CH707379A2

CH707379A2 - Method for calculating distance covered on foot during e.g. walking, by using wrist pedometer, involves double integration of data measured by sensor module, where initial condition for each step is zero speed of hand relative to ground

Info

Publication number: CH707379A2
Application number: CH02917/12A
Authority: CH
Inventors: Christophe Germiquet; Cédric Nicolas
Original assignee: Swatch Group Res & Dev Ltd
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2012-12-21
Publication date: 2014-06-30
Also published as: CH707379B1

Abstract

The method involves calculating a distance covered at the time of each step taken by the foot of a person, by double integration of data measured by a sensor module (29) of a wrist pedometer (2), where the initial condition for the start of each integration period for each step is a zero speed of the hand relative to the ground. The initial condition of zero speed of the hand relative to the ground is modeled as corresponding to a moment when cancellation of a value of acceleration is detected by an accelerometer (26) of the sensor module. Independent claims are also included for the following: (1) a computer program for calculating a distance covered on foot using a portable wrist pedometer (2) a portable wrist pedometer.

Description

[0001] La présente invention concerne une méthode de calcul de distance et un appareil podomètre portatif au poignet pour la mise en œuvre de cette méthode de calcul. The present invention relates to a distance calculation method and a handheld pedometer device for the implementation of this method of calculation.

[0002] Pour calculer des distances parcourues par une personne lors d’une activité de marche ou de course à pied, il est désormais courant d’avoir recours à des outils de navigation de type GPS (global positioning system) qui permettent de localiser précisément une personne et ainsi la suivre en temps quasi-réel le long du parcours qu’il effectue. Les GPS sont toutefois relativement coûteux, consomment beaucoup d’énergie et présentent par ailleurs l’inconvénient majeur de ne pas être suffisamment disponibles en raison des signaux hautes fréquences utilisés pour communiquer avec les satellites, qui sont donc susceptibles d’être souvent trop fortement atténués à l’intérieur de bâtiments, de tunnels, voire même en forêt pour pouvoir y être utilisés. To calculate distances traveled by a person during a walking or running activity, it is now common to use navigation tools type GPS (global positioning system) that can locate precisely a person and follow it in near real time along the route he is making. However, GPS are relatively expensive, consume a lot of energy and also have the major disadvantage of not being sufficiently available because of the high frequency signals used to communicate with the satellites, which are therefore likely to be often too strongly attenuated inside buildings, tunnels, or even in the forest to be used.

[0003] Etant donné que les GPS sont trop souvent inutilisables, d’autres outils de navigation, utilisant des capteurs magnétiques et inertiels, tels que des accéléromètres et des gyroscopes, ont été développés pour en permettre un usage plus universel soit en fournissant des données de navigation auxiliaires à l’estime lorsqu’un signal GPS n’est plus disponible, soit en calculant de façon permanente et autonome des trajectoires de mouvement d’un utilisateur, notamment par double intégration de données d’un accéléromètre. Since GPS are too often unusable, other navigation tools, using magnetic and inertial sensors, such as accelerometers and gyroscopes, have been developed to allow a more universal use either by providing data. auxiliary navigation when a GPS signal is no longer available, either by permanently and autonomously calculating the motion paths of a user, in particular by double integration of data of an accelerometer.

[0004] Pour calculer une distance effectuée lors d’une marche et d’une course à pied, il est ainsi déjà connu d’attacher un capteur à l’une des chaussures et de calculer la distance parcourue lors de chaque pas à l’aide des données de ce capteur. La trajectoire de chaque pas est calculée par double intégration sur une période démarrant au moment où le pied sur lequel le capteur est fixé touche le sol, et s’arrêtant au moment où le pied retouche le sol, et la distance totale obtenue par addition de celle de tous les pas. Les conditions initiales pour le calcul d’intégration sont donc typiquement une valeur d’accélération au-dessus d’un seuil prédéterminé lors du choc au sol, et simultanément une vitesse nulle du pied par rapport au sol à ce moment-là, ce qui permet d’éliminer la constante d’intégration. To calculate a distance made during a walk and a run, it is already known to attach a sensor to one of the shoes and calculate the distance traveled during each step to the foot. help data from this sensor. The trajectory of each step is calculated by double integration over a period starting at the moment when the foot on which the sensor is fixed touches the ground, and stopping at the moment when the foot retouches the ground, and the total distance obtained by addition of that of all the steps. The initial conditions for the integration calculation are therefore typically an acceleration value above a predetermined threshold during the ground impact, and simultaneously a zero speed of the foot relative to the ground at that time, which allows to eliminate the integration constant.

[0005] L’inconvénient de ce type de podomètre est qu’il emploie un capteur dissocié du dispositif d’affichage sur lequel l’utilisateur souhaite consulter la distance qu’il a parcourue en temps réel, de telle sorte qu’il requiert d’une part une communication sans fil entre le capteur et le dispositif d’affichage, qui peut être perturbée, et nécessite d’autre part l’usage d’une batterie supplémentaire dédiée pour le capteur. Par ailleurs, il nécessite un montage préalable du capteur sur une chaussure, ce qui peut s’avérer malcommode en fonction du laçage des chaussures et de la forme du capteur. The disadvantage of this type of pedometer is that it uses a sensor dissociated from the display device on which the user wants to see the distance he has traveled in real time, so that it requires on the one hand a wireless communication between the sensor and the display device, which can be disturbed, and on the other hand requires the use of a dedicated additional battery for the sensor. Moreover, it requires a prior mounting of the sensor on a shoe, which can be inconvenient depending on the lacing of the shoes and the shape of the sensor.

