FR3037817A1

FR3037817A1 - Dispositif pour sport de glisse et procede d'apprentissage associe

Info

Publication number: FR3037817A1
Application number: FR1654787A
Authority: FR
Inventors: Kevin Lestrade; Jean-Luc Barou; Philippe Viot
Original assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM; Universite de Bordeaux; ARTS; Institut Polytechnique de Bordeaux
Current assignee: Centre National de la Recherche Scientifique CNRS; Ecole National Superieure dArts et Metiers ENSAM; Universite de Bordeaux; ARTS; Institut Polytechnique de Bordeaux
Priority date: 2015-06-29
Filing date: 2016-05-27
Publication date: 2016-12-30
Anticipated expiration: 2036-05-27
Also published as: WO2017001780A1; JP2018525052A; AU2016285151A1; JP6783805B2; EP3313542A1; US10780331B2; FR3037817B1; US20180193712A1

Abstract

La présente invention se rapporte à un dispositif pour sport de glisse comprenant : • un support de glisse (1) tel qu'un surf ou un ski ; • un capteur d'effort (3) fixé sur le support de glisse à l'interface avec un utilisateur, ledit capteur d'effort étant adapté pour capter une ou des forces générées par l'utilisateur sur le support de glisse; • un capteur de position et de mouvement (5) fixé sur le support de glisse et adapté pour capter la position, la vitesse et l'accélération du support de glisse dans l'espace ; • une unité de traitement (7) connectée au capteur d'effort et au capteur de position et de mouvement et adaptée pour synchroniser les données en provenance des capteurs.

Description

1 DISPOSITIF POUR SPORT DE GLISSE ET PROCÉDÉ D'APPRENTISSAGE ASSOCIÉ DESCRIPTION Domaine technique [1] La présente invention se rapporte aux sports de glisse tels que le surf, le ski, le « snowboard » notamment. Etat de la technique [2] Dans le texte qui suit, le surf va être pris à titre d'exemple principal de sport de glisse. Cependant, l'enseignement de ce texte s'applique également aux autres sports de glisse dans lesquels un élément principalement rigide va glisser sur une surface liquide ou solide. Cela comprend donc le ski dans toutes ses variantes, le « snowboard » ou surf des neiges, etc. [03] L'apprentissage et le perfectionnement d'un sport de glisse tel que le surf passent par un entrainement sous le regard d'un entraineur. Ce dernier va regarder le surfeur évoluer et, en fonction des défauts qu'il constate, proposer des corrections au sportif qui va s'efforcer d'avoir l'attitude correcte par une succession d'essais / erreurs. [04] Ce travail est actuellement aidé par des caméras vidéos installées directement sur le surf, ou sur la côte et qui, en enregistrant les évolutions du surfeur, vont aider l'entraineur et le sportif à visualiser et analyser a posteriori le travail réalisé. [5] Il existe également des capteurs capables de fournir en temps réel au surfeur la vitesse du surf par rapport à la vague. [6] Ces possibilités d'apprentissage et de perfectionnement sont donc très qualitatives et reposent beaucoup sur l'expérience de l'entraineur, ou du sportif. Par exemple, dans le sport de haut niveau, des variations infimes de prise d'appui peuvent avoir des conséquences importantes sur la qualité de la trajectoire alors qu'elles ne seront dues qu'à une position 3037817 2 très peu différente de la position optimale, différence pas ou peu détectable par l'enregistrement vidéo. [7] Il serait donc souhaitable d'offrir aux sportifs et à leurs entraineurs des moyens permettant de quantifier les différents éléments d'une 5 évolution et de les comparer ainsi, par exemple, à une évolution idéale. Description de l'invention [8] Il existe donc un réel besoin pour un dispositif de sport de glisse qui permette d'acquérir des données quantitatives palliant ainsi les défauts, inconvénients et obstacles de l'art antérieur. 