FR3126515A1 - DETECTION DEVICE FOR DETECTING A MOVEMENT OF A JOINT OF THE HUMAN BODY - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de détection de geste (1) permettant de détecter un mouvement d’une articulation du corps humain, notamment des articulations d’une main, d’un bras, d’une jambe au moyen d’un capteur de flexion (14) formé de deux couches polymères conductrices séparées par une couche polymère isolante dans laquelle sont ménagés un ou plusieurs espaces libres au travers desquels les couches conductrices sont susceptibles de venir en contact lors d’un mouvement d’une articulation. A cet effet, le capteur de flexion s’étend au dessus de l’articulation dont on souhaite détecter le mouvement. Un module de détection permet de générer un signal proportionnel à une tension mesurée entre les parties conductrices du capteur de flexion et des moyens de traitement sont configurés pour (i) recevoir le signal généré par le module de détection et (ii) déterminer à partir du signal généré reçu une amplitude d’ouverture de l’articulation. Figure pour l’abrégé : figure 1The invention relates to a gesture detection device (1) for detecting a movement of a joint of the human body, in particular the joints of a hand, an arm, a leg by means of a bending (14) formed of two conductive polymer layers separated by an insulating polymer layer in which are formed one or more free spaces through which the conductive layers are likely to come into contact during a movement of a joint. For this purpose, the flexion sensor extends above the joint whose movement is to be detected. A detection module makes it possible to generate a signal proportional to a voltage measured between the conductive parts of the bending sensor and processing means are configured to (i) receive the signal generated by the detection module and (ii) determine from the generated signal received a joint opening amplitude. Figure for abstract: Figure 1
Description
L’invention a pour objet un dispositif de détection de geste permettant de détecter un mouvement d’une articulation du corps humain, notamment des articulations d’une main, d’un bras, d’une jambe, etc. Ce type de dispositif peut être utilisé pour commander des dispositifs à distance.The subject of the invention is a gesture detection device making it possible to detect a movement of a joint of the human body, in particular of the joints of a hand, of an arm, of a leg, etc. This type of device can be used to control devices remotely.
Ces dernières années, le domaine des dispositifs portables de détection s'est développé rapidement avec l’apparition d'un grand nombre d'appareils portables intelligents. Parmi eux, les gants intelligents ont un grand potentiel dans les domaines de la reconnaissance gestuelle et de l'interaction homme-ordinateur ou homme-machine. L'utilisation de gants intelligents permet de détecter une flexion des doigts du porteur du gant et la reconnaissance des gestes. Les gants intelligents peuvent ainsi être utilisés dans les jeux, la rééducation médicale, l'éducation et d'autres domaines.In recent years, the field of wearable sensing devices has developed rapidly with the appearance of a large number of smart wearable devices. Among them, smart gloves have great potential in the areas of gesture recognition and human-computer or human-machine interaction. The use of smart gloves makes it possible to detect a flexion of the fingers of the wearer of the glove and the recognition of gestures. Smart gloves can thus be used in games, medical rehabilitation, education and other fields.
La plupart des gants intelligents traditionnels sont basés sur des capteurs micro-électromécaniques (MEMS), qui sont placés au niveau des articulations des doigts ou du bout des doigts du corps du gant. Ce type de capteur présente l’inconvénient d’être rigide, relativement volumineux et de fabrication complexe : les gants équipés de ce type de capteur sont relativement coûteux à fabriquer, grands, lourds et peu confortables.Most traditional smart gloves are based on micro-electromechanical (MEMS) sensors, which are placed at the knuckles or fingertips of the glove body. This type of sensor has the disadvantage of being rigid, relatively bulky and complex to manufacture: gloves equipped with this type of sensor are relatively expensive to manufacture, large, heavy and not very comfortable.
D’autres gants intelligents comprennent des capteurs flexibles. C’est le cas par exemple des gants décrits dans les documents CN109901708A et KR20180117890A. Les capteurs décrits dans ces documents sont toutefois relativement complexes à réaliser.Other smart gloves include flexible sensors. This is the case, for example, of the gloves described in documents CN109901708A and KR20180117890A. The sensors described in these documents are however relatively complex to produce.
Le document CN210017991U décrit un gant à la surface duquel sont attachées, sur chaque doigt, deux feuilles flexibles conductrices en matériau polymère conducteur qui entrent en contact lors d’un mouvement du doigt. Ces feuilles flexibles sont appliquées à la surface du gant, dans un même plan, et sont séparées dans ce plan par des espaces. Lorsque, suite à une flexion du doigt, les feuilles flexibles entrent en contact, la valeur de la résistance entre les deux feuilles diminue. Par ailleurs, plus le contact entre les deux feuilles est important, autrement dit plus la pression des feuilles l’une contre l’autre augmente, plus cette valeur de la résistance décroit. Le dispositif décrit présente l’avantage d’être simple à réaliser et à mettre en œuvre. Toutefois, les feuilles de matériau polymère étant disposées dans un même plan, pour qu’un contact soit possible lors du mouvement du doigt, il est nécessaire de positionner de manière précise les feuilles de matériau polymère. Il peut alors être difficile de réaliser un gant qui puisse convenir à différentes morphologies de doigts. En outre, ces feuilles de matériau polymère doivent être disposées du côté du creux de l’articulation pour fonctionner : le matériau sur lequel elles sont appliquées peut alors former des plis lors de la flexion des doigts, ce qui peut perturber la mesure, notamment pour de petites articulations.The document CN210017991U describes a glove to the surface of which are attached, on each finger, two conductive flexible sheets of conductive polymer material which come into contact during a movement of the finger. These flexible sheets are applied to the surface of the glove, in the same plane, and are separated in this plane by spaces. When, following a bending of the finger, the flexible sheets come into contact, the value of the resistance between the two sheets decreases. Moreover, the greater the contact between the two sheets, in other words the more the pressure of the sheets against each other increases, the more this resistance value decreases. The device described has the advantage of being simple to make and implement. However, since the sheets of polymer material are arranged in the same plane, for contact to be possible during the movement of the finger, it is necessary to position the sheets of polymer material precisely. It can then be difficult to make a glove that can suit different finger morphologies. In addition, these sheets of polymer material must be placed on the hollow side of the joint in order to function: the material on which they are applied can then form folds when the fingers are flexed, which can disturb the measurement, in particular for small joints.