[0006] Il existe par conséquent un besoin pour un podomètre exempt des limitations connues. There is therefore a need for a pedometer free of known limitations.

[0007] Un but de la présente invention est de fournir une méthode de calcul de distance alternative pour podomètre et un podomètre associé permettant de mesurer la distance parcourue par son porteur lors d’activités de marche ou de course à pied sans avoir recours à des informations externes, ni à une calibration préalable – comme par exemple dans la grandeur moyenne d’un pas, similairement à l’indication d’une circonférence de roue pour des compteurs de vitesses pour cycles. An object of the present invention is to provide an alternative method of calculating distance for a pedometer and an associated pedometer for measuring the distance traveled by the wearer during walking or running activities without resorting to external information, nor to a prior calibration - such as in the average magnitude of a step, similar to the indication of a wheel circumference for cycle speed counters.

[0008] Ces buts sont atteints grâce à une méthode pour le calcul d’une distance parcourue à pied utilisant un appareil de type podomètre portable au poignet pourvu d’un processeur, d’une unité de mémoire et d’un module capteur, et par ailleurs d’une interface utilisateur, ladite méthode calculant la distance parcourue lors de chaque pas par double intégration à partir de données mesurées par ledit module capteur, caractérisée en ce que la condition initiale pour le début de chaque période d’intégration pour chaque pas est une vitesse nulle de la main par rapport au sol. These goals are achieved through a method for calculating a walking distance using a portable pedometer-type device provided with a processor, a memory unit and a sensor module, and in addition to a user interface, said method calculating the distance traveled during each step by double integration from data measured by said sensor module, characterized in that the initial condition for the start of each integration period for each step is a zero speed of the hand relative to the ground.

[0009] Ces buts sont également atteints grâce à un programme informatique pour la mise en œuvre de cette méthode ainsi qu’un podomètre portable au poignet pourvu d’un module capteur comprenant un accéléromètre, un gyroscope et une boussole, un processeur, une unité mémoire et une interface utilisateur formée d’une unité d’affichage et d’un clavier et/ou de poussoirs pour l’exécution de ce programme informatique. These goals are also achieved through a computer program for the implementation of this method and a portable wrist pedometer provided with a sensor module comprising an accelerometer, a gyroscope and a compass, a processor, a unit memory and a user interface formed of a display unit and a keyboard and / or pushers for the execution of this computer program.

[0010] Un avantage de la solution proposée est qu’elle permet de se dispenser d’un capteur au pied pour le calcul de la distance. An advantage of the proposed solution is that it allows to dispense with a foot sensor for calculating the distance.

[0011] Un autre avantage de la solution proposée est qu’il permet d’intégrer le module capteur fournissant les données utilisées lors du calcul et le module d’affichage des données de distance dans un même appareil portable au poignet, ce qui permet ainsi de réduire les besoins en alimentation d’énergie. Another advantage of the proposed solution is that it allows to integrate the sensor module providing the data used during the calculation and the display module of the distance data in the same portable device to the wrist, which allows to reduce the need for power supply.

[0012] D’autres avantages ressortiront des exemples de mise en œuvre de l’invention indiqués dans la description détaillée et illustrés par les figures annexées dans lesquelles: <tb>La fig. 1<SEP>illustre le schéma de principe d’une méthode de calcul de distance utilisant un capteur au pied selon l’art antérieur; <tb>la fig. 2<SEP>illustre le schéma de principe d’une méthode de calcul de distance selon l’invention; <tb>la fig. 3<SEP>montre les différentes composantes de vitesse au niveau du poignet pour valider les nouvelles conditions initiales pour le calcul de double intégration selon l’invention; <tb>la fig. 4<SEP>montre une architecture logique d’un dispositif portable au poignet selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention; <tb>la fig. 5<SEP>montre un dispositif portable au poignet et un mode de calcul simplifié selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention.Other advantages will emerge from the examples of implementation of the invention indicated in the detailed description and illustrated by the appended figures in which: <tb> Fig. 1 <SEP> illustrates the block diagram of a distance calculation method using a foot sensor according to the prior art; <tb> fig. 2 <SEP> illustrates the block diagram of a distance calculation method according to the invention; <tb> fig. 3 <SEP> shows the different velocity components at the wrist to validate the new initial conditions for the dual integration calculation according to the invention; <tb> fig. 4 <SEP> shows a logical architecture of a portable wrist device according to a preferred embodiment of the invention; <tb> fig. 5 <SEP> shows a portable device on the wrist and a simplified calculation mode according to a preferred embodiment of the invention.

