FR2871276A1 - Learning assistance system for e.g. blind student, has geometrical figure generating module controlled via user interfaces and interacting with robotized arm to provide haptic perception of geometrical figure - Google Patents
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Abstract
Description
Système et procédé d'aide à l'apprentissage de la géométrie.System and method for assisting the learning of geometry.
La présente invention s'applique au domaine de l'enseignement, à distance ou à proximité, de la géométrie et du dessin, notamment pour des personnes souffrant de déficience visuelle, en particulier pour des enfants. The present invention applies to the field of teaching, at a distance or in proximity, geometry and drawing, particularly for visually impaired persons, in particular for children.
L'enseignement de la géométrie aux élèves déficients visuels se fait habituellement à l'aide de supports de cours sur papier cartonné, thermogonflé ou thermoformé, sur lesquels les dessins géométriques et les textes en braille apparaissent en léger relief, d'outils de dessins tels que la règle, le rapporteur ou l'équerre, ayant des graduations en relief tous les centimètres, et des feuilles plastique, appelées feuilles dysem pour la production de dessins, où le passage du stylo, du poinçon ou du compas à roulette laisse une trace en relief. The teaching of geometry to visually impaired students is usually done using course material on card stock, thermo-embossed or thermoformed, on which geometric drawings and Braille texts appear in slight relief, drawing tools such as than the ruler, the protractor or the square, having graduations in relief every centimeter, and plastic sheets, called dysem sheets for the production of drawings, where the passage of the pen, the punch or the wheel-calliper leaves a trace in relief.
Or, les supports de cours sur papier cartonné sont très longs à préparer pour l'enseignant. Les dessins sont faits au poinçon à la main. En cas de détérioration ou de perte d'un document, l'élève n'a pas la possibilité d'utiliser une photocopieuse pour en disposer d'un nouveau. Ces feuilles de cours sont épaisses et posent un problème de stockage. Les classeurs, dans lesquels les feuilles de cours sont rangées, deviennent très vite énormes et impossibles à manipuler. Les feuilles plastiques servant à la production de dessins sont vite saturées et deviennent même parfois illisibles, l'effacement d'un trait erroné étant impossible. En conséquence, l'élève ne peut que rarement être satisfait de son travail. Lors d'une explication ou d'un énoncé, l'enseignant est obligé de passer auprès de chaque élève non voyant et de répéter en faisant toucher à l'élève à défaut de pouvoir montrer. However, the course materials on cardboard are very long to prepare for the teacher. The drawings are made by hand. In case of deterioration or loss of a document, the student can not use a photocopier to have a new one. These class sheets are thick and pose a storage problem. Workbooks, in which the class sheets are arranged, quickly become huge and impossible to handle. The plastic sheets used for the production of drawings are quickly saturated and sometimes even become illegible, erasing an erroneous line is impossible. As a result, the student can rarely be satisfied with his work. During an explanation or statement, the teacher is obliged to pass to each blind student and repeat by touching the student if he can not show.
Un tel enseignement est donc particulièrement lent et fastidieux. En raison de sa lenteur, il rend extrêmement difficile l'intégration d'un élève non voyant dans une classe dont les autres élèves ne sont pas affectés par ce handicap. Or, l'on cherche aujourd'hui à intégrer le plus possible les élèves non voyants dans de telles classes afin de leur faire suivre un cursus normal et de favoriser leur intégration scolaire. Such teaching is therefore particularly slow and tedious. Because of its slowness, it makes it extremely difficult to integrate a blind student into a class whose other students are not affected by the disability. Nowadays, we are trying to integrate blind students as much as possible into such classes in order to make them follow a normal curriculum and to promote their integration into school.
Le site Internet de l'Université d'Angers à l'adresse http:/Iwww.info. univ-Angers.fr/pub/france/logicom/rapport/dessiner. html, mentionne un modeleur graphique pour non voyants, baptisé novac , utilisé par l'Ecole des Beaux-Arts de Toulouse et mis au point par l'Institut de Recherche en Informatique de Toulouse et des équipes du Centre National de la Recherche Scientifique. The website of the University of Angers at http: /www.info. univ-Angers.fr/pub/france/logicom/rapport/dessiner. html, mentions a graphic modeller for the blind, named novac, used by the Ecole des Beaux-Arts in Toulouse and developed by the Research Institute of Computer Science of Toulouse and teams of the National Center for Scientific Research.
Le dispositif vise à soulager la mémoire d'une personne non voyante, en substituant au canal visuel d'autres canaux sensoriels: parole et toucher. Après chaque énoncé prononcé dans un microphone, puis traduit par un modeleur graphique à interface vocale, les images s'affichent sur l'écran. L'ordinateur exécute les ordres et modifie le dessin. Aidé par une sortie vocale qui répète ces directives, le non voyant contrôle en permanence que l'ordinateur exécute correctement son oeuvre. À terme, il pourra vérifier son travail sur une imprimante à encre thermogonflable. The device aims to relieve the memory of a blind person, replacing the visual channel other sensory channels: speech and touch. After each utterance spoken in a microphone and then translated by a voice-interface graphic modeler, the images are displayed on the screen. The computer executes the orders and modifies the drawing. Helped by a voice output that repeats these instructions, the blind always checks that the computer is performing correctly. Eventually, he will be able to check his work on a thermal ink printer.
Le dispositif comprend un ordinateur, un environnement de reconnaissance et de synthèse vocale, un haut-parleur, un clavier braille, un module de modélisation déclarative destiné à décrire les objets d'une scène bidimensionnelle, un module de modélisation du processus de raisonnement et un module de gestion intégrant les différentes modalités de communication en entrée et sortie, à savoir le langage naturel en mode écrit ou en mode oral, l'affichage sur écran et l'édition sur imprimante. Or, le thermogonflage est un processus coûteux et fragile. L'élève ne peut se confronter immédiatement au résultat qu'il souhaite, mais doit attendre la sortie de la feuille sur l'imprimante à encre thermogonflable pour pouvoir accéder à sa création. The device includes a computer, a speech recognition and synthesis environment, a loudspeaker, a Braille keyboard, a declarative modeling module for describing the objects of a two-dimensional scene, a reasoning process modeling module, and a management module integrating the different modes of communication input and output, namely the natural language in written mode or oral mode, on-screen display and print edition. Heat-setting is an expensive and fragile process. The pupil can not immediately confront the result he wants, but must wait for the sheet to be taken out on the thermo-insulating ink printer to be able to access his creation.
