Brevet FR3081068A1 — publié le 20191115

Description Titre de l'invention : SYSTEME POUR L'ANALYSE DE LA TECHNIQUE DE PEDALAGE D'UN CYCLISTE ET PROCEDES ASSOCIES Domaine technique [0001] L'invention concerne le domaine de la chaussure et plus généralement celui des articles chaussants. La présente invention concerne plus particulièrement un système pour l'analyse de la technique de pédalage d'un cycliste. [0002] Plus précisément, il s'agit d'un système de mesure de données biomécaniques constitué de deux boitiers disposés chacun dans chacune des deux semelles de chaussure d'une même paire, destinés à recueillir et exploiter des informations sur la technique de pédalage d'un utilisateur. Art antérieur [0003] Les chaussures et plus spécifiquement les semelles, qu'elles soient intérieures ou ex- térieures, ont essentiellement pour rôle originel de protéger le pied du sol. Leur forme varie en fonction de la mode et de ses aléas pour laisser place à une multitude de produits dérivés et de fonctions. [0004] Les chaussures peuvent être à usage de détente, formel, sportif, médical, pro- fessionnel ou plus simplement récréatif. Ainsi, une chaussure se compose principalement, d'une part, d'une semelle partie inférieure qui protège la plante des pieds, plus ou moins relevée à l'arrière par le talon et, d'autre part, de la tige, partie supérieure qui enveloppe le pied. Elle peut être limitée à la cheville ou être montante. La semelle peut se décliner en deux parties. Une couche de semelle supérieure en contact direct avec le pied de l'utilisateur et une couche de semelle inférieure en contact direct avec le sol ou plus généralement l'environnement extérieur. Une chaussure peut aussi comporter une semelle interne amovible. Dans ce cas particulier, cette semelle est aussi composée au moins d'une couche de semelle supérieure et d'une couche de semelle inférieure. [0005] Les nouvelles technologies accompagnent des besoins nouveaux et le monde de la chaussure fait partie de ce mouvement. Le développement de l'électronique a conduit à l'apparition de semelles et chaussures dites connectées, qui présentent des fonctions très diversifiées. Très généralement, ces semelles ou chaussures connectées peuvent être autonomes et contenir une batterie rechargeable. Elles peuvent être reliées à un terminal extérieur par un système filaire ou par une connexion sans fil. [0006] Parmi les fonctions proposées par les semelles ou chaussures connectées existantes, nous pouvons citer la fonction de chauffage du pied à une ou plusieurs températures 2 données, déterminées par le constructeur ; nous pouvons également citer celles, décrites dans le document US2017/0188950, équipées de capteurs de pression et d'un accéléromètre et qui permettent à un smartphone connecté via Bluetooth de délivrer des statistiques sur les activités physiques de leur porteur tel que le nombre de pas réalisés. [0007] Concernant plus spécifiquement l'activité de pédalage, les inventions répertoriées portent toutes sur des dispositifs fonctionnant à partir du vélo, tel le WO 2010000369 qui permet de mesurer la puissance de sortie d'un cycliste : il s'agit ici d'un capteur de force noyé dans une cale d'une bicyclette, et boulonnée à la chaussure du cycliste. Cette invention, qui utilise un accéléromètre et des capteurs de pression, reste un dispositif attaché à la bicyclette et nécessite d'être déplacé en cas de changement de vélo. Par ailleurs, ce dispositif ne permet le recueil de données qu'a posteriori, après l'activité de pédalage. [0008] Le W02010014242 et le EP1637445 souffrent de la même critique, de sorte qu'en dépit de la variété des solutions technologiques proposées, aucun utilisateur n'a accès à des semelles lui permettant un suivi en temps réel de son activité de pédalage à partir de données recueillis directement de l'activité de ses pieds. Ainsi, il existe un besoin pour de nouveaux systèmes d'analyse de la technique de pédalage d'un cycliste. Problème technique [0009] L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. En par- ticulier, l'invention a pour but de proposer un système pour analyser la technique de pédalage d'un cycliste, ledit système étant fiable, robuste, et permettant de suivre l'activité du cycliste en temps réel et sur une période de temps plus longue grâce notamment à une autonomie améliorée. [0010] L'invention a en outre pour but de proposer un procédé d'analyse de la technique de pédalage, ledit procédé pouvant être mis en oeuvre en temps réel et essentiellement au niveau de la semelle. Ce procédé permet d'établir au moins un