WO2001069281A1 - Procedes et dispositifs de determination par ultrasons de la position d'un objet mobile - Google Patents

Procedes et dispositifs de determination par ultrasons de la position d'un objet mobile Download PDF

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WO2001069281A1
WO2001069281A1 PCT/FR2001/000776 FR0100776W WO0169281A1 WO 2001069281 A1 WO2001069281 A1 WO 2001069281A1 FR 0100776 W FR0100776 W FR 0100776W WO 0169281 A1 WO0169281 A1 WO 0169281A1
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WO
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ultrasonic
distance
receivers
receiver
distances
Prior art date
Application number
PCT/FR2001/000776
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English (en)
Inventor
Serge Serafini
Pierre Tranchant
Simon Elkrief
Original Assignee
Pdp Personal Digital Pen
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/043—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using propagating acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
    • G01S5/22—Position of source determined by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements

Definitions

  • the present invention relates to methods and devices for ultrasound determination of the position of a moving object.
  • stylographer in the sense of the present invention any object having the function of producing, directly or indirectly, a representation of a movement which is printed thereon. In particular, it may be the movement printed on the stylograph by the hand of a user holding the stylograph.
  • the system may for example be a handwriting recognition system or a data entry system for a computer or the like.
  • FIG. 1 shows an example of a system according to the prior art for determining the position of a mobile object in a plane associated with a fixed two-dimensional coordinate system.
  • the system comprises a stylograph 10 of substantially cylindrical and tapered shape, which has one end, forming a point. In operation, this point is kept in contact with and is caused to move on a flat support 20 such as a scoring table, due to the movement imparted to it by the hand of a user (not shown).
  • the stylograph 10 includes an ultrasonic transmitter 11 such as an ultrasonic capsule operating in emission. This transmitter 11 can emit acoustic waves into the ambient medium, in the form of a train of ultrasonic pulses.
  • the stylograph further includes an infrared emitting diode 40 capable of emitting infrared pulses.
  • a control signal from the ultrasonic transmitter is shown in Figure 2a.
  • a control signal of the infrared emission diode is shown in Figure 2b.
  • these control signals are synchronized, that is to say that an infrared pulse is emitted at the same time as each ultrasonic pulse.
  • the control signals of the infrared transmitter and of the ultrasonic transmitter shown in FIGS. 2a and 2b are generated as soon as a switch (not shown) is housed in the tip of the stylograph 10 is closed because the tip of the pen comes into contact with the support 20.
  • the system further comprises a reception unit fixed relative to the support 20.
  • This unit comprises an infrared reception diode 50 disposed near the scoring table.
  • This infrared receiving diode is adapted to receive the infrared pulses emitted by the infrared emitting diode 40 and to transform them into an electrical signal visible in FIG. 2c. As can be seen, this electrical signal is synchronized with the control signals of FIGS. 2a and 2b. Indeed, the infrared pulse is transmitted at the speed of light, which amounts to saying that, on the scale of the speed of propagation of ultrasonic waves (whose frequency is 40 kilohertz), the emission and the reception of the infrared pulse are concomitant.
  • the reception unit further comprises two ultrasonic receivers 31 and 32, such as ultrasonic capsules operating in reception, which are also arranged near the scoring table. These receivers 31 and 32 are separated by a known determined distance. They are adapted to receive the ultrasonic pulses emitted by the ultrasonic transmitter 11 and to transform them into electrical signals, visible respectively in FIGS. 2d and 2e.
  • the electrical signals delivered by the ultrasonic receivers 31 and 32 and by the infrared reception diode 50 are transmitted to a management unit, such as a computer 33, by ad-hoc links 35, 36 and 37 respectively.
  • the computer 33 executes a program which makes it possible, according to the electrical signals thus received, to produce data representing the trajectory of the tip of the stylographer on the support 20.
  • This software implements a known triangulation method, to determine the instantaneous position of the tip of the stylographer 10 on the support 20.
  • This method is a synchronous method. Indeed, it is based on the reception, on possibly different dates, of the same ultrasonic pulse by each of the two ultrasonic receivers 31 and 32, and on the comparison of these reception dates with a determined date which is the date of emission of said ultrasonic pulse by the ultrasonic transmitter 11, to deduce therefrom the distance between the ultrasonic transmitter 11 and each of the two ultrasonic receivers 31 and 32, and thus to determine the position of this ultrasonic transmitter 11.
  • the date of emission of the ultrasonic pulse is determined by the reception of the infrared wave and therefore by the signal of FIG. 2c.
  • the date of reception of the ultrasonic pulse by the ultrasonic receivers 31 and 32 is determined respectively by the signals of FIGS. 2d and 2e.
  • D1 'and D2' the time difference between the emission of the ultrasonic wave by the ultrasonic transmitter 11 and its reception respectively by the ultrasonic receiver 31 and by the ultrasonic receiver 32.
  • the distance between l 'ultrasonic transmitter 11 and each of ultrasonic receivers 31 and 32 is determined as a function, on the one hand of the speed of propagation of the ultrasonic pulse, denoted V below, and on the other hand of these time differences respectively T1' and T2 '.
  • any event that affects the quality of this link is therefore detrimental to system performance.
  • a variant of the system presented above is also known, in which the infrared emitting diode is fixed and the infrared receiving diode is included in the stylograph.
  • the infrared pulses are continuously sent to the stylographer. And it is upon receipt of these infrared pulses that the stylus ultrasonic emitter emits the ultrasonic pulses, since, moreover, the tip of the stylograph is in contact with the flat support.
  • the energy balance of the system is better than in the previous case, insofar as the infrared emission diode, which consumes a lot of current, can be powered by the mains voltage.