[0013] Le schéma de la fig. 1 montre un coureur muni d’un appareil portable au poignet 2 et d’un capteur 1 au pied connectés l’un à autre par une liaison sans fil 3, par exemple à l’aide de la technologie Bluetooth, Ultra-Wide Band (UW8) ou toute autre technologie sans fil de courte portée appropriée. Ce coureur est représenté respectivement au départ, au milieu et à la fin d’une foulée. Au départ d’une foulée, matérialisée par l’instant (A) où la vitesse du pied Vps est nulle par rapport au sol, le calcul de double intégration est entamé, avec une condition initiale de vitesse nulle du pied qui permet d’éliminer la constante de la première étape d’intégration calculant des valeurs de vitesse à partir de valeurs d’accélération mesurées par le capteur 1. A l’instant (B), les positions des bras et des jambes sont opposés à ceux du début de la période d’intégration (A), ce qui signifie qu’une demi-période d’intégration est écoulée. A l’instant (C), le même pied qui était au sol à l’instant (A) retouche le sol et la vitesse du pied Vps sur lequel est fixé le capteur 1 est à nouveau nulle, tandis que les bras et les pieds sont dans la même position qu’à l’instant (A). On se retrouve donc à la fin d’une période d’intégration, durant laquelle une première distance parcourue L1 dans la direction D de la course a été calculée sur la base de la trajectoire du pied Tp qui a été déterminée par le calcul de double intégration. Le calcul de la distance totale parcourue s’effectue en additionnant les valeurs de distance obtenues pour chaque pas. The diagram of FIG. 1 shows a runner equipped with a portable wrist device 2 and a foot sensor 1 connected to each other by a wireless link 3, for example using Bluetooth technology, Ultra-Wide Band ( UW8) or any other appropriate short-range wireless technology. This runner is represented respectively at the start, in the middle and at the end of a stride. At the start of a stride, materialized by the moment (A) where the speed of the foot Vps is zero with respect to the ground, the double integration calculation is started, with an initial condition of zero velocity of the foot which eliminates the constant of the first integration step calculating velocity values from acceleration values measured by the sensor 1. At the moment (B), the positions of the arms and legs are opposite to those at the beginning of the integration period (A), which means that half a integration period has elapsed. At the instant (C), the same foot that was on the ground at the moment (A) retouches the ground and the speed of the foot Vps on which is fixed the sensor 1 is again zero, while the arms and feet are in the same position as at instant (A). We thus end up at the end of an integration period, during which a first distance traveled L1 in the direction D of the race was calculated on the basis of the trajectory of the foot Tp which was determined by the calculation of double integration. The total distance traveled is calculated by adding the distance values obtained for each step.

[0014] Selon l’invention, qui vise à se dispenser d’un capteur au pied, le principe consiste à démarrer une période d’intégration pour chaque pas non plus lorsqu’un pied a une vitesse nulle par rapport au sol, mais lorsqu’une main a une vitesse nulle par rapport au sol, comme illustré à la fig. 2 . Le moment (E) où la vitesse de la main Vms est nulle par rapport au sol (VMs =0) est décalé temporellement par rapport au départ d’une foulée, mais le calcul est toujours effectué par double intégration, avec une nouvelle condition initiale de vitesse nulle qui permet toujours d’éliminer la constante de la première étape d’intégration qui calcule des valeurs de vitesse à partir de valeurs d’accélération mesurées par le capteur, cette fois-ci directement intégré à l’appareil portable au poignet 2. A l’instant (F), les positions des bras et des jambes sont opposés à ceux du début de la période d’intégration (E), ce qui signifie qu’une demi-période d’intégration est écoulée, et à l’instant (G), la même main qui avait une vitesse nulle par rapport au sol à l’instant (E) présente à nouveau une vitesse nulle (Vms=0), tandis que les bras et les pieds sont dans la même position qu’à l’instant (E) du début du calcul d’intégration. On se retrouve donc à la fin d’une période d’intégration, durant laquelle une deuxième distance parcourue L2 dans la direction D de la course a été calculée sur la base de la trajectoire de la main Tm, qui a été déterminée par le calcul de double intégration. Le calcul de la distance totale parcourue s’effectue alors similairement en additionnant les valeurs de distance obtenues pour chaque pas. According to the invention, which aims to dispense with a foot sensor, the principle is to start an integration period for each step either when a foot has a zero speed relative to the ground, but when a hand at zero speed relative to the ground, as shown in fig. 2. The moment (E) where the speed of the hand Vms is zero with respect to the ground (VMs = 0) is offset temporally with respect to the departure of a stride, but the computation is always carried out by double integration, with a new initial condition zero speed which always eliminates the constant of the first integration step which calculates speed values from acceleration values measured by the sensor, this time directly integrated with the portable device wrist 2 At time (F), the positions of the arms and legs are opposite to those of the beginning of the integration period (E), which means that a half-integration period has elapsed, and moment (G), the same hand that had zero velocity with respect to the ground at instant (E) again has zero velocity (Vms = 0), while the arms and feet are in the same position as at the instant (E) of the beginning of the integration calculation. We thus end up at the end of an integration period, during which a second distance traveled L2 in the direction D of the race was calculated on the basis of the trajectory of the hand Tm, which was determined by calculation. double integration. The calculation of the total distance traveled is then performed similarly by adding the distance values obtained for each step.