Il existe ainsi encore un besoin pour un dispositif de détection de geste qui soit simple de réalisation, précis et qui convienne à différentes morphologies.There is thus still a need for a gesture detection device which is simple to produce, precise and which is suitable for different morphologies.
A cet effet, l’invention concerne un dispositif de détection de geste comprenant :
- au moins une pièce de support apte à être appliquée contre le corps d’une personne,To this end, the invention relates to a gesture detection device comprising:
- at least one support piece adapted to be applied against the body of a person,
- au moins un circuit électrique,- at least one electrical circuit,
- un capteur de flexion associé à chaque circuit électrique, le capteur de flexion étant solidaire de l’au moins une pièce de support et présentant deux parties conductrices séparées par au moins un espace libre et connectées électriquement au circuit électrique associé, ce dernier étant fermé lorsque les parties sont en contact au travers dudit au moins un espace libre et ouvert lorsque les parties ne sont pas en contact,- a bending sensor associated with each electrical circuit, the bending sensor being integral with the at least one support part and having two conductive parts separated by at least one free space and electrically connected to the associated electrical circuit, the latter being closed when the parts are in contact through said at least one free space and open when the parts are not in contact,
- un module de détection configuré pour générer, pour chaque capteur de flexion, un signal proportionnel à une tension mesurée entre les parties conductrices du capteur de flexion, et- a detection module configured to generate, for each bending sensor, a signal proportional to a voltage measured between the conductive parts of the bending sensor, and
- des moyens de traitement configurés pour :
(i) recevoir le signal généré par le module de détection pour chaque capteur de flexion, et (ii) déterminer à partir du signal généré reçu une amplitude d’ouverture de l’articulation au dessus de laquelle s’étendent les parties conductrices d’un capteur de flexion solidaire de l’au moins une pièce de support lorsque cette dernière est portée par une personne.- processing means configured for:
(i) receiving the signal generated by the detection module for each flexion sensor, and (ii) determining from the generated signal received an amplitude of opening of the joint above which the conductive parts of a bending sensor integral with the at least one support piece when the latter is carried by a person.
En outre :Besides :
- chaque partie conductrice d’un capteur de flexion est formée d’une couche élastique en matériau polymère conducteur s’étendant de manière continue sur une longueur prédéterminée dans une première direction, et est solidarisée à l’au moins une pièce de support de sorte que, lorsque la pièce de support est portée par une personne, la première direction s’étend au travers d’un axe de rotation d’une articulation de la personne et la partie conductrice s’étend au-dessus de cette articulation et la traverse,- each conductive part of a bending sensor is formed of an elastic layer of conductive polymer material extending continuously over a predetermined length in a first direction, and is secured to at least one support part so that, when the support part is carried by a person, the first direction extends through an axis of rotation of a joint of the person and the conductive part extends above this joint and crosses it ,
- chaque capteur comprend, dans une deuxième direction perpendiculaire à des plans définis par les couches des parties conductrices, l’assemblage suivant de couches : une première partie conductrice, une couche élastique isolante discontinue suivant la première direction, une deuxième partie conductrice.- each sensor comprises, in a second direction perpendicular to the planes defined by the layers of the conductive parts, the following assembly of layers: a first conductive part, a discontinuous insulating elastic layer along the first direction, a second conductive part.
Ainsi, dans cet agencement, les parties conductrices sont superposées et séparées par une couche isolante dont au moins une discontinuité forme l’au moins un espace libre au travers duquel les parties conductrices peuvent être amenées en contact. Comme les parties conductrices s’étendent l’une au dessus de l’autre, autrement dit dans des plans distincts superposés mais distants, leur déformation par courbure résultant par exemple de la flexion d’un doigt entrainera un contact entre elles, quelque soit la forme et la taille de l’articulation. Les dimensions d’un espace libre pourront être déterminées par essais par l’homme du métier en fonction des articulations dont on souhaite détecter un mouvement. A titre d’exemple, un espace libre pourra présenter une épaisseur (mesurée suivant la deuxième direction) d’au moins 0,1mm et une largeur (mesurée perpendiculairement aux première et deuxième directions) d’au moins 0,5mm. On pourra par exemple prévoir un espace libre d’une épaisseur de 0,5 à 2mm et d’une largeur de 0,5 à 7mm.Thus, in this arrangement, the conductive parts are superposed and separated by an insulating layer of which at least one discontinuity forms the at least one free space through which the conductive parts can be brought into contact. As the conductive parts extend one above the other, in other words in distinct superimposed but distant planes, their deformation by curvature resulting for example from the bending of a finger will cause contact between them, whatever the shape and size of the joint. The dimensions of a free space may be determined by tests by those skilled in the art depending on the joints for which movement is to be detected. By way of example, a free space may have a thickness (measured along the second direction) of at least 0.1 mm and a width (measured perpendicular to the first and second directions) of at least 0.5 mm. We can for example provide a free space with a thickness of 0.5 to 2mm and a width of 0.5 to 7mm.
