FR2933605A1

FR2933605A1 - Interface de commande linguale

Info

Publication number: FR2933605A1
Application number: FR0854631A
Authority: FR
Inventors: Rodolphe Heliot
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA
Current assignee: Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique INRIA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2008-07-08
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2010-01-15

Abstract

L'invention concerne un système de commande activable par un élément mobile (22) de la bouche, comportant : un dispositif actionneur (5) pourvu d'un capteur (4) de force en trois dimensions, destiné à être porté ou actionné par ledit élément mobile et incluant un transmetteur sans fil de signaux représentatifs des mesures effectuées ; et un dispositif d'interprétation des déplacements du capteur pour commander un appareil à partir des signaux.

Description

B8789 - DD10463 1 INTERFACE DE COMMANDE LINGUALE

Domaine de l'invention La présente invention concerne de façon générale les interfaces de commande activables par la langue. Exposé de l'art antérieur Les interfaces linguales ou dispositifs de commande activables par la langue sont généralement destinés aux per-sonnes atteintes d'une paralysie des membres inférieur et supérieur mais qui conservent le contrôle des mouvements de la langue. Les interfaces linguales ont alors pour but de permettre à ces personnes d'utiliser leur langue pour commander divers appareils ou équipements (par exemple, un fauteuil roulant, un ordinateur, un téléviseur, un appareil robotisé, etc). La figure 1 est une vue schématique en coupe de la tête d'un être humain illustrant un exemple de dispositif usuel d'interface linguale. Ce dispositif 1 est constitué d'un faux palais 10 rapporté contre le palais 21 de la personne 2. Le faux palais 10 contient une plaque 11 portant, en face inférieure, des capteurs 111 destinés à être actionnés par l'extrémité de la langue 22 de la personne, et des circuits 12 d'émission à desti- nation d'un dispositif externe (non représenté). L'ensemble est généralement enrobé dans une résine 13 et associé à des moyens (non représentés) de maintien contre le palais (par exemple, des B8789 - DD10463

2 éléments d'accrochage à la mâchoire supérieure à la manière d'une gouttière dentaire). Une fois le faux palais 10 en place, la personne peut avec sa langue actionner les différents capteurs 111 répartis dans la plaque 11 pour sélectionner les organes à commander. Un dispositif tel qu'illustré par la figure 1 est décrit dans les documents WO-A-90/07249 et WO-A-93/07726. Un autre dispositif d'interface linguale de type faux palais est décrit dans le document JP-A-2001-243011. D'autres systèmes utilisent à la fois un faux palais portant un ensemble de capteurs magnétiques et un élément actionneur de type aimant permanent fixé sur le bout de la langue de la personne. Un inconvénient des faux palais est qu'ils apportent une gêne dans la bouche de la personne.

De plus, étant destinés à des personnes dépourvues de locomotion des membres inférieur et supérieur, le caractère amovible des faux palais est difficilement exploitable par la per-sonne elle-même. Or, son encombrement rend souvent sa présence incompatible avec d'autres activités utilisant la bouche comme le fait de pouvoir boire ou s'alimenter. De plus, cela déforme la parole et gêne l'élocution qui, pour certains handicapés, est déjà difficile. D'autres techniques d'interface linguale sont connues. Par exemple, la document US-B-6,503,197 décrit une technique consistant à analyser les variations de pression dans un casque porté sur les oreilles du patient et liées au mouvement de sa langue. Là encore il s'agit d'un élément d'interface encombrant qui, s'il n'entrave pas les utilisations de la bouche, est susceptible de gêner l'audition.

Résumé Il serait souhaitable de disposer d'une interface linguale qui pallie tout ou partie des inconvénients des systèmes connus. Il serait en particulier souhaitable de disposer d'une 35 interface linguale qui évite le recours à un faux palais.

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3 Il serait également souhaitable de disposer d'un système requérant un minimum d'intervention d'un tiers de façon à améliorer l'autonomie de la personne équipée. Pour atteindre tout ou partie de ces objets ainsi que 5 d'autres, il est prévu un système de commande activable par un élément mobile de la bouche, comportant : un dispositif actionneur pourvu d'un capteur de force en trois dimensions, destiné à être porté ou actionné par ledit élément mobile et incluant un transmetteur sans fil de signaux 10 représentatifs des mesures effectuées ; et un dispositif d'interprétation des déplacements du capteur pour commander un appareil à partir des signaux. Selon un mode de réalisation de la présente invention, une tête du capteur est apte à détecter les trois composantes de 15 forces subies par une tige, lesdits signaux étant représentatifs desdites composantes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la tête du capteur comporte une membrane apte à subir des déformations sous l'effet de la tige et portant des jauges de 20 contraintes aptes à fournir des signaux représentatifs d'une déformation de la membrane. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le capteur et son circuit sont enrobés dans un matériau propre à transmettre des efforts à la tige. 25 Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif actionneur est porté par un clou destiné à traverser la langue. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif actionneur est porté par un clip destiné à être 30 accroché sur le bout de la langue. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le dispositif actionneur est porté par un clip destiné à être accroché à une dent pour être actionné par la langue. Il est également prévu un dispositif actionneur d'un 35 tel système.