[0015] La méthode de calcul illustrée à la fig. 2 permet de se dispenser d’un capteur au pied 1, et d’une liaison sans fil 3, mais les périodes d’intégration pour chaque pas demeurent identiques et sont seulement décalées temporellement. Ainsi les premières et deuxièmes distances L1 et L2, obtenues respectivement selon une méthode connue et la méthode selon l’invention devraient être sensiblement égales, à la différence près de l’écart entre la trajectoire effective déterminée pour la main Tm et celle déterminée pour le pied Tp. Elle permet ainsi toujours de s’affranchir de tout étalonnage puisqu’elle ne compte pas uniquement un nombre de pas, mais calcule bien une distance réelle pour chacun des pas, ce qui garantit un niveau de précision nettement supérieur surtout sur des parcours accidentés où des montées et des descentes peuvent faire varier considérablement la distance et la fréquence de chaque pas. The calculation method illustrated in FIG. 2 makes it possible to dispense with a foot sensor 1, and a wireless link 3, but the integration periods for each step remain identical and are only temporally offset. Thus the first and second distances L1 and L2, respectively obtained according to a known method and the method according to the invention should be substantially equal, with the difference of the difference between the effective trajectory determined for the hand Tm and that determined for the first time. foot Tp. It thus always makes it possible to overcome any calibration since it does not count only a number of steps, but calculates a true distance for each of the steps, which guarantees a much higher level of precision, especially on uneven paths where Climbs and descents can vary the distance and frequency of each step considerably.

[0016] Toutefois, s’il est clair que la condition initiale usuelle d’une vitesse nulle du pied par rapport au sol (Vps=0) est toujours réalisée pour chaque foulée lorsque le pied touche le sol, il reste à modéliser des contraintes pour la réalisation de la nouvelle condition initiale relative au mouvement de la main introduite dans le cadre de l’invention, et d’autre part à corréler les moments de début et de fin de période d’intégration avec vitesse nulle de la main par rapport au sol (Vms = 0), c’est-à-dire les instants (E) et (G) illustrés sur la fig. 1 , à des valeurs mesurées par un capteur porté directement au poignet. However, if it is clear that the usual initial condition of a zero velocity of the foot relative to the ground (Vps = 0) is always performed for each stride when the foot touches the ground, it remains to model constraints for the realization of the new initial condition relating to the movement of the hand introduced in the context of the invention, and secondly to correlate the start and end times of integration period with zero speed of the hand compared to on the ground (Vms = 0), that is to say the moments (E) and (G) illustrated in FIG. 1, to values measured by a sensor carried directly on the wrist.

[0017] La fig. 3 montre une modélisation du mouvement de la main à laquelle est fixé l’appareil portable au poignet dans le référentiel du corps de l’utilisateur 100. Lorsque l’utilisateur se déplace en marchant ou en courant dans une direction donnée à une vitesse linéaire Vc, le mouvement du bras s’effectue en général dans le plan sagittal du corps, illustré par la fig. 3 , de telle sorte que la vitesse de la main se décompose en une première composante de vitesse V1 résultant de la rotation de l’humérus, de longueur R1, à une première vitesse angulaire oo1 autour de l’articulation de l’épaule 01, et une deuxième composante de vitesse V2 résultant de la rotation du radius, de longueur R2, à une deuxième vitesse angulaire w2 autour de l’articulation du coude 02. La vitesse de la main par rapport au corps VMc est donc égale à la somme vectorielle des vecteurs V1 de norme w1*R1 et V2 de norme oj2*R2. La vitesse de la main par rapport au sol, qui est égale à la somme de la vitesse de la main par rapport au corps VMc précédemment calculée et de la vitesse du corps par rapport au sol Vc, ne peut donc s’annuler que si la vitesse de la main dans le référentiel du corps est au moins égale à celle du déplacement du corps, cette condition n’étant par ailleurs que nécessaire mais pas suffisante car les deux vecteurs vitesse doivent encore être de sens opposés à ce moment-là. FIG. 3 shows a modeling of the movement of the hand to which the portable wrist device is fixed in the reference frame of the user's body 100. When the user moves while walking or running in a given direction at a linear speed Vc , the movement of the arm is generally in the sagittal plane of the body, shown in fig. 3, so that the speed of the hand is decomposed into a first speed component V1 resulting from the rotation of the humerus, of length R1, at a first angular velocity oo1 around the shoulder joint 01, and a second velocity component V2 resulting from the rotation of the radius, of length R2, at a second angular velocity w2 around the articulation of the elbow 02. The speed of the hand relative to the body VMc is therefore equal to the vector sum vectors V1 of standard w1 * R1 and V2 of norm oj2 * R2. The speed of the hand relative to the ground, which is equal to the sum of the speed of the hand relative to the body VMc previously calculated and the speed of the body with respect to the ground Vc, can therefore be canceled only if the The speed of the hand in the reference frame of the body is at least equal to that of the displacement of the body, this condition being moreover only necessary but not sufficient because the two speed vectors must still have opposite meanings at that moment.