Un capteur de flexion peut présenter un ou plusieurs espaces libres. Dans ce dernier cas, ces espaces libres peuvent être disposés sensiblement dans le prolongement les uns des autres suivant la première direction du capteur. Autrement dit, ces espaces s’étendent alors suivant une ligne. L’intensité du signal généré par le capteur sera alors d’autant plus importante que le nombre de zones de contact entre les parties conductrices au niveau de ces espaces libres est élevé.A bending sensor can have one or more free spaces. In the latter case, these free spaces can be arranged substantially in the extension of each other along the first direction of the sensor. In other words, these spaces then extend along a line. The intensity of the signal generated by the sensor will then be all the more important as the number of contact zones between the conductive parts at the level of these free spaces is high.
Par « couche élastique », on entend une couche en un matériau élastique capable de revenir à sa forme initiale suite à une déformation. Typiquement, un matériau est dit élastique lorsqu’il se rétracte en 1 minute à moins de 1,5 fois sa longueur d'origine après avoir été étiré à température ambiante (18 à 29 °C) à deux fois sa longueur d’origine et maintenu pendant 1 minute avant libération.By “elastic layer”, is meant a layer made of an elastic material capable of returning to its initial shape following deformation. Typically, a material is said to be elastic when it shrinks in 1 minute to less than 1.5 times its original length after being stretched at room temperature (18 to 29°C) to twice its original length and held for 1 minute before release.
La pièce de support apte à être appliquée contre le corps d’une personne peut être une pièce d’habillement destinée à être enfilée sur une partie du corps d’une personne, de préférence directement à même la peau ou par-dessus une autre pièce d’habillement de type tissu. Il peut s’agir d’un tissu faisant partie d’un habit ou encore d’une bague ou d’un bracelet. En variante ou en combinaison, la pièce de support peut être une pièce de fixation apte à être fixée sur le corps d’une personne, tel qu’une sangle, par exemple une sangle élastique ou une sangle en un matériau non élastique pouvant être appliquée et maintenue contre la corps par un système de serrage de type bande Velcro®, bouton, boucle, agrafe, etc… Dans ce cas également, la pièce de fixation est de préférence fixée directement à même la peau, ou par-dessus une pièce d’habillement de type tissu. Quelque soit le mode de réalisation, on pourra prévoir de fixer un capteur de flexion à deux pièces de support, par exemple à des extrémités opposées du capteur de flexion selon la première direction, ou à une unique pièce de support, par exemple sur toute la longueur du capteur de flexion (selon la première direction).The support piece suitable for being applied against a person's body can be a piece of clothing intended to be slipped over a part of a person's body, preferably directly on the skin or over another piece. fabric-type clothing. It can be a fabric that is part of a garment or a ring or a bracelet. As a variant or in combination, the support part can be a fastening part adapted to be fixed on the body of a person, such as a strap, for example an elastic strap or a strap made of a non-elastic material which can be applied and held against the body by a fastening system such as a Velcro® band, button, buckle, clip, etc. In this case too, the fastening part is preferably fixed directly to the skin, or over a piece of fabric type clothing. Whatever the embodiment, provision may be made to fix a bending sensor to two support parts, for example at opposite ends of the bending sensor in the first direction, or to a single support part, for example over the entire length of the bending sensor (in the first direction).
Le capteur de flexion utilisé dans la présente invention est plus particulièrement adapté à la détection de mouvement des articulations à un degré de liberté, autorisant un seul type de déplacement (articulations travaillant en flexion/extension).The flexion sensor used in the present invention is more particularly suitable for detecting movement of joints with one degree of freedom, authorizing a single type of movement (joints working in flexion/extension).
Le capteur de flexion peut avantageusement être solidarisé à une partie de l’au moins une pièce de support destinée à être située à l’extérieur de l’articulation d’une personne, à savoir du côté opposé au creux de l’articulation en flexion, lorsque la pièce de support est portée. Dit autrement, le capteur de flexion s’étend du côté opposé au creux de l’articulation lorsque l’au moins une pièce de support est portée. Il travaille ainsi en extension lorsque l’articulation est pliée. Ceci permet d’éviter que le signal généré par le module de détection soit perturbé par une éventuelle formation de plis au niveau de l’articulation. Aussi, lorsque le capteur de flexion travaille en extension, l’élasticité de ses couches permet un retour de ces couches à leur forme avant déformation lorsque l’articulation revient dans une position de repos dans laquelle elle est peu ou pas pliée.The flexion sensor can advantageously be secured to a part of the at least one support part intended to be located outside the joint of a person, namely on the side opposite to the hollow of the joint in flexion , when the support piece is worn. In other words, the flexion sensor extends on the side opposite to the hollow of the joint when the at least one support piece is worn. It thus works in extension when the joint is bent. This prevents the signal generated by the detection module from being disturbed by any formation of folds at the level of the joint. Also, when the flexion sensor works in extension, the elasticity of its layers allows these layers to return to their shape before deformation when the joint returns to a rest position in which it is little or not bent.
Plusieurs discontinuités peuvent être prévues. Toutefois, une seule discontinuité de la couche isolante pourra être prévue. Cette discontinuité peut avantageusement être située au centre ou à proximité du centre de la longueur des parties conductrices.Several discontinuities can be provided. However, a single discontinuity of the insulating layer may be provided. This discontinuity can advantageously be located at the center or close to the center of the length of the conductive parts.
Avantageusement, les parties conductrices et la couche élastique isolante peuvent présenter une forme allongée suivant la première direction. Il peut s’agir par exemple de bandes assemblées les unes aux autres. Le capteur de flexion peut ainsi être réalisé avec très peu de matière sans perdre de son efficacité.Advantageously, the conductive parts and the insulating elastic layer may have an elongated shape in the first direction. It may be, for example, strips assembled to each other. The bending sensor can thus be produced with very little material without losing its effectiveness.
