FR3055217A1

FR3055217A1 - Raquette de ping-pong electronique

Info

Publication number: FR3055217A1
Application number: FR1601259A
Authority: FR
Inventors: Jean-Pierre Nikolovski
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2016-08-25
Publication date: 2018-03-02
Anticipated expiration: 2036-08-25
Also published as: FR3055217B1

Abstract

Raquette de ping-pong (4,8) électronique comprenant une lame réceptrice (2, 3, 7) d'impacts propageant des ondes acoustiques et équipée de transducteurs piézoélectriques permettant la localisation des impacts par temps de transit différentiel ou par apprentissage de signatures acoustiques, au moins un accéléromètre/gyromètre 3D monté sur une carte électronique d'acquisition et traitement du signal (90) rigidement couplé à la lame acoustique, une poignée dans laquelle est logée la dite carte électronique (90), un module radio (80) de transmission des données d'impacts, un dispositif de mesure de la force de serrage exercée sur la poignée, une batterie (100) rechargeable à autonomie optimisée. Un impact sur la lame engendre un retour d'information d'identification de la face frappée avec localisation (X,Y) de l'impact, au moins une valeur d'échantillonnage de l'accélération et de la rotation 3D ainsi qu'une mesure de la force de serrage de la poignée. Les applications concernent l'évaluation de la motricité fine.

Description

(57) Raquette de ping-pong (4,8) électronique comprenant une lame réceptrice (2, 3, 7) d'impacts propageant des ondes acoustiques et équipée de transducteurs piézoélectriques permettant la localisation des impacts par temps de transit différentiel ou par apprentissage de signatures acoustiques, au moins un accéléromètre/gyromètre 3D monté sur une carte électronique d'acquisition et traitement du signal (90) rigidement couplé à la lame acoustique, une poignée dans laquelle est logée la dite carte électronique (90), un module radio (80) de transmission des données d'impacts, un dispositif de mesure de la force de serrage exercée sur la poignée, une batterie (100) rechargeable à autonomie optimisée. Un impact sur la lame engendre un retour d'information d'identification de la face frappée avec localisation (X,Y) de l'impact, au moins une valeur d'échantillonnage de l'accélération et de la rotation 3D ainsi qu'une mesure de la force de serrage de la poignée. Les applications concernent l'évaluation de la motricité fine.

DESCRIPTION

La présente invention concerne les interfaces homme-machine et plus particulièrement un dispositif interactifs de caractérisation du geste lors de l'impact entre une balle et une raquette de ping-pong. L'objectif est l'évaluation de la coordination visuo-motrice ou encore le contrôle fin des progrès psychomoteurs résultant d'exercices pratiques. La caractérisation de ce type de gestes rapides de durée inférieure à la demi-seconde, comprend un ensemble de mesures multiphysiques permettant de produire des statistiques de jeu ou d'exercices. Ces statistiques individuelles et nominatives peuvent être monitorées dans le temps pour déceler des progrès dans la maîtrise d'un geste technique ou des régressions dans le cas de pathologies. La mise à disposition et l'évaluation de cet outil par le corps médical pourrait permettre de mettre au point des exercices ou des tests particuliers utiles pour la rééducation fonctionnelle à domicile et le suivi de patients accidentés ou malades, les diagnostics de troubles visuo-spatiaux chez l'enfant et l'adulte ou simplement pour la réalisation de jeux interactifs.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Les outils disponibles aujourd'hui dans le domaine de la rééducation fonctionnelle à partir de bras à retour d'effort à plusieurs degrés de liberté à partir desquels on propose des exercices aux patients consistant à manipuler des objets virtuels sont des équipements encombrants et très coûteux pour un cabinet de kinésithérapie. Par contre, une raquette de ping-pong instrumentée peut constituer un objet léger relativement bien adapté au travail à domicile de récupération de la motricité main-bras-épaule en mettant en jeu de petites forces et accélérations ainsi que de petits exercices de test de la boucle sensori-motrice.

La problématique est donc celle de l'instrumentation d'une raquette de ping-pong dans un contexte de jeux sérieux. La raquette instrumentée doit rester un objet léger avec un poids compris entre 100 et 200 grammes. L'objet est connecté par un moyen sans fil de type radio, infrarouge ou Bluetooth ou wifi. II intègre une électronique embarquée disposant d'une source d'énergie électrique limitée provenant d'une batterie rechargeable par tous types de moyens tels que recharge sans contact par antenne à boucle d'induction, ou par film photovoltaïque pris en sandwich dans la lame transparente ou par simple connexion câblée à un chargeur de batterie. La gestion de l'énergie est un problème fondamental dans ce dispositif autonome. De même l'encombrement de l'électronique et du câblage sont des paramètres critiques compte tenu du volume limité pouvant être dégagé dans le corps de la raquette pour y loger et connecter les différents capteurs et actionneurs. Enfin la robustesse est également un critère important.

La caractérisation du geste et de l'impact d'une balle sur une raquette de ping-pong selon la présente invention comprend les mesures suivantes :

1. La localisation de l'impact de la balle sur les faces de la raquette disposant d'un repère géométrique (Ο, X, Y). Ce procédé peut être qualifié de procédé impactile i.e. sensible aux impacts avec localisation d'impacts par analogie avec un procédé tactile consistant à localiser un toucher sur une surface. Il est souhaitable de détecter l'impact avec un délai de retour vibrotactile ou sonal aussi court que possible et de préférence inférieur au délai de réponse du système nerveux humain, soit une dizaine de millisecondes.

2. La reconnaissance de la face frappée, recto ou verso.

3. L'orientation de la raquette par rapport à la direction imposée par l'accélération de la pesanteur, au moment de la frappe, échantillonnée dans une fenêtre temporelle inférieure à la demi-seconde, voire un vingtième de seconde, englobant l'instant de la frappe.

4. L'accélération dynamique obtenue par filtrage passe-haut de la composante continue de l'accélération et imprimée à la raquette par l'utilisateur au moment de la frappe et échantillonnée dans une fenêtre temporelle englobant l'instant de la frappe. L'accélération 3D (ou triaxiale) est ici un vecteur à trois coordonnées.

5. L'accélération dynamique peut être échantillonnée juste après l'impact, tandis que l'accélération statique prenant en compte l'accélération de la pesanteur et donnant l'orientation de la raquette peut être échantillonnée juste avant l'impact, ou vice versa. La reprogrammation de la bande passante de l'accéléromètre est déclenchée dans les premières millisecondes qui suivent un impact validé. La mesure des deux types d'accélération statique et dynamique peut, en variante, être réalisée quasi simultanément au moyen de deux accéléromètres.

6. L'effet Magnus donné à la balle coupée ou liftée selon qu'une composante d'accélération dynamique s'oppose à l'accélération de la pesanteur ou s'ajoute à celle-ci. L'effet Magnus communiqué à une balle n'a d'intérêt que lorsque celle-ci à une vitesse horizontale non nulle.

7. La mise en veille ou le réveil de l'alimentation électrique de la raquette sont déterminés par un minuteur réarmable, de durée programmable, déclenché par le franchissement d'une accélération seuil.

8. La rotation imprimée à la raquette autour de ses axes principaux dont l'un est parallèle à la direction du manche, obtenue via un gyromètre 3D (tri-axe). Dans ce cas, l'effet Magnus est également accessible via le gyromètre 3D souvent combiné à l'accéléromètre 3D.

9. La force de serrage du manche de la raquette par l'utilisateur réalisable par mesure de la déformation fine du manche ou d'un manchon souple entourant le manche par méthode capacitive.

