Brevet FR3073649A1 — publié le 20190517

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un système de commande gestuelle d'un ou plusieurs actionneurs par les mouvements de la main ou d'une partie de la main. Etat de la technique On connaît déjà de multiples télécommandes ou systèmes de commande d'actionneurs par les gestes de la main tels que par exemple les manettes de jeu ou les télécommandes deux axes pour les engins de chantier ou autres équipements de ce type. Ces différentes commandes ou télécommandes compor- tent une manette qui pivote autour d'une rotule pour générer directement ou indirectement un signal de commande activant un ou plusieurs actionneurs selon la direction de pivotement de la manette et l'amplitude de ce mouvement de pivotement. En général, ces télécommandes à deux axes permettent de commander des actionneurs réversibles associés aux deux sens de déplacement de la manette dans une même direction par rapport à un repère central. Mais ces dispositifs de commande ou télécommandes nécessitent une manipulation précise, c'est-à-dire la tenue précise de la manette pour gérer les différentes actions. Ces télécommandes ne peuvent être utilisées sauf à excepter des fausses manoeuvres par des personnes dont la main, voire le bras, sont handicapés et qui ne peuvent exécuter que des mouve- ments relativement simples et souvent peu précis. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un système de commande gestuelle permettant de commander un ou plusieurs actionneurs par des gestes simples exécutés par la main, une partie de la main ou un élément tel qu'une tige tenue par la main ou fixée à l'avant-bras de l'opérateur, et qui ne soit pas perturbé par un geste incertain ou maladroit. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un système de commande gestuelle d'un ou plusieurs actionneurs par les mouvements 2 de la main ou d'une partie de la main, représentés par un indicateur, comprenant : un support formant un emplacement pour positionner l'avant-bras de l'opérateur et former un repère de positionnement de la main 5 qui reste libre en mouvement, un plan de détection situé devant le support dans la région de mobilité de la main pour être traversé par l'indicateur, * ce plan de détection étant défini par des capteurs détectant l'indicateur pour fournir des signaux de position de 10 l'indicateur dans le plan de détection, le plan de détection étant divisé en zones de détection de l'indicateur et auxquelles sont associés des signaux de commande, un processeur recevant les signaux de la position instantanée de l'indicateur dans une zone de détection dans le plan de détection et 15 générant le signal de commande associé à la zone de détection de la position instantanée de l'indicateur, ce signal de commande étant transmis aux actionneurs. Le système de commande gestuelle selon l'invention permet d'utiliser des gestes extrêmement simples effectués par la main, 20 une partie de la main ou un élément porté par la main ou par l'avant- bras sans nécessiter des mouvements très précis mais seulement un mouvement très simple de positionnement dans une zone de déplacement à partir d'une zone de repère telle que la zone neutre vers une autre zone adjacente activant telle ou telle fonction d'un actionneur. 25 L'action étant commandée par la présence de l'indicateur dans une zone de détection et non sur un point de détection qui serait par définition très limité. L'action commandée reste stable même si naturellement l'indicateur bouge légèrement dans la zone ; l'indicateur peut bouger de manière instable dans la zone de détection sans que cela ne perturbe le 30 fonctionnement du système de commande. Cette stabilité est particuliè- rement importante dans le cas principal d'application de ce système de commande utilisé par des personnes handicapées dont les gestes de la main peuvent être hésitants ou la main peut trembler et en général, les gestes sont difficiles à bloquer, même pendant une brève période. 3 Comme ces zones de détection actives sont réparties autour de la zone neutre occupant une position de référence telle que la position centrale, correspondant à la position naturelle de la main, de l'avant-bras ou d'un élément porté par ceux-ci, le repérage de cette zone 5 neutre est facile pour l'opérateur qui, partant de cette zone neutre, pourra choisir l'action à commander en déplaçant l'indicateur (sa main, un doigt ou un élément tenu à la main, fixé à la main ou à l'avant-bras) pour choisir une action de l'actionneur associé à cette zone de détection dans laquelle s'est placé l'indicateur. 