EP4248295A1 - Interface homme-machine comportant un gant - Google Patents
Interface homme-machine comportant un gantInfo
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- EP4248295A1 EP4248295A1 EP21811007.0A EP21811007A EP4248295A1 EP 4248295 A1 EP4248295 A1 EP 4248295A1 EP 21811007 A EP21811007 A EP 21811007A EP 4248295 A1 EP4248295 A1 EP 4248295A1
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Definitions
- the integration of the coil of the transmitter in the glove at the level of a finger is relatively simple to achieve because the coil can be of small size, and the wires to be integrated into the glove to power it or power the transmitter can be small in section and relatively few in number.
- the processing circuit is preferably configurable so as to allow a user to define a command to be generated as an output according to at least one orientation and/or gesture detected.
- the processing circuit emulates the data transmitted in Bluetooth by a wireless mouse in response to certain gestures detected, which makes it easy to use the interface to control equipment such as a computer.
- the interface comprises one or more sensors of the physiological state of the wearer, for example of the ECG, of the oxygen level, of the temperature, of the external environment, for example of the external temperature, the presence of particular gaseous compounds (for example CO, etc.), vibrations, sounds, in particular a microphone, radiation, . . .
- the neural network 64 is trained beforehand during a calibration phase.
- the time sequence 63 is obtained following a pre-processing phase 61 of the measurements taken.
- the process of determining the gesture is for example activated by a triggering event 62 of the user, who comes for example to exert pressure on one of the fingers or in the palm of the hand provided with the glove, or an overall characteristic gesture of the hand like a clenched fist.
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Abstract
Interface homme-machine comportant un gant Interface Homme Machine (1), comportant - un gant (6) comportant o au moins un émetteur intégré au gant, comportant au moins une bobine (32) d'émission d'un champ magnétique, disposée sur un doigt du gant de telle sorte que l'orientation du champ émis relativement à une direction de référence dans un référentiel lié au gant évolue avec celle du doigt, o au moins un circuit de traitement (2) intégré au gant, comportant au moins un récepteur (21) du signal émis par l'émetteur, configuré pour traiter le signal reçu afin de déterminer au moins l'orientation de la bobine (32) de l'émetteur (3) dans ledit référentiel.
Description
Description
Titre : Interface homme-machine comportant un gant
Domaine technique
La présente invention concerne les interfaces homme-machine, et plus particulièrement celles reconnaissant au moins certains mouvements des doigts.
Technique antérieure
Il est connu de détecter la gestuelle des mains grâce à des interfaces homme-machine comportant un système d’évaluation visuelle externe, comme par exemple une caméra, couplé avec un algorithme de traitement d’images. Cependant, ces interfaces ne sont pas tout à fait adaptées à des applications mobiles.
Par ailleurs, les dispositifs électroniques portatifs détectant le mouvement des mains comportent généralement des capteurs, attachés sur la main ou à proximité, présentant l’inconvénient d’être parfois invasifs pour l’utilisateur. De plus, ces capteurs peuvent être reliés par des liaisons filaires à un circuit de traitement, avec le risque d’une dégradation plus rapide du dispositif.
Les demandes US 2017/090568 et US 2016/246270 divulguent un gant comportant des émetteurs et un ou plusieurs récepteurs permettant de déterminer la position et l’orientation des doigts de la main, et d’en déduire certaines gestuelles. De tels dispositifs peuvent être sujet à des erreurs de détection de gestuelles dans des situations où les signaux des émetteurs sont perturbés par l’environnement électromagnétique.
L’article « Auraring : Precise electromagnetic finger tracking » décrit un dispositif portatif de détection des mouvements d’un doigt. Ce dispositif comporte une bague avec une bobine intégrée émettant un champ électromagnétique, et un bracelet récepteur équipé de plusieurs capteurs déterminant la position et l’orientation de la bague. La bague est entièrement indépendante du reste du dispositif, avec l’inconvénient qu’elle doit être auto-alimentée grâce à une batterie qui peut entraver la liberté de mouvement du doigt, et restreinte dans son autonomie par sa contrainte de taille. Par ailleurs, ce système à une bague ne permet de détecter que les mouvements d’un seul doigt de la main, limitant substantiellement le champ d’applications de la technologie.
Exposé de l’invention
Il existe par conséquent un besoin pour perfectionner encore les interfaces homme-machine concernant la reconnaissance des mouvements de la main, notamment afin d’obtenir un dispositif capable d’évaluer au moins l’orientation, et mieux la position également, d’au moins un doigt de la main de manière autonome. Il y a aussi un intérêt pour un dispositif relativement robuste et portatif, qui permette à l’utilisateur d’exécuter un grand nombre de tâches tout en restant mobile et avec les mains libres.
Résumé de l’invention
L’invention vise à répondre à ce besoin, et elle y parvient selon un premier de ses aspects, grâce à une Interface Homme-Machine (encore appelée IHM), comportant
- un gant comportant o au moins un émetteur intégré au gant, comportant au moins une bobine d’émission d’un champ magnétique, disposée sur un doigt du gant de telle sorte que l’orientation du champ émis relativement à une direction de référence dans un référentiel lié au gant évolue avec celle du doigt, o au moins un circuit de traitement intégré au gant, comportant au moins un récepteur du signal émis par l’émetteur, configuré pour traiter le signal reçu afin de déterminer au moins l’orientation de la bobine de l’émetteur dans ledit référentiel.