Avantageusement, la ou les discontinuités de la couche élastique isolante peuvent être entièrement isolées de l’air environnant le capteur de flexion. Elles peuvent par exemple former un canal défini par les couches des parties conductrices (notamment suivant la deuxième direction) et par la couche élastique (notamment dans le plan de celle-ci). Il peut par exemple s’agir de veines creuses réalisées lors de la fabrication du capteur de flexion par exemple par co-extrusion.Advantageously, the discontinuity or discontinuities of the insulating elastic layer can be completely isolated from the air surrounding the bending sensor. They can for example form a channel defined by the layers of the conductive parts (in particular along the second direction) and by the elastic layer (in particular in the plane thereof). They may for example be hollow veins made during the manufacture of the bending sensor, for example by co-extrusion.
Avantageusement, le matériau polymère conducteur peut comprendre une matrice en matériau polymère isolant à laquelle on a ajouté une charge conductrice. Le matériau polymère isolant peut être choisi parmi du caoutchouc, de l’EPDM (pour « Ethylène Propylène Diène Monomère »), du polypropylène (PP), du polyéthylène (PE), du SBS (pour « poly(styrene-butadiene-styrene) », du SEBS (pour « poly(styrene-ethylene-butadiene-styrene) »), du silicone , du polyuréthane et un élastomère thermoplastique. L’élastomère thermoplatique (aussi appelé « TPE ») peut être un mélange physique de polymères, typiquement un mélange PP/EPDM (PP : polypropylène) ou encore un copolymère bloc (polyamides, polyéther-esters, polystyroles, polyuréthanes). La charge conductrice peut comprendre des poudres et/ou des fibres, qui peuvent être métalliques ou contenir (ou être formées par) du carbone (noir de carbone, graphite, ou similaire). Le taux de la charge conductrice dans la matrice polymère pourra être choisi de manière à obtenir un matériau polymère conducteur présentant une résistivité électrique suffisamment faible pour assurer un bon fonctionnement du capteur. Typiquement, le matériau polymère conducteur pourra présenter une résistivité électrique d’au plus 106Ohm.cm.Advantageously, the conductive polymer material may comprise a matrix of insulating polymer material to which a conductive filler has been added. The insulating polymer material can be chosen from rubber, EPDM (for “Ethylene Propylene Diene Monomer”), polypropylene (PP), polyethylene (PE), SBS (for “poly(styrene-butadiene-styrene) ", SEBS (for "poly(styrene-ethylene-butadiene-styrene)"), silicone, polyurethane and a thermoplastic elastomer. The thermoplastic elastomer (also called "TPE") can be a physical mixture of polymers, typically a PP/EPDM mixture (PP: polypropylene) or even a block copolymer (polyamides, polyether-esters, polystyroles, polyurethanes).The conductive filler can comprise powders and/or fibers, which can be metallic or contain (or be formed by) carbon (carbon black, graphite, or the like) The rate of the conductive filler in the polymer matrix may be chosen so as to obtain a conductive polymer material having a sufficiently low electrical resistivity to ensure proper operation of the sensor. Typically, the conductive polymer material may have an electrical resistivity of at most 10 6 Ohm.cm.
La couche élastique isolante peut être en matériau polymère choisi parmi l’un des matériaux polymères isolant listés ci-dessus. Elle pourra être identique ou non à la matrice de matériau polymère isolant du matériau polymère conducteur.The elastic insulating layer can be made of a polymer material chosen from one of the insulating polymer materials listed above. It may or may not be identical to the matrix of insulating polymer material of the conductive polymer material.
Le capteur de flexion peut ainsi être réalisé par moulage ou par extrusion ou encore par calandrage.The bending sensor can thus be made by molding or by extrusion or even by calendering.
Le capteur de flexion peut avantageusement être assemblé à l’au moins une pièce de support par collage, couture, fusion, ou toute autre méthode appropriée.The bending sensor can advantageously be assembled to at least one support part by gluing, sewing, fusion, or any other appropriate method.
Le circuit électrique peut comporter trois fils conducteurs électriques : deux fils conducteurs reliés chacun à l’une des parties conductrices et un fil conducteur de mesure reliant l’une des parties conductrices au module de détection.The electrical circuit may comprise three electrical conductor wires: two conductor wires each connected to one of the conductive parts and a measurement conductor wire connecting one of the conductive parts to the detection module.
Le module de détection peut être un module de mesure de la tension, tel qu’un voltmètre numérique, par exemple un convertisseur analogique numérique (« CAN » ou « ADC » en anglais pour « analog to digital converter »). Ce module de détection peut notamment être intégré aux moyens de traitement.The detection module can be a voltage measurement module, such as a digital voltmeter, for example an analog to digital converter (“CAN” or “ADC” in English for “analog to digital converter”). This detection module can in particular be integrated into the processing means.
Le dispositif de détection de geste selon l’invention peut présenter une pluralité de circuits électriques et de capteurs de flexion associés destinés chacun à être positionné au dessus d’une articulation d’une personne lorsque l’au moins une pièce de support est portée par cette personne. Les moyens de traitement peuvent alors être configurés pour :The gesture detection device according to the invention may have a plurality of electrical circuits and associated bending sensors each intended to be positioned above a joint of a person when the at least one support piece is carried by that person. The processing means can then be configured to:
(i) recevoir le signal généré par le module de détection pour chacun de la pluralité de capteurs de flexion,(i) receiving the signal generated by the sensing module for each of the plurality of flex sensors,
(i’) identifier le capteur de flexion à l’origine de chaque signal généré reçu, et(i') identify the bending sensor at the origin of each generated signal received, and
(ii) déterminer à partir de chaque signal généré reçu une amplitude d’ouverture de l’articulation au-dessus de laquelle s’étendent les parties conductrices du capteur de flexion identifié correspondant.(ii) determining from each generated signal received a joint opening amplitude above which the conductive parts of the corresponding identified flexion sensor extend.