Un tel dispositif est donc de mise en oeuvre coûteuse et lente et ne permet pas à un élève de suivre un enseignement de géométrie à la même vitesse que d'autres élèves. Such a device is therefore expensive and slow implementation and does not allow a student to follow a geometry teaching at the same speed as other students.
La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. The present invention aims to remedy these disadvantages.
La présente invention a notamment pour but d'apporter une aide interactive efficace à l'élève et à l'enseignant. The present invention is intended to provide effective interactive help to the student and the teacher.
L'invention a également pour but de proposer des outils permettant aux élèves d'effectuer des tracés précis, ce qui s'avère primordial pour assurer la bonne intégration des enfants déficients visuels au sein de classes mixtes, voyants et non voyants. The invention also aims to provide tools for students to make accurate plots, which is essential to ensure the proper integration of visually impaired children in mixed classes, sighted and blind.
L'invention a également pour but de permettre à un élève d'affiner sa représentation mentale en lui donnant accès à des informations sémantiques supplémentaires, pouvant en partie se substituer au dialogue élève-enseignant pour soulager la tâche de l'enseignant et permettre d'accélérer le rythme de l'enseignement. The invention also aims to enable a student to refine his mental representation by giving him access to additional semantic information, which can partly replace the student-teacher dialogue to relieve the task of the teacher and allow accelerate the pace of teaching.
Le système d'aide à l'apprentissage, notamment de la géométrie, selon un aspect de l'invention, comprend un élément apte à être déplacé par un opérateur, ledit élément étant pourvu de capteurs de position, d'actionneurs, et d'un capteur de tenue apte à émettre un signal lorsque ledit élément est tenu par l'opérateur, une interface homme/machine, et un module de génération de figures géométriques commandé par l'interface homme/machine et interagissant avec l'élément déplaçable pour offrir une perception haptique d'une figure géométrique générée par ledit module de génération de figures. On met ainsi le sens du toucher à profit pour faciliter l'apprentissage de forme bi- ou tridimensionnelle par des personnes non ou mal voyantes. The learning aid system, particularly geometry, according to one aspect of the invention comprises an element able to be moved by an operator, said element being provided with position sensors, actuators, and a holding sensor adapted to emit a signal when said element is held by the operator, a man / machine interface, and a geometric figure generating module controlled by the man / machine interface and interacting with the displaceable element to offer a haptic perception of a geometrical figure generated by said figure generating module. Thus, the sense of touch is used to facilitate the learning of two- or three-dimensional form by people who are not or have poor eyesight.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément déplaçable comprend au moins trois capteurs de position et au moins trois actionneurs, de façon que l'élément déplaçable puisse être déplacé dans un espace tridimensionnel. L'élément déplaçable peut comprendre un socle destiné à être posé sur une table et un bras pourvu de plusieurs articulations, dont une extrémité est reliée au socle et dont l'autre extrémité forme une poignée prévue pour être manipulée par l'opérateur. Le capteur de tenue peut être monté sur ladite poignée. In one embodiment of the invention, the displaceable element comprises at least three position sensors and at least three actuators, so that the displaceable element can be moved in a three-dimensional space. The moveable member may include a base to be placed on a table and an arm provided with several joints, one end of which is connected to the base and the other end forms a handle intended to be manipulated by the operator. The holding sensor can be mounted on said handle.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'interface homme/machine comprend au moins un haut-parleur et une carte de génération vocale apte à envoyer audit haut-parleur des messages comprenant une antenne et plusieurs fichiers sonores. En outre, le système peut comprendre au moins un microphone et une carte de reconnaissance vocale pour permettre une commande vocale dudit système. Le système peut comprendre en outre un clavier et une souris, ainsi qu'un écran d'affichage. In one embodiment of the invention, the man / machine interface comprises at least one loudspeaker and a voice generation card capable of sending to said loudspeaker messages including an antenna and several sound files. In addition, the system may include at least one microphone and a voice recognition card to enable voice control of said system. The system may further include a keyboard and a mouse, as well as a display screen.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le module de génération de figures comprend un élément de construction de figures géométriques, un élément de lecture de figures géométriques, un élément de mesure de figures géométriques et un élément de modification de figures géométriques. In one embodiment of the invention, the figure generating module comprises a geometric figure building element, a geometric figure reading element, a geometric figure measuring element and a geometric figure modification element.
La carte de génération vocale peut comprendre un moyen pour émettre un son correspondant à une zone voisine d'un point particulier d'au moins une figure géométrique. The voice generation card may include means for transmitting a sound corresponding to an area adjacent to a particular point of at least one geometrical figure.
Avantageusement, l'élément déplaçable comprend un moyen de guidage permettant à l'opérateur de suivre au moins une figure géométrique en étant ramené sur le tracé de ladite figure géométrique par des forces de rappel exercées par au moins un actionneur. La force de rappel peut être une fonction croissante puis décroissante de la distance par rapport à ladite figure géométrique. Advantageously, the displaceable element comprises guiding means allowing the operator to follow at least one geometrical figure by being brought back to the drawing of said geometrical figure by restoring forces exerted by at least one actuator. The return force may be an increasing and decreasing function of the distance with respect to said geometrical figure.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'interface homme/machine comprend un moyen pour appliquer une force par graduations permettant une appréciation de la distance. In one embodiment of the invention, the man / machine interface comprises means for applying a force by graduations allowing an appreciation of the distance.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément déplaçable comprend un moyen de guidage permettant audit élément déplaçable de suivre le mouvement d'un élément déplaçable supplémentaire situé à distance. L'élément déplaçable supplémentaire peut être à la disposition d'un enseignant, l'élément déplaçable répliquant alors le mouvement de l'élément déplaçable supplémentaire. In one embodiment of the invention, the movable member comprises guide means for said movable member to follow the movement of an additional movable member located at a distance. The additional displaceable element may be available to a teacher, the displaceable member then replicating the movement of the additional displaceable member.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'interface homme/machine comprend un moyen pour appliquer une force variable lors du parcours d'une figure géométrique par l'élément déplaçable, permettant ainsi de reconnaître le type de figures géométriques. In one embodiment of the invention, the man / machine interface comprises means for applying a variable force during the course of a geometrical figure by the displaceable element, thus making it possible to recognize the type of geometrical figures.