  • the infrared receiving diode of the stylographer must however be supplied with power permanently, which, although its instantaneous consumption is significantly lower than that of the infrared emitting diode, is always detrimental to the autonomy of the stylographer.
  • the functioning of the system is always dependent on the infrared link between the stylographer and the fixed receiving unit.
  • the object of the present invention is to propose methods for determining the position of a mobile object in a plane (two-dimensional) or in a space (three-dimensional), which do not have the abovementioned drawbacks of the systems of the prior art.
  • reception of the ultrasonic pulse by at least first, second and third fixed ultrasonic receivers situated in said plane, respectively at a first, a second and a third reception dates determined, and determination of a first time difference and a second time difference between the oldest of these dates and each of the other two dates respectively;
  • the step of determining a pair of coordinates of the position of the mobile object comprises two or three of said triangulations and a calculation of the average of the pairs of coordinates obtained respectively by each of these triangulations. This gives a more precise determination of the position of the moving object.
  • the invention also provides a device for determining the position of a mobile object in a plane associated with a fixed two-dimensional reference frame, which comprises:
  • reception unit comprising at least three ultrasonic receivers
  • a management unit comprising means for implementing a method as defined above.
  • the invention also proposes a method for determining the position of a mobile object in a volume associated with a fixed three-dimensional reference frame, comprising the following steps:
  • the invention also proposes a device for determining the position of a mobile object in a volume associated with a fixed three-dimensional reference mark, characterized in that it comprises:
  • reception unit comprising at least four ultrasonic receivers, at least one of which is not aligned with the others; - a management unit comprising means for implementing a method as defined above.
  • FIG. 6 the diagram of a device according to the invention for determining the position of a movable object in a volume associated with a fixed three-dimensional reference;
  • FIG. 7 a flowchart showing the steps of a method according to the invention for determining the position of a moving object in a plane associated with a fixed two-dimensional reference;
  • the invention provides a first embodiment suitable for determining the position of a mobile object which can move in a two-dimensional plane, and a second embodiment suitable for determining the position of a mobile object which can move move in a space or volume in three dimensions.
  • the mobile object is, for example, a stylographer 100. More particularly, in this example, it is the tip of the stylographer whose position is sought to be determined.
  • FIG 3 there is shown the diagram of a device according to the invention for determining the position of the tip of the stylographer 100 in a plane associated with a fixed two-dimensional reference ⁇ OX.OY ⁇ .
  • the plane is for example the plane of a fixed support 200 such as a tracing table.
  • the device comprises a reception unit UR comprising at least three ultrasonic receivers Ru1, Ru2 and Ru3 mounted on a base S of any shape.
  • the reception unit is arranged near the plane of the support 200.
  • the three ultrasonic receivers Ru1, Ru2 and Ru3 are aligned on a straight line, which simplifies the calculations for determining the position of the tip of the stylographer.
  • the UR unit is fixed relative to the support 200.
  • the three ultrasonic receivers Ru1, Ru2 and Ru3 are connected to a management unit such as a computer 300 by adapted links 350, 360 and 370 respectively.
  • the distance L is denoted between the ultrasonic receptors Ru1 and Ru2, and D the distance between the Ru1 and Ru3 ultrasonic receivers.
  • the ultrasonic receiver Ru3 is located between the ultrasonic receivers Ru1 and Ru2.
  • the distances D and L are adapted to the precision sought for the determination of the position of the tip of the stylographer, as well as to the dimensions of the table to be traced.
  • the tracing table has the dimensions 400x400 millimeters, and the length L is equal to 100 millimeters.
  • the stylograph is animated by a movement which is printed on it by the hand of a user (not shown) so that its tip end is kept in contact with and is caused to move on the support 200.
  • the transmitter Ultrasonic Eu of the stylographer is placed as close as possible to said tip of the stylographer, taking into account the constraints of arrangement of this transmitter in or on the body of the stylographer, so that the source of the ultrasonic pulses emitted is as close as possible to the tip of the stylographer.
  • the method of the invention in accordance with the first embodiment, makes it possible to determine a pair (x, y) of coordinates of the point M in the two-dimensional coordinate system ⁇ OX.OY ⁇ .
  • the management unit 300 It is implemented in the management unit 300, for example in the form of software, but it can also be implemented by an electronic circuit or an electronic component dedicated to this function.
  • the operation of the management unit is punctuated by the edges of a clock signal.
  • the calculation of the time differences between the reception of the ultrasonic wave by the various ultrasonic receivers boils down to counting the edges of a clock signal.
  • FIG 4 there is shown a flow diagram of the steps of this method.
  • the method firstly comprises a step 400 of emission of an ultrasonic pulse by the ultrasonic transmitter Eu, on an emission date t0. By hypothesis, this date of issue is indefinite.
  • the ultrasonic pulse thus emitted is received by the ultrasonic receivers Ru3, Ru1 and Ru2 respectively at three respective dates t1, t2 and t3 which may be different.
  • a first time difference T1 and a second time difference 72 are determined respectively between the oldest of the dates t1 to t3, namely t3 in the example, and respectively each of the two other dates t1 and t2.
  • a first distance D3 is determined between the ultrasonic transmitter Eu on the one hand, and the ultrasonic receiver having the first received the ultrasonic pulse, namely Ru3 in the example on the other hand.
  • a second distance D1 and / or a third distance D2 is determined between the ultrasonic transmitter Eu and one of the ultrasonic receivers Ru1, Ru2 other than that having the first received the ultrasonic pulse, namely Ru3.
  • a pair of coordinates (x, y) of the position of the stylograph tip is determined. This determination is carried out by at least one triangulation from two determined distances from said first distance D3, said second distance D1 and said third distance D2, that is to say from distance D3 and distance D1, from the distance D3 and distance D2, or distance D1 and distance D2.