Dans le cas d'un travail d'entrainement, il est possible de produire un retour d'information vers l'utilisateur dans les quelques dizaines de millisecondes suivant un impact sur la façon dont il utilise la raquette en fonction des valeurs de mesure prises individuellement ou combinées des différents paramètres mesurés. Le retour d'information peut être vibrotactile via une vibration particulière, une modulation d'amplitude ou de fréquence, déclenchée dans le manche de la raquette, mais également sonore, via un sonal déclenché par un haut-parleur disposé dans la raquette ou via un haut-parleur de plus forte puissance commandé par une application logicielle installée sur un ordinateur ou un smartphone connecté à distance. Dans ce cas, le retour d'information peut également être à destination des spectateurs. Le retour d'information peut également être un signal lumineux particulier via des diodes électroluminescentes disposées dans la bordure de la raquette ou dans la lame de la raquette elle-même. Par exemple le signal lumineux peut consister en un code de couleurs indiquant la position de l'impact dans des cercles concentriques depuis le centre de la raquette. La lame de la raquette recevant les impacts peut également prendre en sandwich un afficheur à cristaux liquides ou une autre technologie d'affichage électronique de faible consommation et faible épaisseur.

Les types d'exercices que l'on peut concevoir avec ce type d'outil sont assez variés. Si l'on prend le cas d'un patient souffrant d'une paralysie totale ou partielle de son bras et de la main à la suite d'une chute au ski, par exemple des lésions nerveuses de l'épaule, on imagine facilement que la récupération de la motricité du bras et de la main passeront par la possibilité, au départ, de réaliser de petits mouvements de faibles amplitudes et avec peu de force et probablement dans des directions et un espace limités. De ce point de vue, le simple fait de soutenir la raquette, de la faire tourner dans sa main en combinaison avec la possibilité de

30552 mesurer une force de serrage du manche ainsi que de déterminer les orientations possibles de la raquette dans un volume de travail où il faut simplement combattre la pesanteur donneront une indication utile de la motricité du patient très tôt dans le processus de rééducation. Puis la mesure de la capacité du patient à imprimer une accélération dynamique allant de quelques millièmes de g (1 g = 9,81 m/s²) à plusieurs g ou une rotation selon des axes particuliers donneront d'autres informations de récupération de la motricité. Enfin, la possibilité de jongler en faisant rebondir la balle plusieurs fois d'affilée sur l'une ou l'autre des faces, par alternance des faces, à des hauteurs croissantes, sur une zone imposée de la face de la raquette par exemple au centre ou en périphérie, donneront encore d'autres éléments de récupération et de maîtrise de la motricité. Ce type d'exercice peut concerner des patients ayant subi des lésions nerveuses réversibles, mais également des patients ayant subi un traumatisme plus lourd avec effets irréversibles de type accident vasculaire cérébral ou liées à une neuro dégénérescence. Il peut également concerner les enfants dans l'identification et la rééducation de troubles visuo spatiaux.

En ce qui concerne la localisation de l'impact sur la face de la raquette, on connaît le

Nikolovski et al sur les surfaces sensibles aux impacts et ses perfectionnements successifs avec les brevets FR9816229 du 22 décembre 1998 et FR0008372 du 29 juin 2000. Ils permettent une localisation d'impacts et transfert des données vers un ordinateur avec un temps de réponse très court de l'ordre de la milliseconde par ia mesure de temps de transit différentiel du mode de propagation antisymmétrique de Lamb A0. C'est un procédé déterministe exploitant 4 paires de capteurs piézoélectriques disposés sur une plaque homogène et isotrope selon une configuration en rectangle ou losange, la configuration en losange étant plus adaptée à une raquette de ping-pong. II existe également une autre technologie identifiée par la demande de brevet de R.-K. Ing et al, Method for locating an impact on a surface and device therefor, U.S. Patent US7345677(B2). Jun. 12, 2003, basée sur la localisation par apprentissage et reconnaissance de signatures acoustiques liées aux impacts. Son temps de réponse est un peu plus long, de l'ordre de quelques dizaines de millisecondes. Le procédé ne nécessite pas que la plaque soit homogène. II nécessite un ou 2 capteurs piézoélectriques disposés de façon à briser la symétrie de la plaque et permettre d'établir une relation bijective entre une signature acoustique d'impact et une position d'impact. II peut donc accepter des lames en bois. Les propriétés de symétrie et de dispersion du mode de Lamb antisymétrique ne permettent pas à ces deux technologies de distinguer la face frappée. II existe d'autres variantes de technologies sensibles aux impacts basées par exemple sur la correction de la relation de dispersion du premier mode de Lamb antisymétrique AO et exploitant des fréquences de quelques kilohertz à quelques dizaines de kiloHertz. L'une d'elles est décrite par exemple dans le brevet de R.J. Pechman, B. O. Geaghan, et J. B. Roberts, Touch location détermination using vibration wave packet dispersion, WO/2006/071982 A2 du 28 décembre 2005. Un résumé de l'évolution de ces technologies sur les 20 dernières années est donné dans l'article de Jean-Pierre Nikolovski, 'Lamb-wave (X, Y) Giant Tap Screen Panel with Built-in Microphone and Loudspeaker', IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, 60 (2013), 1178-91 <doi:10.1109/TUFFC.2013.2680>. Les technologies sensibles aux impacts basées sur la détection d'un mode de flexion ou de Lamb antisymmétrique A0 ne permettent pas de distinguer la face frappée pour une raison simple, c'est que le mode de propagation est dispersif et que le paquet d'ondes se renouvelle au cours de la propagation.

Ces technologies ont leurs contraintes propres d'intégration mécanique, de logistique et de pannes techniques. Elles ont toutes un problème de seuil d'énergie cinétique minimum d'activation dans la mesure où l'interaction est déclenchée par un impact et non un toucher. Des efforts considérables ont été déployés pour palier à cette faiblesse, en augmentant continuellement la sensibilité aux petits impacts. C'est notamment le cas de la demande de brevet de JP Nikolovski FR0413684 déposée le 22/12/2004 intitulée « Dispositif Interface émetteur et récepteur sélectif d'ondes acoustiques antisymétriques de plaque ». Ce sont des surfaces passives dans le sens où l'énergie qui crée les ondes acoustiques servant à la localisation est apportée par l'utilisateur ou l'objet percutant et non par l'électronique d'acquisition. Dans le cas d'une balle de ping-pong, l'activation de la raquette doit pouvoir être déclenchée avec une énergie potentielle de la balle correspondant à une hauteur de chute de l'ordre de quelques centimètres ou environ 0.5 à 1 mJ d'énergie cinétique. La précision de localisation doit pouvoir atteindre le millimètre.

Les technologies de localisation citées ci-dessus ont été déployées sur des surfaces qui sont toutes immobiles par rapport à l'impact. Le fait que la surface soit en mouvement peut poser des problèmes de déclenchements intempestifs liés à la transmission acoustique par la poignée et la structure de la raquette.