L'invention propose également un procédé d'apprentissage de la géométrie, dans lequel un opérateur déplace un élément dans la position à détecter par des capteurs et peut être commandé par des actionneurs, ledit élément déplaçable étant tenu par l'opérateur, un capteur de tenue émettant un signal correspondant, l'opérateur déplaçant l'élément déplaçable le long d'une figure géométrique générée par un module de génération de figures géométriques relié à l'élément déplaçable par l'intermédiaire d'une interface homme/machine pour ainsi offrir une perception haptique de la figure géométrique audit opérateur. L'opérateur ou élève bénéficie d'une perception tactile immédiate d'une figure géométrique ou d'un dessin ce qui facilite sa compréhension rapide et donne un caractère plus ludique à l'apprentissage. The invention also proposes a method for learning geometry, in which an operator moves an element in the position to be detected by sensors and can be controlled by actuators, said displaceable element being held by the operator, a sensor of holding emitting a corresponding signal, the operator moving the displaceable element along a geometrical figure generated by a geometric figure generating module connected to the movable element via a man / machine interface to thus offer a haptic perception of the geometrical figure to said operator. The operator or student enjoys an immediate tactile perception of a geometrical figure or a drawing which facilitates his quick comprehension and gives a more playful character to the learning.
Dans un mode de réalisation de l'invention, l'élément déplaçable, lorsqu'il est tenu par l'opérateur, est guidé par un champ de forces le long de la figure géométrique. Le champ de forces peut être généré par les actionneurs et dépend de la distance par rapport à la figure géométrique, la force étant nulle lorsque l'élément déplaçable est situé sur la figure géométrique. Le champ de forces peut suivre une fonction exponentielle négative de la distance par rapport à la figure géométrique. In one embodiment of the invention, the displaceable element, when held by the operator, is guided by a force field along the geometrical figure. The force field can be generated by the actuators and depends on the distance from the geometrical figure, the force being zero when the displaceable element is located in the geometrical figure. The force field can follow a negative exponential function of the distance to the geometrical figure.
Dans un mode de réalisation de l'invention, une annonce sonore indique à l'opérateur la position de l'élément déplaçable par rapport à la figure géométrique. Une annonce sonore peut indiquer à l'opérateur la position de l'élément déplaçable par rapport à des points remarquables de la figure géométrique. L'annonce sonore permet à l'élève de se repérer et vient en complément de la perception haptique. In one embodiment of the invention, an audible announcement indicates to the operator the position of the displaceable element with respect to the geometrical figure. An audible announcement may indicate to the operator the position of the movable member with respect to remarkable points in the geometrical figure. The sound announcement allows the student to identify and comes in addition to the haptic perception.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les actionneurs sont inactifs lors d'une phase de construction d'une figure géométrique et actifs lors d'une phase de lecture d'une figure géométrique et lors d'une phase de mesure d'une figure géométrique. In one embodiment of the invention, the actuators are inactive during a phase of construction of a geometrical figure and active during a reading phase of a geometrical figure and during a measurement phase of a geometrical figure.
Dans un mode de réalisation de l'invention, les actionneurs sont inactifs lorsque le capteur de tenue ne détecte pas que l'élément déplaçable est tenu par l'opérateur Dans un mode de réalisation de l'invention, la construction, la lecture, la mesure et la modification d'une figure géométrique, et la réplication d'un tracé sont commandés par commande vocale émise par l'opérateur. In one embodiment of the invention, the actuators are inactive when the holding sensor does not detect that the displaceable element is held by the operator. In one embodiment of the invention, the construction, reading, measurement and modification of a geometric figure, and the replication of a plot are controlled by voice command issued by the operator.
L'invention permet de comprendre des principes de géométrie par la manipulation d'un bras robotisé prévu pour interagir avec la main de l'opérateur, et permettant de construire des figures, de lire et de modifier des figures venant d'être construites ou enregistrées au préalable, d'effectuer des mesures, notamment de distance ou de surface, sur des figures, ou encore d'être guidé le long d'un tracé de figure, de façon dynamique ou non. La mesure de distance peut être effectuée en créant des crans réguliers de force exercés par le bras robotisé sur la main de l'opérateur lors du parcours d'une figure. Le cran peut présenter une longueur de l'ordre de 1 à 5 millimètres, avec une force exercée de l'ordre de quelques déci newtons à quelques newtons. The invention makes it possible to understand principles of geometry by manipulating a robotic arm intended to interact with the hand of the operator, and making it possible to construct figures, read and modify figures that have just been constructed or recorded. firstly, to measure, especially distance or surface, in figures, or to be guided along a drawing of figure, dynamically or not. The distance measurement can be performed by creating regular force notches exerted by the robotic arm on the hand of the operator during the course of a figure. The notch may have a length of the order of 1 to 5 millimeters, with a force exerted on the order of a few deci newtons to a few newtons.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: -la figure 1 est une vue schématique de face du système d'aide à l'apprentissage selon un aspect de l'invention; -la figure 2 est une vue schématique de côté du système d'aide à l'apprentissage de la figure 1; -la figure 3 est une vue d'une figure géométrique dessinée grâce au système d'aide à l'apprentissage de la figure 1; -la figure 4 montre l'évolution de la force en fonction de la distance à la figure géométrique; et - la figure 5 est une vue schématique de face du système d'aide à l'apprentissage selon un autre aspect de l'invention. The invention will be better understood on reading the detailed description of some embodiments taken as non-limiting examples and illustrated by the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic front view of the system of FIG. learning aid according to one aspect of the invention; FIG. 2 is a schematic side view of the learning aid system of FIG. 1; FIG. 3 is a view of a geometrical figure drawn by means of the learning aid system of FIG. 1; FIG. 4 shows the evolution of the force as a function of the distance to the geometrical figure; and - Figure 5 is a schematic front view of the learning aid system according to another aspect of the invention.