  • the determination step 430 which makes it possible to determine the instant t0 when the ultrasonic pulse was emitted, which then makes it possible to reduce to the case of a conventional triangulation. Indeed, knowing the distance D3 between the ultrasonic transmitter Eu and the ultrasonic receiver Ru3 and knowing the speed V of propagation of the uitrasonic pulse, we can determine the instant tO from t3, D3 and V. Then , knowing the instant t0 and also knowing the instants t1 and t2, it is easy to determine the distances D1 and / or D2.
  • step 450 of determining a pair of coordinates of the position of the mobile object is carried out by triangulation from the distance D1 and from the distance D2 separating the ultrasonic transmitter Eu respectively from one and the other of the two ultrasonic receivers which are the most distant from each other, namely Ru1 and Ru2 in the example. This gives greater precision in determining the pair of coordinates of the moving object.
  • the determination step 450 comprises two or three of said triangulations, by means of which two or three pairs of coordinates are obtained respectively (x1, y1), (x2, y2) and (x3, y3), and comprises furthermore a calculation of the average of the two or three pairs of coordinates obtained by these triangulations.
  • This is for example an arithmetic mean over the three pairs of coordinates, such as:
  • step 450 of determining a torque of coordinates of the position of the moving object advantageously comprises a first triangulation from the distance between the third ultrasonic receiver Ru3 and the first ultrasonic receiver Ru1, a second triangulation from the distance between the third ultrasonic receiver Ru3 and the second receiver ultrasonic Ru2, and a calculation of the average of the pairs of coordinates obtained respectively by each of these two triangulations.
  • the position of Ru1 being symmetrical with that of Ru2 with respect to that of Ru3, this combination of triangulations gives, after the calculation of the above-mentioned average, a more precise determination of the position of the mobile object.
  • FIG. 5 gives an illustration of the relationship between the elements of FIG. 3, and serves to illustrate the calculations implemented by the device according to the invention in the case of a movement of the stylographer in a two-dimensional plane.
  • M be the point of the plane support 200 where the tip of the stylograph 100 is located, and more exactly where the ultrasonic emitter Eu of the stylograph 100 is positioned.
  • D1, D2 and D3 be the distances between the ultrasonic emitter Eu , and, respectively, the ultrasonic receiver Ru1, Ru2 and Ru3 on the other hand. These distances are a priori indeterminate, since the instant t0 at which an ultrasonic pulse has been emitted is, from the point of view of the ultrasonic reception unit RU, indeterminate.
  • D2 d2 + D3 (2)
  • the stylograph 100 and more precisely the tip of this stylograph, is no longer kept in contact with a flat support but can move in a three-dimensional space or volume associated with a three-dimensional reference ⁇ OX, OY, OZ ⁇ fixed.
  • the device is then distinguished from that of FIG. 3 in that the reception unit UR comprises at least one fourth ultrasonic receiver Ru4 which is not aligned with the three other ultrasonic receivers Ru1, Ru2 and Ru3.
  • the receiving unit is arranged near the volume in which the stylographer can move.
  • the receiver Ru4 is arranged in line with the receiver Ru3, the latter being aligned with and, preferably, arranged at equal distance from the receivers Ru1 and Ru2. In this example, the distance H between the two receivers Ru3 and Ru4 is 20 millimeters.
  • the Ru4 ultrasonic receiver is connected to the management unit 300 by a suitable link 380.
  • FIG. 7 a flow diagram of the steps of the method according to this second embodiment is shown.
  • the method firstly comprises a step 700 of emission of an ultrasonic pulse by the ultrasonic transmitter Eu, on an emission date t0.
  • this date of issue is, by hypothesis, undetermined.
  • steps 711, 712, 713 and 714 the ultrasonic pulse thus emitted is received by the ultrasonic receivers Ru3, Ru1, Ru2 and Ru4 respectively at four respective dates t3, t1, t2 and t4.
  • a step 723 and / or a step 724 at least two time differences are determined among respectively a first time difference T1, a second time difference 72 and a third time difference T4 between the most old of the dates t1 to t4, namely t3 in the example, and respectively each of the three other dates t1, t2 and t4.
  • a first distance D3 is determined between the transmitter Ultrasonic Eu on the one hand, and the ultrasonic receiver having first received the ultrasonic pulse on the other hand, namely Ru3 in the example.
  • This determination is carried out as a function of said two time differences determined in the previous step, of the speed V of propagation of the ultrasonic pulse, as well as of the respective distances separating the three ultrasonic receivers Ru1, Ru2 and Ru3 in pairs, namely more particularly the distance L, the distance D and the distance H.
  • at least two other distances are determined (for example the distances D4 and D1 or the distances D4 and D2), from a second distance D1, a third distance D2, and a fourth distance D4, between the ultrasonic transmitter Eu on the one hand and the respective one, namely Ru1, Ru2 and Ru4 in the example, of the ultrasonic receivers other than that having the first received the pulse ultrasonic, namely Ru3 in the example.
  • This determination is made as a function of the first time difference T1, the second time difference T2 and / or the third time difference T4, as well as the propagation speed of the ultrasonic pulse, and that of the first distance D3.
  • the two distances thus determined and the first distance D3 separate the ultrasonic transmitter Eu from three respective ultrasonic receivers which are not aligned, namely the receivers Ru3, Ru4, and Ru1 or the receivers Ru3, Ru4, and Ru2 in l 'example.
  • a triplet of coordinates of the position of the mobile object is determined, by at least two triangulations each made from two distances determined from said first distance D3 and said two distances determined from the previous step 740 .