On comprend ainsi que l’étape (i’) est optionnelle lorsqu’un seul capteur de flexion est prévu.It is thus understood that step (i′) is optional when a single bending sensor is provided.
De manière générale, les moyens de traitement peuvent avantageusement être configurés pour déterminer l’amplitude d’ouverture d’une articulation à partir d’une base de données préalablement établie laquelle, pour chaque capteur de flexion positionné au-dessus d’une articulation lorsque l’au moins une pièce de support est portée et pour une pluralité d’amplitudes d’ouverture de cette articulation, associe un signal généré par un capteur de flexion à une amplitude d’ouverture de l’articulation correspondante. Cette table de données peut par exemple être établie en enregistrant séparément les signaux générés par chaque capteur de flexion lors de mouvements de l’articulation au dessus de laquelle est positionnée un capteur de flexion, l’au moins une pièce de support étant portée par une personne. Cette base de données pourra notamment être établie pour la personne destinée à porter le dispositif de détection selon l’invention.In general, the processing means can advantageously be configured to determine the amplitude of opening of a joint from a previously established database which, for each flexion sensor positioned above a joint when the at least one support piece is carried and for a plurality of amplitudes of opening of this articulation, associates a signal generated by a flexion sensor with an amplitude of opening of the corresponding articulation. This data table can for example be established by separately recording the signals generated by each flexion sensor during movements of the joint above which a flexion sensor is positioned, the at least one support piece being carried by a person. This database may in particular be established for the person intended to wear the detection device according to the invention.
De manière générale, les moyens de traitement peuvent avantageusement être configurés pour (iii) transmettre l’amplitude d’ouverture de l’articulation déterminée à l’étape (ii), par exemple à un moyen d’affichage et/ou à un système électronique distinct, par exemple pour le commander. L‘au moins une pièce de support peut par exemple être choisie parmi une sangle, une bague, un bracelet, un gant et un vêtement recouvrant au moins une articulation choisie parmi l’épaule, le coude, le poignet et le genou.In general, the processing means can advantageously be configured to (iii) transmit the amplitude of opening of the joint determined in step (ii), for example to a display means and/or to a system separate electronics, for example to order it. The at least one support piece can for example be chosen from a strap, a ring, a bracelet, a glove and a garment covering at least one joint chosen from the shoulder, the elbow, the wrist and the knee.
Elle pourra avantageusement être en un matériau élastique et réalisée de manière à épouser la partie du corps de l’utilisateur comportant l’articulation dont on souhaite détecter les mouvements.It may advantageously be made of an elastic material and made in such a way as to match the part of the user's body comprising the joint whose movements are to be detected.
L’invention concerne en outre l’utilisation du dispositif de détection de geste selon l’invention pour commander un ordinateur ou un système électronique de contrôle tel que par exemple un système électronique de contrôle d’un robot, un système électronique de contrôle d’un outil de réalité virtuelle ou tout autre système électronique de contrôle d’un appareil ou dispositif pouvant être commandé à distance.The invention further relates to the use of the gesture detection device according to the invention for controlling a computer or an electronic control system such as for example an electronic control system for a robot, an electronic control system for a virtual reality tool or any other electronic system for controlling an appliance or device that can be controlled remotely.
L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels :The invention is now described with reference to the accompanying, non-limiting drawings, in which:
La
Le dispositif de détection de geste 1 représenté
Chaque capteur de flexion 14 présente deux parties conductrices 140, 142 séparées par un espace libre 141 et connectées électriquement au circuit électrique associé, lequel est fermé lorsque les parties conductrices 140, 142 sont en contact dans cet espace libre et ouvert lorsque les parties conductrices 140, 142 ne sont pas en contact. Le module de détection 16 est alors configuré pour générer, pour chaque capteur de flexion, un signal proportionnel à une tension mesurée entre les parties conductrices 140, 142 du capteur de flexion.Each bending sensor 14 has two conductive parts 140, 142 separated by a free space 141 and electrically connected to the associated electrical circuit, which is closed when the conductive parts 140, 142 are in contact in this free space and open when the conductive parts 140 , 142 are not in contact. The detection module 16 is then configured to generate, for each bending sensor, a signal proportional to a voltage measured between the conductive parts 140, 142 of the bending sensor.
Le circuit électrique 12 comporte trois fils conducteurs électriques : deux fils conducteurs 120, 122 reliés chacun à l’une des parties conductrices 140, 142, et un troisième fil conducteur 123 de mesure relie l’une des parties conductrices, ici la partie conductrice 142, au module de détection 16. Ce troisième fil conducteur de mesure pourrait relier l’autre partie conductrice au module de détection 16.The electrical circuit 12 comprises three electrical conductor wires: two conductor wires 120, 122 each connected to one of the conductive parts 140, 142, and a third measurement conductor wire 123 connects one of the conductive parts, here the conductive part 142 , to the detection module 16. This third measurement conductor wire could connect the other conductive part to the detection module 16.
Le module de détection 16 est également fixé à l’une des pièces de support, ici la pièce de support 102 située au niveau de la paume de la main. L’invention n’est bien entendu pas limitée à cette configuration.The detection module 16 is also attached to one of the support parts, here the support part 102 located at the level of the palm of the hand. The invention is of course not limited to this configuration.