Comme illustré sur les figures 1 et 2, le système d'aide à l'apprentissage comprend un bras robotisé 1 formant l'élément déplaçable, une unité de traitement 2, par exemple un ordinateur ou une station de travail, reliée au bras robotisé 1, un microphone 3, deux haut-parleurs 4, un écran de visualisation 5, un clavier 6, de type braille ou normal, et une souris 7, ces éléments étant reliés à l'unité de traitement 2. La présence de l'écran de visualisation 5 est facultative lorsque le système est destiné à des non voyants. La tâche du professeur peut toutefois s'en trouver facilitée, notamment pour suivre les travaux de l'élève. As illustrated in FIGS. 1 and 2, the learning aid system comprises a robotic arm 1 forming the displaceable element, a processing unit 2, for example a computer or a workstation, connected to the robotic arm 1 , a microphone 3, two speakers 4, a display screen 5, a keyboard 6, Braille or normal type, and a mouse 7, these elements being connected to the processing unit 2. The presence of the screen 5 is optional when the system is intended for blind people. The teacher's task may, however, be facilitated, especially to follow the student's work.
Le bras robotisé 1 comprend un socle 8 alimenté en énergie électrique, une base 9 supportée par le socle 8, apte tourner par rapport audit socle 8 selon un axe vertical, et équipée d'un actionneur rotatif 10, par exemple sous la forme d'un moteur pas à pas, et d'un capteur de position 11, par exemple un capteur à effet Hall, une première portion de bras 12 supportée par la base 9, apte tourner par rapport à ladite base 9 selon un premier axe horizontal, et équipée d'un actionneur rotatif 13 et d'un capteur de position 14, une deuxième portion de bras 15 supportée par la première portion de bras 12, apte tourner par rapport à ladite première portion de bras 12 selon un deuxième axe horizontal, et équipée d'un actionneur rotatif 16 et d'un capteur de position 17, un pivot 18 fixé à rotation à l'extrémité de la deuxième portion de bras 15 opposée au deuxième axe horizontal, le pivot 18 étant apte tourner librement par rapport à ladite deuxième portion de bras 15 selon un axe perpendiculaire au deuxième axe horizontal, et une troisième portion de bras 19 supportée par le pivot 18, apte tourner librement par rapport au pivot 18 selon un troisième axe horizontal. The robotic arm 1 comprises a base 8 supplied with electrical energy, a base 9 supported by the base 8, able to rotate relative to said base 8 along a vertical axis, and equipped with a rotary actuator 10, for example in the form of a stepper motor, and a position sensor 11, for example a Hall effect sensor, a first arm portion 12 supported by the base 9, rotatable relative to said base 9 along a first horizontal axis, and equipped with a rotary actuator 13 and a position sensor 14, a second arm portion 15 supported by the first arm portion 12, rotatable relative to said first arm portion 12 along a second horizontal axis, and equipped a rotary actuator 16 and a position sensor 17, a pivot 18 fixed to rotate at the end of the second arm portion 15 opposite the second horizontal axis, the pivot 18 being able to rotate freely relative to said second portion of b flush 15 along an axis perpendicular to the second horizontal axis, and a third arm portion 19 supported by the pivot 18, able to rotate freely relative to the pivot 18 along a third horizontal axis.
La troisième portion de bras 19 forme une poignée à disposition de l'élève qui peut la saisir comme un manche ou comme un crayon. La troisième portion de bras 19 présente une forme générale allongée et est pourvue d'un capteur de tenue 20, par exemple sous la forme d'un bouton relié à un contact électrique de façon que le contact électrique soit fermé lorsque la troisième portion de bras 19 est tenue par la main d'un élève et ouvert dans les autres cas, pour émettre un signal vers l'unité de traitement 2. The third arm portion 19 forms a handle available to the student who can seize as a handle or as a pencil. The third arm portion 19 has a generally elongated shape and is provided with a holding sensor 20, for example in the form of a button connected to an electrical contact so that the electrical contact is closed when the third arm portion 19 is held by the hand of a student and opened in other cases, to send a signal to the processing unit 2.
L'unité de traitement 2 comprend une unité centrale 21, une interface 22 avec le bras robotisé 1, une interface 23 avec le microphone 3, l'interface 23 comprenant des moyens de reconnaissance vocale capables de transformer les signaux reçus du microphone 3 en instructions de commande envoyées à l'unité centrale 21, une interface 24 avec les haut-parleurs 4, l'interface 23 comprenant des moyens de synthèse vocale capables de transformer les instructions de commande reçues de l'unité centrale 21 en signaux envoyés aux haut-parleurs 4, une interface 25 avec l'écran de visualisation 5, et une interface 26 avec le clavier 6 et la souris 7. En outre, l'unité de traitement 2 comprend un module 27 de génération de figures géométriques pourvu d'un élément 28 de construction de figures géométriques, d'un élément 29 de lecture de figures géométriques, d'un élément 30 de mesure de figures géométriques et d'un élément 31 de modification de figures géométriques. The processing unit 2 comprises a central unit 21, an interface 22 with the robotic arm 1, an interface 23 with the microphone 3, the interface 23 comprising voice recognition means capable of transforming the signals received from the microphone 3 into instructions to the central unit 21, an interface 24 with the loudspeakers 4, the interface 23 comprising voice synthesis means capable of transforming the control instructions received from the central unit 21 into signals sent to the loudspeakers 4. 4, an interface 25 with the display screen 5, and an interface 26 with the keyboard 6 and the mouse 7. In addition, the processing unit 2 comprises a module 27 generating geometric figures provided with an element 28 of construction of geometric figures, a geometric figures reading element 29, a geometric figures measuring element 30 and a geometric figures modification element 31.
Les éléments 28 à 31 peuvent être réalisés sous une forme logicielle, ou sous la forme de circuits, par exemple de circuits ASIC, et sont reliés à l'unité centrale 21. The elements 28 to 31 may be made in software form, or in the form of circuits, for example ASIC circuits, and are connected to the central unit 21.