paramètre biomécanique représentatif de la technique de pédalage de l'utilisateur et de calculer une valeur alphanumérique représentative de l'évolution de la technique de pédalage du cycliste, de façon rapide, simple, et ne nécessitant pas nécessairement l'intervention d'un spécialiste dans le domaine du sport. Brève description de l'invention [0011] A cet effet, l'invention porte sur un système de quantification du pédalage d'un uti- lisateur pour obtenir une valeur représentative de la technique de pédalage dudit utilisateur, comportant une paire de semelles, les semelles, composants ladite paire de semelles, comportant chacune un boîtier électronique, chaque boitier électronique comprenant : 3 une plateforme inertielle configurée pour générer un ensemble de données sur la technique de pédalage d'un utilisateur de la paire de semelles, un module de traitement de données configuré pour transformer l'ensemble de données généré en au moins un paramètre biomécanique et déterminer l'évolution de ces paramètres biomécaniques, un module de stockage de données configuré pour mémoriser l'au moins un paramètre biomécanique, un premier moyen de communication configuré de façon à ce que le boitier électronique d'au moins une des semelles soit apte à transmettre l'au moins un paramètre biomécanique et/ou la valeur représentative de l'évolution de la technique de pédalage de l'utilisateur au terminal externe, et une source d'énergie. [0012] L'avantage de cette invention est de permettre d'avoir un boitier électronique ras- semblant l'ensemble des composants électronique nécessaires à un fonctionnement autonome, tels que tous les capteurs, y compris des modules de calcul et une source d'énergie. Cela permet également d'augmenter la robustesse du système. Ce boitier peut avantageusement être unique, compact et miniaturisé. [0013] Par ailleurs, contrairement aux systèmes proposés dans l'art antérieur, le calcul est ici réalisé au niveau de la semelle par l'intermédiaire d'un module de traitement de données pouvant correspondre au micrologiciel (« firmware » en terminologie anglo-saxonne) d'une carte électronique. De cette façon, les données sont transformées quasiment en temps réel au niveau du boitier électronique, comparées puis peuvent ensuite être transférées pour leur visualisation sur un terminal externe. Un tel système permet de réduire la sollicitation de la mémoire du module de stockage et peut alors permettre d'augmenter l'autonomie du système. [0014] Chaque boitier électronique comporte en outre un second moyen de communication configuré de façon à ce que le boitier électronique d'une première semelle soit apte à communiquer avec le boitier électronique d'une seconde semelle, et qu'au moins un des modules de traitement de données soit configuré pour transformer des ensembles de données généré à partir des deux semelles composant la paire de semelles en au moins un paramètre biomécanique. Une telle configuration permet de produire en temps réel des paramètres biomécaniques plus pertinents dans le cadre de l'étude de la technique de pédalage de l'utilisateur. [0015] Chaque boitier électronique comporte en outre d'autres capteurs, notamment un ma- gnétomètre, un baromètre et un altimètre. Les valeurs générées par ces capteurs supplémentaires peuvent être utilisée pour améliorer la précision de la valeur représentative de l'évolution de la technique de pédalage de l'utilisateur ou pour apporter des informations complémentaires. 4 [0016] La transformation par le module de traitement de données comprend la segmentation des données en une pluralité de phases de pédalage. Une telle segmentation permet une meilleure analyse du pédalage de l'utilisateur. Dans les dispositifs antérieurs, elle n'est pas réalisée au sein de la semelle comme cela est le cas dans la présente invention. [0017] Le module de traitement de données est apte d'une part à calculer une asymétrie entre les paramètres biomécaniques de la jambe droite par rapport aux paramètres biomécaniques de la jambe gauche et, d'autre part, à calculer la variabilité des paramètres biomécaniques associés à une jambe ou aux deux jambes. De telles informations peuvent être d'un intérêt très fort dans le cadre de la quantification de la technique de pédalage de l'utilisateur. [0018] Le module de traitement de données est apte à établir un profil de technique de pédalage de l'utilisateur à partir de paramètres biomécaniques tels que l'angle du pied, l'efficacité de la phase de poussée et de tirage, la position du pied, etc. [0019] L'invention porte en outre sur un procédé