Chaque partie conductrice 140, 142 d’un capteur de flexion est formée d’une couche élastique en matériau polymère conducteur s’étendant de manière continue sur une longueur prédéterminée L dans une première direction D1, et est solidarisée aux pièces de support 101, 102 de sorte que, lorsque ces pièces de support sont portées, la première direction s’étend au travers d’un axe de rotation d’une articulation et la partie conductrice s’étend au-dessus de celle-ci et la traverse. Dit autrement, la première direction du capteur de flexion s’étend perpendiculairement, ou sensiblement perpendiculairement, à l’axe de rotation de l’articulation considérée. Par « sensiblement perpendiculairement », on entend une direction s’écartant d’au plus 20° ou d’au plus 15°, voire d’au plus 10°, d’une direction perpendiculaire.Each conductive part 140, 142 of a bending sensor is formed of an elastic layer of conductive polymer material extending continuously over a predetermined length L in a first direction D1, and is secured to the support parts 101, 102 so that when these support pieces are worn, the first direction extends through an axis of rotation of a joint and the conductive part extends above this and passes through it. In other words, the first direction of the flexion sensor extends perpendicular, or substantially perpendicular, to the axis of rotation of the joint in question. “Substantially perpendicularly” means a direction deviating by at most 20° or at most 15°, or even at most 10°, from a perpendicular direction.
Sur la
Les capteurs de flexion utilisés dans la présente invention sont formés de couches superposées selon l’assemblage suivant dans une deuxième direction D2 perpendiculaire à des plans définis par: une première partie conductrice 140 formant une première couche conductrice, une couche élastique isolante 143 discontinue suivant la première direction, une deuxième partie conductrice 142 formant une deuxième couche conductrice. La discontinuité de la couche flexible isolante 143 forme l’espace libre 141 mentionné plus haut. Ce type de capteur peut être réalisé de manière simple par moulage ou encore par calandrage ou extrusion. Dans ce dernier cas, les différentes couches peuvent être formées en bandes lesquelles sont ensuite découpées pour former les capteurs de flexion, les discontinuités pouvant être en forme de canaux internes, ne communiquant pas avec l’espace environnant le capteur de flexion.The bending sensors used in the present invention are formed of superposed layers according to the following assembly in a second direction D2 perpendicular to planes defined by: a first conductive part 140 forming a first conductive layer, an insulating elastic layer 143 discontinuous along the first direction, a second conductive part 142 forming a second conductive layer. The discontinuity of the insulating flexible layer 143 forms the free space 141 mentioned above. This type of sensor can be made simply by molding or even by calendering or extrusion. In the latter case, the different layers can be formed into strips which are then cut to form the bending sensors, the discontinuities possibly being in the form of internal channels, not communicating with the space surrounding the bending sensor.
Tel que représenté dans l’exemple, les parties conductrices et la couche élastique isolante présentent une forme allongée suivant la première direction, ici une forme de bande. Cette bande peut être relativement fine, avec une largeur de 4 à 15mm, avantageusement de 4 à 10mm et une épaisseur de 4 à 10mm. Sa longueur pourra être variable en fonction de l’articulation dont on souhaite détection le mouvement. Par exemple, pour l’articulation métacarpophalangienne, la longueur du capteur pourra être de 2 à 4 cm. Pour d’autres articulations plus petites, cette longueur pourra être plus faible. Une longueur appropriée pourra être choisie par des essais pour différents types de morphologies des articulations dont on souhaite détecter le mouvement.As shown in the example, the conductive parts and the insulating elastic layer have an elongated shape in the first direction, here a strip shape. This band can be relatively thin, with a width of 4 to 15mm, advantageously from 4 to 10mm and a thickness of 4 to 10mm. Its length may vary depending on the joint whose movement is to be detected. For example, for the metacarpophalangeal joint, the length of the sensor could be 2 to 4 cm. For other smaller joints, this length may be shorter. An appropriate length can be chosen by testing for different types of joint morphologies whose motion is desired to be detected.
Ceci permet également de réaliser séparément le capteur de flexion, puis de l’assembler à la ou aux pièces de support. Autrement dit, le capteur de flexion peut être réalisé indépendamment de la pièce de support et être assemblé à celle-ci ultérieurement. Cet assemblage peut être réalisé par collage, fusion, ou encore couture, par une bande de type Velcro®, ou tout autre assemblage mécanique, par exemple au moyen d’une vis ou d’un élément de compression.This also allows the bending sensor to be produced separately and then assembled to the supporting part(s). In other words, the bending sensor can be produced independently of the support part and be assembled to the latter subsequently. This assembly can be achieved by gluing, fusion, or even sewing, by a Velcro® type strip, or any other mechanical assembly, for example by means of a screw or a compression element.
Chaque capteur de flexion pourra être assemblé à la pièce de support uniquement par ses extrémités (tel que représenté sur la
Le dispositif de gestion selon l’invention comprend en outre des moyens de traitement 18 configurés pour :The management device according to the invention further comprises processing means 18 configured to:
- recevoir le signal généré par le module de détection 16 pour chaque capteur de flexion, et- receiving the signal generated by the detection module 16 for each bending sensor, and
- déterminer à partir du signal généré reçu une amplitude d’ouverture de l’articulation au dessus de laquelle s’étendent les parties conductrices d’un capteur de flexion solidaire des pièces de support lorsque ces dernières sont portées.- determine from the generated signal received an amplitude of opening of the joint above which extend the conductive parts of a flexion sensor integral with the support parts when the latter are worn.
Pour un dispositif de détection destiné à détecter les mouvements d’une main, une pluralité de capteurs de flexion sont alors solidarisés à une ou plusieurs pièces de support, chaque capteur étant positionné au dessus d’une articulation lorsque la ou les pièces de support sont portées, de préférence du côté extérieur de celle-ci. Chaque capteur de flexion est en outre relié à un circuit électrique et chaque circuit électrique est relié au module de détection.For a detection device intended to detect the movements of a hand, a plurality of flexion sensors are then secured to one or more support parts, each sensor being positioned above a joint when the support part or parts are worn, preferably on the outside thereof. Each bending sensor is further linked to an electric circuit and each electric circuit is linked to the detection module.