Grâce à l’invention, on bénéficie d’une interface robuste et fiable et relativement confortable à porter par l’utilisateur, répondant aux contraintes de la mobilité.
L’intégration de la bobine de l’émetteur dans le gant au niveau d’un doigt est relativement simple à réaliser car la bobine peut être de faible encombrement, et les fils à intégrer au gant pour l’alimenter ou alimenter l’émetteur peuvent être de faible section et relativement peu nombreux.
Dans des exemples de mise en œuvre de l’invention, on n’intègre au niveau du doigt que la bobine et celle-ci est reliée à un oscillateur distant, faisant par exemple partie du circuit de traitement. Cela permet de minimiser l’encombrement au niveau des doigts. En variante, on intègre au niveau du doigt l’ensemble de l’émetteur, c’est-à-dire l’oscillateur et la bobine. Cela peut permettre de diminuer l’émission de signaux parasites, et faciliter le traitement du signal reçu.
De préférence, le gant comporte au moins une source électrique commune à l’émetteur et au circuit de traitement pour leur alimentation électrique, de préférence une source électrique disposée sur le dessus de la main ou dans la région du poignet.
La présence du ou des émetteurs est utile pour permettre la détection de gestuelles particulières. L’interface comporte avantageusement un système permettant de détecter un ou plusieurs appuis en une ou plusieurs régions prédéfinies du gant. Le circuit de traitement peut ainsi être avantageusement agencé pour détecter un appui sur au moins un point de contact prédéfini du gant à l’aide de l’un des doigts de l’utilisateur portant ce gant.
En particulier, le circuit de traitement peut être agencé pour détecter un appui mutuel entre deux points de contact prédéfinis du gant, ces points de contact étant disposés sur le gant de manière à permettre à l’utilisateur d’amener sélectivement ces points en contact ou non en bougeant au moins un doigt de la main. De préférence, au moins un point de contact est situé sur le pouce et au moins un autre est situé sur l’index et/ou le majeur.
Les points de contact peuvent être définis par des moyens de détection divers et comporter par exemple chacun une électrode reliée par une liaison filaire au circuit de traitement.
De façon générale, le circuit de traitement peut être agencé pour détecter un appui sur un point de contact par détection résistive, capacitive, optique, inductive, électromécanique, thermique, piézo-résistive ou piézo-électrique.
Dans des exemples de réalisation, le gant comporte au moins deux points de contact disposés de manière à permettre à l’utilisateur de les amener sélectivement en contact, chacun de ces points de contact comportant une électrode reliée par une liaison filaire au circuit de traitement, ce dernier étant agencé pour détecter par détection résistive ou capacitive un appui mutuel entre ces points de contact.
De préférence, l’interface comporte au moins un premier module pouvant communiquer par une liaison sans fil, de préférence par radio-télémétrie bidirectionnelle, avec au moins un deuxième module externe au gant afin de déterminer la position du gant relativement au référentiel du module externe. Le premier module se situe de préférence dans la région du poignet, et le ou les module(s) exteme(s) peuvent être portés par l’utilisateur, par exemple sur la ceinture, dans une poche ou sur un casque. Chaque module peut être à récepteur/ émetteur.
Dans un autre exemple de réalisation, le module externe est fixe dans l’environnement extérieur, n’étant par exemple pas porté par l’utilisateur qui porte le gant.
Le premier module et le ou les modules externes peuvent communiquer par une liaison sans fil bidirectionnelle, de préférence de type radiofréquence, par exemple utilisant la technologie de modulation ultra wide band (UWB). Grâce à la communication avec le ou les modules externes, la position du gant par rapport au référentiel du ou des modules externes peut être déterminée, et également, si utile, celle de la ou des bobines portées par les doigts relativement à ce ou ces référentiels externes. Ainsi, de nouvelles gestuelles impliquant un mouvement de la main ou des bras peuvent avantageusement être détectées. Cela permet encore de discriminer des gestuelles de doigts identiques mais effectuées à des positions distinctes dans l’espace, ou de détecter des séquences plus complexes de mouvements de doigts et de la main ou des bras. Ainsi, l’interface peut être agencée pour transmettre des informations en décodant non seulement le mouvement des doigts dans le référentiel du gant mais aussi du gant dans un référentiel externe, attaché à l’utilisateur ou non. Ce référentiel externe est par exemple fixe relativement à une ceinture ou un casque, ou toute autre partie de l’utilisateur, comme mentionné ci-dessus.
De préférence, l’interface comporte au moins deux émetteurs ou bobines d’émetteurs disposés sur deux doigts différents ou sur deux phalanges différentes d’un même doigt, mieux au moins trois émetteurs ou bobines d’émetteurs différents disposés sur trois doigts différents. L’interface peut ainsi comporter au moins un émetteur ou bobine d’émetteur sur chacun du pouce, de l’index et/ou du majeur.