Le fonctionnement du système d'aide à l'apprentissage est le suivant. Lorsqu'un élève saisit la troisième portion de bras 19, le capteur de tenue 20 est activé et émet un signal vers l'unité de traitement 2. L'unité de traitement 2 devient active. En cas de relâchement de la troisième portion de bras 19 d'une durée inférieure à un seuil prédéterminé, les actionneurs du bras robotisé 1 sont désactivés et laissent le bras robotisé 1 être déplacé sans appliquer de force. En cas de relâchement de la troisième portion de bras 19 d'une durée supérieure au seuil prédéterminé, le système d'aide à l'apprentissage est désactivé. The operation of the learning aid system is as follows. When a student grasps the third arm portion 19, the holding sensor 20 is activated and transmits a signal to the processing unit 2. The processing unit 2 becomes active. In case of release of the third arm portion 19 of a duration less than a predetermined threshold, the actuators of the robotic arm 1 are deactivated and let the robotic arm 1 be moved without applying force. In case of release of the third arm portion 19 of a duration greater than the predetermined threshold, the learning aid system is deactivated.
Une fois l'unité de traitement 2 activée, l'élève choisit dans un menu visuel affiché à l'écran 5 et sonore diffusé par les haut-parleurs 4, un mode de fonctionnement parmi les modes de construction, lecture et mesure de figures. La diffusion par les haut-parleurs 4 est effectuée après un traitement par l'interface 24 effectuant une synthèse vocale et envoyant aux haut-parleurs 4 un message comprenant une entête et un ou plusieurs fichiers de données sonores contenant par exemple les expressions "choisissez parmi", "construction", "lecture", "ou", et "mesure". Le fait d'utiliser des messages contenant plusieurs fichiers de données sonores permet de réduire la durée de traitement et d'effectuer la diffusion plus rapidement. Le choix peut être signifié par action sur le clavier ou par commande vocale reçue au moyen du microphone 3, analysée par l'interface 23 apte à effectuer une reconnaissance vocale. En particulier, l'interface 23 peut reconnaître les termes "construction", "lecture" et "mesure". Après reconnaissance du mode choisi, le mode est annoncé par les haut-parleurs 4 après traitement par l'interface 24. Once the treatment unit 2 is activated, the student chooses in a visual menu displayed on the screen 5 and sound broadcast by the speakers 4, a mode of operation among the modes of construction, reading and measuring figures. The broadcasting by the loudspeakers 4 is carried out after a processing by the interface 24 performing a speech synthesis and sending to the loudspeakers 4 a message comprising a header and one or more sound data files containing for example the expressions "choose from "," construction "," reading "," or ", and" measurement ". Using messages that contain multiple sound files reduces the processing time and makes the broadcast faster. The choice can be signified by action on the keyboard or by voice command received by means of the microphone 3, analyzed by the interface 23 capable of performing voice recognition. In particular, the interface 23 can recognize the terms "construction", "reading" and "measurement". After recognition of the chosen mode, the mode is announced by the loudspeakers 4 after processing by the interface 24.
Une fois le mode de construction choisi, l'élève procède au choix de la nature d'une figure qu'il cherche à construire et au placement de points de la figure. L'élève prononce le nom de la figure, par exemple "triangle", reçu par le microphone 3, analysé par l'interface 23 et envoyé à l'unité centrale 21, puis place les points caractéristiques de la figure, ici les sommets du triangle en manipulant le bras robotisé 1, plus particulièrement en déplaçant la troisième portion de bras 19 et en désignant chaque point caractéristique en appuyant sur la touche "Entrée" du clavier 6 ou en relâchant brièvement le bouton du capteur de tenue 20. Chaque point désigné est repéré dans l'espace par les informations de position des capteurs 11, 14 et 17 du bras robotisé 1 traitées par l'interface 22 qui les traduit en coordonnées par exemple cartésiennes. Chaque point désigné est affiché à l'écran 5 et annoncé par les hautparleurs 4 sous la forme d'une annonce de type "point A", "point B", "point C" puis "triangle ABC" lorsque la figure est terminée. La figure peut alors être enregistrée dans une mémoire du système. De façon similaire, l'élève peut construire tout type de figures, par exemple une droite, un segment, un rectangle, un trapèze, un cercle, une conique, un parallélépipède rectangle, une sphère, une ellipsoïde, etc. Les actionneurs 10, 13 et 16 sont inactifs, sauf si l'on souhaite qu'ils exercent un léger freinage pour faciliter la précision du mouvement de la troisième portion de bras 19. Once the mode of construction is chosen, the student proceeds to the choice of the nature of a figure that he seeks to construct and the placement of points of the figure. The student pronounces the name of the figure, for example "triangle", received by the microphone 3, analyzed by the interface 23 and sent to the central unit 21, then places the characteristic points of the figure, here the vertices of the by manipulating the robotic arm 1, more particularly by moving the third arm portion 19 and designating each feature point by pressing the "Enter" key on the keyboard 6 or by briefly releasing the hold sensor button 20. Each designated point is located in space by the position information of the sensors 11, 14 and 17 of the robotic arm 1 processed by the interface 22 which translates into coordinates, for example Cartesian. Each designated point is displayed on the screen 5 and announced by the loudspeakers 4 in the form of an announcement of the type "point A", "point B", "point C" then "triangle ABC" when the figure is completed. The figure can then be saved in a system memory. In a similar way, the student can build any type of figure, for example a straight line, a segment, a rectangle, a trapezium, a circle, a conic, a rectangular parallelepiped, a sphere, an ellipsoid, etc. The actuators 10, 13 and 16 are inactive unless it is desired that they exert a slight braking to facilitate the precision of the movement of the third arm portion 19.
