Brevet FR3002857A1 — publié le 20140912

Description Elévation d'une surface variable mobile d'entraînement au tennis. Ce mur de dix mètres par trois mètres aux reliefs et aux formes calculées, crée des aléas de rebonds d'une balle que le ou les joueurs doivent maîtriser. Ce mur comporte des particularités liées aux reliefs : Dans un premier temps, nous avons développé cette idée pour un modèle de surface variable fixe (brevet n° 94 11 821 déposé le 4 octobre 1994) ; dans un second temps, nous nous sommes aperçus qu'il y avait d'autres possibilités, notamment un modèle de mur mobile assisté par ordinateur. Ce modèle est constitué de plusieurs éléments qui, à notre avis, pourront révolutionner le monde du tennis, en particulier le haut niveau. Ce modèle relève du domaine de la robotique et de l'informatique : il sera divisé en six parties, chacune des parties sera autonome, reliée à des bras articulés mécaniques. Ce modèle sera équipé de lance balles et de ramasse balles automatiques et sera installé sur une surface équivalente à celle d'un demi terrain de tennis, de telle sorte que le joueur à l'entraînement pourra retrouver les mêmes conditions de jeu que face à un réel partenaire. Plusieurs petites caméras incrustées dans chaque partie des surfaces du mur pourront filmer le joueur à l'entraînement en temps réel, afin de visionner après l'exercice, le travail effectué. Le mur pourra être actionné en fonction de l'évolution du joueur sur la surface grâce à l'intervention de capteurs sensitifs ou infrarouges placés au sol. Ce modèle sera dépendant de logiciels créés à cette occasion. Chaque logiciel comportera plusieurs niveaux de jeu en fonction du niveau de l'utilisateur. Nous allons créer un programme pour les enfants, un pour les adolescents, un pour les professionnels. Ces niveaux seront échelonnés de 1 à 10 par exemple. A l'aide d'un programmateur, nous allons créer ces logiciels que nous protégerons. Nous allons créer également des produits dérivés sous formes de jeux vidéo, CD-Rom, jeux en 3 dimensions et virtuel. Mur mobile d'entraînement au tennis caractérisé en ce qu'il comporte cinq parties principales en creux, sensiblement circulaires, et en reliefs destinées à créer des aléas de rebonds de la balle Au centre, un cercle central dont l'élément en creux est plane et incliné de trois degrés, les bouts sont concaves. Ce cercle a deux mètres soixante-dix de diamètre et il est situé à trente centimètres du sol et à vingt centimètres du haut du mur. Par suite de l'inclinaison de ce cercle, les bouts arrondis sont plus prononcés et larges en haut qu'en bas. Ce cercle est situé à quatre mètres soixante-cinq centimètres des bouts verticaux gauche et droit du mur. De part et d'autre du cercle, deux formes en « S » allongées et allant de haut en bas et de gauche à droite et symétriques par rapport au cercle central. Description 35 L'une est convexe, l'autre est concave. Situés l'un dans l'angle bas à gauche, l'autre dans l'angle haut à droite, à quatre-vingts centimètres des bords du mur figurent deux autres cercles en creux et dont les bouts sont concaves. Ces cercles ont quarante-cinq centimètres de diamètre, l'un est incliné vers le haut, l'autre vers le bas. Mur caractérisé en ce que l'élément central est incliné vers le haut, dont la 40 partie centrale de l'élément en creux est plane. Mur caractérisé en ce que la partie en relief a une forme de « S » allongé concave. Mur caractérisé en ce que la partie en creux a une forme de « S » allongé convexe. La présente invention concerne l'élévation d'un mur d'entraînement au tennis caractérisé en ce qu'il comporte des éléments en creux sensiblement circulaires, en reliefs mobiles divisés en six parties indépendantes les unes des autres. Destinés à créer des aléas au rebond de la balle que le ou les joueurs doivent maîtriser. Le dispositif selon l'invention permet de créer tous les cas de figures qu'un joueur de tennis peut rencontrer sur un court : service, smash, revers, revers croisé, revers décroisé, coup droit, coup droit croisé, coup droit décroisé, volée, volée croisée, volée décroisée, amorti et ralenti. Cette invention relève de la recherche scientifique, présentant trois aspects liés aux reliefs : la cinétique aux reliefs, la balistique aux rebonds et trajectoires enfin l'informatique pour la conception robotique et des logiciels. Description 1. Introduction La présente proposition de développement technique est destinée à la mise au point d'un mur conçu par le sculpteur Paul Sévéhon. La première version de ce mur d'entraînement au jeu de balle a été déposée auprès de l'INPI sous le N° 94 11821. Ce mur à géométrie fixe est destiné au grand public. Actuellement le projet s'oriente vers la conception d'un mur à la destination des experts en tennis selon un nouveau concept. La présente étude concerne la mise au point de ce nouveau mur « intelligent ». L'ensemble des études techniques présentées ici pourra aussi servir de base documentaire lors de la demande de marquage CE nécessaire pour la commercialisation dans l'Union Européenne. 