De préférence, les émetteurs émettent à des fréquences différentes, le circuit de traitement étant agencé pour discriminer les signaux de chaque émetteur.
De préférence, le circuit de traitement est agencé pour déterminer l’amplitude et la phase du signal reçu par le récepteur et provenant de l’émetteur.
Le ou chaque émetteur est de préférence alimenté électriquement par une liaison filaire, lorsqu’il n’est pas disposé au sein du circuit de traitement. En variante, c’est-à-dire par exemple lorsque l’intégralité d’un émetteur est située au niveau d’un doigt et qu’il n’est pas alimenté par une liaison filaire, l’alimentation de l’émetteur peut s’effectuer sans fil, par induction.
Le circuit de traitement est de préférence situé dans la région du poignet, ce qui minimise la gêne occasionnée lors du port du gant, et permet de minimiser la présence de composants électriques au niveau des doigts.
De préférence, le circuit de traitement comporte un transmetteur pour transmettre à un équipement tiers des données par une liaison sans fil, ces données résultant de l’orientation et/ou de la gestuelle détectée. Cette liaison sans fil peut être de tout type, par exemple radiofréquence ou optique. Le cas échéant, le premier module précité est utilisé pour transmettre ces données, et le deuxième module précité peut servir de relais de transmission vers l’équipement tiers.
Le circuit de traitement est de préférence configurable de manière à permettre à un utilisateur de définir une commande à générer en sortie en fonction d’au moins une orientation et/ou gestuelle détectée. Par exemple, le circuit de traitement émule les données émises en Bluetooth par une souris sans fil en réponse à certaines gestuelles détectées, ce qui permet d’utiliser facilement l’interface pour commander un équipement tel qu’un ordinateur.
Le circuit de traitement peut comporter au moins un réseau de neurones pré-entraîné à reconnaître une gestuelle prédéfinie effectuée par l’utilisateur avec sa main, voire sa main et son bras, ce qui peut faciliter la reconnaissance de diverses gestuelles, notamment une gestuelle des doigts ou de la main effectuée à une hauteur prédéfinie relativement au corps. L’invention a encore pour objet un ensemble comportant :
- une interface selon l’invention, telle que définie ci-dessus,
- un équipement apte à être connecté à l’interface de manière à recevoir de celle-ci des données générées en sortie en fonction d’au moins une orientation et/ou gestuelle détectée.
L’équipement peut comporter au moins un dispositif d’affichage et les données en sortie peuvent contrôler un pointeur et/ou un outil de sélection sur une image, par exemple un menu, affichée par le dispositif d’affichage.
L’équipement comporte par exemple un émetteur/récepteur et les données en sortie contrôlent un état d’émission ou d’écoute du récepteur. En variante, l’équipement est un véhicule terrestre, navire ou aéronef, ou fait partie d’un tel véhicule, navire ou aéronef, et les données en sortie participent au guidage dudit véhicule, navire ou aéronef.
Cet ensemble peut comporter les premier et deuxième(s) module(s) définis plus haut, permettant de connaître les mouvements du bras relativement à un référentiel externe lié à l’utilisateur ou non, et par exemple de connaître la hauteur de réalisation d’un mouvement des doigts par rapport à un référentiel attaché à l’utilisateur.
L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé pour générer au moins une information vers un équipement, en utilisant une interface selon l’invention, comportant les étapes consistant à : détecter l’orientation au moins du doigt équipé de l’émetteur ou de la bobine de l’émetteur, notamment une gestuelle prédéfinie de la main, sur la base de cette détection, générer une information prédéfinie vers l’équipement.
La gestuelle prédéfinie consiste par exemple à accoler l’index et le majeur sur leur longueur, l’invention n’étant toutefois pas limitée à cette seule gestuelle. La gestuelle prédéfinie peut comporter une gestuelle combinée des doigts et du bras. On peut ainsi détecter la position de la main relativement à un référentiel externe au gant, notamment un référentiel lié à l’utilisateur, et utiliser la connaissance de l’orientation et/ou de la position des doigts dans le référentiel lié au gant et du gant dans le référentiel lié à l’utilisateur pour discriminer entre des gestuelles impliquant un mouvement des doigts et de la main.
La gestuelle prédéfinie est avantageusement identifiée à l’aide d’un réseau de neurones préentraîné.
La reconnaissance de la gestuelle peut faire intervenir le cas échéant la détection d’appuis entre les doigts sur des points de contacts prédéfinis.