10 [09] Pour résoudre un ou plusieurs des inconvénients cités précédemment, un dispositif pour sport de glisse comprend : - un support de glisse tel qu'un surf ou un ski ; - un capteur d'effort fixé sur le support de glisse à l'interface avec un utilisateur, le capteur d'effort étant adapté pour capter une ou des 15 forces générées par l'utilisateur sur le support de glisse; - un capteur de position et de mouvement fixé sur le support de glisse et adapté pour capter la position, la vitesse et l'accélération du support de glisse dans l'espace ; - une unité de traitement connectée au capteur d'effort et au capteur 20 de position et de mouvement et adaptée pour synchroniser les données en provenance des capteurs. [10] Des caractéristiques ou des modes de réalisation particuliers, utilisables seuls ou en combinaison, sont : - Il comprend en outre une caméra fixée sur le support de glisse et 25 connectée à l'unité de traitement, ladite caméra étant positionnée pour capter l'image de l'utilisateur ; - le capteur d'effort est intégré dans le support de glisse ; - le capteur d'effort est associé à un dispositif étanche venant en intermédiaire entre le capteur d'effort et l'utilisateur ; 30 - le capteur de position et de mouvement comprend un gyroscope 3 axes, un accéléromètre 3 axes et un magnétomètre ; 3037817 3 - il comprend une mémoire de stockage des données synchronisées ; et/ou - il comprend un émetteur pour transmettre en temps réel les données synchronisées à un calculateur d'analyse et de 5 visualisation via une liaison sans fil . [11] Dans un deuxième aspect de l'invention, un dispositif comme ci-dessus est utilisé pour l'apprentissage et le perfectionnement d'un sport de glisse. [12] Dans un troisième aspect de l'invention, un procédé d'apprentissage 10 d'un sport de glisse utilisant un dispositif comme ci-dessus, comprend : - utilisation dudit dispositif par un utilisateur pour pratiquer ledit sport de glisse et enregistrement des données en provenance des capteurs dudit dispositif ; - traitement desdites données et comparaison avec des données de 15 référence ; - traitement et fusion desdites données pour une conversion et un affichage de paramètres d'évaluation et de progression de l'utilisateur. [13] Une caractéristique ou mode de réalisation particulier est que 20 l'affichage des paramètres d'évaluation et de progression est réalisé sous une forme graphique mettant en évidence la différence de position de l'utilisateur par rapport à la position d'un utilisateur de référence. Un autre mode de réalisation est que l'affichage des paramètres d'évaluation et de progression est réalisé sous une forme graphique mettant en évidence les 25 différences de position entre différents utilisateurs. [14] Dans un quatrième aspect de l'invention, un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprend des instructions de code de programme pour la 30 mise en oeuvre du procédé d'apprentissage ci-dessus. 3037817 4 [15] Dans un cinquième aspect de l'invention, un dispositif de simulation d'un sport de glisse comprend : - un support de glisse tel qu'un surf ou un ski ; - un capteur d'effort fixé sur le support de glisse à l'interface avec un 5 utilisateur, ledit capteur d'effort étant adapté pour capter l'ensemble des forces générées par l'utilisateur sur le support de glisse ; - un actionneur fixé sur le support de glisse et adapté pour déplacer le support de glisse selon 6 degrés de liberté; - une unité de traitement connectée au capteur d'effort et à 10 l'actionneur et adaptée pour modifier la position du support de glisse en fonction des forces générées par l'utilisateur et de paramètres de modélisation d'un environnement. Brève description des figures [16] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, 15 faite uniquement à titre d'exemple, et en référence aux figures en annexe dans lesquelles : - La figure 1 représente.une planche de surf instrumentée selon un mode de réalisation de l'invention ; - La figure 2 représente un ordinogramme d'acquisition et de 20 traitement des données du dispositif de la figure 1 ; - La figure 3 représente l'évolution de la force verticale lors d'une utilisation du dispositif de la figure 1 ; - Les figures, 4A et 4B représentent l'évolution des forces, des vitesses angulaires et des accélérations lors de l'évolution de la figure 3 ; 25 - La figure 5 représente un ordinogramme d'un procédé d'apprentissage utilisant le dispositif de la figure 1 ; et - La figure 6 représente un simulateur basé sur