  • step 750 comprises a first triangulation produced from the distances D1 and D3 separating the ultrasonic transmitter Eu respectively from the first Ru1 and from the third Ru3 ultrasonic receivers, a second triangulation from the distances D2 and D3 separating the ultrasonic transmitter Eu respectively from the second Ru2 and from the third Ru2 ultrasonic receivers, a calculation of the average of the triplets of coordinates obtained by these first and second triangulations, and a third triangulation carried out from the distances D3 and D4 separating the ultrasonic transmitter Eu respectively from the third Ru3 and from the fourth Ru4 ultrasonic receivers.
  • This is for example an arithmetic
  • step 750 comprises a first triangulation carried out from the distances D1 and D3, a second triangulation from the distances D2 and D3, a calculation of the mean of the triplets of coordinates obtained by these first and second triangulations, as well as a third triangulation carried out from the distances D1 and D4 separating the ultrasonic transmitter Eu respectively from the first Ru3 and from the fourth Ru4 ultrasonic receivers, a fourth triangulation produced from distances D2 and D4 separating the ultrasonic transmitter Eu respectively from the second Ru2 and from the fourth Ru4 ultrasonic receivers, and a calculation of the average of the coordinate triplets obtained by these third and fourth triangulations.
  • FIG. 8a there are shown timing diagrams of signals produced by the device of Figure 3 or that of Figure 6, namely, respectively, a control signal from the ultrasonic transmitter Eu, a signal produced by the receiver Ultrasonic Ru1, a signal produced by the ultrasonic receiver Ru2 and a signal produced by the ultrasonic receiver Ru3.
  • FIG. 8e there is shown a signal produced by the device of Figure 6 in addition to the same signals as above, namely a signal produced by the ultrasonic receiver Ru4.
  • the ultrasonic pulses are emitted at a frequency F, which determines the precision with which the trajectory of the pen tip, which is constituted by the succession of positions occupied by the pen tip, can be reconstituted by the management unit.
  • the calculations used for the method for determining the position of a mobile object in a volume are of the same nature as those used for the method for determining the position of a mobile object in a plane.
  • the device can also include an infrared emitting diode in the stylograph or in the receiving unit as well as an infrared receiving diode respectively in the receiving unit or the stylograph, so as to create an infrared link. between the receiving unit and the stylographer.
  • this link does not then have the function of serving as a support for the transmission of infrared pulses necessary for the synchronization of the ultrasonic pulses emitted by the ultrasonic emitter of the stylographer, as in the devices of the prior art. It can be used, for example, to transmit data relating to operating conditions of the stylograph, which are used by the system incorporating the device.

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Abstract

L'invention propose des procédés et des dispositifs de détermination de la position d'un objet mobile dans un plan ou dans un espace, dans lesquels l'objet mobile (100) comporte un émetteur ultrasonore (Eu) pour émettre une impulsion ultrasonore à un instant indéterminé, cette impulsion ultrasonore étant reçue par respectivement au moins trois récepteurs ultrasonores (Ru1, Ru2, Ru3) ou au moins quatre récepteurs ultrasonores (Ru1, Ru2, Ru3, Ru4) d'une unité de réception (RU) fixe, avec des écarts temporels qui sont pris en compte pour déterminer la position de l'objet mobile (100).

Description

PROCEDES ET DISPOSITIFS DE DETERMINATION PAR ULTRASONS DE LA POSITION D'UN OBJET MOBILE
La présente invention concerne des procédés et des dispositifs de détermination par ultrasons de la position d'un objet mobile.
Elle trouve des applications dans un système comprenant un stylographe équipé d'un transducteur d'émission ou émetteur ultrasonore et une unité de réception ou récepteur ultrasonore comprenant des transducteurs de réception ou récepteur ultrasonore. Par stylographe, on entend au sens de la présente invention tout objet ayant pour fonction de produire, directement ou indirectement, une représentation d'un mouvement qui lui est imprimé. En particulier, il peut s'agir du mouvement imprimé au stylographe par la main d'un utilisateur tenant le stylographe. Le système peut par exemple être un système de reconnaissance d'écriture ou un système d'entrée de données pour un ordinateur ou similaire.
La figure 1 montre un exemple de système selon l'art antérieur pour la détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un système de coordonnées bi-dimensionnel fixe. Le système comprend un stylographe 10 de forme sensiblement cylindrique et fuselée, qui présente une extrémité, formant une pointe. En fonctionnement, cette pointe est maintenue en contact avec et est amenée à se déplacer sur un support plan 20 tel qu'une table à tracer, en raison du mouvement qui lui est imprimé par la main d'un utilisateur (non représentée). Le stylographe 10 comprend un émetteur ultrasonore 11 tel qu'une capsule ultrasonore fonctionnant en émission. Cet émetteur 11 peut émettre des ondes acoustiques dans le milieu ambiant, sous forme d'un train d'impulsions ultrasonores. Le stylographe comporte en outre une diode d'émission infrarouge 40 pouvant émettre des impulsions infrarouges. Un signal de commande de l'émetteur ultrasonore est représenté figure 2a. Un signal de commande de la diode d'émission infrarouge est représenté figure 2b. Comme on le voit sur ces figures, ces signaux de commande sont synchronisés, c'est à dire qu'une impulsion infrarouge est émise en même temps que chaque impulsion ultrasonore. Les signaux de commande de l'émetteur infrarouge et de l'émetteur ultrasonore représentés aux figures 2a et 2b sont générés dès qu'un interrupteur (non représenté) logé dans la pointe du stylographe 10 est fermé du fait que la pointe du stylo entre en contact avec le support 20.