Il est également possible de subordonner la validation d’un appui détecté entre deux points de contacts prédéfinis à la reconnaissance d’une gestuelle particulière préalable à la détection du contact ; cela peut permettre d’améliorer la fiabilité de la détection.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] la figure 1 représente de manière schématique et partielle un exemple d’interface homme-machine selon l’invention,
[Fig 2] la figure 2 représente de manière partielle et schématique certains détails de réalisation du gant,
[Fig 3] la figure 3 représente en perspective, de façon partielle et schématique, un doigt du gant intégrant un émetteur ou une bobine d’émetteur,
[Fig 4A] la figure 4A illustre en coupe transversale schématique et partielle selon IV de la figure 3 un exemple d’intégration de l’émetteur ou de la bobine contre le gant,
[Fig 4B] la figure 4B illustre en coupe transversale schématique et partielle selon IV de la figure 3 un exemple d’intégration de l’émetteur ou de la bobine au sein de la paroi du gant,
[Fig 4C] la figure 4C illustre en coupe transversale schématique et partielle selon IV de la figure 3 un exemple d’intégration de l’émetteur ou de la bobine débouchant sur l’extérieur du gant,
[Fig 5] la figure 5 illustre de manière schématique la possibilité de munir le gant de moyens de détection du contact entre des points de contact prédéfinis,
[Fig 6A] la figure 6A représente une variante de réalisation des moyens de détection avec électrode,
[Fig 6B] la figure 6B représente une variante de réalisation des moyens de détection avec micro-contacteur,
[Fig 7] la figure 7 représente de manière partielle et schématique certains détails de réalisation d’un exemple d’interface,
[Fig 8] la figure 8 est un schéma en blocs représentant certains détails de réalisation d’un émetteur et du circuit de traitement,
[Fig 9] la figure 9 illustre la détermination de la position et de l’orientation de la bobine d’un émetteur relativement à un récepteur associé,
[Fig 10] la figure 10 illustre les transformations conduisant à la détermination de la position et de l’orientation de la main,
[Fig 11] la figure 11 est un schéma en blocs illustrant des étapes d’un exemple de procédé de détermination de la gestuelle de la main munie du gant de l’interface,
[Fig 12] la figure 12 illustre de manière partielle et schématique la possibilité pour le gant de communiquer par une liaison sans fil avec un module externe, par exemple porté par l’utilisateur à sa ceinture,
[Fig 13] la figure 13 est un schéma en blocs représentant certains détails de réalisation de l’exemple de la figure 12,
[Fig 14] la figure 14 illustre un exemple d’application de l’interface, et
[Fig 15] la figure 15 donne un autre exemple d’utilisation de l’interface.
Description détaillée
On a représenté aux figures 1 et 2 un exemple d’interface homme-machine 1 selon l’invention, comportant un gant 6. Cette interface 1 comporte N émetteurs 3, au nombre de trois dans l’exemple considéré. Chaque émetteur 3 est agencé pour émettre un signal magnétique et comporte une bobine intégrée à un doigt du gant 6, les émetteurs émettant de préférence à des fréquences respectives différentes.
Dans l’exemple considéré, la partie de chaque émetteur 3 qui est intégrée à un doigt du gant 6 présente une forme générale annulaire et s’étend autour du doigt correspondant.
L’interface 1 comporte par ailleurs dans l’exemple considéré plusieurs détecteurs associés à des points de contact 4, reliés par des liaisons filaires 10 à un circuit de traitement 2. Ces points de contact 4 sont par exemple positionnés sur différents doigts du gant 6, comme illustré sur la figure 5.
Le circuit de traitement 2 est avantageusement agencé pour transmettre à un équipement externe E des données dépendant du mouvement effectué par la main, cette transmission s’effectuant de préférence par une liaison sans fil.
L’interface 1 comporte une source électrique 5, par exemple une batterie rechargeable, commune aux émetteurs 3 et au circuit de traitement 2, pour leur alimentation électrique, par exemple reliée au circuit de traitement 2 par une liaison filaire 50 et à chacune des parties des émetteurs 3 s’étendant autour des doigts par une liaison filaire respective 30, visible sur la figure 3.
Le circuit de traitement 2 est situé de préférence dans la région du poignet et les liaisons filaires 50 et 30 sont intégrées au sein de la paroi du gant 6 de manière à être protégées des sollicitations externes et des contacts directs avec la main de l’utilisateur. Le gant 6 peut être de plusieurs tailles selon l’utilisateur et comporte par exemple plusieurs couches d’un textile résistant, cousues ou assemblées autrement entre elles. La source électrique 5 peut être disposée sur le dessus du gant 6 ou dans la région du poignet de manière à ne pas gêner le confort et la liberté de mouvement de l’utilisateur. Le circuit de traitement 2 peut être logé dans un boîtier s’étendant par exemple tout autour du poignet ou sur une partie seulement de celui-ci. La source 5 peut être agencée pour être rechargée par induction, ou à l’aide d’un connecteur spécifique.
L’orientation du champ émis par la bobine de chaque émetteur 3, relativement à une direction de référence dans un référentiel lié au gant 6, évolue avec celle du doigt portant cette bobine. Le circuit de traitement 2 traite le signal reçu de chaque émetteur 3 afin de déterminer la position et l’orientation de la bobine dans ce référentiel.
L’émetteur 3, ou la bobine de celui-ci, peut être intégré de différentes manières dans le gant 6. Dans l’exemple de la figure 4A, l’émetteur 3 (ou sa bobine) est au contact du doigt D inséré dans le gant, ce qui le protège au mieux des sollicitations mécaniques externes.
Dans la variante de la figure 4B, l’émetteur 3 (ou sa bobine) se situe au sein de la paroi du gant 6, par exemple sensiblement à mi-épaisseur comme illustré, et ainsi n’est pas en contact avec le doigt, ce qui peut améliorer le confort du porteur du gant, tout en bénéficiant d’une certaine protection vis-à-vis de l’extérieur.