Ces technologies de localisation ne permettent par ailleurs pas de mesurer facilement un effet Magnus. Il existe néanmoins une technique de mesure acoustique d'un effet Magnus via l'exploitation du mode de Lamb symétrique S0 comme indiqué dans la demande française FR10/51128 du 17 février 2010. Néanmoins le mode SO étant plus rapide qu'un mode AO, et très faiblement engendré par un impact de balle, cette approche réduit la résolution et la sensibilité de la raquette aux petits impacts.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

La présente invention consiste en un dispositif remplissant le rôle de raquette de ping-pong électronique apte à mesurer simultanément plusieurs paramètres caractérisant le geste technique au moment de l'impact telle la face percutée, la position d'un impact sur la face, l'accélération 3D statique et dynamique sur une plage pouvant aller typiquement jusqu'à +/-8 g voire +/-32 g dans les applications sportives, la rotation 3D (i.e. selon 3 axes) de la raquette, un effet Magnus imprimé à la balle, ou encore la force de serrage exercée sur la poignée. Elle propose également une solution pour l'optimisation de la consommation électrique de la raquette qui peut être mise en veille et se réveiller sur simple condition de franchissement d'une valeur d'accélération seuil durant une durée prédéterminée. Elle dispose également d'un module de communication radio dont l'alimentation n'est jamais totalement interrompue de façon à éviter les délais de reconnexion entre la raquette et un ordinateur ou smartphone distant. La lame de la raquette est réalisée en un matériau polymère, par exemple en polyamide ou en polycarbonate (PC) ou en acrylique transparent ou en acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et variante ABS/PC et fabriquée par injection/moulage ou frittage. La surface sensible aux impacts peut être laissée dure ou recouverte d'un double revêtement comprenant une couche d'élastomère seule ou une couche élastomère et une couche de mousse prise en sandwich entre la lame et le revêtement élastomère. Dans ce cas, les capteurs piézoélectriques sont noyés dans le revêtement élastomère et ce dernier est isolé acoustiquement de la surface dure via la couche en mousse d'isolation acoustique. L'interaction naturelle est un impact d'une balle de ping-pong de diamètre calibré, actuellement de 40 mm et de poids 2.7 grammes.

Selon une forme de réalisation simplifiée, la raquette n'a pas de revêtement et les deux faces de la lame peuvent être percutées dans l'exercice. Le dispositif est conçu pour résister aux chutes. Pour cela il dispose d'un ruban de protection réalisé en polymère ou élastomère semirigide par exemple en Santoprène ou en polymère rigide (ABS/PC), et fixé par collage ou par insert à vis en périphérie de la lame. Ce ruban protège les capteurs piézoélectriques et les câbles de connexion reliant les capteurs à l'électronique d'acquisition et de traitement disposée dans le manche de la raquette. II prévoit également que les éléments logés dans la raquette ne bougent pas au cours du jeu et ne créent pas de craquements ou de bruits ou de chocs intempestifs. II prévoit également que le temps de réponse à un impact soit court, compris entre 1 et 10 millisecondes y compris le temps de transmission radio, de façon à produire un retour d'information rapide compatible avec la dynamique du jeu.

Selon une forme de réalisation préférée, la lame est un assemblage de deux lames simples superposées avec un dégagement d'un espace interne suffisant pour le passage de câbles ou pour y loger un afficheur mince ou encore pour y loger un film photovoltaïque mince ou encore une antenne pour recharge sans contact par induction. Un espacement de 2 millimètres entre les lames est suffisant pour implémenter ces différentes options. Pour un film photovoltaïque, un espacement de 0.2 à 0.5 mm est suffisant. En outre, l'espace entre les lames est assuré par des bordures avec épaulement crénelé ayant une double fonction, la première étant d'assurer l'espace entre les lames, la seconde de dégager des ouvertures pour y loger des LEDs d'éclairage sur le pourtour de la lame, la dernière pour éviter que les ondes acoustiques n'atteignent les capteurs en passant par une zone de la plaque d'épaisseur plus grande où la vitesse de propagation acoustique est supérieure à la vitesse des ondes dans la région centrale de la lame où l'épaisseur est constante et plus faible. Le crénelage du bord de la lame est exploité pour créer un méta matériau caractérisé par l'existence d'au moins une bande de fréquences où la propagation des ondes est impossible en raison d'interférences destructrices créées par les réflexions partielles au sein de l'épaulement crénelée. Pour cela on crée un épaulement crénelé avec un intervalle il périodique entre les créneaux. On peut choisir un système à double intervalle il et i2 pour augmenter l'efficacité du blocage des ondes dans l'épaulement. Les périodicités il et i2 des créneaux sont choisies de façon à ce que la propagation soit impossible dans la bande de fréquence exploitée pour la localisation acoustique. Dans le cas d'une localisation par mesure de temps de transit différentiel, la fréquence de travail pourra se situer entre 50 kHz et 200 kHz selon l'épaisseur choisie pour la lame, sachant que plus la lame sera mince et plus il sera possible de travailler à des fréquences élevées sans que la détection soit perturbée par l'apparition de modes acoustiques à fréquence de coupure, le premier mode à fréquence de coupure apparaissant autour de la fréquence VT/4h où VT est la vitesse des ondes transversales dans une lame et h la demi épaisseur d'une lame. Par exemple, dans le cas où la vitesse des ondes transversales serait de lmm/ps et pour une lame de demi-épaisseur 1 mm, la fréquence de coupure est de 250 kHz. En dehors de la caractéristique de créer une bande interdite, le crénelage du rebord augmente le chemin acoustique à parcourir pour atteindre un capteur. Enfin, parmi les autres bénéfices indirects d'un montage à double lame, il y a celui de réduire le poids de la raquette et celui de pouvoir obtenir des faces de percussion externes totalement planes.

Certains aspects innovants sont les suivants :

• Une raquette de ping-pong multimédia sensible aux impacts connectée avec localisation d'impacts par apprentissage ou par temps de transit différentiel sur détection sélective d'une onde acoustique engendrée par l'impact de la balle avec retour vibrotactile programmable et

Une détection de la face impactée et de l'orientation de la raquette au moyen d'un accéléromètre 3D avec sensibilité à l'accélération de la pesanteur par au moins un échantillonnage séparé du vecteur accélération 3D sensible à l'accélération de la pesanteur (dit accélération statique) ;

• Au moins un échantillonnage du vecteur accélération 3D en rejetant la composante

---d'accélération de fréquence nulle (dite dynamique) par filtrage passe-haut, les deux-échantillonnages étant réalisés dans une fenêtre temporelle de largeur 20 ms à ls englobant l'impact avec l'accéléromètre logé dans la poignée. L'échantillonnage dynamique de l'accélération est réalisé soit à la suite de l'échantillonnage de l'accélération statique par reprogrammation de l'accéléromètre par exemple juste après l'impact avec les deux mesures réalisées dans un laps de temps le plus court possible, de l'ordre de 10 à 20 ms maximum.

• Au moins un échantillonnage de l'accélération au moyen de deux accéléromètres 3D l'un dédié à la mesure de l'accélération statique, l'autre à la mesure de l'accélération dynamique pour disposer des deux mesures dans un laps de temps inférieur à 10 ms. Les deux types d'accélération sont exploitées pour remonter à l'orientation de la raquette en particulier dans le cas où l'accélération est de plusieurs g (1 g = 9.81 m/s²). On soustrait alors la composante dynamique à la composante statique pour déterminer l'orientation de la raquette au moment de l'impact.

• L'échantillonnage et le transfert de la force de serrage de la poignée selon un axe Y ou deux axes X,Y par méthode capacitive à lignes de champ projetées, perturbées par la déformation de la coque blindée sous l'effet de la force de serrage ou par la présence de la main enserrant et déformant un manchon en mousse. L'échantillonnage et le transfert des données de force de serrage et d'accélération sont réalisées par défaut à une cadence donnée indépendante de la présence d'impacts par exemple à une cadence comprises entre 10 et 100 mesures par seconde. En présence d'un impact, les données de serrage et d'accélération sont synchronisées avec l'impact, i.e. échantillonnées à intervalles de temps réguliers connus par rapport à l'instant de l'impact.