le dispositif de la figure 1. Modes de réalisation 30 [17] Un dispositif pour sport de glisse comprend un support de glisse tel qu'un surf, ou planche de surf, ou un ski. Ces deux sports sont donnés à 3037817 5 titre d'exemple mais la description peut s'appliquer à tout sport dans lequel un dispositif glisse sur un milieu liquide ou solide. Ainsi, et comme indiqué préalablement, les modes de réalisation décrits ci-après se centreront sur le surf. 5 [18] En référence à la figure 1, une planche de surf 1 comprend un capteur d'effort 3 sous forme d'une plateforme de captation des forces selon 6 composantes : les 3 forces selon des coordonnées cartésiennes et les 3 moments autour des axes du repère cartésien. Ce repère est défini comme lié à la planche de surf, x étant l'axe longitudinal, y l'axe 10 transversal et z l'axe vertical. On notera que des capteurs moins sophistiqués se limitant à capter une ou deux composantes de force peuvent également être utilisés pour des raisons de coût. La contrepartie de l'utilisation de tels capteurs est que l'information recueillie est moins riche. Cela peut être compensé par des études préliminaires utilisant la 15 plateforme à 6 composantes pour déterminer les composantes principales à analyser. [19] Des études préalables permettent de définir les quantités maximales que le capteur d'effort 3 doit être capable d'enregistrer. Ainsi, il est souhaitable que le capteur d'effort 3 soit capable de mesurer les forces 20 maximales suivantes : 5000N pour Fx, 5400N pour Fy, 14500N pour Fz, 560Nm pour Mx, 650Nm pour My et 750Nm pour Mz. [20] Le capteur d'effort 3 est fixé sur la planche de surf 1 à l'interface avec un utilisateur. Ainsi, sur une planche de surf, le capteur 3 est préférentiellement positionné sous le pied avant du surfeur car c'est le pied 25 principal pour diriger le surf. . Cependant, le capteur 3 peut également être positionné sous le pied arrière ou bien deux capteurs sont installés pour recueillir les efforts de chaque pied. Pour un ski, le capteur d'effort est, par exemple, positionné sous la semelle de la chaussure de ski. Le capteur d'effort capte ainsi l'ensemble des forces générées par l'utilisateur sur le 30 support de glisse. Il capte aussi bien les forces verticales et horizontales, 3037817 6 avant et arrière, que les couples de rotation autour des 3 axes, soit sur 6 axes de liberté. [21] Le capteur d'effort 3 est intégré dans la planche de surf 1 de façon à limiter autant que possible la différence de position de l'utilisateur par 5 rapport à une planche de surf non instrumentée. [22] Le capteur d'effort 3 se doit de résister aux éléments environnementaux de la planche de surf 1 et en particulier à l'eau marine dont le pouvoir de corrosion est bien connu. En même temps, la protection éventuelle du capteur de force 3 ne doit pas perturber la mesure des 10 forces. Par exemple, un film plastique étanche tel que le Seaguard Flex 5400, Dickson, Wasquehal, France mis en couverture du capteur de force 3 a l'avantage de peu perturber la captation des forces. Une autre solution est d'utiliser un capteur de force intrinséquement résistant à la corrosion marine. 15 [23] La planche de surf 1 comprend également un capteur de position et de mouvement 5. Ce capteur de position et de mouvement 5 est destiné à identifier les interactions entre la planche de surf 1 et la vague en analysant le comportement dynamique de la planche de surf 1 via, par exemple les vitesses angulaires et les accélérations longitudinales de la 20 planche de surf. Il est donc adapté pour capter la position, la vitesse et l'accélération de la planche de surf dans l'espace. Il comprend par exemple un gyroscope 3 axes tel que le ITG3200 de InvensSense, San Jose, Californie, un accéléromètre 3 axes tel que le ADXL345 d'Analog Devices, Norwood, USA et un magnétomètre mais peut être également 25 constitué de composants peut-être moins performants mais également moins coûteux tels qu'un récepteur GPS ou utiliser moins de composants et, par exemple, se limiter à un récepteur GPS et un accéléromètre 3D du type de ceux utilisés par les téléphones intelligents grand