Une fois le mode de lecture choisi, l'élève tenant en main la troisième portion de bras 19 cherche à amener ladite troisième portion de bras 19 sur la figure ou les figures enregistrées. Si après une durée prédéterminée, l'élève n'a pas réussi à trouver la figure ou les figures enregistrées, une action de secours est prévue de façon que les actionneurs 10, 13 et 16 exercent un effort croissant dans le temps tendant à amener ladite troisième portion de bras 19 sur la figure ou les figures enregistrées. Une aide peut également être apportée l'enseignant qui peut suivre la position de ladite troisième portion de bras 19 sur l'écran 5 ou un autre écran similaire à l'écran 5 et relié au système. La position de ladite troisième portion de bras 19 est affichée de la même manière que le pointeur commandé par une souris en environnement informatique Windows . Once the reading mode has been selected, the student holding in his hand the third arm portion 19 seeks to bring said third arm portion 19 into the figure or figures recorded. If after a predetermined duration, the student has not been able to find the figure or the figures recorded, an emergency action is provided so that the actuators 10, 13 and 16 exert an increasing effort in time tending to bring said third arm portion 19 in the figure or figures recorded. Assistance may also be provided by the teacher who can follow the position of said third arm portion 19 on the screen 5 or another screen similar to the screen 5 and connected to the system. The position of said third arm portion 19 is displayed in the same manner as the pointer controlled by a mouse in a Windows computer environment.
Une fois que ladite troisième portion de bras 19 est positionnée sur la figure ou les figures enregistrées, le système d'aide à l'apprentissage commande l'annonce sonore par les haut-parleurs 4 de la figure et/ou de la portion de figure atteinte, par exemple "triangle ABC" "sommet B", ou encore "triangle ABC" "côté AB". Once said third arm portion 19 is positioned in the figure or figures recorded, the learning aid system controls the sound announcement by the loudspeakers 4 of the figure and / or the figure portion. reached, for example "triangle ABC" "vertex B", or "triangle ABC" "AB side".
Le système d'aide à l'apprentissage commande les actionneurs 10, 13 et 16 par l'intermédiaire de l'interface 22 de façon que la troisième portion de bras 19 tende à rester sur le tracé de la figure ou des figures enregistrées. Dans ce but, l'unité de traitement 2 calcule la distance d séparant la troisième portion de bras 19 du tracé de la figure ou des figures enregistrées, et commande le bras robotisé 1 de façon que les actionneurs exercent sur la troisième portion de bras 19 un effort tendant à ramener la troisième portion de bras 19 sur ledit tracé. Ledit effort peut être orienté vers le point du tracé le plus proche de la position de la troisième portion de bras 19 et d'amplitude F fonction de ladite distance d. The learning aid system controls the actuators 10, 13 and 16 through the interface 22 so that the third arm portion 19 tends to remain in the pattern of the figure or figures recorded. For this purpose, the processing unit 2 calculates the distance d between the third arm portion 19 of the drawing of the figure or figures recorded, and controls the robotic arm 1 so that the actuators exert on the third arm portion 19 a force tending to return the third arm portion 19 to said path. Said effort may be directed towards the point of the path closest to the position of the third arm portion 19 and amplitude F function of said distance d.
Un exemple d'effort en fonction de la distance d est illustré sur la figure 4. On peut avoir: F = a f(d; (3) avec a et des constantes de réglage, a permettant de régler l'amplitude du maximum d'effort et (i permettant de régler la distance dmax du maximum d'effort. Ledit effort croît à mesure que la troisième portion de bras 19 s'éloigne du tracé jusqu'à un maximum dmax qui peut être fixé à environ trois à dix millimètres, puis décroît. On peut prévoir que la distance dmax soit plus élevée dans le cas d'un point ne faisant pas partie d'une figure et qui est plus difficile à trouver pour un élève non voyant. An example of effort as a function of the distance d is illustrated in FIG. 4. One can have: F = af (d; (3) with a and constants of adjustment, a making it possible to adjust the amplitude of the maximum of force and (i to adjust the distance dmax of the maximum effort.This effort increases as the third arm portion 19 away from the plot to a maximum dmax which can be set to about three to ten millimeters, then decreases, and the distance dmax is expected to be higher in the case of a point that is not part of a figure and is more difficult to find for a blind student.
Par ailleurs, le système d'aide à l'apprentissage commande les hautparleurs 4 par l'intermédiaire de l'interface 24 de façon qu'une annonce sonore soit émise lorsque la troisième portion de bras 19 est positionnée sur la ou les figures. L'annonce sonore peut être du type "triangle ABC", "cercle DEF" ou encore "cercle de centre G passant par D" selon la façon dont le cercle a été construit. Lorsque la troisième portion de bras 19 est sur une portion particulière de la figure, l'annonce peut être complétée par la désignation de la portion particulière, du type "côté AB", ou "sommet A" pour un triangle, "centre G" ou "foyer G" pour un cercle ou une conique. Compte tenu du fait qu'un point ou une ligne présentent en théorie une épaisseur nulle, une marge d'erreur est attribuée à la position de la troisième portion de bras 19 par rapport à la figure enregistrée. En d'autres termes, dès que la distance d entre la position de la troisième portion de bras 19 et la figure enregistrée est inférieure à un seuil ds, l'unité de traitement 2 commande l'émission de l'annonce sonore. Le seuil ds peut être de trois millimètres pour une ligne et de quatre millimètres pour un point comme illustré sur la figure 3. Furthermore, the learning aid system controls the speakers 4 via the interface 24 so that an audible announcement is issued when the third arm portion 19 is positioned in the one or more figures. The sound announcement can be of the type "triangle ABC", "circle DEF" or "circle of center G passing by D" according to the way the circle was built. When the third arm portion 19 is on a particular portion of the figure, the announcement may be supplemented by the designation of the particular portion, type "AB side", or "A vertex" for a triangle, "center G" or "focus G" for a circle or conic. In view of the fact that a point or a line theoretically has a zero thickness, a margin of error is attributed to the position of the third arm portion 19 with respect to the recorded figure. In other words, as soon as the distance d between the position of the third arm portion 19 and the recorded figure is less than a threshold ds, the processing unit 2 controls the transmission of the sound announcement. The ds threshold can be three millimeters for a line and four millimeters for a point as shown in Figure 3.
Ainsi l'élève utilisateur du système d'aide à l'apprentissage en mode lecture peut aisément retrouver une figure en balayant rapidement l'espace atteignable par la troisième portion de bras 19. Thus the pupil user of the learning aid system in reading mode can easily find a figure by quickly sweeping the space reachable by the third arm portion 19.