Le système comporte en outre une unité de réception fixe par rapport au support 20. Cette unité comprend une diode de réception infrarouge 50 disposée à proximité de la table à tracer. Cette diode de réception infrarouge est adaptée pour recevoir les impulsions infrarouges émises par la diode d'émission infrarouge 40 et pour les transformer en un signal électrique visible sur la figure 2c. Comme on le voit, ce signal électrique est synchronisé avec les signaux de commande des figures 2a et 2b. En effet, l'impulsion infrarouge est transmise à la vitesse de la lumière, ce qui revient à dire que, à l'échelle de la vitesse de propagation des ondes ultrasonores (dont la fréquence est de 40 kilohertz), l'émission et la réception de l'impulsion infrarouge sont concomitantes. L'unité de réception comporte en outre deux récepteurs ultrasonores 31 et 32, tels que des capsules ultrasonores fonctionnant en réception, qui sont également disposés à proximité de la table à tracer. Ces récepteurs 31 et 32 sont séparés d'une distance déterminée connue. Ils sont adaptés pour recevoir les impulsions ultrasonores émises par l'émetteur ultrasonore 11 et pour les transformer en signaux électriques, visibles respectivement sur les figures 2d et 2e. Les signaux électriques délivrés par les récepteurs ultrasonores 31 et 32 et par la diode de réception infrarouge 50 sont transmis à une unité de gestion, tel qu'un ordinateur 33, par des liaisons ad- hoc respectivement 35, 36 et 37.
L'ordinateur 33 exécute un programme qui permet, en fonction des signaux électriques ainsi reçus, de produire des données représentant la trajectoire de la pointe du stylographe sur le support 20. Ce logiciel implémente une méthode de triangulation connue, pour déterminer la position instantanée de la pointe du stylographe 10 sur le support 20. Cette méthode est une méthode synchrone. En effet, elle est basée sur la réception, à des dates éventuellement différentes, d'une même impulsion ultrasonore par chacun des deux récepteurs ultrasonores 31 et 32, et sur la comparaison de ces dates de réception avec une date déterminée qui est la date d'émission de ladite impulsion ultrasonore par l'émetteur ultrasonore 11 , pour en déduire la distance entre l'émetteur ultrasonore 11 et chacun des deux récepteurs ultrasonores 31 et 32, et pour ainsi déterminer la position de cet émetteur ultrasonore 11. La date d'émission de l'impulsion ultrasoπore est déterminée par la réception de l'onde infrarouge et donc par le signal de la figure 2c. La date de réception de l'impulsion ultrasonore par les récepteurs ultrasonores 31 et 32 est déterminée respectivement par les signaux des figures 2d et 2e. Sur ces figures, on note D1 ' et D2' l'écart temporel entre l'émission de l'onde ultrasonore par l'émetteur ultrasonore 11 et sa réception respectivement par le récepteur ultrasonore 31 et par le récepteur ultrasonore 32. La distance entre l'émetteur ultrasonore 11 et chacun de récepteurs ultrasonores 31 et 32 est déterminée en fonction, d'une part de la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonore, notée V dans la suite, et d'autre part de ces écarts temporels respectivement T1' et T2'.
Un système tel que présenté ci-dessus est décrit par exemple dans le brevet US 4,814,552. Toutefois, selon un premier inconvénient, un tel système nécessite l'émission d'impulsions infrarouges par le stylographe. Or, la diode d'émission infrarouge est un composant qui consomme un courant relativement important, alors que le stylographe est en général alimenté par une source d'alimentation autonome telle qu'une pile, qui présente une capacité limitée dans le temps. Il en résulte que les performances du système en termes d'autonomie du stylographe sont mauvaises. De plus, selon un second inconvénient, la synchronisation de l'émission des impulsions ultrasonores par les impulsions infrarouges rend le fonctionnement du système dépendant du lien infrarouge qui unit le stylographe à l'unité de réception fixe. Tout événement qui affecte la qualité de ce lien est donc préjudiciable aux performances du système. On connaît aussi une variante du système présenté ci-dessus, dans laquelle la diode d'émission infrarouge est fixe et la diode de réception infrarouge est comprise dans le stylographe. Dans ce cas, les impulsions infrarouges sont émises en permanence vers le stylographe. Et c'est à réception de ces impulsions infrarouges que l'émetteur ultrasonore du stylographe émet les impulsions ultrasonores, dès lors que, par ailleurs, la pointe du stylographe est en contact avec le support plan. Le bilan énergétique du système est meilleur que dans le cas précédent, dans la mesure où la diode d'émission infrarouge, grosse consommatrice de courant, peut être alimentée par la tension du secteur. On note toutefois que la diode de réception infrarouge du stylographe doit cependant être alimentée en permanence, ce qui, bien que sa consommation instantanée soit nettement plus faible que celle de la diode d'émission infrarouge, est toujours préjudiciable à l'autonomie du stylographe. De plus, le fonctionnement du système est toujours dépendant du lien infrarouge entre le stylographe et l'unité de réception fixe.
La présente invention a pour objet de proposer des méthodes de détermination de la position d'un objet mobile dans un plan (à deux dimensions) ou dans un espace (à trois dimensions), qui ne présentent pas les inconvénients précités des systèmes de l'art antérieur.
Ce but est atteint, conformément à l'invention, grâce à un procédé de détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un repère bi-dimensionnel fixe, qui comprend les étapes suivantes :
- émission d'une impulsion ultrasonore par un émetteur ultrasonore solidaire de l'objet mobile, à une date d'émission indéterminée ;
- réception de l'impulsion ultrasonore par au moins un premier, un deuxième et un troisième récepteurs ultrasonores fixes situés dans ledit plan, respectivement à une première, une deuxième et une troisième dates de réception déterminées, et détermination d'un premier écart temporel et d'un second écart temporel entre la plus ancienne de ces dates et respectivement chacune des deux autres dates ;
- détermination d'une première distance entre l'émetteur ultrasonore et le récepteur ultrasonore ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, en fonction desdits premier et second écarts temporels, de la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonore, ainsi que des distances respectives séparant les trois récepteurs ultrasonores deux à deux ;
- détermination d'une seconde distance et/ou d'une troisième distance entre l'émetteur ultrasonore et l'un des récepteurs ultrasonores autre que celui ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, en fonction respectivement dudit premier écart temporel et/ou dudit second écart temporel, de la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore, ainsi que de ladite première distance ;
- détermination d'un couple de coordonnées de la position de l'objet mobile, par au moins une triangulation à partir de deux distances déterminées parmi ladite première distance, ladite seconde distance et ladite troisième distance.