Dans la variante de la figure 4C, l’émetteur 3 (ou sa bobine) affleure de la surface extérieure du gant. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à une manière particulière d’intégrer l’émetteur 3 au gant.
Les points de contact 4 sont par exemple disposés respectivement sur le majeur et l’index, sur le côté de ceux-ci tourné vers le pouce, et ce dernier peut également définir un point de contact 4 muni de moyens de détection, de façon à pouvoir détecter la venue du point de contact présent sur le pouce avec l’un de ceux présents sur l’index ou le majeur.
Les moyens de détection associés aux points de contact 4 peuvent être réalisés de multiples manières.
Par exemple, chaque point de contact 4 est défini par une électrode reliée par une liaison filaire 10 au circuit de traitement 2. Cette électrode peut être une surface conductrice présente sur la surface extérieure du gant, comme illustré à la figure 6A. Dans une variante, comme illustré à la figure 6B, chaque point de contact 4 est associé à un micro-contacteur.
L’invention n’est pas limitée à des moyens de détection particulier d’un appui mutuel de deux doigts l’un avec l’autre au niveau de points de contact 4 prédéfinis, et les moyens de détection sont par exemple agencés pour détecter un contact par détection résistive, capacitive, optique, inductive, électromécanique, thermique ou piézo-électrique, entre autres possibilités.
On a illustré à la figure 7 certaines possibilités de réalisation de l’interface 1.
Le circuit de traitement 2 comporte dans l’exemple de cette figure N voies de réception matérialisées par autant de récepteurs 21, le récepteur de chaque voie étant accordé sur la fréquence d’émission de l’émetteur 3 correspondant.
Le bloc 22 illustre l’acquisition des données provenant des récepteurs 21 et des moyens de détection associés aux points de contact 4, ces données étant traitées par un processeur 23 du circuit de traitement 2. Par « processeur », il faut comprendre tout moyen de traitement permettant de traiter les données afin de délivrer l’information recherchée, le processeur pouvant comporter un ou plusieurs circuits tels que des microcontrôleurs, FPGA, microprocesseurs, ... et les composants classiquement associés (mémoires, convertisseurs, horloges, circuits E/S, interfaces de communication, etc...).
Le circuit de traitement 2 peut comporter en outre un ou plusieurs capteurs additionnels, par exemple comme illustré un accéléromètre 24, un capteur magnétique 25 et un gyroscope 26, permettant de déterminer l’accélération et l’orientation du circuit de traitement 2 (et donc de la main du porteur) dans un référentiel extérieur au gant 6.
Dans des variantes, l’interface comporte un ou plusieurs capteurs de l’état physiologique du porteur, par exemple de l’ECG, du taux d’oxygène, de la température, de l’environnement extérieur, par exemple de la température extérieure, de la présence de composés gazeux particuliers (par exemple CO, ...), de vibrations, de sons, notamment un microphone, de radiations, . . .
L’interface 1 peut encore comporter une antenne de réception de données satellites de géo-positionnement (par exemple GPS) et/ou une antenne pour communiquer avec un réseau de télécommunication.
Le cas échéant, l’interface 1 comporte au moins un actionneur tactile, par exemple un vibreur, permettant de transmettre une information au porteur.
Le circuit de traitement 2 peut comporter un modem 27, par exemple radiofréquence de type WiFi ou Bluetooth, permettant à l’interface 1 de communiquer avec un équipement tiers par une liaison sans fil.
Dans une variante, le circuit de traitement 2 ne comporte qu’un seul récepteur 21, utilisé en lien avec un seul émetteur à la fois, ces derniers étant alors alimentés séquentiellement.
Comme illustré à la figure 8, chaque émetteur 3 peut comporter un circuit oscillant 31 excitant une bobine 32 faisant partie d’un circuit résonant 33. Comme mentionné plus
haut, tous les composants de l’émetteur 3 peuvent être présents au niveau du doigt, étant par exemple noyés avec la bobine dans un anneau en une matière synthétique, par exemple une résine. La bobine 32 comporte de préférence plusieurs spires encapsulées dans l’anneau de l’émetteur 3 s’étendant autour du doigt, et coaxiales avec celui-ci.
Dans une variante, on n’intègre au niveau du doigt que la bobine 32 et celle-ci est reliée à un oscillateur distant, faisant par exemple partie du circuit de traitement 2. Dans ce cas, la bobine est de préférence rigidifiée en étant encapsulée dans une résine, de façon à lui permettre de conserver sa forme initiale malgré les contraintes mécaniques appliquées au gant 6.
La fréquence de résonance du circuit résonant 33 se situe de préférence entre 20kHz et 2MHz. Le circuit résonant 33 et le circuit de traitement 2 sont alimentés par la source électrique 5, laquelle comporte par exemple comme illustré un module régulateur 52, alimentant une batterie 51.