Dès qu'une variation de force exercée par la troisième portion de bras 19 sur sa main devient sensible, l'élève comprend que la troisième portion de bras 19 est disposée à proximité du tracé d'une figure enregistrée. L'élève peut alors se laisser guider par ladite force pour retrouver ledit tracé. Le long dudit tracé, l'élève se trouve guidé par les actionneurs qui exercent une force de rappel vers le tracé dès que la troisième portion de bras 19 s'en éloigne. L'élève ressent une impression de guidage comme s'il poussait une bille dans une rainure. As soon as a change in force exerted by the third arm portion 19 on his hand becomes sensitive, the student understands that the third arm portion 19 is disposed near the drawing of a recorded figure. The student can then be guided by the said force to find the said path. Along said path, the student is guided by the actuators that exert a restoring force towards the path as soon as the third arm portion 19 moves away from it. The student feels a sense of guidance as if he was pushing a ball into a groove.
À titre d'exemple, après qu'un élève a amené la troisième portion de bras 19 sur le triangle ABC de la figure 3 et en effectue le parcours, les annonces suivantes sont émises "triangle ABC", "côté AB", "sommet A", "côté CA", "sommet C", "côté BC", "sommet B", et "côté AB". For example, after a student has brought the third arm portion 19 to the ABC triangle of Figure 3 and proceeds through it, the following announcements are issued "triangle ABC", "AB side", "vertex A "," AC side "," C top "," BC side "," B top ", and" AB side ".
Lorsque deux figures se trouvent proches l'une de l'autre, il peut s'avérer délicat d'effectuer le parcours sans erreur, en particulier dans le cas d'un cercle tangent à une droite. L'unité de traitement 2 commande alors les actionneurs 10, 13 et 16 par l'intermédiaire de l'interface 22 de façon qu'une force résistante légère soit opposée à un changement de figure. Lorsque la troisième portion de bras 19 parcourt une première figure, par exemple le triangle ABC, et parvient à un point intersection de la première figure avec une deuxième figure tangente à la première, par exemple le cercle DEF tangent au point D qui appartient également au côté AB du triangle ABC, les actionneurs 10, 13 et 16 exercent une force s'opposant à un éventuel mouvement sur le tracé de la deuxième figure et ne s'opposant pas au mouvement sur le tracé de la première figure. L'amplitude de cette force est nettement plus faible que l'amplitude de la force s'opposant à ce que la troisième portion de bras 19 quitte le tracé de la première figure vers d'autres coordonnées, de façon que la troisième portion de bras 19 puisse décrire le tracé de la deuxième figure si cela est bien le souhait de l'élève. When two figures are close to each other, it may be difficult to make the route without error, especially in the case of a circle tangent to a line. The processing unit 2 then controls the actuators 10, 13 and 16 through the interface 22 so that a light resistant force is opposed to a change of figure. When the third arm portion 19 traverses a first figure, for example the triangle ABC, and reaches an intersection point of the first figure with a second figure tangent to the first, for example the circle DEF tangent to the point D which also belongs to the AB side of the triangle ABC, the actuators 10, 13 and 16 exert a force opposing a possible movement on the plot of the second figure and not opposing the movement on the plot of the first figure. The amplitude of this force is much smaller than the amplitude of the force opposing the third arm portion 19 leaving the drawing of the first figure to other coordinates, so that the third arm portion 19 can describe the layout of the second figure if this is the wish of the student.
Le mode de mesure se rapproche du mode de lecture par la phase de recherche de tracés de figures et la phase de parcours de tracés de figures. En outre, l'unité de traitement 2 commande alors les actionneurs 10, 13 et 16 par l'intermédiaire de l'interface 22 de façon qu'une force résistante légère et variable, par exemple sinusoïdalement ou en dents de scie, soit opposée lors du parcours du tracé d'une figure. L'élève peut alors compter les crans ou variations de force qu'il perçoit et calculer mentalement la distance parcourue. En option supplémentaire, un comptage peut être effectué par l'unité de traitement 2 sur commande reçue par le clavier 6, le résultat du comptage étant affiché à l'écran puis annoncé vocalement par les haut-parleurs 4, par exemple sous la forme: "côté AB", "mesure", "dix", "centimètres". The measurement mode is similar to the reading mode by the phase of searching for patterns of figures and the phase of running patterns of figures. In addition, the processing unit 2 then controls the actuators 10, 13 and 16 via the interface 22 so that a light and variable resistant force, for example sinusoidally or sawtooth, is opposed when of the course of the drawing of a figure. The pupil can then count the notches or variations of force that he perceives and mentally calculate the distance traveled. As an additional option, a count can be performed by the on-demand processing unit 2 received by the keyboard 6, the counting result being displayed on the screen and announced vocally by the loudspeakers 4, for example in the form: "AB side", "measure", "ten", "centimeters".
À titre de variante intéressante, en mode de lecture, l'unité de traitement 2 commande les actionneurs 10, 13 et 16 par l'intermédiaire de l'interface 22 de façon que, lors du parcours d'un type de figure, par exemple un cercle, une force résistante reconnaissable par l'élève soit appliquée à la troisième portion de bras 19 par les actionneurs 10, 13 et 16.Dans ce cas, la force appliquée peut varier rapidement en fonction de la distance parcourue le long du tracé, ou en fonction du temps pour donner une impression de vibration. On peut ainsi prévoir une force de faible amplitude et de fréquence de l'ordre de 100 Hz le long d'un cercle, de fréquence de l'ordre de 50 Hz le long d'un triangle, de fréquence de l'ordre de 20 Hz le long d'une droite, etc. Alternativement, la force peut être appliquée tant que la troisième portion de bras 19 est disposée à l'intérieur du tracé d'une figure fermée plane, ou à l'intérieur d'un volume défini par une figure tridimensionnelle, par exemple à l'intérieur d'une sphère. As an interesting variant, in read mode, the processing unit 2 controls the actuators 10, 13 and 16 via the interface 22 so that, during the course of a type of figure, for example a circle, a resistant force recognizable by the student is applied to the third arm portion 19 by the actuators 10, 13 and 16.In this case, the applied force can vary rapidly depending on the distance traveled along the path, or as a function of time to give an impression of vibration. It is thus possible to provide a force of small amplitude and frequency of the order of 100 Hz along a circle, with a frequency of the order of 50 Hz along a triangle, with a frequency of about 20 Hz along a line, etc. Alternatively, the force can be applied as long as the third arm portion 19 is disposed within the outline of a flat closed figure, or within a volume defined by a three-dimensional figure, for example at the inside a sphere.