[0018] Pour valider la nouvelle condition initiale pour le calcul de double intégration selon l’invention, le visionnage de nombreuses vidéos de courses d’athlétisme a permis de vérifier empiriquement que la main était effectivement immobile par rapport au sol à un moment donné. Pour les meilleurs athlètes de sprint, qui ont donc la vitesse de pointe la plus élevée (pouvant aller jusqu’à plus de 12 mètres par seconde pour Usain Bolt par exemple) le nombre de foulées par seconde est environ égal à 4. En modélisant un mouvement de l’humérus sur un secteur angulaire d’environ 120 degrés, on obtient donc pour deux allers-retours sur ce secteur angulaire une vitesse angulaire moyenne pour la première vitesse angulaire ω1 autour de l’articulation de l’épaule O1 de 2π/3 radians *4 (la fréquence de pas par seconde, qui correspond également à la fréquence d’oscillation des bras). Mais la vitesse angulaire n’est pas constante sur cette période et sur la base des visionnages on a approximé empiriquement le ratio entre la vitesse angulaire maximale et la vitesse angulaire moyenne à entre 2 et 3, soit au final pour une longueur d’humérus de 30 centimètres pour un homme de corpulence moyenne de taille 1.85m une première composante de vitesse V1 maximale égale en norme à 0.3*2π/3*4*2.5 = ~6.3 mètres par seconde. To validate the new initial condition for the dual integration calculation according to the invention, the viewing of many videos of athletics races has made it possible to verify empirically that the hand was actually motionless relative to the ground at a given moment. For the best sprint athletes, who therefore have the highest top speed (up to more than 12 meters per second for Usain Bolt for example) the number of strides per second is approximately equal to 4. By modeling a movement of the humerus over an angular sector of about 120 degrees, so we obtain for two back and forth on this angular sector an average angular velocity for the first angular velocity ω1 around the shoulder joint O1 of 2π / 3 radians * 4 (the step frequency per second, which also corresponds to the oscillation frequency of the arms). But the angular velocity is not constant over this period and on the basis of the views the ratio between the maximum angular velocity and the average angular velocity between 2 and 3 was approximated empirically, ie in the end for a humerus length of 30 centimeters for a man of average body size 1.85m a first component of speed V1 maximum equal in standard to 0.3 * 2π / 3 * 4 * 2.5 = ~ 6.3 meters per second.

[0019] La deuxième composante de vitesse V2, qui correspond au déroulement du coude, ne s’effectue que sur un secteur angulaire plus restreint d’environ 90 degrés, mais on pourra toutefois remarquer que ce déroulement ne s’effectue principalement que sur la fin de la demi-période du mouvement rétrograde du bras par rapport à la direction D du mouvement (voir notamment l’écart angulaire entre les instants (E) et (F) de la fig. 2 ). En première approximation, on peut donc considérer qu’un secteur angulaire de 60 degrés, soit les 2/3 du secteur angulaire total de 90 degrés parcouru, n’est décrit lors de la 2e moitié seulement de la demi-période du mouvement vers l’arrière du bras, puisque le coude ne se déroule effectivement que très peu au départ du mouvement rétrograde du bras vers l’arrière, et beaucoup vers la fin. Avec cette modélisation du mouvement du bras, on retrouve une vitesse angulaire moyenne pour la deuxième vitesse angulaire ω2 du radius autour de l’articulation du coude O2 qui est égale à π/3 radians (= 60 degrés) *4 (la fréquence de la demi-période du mouvement rétrograde du bras) *2 (la moitié de cette demi-période durant laquelle le déroulement du coude a effectivement lieu), soit une valeur identique à la première vitesse angulaire moyenne précédemment déterminée pour l’humérus. Or si le radius est d’ordinaire de longueur approximativement égale à celle de l’humérus, le fouetté du mouvement du déroulement du coude est beaucoup plus important que celui de l’humérus, autrement dit le ratio entre la vitesse angulaire maximale et la vitesse angulaire moyenne est bien supérieur. Sur la base des visionnages, ce ratio peut être approximé empiriquement non pas à 2.5, comme pour la première vitesse angulaire ω1, mais à 4, soit près du double, ce qui donne donc également une norme maximale de deuxième composante de vitesse V2 égale à 0.3*2π/3*4*4 = ~10.1 mètres par seconde. The second velocity component V2, which corresponds to the course of the elbow, is performed only on a smaller angular sector of about 90 degrees, but it may however be noted that this unwinding is mainly carried out only on the end of the half-period of the retrograde movement of the arm relative to the direction D of the movement (see in particular the angular difference between the instants (E) and (F) of Fig. 2). As a first approximation, we can consider that an angular sector of 60 degrees, that is 2/3 of the total angular sector of 90 degrees traveled, is described in the second half only of the half-period of the movement towards the the back of the arm, since the elbow actually takes place very little at the beginning of the retrograde movement of the arm backwards, and much towards the end. With this modeling of the movement of the arm, we find an average angular velocity for the second angular velocity ω2 of the radius around the articulation of the elbow O2 which is equal to π / 3 radians (= 60 degrees) * 4 (the frequency of the half-period of the retrograde movement of the arm) * 2 (half of this half-period during which the course of the elbow actually takes place), a value identical to the first average angular velocity previously determined for the humerus. Although the radius is usually approximately equal in length to that of the humerus, the whipping of the movement of the elbow is much greater than that of the humerus, ie the ratio between the maximum angular velocity and the velocity angular average is much higher. On the basis of the views, this ratio can be approximated empirically not at 2.5, as for the first angular velocity ω1, but at 4, or nearly twice, which also gives a maximum standard of second velocity component V2 equal to 0.3 * 2π / 3 * 4 * 4 = ~ 10.1 meters per second.