public. [24] Une unité de traitement 7 est connectée au capteur d'effort 3 et au 30 capteur de position et de mouvement 5. Cette unité de traitement 7 synchronise les données en provenance des capteurs. Par exemple, elle 3037817 7 peut être constituée d'une carte Mega 2560 de Arduino, Torino, Italie qui comprend également un convertisseur analogique-numérique. [25] Avantageusement, un réseau peut être installé pour récupérer et synchroniser les informations en provenance de ces deux capteurs et 5 également pour recueillir et synchroniser des informations en provenance d'autres capteurs. [26] Par exemple, une caméra 9 fixée sur la planche de surf 1 est connectée à l'unité de traitement 7 par ce réseau. La caméra 9 est positionnée pour capter l'image de l'utilisateur, en particulier son pied posé 10 sur le capteur d'effort afin de permettre avantageusement de faire des corrélations entre les forces captées et la position de l'utilisateur. [27] Le dispositif comprend également une mémoire de stockage 11 des données synchronisées et/ou un émetteur 13 pour transmettre en temps réel les données synchronisées à un calculateur d'analyse et de 15 visualisation (non représenté) via une liaison sans fil. Cela permet d'exploiter les données en fin d'exercice et/ou pendant l'exercice. [28] Le traitement des données est réalisée de la façon suivante, figure 2 : - Conversion, étape 21, des mesures électriques en provenance des capteurs en valeurs numériques représentant les différentes valeurs 20 physiques : forces (N), moments (Nm), vitesses (ms-1) et accélérations (ms-2) dans le repère cartésien x, y, z ; - Synchronisation, étape 23, des différentes mesures et, si disponibles, des images prises par la caméra ; - Stockage et/ou transmission, étape 25, de l'ensemble des données 25 synchronisées. [29] La figure 3 montre ainsi l'évolution de la force Fz en fonction du temps selon différentes situations. [30] Dans la zone 31, le surfeur est assis sur la planche en attendant la vague. Il n'est donc pas en contact avec le capteur de forces 3 et la force 30 Fz est égale à O. 3037817 8 [31] Dans la zone 33, le surfeur est couché sur la planche et rame avec ses mains pour attraper la vague. Seule sa poitrine est en contact avec le capteur de force 3 aussi la force Fz correspond à environ 40 à 60 % du poids du surfeur. 5 [32] Dans la zone 35, la phase de surf proprement dite démarre et commence par un pic de Fz correspondant à la prise d'appui du surfeur se mettant en position debout. Puis se déroule une série d'appui/retrait correspondant aux évolutions de surf. Cela correspond typiquement à une phase de prise de vitesse par flexion/extension. 10 [33] Finalement, en zone 37, le surfeur sort de la planche soit par chute, soit car c'est la fin de la vague et Fz retourne à 0. [34] Bien évidemment, c'est la zone 35 correspondant à la phase de surf qui est la plus intéressante à analyser. [35] Les figures 4A, 4C et 4D montrent en fonction du temps et 15 synchronisées respectivement : - La force verticale ; - Les vélocités angulaires ; et - Les accélérations longitudinales. [36] Le trait vertical pointillé correspond sur ces trois figures au départ de 2 0 la phase de surf. [37] Sachant que les figures 4 correspondent à la même phase de surf que celle de la figure 3, on constate que la recherche de prise de vitesse se traduit par des pics d'accélération selon l'axe longitudinal : le résultat recherché est donc bien atteint. 25 [38] Ce dispositif est avantageusement utilisable pour l'apprentissage et le perfectionnement d'un sport de glisse en permettant à un entraineur et au sportif de voir et analyser de façon précise ce qui s'est passé pendant l'exercice. [39] Ainsi, un apprentissage du surf utilisant la planche de surf comprend, 3 0 figure 5 : 3037817 9 - Utilisation, étape 51, de la planche de surf par un utilisateur pour pratiquer le surf et enregistrement des données en provenance des capteurs 3, 5 de la planche de surf 1 ; - Traitement des données et comparaison avec des données de 5 référence, étape 53 ; - Traitement et fusion des données pour une conversion et un affichage de paramètres d'évaluation