Brevet FR2942896A1 — publié le 20100910

-1- Dispositif électronique informatisé, adaptable sur de multiples moyens d'écriture, destiné à la reconnaissance de l'information manuscrite et à la manipulation d'objets dans les environnements virtuels. Domaine technique de l'invention L'invention concerne un dispositif électronique doté d'un traitement informatisé permettant de mesurer, grâce à des moyens de détection embarqués, les mouvements subis par le dit dispositif. Le dispositif est placé sur un support ou un axe dont on pourra, par calcul, évaluer avec précision les déplacements dans l'espace. L'objectif principal du dispositif décrit est relatif à la conception d'un dispositif amovible autonome, adaptable à de multiples moyens d'écriture classiques tels que stylos, crayons, feutres et capable de convertir les mouvements détectés lors de la manipulation du moyen d'écriture en vue d'une exploitation ou d'un stockage numérique pour interprétation. Etat de la technique antérieure De nombreux brevets font état de dispositifs imaginés pour numériser l'écriture manuscrite ou les gestes graphiques. A cette fin, les inventeurs ont conçu ou décrivent des dispositifs souvent électroniques et informatisés basés soit : - sur des capteurs d'efforts (brevet 2888528 CEA û Vassilev et Ittel û 12.07.2005) - sur des mesures de signaux acoustiques (brevets WO2008/041234A2 û Pegasus Tech. Ltd 05.10.2006 Zlotter-Shenolz ou PCT/IL2008/000005) - sur des mesures d'accélérations, de rotations à l'aide de micro capteurs implantés sur des supports qui se substituent aux stylos, crayons, moyens d'écriture (brevets 09/829230 IC Technologies 04.09.2001 Vardi ou US005981884A Ricoh Co. 23.12.1998 Yasuhiro Sato et al.) Par ailleurs, pour améliorer les différentes interfaces homme-machine nécessaires à la communication avec les applications de type réalité virtuelle ou réalité augmentée, plusieurs brevets décrivent des systèmes d'aide à la navigation dans les environnements informatisés (brevets WO2005/114624A2 18.05.2004 Daniel Simon ou WO01/43063A1 Electrotextiles Co Ltd 06.12.1999 Chapman et al.) Pour ce qui est des applications visant à numériser l'écriture manuscrite ou les gestes graphiques de tels dispositifs présentent l'inconvénient de ne pas utiliser les moyens traditionnels de l'écriture. Ce sont des dispositifs à part entière qui se substituent aux moyens classiques d'écriture. Ils ne permettent pas de travailler sur les stylos plumes, les stylos feutre, les stylos à bille, les crayons à papier, les pinceaux, les fusains. Objet de l'invention û exposé de l'invention L'invention décrite a pour but de permettre à son utilisateur de conserver les moyens d'écriture manuscrite classiques tout en lui offrant la possibilité de numériser les documents qu'il rédige. L'objet de l'invention est caractérisé en ce que le dispositif est embarqué sur les moyens traditionnels d'écriture. Des capteurs d'accélérations et de rotations basés sur les technologies récentes des microcomposants électroniques de type gyroscopes et accéléromètres Murata� sont reliés à un microcontrôleur et dotés de moyens 2942896 -2- de communications et d'alimentation sans fil (technologie Bluetooth, Wifi, Rfid). Cet ensemble constitue un système de mesures de déplacements tridimensionnels pouvant fonctionner en temps réel. Les différents éléments constituent donc un système informatisé capable de détecter, de numériser, d'enregistrer et 5 de convertir en écriture numérique les gestes graphiques réalisés lors de la manipulation des moyens traditionnels d'écriture sur lesquels le dit système informatisé est disposé. Description sommaire des dessins 10 D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de la présente invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue en perspective partielle de la présente invention (1) ici décrite et embarquée par exemple sur 15 un stylo plume (2). La figure 2 est une vue représentant un repère orthogonal accompagné des symboles des différents vecteurs accélération, rotation et angles entrant dans la composition d'un déplacement. 20 La figure 3 est une vue partielle en coupe d'un mode particulier de réalisation de la présente invention (100). La présente invention (100) est équipée d'au moins un accéléromètre et d'un gyroscope ou d'au moins deux accéléromètres s'il est dépourvu de gyroscope. La figure 4 est un schéma logique montrant les circuits électroniques intervenants dans un mode particulier de 25 réalisation de la présente invention équipée d'un processeur et de dispositifs micro-électroniques de conversions analogiques-numériques. Les déplacements dans l'espace de la présente invention sont évalués à partir de l'échantillonnage des mesures de tout ou partie des capteurs de déplacements. Cet échantillonnage pourra contribuer à restituer les gestes d'écriture. 