[0020] On constate donc qu’avec cette modélisation dans le cadre d’un sprint, la somme en norme des deux valeurs maximales pour les premières et deuxièmes composantes V1 et V2 du vecteur vitesse de la main par rapport au corps VMc est bien supérieure à la valeur des vitesses de pointe (16.4 > 12.3). Toutefois, étant donné qu’il s’agit d’une part d’une somme vectorielle, et que d’autre part les maxima ne sont pas atteints simultanément pour chacune de ces composantes, il apparaît raisonnable de formuler l’hypothèse que le vecteur VMc pourra avoir un sens sensiblement opposé à celui de la course, par exemple quelques instants après le moment où le coureur est représenté sur la figure 3, où le premier vecteur V1 pointera un peu plus vers le haut et le deuxième vecteur V2 pointera un peu moins vers le bas, et qu’à cet instant la norme de ce vecteur vitesse de la main par rapport au corps sera sensiblement égale à celle de la vitesse du corps Vc par rapport au sol. So we see that with this modeling in the context of a sprint, the standard sum of the two maximum values for the first and second components V1 and V2 of the hand speed vector relative to the body VMc is much higher to the value of the top speeds (16.4> 12.3). However, since it is a part of a vector sum, and on the other hand maxima are not reached simultaneously for each of these components, it seems reasonable to hypothesize that the vector VMc may have a meaning substantially opposite to that of the race, for example a few moments after the moment when the runner is represented in FIG. 3, where the first vector V1 will point a little higher and the second vector V2 will point a little less down, and that at this moment the norm of this vector speed of the hand relative to the body will be substantially equal to that of the speed of the body Vc relative to the ground.

[0021] Après avoir validé cette nouvelle condition initiale pour la calcul de distance dans des conditions d’utilisation «extrêmes» de course dans le cadre d’un sprint, on peut également valider cette nouvelle condition initiale dans le cadre d’une marche lente où la fréquence de pas est de l’ordre de quatre fois moindre (environ 1 pas par seconde), l’amplitude du mouvement de l’humérus d’au maximum 90 degrés et non plus de 120 degrés et le déroulé du coude très réduit, voire quasi inexistant, ce qui est le cas notamment lorsque le marcheur utilise des bâtons. Dans cette situation, la vitesse angulaire moyenne pour l’humérus est d’au maximum de π/2 radians, mais dans ce cas le ratio entre la vitesse angulaire moyenne et la vitesse maximale est également légèrement inférieure, de l’ordre de 2, puisque l’amplitude et la fréquence du mouvement des bras sont moindres. On obtient donc, dans le cadre de cette modélisation, et pour des mêmes valeurs de longueur de l’humérus, une vitesse de 0.3*π/2*2* 3.14 = ~ 0.94m/s soit environ 3.4 km/h, ce qui correspond effectivement à la vitesse d’un marcheur, dont la vitesse moyenne est en général approximée à 3–4km/h. After having validated this new initial condition for the distance calculation in "extreme" race conditions of use as part of a sprint, it is also possible to validate this new initial condition in the context of a slow march. where the frequency of step is of the order of four times less (about 1 step per second), the amplitude of the movement of the humerus of not more than 90 degrees and not more than 120 degrees and the roll of the elbow very reduced almost non-existent, which is particularly the case when the walker uses poles. In this situation, the average angular velocity for the humerus is at most π / 2 radians, but in this case the ratio between the average angular velocity and the maximum velocity is also slightly less, of the order of 2, since the amplitude and the frequency of the movement of the arms are smaller. Thus, in the context of this modeling, and for the same values of the length of the humerus, a speed of 0.3 * π / 2 * 2 * 3.14 = ~ 0.94m / s or about 3.4 km / h is obtained, which actually corresponds to the speed of a walker, whose average speed is generally approximated at 3-4km / h.

[0022] Par conséquent, la condition initiale d’une vitesse nulle de la main par rapport au sol au début d’une période d’intégration pour le calcul de la distance effectuée lors d’un pas permet de couvrir des activités physiques d’une intensité faible, comme la marche, jusqu’à une intensité maximale, comme le sprint, ce qui englobe donc tout type de course intermédiaire comme le fond et le demi-fond. Therefore, the initial condition of a zero speed of the hand relative to the ground at the beginning of an integration period for the calculation of the distance made during a step makes it possible to cover physical activities of a low intensity, like walking, to a maximum intensity, like the sprint, which includes any type of intermediate race as the bottom and the middle distance.