• Une lame d'épaisseur de 0.5 mm à 5 mm, fabriquée en un seul tenant, obtenue par fabrication additive dite aussi impression 3D ou injection plastique et dont une portion est de forme ovale ou elliptique et est destinée à recevoir les impacts de balles et dont une autre portion est de forme parallélépipédique avec un évidement de sa partie centrale permettant de loger des composants électroniques soudés sur une carte de circuit imprimé (PCB ou Printed Circuit Board en anglais) et s'étendant vers la poignée, l'ensemble (lame et carte PCB) étant fermement pris en sandwich par deux éléments de coque déformables au moyen de 4 vis avec écrous de serrage, disposés dans les coins et le tout formant la poignée de la raquette.

• Une lame dispose sur son chant périphérique de deux rainures pratiquées à égales distances des faces et permettant le passage de deux lignes de câbles coaxiaux fins de diamètre inférieur à 1 mm. Ces câbles permettent de raccorder les capteurs piézoélectriques à l'électronique de traitement logée dans la poignée.

• Les capteurs piézoélectriques occupent les sommets du dispositif de localisation sensible aux impacts par temps de transit différentiel selon une configuration en losange dont l'une des diagonales passe par le grand axe de la partie elliptique de la lame.

• Les capteurs piézoélectriques de type PZT (zirconate titanate de plomb) sont collés soit sur les chants de la raquette qui sont localement aplanis de façon perpendiculaires aux axes du losange dans une première forme de réalisation soit sur les faces de la raquette selon deux autres formes de réalisation avec lame simple ou double. Lorsqu'ils sont collés sur les chants, ils sont polarisés en épaisseur et leur face interne est complètement recouverte d'une pâte d'argent tandis que la face extérieure comprend deux électrodes de surface égale séparées par une bande de garde d'argenture de largeur 0.2 mm centrée sur la ligne de demi-épaisseur de la lame. L'une des électrodes extérieures est alors soudée à la tresse du câble coaxial, tandis que l'autre électrode extérieure est soudée à l'âme du câble coaxial. On obtient ainsi une détection sélective de modes de Lamb antisymétriques tel le mode A0.

• La dimension des plaquettes PZT est typiquement de 2h x L x t pour une lame de demiépaisseur h. La demi-épaisseur h vaut typiquement 1 à 3 mm tandis que la largeur L vaut typiquement 3 à 10 mm et l'épaisseur t vaut 0.1 à 0.5 mm. Lorsque les capteurs sont collés sur les faces de la raquette, ils sont collés selon 4 paires de disques PZT disposés en vis-àvis dans des zones ayant subi un lamage sur une profondeur au moins égale à l'épaisseur de la céramique piézoélectrique additionnée de l'épaisseur de colle soit environ 0.3 mm pour des disques céramiques PZT d'épaisseur 0.2 mm. Les faces internes des disques en vis-à-vis sont connectées au même potentiel électrique tandis que l'une des faces externes est connectée à la tresse du câble et l'autre face restante est connectée à l'âme du câble coaxial. Nous obtenons alors une détection sélective de modes antisymétriques de Lamb. Le lamage au diamètre du disque plus 0.1 mm facilite le positionnement en vis-à-vis des paires de disques et permet d'avoir des faces totalement planes une fois les céramiques collées.

•—Le chant de la ruban semi-rigide à rigide d'épaisseur 0.5 mm à 1 mm en polymère en forme de U de profondeur 1 à 3 mm qui protège les céramiques PZT de façon à ce que la balle de pingpong ne touche jamais les céramiques. Les câbles circulent sur le pourtour de la lame jusqu'au niveau de la poignée et rentrent dans la poignée pour rejoindre la carte PCB via des rainures pratiquées en surface de la lame. Un perçage avec fraisage du chant de la lame est pratiqué près de la base de la poignée de façon à dégager un chant libre pour l'une des paires de capteurs piézoélectriques.

• Dans le cas d'une localisation des impacts par apprentissage de signatures acoustiques, on prendra 2,3 ou 4 transducteurs piézoélectriques collés sur les chants ou sur les faces, mais en dehors des axes de symétrie de la lame de façon à créer une signature acoustique unique pour tout impact sur la lame. Dans ce cas, la lame n'est pas forcément homogène et isotrope. Elle peut être réalisée en bois, ou en matériau composite de type bois-polymère ou bois-époxy.

• Le nom de l'entreprise et le nom du modèle de la raquette sont imprimés en relief sur les biseaux de la poignée. Les éléments de coque de la poignée et la lame sont teintés dans des couleurs particulières de façon à forger une identité marketing pour le produit, par exemple orange pour les éléments de coque et blanc pour la lame et le ruban de protection.

• la lame de percussion est composée d'un assemblage de deux lames minces maintenues à distance l'une de l'autre par ou moins 4 espaceurs ou entretoises disposées à 45° des diagonales du losange et situés en bordure de lame. En variante, on peut remplacer les entretoises par un épaulement crénelé identique pour les 2 lames. L'espacement entre les 2 lames est d'environ 2 mm et plus largement de quelques dixièmes à quelques millimètres. Il est suffisant pour passer les câbles de raccordement entre les capteurs et l'électronique d'acquisition sans avoir à pratiquer de rainure sur le pourtour des lames.

• Un circuit imprimé (PCB) chargé de l'amplification des signaux analogiques fournis par les capteurs piézoélectriques et réalisant le traitement du signal et le retour d'information relatif à la caractérisation du geste technique a au moins deux de ses bordures prises en sandwich entre la lame et l'un des éléments de coque constituant la poignée.

• Un dispositif à retour vibrotactile consistant en un micro moteur à masselotte excentrée est logé dans un évidemment de la paroi de la poignée.

•Les composants électroniques pour montage de surface soudés sur la carte électronique detraitement sont au moins partiellement enfouis dans la lame.

• Le module radio, la batterie et la carte électronique d'acquisition sont logés de façon à répartir les poids de chaque côté de la lame. Le module radio a antenne intégrée située près de l'extrémité de la poignée tandis que la batterie est située près de la base de la poignée.

• Une partie de l'alimentation électrique, en particulier celle des voies analogiques d'amplification du signal est mise en veille durant le retour vibrotactile de durée quelques dizaines à quelques centaines de millisecondes.

• L'intensité ou la fréquence du retour vibrotactile est fonction du module ou du signe d'une ou plusieurs composantes combinées du vecteur accélération3D.

• Les données d'impacts sont horodatées et enregistrées de façon nominative.

• Les données d'impacts sont transmises par ondes radio et réceptionnées automatiquement ou sur requête d'une unité électronique distante de type ordinateur personnel ou tablette ou smartphone comprenant un logiciel applicatif de visualisation des statistiques de jeu ou de l'exercice pratiqué.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

les figures IA et IB sont des schémas en perspective des lames en configuration capteurs sur les chants et capteurs sur les faces selon deux modes de réalisation de la raquette numérique selon l'invention;

les figures IC et 1D sont des schémas en perspective d'un système à deux lames superposées à bordures avec épaulement crénelé, la lame de la FIG.1C étant destinée à être superposée à la lame de la FIG. 1D, le tout constituant la lame double de la figure IE;

les figure 2A et 2B sont des schémas en perspective d'un premier élément de coque de la poignée;

les figures 2C et 2D sont des schémas en perspective de l'autre élément de coque de la poignée destiné à s'accoupler avec le premier élément de coque en enserrant la ou les lames et constituant la poignée dans laquelle est logée l'électronique de traitement ;

- kTfîgure 3 est un schéma en perspective illustrant le ruban de protection dans le cas d'une configuration simple lame avec rainures de passage de câbles sur les chants de la lame ;

la figure 4 représente une vue en perspective d'une raquette assemblée dans le cas d'une configuration simple lame avec récepteurs piézoélectriques collés sur les faces ;

la figure 5 représente un assemblage en perspective éclatée d'une raquette selon une configuration simple lame avec le ruban de protection, la carte d'amplification et traitement des signaux, les éléments de coque, le module radio Bluetooth et la batterie.