Le signal émis par la bobine de chaque émetteur 3 est reçu par au moins un récepteur multiaxe 21 présent au niveau du poignet, filtré à travers un filtre passe-bande 27 avant d’être amplifié par un amplificateur 28 pour être traité par le processeur 23, les données étant par exemple transmises à celui-ci grâce à un convertisseur analogique/numérique 29. Comme indiqué plus haut, le circuit de traitement peut ne comporter qu’un seul récepteur, ou en variante une pluralité de récepteurs.
Lorsque l’utilisateur effectue un mouvement de la main, la position et l’orientation du champ magnétique émis par la bobine de chaque émetteur 3, située sur un doigt, varie relativement à chaque récepteur multiaxe 21, situé dans la région du poignet.
Comme représenté à la figure 9, le signal reçu par chaque récepteur multiaxe 21 permet d’évaluer, en mesurant l’amplitude 34 et la phase 35 du signal selon trois directions orthogonales, la position et l’orientation de cette bobine.
De préférence, les émetteurs 3 émettent successivement à des fréquences différentes, chaque récepteur 21 étant agencé pour discriminer les signaux des différents émetteurs 3.
De préférence, on calibre l’interface au préalable de façon à pouvoir plus facilement détecter l’orientation et la position de chaque bobine d’émetteur. Cette calibration peut impliquer d’effectuer avec la main une séquence de mouvements prédéfinie, en amenant par exemple la main à plat puis en bougeant les doigts d’une manière prédéfinie.
De préférence, le circuit de traitement 2 comporte plusieurs récepteurs 21 intégrés au gant 6, par exemple trois, dans la région du poignet et sensiblement espacés autour du poignet afin que les mesures effectuées par les récepteurs 21 soient suffisamment différentes pour déterminer de manière relativement précise la position et l’orientation de la bobine de chaque émetteur 3. Dans ce cas, les trois récepteurs 21, chacun multiaxe, sont utilisés simultanément pour la détection des signaux provenant d’une bobine d’émetteur donnée. On peut ainsi analyser séquentiellement les orientations et positions des bobines des différents émetteurs 3. Les émetteurs 3 peuvent émettre simultanément à des fréquences différentes, ou en variante émettre séquentiellement à des fréquences différentes, ou en variante encore émettre séquentiellement à une même fréquence.
Les mesures effectuées par chacun des récepteurs 21 selon trois axes de réception orthogonaux (par exemple à l’aide de bobines de détection d’axes orthogonaux) sont regroupées, comme illustré sur la figure 9, afin de déterminer la position et l’orientation de la bobine de chaque émetteur dans le référentiel du gant, grâce à une transformation 60 qui inclut un changement de repère. Ces données numériques sont traitées par le processeur 23, de préférence en combinaison avec les données d’accélération, de position et d’orientation du gant, provenant des capteurs 24 à 26 précités, afin de déterminer la position et l’attitude de la main de manière absolue, c’est-à-dire par rapport à un référentiel externe au gant, comme illustré à la figure 10. De préférence, comme détaillé plus loin, des modules communicants peuvent être utilisés pour connaître la position du gant dans un référentiel externe lié à l’utilisateur ou non.
Pour reconnaître par exemple une gestuelle des doigts de la main à partir des valeurs d’orientation et de position mesurées pour chaque émetteur 3, on peut mettre en œuvre un algorithme tel qu’illustré sur la figure 11, exploitant un réseau de neurones 64 préentraîné.
Le réseau de neurones 64 est par exemple agencé pour reconnaître une gestuelle prédéfinie effectuée par l’utilisateur avec ses doigts relativement à son poignet, à partir d’une séquence temporelle de jeux de données 63 comprenant des informations sur l’orientation et la position des bobines des émetteurs 3 disposées sur les doigts.
Le réseau de neurones 64 est entraîné au préalable durant une phase de calibration.
La séquence temporelle 63 est obtenue à la suite d’une phase de prétraitement 61 des mesures effectuées. Le processus de détermination de la gestuelle est par exemple activé par un évènement déclencheur 62 de l’utilisateur, qui vient par exemple effectuer une pression sur un des doigts ou dans la paume de la main munie du gant, ou un geste caractéristique global de la main tel qu’un poing fermé.
Le cas échéant, le réseau de neurones 64 est utilisé pour reconnaître une gestuelle plus complexe, des doigts et/ou du bras de l’utilisateur, grâce à la connaissance de la position du gant relativement à un référentiel lié à l’utilisateur ou non.
Pour connaître la position du gant relativement à un référentiel externe au gant, le gant peut comporter un premier module émetteur/récepteur 7 qui peut communiquer par une liaison sans fil bidirectionnelle avec un deuxième module externe 8 afin de déterminer la position de l’interface 1 relativement au référentiel du module externe 8.
Comme illustré à la figure 12, le premier module 7 peut se situer dans la région du poignet et le deuxième module externe 8 peut être porté par l’utilisateur, par exemple à la ceinture. Ainsi dans l’exemple considéré, il est possible de détecter la hauteur de réalisation du mouvement des doigts par rapport à un référentiel relatif à la moitié supérieure du corps.
Dans d’autres exemples de réalisation, le module externe 8 peut se situer à d’autres endroits sur l’utilisateur, par exemple dans une poche ou sur un casque.