et de progression de l'utilisateur, étape 55. [40] L'étape 53 de comparaison de données peut se baser sur des 10 données d'une session précédente ou des données provenant d'une session d'un surfeur professionnel (montrant ainsi « l'idéal ») ou enfin, dans le cadre d'une activité ludique, les données d'un « adversaire ». [41] L'affichage des paramètres d'évaluation et de progression est réalisé sous une forme graphique mettant en évidence la différence de position de 15 l'utilisateur par rapport à la position d'un utilisateur de référence ou mettant en évidence les différences de position entre différents utilisateurs. Dans un premier exemple, plusieurs utilisateurs utilisent la même planche et l'ensemble des évolutions est synthétisé et mis en parallèle sur cet affichage. Dans un second exemple, plusieurs utilisateurs utilisent en 20 parallèle chacun une planche de surf instrumentée et l'ensemble des évolutions est reporté sur un affichage commun, ce qui peut permettre des applications ludiques ou de compétition. [42] Pour la mise en oeuvre, on conçoit que l'unité de traitement à bord du dispositif comme ceux qui servent à l'analyse sont pilotés par des 25 programmes d'ordinateur. Ainsi, un produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprend des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé d'apprentissage. 3037817 10 [43] Par ailleurs, il est particulièrement intéressant d'utiliser le dispositif instrumenté comme base pour un simulateur permettant ainsi à un utilisateur de s'entrainer en dehors du milieu naturel. [44] En particulier, figure 6, le dispositif de simulation comprend un 5 support de glisse et un capteur d'effort fixé sur le support de glisse à l'interface avec un utilisateur, tel que décrit ci-dessus. De plus, un actionneur 61 est fixé sur le support de glisse et est adapté pour déplacer le support de glisse selon 6 degrés de liberté. Cet actionneur est par exemple un positionneur hexapode ou une plateforme de mouvement. 10 [45] On notera que dans cette configuration, le capteur de position et de mouvement est avantageusement intégré à l'actionneur. Il peut même être supprimé en considérant que la position du surf est parfaitement définie à tout instant par le positionneur. [46] Une unité de traitement 63 est connectée au capteur d'effort 3 et à 15 l'actionneur 61. Elle est adaptée pour modifier la position du support de glisse en fonction des forces générées par l'utilisateur et de paramètres de modélisation d'un environnement afin de simuler le résultat des forces appliquées sur le support de glisse par l'utilisateur en fonction d'un environnement programmé pour simuler, par exemple, la forme d'une 20 vague, ou la pente d'une piste de ski. [47] Pour cela, la modélisation se base sur un modèle prédictif permettant de prédire le comportement de la planche en fonction du comportement du surfeur. Ce modèle est construit à partir de sessions d'acquisition de données utilisant la planche de surf 1. 25 [48] Ce simulateur comprend également des écrans de visualisation 65 pour permettre d'informer l'utilisateur, de façon la plus naturelle possible, de l'environnement qui a été programmé afin que l'utilisateur puisse réagir à celui-ci. [49] L'invention a été illustrée et décrite en détail dans les dessins et la 30 description précédente. Celle-ci doit être considérée comme illustrative et 3037817 11 donnée à titre d'exemple et non comme limitant l'invention à cette seule description. De nombreuses variantes de réalisation sont possibles. [50] Par exemple, dans le cadre de la pratique du ski, il est intéressant d'instrumenter les deux skis en installant sur chacun un capteur d'effort et 5 un capteur de position et de mouvement et de synchroniser l'ensemble afin d'obtenir un ensemble complet d'information. En surf, il est également possible d'instrumenter le surf avec un second capteur de forces pour enregistrer les forces provenant du pied arrière du surfeur. [51] Il est également possible de prévoir un dispositif manuel de 10 marche/arrêt permettant à l'utilisateur de ne démarrer l'acquisition que pendant une phase intéressante d'évolution.