La figure 6 représente un montage de principe avec une vue en coupe de la coque recouverte d'un manchon en mousse solide et des circuits imprimés sous-jacents pour la mesure de la force de serrage de la poignée par déformation de la mousse ou de la coque entraînant la perturbation de lignes de champs projetées d'un condensateur de mesure sous-jacent à la coque.

La figure 7 représente schématiquement le traitement du signal effectué pour la mesure d'un signal proportionnel à la valeur de la capacité de la figure 6.

la figure 8 est un schéma en perspective d'une raquette électronique assemblée selon l'invention et intégrant une lame double ;

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

En référence aux figures la et lb, l'invention propose deux formes de réalisation de la lame de percussion. Dans le cas de la figure IA, les capteurs piézoélectriques sont collés sur les 4 chants plans dressés 21, 22, 23, 24 d'une lame monolithique 2 intégrant une bordure d'épaisseur 2 mm intégrant 2 rainures 31 et 32 circulant sur le pourtour de la bordure pour le passage des câbles de connexion. La bordure est interrompue sur des tronçons de 8 mm de façon à dégager 4 chants de formes rectangulaires correspondant à l'emplacement de capteurs piézoélectriques de type PZT (Zirconate Titanate de Plomb) de dimensions typiques 7 mm x 4 mm x 0.2 mm. Les capteurs occupent ainsi les sommets d'un losange. Ici le losange est même carré et la longueur des diagonales est de 150 mm. Ils définissent les axes X et Y pour la localisation des impacts sur la lame, l'origine étant l'intersection des axes X et Y. L'axe Y est l'axe longitudinal qui sert également pour la mesure de la rotation de la raquette lorsque l'on utilise un gyromètre 3D. La puce électronique donnant les accélérations 3D intègre souvent aussi la fonction gyromètre 3D. Elle est localisée au milieu du manche de raquette. Les axes associés aux fonctions accéléromètre/gyromètre 3D sont indiqués sur la FIG.1A. La hauteur de la bordure est supérieure à l'épaisseur de la partie centrale de la lame. Ainsi, la lame a typiquement une épaisseur de 4 mm, tandis que la bordure a une épaisseur de 6 mm. Elle sert de support à un ruban en plastique ou élastomère rigide ou semi-rigide en forme de U donné à la FIG3. Le ruban a une épaisseur de paroi de 1 mm, une épaisseur externe de 8 mm, un évidement interne d'épaisseur 6 mm et une profondeur interne de 1 à 3 mm de façon à protéger les capteurs piézoélectriques contre les impacts et les chutes de la raquette. Les rainures ont une largeur et une profondeur de 1mm. Elles sont équidistantes du plan médian de la lame. La lame a une forme globalement elliptique dans la zone de percussion interne à la bordure avec une grand axe de longueur 170 mm et un petit axe de longueur 150 mm. Le centre de l'ellipse est décalé de 10 mm par rapport au centre du cercle. La lame elliptique comprend une zone rectangulaire de dimensions 37 mm x 84 mm qui s'étend sur son grand axe de façon à constituer une zone 45 de contre appui pour les différents éléments constituant la poignée, notamment la carte électronique d'acquisition et traitement du signal et les deux éléments de coque 50 et 60 illustrés avec les FIG2 et 3. La portion rectangulaire de la lame est partiellement évidée sur une profondeur de 2.5 mm dans sa partie centrale 41 visant à réduire le poids total et loger les composants électroniques soudés sur les deux faces de la carte électronique. Les rainures 31 et 32 de la bordure débouchent dans la poignée via les rainures 34 et 35 dont les orientations à 45° par rapport à l'axe longitudinal Y limitent le risque de cassure de la lame. La zone rectangulaire de la lame comprend 4 trous de perçage (trous 42 et 43 visibles sur la FIG.1A) qui servent à fermer la poignée et maintenir enserrée la carte électronique. La zone rectangulaire comprend également un trou de perçage 44 pour le raccordement de la batterie 100 à la carte électronique 90 comme illustré à la FIG.5. Après fermeture de la poignée via 4 vis de serrage en inox au format Ml.6 avec têtes et écrous enfouis, on obtient une poignée et une lame suffisamment rigides et solides pour la pratique du jeu.

La FIG.1B illustre une variante 3 de réalisation de la lame de percussion mettant en œuvre 4 paires de capteurs piézoélectriques collés en vis-à-vis sur les deux faces de la lame. Les capteurs PZT sont ici des disques de diamètre 7 mm et d'épaisseur 0.2 mm. Ils sont enfouis dans la lame qui est lamée dans les régions 201, 202, 203, 204, sur une profondeur égale à l'épaisseur des disques plus une marge de 0.1 mm pour l'épaisseur de colle. Ils sont polarisés en épaisseur et connectés électriquement de façon à détecter sélectivement le mode de Lamb antisymétrique A0 comme déjà indiqué dans les brevets cités illustrant l'art antérieur. Les chants de la lame épousent localement la forme circulaire des capteurs de façon à ce que la sensibilité directionnelle du capteur soit plus homogène et de façon aussi à favoriser la résonance radiale du capteur. Cette variante comporte un bénéfice par rapport à la configuration de la FIG.1A, celui de rendre la lame sensible à des impacts de plus faible énergie et aussi un inconvénient, celui de limiter la surface de travail utile de la lame. Pour ces deux variantes la bordure n'est interrompue que 4 fois à l'endroit des capteurs. Néanmoins on peut imaginer d'interrompre beaucoup plus de fois la bordure de façon à créer une bordure crénelée. L'intérêt d'une bordure crénelée est d'empêcher que des ondes acoustiques ne se propagent dans la bordure à une vitesse supérieure à celle des ondes qui se propagent dans la région centrale de la lame d'épaisseur plus faible et d'éviter ainsi les erreurs de mesure. Ce point va être illustré plus explicitement avec une troisième variante de réalisation décrite ciaprès.

En référence aux figures IC et 1D, l'invention propose une troisième forme de réalisation privilégiée de l'invention mettant en œuvre deux lames 5 et 6 d'épaisseurs identiques mais plus faibles que dans le cas des configurations IA et IB. Chacune des lames a une épaisseur de