Les moyens de traitement sont alors configurés pour :The processing means are then configured for:
- recevoir le signal généré par le module de détection pour chacun de la pluralité de capteurs de flexion,- receiving the signal generated by the detection module for each of the plurality of bending sensors,
- identifier le capteur de flexion à l’origine du signé généré reçu, et- identify the bending sensor at the origin of the received generated sign, and
- déterminer à partir du signal généré reçu une amplitude d’ouverture de l’articulation au dessus de laquelle s’étendent les parties conductrices du capteur de flexion identifié.- determine from the generated signal received an amplitude of opening of the joint above which extend the conductive parts of the identified flexion sensor.
Sur une main, les articulations ne sont pas identiques, ni positionnées de manière symétrique par rapport à un point quelconque de la main. Ainsi, en positionnant le module de détection en un point fixe quelconque de la main, la distance séparant le module de détection de chaque articulation est spécifique. Il est dès lors possible d’identifier le capteur de flexion à l’origine du signal généré reçu. Alternativement, cette identification peut être réalisée en attribuant à chaque capteur de flexion une entrée spécifique des moyens de traitement.On a hand, the joints are not identical, nor positioned symmetrically with respect to any point on the hand. Thus, by positioning the detection module at any fixed point of the hand, the distance separating the detection module from each joint is specific. It is therefore possible to identify the bending sensor at the origin of the generated signal received. Alternatively, this identification can be carried out by allocating to each bending sensor a specific input of the processing means.
Dans tous les cas, on pourra réaliser une opération de calibration du dispositif de détection de geste au cours de laquelle on va établir une base de données laquelle, pour chaque capteur de flexion positionné au-dessus d’une articulation lorsque la (les) pièce(s) de support est (sont) portée(s) et pour une pluralité d’amplitudes d’ouverture de cette articulation, associe un signal généré par un capteur de flexion à une amplitude d’ouverture de l’articulation correspondante. A titre d’exemple, on peut enregistrer dans la base de données les signaux générés lorsque l’articulation passe d’une première position de référence à une deuxième position de référence. Ces positions de référence sont par exemple des positions extrêmes, correspondant typiquement à des amplitudes d’ouverture extrêmes de l’articulation, par exemple maximale et minimale. Il est alors possible d’attribuer les signaux enregistrés entre les positions de référence à des amplitudes d’ouverture intermédiaires estimées. Bien entendu, plus de deux positions de référence par articulation peuvent être utilisées.In all cases, it will be possible to perform a calibration operation of the gesture detection device during which a database will be established which, for each flexion sensor positioned above a joint when the part(s) (s) of support is (are) carried and for a plurality of opening amplitudes of this joint, associates a signal generated by a flexion sensor with a corresponding opening amplitude of the joint. For example, the signals generated when the joint moves from a first reference position to a second reference position can be recorded in the database. These reference positions are for example extreme positions, typically corresponding to extreme opening amplitudes of the joint, for example maximum and minimum. It is then possible to assign the signals recorded between the reference positions to estimated intermediate aperture amplitudes. Of course, more than two reference positions per joint can be used.
Cette base de données est de préférence établie pour l’utilisateur du dispositif de détection de geste (la calibration est effectuée par cet utilisateur). Les moyens de traitement sont alors configurés, notamment programmés, pour extraire de cette base de données une amplitude d’ouverture d’une articulation correspondant au signal généré par un capteur de flexion.This database is preferably established for the user of the gesture detection device (the calibration is performed by this user). The processing means are then configured, in particular programmed, to extract from this database an opening amplitude of a joint corresponding to the signal generated by a flexion sensor.
Ceci peut être appliqué à tout autre ensemble d’articulations du corps.This can be applied to any other set of joints in the body.
Les moyens de traitement peuvent comprendre un ou plusieurs processeurs, par exemple des microprocesseurs ou microcontrôleurs. Le ou les processeurs peuvent avoir des moyens de stockage qui peuvent être une mémoire vive (RAM), une mémoire morte programmable effaçable électriquement (EEPROM), une mémoire flash, une mémoire externe ou autre. Ces moyens de stockage peuvent, entre autres, stocker la table de données. Les moyens de traitement peuvent être configurés pour recevoir et /ou transmettre des données. Ils peuvent être spécifiquement programmés à cet effet ou comprendre des moyens de communication, optionnellement bidirectionnels, avec le module de détection.The processing means can comprise one or more processors, for example microprocessors or microcontrollers. The processor(s) may have storage means which may be random access memory (RAM), electrically erasable programmable read only memory (EEPROM), flash memory, external memory or the like. These storage means can, among other things, store the data table. The processing means can be configured to receive and/or transmit data. They can be specifically programmed for this purpose or include means of communication, optionally bidirectional, with the detection module.
Les moyens de traitement peuvent en outre comprendre des moyens de communication, par exemple des interfaces de sortie ou d’entrée/sortie. Il peut s’agit d’interfaces interfaces de communication sans fil (Bluetooth, WIFI ou autre) ou des connecteurs (port réseau, port USB, port série, port Firewire®, port SCSI ou autre) pour communiquer avec des systèmes électroniques, tels qu’un ordinateur, un système électronique de contrôle d’un robot, un système électronique de contrôle d’un outil de réalité virtuelle ou tout autre système électronique de contrôle.The processing means may further comprise communication means, for example output or input/output interfaces. These may be wireless communication interfaces (Bluetooth, WIFI or other) or connectors (network port, USB port, serial port, Firewire® port, SCSI port or other) for communicating with electronic systems, such as a computer, an electronic control system for a robot, an electronic control system for a virtual reality tool or any other electronic control system.