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4 Il est également prévu un procédé de commande à distance d'un équipement au moyen d'un dispositif d'interface buccale. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les déplacements du capteur dans les deux directions tangen- tielles à la membrane sont utilisés pour commander des déplacements de l'équipement dans deux directions et la force normale imprimé au capteur est utilisée en validation de commande. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 qui a été décrite précédemment illustre un exemple connu de faux palais servant d'interface linguale ; la figure 2 est une vue schématique en perspective d'un mode de réalisation d'un capteur de force d'un dispositif actionneur d'une interface linguale selon l'invention ; la figure 3 est une vue latérale très schématique de la bouche d'une personne dont la langue est équipée d'un dispo- sitif actionneur à capteur de force ; la figure 4 est une vue en coupe d'une partie de la langue d'une personne équipée d'une variante d'un dispositif actionneur à capteur de force ; et la figure 5 est une vue schématique d'un système suscep-25 tible d'utiliser une interface linguale à capteur de force. Description détaillée De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension de l'invention ont été repré- 30 sentés et seront décrits. En particulier, l'exploitation des signaux électriques fournis par le capteur de force du dispositif actionneur servant d'interface linguale n'a pas été détaillée, l'invention étant compatible avec toute exploitation habituelle. De plus, les étapes de fabrication du capteur de force du 35 dispositif actionneur n'ont pas non plus été détaillées, B8789 - DD10463

l'invention étant là encore compatible avec la fabrication habituelle de tels capteurs. La figure 2 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un microcapteur 4 de type capteur de force 3D ou 5 tri-axe destiné à équiper un dispositif actionneur selon un mode de réalisation de l'invention. Dans l'exemple de la figure 2, le capteur 4 comporte une membrane déformable 41 (tête du capteur) équipée de jauges de contrainte 42, et une tige rigide 43 reliée à la membrane 41.

Un axe z de symétrie de la tige 43 est perpendiculaire au plan (x, y) de la membrane 41 au repos et est aligné avec le centre de symétrie de la membrane, de préférence circulaire. La section de la tige 43 est inférieure à la surface de la membrane 41. Les jauges de contrainte 42 sont préférentiellement au nombre de 4 et sont régulièrement réparties. La membrane 41 est, par exemple, portée par un substrat 45 sur lequel sont réalisées des pistes conductrices 44 jusqu'à des plots 46 de raccordement à des circuits de traitement des signaux. Un exemple de réalisation d'un microcapteur 4 est décrit dans le document EP-A-1 275 949. Ce microcapteur y est nommé de type clou. Un autre exemple de capteur de force de type clou est décrit dans la demande de brevet européen EP-A-1 688 733 du demandeur. Les capteurs miniatures décrits dans le doc.-=t EP-A-1 275 949 sont réalisés en utilisant des technologies de fabrication des circuits semiconducteurs. Plus particulièrement, la tige 43 est en silicium et présente un diamètre de quelques dizaines de micromètres. Lorsque cette tige est soumise à une force, elle crée une déformation locale de la membrane 41. Cette déformation est captée par les jauges de contraintes 42. Ces jauges de contrainte émettent des signaux véhiculés par les conducteurs 44. La figure 3 est une vue latérale schématique de la tête 2 d'un être humain dont la langue 22 est équipée d'un dispositif ponctuel 5 incluant un capteur de force 4.

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6 La figure 4 est une vue partielle agrandie de la langue 22 d'une personne et d'un dispositif actionneur 5. La figure 4 illustre en coupe transversale une variante du capteur de force 4. Celui-ci est contenu dans un boîtier ou substrat 45 qui est, en face avant, ouvert autour de la tige 43 pour permettre à celle-ci de bouger et de déformer la membrane 41. Les jauges de contrainte 42 sont portées par la face de la membrane 41 opposée à la tige 43. Le boîtier ou substrat 45 définit, à l'arrière de la membrane par rapport à la tige 43, une chambre 47 recevant les déformations de la membrane. La chambre 47 est généralement remplie de gaz. Dans le mode de réalisation de la figure 4, le capteur 4 est enrobé d'un matériau 55 servant notamment à protéger le capteur de son environnement (de la salive), à fournir un point d'appui sur lequel la langue du patient exerce les efforts, ainsi qu'à transmettre ses efforts à la tige 43. Le matériau d'enrobage 55 doit être suffisamment mou pour transmettre les efforts à la tige 43 mais suffisamment dur pour filtrer mécaniquement les forces de très faibles intensités et réduire ainsi le bruit de mesure. Ce matériau doit également protéger mécaniquement le capteur 4. Un exemple de matériau adapté est un matériau de type élastomère dont les propriétés élastiques sont compatibles avec les intensités et fréquences des efforts auquel sera soumis le capteur. De préférence, un matériau biocompatible, par exemple un silicone ou un caoutchouc en élastomère naturel ou synthétique est utilisé. La forme apparente de l'enrobage 55 est de préférence cylindrique pour faciliter l'interprétation des mesures et par souci d'ergonomie. Dans l'exemple de la figure 4, le dispositif 5 a la forme générale d'un clou 51 dont la tige 52 traverse la langue 22 à la manière d'un perçage (piercing) et qui est, à son extré- mité, associé à un fermoir 53 en face inférieure de la langue. On peut prévoir d'intégrer un clou rigide 51 dont la tête porte le capteur 4 dans l'enrobage 55, que l'enrobage 55 lui-même soit, en partie inférieure, en un matériau plus rigide sous le B8789 - DD10463

