ordinateur standard. La restitution peut également être réalisée par tout autre moyen, tels que : 25 tableaux de valeurs, abaques et courbes imprimables, sons, messages vocaux, lunettes pour vision virtuelle. Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés, à titre d'exemple non limitatif, pour analyser et optimiser l'équilibre et la 30 stabilité de personnes âgées ou présentant des affections particulières ou dont les mouvements sont limités. Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés, à titre d'exemple non limitatif, pour analyser et optimiser l'équilibre et la stabilité de personnes effectuant de la rééducation 35 Le procédé et le es dispositif selon l'invention peuvent être utilisés, à titre d'exemple non limitatif, en bio feed back. Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés, à titre d'exemple non limitatif, avec un entraîneur ou seul, pour analyser et optimiser les gestes de sportifs et ainsi améliorer leurs performances. 40 Le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être utilisés, à titre d'exemple non limitatif, pour l'analyse et l'optimisation des appuis de sportifs effectuant des mouvements de frappe d'une balle, dont les golfeurs et les joueurs de base bull. Les dessins annexés illustrent l'invention ( annexes 1/3 à 3/3) 5 La Figure 1 représente un ensemble de quatre plaques d'appui vues de dessus et dans la partie basse, un couple de plaques ( appui 10 métatarse / appui talon ) vue de coté. Ref. 1 : Plaques d'appui métatarses Ref. 2 : Plaques d'appui talons Ref. 3 : Capteurs 15 Ref. 4 : Les repères de positionnement des plaques d'appui 20 La Figure 2 représente un ensemble de quatre plaques d'appui vues de dessous, faisant apparaître les micro-contrôleurs de concentration des mesures. Ref. 5 : micro-contrôleurs de concentration des mesures. 25 30 La Figure 3 représente un ensemble de couples de plaques d'appui dont les axes font un angle ( alpha ). REVENDICATIONS 1/ Dispositif autonome permettant d'analyser et d'optimiser l'équilibre et la stabilité d'une personne en mettant en évidence les appuis et les positions des centres de pression des parties avant ( métatarse) et arrière ( talon) de chacun des pieds caractérisé en ce qu'il est constitué de quatre plaques sur lesquelles se tient debout une personne (deux plaques par pied) et sous chacune desquelles sont disposés des capteurs permettant de mettre en évidence les position des centres de pression des métatarses et des talons suivant trois axes (en x en y et z ) pour chacune des zones avant et arrière de chaque pied. 2/ Dispositif selon la revendication 1 caractérisés en ce que les capteurs sont fixés sur la face inférieure de chacune des plaques d'appui. 3/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les capteurs sont directement en appui sur le sol. 4/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisé en ce que les capteurs sont au nombre de trois et seulement trois sous chacune des quatre plaques. 5/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ,2 , 3 et 4 caractérisé en ce que les plaques sont liées ou non deux à deux par les liaisons souples et déformables. 6/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 , et 5 caractérisé en ce que les trois capteurs de chacune des quatre plaques sont disposés aux trois sommets d'un triangle et en contact direct avec le sol plan où est mis en oeuvre le dispositif, constituant ainsi quatre systèmes auto-stables. 7/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 , 3 , 4 , 5 et 6 caractérisé en ce que chacun des capteurs comporte son propre système d'amplification, de conversion analogique /digital et de compensation en température, en amont d'une carte micro-contrôleur assurant la concentration des informations des capteurs. 8/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 , 3 , 4 , 5 , 6 et 7 caractérisé en ce qu'il comprend un système de traitement des données en temps réel ou plus tard au moyen d'un progiciel spécifique original, qui peut être installé sur une unité centrale d'ordinateur standard ( type PC ou similaire ), destiné à recevoir les mesures des capteurs transmises avec ou sans fil par la carte micro-contrôleur. 9/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 , 3 , 4 , 5 , 6, 7 et 8 caractérisé en ce que le système de traitement des données comprend un logiciel permettant de déterminer, à partir des mesures transmises par les capteurs, 1' angle des droites reliant les centres de pression moyens métatarse / talon d'un pied par rapport à l'autre pied, en corrélation avec la position repérée des ensembles de couple de plaques de chacun des pieds. 10/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1, 2 , 3 , 4 ,5 ,6 ,7 ,8 et 9 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de restitution qui, à partir des informations simultanées sur les positionnements, permettent de restituer pour chacune des mesures, sept (7) tracés des excursions des centres de pression ou de masse, à savoir : 2 tracés des excursions pour les métatarses 2 tracés des excursions pour les talons 2 tracés des excursions des pieds (un pour chaque pied ) 1 tracé des excursions représentatif du centre de masse global de la personne.