Il est encore possible d’utiliser un module 8 fixe dans l’environnement extérieur, non porté par l’utilisateur, par exemple fixé sur un mur ou un équipement, par exemple un véhicule à l’arrêt, ce qui permet de déterminer la position de la main munie du gant dans l’espace. Il peut aussi y avoir plusieurs modules externes 8 communiquant avec le module 7 du gant, pour apporter par exemple plus de précision dans la localisation du gant dans ce référentiel externe.
En déterminant la position de la main munie du gant relativement au référentiel externe lié au(x) module(s) externes 8, il est possible de discriminer des gestuelles de doigts identiques mais effectuées à des positions distinctes dans l’espace, par exemple au-dessus de la tête, au niveau des épaules, du thorax, etc. De nouvelles gestuelles impliquant des mouvements des doigts et du bras peuvent être détectées. Le nombre de gestuelles identifiables s’en trouve augmenté, enrichissant par conséquent les possibilités d’applications de l’invention.
La communication entre le module 7 et le module 8 se fait de préférence par radio-télémétrie, par exemple avec la technologie UWB. La position du module 7 peut être estimée grâce au décalage horaire radio de l’arrivée du signal, c’est-à-dire par mesure du temps de propagation des signaux. Comme illustré à la figure 13, le module 7 comporte un émetteur-récepteur RF 71 qui transmet et reçoit les signaux grâce à une antenne 72. Les données à transmettre ou à recevoir 75 sont traitées par un processeur 73. Le module 7 du gant est par exemple alimenté relié par une liaison filaire 74 à l’alimentation 5 commune avec le circuit de traitement 2. Le module externe 8 comporte similairement au module 7 un émetteur/récepteur RF 81, une antenne 82 et un processeur 83 qui traite les données transmises ou reçues 85. Le module externe 8 est par exemple relié à une alimentation externe par une liaison filaire 84.
La détection d’une gestuelle prédéfinie peut être utilisée pour commander un équipement annexe, par exemple des lunettes El de réalité augmentée, comme illustré à la figure 14. Dans l’exemple considéré, la gestuelle prédéfinie G1 consiste à accoler l’index et le majeur sur leur longueur et à effectuer un mouvement latéral de la main vers la gauche avec les doigts ainsi accolés.
L’équipement El comporte par exemple un menu qui est affiché et l’interface 1 permet une sélection au sein de ce menu. Dans cet exemple, les lunettes El affichent à un instant donné un chronomètre Cl et l’utilisateur, par exemple un coureur ou un randonneur, sélectionne en effectuant la gestuelle G1 la fonction d’affichage de données de géolocalisation C2 en remplacement de l’affichage du chronomètre.
L’équipement connecté à l’interface peut aussi recevoir de celle-ci des données résultant de la détection d’un appui mutuel entre deux points de contact 4 prédéfinis, comme représenté à la figure 15.
L’équipement E2 est un talkie-walkie dans cet exemple considéré et les données en sortie de l’interface 1 contrôlent un état d’émission ou d’écoute du talkie-walkie. Lorsque l’utilisateur accomplit une gestuelle G2 consistant à accoler son pouce et son index, le circuit de traitement 2 détecte le contact aux points A et B et commande par exemple au téléphone E2 de répondre à un appel, sans que l’utilisateur n’ait à interagir par contact direct avec le talkie-walkie.
Les points de contact intégrés au gant peuvent se situer sur les doigts comme décrit ci-dessus, ou tout autre partie de la main, par exemple la paume ou le poignet.
Les doigts du gant peuvent présenter plusieurs points de contact 4, par exemple un sur chaque phalange d’un ou plusieurs doigts, voire un ou plusieurs sur la paume de la main ou sa tranche.
La détection d’un appui mutuel entre deux points de contact prédéfinis peut ainsi avoir lieu entre deux doigts comme illustré à la figure 15, ou en tous autres appuis possibles selon la disposition des points de contact sur le gant, par exemple entre quatre doigts avec au moins un contact sur chacun des doigts ou entre un doigt et la paume avec au moins un contact sur le doigt et au moins un contact sur la paume.
La détection d’un appui mutuel entre deux points de contact prédéfinis peut avoir lieu dans un contexte où il y a seulement deux points de contact du gant à un instant donné qui sont en appui mutuel, ou en variante dans un contexte où davantage d’appuis mutuels existent concomitamment.
Le circuit de traitement peut être agencé pour détecter deux appuis mutuels ou plus, simultanément ou séquentiellement, et en déduire une ou plusieurs commandes selon les combinaisons d’appuis correspondantes qui sont reconnues. Par exemple, le circuit de commande peut être agencé pour détecter que l’utilisateur accole son pouce et son index et amène simultanément un autre de ses doigts, par exemple l’auriculaire, en contact avec la paume de sa main (ou tout autre région du gant où se situe un point de contact).
Bien entendu, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits.
Par exemple, les émetteurs 3 ou leurs bobines sont disposés sur des phalanges différentes d’un même doigt.
L’interface peut être connectée à plusieurs équipements tiers et aider l’utilisateur à contrôler simultanément ces dispositifs.