Avantageusement, l'étape de détermination d'un couple de coordonnées de la position de l'objet mobile comprend deux ou trois desdites triangulations et un calcul de la moyenne des couples de coordonnées obtenus respectivement par chacune de ces triangulations. On obtient ainsi une détermination plus précise de la position de l'objet mobile.
L'invention propose aussi un dispositif de détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un repère bi-dimensionnel fixe, qui comporte :
- un émetteur ultrasonore solidaire de l'objet mobile ;
- une unité de réception comprenant au moins trois récepteur ultrasonores ;
- une unité de gestion comprenant des moyens pour la mise en œuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus.
L'invention propose aussi un procédé de détermination de la position d'un objet mobile dans un volume associé à un repère tri-dimensionnel fixe, comprenant les étapes suivantes :
- émission d'une impulsion ultrasonore par un émetteur ultrasonore solidaire de l'objet mobile, à une date d'émission indéterminée ;
- réception de l'impulsion ultrasonore par au moins un premier, un deuxième, un troisième et un quatrième récepteurs ultrasonores fixes, dont l'un au moins n'est pas aligné avec les autres, respectivement à une première, une deuxième, une troisième et une quatrième dates de réception déterminées, et détermination de deux écarts temporels parmi un premier écart temporel, un second écart temporel, et un troisième écart temporel entre la plus ancienne de ces dates et respectivement chacune des trois autres dates ;
- détermination d'une première distance entre l'émetteur ultrasonore et le récepteur ultrasonore ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, en fonction desdits deux écarts temporels, de la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonore, ainsi que des distances respectives séparant les quatre récepteurs ultrasonores deux à deux ; - détermination d'au moins deux autres distances parmi une deuxième distance une troisième distance et une quatrième distance entre l'émetteur ultrasonore d'une part et l'un respectif des récepteurs ultrasonores autres que celui ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, en fonction dudit premier écart temporel, dudit second écart temporel et/ou dudit troisième écart temporel, ainsi que de la vitesse de propagation de l'onde ultrasonore, et que de ladite première distance, les deux dites distances ainsi déterminées et la première distance séparant l'émetteur ultrasonore de trois récepteurs ultrasonores respectifs qui ne sont pas alignés ; - détermination d'un triplet de coordonnées de la position de l'objet mobile, par au moins deux triangulations réalisées chacune à partir de deux distances déterminées parmi ladite première distance et lesdites deux distances déterminées à l'étape précédente.
L'invention propose encore un dispositif de détermination de la position d'un objet mobile dans un volume associé à un repère tri-dimeπsionnel fixe, caractérisé en ce qu'il comporte :
- un émetteur ultrasonore solidaire de l'objet mobile ;
- une unité de réception comprenant au moins quatre récepteurs ultrasoπores dont l'un au moins n'est pas aligné avec les autres ; - une unité de gestion comprenant des moyens pour la mise en œuvre d'un procédé tel que défini ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels on a représenté : - à la figure 1 , déjà analysée : le schéma d'un dispositif selon l'art antérieur pour la détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un repère de coordonnées bi-dimensionnel fixe ;
- aux figures 2a à 2e, également déjà analysées : des chronogrammes de signaux produits par le dispositif de la figure 1 ; - à la figure 3 : le schéma d'un dispositif selon l'invention pour la détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un repère bi-dimensionnel fixe ; - à la figure 4 : un organigramme montrant les étapes d'un procédé selon l'invention pour la détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un repère bi-dimensionnel fixe ;
- à la figure 5 : un schéma illustrant les calculs mis en œuvre dans le dispositif de la figure 3.
- à la figure 6 : le schéma d'un dispositif selon l'invention pour la détermination de la position d'un objet mobile dans un volume associé à un repère tri-dimensionnel fixe ;
- à la figure 7 : un organigramme montrant les étapes d'un procédé selon l'invention pour la détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un repère bi-dimensionnel fixe ;
- aux figures 8a à 8e : des chronogrammes de signaux produits par le dispositif de la figure 3 et celui de la figure 5.
L'invention propose un premier mode de réalisation convenant pour la détermination de la position d'un objet mobile pouvant se déplacer dans un plan à deux dimensions, et un second mode de réalisation convenant pour la détermination de la position d'un objet mobile pouvant se déplacer dans un espace ou volume à trois dimensions. L'objet mobile est par exemple un stylographe 100. Plus particulièrement, dans cet exemple, c'est la pointe du stylographe dont on cherche à déterminer la position.