de quantification de la technique de pédalage d'un utilisateur mettant en oeuvre un système de quantification comportant une paire de semelles et un terminal externe, les semelles composants ladite paire de semelles, comportant chacune un boîtier électronique chaque boitier électronique comprenant une plateforme inertielle, un module de traitement de données, un module de stockage de données, un premier moyen de communication, et une source d'énergie, ledit procédé comportant les étapes suivantes : Génération, par la plateforme inertielle, d'un ensemble de données sur la technique de pédalage de l'utilisateur de la paire de semelles, Transformation, par le module de traitement de données, de l'ensemble de données généré en au moins un paramètre biomécanique, et comparaison de ces paramètres, Mémorisation, par le module de stockage de données, d'au moins un paramètre biomécanique, Transmission, par un premier moyen de communication d'au moins une des semelles, de l'au moins un paramètre biomécanique et/ou de la valeur représentative de l'évolution du pédalage de l'individu au terminal externe. Brève description des dessins Fig.1 [0020] [fig.1] une vue en coupe longitudinale du dessus de deux semelles chacune contenant une cavité qui va laisser place à un boitier, chacune des antennes des boitiers étant située sur l'arête extérieur vis à vis de chaque pied, selon un mode de réalisation de l'invention. Fig.2 [0021] [fig.2] un boitier électronique ouvert vu du dessus comprenant notamment une carte électronique, une batterie rechargeable, un connecteur et une antenne. Fig.3 [0022] [fig.3] un boitier électronique, en vue éclatée en coupe de profil, comprenant notamment une batterie rechargeable, une carte électronique ainsi qu'une enveloppe extérieure en deux parties. Description de l'invention [0023] Pour poursuivre son objectif, l'invention consiste en une technologie autonome insérée dans un boitier compact et miniaturisé de quelques grammes, qui est inséré dans chacune des deux semelles d'une même paire. [0024] Le système 1 selon l'invention comporte une paire 10 de semelles et un terminal externe 20. [0025] Les semelles 11, 12 utilisables dans le cadre du système 1 selon l'invention peuvent par exemple correspondre à des semelles extérieures ou à des semelles intérieures, de chaussures. Ces semelles peuvent être amovibles ou être intégrées de manière permanente au semelage des chaussures. De façon préférée, les semelles sont des semelles intérieures amovibles. [0026] Classiquement, les semelles 11, 12 composants ladite paire 10 de semelles, comportent chacune un boitier électronique 100,101,102. Comme présenté sur la figure 1, le boitier électronique 101,102 est de préférence positionné au niveau d'une portion médiane de la semelle. [0027] Un boitier électronique 100 selon l'invention est détaillé dans la figure 2. Ne pesant que quelques grammes et étant de dimension réduite, ce boitier électronique 100 se loge de façon peu encombrante dans n'importe quelle semelle intérieure et/ou extérieure. [0028] Ainsi, chaque boitier électronique est de préférence léger et pèse moins de 10 grammes, de préférence moins de 8 grammes et de façon plus préférée moins de 6 grammes. En outre, il peut présenter une épaisseur inférieure à 5 mm, de préférence inférieure à 4 mm et de façon plus préférée inférieure à 3 mm. Cela lui permet de s'intégrer facilement dans une chaussure/semelle sans altérer le confort de l'utilisateur dans sa chaussure. Enfin, chaque boitier électronique présente moins de 5 cm2 de surface sur sa face la plus grande, de préférence moins de 4 cm2 et de façon plus préférée moins de 3 cm2. [0029] Chaque boitier électronique intègre avantageusement des piliers ou plots de soutien 104 afin de renforcer sa solidité, de préférence un plot/cm2 pour résister aux pressions et forces d'impact des mouvements du pied. L'insertion de tels plots permet au boitier de mieux résister au poids d'une personne. [0030] De préférence de forme arrondie pour augmenter sa résistance mécanique, il doit être 6 assemblé de telle sorte à maintenir une étanchéité parfaite et rendre l'intérieur contenant la carte électronique et la source d'énergie protégé de l'humidité et des poussières. [0031] Ainsi, de façon préférée, le boitier électronique 100 selon l'invention comporte au moins deux plots de soutien 104, de façon plus préférée au moins trois plots de soutien 104 et de façon encore plus préférée au moins quatre plots de soutien 104. [0032] Avantageusement, le boitier électronique 100 comporte une carte électronique présentant au