L’invention peut encore être mise en œuvre pour permettre à l’utilisateur d’améliorer ses moyens de communiquer avec des personnes ou des périphériques tiers, par exemple pour des utilisateurs présentant un besoin d’assistance dû à un handicap physique ou à la suite d’un accident.
Le modèle utilisé pour identifier la gestuelle prédéfinie effectuée par l’utilisateur peut s’appuyer sur un réseau de neurones ou un autre outil informatique adapté.
Claims
1. Interface Homme Machine (1), comportant
- un gant (6) comportant o Au moins un émetteur intégré au gant, comportant au moins une bobine (32) d’émission d’un champ magnétique, disposée sur un doigt du gant de telle sorte que l’orientation du champ émis relativement à une direction de référence dans un référentiel lié au gant évolue avec celle du doigt, o au moins un circuit de traitement (2) intégré au gant, comportant au moins un récepteur (21) du signal émis par l’émetteur, configuré pour traiter le signal reçu afin de déterminer au moins l’orientation de la bobine (32) de l’émetteur (3) dans ledit référentiel, le circuit de traitement étant agencé pour détecter un appui mutuel entre deux points de contact (4) prédéfinis du gant, ces points de contact étant disposés sur le gant de manière à permettre à l’utilisateur d’amener sélectivement ces points en contact ou non, en bougeant au moins un doigt de la main.
2. Interface selon la revendication 1, le gant (6) comportant au moins une source électrique (5) commune à l’émetteur et au circuit de traitement pour leur alimentation électrique, de préférence une source électrique disposée sur le dessus de la main ou dans la région du poignet.
3. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, au moins un point de contact (4) étant situé sur le pouce et au moins un autre étant situé sur l’index et/ou le majeur.
4. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, les points de contact (4) comportant chacun une électrode reliée par une liaison filaire au circuit de traitement.
5. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de traitement étant agencé pour détecter un appui sur un point de contact par détection résistive, capacitive, optique, électromécanique, thermique, inductive, piézo-rési stive ou piézoélectrique
6. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le gant comportant au moins un premier module (7) pouvant communiquer par liaison sans fil, de préférence par radio-télémétrie bidirectionnelle, avec au moins un deuxième module (8) externe au gant afin de déterminer la position du gant relativement à un référentiel lié au module externe.
7. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins deux émetteurs (3) dont les bobines respectives (32) sont disposées sur deux doigts différents ou sur deux phalanges différentes d’un même doigt.
8. Interface selon la revendication 7, les émetteurs émettant à des fréquences différentes, le circuit de traitement étant agencé pour discriminer les signaux de chaque émetteur.
9. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de traitement étant agencé pour déterminer l’amplitude et la phase du signal reçu par le récepteur et provenant de l’émetteur.
10. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant au moins un émetteur ou une bobine d’émetteur sur chacun du pouce, de l’index et du majeur.
11. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le ou chaque émetteur (3) ou bobine d’émetteur (32) étant alimenté électriquement par une liaison filaire.
12. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de traitement (2) étant situé dans la région du poignet.
13. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de traitement comportant un transmetteur pour transmettre à un équipement tiers des données par une liaison sans fil, ces données résultant de l’orientation et/ou de la gestuelle détectée.
14. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de traitement étant configurable de manière à permettre à un utilisateur de définir une commande à générer en sortie en fonction d’au moins une orientation et/ou gestuelle détectée.
15. Interface selon l’une quelconque des revendications précédentes, le circuit de traitement comportant au moins un réseau de neurones pré-entraîné à reconnaître une
gestuelle prédéfinie effectuée par l’utilisateur avec sa main, notamment une gestuelle des doigts ou de la main effectuée à une hauteur prédéfinie relativement au corps.
16. Ensemble comportant
- Une interface (1) telle que définie dans l’une quelconque des revendications précédentes,
- un équipement (El ; E2) apte à être connecté à l’interface de manière à recevoir de celle-ci des données générées en sortie en fonction d’au moins une orientation et/ou gestuelle détectée.
17. Ensemble selon la revendication 16, l’équipement comportant au moins un dispositif d’affichage et les données en sortie contrôlant un pointeur et/ou un outil de sélection sur une image affichée par le dispositif d’affichage.
18. Ensemble selon l’une des revendications 16 et 17, l’équipement comportant un émetteur/récepteur et les données en sortie contrôlant un état d’émission ou d’écoute du récepteur.
19. Procédé pour générer au moins une information vers un équipement, en utilisant une interface telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 15, comportant les étapes consistant à : détecter l’orientation au moins du doigt équipé de l’émetteur ou de la bobine de l’émetteur, notamment une gestuelle prédéfinie de la main, sur la base de cette détection, générer une information prédéfinie vers l’équipement.
20. Procédé selon la revendication 19, dans lequel on détecte également la position de la main relativement à un référentiel externe au gant, notamment un référentiel lié à l’utilisateur, et l’on utilise la connaissance de l’orientation et/ou de la position des doigts dans le référentiel lié au gant et du gant dans le référentiel lié à l’utilisateur pour discriminer entre des gestuelles impliquant un mouvement des doigts et de la main.
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