30 Les figures 5.a, 5.b, et 5.c sont des vues successives d'un mode particulier de réalisation de la présente invention (201) lors d'une opération d'étalonnage. La figure 5.d représente l'organigramme qui peut être mis en oeuvre pour un étalonnage. La figure 6 est une vue de principe d'un mode particulier de réalisation de la présente invention (300 et 301) dans un 35 cas où elle opère comme interface homme-machine avec un environnement de réalité virtuelle ou de réalité augmentée. 2942896 -3- La figure 7 est une vue de principe d'un mode particulier de réalisation de la présente invention (400 et 401) dans un cas où elle opère comme capteur de déplacement et de détection de mouvements. 5 Description de modes particuliers de réalisation Sur la figure 1, le dispositif (1) représentant un mode particulier de la présente invention est plus particulièrement destiné à être utilisé dans la reconnaissance de l'écriture manuelle ou dans la mémorisation numérique des gestes graphiques. Le dispositif (1) est positionné sur le moyen traditionnel d'écriture (2) et permet de reconnaître et de mémoriser, par exemple, le texte manuscrit (3). Le dispositif (1) est équipé d'au moins un accéléromètre et d'un 10 gyroscope ou d'au moins deux accéléromètres s'il est dépourvu de gyroscope. Des dispositifs micro-électroniques de conversions analogiques-numériques embarqués dans le dispositif (1) permettent l'échantillonnage des mesures de tout ou partie des capteurs de déplacements dans l'espace, également embarqués dans le dispositif (1), en vue de restituer les mouvements ou les gestes d'écriture. Le texte manuscrit (3) est transmis après décodage au système informatisé (5) et peut être par exemple affiché 15 selon (4). Le dispositif (1) de la figure 1 représentant un mode particulier de la présente invention sera pour plus de fluidité dans la suite de l'exposé dénommé la "balle". 20 La "balle" comporte un orifice recouvert d'un matériau du type polyuréthane souple ou du type silicone qui permet de glisser et de fixer l'extrémité du moyen traditionnel d'écriture (2). La figure 2 représente un plan orthogonal sur lequel sont repérés les trois axes X,Y et Z, les vecteurs accélérations respectifs y , y et Y le long des axes X,Y, Z et les rotations ûx, ûy et Qz, respectivement autour des axes x y 25 X,Y, Z. Sur la figure 3 la "balle" (100) est une représentation partielle en coupe d'un mode particulier de la présente invention. La "balle" (100) est de géométrie sensiblement sphérique mais pas exclusivement. La "balle" (100) comporte trois accéléromètres (112), (114) et (116) et trois gyroscopes (113), (115) et (117) qui constituent un 30 ensemble destiné à mesurer les déplacements de la "balle" (100) fixée sur le moyen traditionnel d'écriture (123). Les éléments (112), (113), (114), (115), (116), (117) sont connectés par un circuit électronique (111) qui relie le microcontrôleur (109) aux éléments constitutifs de la "balle" (100). Un élément sensible (107) est placé en surface de la "balle" (100) à l'intersection de l'axe de symétrie X et dans l'alignement de l'orifice (108). 35 Sur la figure 3, dans le mode particulier de la présente invention, la "balle" (100) comporte par exemple deux éléments sensibles (102) et (101), diamétralement opposés et qui permettent d'interagir, dans un contexte donné, par pression sur la "balle" (100) en envoyant un signal sur le circuit électronique (111) aussi appelé bus. 2942896 -4- Sur la figure 3, dans le mode particulier de la présente invention, la "balle" (100) comporte un élément sensible (103) qui permet d'une part une transmission d'énergie électrique sans fil fournie par un dispositif extérieur adapté et d'autre part, de délivrer cette énergie à l'élément (110). L'élément (110) stocke l'énergie transmise et la distribue aux composants à travers le circuit électronique (111). Sur la figure 3, dans le mode particulier de la présente invention, la "balle" (100) comporte par exemple trois éléments (104), (105) et (106) qui permettent de transmettre et de recevoir des données par rayonnement. Sur la figure 3, dans le mode particulier de la présente invention, la "balle" (100) comporte un élément sensible (118) 10 qui permet de convertir les signaux élaborés par le microcontrôleur (109), routés à travers le bus électronique (111) et de les transmettre. Sur la figure 3, dans le mode particulier de la présente invention, la "balle" (100) comporte un élément sensible (118) qui