1.5 mm ou moins. L'espace entre les lames est voisin de 2 mm. Les 2 lames intègrent en bordure des épaulements identiques 116 et 126 sur une seule face, de hauteur 1 mm et largeur 2 mm. L'épaulement sert à définir la distance séparant les lames. Il est ici crénelé de façon à bloquer ou ralentir la propagation éventuelle d'ondes acoustiques dans l'épaulement. Les capteurs piézoélectriques ne sont collés ici que sur une seule face lamée (110,111,112,113) et (120,121, 122, 123) de chacune des lames. La faible épaisseur des lames a pour effet de réduire la vitesse de propagation des ondes de flexion et limite également la quantité relative du mode de Lamb symétrique S0 engendré par un impact. On améliore ainsi la résolution spatiale tout en disposant de lames avec faces externes totalement planes. Les deux lames sont ensuite superposées et collées l'une à l'autre. La superposition des deux lames dégage des ouvertures 134 sur le pourtour permettant de produire des effets lumineux via des diodes électroluminescences insérées dans ces ouvertures. D'un point de vue de la facilité d'assemblage, l'une des lames dispose de tétons 117 et 118 de diamètre 1 mm, disposés à 45° des axes X, Y de la lame, tandis que l'autre lame prévoit des mortaises 127 et 128 destinées à s'accoupler avec les tétons. La FIG. IE illustre une vue en perspective des deux lames 5 et 6__ assemblées formant la lame double 7. La bordure de la lame est crénelée avec des créneaux d'intervalle il et i2. L'intervalle des créneaux est choisi pour bloquer ou au moins ralentir la propagation acoustique dans la bordure afin que la vitesse des ondes dans la bordure reste inférieure à la vitesse des ondes dans le cœur de la lame. Dans le cas de la FIG1E, il correspond à un espace angulaire de 5’ et i2 à un espace angulaire de 10’ par rapport au centre O, défini par l'intersection des diagonales du losange. Cette troisième variante de réalisation dispose donc de plusieurs avantages par rapport aux deux précédentes. Elle facilite la pose d'un film photovoltaïque flexible mince et léger de moins de 4 grammes, tel le film MPT3.6-75 ou MPT3.6-150 de la société Power Film, Inc (Ames, lowa, USA), disposés entre les deux lames transparentes pour la recharge de la batterie 100 (cf. FIG5). La surface disponible sur la lame est suffisante pour obtenir un courant de charge crête de près de 200 mA ce qui augmente significativement l'autonomie de la batterie durant une phase de jeu en plein jour sachant que la consommation électrique de l'électronique d'acquisition hors retour vibrotactile est de 1W (200 mA sous 5V) et permet une autonomie de 2h30 à pleine puissance pour une batterie de type LiPo (Lithium-Polymère) de capacité 1.2A.h sous 3.6V. Un tel module photovoltaïque permet donc de recharger rapidement la batterie de façon à ce que la raquette soit toujours chargée au moment où l'on souhaite s'en servir. On remarquera également qu'au besoin, l'espace situé entre les deux lames est adapté à ia pose d'une antenne de recharge sans contact par induction électromagnétique. En ce qui concerne les capteurs 112 et 122 situés au plus proche de la poignée, on s'assure que les ondes acoustiques incidentes rencontrent les mêmes conditions de réflexion sur chant libre que pour les trois autres capteurs. Ceci est obtenu en pratiquant le perçage 132 sur la lame de la FIG.1D. Par ailleurs, les deux lames disposent des trous 114 et 115 pour l'une ainsi que les 4 trous dont les trous visibles 124, 125 et 133 pour l'autre, pour le passage des vis de serrage de l'assemblage. Pour cette variante, les câbles ne passent plus sur le pourtour de la lame, mais directement dans l'espace dégagé entre les lames. Les câbles sont coaxiaux, de diamètre inférieur à 1 mm. Ils relient la carte électronique aux 4 capteurs de la lame FIG1D. En ce qui concerne les capteurs de la lame FIG1C, les connexions sont réalisées directement avec les capteurs situés en regard lors de la superposition des deux lames. En effet, le faible espace séparant les capteurs permet de les connecter via un point de colle conductrice ou via des petites languettes métalliques flexibles en laiton soudées sur les capteurs de la lame FIG IC et venant en appui sur les électrodes des capteurs de la FIG 1D sur lesquels des points de colle époxy condiirtricp nnt été déposés en attente des contacts à venir avec les languettes juste avant la superposition des lames. Les électrodes situées au contact des faces des lames sont à la masse électrique, tandis que les autres électrodes constituent les points chauds. On obtient ainsi un blindage naturel et une plus faible sensibilité de l'électronique aux perturbations extérieures. L'accès aux électrodes internes collées directement contre les faces des lames est obtenu via une piste de colle conductrice sortant de la zone de lamage. Comme nous pouvons le voir, cette troisième variante facilite l'insertion d'éléments additionnels entre les lames, par exemple un film photoélectrique ou un afficheur mince donnant des informations visuelles sur les données d'impacts ou encore un haut-parleur plat susceptible de produire un retour sonore. Pour ne pas perturber la propagation des ondes acoustiques dans les lames, les éléments disposés entre les lames sont en contact sec avec les lames. Ils sont maintenus en place en étant fixés sur une structure rigide mince qui est solidaire des épaulements situés en périphérie. En référence aux FIG.2A et FIG.2B, on a représenté en perspective par le dessus et le dessous l'un des deux éléments de coque 60 de la poignée. L'élément de coque 60 est conçu pour être réalisé par injection moulage ou prototypage 3D et pour s'accoupler avec un second élément de coque 50 illustré également en perspective par le dessus et le dessous sur les FIG2C et FIG2D en prenant en sandwich la lame de percussion, les chants de cette dernière restant apparents tout autour de la poignée. Les éléments ont globalement une forme parallélépipédique de dimensions 9.5 mm x 37 mm x 101 mm, avec des arrêtes longitudinales, i.e. parallèles à Taxe Y, très arrondies de façon à ce que la tenue de la poignée dans la main soit confortable. Les dimensions globales de la poignée sont alors de 23 mm x 37 mm x 101 mm pour une lame d'épaisseur 4 mm. L'élément 60 comprend des tenons 620, 621, 622, 623 descendant le long des parois intérieures et destinés à venir en appui sur les bords de la carte électronique 90 (cf. FIG.5), elle-même en appui sur l'épaulement 45 de la lame de percussion (cf. FIG.1A). Les extrémités des tenons sont biseautées de façon à ce que les arrêtes des biseaux fléchissent lors de l'opération de fermeture serrée de la poignée. L'assemblage des coques 50 et 60 est réalisé par vis et écrous enfouis dans les coques. L'élément 60 reçoit les têtes de vis 693, 694, 695, 696 au format de filetage M1.6 tandis que la coque 50 dispose de 4 logements de forme 53 pour les écrous hexagonaux. Lors de l'assemblage, les vis sont guidées via les cylindres 641, 642, 643, 644. Les deux éléments de coque 60 et 50 ont leurs extrémités respectives 691 et 51 biseautées du côté de la lame de façon à ce que l'épaisseur de la poignée ne cache pas la balle lors d'impacts près de la poignée. Les surfaces biseautés 691 et 51 peuvent recevoir une inscription en relief par exemple le nom de l'entreprise « NOM » d'un côté et le modèle de raquette « MODELE » de l'autre côté. Un évidement 61 destiné à loger un vibreur à masselotte excentrée est pratiqué sur l'élément de coque 60. L'évidement 67 permet d'amincir localement la coque pour dégager au besoin une ouverture débouchant pour l'accès aux connecteurs JTAG en phase de débogage. L'évidement 63 de profondeur 0.5 mm dégage un plafond de protection pour les capteurs piézoélectriques rectangulaires dans la configuration « capteurs sur chant » de la FIG IA. Cet évidement n'est pas nécessaire pour les autres configurations. Les trous de perçage 65 et 66 donnent respectivement accès à un connecteur USB et un micro interrupteur à glissière dont la fonction est de couper totalement l'alimentation électrique de la raquette lorsque celle-ci n'est pas utilisée pendant plusieurs mois ou lorsque la raquette est secouée en permanence dans les transports ce qui risquerait de maintenir inutilement l'alimentation électrique à l'état actif « on ». La FIG 4 illustre en perspective une raquette assemblée avec la variante de lame de la FIG1B, capteurs sur faces, avec les éléments de coque de la poignée et le ruban de protection. La FIG 5 illustre en perspective éclatée la raquette de la FIG 4 en montrant les principaux éléments logés dans la poignée, notamment la carte électronique de traitement 90, le module radio Bluetooth 80 et une batterie 3.6V rechargeable 100 de type LiPo (Lithium Polymètre) de capacité 1.2 A.h. Comme on peut le constater, la carte électronique de traitement est située du côté de l'élément de coque 60 contenant le vibreur, tandis que la batterie 100 et le module radio 80 sont de l'autre côté de la lame, du côté de l'élément de coque 50. On obtient ainsi une raquette relativement bien équilibrée avec une masse proche de à 150 grammes lorsque les matériaux sont en polyamide. Si l'on remplace la lame simple de la FIG IB par la lame double de la FIG IE, on obtient une raquette allégée d'environ 20%, avec une masse se situant autour de 120 à 130 grammes si l'on inclut le film photovoltaïque. Un assemblage d'une raquette électronique à double lame est illustré en perspective à la FIG 8. Les faces externes des lames sont ici totalement planes. On peut dans cette configuration et dans le cas où l'utilisateur est pongiste, coller sur les faces des revêtements élastomères rouge et noir permettant de donner un certain effet Magnus aux balles. Néanmoins, pour une bonne détection acoustique, le revêtement devra, soit avoir une épaisseur très faible, de l'ordre du dixième de millimètre, soit inclure des relais de percussion avec une mousse intermédiaire faiblement chargée en microbilles métalliques de diamètre 0.1 mm à 0.5 mm, avec une densité surfacique d'au moins une mlcrobille par mm², localisées dans des alvéoles de la mousse au voisinage de la lame, et ayant pour fonction de transformer l'impulsion à spectre acoustique basse fréquence engendré par l'impact de la balle sur le revêtement élastomère mou en un micro choc métal sur lame à spectre plus large bande engendré par le transfert de la quantité de mouvement de la balle vers la microbille venant à son tour percuter la lame. Selon ce montage, la mousse conserve une fonction d'isolation acoustique pour les ondes engendrées et se propageant dans la lame jusqu'aux capteurs et une fonction de relai de percussion via les billes emprisonnées dans sa structure souple. De la sorte, il reste possible de recourir à des revêtements à mousse intermédiaire chargée en billes métalliques et revêtement externe en élastomères lisse ou à picots. En référence à la figure 6, la mesure de la force de serrage F de la poignée constituée de ses éléments de coques 50 et 60 peut être obtenue simplement en disposant au moins un condensateur Cm de petite valeur, typiquement inférieur à lpF constitué d'une simple piste de cuivre de largeur 150 pm, épaisseur 35 pm, coupée sur une distance de l'ordre du millimètre et simplement gravée sur un circuit imprimé 141. Le dit circuit imprimé est suspendu au-dessus du circuit imprimé principal 90 de traitement du signal via ses broches d'entrée-sortie 142 et 143. Lorsque l'élément de coque 60 fléchit de quelques dixièmes de millimètre sous l'action de la force de serrage F, la distance d séparant la feuille métallique SHLD fixée à la coque du condensateur de mesure Cm disposé sur le circuit imprimé 141 diminue de sorte que les lignes de champ projetées 145 du condensateur Cm sont coupées ce qui engendre une chute de la valeur de Cm. La variation de Cm peut ainsi être directement corrélée à la force de serrage F selon une loi de variation polynomiale que Ton pourra obtenir par étalonnage. La mesure de la valeur Cm peut facilement être obtenue par des procédés classiques tels que la mesure du décalage d'une fréquence de résonance d'un oscillateur à relaxation à amplificateur opérationnel impliquant la capacité Cm dans sa boucle de contre-réaction. Une autre méthode simple pour la mesure de Cm illustrée à la FIG7 consiste à comparer sa valeur à celle d'une capacité de référence Cref via un pont de mesure. Pour cela on injecte un signal sinusoïdal à l'une des bornes de Cm de fréquence suffisamment élevée pour que l'épaisseur de peau associée à la feuille métallique SHLD soit 2 à trois fois plus faible que l'épaisseur de la feuille métallique SHLD. Celle-ci constitue alors un blindage permettant d'éviter que la simple présence de la main ne perturbe la capacité Cm alors qu'aucune force n'est exercée. Néanmoins, dans une version très élémentaire, on peut envisager de supprimer la feuille métallique SHLD en comptant sur le fait que la présence de la main, de par sa conductivité électrique, perturbe effectivement les lignes de champ projetées et la mesure de Cm jusqu'à atteindre une valeur nominale correspondant à une situation où la main couvre complètement la coque en vis-à-vis de la capacité Cm. On notera que la sensibilité de la méthode permet de déceler des variations capacitives avec une résolution de l'ordre du femtoFarad, voire moins, et une détection de la présence de la main jusqu'à plus de 10 cm de distance de la poignée. Ensuite toute force F non nulle déformant la coque modifiera la capacité Cm dans une proportion directement dépendante de la force F exercée. Ce second procédé est certes moins précis, mais également moins coûteux puisqu'il évite le blindage. En outre, il est compatible avec l'adjonction d'un accessoire simple pour la mesure de petites forces, à savoir un manchon en mousse solide acrylique ou de polyuréthane 146 disposé autour de la poignée et augmentant la plage de mesure des déformations. De la sorte, l'utilisateur commencera par serrer et déformer la mousse sur une course de 1 à 2 mm avant de déformer la poignée sur une course de quelques dixièmes de millimètre. En l'absence de mousse, la capacité Cm est bien sûr disposée dans une région où la coque se déforme le plus facilement sous l'effet de la force F. Elle est typiquement placée dans la région centrale sous la paroi de la coque 60. Ce condensateur renseigne sur une force de serrage exercée dans la direction Y. Compte tenu de la structure d'assemblage des éléments de coque enserrant la partie rectangulaire de la lame, on comprend que la déformabilité de la poignée sera assez réduite dans la direction X. C'est là que l'usage d'un manchon en mousse 146 entourant la poignée sera précieux car il pourra se déformer de la même façon dans toutes les directions et donc renseigner sur les forces exercées dans les directions X et Y pourvu qu'il y ait un condensateur Cmx ayant des lignes de champ projetées se déployant à l'extérieur de la coque dans la direction X jusqu'à la surface externe de la mousse en plus du condensateur Cmy déjà disposé sous la coque 60. Cette condition n'est pas rédhibitoire car la perturbation de la main est de plusieurs dizaines de femtoFarads à plusieurs centimètres de distance de la coque. Pour une mesure de force dans la direction Y, le circuit imprimé 141 est donc placé à 1 ou 2 mm de la partie plate de la coque 60. On remarquera qu'un deuxième circuit imprimé identique au circuit 141 et connecté électriquement en parallèle peut être déployé dans le sens opposé au voisinage de la paroi interne de l'autre élément de coque 50. En cas de perturbation dissymétrique entre la paume et les doigts, les deux condensateurs de mesure fourniront une perturbation capacitive moyenne. La mesure de la capacité Cm est obtenue selon le montage de la Fig.7. Ce montage comprend un étage adaptateur d'impédance où la capacité de référence Cref est constituée de l'impédance capacitive d'entrée de l'entrée non inverseuse, autour de 1 à 10 pF, d'un