2. Cahier des charges Ce mur a pour objectif principal l'entraînement d'experts ou de novices au jeu de tennis et doit répondre aux différents objectifs suivant : - D'une dimension de l'ordre de 11 mètres sur 3, il doit permettre de simuler différents types de jeu : rapide ou lent ; - Il doit permettre la reproduction de tous les types de frappe : lob, amorti, croisé, décroisé, retour aléatoire... Cette diversité permet la reproduction d'un jeu réel et « intelligent » ; - Quels que soient l'angle d'incidence de la balle et la vitesse de celle-ci au moment du choc sur le mur, la balle doit être retournée dans la surface du court ; - Son installation peut se faire soit en intérieur soit en extérieur. Après installation, les coûts de modification du mur doivent être minimum tant pour les systèmes expert que novice. 3. Proposition technique 3.1. Introduction En raison des multiples impératifs énumérés au paragraphe précédent, le mur sera composé de différentes plaques de 1 mètre de côté aux surfaces variables. Ces plaques assemblées les unes à côté des autres pourront être régulièrement démontées et remontées dans des configurations différentes afin de varier la réponse du mur. En outre, ces plaques seront hétérogènes. Les rigidités différentes obtenues ainsi au sein de chaque plaque permettront ainsi des vitesses de renvoi de balle variables. A l'arrière de chacune de ces plaques, un dispositif de fixation rapide sur rotule permettra un démontage rapide des plaques et une redistribution selon un autre schéma (figure 1). Cette rotule permettra une rotation tridimensionnelle de la plaque. La valeur de cette rotation dépendra à la fois de la vitesse de la balle, de la position de l'impact entre la balle et la plaque, de la géométrie de la plaque au niveau du point de contact et de la rigidité du matériau au niveau de l'impact. Cette orientation tridimensionnelle de la plaque assurera un retour totalement aléatoire de la balle pour le joueur. Chacune des 33 plaques constituant ainsi ce mur « intelligent)> sera totalement articulée dans les trois directions spatiales. Ces démontages / remontages faciles et rapides ne nécessiteront pas de formation technique spécifique et pourront être réalisés par des personnels techniques déjà en poste sur les lieux d'installation du mur. Description Cette dernière spécification permettra ainsi une diminution importante des coûts de modification du 35 mur (voir figures 1 et 2 une schématisation du mur articulé). Au total le mur sera donc composé de 33 plaques. Il pourra être envisagé, lors de l'achat initial du mur, un nombre de plaques plus important afin d'augmenter encore le nombre de configuration et de réponses possibles du mur. L'ensemble de cette structure sera fixée sur des fondations existantes ou sur un support spécifique. 40 Afin de prévoir un renvoi systématique du mur dans le court, celui-ci sera de forme globalement concave. Afin de valider l'ensemble du mur, les développements suivant seront nécessaires : - Une modélisation géométrique des plaques et de la balle ; - Une modélisation mécanique par éléments finis de la réponse de la balle après un choc sur le 45 mur ; - Une validation expérimentale de la modélisation adoptée à l'aide d'une caméra rapide ; - Une étude expérimentale concernant la cinématique de l'ensemble joueur + balle à l'aide d'un dispositif d'analyse du mouvement tridimensionnel. A partir des modélisations réalisées dans les deux premiers points du développement, des dérivés du 50 mur tels que jeu vidéo, présentation commerciale virtuelle seront aisés à concevoir grâce à de simples transformations des formats de fichiers. 3.2. La modélisation géométrique La modélisation géométrique consistera à imaginer plusieurs géométries de plaques différentes et à en réaliser l'assemblage. Chaque plaque présentera des irrégularités devant permettre un renvoi de balle aléatoire. Ces modélisations géométriques seront réalisées sur station de travail Silicon 55 Graphics 02-R10000. Un mailleur sera utilisé pour définir l'ensemble des surfaces (IDEAS) à destination du logiciel de modélisation mécanique par éléments finis. 3.3. La modélisation mécanique Lors du choc entre la balle et le mur, nous avons, de façon simplifiée, à la fois une conservation de la quantité de mouvement ainsi qu'une proportionnalité entre les vitesses avant et après le choc (coefficient de restitution lié à la rigidité des surfaces en contact voir figure 3 schéma de principe du 60 contact entre le mur et la balle) Cependant, ces formules approximatives ne permettent pas l'étude des effets donnés à la balle (effets liftés essentiellement) qui créent des variations importantes dans la direction de la balle après le choc. De même, il serait illusoire de vouloir s'assurer que la balle retombe systématiquement dans le court à l'aide de cette technique. Pour cela, il est donc nécessaire de mettre en place une 65 modélisation mécanique par éléments finis du choc entre la balle et le mur. Description Cette modélisation sera réalisée à l'aide du logiciel RADIOSS sur station Silicon Graphics 02-R10000. Les courbes de comportement des matériaux étudiés (balle de tennis et mur) seront étudiées à l'aide d'une machine de traction INSTROM. Ce modèle permettra en outre de s'assurer de la résistance de chaque plaque à des vitesses de balle 70 pour éviter une rupture de celles-ci. De même façon, une étude de contrainte sera réalisée pour optimiser le dimensionnement de la rotule à l'arrière des plaques. 