A la figure 3, on a représenté le schéma d'un dispositif selon l'invention pour la détermination de la position de la pointe du stylographe 100 dans un plan associé à un repère bi-dimensionnel fixe {OX.OY}. Le plan est par exemple le plan d'un support fixe 200 tel qu'une table à tracer. Le dispositif comprend une unité de réception UR comprenant au moins trois récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2 et Ru3 monté sur un socle S de forme quelconque. L'unité de réception est disposée à proximité du plan du support 200. De préférence, les trois récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2 et Ru3 sont alignés sur une droite, ce qui simplifie les calculs pour la détermination de la position de la pointe du stylographe. L'unité UR est fixe par rapport au support 200. Les trois récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2 et Ru3 sont reliés à une unité de gestion telle qu'un ordinateur 300 par des liaisons adaptées respectivement 350, 360 et 370. On note L la distance entre les récepteurs ultrasonores Ru1 et Ru2, et D la distance entre les récepteurs ultrasonores Ru1 et Ru3. Dans un exemple avantageux, permettant de simplifier les calculs pour la détermination de la position du stylographe, la distance D est telle que D =^ Ceci revient à dire que le récepteur ultrasonore Ru3 est localisé entre les récepteurs ultrasonores Ru1 et Ru2. Les distances D et L sont adaptées à la précision recherchée pour la détermination de la position de la pointe du stylographe, ainsi qu'aux dimensions de la table à tracer. Dans un exemple, la table à tracer a pour dimensions 400x400 millimètres, et la longueur L vaut 100 millimètres.
Le stylographe est animé d'un mouvement qui lui est imprimé par la main d'un utilisateur (non représentée) de telle sorte que son extrémité formant pointe est maintenue en contact avec et est amenée à se déplacer sur le support 200. L'émetteur ultrasonore Eu du stylographe est disposé le plus près possible de ladite pointe du stylographe, compte tenu des contraintes d'agencement de cet émetteur dans ou sur le corps du stylographe, de manière que la source des impulsions ultrasonores émises soit le plus proche possible de la pointe du stylographe. Le procédé de l'invention, conforme au premier mode de réalisation, permet de déterminer un couple (x,y) de coordonnées du point M dans le repère bi-dimensionnel {OX.OY}. Il est mis en œuvre dans l'unité de gestion 300, par exemple sous forme d'un logiciel, mais il peut aussi être mis en œuvre par un circuit électronique ou un composant électronique dédié à cette fonction. Le fonctionnement de l'unité de gestion est rythmé par les fronts d'un signal d'horloge. Le calcul des écarts temporels entre la réception de l'onde ultrasonore par les différents récepteurs ultrasonores se ramène à un comptage des fronts d'un signal d'horloge. A la figure 4, on a représenté un organigramme des étapes de ce procédé. Le procédé comprend tout d'abord une étape 400 d'émission d'une impulsion ultrasonore par l'émetteur ultrasonore Eu, à une date d'émission tO. Par hypothèse, cette date d'émission est indéterminée. Lors d'étapes 411 , 412, et 413, l'impulsion ultrasonore ainsi émise est reçue par les récepteurs ultrasonores respectivement Ru3, Ru1 et Ru2 à trois dates respectives t1 , t2 et t3 qui peuvent être différentes. Lors d'une étape 42 et d'une étape 423, on détermine respectivement un premier écart temporel T1 et un second écart temporel 72 entre la plus ancienne des dates t1 à t3, à savoir t3 dans l'exemple, et respectivement chacune des deux autres dates t1 et t2. Dans une étape 430, on détermine une première distance D3 entre l'émetteur ultrasonore Eu d'une part, et le récepteur ultrasonore ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, à savoir Ru3 dans l'exemple d'autre part. Cette détermination est réalisée en fonction desdits premier et second écarts temporels respectivement T1 et T2, de la vitesse V de propagation de l'impulsion ultrasonore, ainsi que des distances respectives séparant les trois récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2 et Ru3 deux à deux, à savoir plus particulièrement la distance L et la distance D. Dans une étape 440, on détermine une seconde distance D1 et/ou une troisième distance D2 entre l'émetteur ultrasonore Eu et l'un des récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2 autres que celui ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, à savoir Ru3. Cette détermination est réalisée en fonction respectivement dudit premier écart temporel T1 et/ou dudit second écart temporel 72, de la vitesse V de propagation de l'impulsion ultrasonore, ainsi que de la première distance D3 calculée à l'étape précédente. Enfin, dans une étape 450, on détermine un couple de coordonnées (x,y) de la position de la pointe du stylographe. Cette détermination est réalisée par au moins une triangulation à partir de deux distances déterminées parmi ladite première distance D3, ladite seconde distance D1 et ladite troisième distance D2, c'est à dire à partir de la distance D3 et de la distance D1, de la distance D3 et de la distance D2, ou de la distance D1 et de la distance D2.
Selon l'invention, c'est l'étape de détermination 430 qui permet de déterminer l'instant tO où l'impulsion ultrasonore a été émise, ce qui permet ensuite de se ramener au cas d'une triangulation classique. En effet, connaissant la distance D3 entre l'émetteur ultrasonore Eu et le récepteur ultrasonore Ru3 et connaissant la vitesse V de propagation de l'impulsion uitrasonore, on peut déterminer l'instant tO à partir de t3, de D3 et de V. Puis, connaissant l'instant tO et connaissant par ailleurs les instants t1 et t2, il est aisé de déterminer les distances D1 et/ou D2. On notera qu'il est nécessaire d'avoir au moins trois récepteurs ultrasonores pour obtenir ce résultat, au lieu de deux récepteurs ultrasonores et d'un lien infrarouge pour assurer la synchronisation de l'émission des impulsions ultrasonores dans le cas des dispositifs de l'art antérieur. De préférence, l'étape 450 de détermination d'un couple de coordonnées de la position de l'objet mobile est réalisé par une triangulation à partir de la distance D1 et de la distance D2 séparant l'émetteur ultrasonore Eu respectivement de l'un et l'autre des deux récepteurs ultrasoπores qui sont les plus éloignés l'un de l'autre, à savoir Ru1 et Ru2 dans l'exemple. Ceci donne une plus grande précision dans la détermination du couple de coordonnées de l'objet mobile.