Les moyens de traitement 18, notamment lorsqu’il s’agit d’un microcontrôleur, peut également être fixé à une pièce de support. Le module de détection 16 et les moyens de traitement 18 peuvent alors être intégrés à un boîtier 20 fixé à une pièce de support, ici la pièce de support 102.The processing means 18, in particular when it is a microcontroller, can also be fixed to a support part. The detection module 16 and the processing means 18 can then be integrated into a box 20 fixed to a support part, here the support part 102.
Le dispositif de détection de geste fonctionne de la manière suivante. Les pièces de support sont positionnées sur le corps de l’utilisateur de sorte que le ou les capteurs de flexion soient situés chacun au dessus d’une articulation de cet utilisateur.The gesture detection device operates as follows. The support parts are positioned on the body of the user so that the flexion sensor(s) are each located above a joint of this user.
Lorsque cette articulation est en extension (amplitude d’ouverture maximale), les couches formant le capteur de flexion sont sensiblement planes, il n’y a alors pas de contact entre les parties conductrices 140, 142 du capteur de flexion via l’espace libre 141, le circuit électrique 12 est dans un état ouvert, la tension entre les parties conductrices est nulle, le module de détection ne génère aucun signal.When this joint is in extension (maximum opening amplitude), the layers forming the bending sensor are substantially flat, there is then no contact between the conductive parts 140, 142 of the bending sensor via the free space 141, the electrical circuit 12 is in an open state, the voltage between the conductive parts is zero, the detection module does not generate any signal.
Lorsque l’articulation est progressivement fléchie, les parties conductrices 140, 142 se déforment progressivement jusqu’à venir en contact l’une avec l’autre au travers de l’espace libre 141 tel que représenté
Claims (11)
- au moins une pièce de support (101, 102) apte à être appliquée contre le corps d’une personne,
- au moins un circuit électrique (12),
- un capteur de flexion (14) associé à chaque circuit électrique, le capteur de flexion étant solidaire de l’au moins une pièce de support et présentant deux parties conductrices (140, 142) séparées par au moins un espace libre (141) et connectées électriquement au circuit électrique associé, ce dernier étant fermé lorsque les parties sont en contact au travers dudit au moins un espace libre et ouvert lorsque les parties ne sont pas en contact,
- un module de détection (16) configuré pour générer, pour chaque capteur de flexion, un signal proportionnel à une tension mesurée entre les parties conductrices du capteur de flexion,
- des moyens de traitement (18) configurés pour :
(i) recevoir le signal généré par le module de détection pour chaque capteur de flexion, et
(ii) déterminer à partir du signal généré reçu une amplitude d’ouverture de l’articulation au dessus de laquelle s’étendent les parties conductrices d’un capteur de flexion solidaire de l’au moins une pièce de support lorsque cette dernière est portée par une personne,
et dans lequel :
- chaque partie conductrice d’un capteur de flexion est formée d’une couche élastique en matériau polymère conducteur s’étendant de manière continue sur une longueur prédéterminée dans une première direction, et est solidarisée à l’au moins une pièce de support de sorte que, lorsque cette dernière est portée par une personne, la première direction s’étend au travers d’un axe de rotation d’une articulation de la personne et la partie conductrice s’étend au-dessus de cette articulation et la traverse,
- chaque capteur comprend, dans une deuxième direction perpendiculaire à des plans définis par les couches des parties conductrices, l’assemblage suivant de couches : une première partie conductrice, une couche élastique isolante discontinue suivant la première direction, une deuxième partie conductrice.Gesture detection device (1) comprising:
- at least one support piece (101, 102) adapted to be applied against the body of a person,
- at least one electrical circuit (12),
- a bending sensor (14) associated with each electrical circuit, the bending sensor being integral with the at least one support part and having two conductive parts (140, 142) separated by at least one free space (141) and electrically connected to the associated electrical circuit, the latter being closed when the parts are in contact through said at least one free space and open when the parts are not in contact,
- a detection module (16) configured to generate, for each bending sensor, a signal proportional to a voltage measured between the conductive parts of the bending sensor,
- processing means (18) configured for:
(i) receiving the signal generated by the sensing module for each flex sensor, and
(ii) determining from the generated signal received an amplitude of opening of the joint above which extend the conductive parts of a flexion sensor integral with the at least one support piece when the latter is worn by a person,
and in which:
- each conductive part of a bending sensor is formed of an elastic layer of conductive polymer material extending continuously over a predetermined length in a first direction, and is secured to at least one support part so that, when the latter is worn by a person, the first direction extends through an axis of rotation of a joint of the person and the conductive part extends above this joint and crosses it,
- each sensor comprises, in a second direction perpendicular to the planes defined by the layers of the conductive parts, the following assembly of layers: a first conductive part, a discontinuous insulating elastic layer in the first direction, a second conductive part.
(i) recevoir le signal généré par le module de détection pour chacun de la pluralité de capteurs de flexion,
(i’) identifier le capteur de flexion à l’origine de chaque signal généré reçu, et
(ii) déterminer à partir de chaque signal généré reçu une amplitude d’ouverture de l’articulation au dessus de laquelle s’étendent les parties conductrices du capteur de flexion identifié correspondant.Gesture detection device (1) according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that it has a plurality of electrical circuits and associated flexion sensors each intended to be positioned above an articulation of a person when the at least one support piece is worn by this person, and in that the processing means are configured for:
(i) receiving the signal generated by the sensing module for each of the plurality of flex sensors,
(i') identify the flexion sensor at the origin of each generated signal received, and
(ii) determining from each generated signal received an amplitude of opening of the joint above which the conductive parts of the corresponding identified flexion sensor extend.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
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| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20230303 |
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| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
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| CD | Change of name or company name |
Owner name: SFC SOLUTIONS AUTOMOTIVE FRANCE, FR Effective date: 20240306 |