À titre de variante, on peut prévoir un système d'aide à l'apprentissage dépourvu de microphone et d'interface correspondante. L'élève donne alors ses ordres par le clavier 6. Alternatively, there may be provided a learning aid system without microphone and corresponding interface. The student then gives his orders by the keyboard 6.
Le mode de modification se rapproche du mode de lecture. The edit mode is close to the play mode.
Toutefois, l'élève, après une commande vocale ou au clavier, peut déplacer un point, un segment ou plus généralement une partie d'une figure géométrique. Le déplacement s'effectue par action sur le clavier, par exemple au moyen des touches de flèche, ou la souris, ou par commande vocale du type "point A, plus bas, trois centimètres". However, the student, after a voice or keyboard command, can move a point, a segment or more generally a part of a geometric figure. The movement is effected by action on the keyboard, for example by means of the arrow keys, or the mouse, or by voice command of the type "point A, lower, three centimeters".
Avantageusement, la troisième portion de bras 19 peut alors être amenée à la nouvelle position de la partie de figure géométrique modifiée. Ledéplacement peut s'effectuer également par action sur la troisième portion de bras 19, en positionnant la troisième portion de bras 19 sur la partie de figure géométrique à modifier puis en envoyant une commande de déplacement, par exemple en appuyant sur la touche "d" du clavier 6, en déplaçant la troisième portion de bras 19 jusqu'à la position souhaitée de la partie de figure géométrique à modifier, puis en appuyant à nouveau sur la touche "d" du clavier 6 pour commander la fin du déplacement. Advantageously, the third arm portion 19 can then be brought to the new position of the modified geometrical figure portion. This displacement can also be effected by acting on the third arm portion 19, positioning the third arm portion 19 on the part of the geometrical figure to be modified and then sending a displacement command, for example by pressing the "d" key. of the keyboard 6, by moving the third arm portion 19 to the desired position of the geometrical figure portion to be modified, then pressing the "d" key on the keyboard 6 again to control the end of the movement.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, le système d'aide à l'apprentissage comprend, en outre, un crayon 32 et un tableau blanc 33 équipé d'une barre de capture 34 du mouvement du crayon 32, par exemple de type MIMIO commercialisé par la société Virtual Ink, voir le site Internet <http://www.mimio.com>. La barre de capture 34 est reliée à l'unité de traitement 2 par un câble de connexion 35. Un effaceur peut également être prévu pour effacer le tableau 33, le mouvement de l'effaceur étant détecté par la barre de capture 34. In the embodiment illustrated in FIG. 5, the learning aid system further comprises a pencil 32 and a whiteboard 33 equipped with a capture bar 34 for the movement of the pencil 32, for example type MIMIO marketed by the company Virtual Ink, see the website <http://www.mimio.com>. The capture bar 34 is connected to the processing unit 2 by a connection cable 35. An eraser can also be provided to erase the table 33, the movement of the eraser being detected by the capture bar 34.
L'unité centrale 21 est équipée d'un logiciel permettant de suivre à l'écran 5 la position du crayon 32 et le tracé d'une figure par une personne tenant le crayon 32. L'unité centrale 21 commande, dans un mode de réplication, les actionneurs 10, 13 et 16 par l'intermédiaire de l'interface 22 de façon que la troisième portion de bras 19 soit fortement incitée à répliquer le mouvement du crayon 32. Les efforts appliqués par les actionneurs 10, 13 et 16 peuvent être relativement élevés, nettement supérieurs à ceux qui sont exercés pour suivre le tracé d'une figure en mode de lecture. The central unit 21 is equipped with a software allowing the screen 5 to be followed on the position of the pencil 32 and the drawing of a figure by a person holding the pencil 32. The central unit 21 controls, in a replication, the actuators 10, 13 and 16 through the interface 22 so that the third arm portion 19 is strongly encouraged to replicate the movement of the rod 32. The forces applied by the actuators 10, 13 and 16 can to be relatively high, much higher than those exercised to follow the line of a figure in reading mode.
En mode de réplication, le système d'aide à l'apprentissage permet à l'élève de suivre le tracé effectué par l'enseignant au moyen du crayon 32 sur le tableau 33 à barre de capture 34. In replication mode, the learning aid system allows the student to follow the teacher's course with the aid of the pen 32 on the snip bar chart 34.
Avantageusement, il peut être prévu de suivre un tracé préenregistré, dessiné au préalable, un tracé généré par le système d'aide à l'apprentissage ou encore un tracé déterminé par l'élève, notamment au moyen d'une commande vocale du type: "répliquer triangle ABC". Le son capté par le microphone 3 est analysé par l'interface 23 qui découpe et reconnaît les phonèmes "répliquer", "triangle", "A", "B" et "C" et envoie les informations correspondantes à l'unité centrale 21. L'unité centrale 21 passe en mode de réplication et commande les actionneurs 10, 13 et 16 par l'intermédiaire de l'interface 22 de façon que la troisième portion de bras 19, lorsqu'elle est tenue par l'élève, se déplace en parcourant le triangle ABC. Advantageously, it can be provided to follow a prerecorded layout, drawn beforehand, a plot generated by the learning aid system or a course determined by the student, in particular by means of a voice command of the type: "replicate triangle ABC". The sound picked up by the microphone 3 is analyzed by the interface 23 which cuts out and recognizes the phonemes "replicate", "triangle", "A", "B" and "C" and sends the corresponding information to the central unit 21 The central unit 21 goes into replication mode and controls the actuators 10, 13 and 16 via the interface 22 so that the third arm portion 19, when held by the student, is moves by traversing the triangle ABC.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20130228 |