[0023] Selon un mode de réalisation préférentiel, l’appareil portable au poignet 2 selon l’invention est une montre dont l’architecture logique est illustrée à la fig. 4 . La montre comprend un module capteur 29 intégré pour détecter les mouvements de la main et ainsi déterminer les instants où la nouvelle condition initiale est remplie. Le module capteur 29 selon l’invention comprend un accéléromètre 26, qui mesure les composantes d’accélération selon trois axes, et de préférence deux axes dans le plan de la montre un troisième perpendiculaire au plan de la montre. Le module capteur comprend également un gyroscope 27 pour mesurer les accélérations angulaires selon trois axes, et enfin une boussole 28 pour déterminer l’inclinaison de la montre par rapport au Nord. Un processeur 21 et une unité mémoire 22 permettent de calculer la distance de chaque pas et une unité d’affichage 23, comme par exemple un écran LCD, permettent d’afficher les résultats, tandis qu’un clavier et/ou des poussoirs 24 permettent d’activer le mode de calcul de distance et de démarrer la mesure. L’unité d’affichage et le clavier et/ou les poussoirs 24 constituent un module d’interface utilisateur 25 puisqu’ils permettent d’interagir avec lui, soit en introduisant des instructions de commande, soit en donnant un feedback sur les résultats obtenus lors du calcul de distance. According to a preferred embodiment, the portable device wrist 2 according to the invention is a watch whose logical architecture is illustrated in FIG. 4. The watch includes an integrated sensor module 29 for detecting the movements of the hand and thus determining the times when the new initial condition is fulfilled. The sensor module 29 according to the invention comprises an accelerometer 26, which measures the acceleration components along three axes, and preferably two axes in the plane of the watch a third perpendicular to the plane of the watch. The sensor module also comprises a gyroscope 27 for measuring the angular accelerations along three axes, and finally a compass 28 for determining the inclination of the watch relative to the North. A processor 21 and a memory unit 22 make it possible to calculate the distance of each step and a display unit 23, such as for example an LCD screen, makes it possible to display the results, whereas a keyboard and / or pushbuttons 24 make it possible to display the results. activate the distance calculation mode and start the measurement. The display unit and the keyboard and / or the push-buttons 24 constitute a user interface module 25 since they make it possible to interact with it, either by introducing control instructions or by giving feedback on the results obtained. when calculating distance.

[0024] Selon un mode de réalisation préférentiel de l’invention, la condition initiale de vitesse nulle de la main par rapport au sol est modélisée comme correspondant à un instant où l’accéléromètre 26 du module capteur 29 détecte une annulation de l’accélération. En pratique, on pourra déterminer un seuil très faible en dessous duquel la norme du vecteur d’accélération par rapport aux composantes détectées selon les trois axes est considéré comme nul, comme par exemple 0.01 m/s. On pourra noter que l’annulation de l’accélération a certes lieu deux fois lors de l’aller-retour du mouvement du bras sur une période d’intégration, mais que seule l’annulation de l’accélération lors du mouvement rétrograde du bras pas rapport à la direction du mouvement permet d’annuler la vitesse de la main par rapport au sol. Toutefois, étant donné que les moments où l’accélération de la main s’annule dans le référentiel du corps ont lieu en opposition de phase par rapport à la période d’intégration sur un aller-retour du bras, le fait de choisir d’un ou l’autre de ces instants où l’accélération de la main s’annule pour démarrer le calcul de double intégration n’a que pour effet d’inverser le signe des résultats de distance obtenus, mais pas leur valeur absolue. Par conséquent, selon un premier mode de réalisation préférentiel, la méthode pour le calcul de distance parcourue à pied selon l’invention peut choisir aléatoirement le premier instant où une annulation de la norme du vecteur d’accélération est détectée par l’accéléromètre. According to a preferred embodiment of the invention, the initial zero speed condition of the hand relative to the ground is modeled as corresponding to a moment when the accelerometer 26 of the sensor module 29 detects a cancellation of the acceleration. . In practice, it will be possible to determine a very low threshold below which the standard of the acceleration vector with respect to the components detected along the three axes is considered as zero, for example 0.01 m / s. It may be noted that the cancellation of the acceleration takes place twice during the round-trip of the arm movement over a period of integration, but that only the cancellation of the acceleration during the retrograde movement of the arm not report to the direction of movement allows to cancel the speed of the hand compared to the ground. However, since the moments when the acceleration of the hand is canceled in the body reference frame take place in opposition to the phase of integration on a round-trip of the arm, the fact of choosing to one or the other of these moments where the acceleration of the hand is canceled to start the calculation of double integration has only the effect of inverting the sign of the obtained results of distance, but not their absolute value. Therefore, according to a first preferred embodiment, the method for calculating distance traveled by foot according to the invention can randomly choose the first instant when a cancellation of the standard of the acceleration vector is detected by the accelerometer.

[0025] Selon un deuxième mode de réalisation préférentiel de l’invention, on peut également corréler l’annulation de la valeur d’accélération détectée par l’accéléromètre 26 avec des valeurs détectées par la boussole 28 et du gyroscope 27 du module capteur, qui permettent de déterminer une direction de mouvement D et ainsi de savoir si l’accélération s’annule lors du mouvement du bras dans la direction du mouvement D qui a été déterminé, ou dans le sens opposé. Alternativement, la direction du mouvement du porteur peut être déterminée en calculant des valeurs de variance des données d’accélération mesurées par l’accéléromètre, car la variance est minimale pour l’axe latéral du corps (c’est-à-dire un axe parallèle au plan horizontal qui passerait par les deux épaules ou traverserait les hanches), mais est au contraire, toujours dans un plan horizontal, maximale dans la direction du mouvement. According to a second preferred embodiment of the invention, it is also possible to correlate the cancellation of the acceleration value detected by the accelerometer 26 with values detected by the compass 28 and the gyroscope 27 of the sensor module, which make it possible to determine a direction of movement D and thus to know whether the acceleration is canceled during the movement of the arm in the direction of the movement D which has been determined, or in the opposite direction. Alternatively, the direction of movement of the wearer can be determined by calculating variance values of the acceleration data measured by the accelerometer, since the variance is minimal for the lateral axis of the body (i.e., an axis parallel to the horizontal plane that would pass through both shoulders or cross the hips), but is instead, always in a horizontal plane, maximum in the direction of movement.