3.4. Validation du modèle mécanique Pour s'assurer de la validité de la modélisation mécanique du modèle éléments finis, une validation expérimentale est nécessaire. Cette validation expérimentale se fera en termes de cinématique de la balle. Pour cela, nous utiliserons une caméra grande vitesse (2000Hz) comme celle représentée sur la 75 figure qui permet de visualiser le déplacement de la balle tous les 12 mm pour une balle lancée à 100km/heure. Après cette validation expérimentale du comportement mécanique du choc entre la balle et le mur, toute une batterie de simulations sera réalisée avec plusieurs vitesses de balle, plusieurs angles d'incidence ainsi que plusieurs configurations des plaques pour s'assurer du retour systématique de 80 la balle dans le court. 3.5. Etude expérimentale En dernier lieu, après réalisation d'un prototype fidèle aux résultats des modélisations, une étude expérimentale concernant la cinématique de l'ensemble joueur + balle sera réalisée afin de s'assurer de la validité de l'ensemble. Pour cela, nous analyserons la position des différents segments corporels du corps humain lors du jeu, mettant en évidence des niveaux de difficulté. Des groupes 85 d'experts et de débutants seront tour à tour analysés. A cette fin, nous étudierons donc deux groupes homogènes de 10 débutants et 10 experts, de niveau régional au minimum, en phase de jeu. La reconstruction tridimensionnelle des positions segmentaires sera réalisée à l'aide d'un dispositif optique de reconstruction tridimensionnelle VICON équipé de 5 caméras. Les segments étudiés seront les 17 segments usuels de la biomécanique expérimentale (voir figure 4 discrétisation en 90 segments corporels du corps humain). Ces segments seront considérés comme des solides rigides. La position tridimensionnelle de la raquette sera enregistrée parallèlement tout au long de la phase de jeu. Ces caméras seront fixées autour du champ de jeu et permettront ainsi l'analyse des positions, vitesses, et accélérations de ces différents segments corporels. En parallèle, une étude similaire sera réalisée sur des joueurs en condition réelle face à un adversaire. 95 Sur chaque segment seront fixés des marqueurs réfléchissants sur des points anatomiques dont la position tridimensionnelle sera reconstruite à l'aide du dispositif d'analyse du mouvement tridimensionnel. Description A partir de la position tridimensionnelle de chaque marqueur, les différentes positions segmentaires seront analysées tour à tour. Ces données peuvent ensuite être « habillées » à l'aide d'un volume 100 géométrique simple, ce qui permet une reconstruction réaliste de la cinématique des différents segments. Ces reconstructions converties en fichier VRML (Virtual Reality Modeling Language) peuvent ensuite compléter rapidement des animations à destinations de produits dérivés tels que les jeux vidéo. La comparaison des données cinématiques obtenues chez les experts et les débutants permettra de 105 s'assurer du réalisme du mur et de la validation définitive du produit. REVENDICATIONS1. Mur démontable d'entraînement au tennis composé de plaques de un mètre de côté aux surfaces variables caractérisé en ce qu'il comporte cinq parties principales en creux et en reliefs destinées à créer des aléas de rebonds de la balle. 2. Mur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la partie principale centrale a une forme sensiblement circulaire, est en creux, a une partie centrale plane, est incliné vers le haut de trois degrés, a un diamètre de deux mètres soixante-dix et est situé à trente centimètres du sol et à vingt centimètres du haut du mur. 3. Mur selon la revendication 2 caractérisé en ce que deux parties principales en forme de S sont situées de part et d'autre du cercle central, les S étant allongés et allant de haut en bas et de gauche à droite et étant symétriques par rapport au cercle central. 4. Mur selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'un S est convexe et l'autre S est concave. 5. Mur selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que deux parties principales sont en forme de cercle en creux, situées l'une dans l'angle bas à gauche et l'autre dans l'angle bas à droite à quatre-vingts centimètres des bords du mur ayant les bouts concaves et ayant des diamètres de quarante-cinq centimètres. 6. Mur selon la revendication 6 caractérisé en ce que parmi les deux cercles dans les angles l'un est incliné vers le haut et l'autre vers le bas.