permet de convertir les signaux à un système informatisé émetteur externe reçus par les éléments sensibles 15 (104), (105) et (106) pour les transmettre au microcontrôleur (109) à travers un bus électronique (111). Sur la figure 3, dans le mode particulier de la présente invention, grâce à un logiciel embarqué exécuté par le microcontrôleur (109] et à l'aide du convertisseur (118) et des éléments sensibles (104), (105) et (106) une transmission sans fil est établie vers un système informatisé émetteur/récepteur externe ou une autre balle de même 20 nature que la balle (100). Sur la figure 3, dans le mode particulier de la présente invention, la "balle" (100) comporte un élément sensible (122) (compatible avec par exemple, le standard USB "Universal Serial Bus") qui permet une alimentation électrique et un échange de données numériques à travers le bus électronique (111). Sur les figures 5a, 5.b et 5.c la procédure de détermination automatique de la distance entre les plans (204) et (205) est décrite. Une fois la distance (204-205) déterminée en pressant sur le contacteur (202), la "balle" (201) peut repérer les déplacements du moyen traditionnel d'écriture (200) sur le plan d'écriture (203). 30 La figure 6 est un schéma partiel d'un mode particulier de la présente invention dans un contexte d'utilisation avec un ensemble informatisé destiné à manipuler des données dans un environnement virtuel. Le déplacement de la 'balle' est enregistré et transmis au calculateur qui utilise ces informations comme entrées dans le logiciel pour manipuler les objets virtuels. La figure 6 représente un exemple d'application dans laquelle plusieurs "balles" (300) et (301) communiquent entre elles ou par l'intermédiaire d'un ensemble informatisé. Un opérateur ou des opérateurs 35 équipé(s) de plusieurs "balles" peuvent, notamment grâce aux mains (302), (303) déplacer, modifier, transformer un ou des objets informatiques (305) dans un environnement informatisé (304) autour et le long des axes (305), (306) et (307). Un dispositif vibreur peut entrer en action pour simuler un retour d'effort. 5 25 2942896 -5- La figure 7 est un schéma partiel d'un mode particulier de la présente invention dans un contexte d'utilisation en vue de détecter la chute d'une personne. Plusieurs "balles" (400) et (401) équipées d'un logiciel de communication embarqué pour échanger des informations entre elles, sont placées sur le corps ou les vêtements de la personne (402) dont les déplacements sont ainsi surveillés. Un système informatisé reçoit, éventuellement en temps réel, les 5 informations de déplacement pour détecter des anomalies sur la marche ou la chute possible de la personne. REVENDICATIONS1 Dispositif électronique et informatisé, amovible et adaptable à tous les types de moyens d'écriture traditionnels et comprenant des capteurs de mouvements, de déplacements, de transmission et de réception d'informations caractérisé en ce qu'il est équipé d'un orifice destiné à permettre la fixation d'un moyen traditionnel d'écriture. 2 Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est équipé d'organes faisant office de contacteurs électriques. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 2 caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un 10 accéléromètre et d'un gyroscope ou d'au moins deux accéléromètres s'il est dépourvu de gyroscope. 4 Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 3 caractérisé en ce qu'il est équipé d'un processeur et de dispositifs micro-électroniques de conversions analogiques-numériques. 15 5 Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 4 caractérisé en ce qu'il est équipé d'un logiciel embarqué de gestion du processeur et de ses périphériques pour reconstruire à partir des échantillonnages des mesures des capteurs de déplacements, les gestes d'écriture 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 5 caractérisé en ce qu'il est équipé d'organe de 20 transmission et de réception d'informations. 7 Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est équipé d'un logiciel embarqué permettant d'établir une transmission sans fil entre le dit dispositif et une station de traitement informatisé déportée. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 7 caractérisé en ce qu'il peut être équipé d'une transmission d'énergie sans fil. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 8 caractérisé en ce que la forme du dispositif est 30 préférentiellement sphérique. 10 Dispositif selon l'une quelconque des revendications de 1 à 9 caractérisé en ce qu'il peut être équipé d'un logiciel de communication avec un autre dispositif de même nature. 25 35