10 Comme toutes les zones de détection sont réparties autour de la zone neutre, il est avantageux pour certains types d'actions que toute activation d'une zone soit nécessairement précédée par le passage par la zone neutre. Le passage par la zone neutre constitue un repère per- 15 mettant à l'opérateur de diriger son indicateur vers la zone active qu'il souhaite utiliser, toujours en passant par la zone neutre. De façon avantageuse, la zone de repère est une zone de détection définie dans le plan de détection autour de l'intersection du plan de détection par l'axe géométrique de l'avant-bras positionné sur le 20 support, cette zone de repère étant entourée des autres zones de détection qui constituent les zones actives pour actionner l'un ou l'autre actionneur. De façon avantageuse, le support comporte un contact de mise en marche pour activer le système dès que l'avant-bras est en 25 appui sur le support. Cette sécurité conditionne l'utilisation du système de commande par la mise en place de l'avant-bras sur le support, ce qui évite toute action intempestive des actionneurs si au moment de l'installation de l'opérateur, l'indicateur devait se trouver de manière non intentionnelle dans telle ou telle zone de détection associée à une 30 action. Suivant une autre caractéristique, le système de commande comporte un affichage placé au-delà du plan de détection et figurant les zones de détection devant la position de la main pour afficher la zone de détection activée par l'indicateur occupant sa 35 position instantanée. 4 Cet affichage permet à l'opérateur d'apprendre le fonctionnement du système de commande ou de contrôler en cours de fonctionnement, l'état d'activation de tel ou tel actionneur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le signal 5 de commande est un signal tout ou rien ou un signal fonction de la position de la main dans la zone de détection. Le signal de commande sous forme de signal tout ou rien fait démarrer un actionneur qui sera arrêté dès que l'indicateur quittera la zone associée à cet actionneur. Il peut également s'agir d'un signal 10 qui dépend de la position de la main dans la zone de détection et permet ainsi de commander l'amplitude de l'action de l'actionneur. De façon avantageuse, les zones de détection sont regroupées deux à deux sur une ligne passant par la zone neutre et les signaux de commande générés par les deux zones de détection d'une 15 paire sont des signaux commandant le mouvement direct et le mouve- ment inverse de l'actionneur associé à cette zone. Ainsi, dans le cas d'un système de commande appliqué à une installation telle qu'un fauteuil roulant, de façon intuitive, les zones de détection à droite et à gauche de la zone neutre seront 20 associées à la direction à droite ou à gauche du fauteuil roulant alors que les zones en haut et en bas de la zone neutre seront associées à la marche avant ou à la marche arrière du fauteuil roulant. Cette association, intuitive, permet à l'opérateur de gérer très facilement le fonctionnement de son fauteuil roulant sans nécessi- 25 ter de gestes très précis, d'autant plus que toute manoeuvre non voulue, engagée à tort, peut être arrêtée immédiatement par la sortie de la zone activée et le passage dans la zone neutre qui est la zone de repère. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière 30 plus détaillée à l'aide d'un exemple de système de commande gestuelle représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue de côté d'un système de commande gestuelle d'un ou plusieurs actionneurs par les mouvements de la main ou d'une partie de la main, 5 la figure 2 est une vue de face schématique du système de commande gestuelle de la figure 1, et la figure 3 est un exemple d'affichage pour le système de commande gestuelle selon l'invention. 5 Description de modes de réalisation de l'invention Selon les figures 1 et 2, l'invention a pour objet un système de commande gestuelle 100 d'un ou plusieurs actionneurs Ai par les mouvements de la main de l'opérateur. De façon générale, l'opérateur peut commander le 10 système de commande 100 par les mouvements de sa main ou d'une partie de sa main ou du prolongement de sa main, par exemple sous la forme d'une tige fixée ou tenue à la main, de sorte que pour ne pas limiter strictement la description suivante à l'expression « main », on utilisera le terme « indicateur », synonyme de la main ou des parties de 15 main comme indiqué ci-dessus. Le système de commande gestuelle 100 se compose d'un support 1 pour positionner l'avant-bras AB de l'opérateur et donner un repère à l'opérateur pour les gestes de commande qu'il aura à effectuer avec l'indicateur 2. L'indicateur 2 est représenté par un trait interrompu 20 à la figure 1 dans différentes positions PMi. Le support 1 est équipé d'un interrupteur ou détecteur 11 qui détecte la présence de l'avant-bras AB bien mis en place sur le support 1 pour fermer un contact ou envoyer