7 capteur pour former le clou, que seule une tige soit rapportée sous le boîtier 45, etc. En figure 3, le dispositif est représenté schématiquement sous la forme d'un cylindre (par exemple la tête du piercing de la figure 4).

Le dispositif 5 est équipé d'un circuit intégré 57 (figure 4) recevant les signaux des jauges 42 et qui est pourvu de moyens d'émission (ou d'émission-réception) radiofréquence à courte distance pour que les signaux soient captés par une unité de traitement externe. Les liaisons filaires entre les jauges 42 et le circuit 57 n'apparaissent pas aux figures. En variante, le circuit 57 est dans le pied du dispositif 5 ou sous le boîtier 45. Le circuit électronique 57 sert de préférence à enregistrer les signaux analogiques en provenance du capteur 4 et convertit ces signaux en données numériques pour les transmettre à une unité de traitement externe. Le cas échéant, le circuit 57 effectue d'autres pré-traitements. En variante, les informations analogiques sont transmises à l'unité externe qui se charge des traitements. La figure 5 est une vue schématique d'un système utilisant un dispositif 5 pour commander différents équipements (par exemple un microordinateur 61, un téléviseur 62 ou un fauteuil roulant 63). Une unité de traitement 65 reçoit, du circuit 57, les signaux représentatifs des trois composantes des forces subies par le capteur 4. L'unité 65 ou un autre dispositif équivalent est chargé de les interpréter et de transmettre, par voie filaire ou radio, les commandes aux équipements à contrôler. Le ou les circuits 57 du dispositif 5 sont alimentés soit par pile ou batterie intégrée dans le dispositif 5, soit par champ électromagnétique proche rayonné par une antenne associée à l'unité de traitement 65.

En variante, le dispositif 5 pourra être réalisé sous la forme d'un clip accroché à l'extrémité de la langue plutôt que d'un piercing. Selon une autre variante, un dispositif 5 porté par un élément de type clip est accroché à une des dents de la personne B8789 - DD10463

8 et la langue sert alors à venir imprimer une force sur le capteur côté tige 43. Equipée d'un dispositif 5, la personne souhaitant actionner un appareil imprime des mouvements au capteur en utilisant son palais ou toute autre surface rigide de l'intérieur de sa bouche. En appliquant un léger appui du capteur sur le palais, la personne peut, en déplaçant sa langue (et donc le capteur) sur la surface du palais, induire des forces dans les directions x et y. Ces forces tangentielles qui rendent compte du frot- terrent et du glissement du capteur sur le palais peuvent, par exemple, être interprétées comme des commandes en déplacement dans un sens avant-arrière et droite-gauche. La troisième direction (force normale qui rend compte de la pression appliquée par la langue sur le palais) peut être utilisée pour valider des informations. Plus généralement, le capteur de force se comporte comme un levier de commande de type manche à balai (joystick) et toutes les applications dévolues à un tel levier peuvent être envisagées. Dans le cas d'un capteur 4 possédant quatre jauges de contraintes 42 régulièrement réparties par rapport au centre de la membrane 41, on peut définir un repère de centre correspondant au centre de la membrane et dont les axes sont respectivement définis par l'axe de la tige 43 (axe normal z, figure 2) et par les deux paires de jauges diamétralement opposées (axe transversaux x et y). Les différences respectives entre les informations extraites des signaux fournis par chaque paire de jauges de contraintes diamétralement opposées fournissent des informations sur les deux composantes tangentielles (horizon-tale) de la force imprimée au capteur, tandis que la somme des informations extraites des quatre jauges fournit l'information sur la composante normale de cette force. On peut établir une commande de déplacement, par exemple en appliquant la relation suivante : B8789 - DD10463

9 i=t d x = k f Fx di, i=t0 où le déplacement dx selon l'axe x est proportionnel à l'intégrale de la force tangentielle entre un instant t0 correspondant au début d'un enregistrement et l'instant t courant.