à 10. La résistance RI sert ici à limiter la sensibilité au bruit 50 Hz et à figer l'impédance résistive d'entrée. Elle vaut typiquement 100 kOhms. Cet étage est suivi d'un filtre passe-bande biquadratique de façon à améliorer le rapport signal sur bruit, centré sur la fréquence fo d'excitation sinusoïdale du signal Vin(t)=V_o.sin(27tfot), où Vo est l'amplitude du signal d'excitation Vin, typiquement 3 Volts et avec f₀=l à 10 MHz. Ensuite on procède à une détection de crête du signal avec fonction RESET pouvant être commandée numériquement par le microcontrôleur de la carte électronique via un transistor MOS canal N type BST82 commandant la vidange du condensateur réservoir CL. On obtient en sortie de l'étage suiveur l'amplitude crête du signal haute fréquence Vout en sortie du pont avec Vout/Vin=GxCm/(Cm+Cref), où G est le gain de l'amplificateur adaptateur d'impédance. L'amplitude du signal Vout représentatif de la force exercée sur la poignée peut ensuite facilement être mesurée par conversion analogique numérique commandée par le microcontrôleur soudé sur le PCB principal 90 de traitement du signal. Nous obtenons ainsi un capteur capacitif Cmx pour la direction X et Cmy pour la direction Y, susceptible de détecter, d'une part, la proximité de la main à plusieurs centimètres de distance, d'autre part, de quantifier la force exercée sur la poignée ou le manchon en mousse entourant la poignée selon les directions X et Y en fonction des perturbations des lignes de champ projetées.