moins une ouverture 105 permettant le passage d'au moins un plot de soutien 104, de préférence au moins deux ouvertures 105. [0033] En outre, de façon à augmenter encore la robustesse du système, chaque boitier élec- tronique comporte un matériau absorbeur de chocs tel que de la mousse polymère (e.g. polyuréthane, polyéther). Selon un mode de réalisation, le matériau absorbeur de chocs présente une densité comprise entre 20 kg/m3 et 50 kg/m3. Une telle couche de mousse protectrice permet également d'isoler la carte des vibrations et de l'humidité. [0034] Selon un mode de réalisation de l'invention, la carte électronique est insérée dans un compartiment du boitier spécialement conçu pour la recevoir. [0035] Selon un autre mode de réalisation, le boitier électronique 100 est formé par l'encapsulation de ses composants. Par exemple, l'encapsulation peut prendre la forme un revêtement enrobant ou d'une résine (e.g. silicone, époxy, polyuréthane). L'encapsulation de l'intégralité des composants (e.g. plateforme inertielle, module de traitement...) offre une bonne isolation et combine ainsi de bonnes propriétés électriques à une excellente protection mécanique. [0036] Le boitier électronique selon l'invention est doté une plateforme inertielle 110,111,112 configurée pour générer un ensemble de données sur la technique de pédalage d'un utilisateur de la paire 10 de semelles. [0037] Au cours de la session de pédalage d'un utilisateur, la plateforme inertielle 110 acquière des signaux représentatifs d'un paramètre de mouvement (accélération et/ou vitesse, par exemple vitesse angulaire) du pied selon les axes X, Y, Z. En outre, ces données peuvent ensuite être traitées pour générer au moins un signal d'accélération. La plateforme inertielle est par exemple constituée d'au moins un accéléromètre et un gyroscope. De façon préférée, elle comporte plusieurs accéléromètres et gyroscopes. [0038] Le boitier électronique peut également comporter un ou plusieurs magnétomètres de façon à acquérir trois signaux bruts supplémentaires correspondant aux valeurs de champs magnétiques sur trois dimensions. [0039] Chaque boitier électronique peut comporter par ailleurs d'autres capteurs, notamment un inclinomètre, un baromètre et un altimètre pour bénéficier d'une précision accrue. [0040] En outre, le boitier électronique selon l'invention comporte un module de traitement de données 120,121,122 configurée pour transformer l'ensemble des données générées 7 grâce à des algorithmes prédéfinis. [0041] Ce module de traitement permet d'analyser en 3D l'activité de pédalage, et plus par- ticulièrement tout ce qui sera qualifié comme étant la technique de pédalage, à partir des données recueillies par la plateforme inertielle et les éventuels capteurs complémentaires placés dans la semelle. [0042] Ce module de traitement peut être utilisé pour générer des paramètres biomécaniques sur la manière dont l'utilisateur pédale. Avantageusement, le module de traitement de données 120 est apte à transformer l'ensemble de données en au moins un paramètre biomécanique du pédalage, ledit paramètre biomécanique du pédalage étant de préférence sélectionné parmi : l'angle du pied, l'efficacité de la phase de poussée et de tirage et enfin, la position du pied. [0043] Avantageusement, le module de traitement peut comparer les paramètres biomé- caniques de l'utilisateur pour déterminer l'évolution dans le temps de sa technique de pédalage. [0044] En outre, la transformation par le module de traitement de données peut avanta- geusement comprendre la segmentation du pédalage en une pluralité de phases. De préférence, le module de traitement de données est apte à segmenter le pédalage en deux phases : phase de poussée et phase de tirage. [0045] Les informations générées vont ensuite être transmises au second boitier par une émission de signaux qui peuvent être de type Bluetooth. [0046] Lorsqu'un boitier électronique n'est pas en mesure de communiquer en temps réel avec l'autre boitier et/ou avec le terminal, il stocke les informations récoltées et les transmettra en différé lorsque l'échange sera de nouveau possible. Cette transmission en différé des données recueillies est rendue possible grâce à la capacité de stockage dont est doté chacun des boitiers électroniques. [0047] Ainsi, le boitier électronique selon l'invention comporte un module de stockage 130,131,132 de données, configuré pour mémoriser au moins une partie des données transformées et/ou des données générées par le module de traitement. [0048] En outre, le boitier électronique selon l'invention