un signal SM/A mettant le système 100 en marche. Devant la position de l'indicateur 2, au-delà du support 25 1, le système 100 comporte un plan de détection 3, immatériel, défini par au moins deux capteurs 31, 32. Ce plan de détection 3 situé à portée de l'indicateur 2 permet de détecter la position instantanée PMi de l'indicateur coupant ce plan 3 pour fournir des signaux de position (Sy, Sz) associés à des commandes SC i que l'opérateur veut générer. A la fi- 30 gure 2, nous avons représenté une forme ovale figurant la coupe d'une main (l'indicateur 2) dans les différentes zones de détection Zi au lieu de représenter l'indicateur 2 par un point pour mieux montrer la détection. Le système de commande 100 comporte un processeur 4 recevant les signaux de position Sz, Sy de l'indicateur 2 correspondant à 35 la position instantanée PMi de l'indicateur 2 pour générer un signal de 6 commande SCi de l'action que doit effectuer l'actionneur Ai associé à la position PMi de l'indicateur 2. Pour faciliter la description, il sera utilisé des repères géométriques, à savoir les directions X, Y, Z définissant un repère orthogonal dont : 5 l'axe XX est la direction d'orientation de l'avant-bras AB, l'axe YY est l'axe transversal associé à l'axe XX, l'axe ZZ est l'axe vertical. Ainsi le plan de détection 3 contient les axes Y, Z. Le plan de détection 3 est divisé en zones de détection Zi 10 dans la surface à portée de l'indicateur 2. Ces zones Zi ne sont pas matérialisées dans l'espace et sont tout aussi immatérielles que le plan de détection 3. Selon l'exemple de la figure 2, à titre d'illustration, le plan de détection 3 est divisé en une zone centrale ZN entourée de quatre zones dont deux sont situées sur l'axe YY et deux, sur l'axe ZZ. 15 Le plan de détection 3 est orienté par la disposition des capteurs 31, 32 et selon leur principe de détection. Les capteurs peuvent être des capteurs infrarouges, des capteurs à ultrasons ou des capteurs capacitifs. Ce plan de détection 3 est vertical (il contient les axes Y et Z) et en général, il est au moins sensiblement perpendiculaire 20 à l'axe XX de l'avant-bras AB. Les orientations naturelles des directions G, D (gauche/droite) et H, B (haut, bas) sont associées aux axes YY/ZZ et aussi aux zones Zi portant les repères ZG, ZD pour les zones Zi à gauche et à droite, 25 ZH, ZB pour les zones Zi situées en haut et en bas. Plus généralement, les zones Zi autres que la zone centrale ZN sont des zones actives Zi. Les zones ZN, Zi du plan de détection 3 sont associées chacune à une action d'un ou plusieurs actionneurs Ai. 30 L'une des zones de détection Zi est une zone repère ZN par rapport à laquelle sont orientées ou repérées les autres zones de détection Zi pour être activées. La zone repère ZN permet à l'opérateur de connaître la position neutre quant à l'activation des actionneurs et par laquelle l'opérateur doit passer par le geste de son indicateur 2 pour 35 activer toute autre zone de détection Zi et générer des signaux de 7 commande. La zone neutre ZN est également une zone dans laquelle l'indicateur doit revenir pour arrêter l'activité de la zone dans laquelle était son indicateur. Le système de commande 100 doit être d'une utilisation 5 très simple pour quelques gestes élémentaires de l'indicateur 2 ; la zone neutre ZN est la zone de détection dans laquelle se trouve naturellement l'indicateur 2 lorsque l'avant-bras AB de l'opérateur est installé sur le support 1. Il s'agit en général de la zone de détection située dans le prolongement de l'avant-bras AB, c'est-à-dire de l'indicateur 2 en 10 position de repos. Les autres zones de détection Zi sont réparties autour de cette zone neutre ZN. Toujours dans un but de simplification et d'efficacité du système de commande 100, les autres zones de détection Zi sont des zones actives car elles permettent de commander une action 15 associée à chaque zone. Ces zones actives sont en nombre réduit par exemple quatre zones actives Zi situées en croix autour de la zone neutre ZN, de préférence deux zones dans le plan vertical au-dessus et en dessous de la zone neutre ZN et deux zones dans le plan horizontal de part et d'autre de la zone neutre ZN. 20 Une division plus élaborée du plan de détection 2 peut prévoir quatre zones actives intermédiaires ZIi entre les quatre zones actives Zi décrites ci-dessus. Cette division du plan de détection en zones actives autour de la zone neutre dépend de la précision des gestes que peut faire l'opérateur et du nombre d'actions à commander. 