Un raisonnement similaire peut être tenu pour un déplacement selon l'axe y. Selon une variante, on peut déclencher (instant t0) une commande de déplacement lorsque la force devient supérieure à un seuil puis son arrêt lorsqu'elle repasse sous ce seuil.

La force normale (Fz) peut fournir une commande de déplacement vertical de la même façon que pour les forces tangentielles, par exemple pour contrôler un système évoluant dans les trois dimensions telles que l'extrémité d'un bras robotisé. On peut également utiliser la pression normale sur l'extrémité de la tige du capteur pour fournir une commande de validation lorsque celle-ci devient supérieure à un seuil pour jouer ainsi le rôle d'un clic de souris. Par exemple, un capteur du type de celui illustré par la figure 2 est porté par un substrat ayant des dimensions de 5 mm par 3,5 mm. L'extrémité libre de la tige 43 présente un diamètre d'environ 2 mm. Le dispositif 5 équipé d'un tel capteur 3D peut donc aisément s'intégrer dans un élément de type piercing de faible dimension. Il en découle que ce dispositif de commande peut être conservé par la personne y compris lors- qu'elle boit ou mange, à la manière d'un piercing décoratif. Par conséquent, le dispositif d'interface linguale proposé, améliore l'autonomie des personnes handicapées. Un autre avantage est que la précision des commandes est améliorée dans la mesure où elle n'est plus liée qu'à la précision des déplacements de la langue et plus aux intervalles entre les capteurs ou récepteurs d'un faux palais.

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10 Un autre avantage de la petite taille du dispositif actionneur 5 est que cela améliore la précision et la résolution des commandes. D'autres capteurs 3D pourront être utilisés, pourvu qu'ils forment des dispositifs susceptibles de capter des forces dans les trois directions, qu'ils soient ponctuels et suffisamment petits (de préférence de moins d'un demi cm2 en surface). Selon une variante d'implantation, le dispositif actionneur 5 est porté par une des lèvres de la personne et celle-ci utilise son autre lèvre pour actionner le capteur. Divers modes de réalisation ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, l'interprétation des mesures de déplacement prises par le capteur 3D pour les convertir en commande est à la portée de l'homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus en utilisant des outils électroniques et informatiques usuels. De plus, bien que l'invention ait été décrite en relation avec un exemple préféré d'interface linguale, elle s'applique plus généralement quel que soit l'élément mobile de la bouche qui porte ou actionne le capteur dans une interface buccale (les lèvres étant considérées comme faisant partie de la bouche). Dans l'exemple d'une interface linguale, l'élément mobile peut être la langue (interface linguale) pour actionner un capteur porté par une dent, ou être la langue par- tant un capteur à appliquer contre un autre élément de la bouche (par exemple, le palais, les dents, les lèvres). Dans l'exemple d'une interface labiale, l'élément mobile peut être une des lèvres et porter l'actionneur.

Claims

REVENDICATIONS1. Système de commande activable par un élément mobile (22) de la bouche, caractérisé en ce qu'il comporte : un dispositif actionneur (5) pourvu d'un capteur (4) de force en trois dimensions, destiné à être porté ou actionné par ledit élément mobile et incluant un transmetteur (57) sans fil de signaux représentatifs des mesures effectuées ; et un dispositif (65) d'interprétation des déplacements du capteur pour commander un appareil (61, 62, 63) à partir des signaux.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel une tête (41) du capteur (4) est apte à détecter les trois composantes de forces subies par une tige (43), lesdits signaux étant représentatifs desdites composantes.
3. Système selon la revendication 2, dans laquelle la tête du capteur (4) comporte une membrane (41) apte à subir des déformations sous l'effet de la tige (43) et portant des jauges de contraintes (42) aptes à fournir des signaux représentatifs d'une déformation de la membrane.
4. Système selon la revendication 2 ou 3, dans lequel 20 le capteur (4) et son circuit (57) sont enrobés dans un matériau propre à transmettre des efforts à la tige (43).
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif actionneur (5) est porté par un clou (51) destiné à traverser la langue. 25
6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif actionneur (5) est porté par un clip destiné à être accroché sur le bout de la langue.
7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif actionneur (5) est porté par un 30 clip destiné à être accroché à une dent pour être actionné par la langue.
8. Procédé de commande à distance d'un équipement (61, 62, 63) au moyen d'un dispositif de commande activable par 2933605 B8789 - DD10463 12 un élément mobile (22) de la bouche conforme à l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les déplacements du capteur (4) dans les deux directions tangentielles à la membrane (41) sont utilisés pour commander des déplacements de l'équipement 5 dans deux directions et la force normale imprimée au capteur est utilisée en validation de commande.