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif pour sport de glisse comprenant : - un support de glisse (1) tel qu'un surf ou un ski ; - un capteur d'effort (3) fixé sur le support de glisse (1) à l'interface avec un utilisateur, ledit capteur d'effort étant adapté pour capter une ou des forces générées par l'utilisateur sur le support de glisse (1) ; - un capteur de position et de mouvement (5) fixé sur le support de glisse (1) et adapté pour capter la position, la vitesse et l'accélération du support de glisse (1) dans l'espace ; - une unité de traitement (7) connectée au capteur d'effort (3) et au capteur de position et de mouvement (5) et adaptée pour synchroniser les données en provenance des capteurs.
2. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une caméra (9) fixée sur le support de glisse (1) et connectée à l'unité de traitement (7), ladite caméra étant positionnée pour capter l'image de l'utilisateur.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le capteur d'effort (3) est intégré dans le support de glisse (1).
4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le capteur d'effort (3) est associé à un dispositif étanche venant en intermédiaire entre le capteur d'effort et l'utilisateur.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur de position et de mouvement (5) comprend un gyroscope 3 axes, un accéléromètre 3 axes et un magnétomètre. 3037817 2
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une mémoire de stockage (11) des données synchronisées. 5
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un émetteur (13) pour transmettre en temps réel les données synchronisées à un calculateur d'analyse et de visualisation via une liaison sans fil. 10
8. Procédé d'apprentissage d'un sport de glisse utilisant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend : - utilisation (51) dudit dispositif par un utilisateur pour pratiquer ledit 15 sport de glisse et enregistrement des données en provenance des capteurs dudit dispositif ; traitement (53) desdites données et comparaison avec des données de référence ; traitement et fusion (55) desdites données pour une conversion et un 20 affichage de paramètres d'évaluation et de progression de l'utilisateur.
9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'affichage des paramètres d'évaluation et de progression est réalisée sous une forme 25 graphique mettant en évidence la différence de position de l'utilisateur par rapport à la position d'un utilisateur de référence.
10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'affichage des paramètres d'évaluation et de progression est réalisé sous une forme 30 graphique mettant en évidence les différences de position entre différents utilisateurs. 3037817 3
11. Produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, caractérisé en ce qu'il comprend 5 des instructions de code de programme pour la mise en oeuvre du procédé d'apprentissage selon l'une au moins des revendications 8, 9, ou 10.
12. Dispositif de simulation d'un sport de glisse comprenant : 10 -' un support de glisse (1) tel qu'un surf ou un ski ; - un capteur d'effort (3) fixé sur le support de glisse à l'interface avec un utilisateur, ledit capteur d'effort étant adapté pour capter des forces générées par l'utilisateur sur le support de glisse ; - un actionneur (61) fixé sur le support de glisse et adapté pour 15 déplacer le support de glisse selon 6 degrés de liberté; - une unité de traitement (63) connectée au capteur d'effort et à l'actionneur et adaptée pour modifier la position du support de glisse en fonction des forces générées par l'utilisateur et de paramètres de modélisation d'un environnement. 20