L'invention n'est pas limitée à la conception mécanique de la raquette numérique telle que précédemment décrit, mais s'étend également à un procédé de gestion de la consommation électrique de la raquette à l'aide de l'accéléromètre. Pour cela, le procédé comprend des étapes consistant à sortir la raquette de son mode veille lorsqu'une accélération seuil est détectée, typiquement une accélération strictement supérieure à l'accélération de la pesanteur g, par exemple supérieure de 6% de g. L'alimentation électrique de la raquette passe en mode veille lorsque l'accélération mesurée reste au-dessous de cette accélération seuil pendant une période déterminée, programmable entre 0.5 s et 60 s. Le passage en mode veille engendre une fréquence de mesure de l'accélération minimale, par exemple réduite à 10 mesures par seconde. Dans cette configuration, le microcontrôleur de gestion de l'électronique d'acquisition est également en mode veille, ainsi que tous les circuits d'amplification des signaux analogiques en provenance des capteurs piézoélectriques. Seul l'accéléromètre reste actif, mais avec une cadence de mesure réduite. Le module radio est également éteint ou en mode veille. Dans cet état, la consommation électrique de l'électronique peut chuter à une centaine de microampères. Un mouvement de la raquette avec une accélération supérieure au seuil prédéfini (exemple 1.06 g) déclenche une interruption en provenance de l'accéléromètre à destination du microcontrôleur. Ce dernier active l'alimentation de tous les circuits analogiques et numériques. La cadence de mesure de l'accélération est portée alors à 50 ou 100 mesures par seconde. La consommation de courant de la carte est alors à son maximum, autour de 200 mA sous 5V, la carte étant prête à détecter des impacts. Simultanément un minuteur est réinitialisé par l'accéléromètre qui enverra une interruption de passage en mode veille si l'accélération repasse et reste en dessous du seuil prédéfini pendant la durée prédéterminée, par exemple 30 secondes.

L'invention s'étend également à un micrologiciel (firmware) chargé dans la mémoire Flash du microcontrôleur de la carte électronique 90 et comprenant des instructions de code pour le transfert et le traitement des données d'impact permettant de caractériser le geste. L'invention vise aussi l'unité électronique externe de type ordinateur personnel (PC) ou tablette ou smartphone, à laquelle la raquette peut être reliée par l'intermédiaire du module radio ou du câble de raccordement série USB dont la fonction est également de permettre la recharge de la batterie logée dans la poignée.

Dans les revendications qui suivent, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant les revendications aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents que les revendications visent à couvrir du fait de leur formulation et dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.

Claims

REVENDICATIONS

1. Raquette de ping-pong électronique (1,4) apte à mesurer plusieurs paramètres caractérisant le geste technique comprenant :

- une lame réceptrice (2, 3, 7) d'impacts propageant des ondes acoustiques et équipée de transducteurs piézoélectriques permettant la localisation des impacts par temps de transit différentiel ou par apprentissage de signatures acoustiques ;

- au moins un accéléromètre 3D monté dans la poignée (50,60) ;

- un gyromètre 3D (triaxial);

- une poignée (50, 60) dans laquelle est logée une carte électronique (90) ;

- un module radio (80) de transmission des données d'impacts;

- un dispositif de mesure de la force de serrage exercée sur la poignée ;

- une batterie (100) rechargeable par câble, induction ou film photovoltaïque; caractérisée en ce qu'un impact sur la lame engendre au moins un retour d'information consistant en au moins la reconnaissance de la face frappée, recto ou verso de la lame avec localisation (X,Y) de l'impact sur la lame et au moins une valeur d'échantillonnage du vecteur accélération 3D sensible à l'accélération de la pesanteur dite accélération statique.
2. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le retour d'information comprend une mesure de l'accélération dynamique avec un intervalle de temps séparant les mesures d'accélération statique et dynamique inférieur à 20 ms.
3. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un échantillonnage et un transfert de la force de serrage de la poignée est réalisé par méthode capacitive à lignes de champ projetées, perturbées par la déformation de la coque ou d'un manchon en mousse entourant la poignée, à une cadence donnée indépendante de la présence d'impacts ou de façon synchronisée avec l'impact à intervalles de temps réguliers connus par rapport à l'instant de l'impact.
4. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que des éléments de coque (50, 60) de la poignée prennent en sandwich et enserrent la lame (2, 3, 7).
5. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lame (2, 3) comprend des capteurs piézoélectriques collés sur les chants ou sur les faces de la lame et en ce que des câbles de raccordement des capteurs piézoélectriques à la carte électronique (90) passent par des rainures (31,32) pratiquées sur le chant de la lame et en ce que le chant, les câbles et les capteurs sont protégés par un ruban protecteur (70) en forme de U en polymère semi-rigide à rigide.
6. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lame (7) d'impact est constituée d'un système à deux lames (5,6) superposées, maintenues à une distance l'une de l'autre de quelques dixièmes à quelques millimètres par des entretoises ou des épaulements (116,126) en bordure des lames (5,6).
7. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la lame double (7) renferme un film photovoltaïque ou une antenne pour recharge sans contact par induction ou un afficheur ou un jeu de diodes électroluminescences.
8. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bordure de la lame (2, 3, 7) est crénelée (il, i2).
9. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réveil ou la mise en veille d'au moins une partie de l'alimentation électrique de la carte électronique (90) est déclenchée par une interruption de l'accéléromètre 3D en direction du microcontrôleur de la carte, déclenchée par au moins le franchissement à la hausse d'une valeur seuil d'accélération.
10. Raquette de Ping-Pong électronique (1,4) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les faces de la lame comportent un revêtement avec mousse intermédiaire chargée en microbilles métalliques et un revêtement élastomère externe lisse ou à picots.
11. Unité électronique à système d'exploitation de type PC ou tablette ou smartphone comprenant un récepteur radio de type Bluetooth ou Wifi, caractérisée en ce qu'elle est configurée pour recueillir les données d'impacts transmises par le module radio de la raquette électronique et qu'elle comprend un logiciel applicatif visualisant nominativement les statistiques de jeu ou de gestes techniques correspondant à une partie de jeu ou des exercices particuliers prescrits à l'utilisateur de la raquette, les dits exercices consistant en des opérations de manipulation, rotation, accélération, serrage de la raquette ainsi que d'exercices ou jeux de percussion ou jonglage avec la balle mobilisant les capacités de coordination motrice du joueur.

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