25 Les zones actives Zi peuvent aussi se limiter à deux zones, par exemple dans le plan vertical ou dans le plan horizontal de part et d'autre de la zone neutre. Les zones actives Zi sont associées à un signal de commande, en général de type tout/rien, ou éventuellement fonction de 30 la position de l'indicateur 2 dans la zone active Zi pour avoir une activa- tion plus forte ou plus faible de l'actionneur Ai associé à cette zone active Zi. La zone neutre ZN a la fonction d'un repère de positionnement de l'indicateur 2, nécessaire à l'opérateur pour repérer la 35 position des autres zones Zi entourant cette zone neutre ZN. La position 8 de la main dans la zone neutre ZN est nécessaire au début d'un cycle de commande et cette position qui ne génère pas de signal de commande d'un actionneur est néanmoins signalée à l'opérateur par l'émission d'un signal sonore, d'un signal haptique ou d'un signal lumineux. Ce 5 n'est qu'après le passage de l'indicateur 2 dans cette zone neutre ZN, qu'une autre zone Zi ou une succession de zones peut être activée. La zone neutre ZN constitue aussi une zone d'arrêt si une ou deux paires de zones actives Zi, diamétralement opposées par rapport à la zone neutre ZN, sont associées à des commandes pour des 10 actions opposées d'un même actionneur Ai. Il s'agit par exemple d'un actionneur de déplacement réversible, fonctionnant en marche avant et en marche arrière. La zone neutre ZN sera ainsi la zone d'arrêt du mouvement de l'actionneur Ai pour passer d'un certain sens de mouvement au sens de mouvement opposé. 15 Suivant une variante non représentée, le support 1 est mobile linéairement et permet de commuter les actions associées aux zones de détection Zi pour multiplier les possibilités d'actions. Cette commutation peut également se faire avec un commutateur actionné par un autre membre, par exemple un pied. 20 Selon une variante, le système 100 comporte un afficheur 5 pour afficher l'image de la zone dans laquelle se trouve l'indicateur 2. L'afficheur 5 est divisé en zones d'affichage ZAi figurant les zones actives Zi du plan de détection 2 et visualisant pour l'opérateur la position de l'indicateur 2 dans le plan de détection 3 qui, lui, est 25 immatériel. Les zones Zi représentées à la figure 2 sont délimitées par des rectangles pour simplifier leur présentation et leur description. Mais en réalité, les zones Zi ne sont pas délimitées de manière aussi précise par une figure géométrique et elles ont des limites qui peuvent, pour 30 certaines, rester floues selon la précision possible de la détection de la position de l'indicateur 2 par les capteurs 31, 32. L'important pour le bon fonctionnement du système de commande gestuelle 100 est de définir des zones simples à atteindre avec l'indicateur 2. 9 Les zones Zi sont écartées l'une de l'autre pour être associées chacune à une action précise et pour cela, les zones ne doivent pas se confondre. La zone neutre ZN a, dans le plan de détection, un 5 contour différent selon la fonction associée qui est la fonction d'arrêt de l'action ou la fonction de repérage. Pour la fonction d'arrêt d'une action : le fait de sortir d'une zone Zi est synonyme d'arrêt de l'action associée à cette zone. Cette limite de la zone Zi constitue donc pour cette fonction également 10 la limite de la zone neutre ZN. Pour la fonction de repérage de la zone ZN: la limite peut être avantageusement plus restreinte puisqu'il s'agit de définir un repère en quelque sorte pour les axes YY et ZZ qui, eux, une orientation naturelle horizontale et verticale. 15 Les zones intermédiaires ZIi qui peuvent être prévues dans certains cas, sont situées au-dessus/en dessous des zones Zi sur l'axe horizontal YY et à côté, à droite D et à gauche G des zones Zi situées sur l'axe vertical 33. Ces zones sont représentées sous forme de rectangles en pointillés à la figure 2 et elles peuvent être associées à des 20 actions intermédiaires ou combinant deux actions de zones Zi voisines, par exemple ZD + ZH qui seraient l'action marche avant à droite. La figure 3 montre schématiquement l'affichage qui peut apparaître sur l'afficheur de repérage 5. Il s'agit par exemple d'un système de commande associé 25 à un fauteuil roulant pour commander et diriger le fauteuil roulant et son mouvement. La zone neutre ZN, STOP est associée à l'arrêt des fonctions des actionneurs. La zone active D est associée à la direction droite et la 30 zone active G est associée à la direction gauche. Ces deux zones forment une paire de zones de part et d'autre de la zone neutre correspondant à l'arrêt des actionneurs (STOP). La colonne médiane correspond aux mouvements en marche avant pour la zone portant l'indication « HAUT » et la marche 35 arrière pour la zone portant l'indication «BAS ». Les indications 10 pourraient également être AV pour la marche avant dans la zone du haut et l'indication AR pour la zone active du bas. Questions : Comment se fait le mouvement en virage ? Lorsqu'on est par exemple dans la région