comporte un premier moyen de communication 140,141,142 configuré de façon à ce que le boitier électronique 100 d'au moins une des semelles soit apte à transmettre au moins une partie des données transformées à un terminal externe 20. Ces données peuvent être transmises en temps réel ou en différé à un terminal externe 20. Le terminal externe 20 peut par exemple être un système distant tel qu'une tablette, un téléphone mobile (« smartphone » en terminologie anglosaxonne), un ordinateur ou un serveur. [0049] Avantageusement, chaque boitier électronique comporte en outre un second moyen de communication configuré de façon à ce que le boitier électronique 101 d'une première semelle soit apte à communiquer avec le boitier électronique 102 d'une 8 seconde semelle, et en ce qu'au moins un module de traitement de données 121,122 soit configuré pour calculer, de préférence conjointement, des ensembles de données générés à partir des deux semelles 11,12, et plus particulièrement de la plateforme inertielle, composant la paire 10 de semelles. [0050] Les premiers et deuxièmes moyens de communication sont aptes à recevoir et à transmettre les données sur au moins un réseau de communication. De préférence la communication est opérée par l'intermédiaire d'un protocole sans fils tel que wifi, 3G, 4G, et/ou Bluetooth. [0051] En outre, le boitier électronique selon l'invention comporte une source d'énergie 150,151,152. La source d'énergie est de préférence de type batterie, rechargeable ou non. De préférence la source d'énergie est une batterie rechargeable. En outre, elle peut être associée à un système de recharge par le mouvement ou par une énergie extérieure. Le système de recharge par une énergie extérieure peut notamment être un système de recharge par connexion filaire ou bien un système de recharge par induction. [0052] En outre, le boitier électronique selon l'invention peut comporter un moyen de connexion filaire 160, de préférence protégé par une languette amovible. Ce moyen de connexion filaire peut être par exemple un port USB ou firewire. Ce moyen de connexion filaire peut être utilisé comme évoqué ci-dessus pour recharger la batterie mais également pour échanger des données et par exemple mettre à jour le micro-logiciel de la carte électronique portant les différents composants du boitier électronique. [0053] Ces différents composants du boitier électronique sont de préférence agencés sur une carte électronique 170 (ou circuit imprimé). En outre, les différents moyens et modules du boitier électronique 100 sont représentés de façon distincte sur les figures 1 et 2 mais l'invention peut prévoir divers types d'agencement comme par exemple un seul module cumulant l'ensemble des fonctions décrites ici. De même, ces moyens peuvent être divisés en plusieurs cartes électroniques ou bien rassemblés sur une seule carte électronique. [0054] En outre, le système 1 comporte un terminal externe 20 apte à recevoir des données. Le terminal externe 20 est généralement une tablette, un téléphone mobile (« smartphone » en terminologie anglosaxonne), un ordinateur ou un serveur. Il peut être apte à transférer ces données à un serveur distant 30. Il est alors par exemple possible d'accéder à ce serveur distant via une interface web. [0055] Avantageusement, une application dédiée est installée sur ce terminal externe afin de traiter les informations transmises par les boitiers et permettre à l'utilisateur d'interagir avec l'invention. [0056] Selon un mode de réalisation, l'invention pourrait intégrer un seul boitier dans l'une 9 des deux semelles. En effet, cet unique boitier communiquerait directement avec le terminal externe du cycliste. Le pédalage constituant un mouvement symétrique des membres inférieurs, il est possible d'anticiper les paramètres biomécaniques d'un des deux membres en récupérant les paramètres biotechniques de l'autre membre. [0057] Un tel système permet de suivre le pédalage du cycliste de façon fiable. En effet, la présence d'une paire de semelle comportant chacune un boitier protégeant une plateforme inertielle donne la possibilité de suivre de façon indépendante le mouvement de chacun des pieds. La plateforme inertielle va analyser, en au moins trois dimensions, la posture, les mouvements et la cadence des pieds de l'utilisateur, et plus généralement tout ce qui sera qualifié comme étant son pédalage. La plateforme inertielle va pouvoir constater les différents mouvements et postures des pieds, mais également relever les faiblesses qui apparaissent au niveau de la technique de pédalage de l'utilisateur. 12