[0026] La fig. 5 illustre une montre bracelet utilisée comme appareil portable au poignet 2 dans le cadre de l’invention, et des composantes d’analyse qui permettent de simplifier la méthode de calcul de distance selon l’invention, à savoir la vitesse angulaire de rotation autour de l’axe du radius A–A, notée ωA, ainsi que la composante de vitesse normale VN au pian P défini comme étant celui de l’appareil portable au poignet 2 et correspondant à celui du dos de la main 101. Lorsque l’accéléromètre 26 mesure des données selon trois axes, dont deux définissent le plan P de l’appareil portable au poignet 2 et le troisième définit la direction normale de mesure de la composant normale de vitesse VN, on peut considérer qu’il n’y a aucun mouvement latéral parasite de la main lorsque les valeurs mesurées par l’accéléromètre selon cette composante sont inférieurs à un certain seuil prédéterminé, et qu’il n’y a non plus aucun mouvement en torsion de la main autour de l’axe du radius A–A lorsque les valeurs détectées par le gyromètre 27 selon cet axe sont également inférieurs à un seuil prédéterminé. Dans ce cas, on pourra n’effectuer le calcul de double intégration qu’en utilisant uniquement les deux composantes d’accélération dans le plan P de l’appareil portable au poignet 2 afin de simplifier les calculs et diminuer la consommation énergétique pour l’alimentation du processeur 21, et ainsi augmenter la durée de vie de la pile pour un usage régulier de l’appareil portable au poignet 2 permettant la mesure de la distance parcourue lors de chaque sortie de son porteur. Fig. 3 5 illustrates a wristwatch used as a portable wrist apparatus 2 in the context of the invention, and analysis components that make it possible to simplify the distance calculation method according to the invention, namely the angular speed of rotation around the axis of the radius A-A, denoted by ωA, as well as the normal speed component VN to the plane P defined as that of the portable apparatus at the wrist 2 and corresponding to that of the back of the hand 101. When the accelerometer 26 measurement of the data along three axes, two of which define the plane P of the portable device to the wrist 2 and the third defines the normal direction of measurement of the normal component of speed VN, we can consider that there is no parasitic lateral movement of the hand when the values measured by the accelerometer according to this component are below a certain predetermined threshold, and that there is also no movement in torsion of the hand around the radius axis A-A when the values detected by the gyro 27 along this axis are also below a predetermined threshold. In this case, it will be possible to carry out the dual integration calculation only by using only the two acceleration components in the plane P of the portable device at the wrist 2 in order to simplify the calculations and to reduce the energy consumption for the device. processor power 21, and thus increase the life of the battery for regular use of the portable device wrist 2 for measuring the distance traveled during each exit of its carrier.

[0027] Afin de mettre en œuvre la méthode de calcul selon l’invention, un programme informatique pourra être chargé directement dans l’unité de mémoire 22 de l’appareil portable 2 avant sa première mise en service, ou encore disponible pour un téléchargement sur un site internet, par exemple du vendeur de l’appareil portable au poignet. Des mises à jour logicielles pourront également être prévues ainsi qu’une interface de communication pour analyser les données d’une sortie de manière asynchrone sur un ordinateur fixe ou portable. In order to implement the calculation method according to the invention, a computer program can be loaded directly into the memory unit 22 of the portable device 2 before it is first put into service, or else available for download. on a website, for example the seller of the portable device on the wrist. Software updates may also be provided as well as a communication interface for analyzing the data of an output asynchronously on a computer or laptop.

Claims

1. Method for calculating a walking distance using a portable wrist pedometer (2) having a processor (21), a memory unit (22) and a sensor module ( 29), and also a user interface (25), said method calculating the distance traveled during each step by double integration from data measured by said sensor module (29), characterized in that the initial condition for the The beginning of each integration period for each step is a zero speed of the hand relative to the ground.

2. Method for calculating a walking distance according to claim 1, characterized in that said initial condition of zero velocity of the hand relative to the ground is modeled as corresponding to a moment when an acceleration value cancellation is detected by an accelerometer (26) of said sensor module (29).

Method for calculating a walking distance according to claim 2, characterized in that the cancellation of said acceleration value detected by said accelerometer is correlated with values of a compass (28) and / or a gyroscope (27) of said sensor module for determining a direction of movement (D).

4. Method for calculating a distance traveled on foot according to one of the preceding claims, characterized in that said calculation of each step is performed only by using the acceleration components in the plane (P) of said portable device (2).

Computer program comprising instructions for executing the method of calculating a walking distance according to one of claims 1 to 4.

A wrist-worn pedometer apparatus (2) comprising a sensor module (29) comprising an accelerometer (26), a gyroscope (27) and a compass (28), a processor (21), a memory unit (22) and a user interface (25) formed of a display unit (23) and a keyboard and / or pushers (24) for executing the computer program of claim 5.