D, c'est-à-dire l'orientation 5 vers la droite, on peut imaginer passer à la position marche avant et ainsi circuler vers la droite sans passer par la zone neutre stop. Si, partant de cette orientation à droite et en marche avant, on arrive sur la zone neutre stop, que se passe t-il ? On peut imaginer que le déplacement du fauteuil roulant s'arrête et qu'en même 10 temps, l'orientation vers la droite soit neutralisée pour être remise en position zéro ? Le système de commande gestuelle 100 selon l'invention s'applique avantageusement à un équipement tel qu'un fauteuil roulant pour un lit médicalisé ; dans le cas du fauteuil roulant, le support 1 et 15 les capteurs 31, 32 sont associés à un accoudoir du fauteuil avec éventuellement un petit afficheur 5 si ce repérage est nécessaire. Les parties électroniques telles que le processeur 4 et son alimentation sont intégrés dans le fauteuil. 20 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 100 Système de commande gestuelle 1 Support de l'avant-bras 5 11 Interrupteur marche/arrêt 2 Indicateur 3 Plan de détection 31, 32 Capteur 4 Processeur 10 5 Afficheur AB Avant-bras Ai Actionneur PMi Position instantanée de l'indicateur 15 SCi Signal de commande de l'actionneur SM/A Signal marche/arrêt Sz, Sy Signaux de la position instantanée de l'indicateur Y-Z Axes définissant le plan de détection ZN Zone neutre 20 Zi Zone de détection ZAi Zone d'affichage image d'une zone Zi ZIi Zone intermédiaire X Direction XX alignement de l'avant-bras REVENDICATIONS1°) Système de commande gestuelle d'un ou plusieurs actionneurs par les mouvements de la main ou d'une partie de la main, représenté par un indicateur (2), caractérisé en ce qu'il comprend : un support (1) formant un emplacement pour positionner l'avant-bras (AB) de l'opérateur et former un repère de positionnement (ZN) de la main qui reste libre en mouvement, un plan de détection (3) situé devant le support (1) dans la région de mobilité de la main pour être traversé par l'indicateur (2), * ce plan de détection (3) étant défini par des capteurs (31, 32) détectant l'indicateur (2) pour fournir des signaux de position (Se, Sy) de l'indicateur (2) dans le plan de détection (3), le plan de détection (3) étant divisé en zones de détection (Zi) auxquelles sont associés des signaux de commande (SCi), et un processeur (4) recevant les signaux (Se, Sy) de la position instantanée (PMi) de l'indicateur (2) dans une zone de détection (Zi) dans le plan de détection (3) et générant le signal de commande (SC) associé à la zone de détection (Zi) de la position instantanée (PMi) de l'indicateur (2), ce signal de commande étant transmis aux actionneurs (Ai). 2°) Système de commande gestuelle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' une zone de détection (3) a une zone repère (ZN) définie dans le plan de détection (3) autour de l'intersection du plan de détection par l'axe géométrique (XX) de l'avant-bras (AB) positionné sur le support (1), cette zone repère (ZN) étant entourée des autres zones de détection (Zi). 3°) Système de commande gestuelle selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' il comporte deux paires de zones de détection (Z1-1; ZB ; Zr); ZG) réparties en croix par rapport à la zone repère (ZN), à la verticale (zz) et à l'horizontale (yy) de cette zone repère (ZN). 13 4°) Système de commande gestuelle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' le support (1) comporte un contact de mise en marche (11) pour mettre en marche le système dès que l'avant-bras (AB) est en appui sur le 5 support (1). 5°) Système de commande gestuelle selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un affichage (5) placé au-delà du plan de détection (3) et 10 figurant les zones de détection (ZN, ZI-1; ZB ; Zr); ZG) devant la position de l'indicateur (2) pour afficher la zone de détection (Zi) activée par l'indicateur (2) occupant sa position instantanée (PMi). 6°) Système de commande gestuelle selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce qu' une zone de détection (Zi) ne peut être activée qu'après la détection de l'indicateur (2) en position (PMi) dans la zone neutre (ZN). 7°) Système de commande gestuelle selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que le signal de commande (SC) est un signal tout ou rien ou un signal fonction de la position de l'indicateur (2) dans la zone de détection (Zi). 8°) Système de commande gestuelle selon la revendication 1, 25 caractérisé en ce que les zones de détection (Zi) sont regroupées deux à deux sur une ligne passant par la zone neutre (ZN) et les signaux de commande (SC) générés par les deux zones de détection d'une paire sont des signaux commandant le mouvement direct et le mouvement inverse de 30 l'actionneur (Ai) associé.