Dans une variante, l'étape de détermination 450 comprend deux ou trois desdites triangulations, grâce auxquelles on obtient respectivement deux ou trois couples de coordonnées, respectivement (x1 ,y1), (x2,y2) et (x3,y3), et comprend en outre un calcul de la moyenne des deux ou trois couples de coordonnées obtenus par ces triangulations. Il s'agit par exemple d'une moyenne arithmétique sur les trois couples de coordonnées, telle que :
(γ _, \ xl+x2+ 3 y +y2+y3 z\±z2±z V J J J ) II peut aussi s'agir d'une moyenne quadratique ou de tout autre type de moyenne. Le but de cette moyenne est d'améliorer la précision de la détermination de la position de l'objet mobile.
Lorsque, comme dans l'exemple, les trois récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2, et Ru3 sont alignés et que le troisième récepteur ultrasonore Ru3 est disposé à égale distance U2 de Ru1 et de Ru2, l'étape 450 de détermination d'un couple de coordonnées de la position de l'objet mobile comprend avantageusement une première triangulation à partir de la distance entre le troisième récepteur ultrasonore Ru3 et le premier récepteur ultrasonore Ru1, une seconde triangulation à partir de la distance entre le troisième récepteur ultrasonore Ru3 et le deuxième récepteur ultrasonore Ru2, et un calcul de la moyenne des couples de coordonnées obtenus respectivement par chacune de ces deux triangulations. En effet, la position de Ru1 étant symétrique de celle de Ru2 par rapport à celle de Ru3, cette combinaison de triangulations donne, après le calcul de la moyenne précitée, une détermination plus précise de la position de l'objet mobile.
Le schéma de la figure 5 donne une illustration de la relation entre les éléments de la figure 3, et sert à illustrer les calculs mis en oeuvre par le dispositif selon l'invention dans le cas d'un mouvement du stylographe dans un plan à deux dimensions. Soit M le point du support plan 200 où se trouve la pointe du stylographe 100, et plus exactement où est positionné l'émetteur ultrasonore Eu du stylographe 100. Soit D1, D2 et D3 les distances entre l'émetteur ultrasonore Eu d'une part, et, respectivement le récepteur ultrasonore Ru1 , Ru2 et Ru3 d'autre part. Ces distances sont à priori indéterminées, car l'instant tO auquel une impulsion ultrasonore a été émise est, du point de vue de l'unité de réception ultrasonore RU, indéterminé. On considère pour simplifier, que l'origine O du repère {OX,OY} se confond avec le point où est localisé le récepteur ultrasonore Rul On considère également que l'axe OX du repère {OX,OY} se confond avec la droite sur laquelle les récepteurs Ru1 , Ru2 et Ru3 sont alignés, et que l'axe OY lui est orthogonal. De plus on note N la projection du point M sur la droite passant par les trois récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2 et Ru3. Suivant le principe de propagation uniforme de l'onde ultrasonore, les relations suivantes sont vérifiées :
Dl = dl + D3 (1)
D2 = d2 + D3 (2) où d1 et d2 sont facilement déterminés à partir de la vitesse V de propagation des ondes ultrasonores et, respectivement, des écarts temporels T1 et 72. En effet, dl=V.Tl et d2 = V.T2.
On peut par ailleurs écrire la relation suivante entre les coordonnées x et y du point M dans le repère {OX,OY}, résultant de la géométrie du triangle formé par M, N et Ru 1 : x2 + y2 = Dl2 (3)
De même, dans le triangle formé par M, N et Ru3, on peut écrire :
(D - x)2 + y2 = D32 (4)
En soustrayant les relations (3) et (4), il vient : x2 - (D - x)2 = D12 - D32
Dl2 - D32 D et donc : x = + — (5)
2D 2 De la même façon, en considérant le triangle formé par M, N et Ru1 d'une part et le triangle formé par M, N et Ru2 d'autre part, on peut écrire :
X= 2L Λ (6)
En égalisant les relations (5) et (6), il vient alors :
D\ 2-D2 2 L_D\ 2-D3 2 p
2L 2 2D 2 '
En introduisant les relations (1) et (2) dans la relation (7), on peut montrer qu'il vient en outre la relation suivante :
Figure imgf000014_0001
Dans la relation (8) ci-dessus, tous les termes du membre de droite sont déterminés. Cela signifie que la distance D3 est determinable par la relation
(8). Cette relation est d'ailleurs simplifiée si l'on considère l'hypothèse envisagée plus haut selon laquelle D vaut préférentiellement la moitié de L
( = ).
En effet, la relation (8) devient alors
- l L2 - [d22 + dl2
D3 =
2(d\ + d2) (9)
Ayant déterminé la distance D3 par la relation (8) ou la relation (9) ci- dessus, on peut déterminer l'instant tO auquel l'impulsion ultrasonore a été émise par l'émetteur ultrasonore Eu par la relation
Figure imgf000014_0002
Toutefois, cela n'est pas nécessaire selon l'invention puisque, à partir de la relation (9) ou de la relation (10), on peut déterminer les distances D1 et D2 par les relations (1) et (2) ci-dessus. La détermination d'un couple de coordonnées de la position de l'émetteur ultrasonore Eu se ramène alors à une triangulation classique à partir de deux des distances D1 , D2 et D3, c'est à dire à partir des distances D3 et D1 , ou à partir des distances D3 et D2, ou encore à partir des distances D1 et D2. Ces calculs sont mis en oeuvre, dans l'unité de gestion du dispositif, par un calculateur numérique tel qu'un DSP (de l'anglais "Digital Signal Processor"). A la figure 6, sur laquelle les mêmes éléments qu'à la figure 3 portent les mêmes références, on a représenté le schéma d'un dispositif selon le second mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, le stylographe 100, et plus précisément la pointe de ce stylographe, n'est plus maintenue en contact avec un support plan mais peut se déplacer dans un espace ou volume à trois dimensions associé à un repère tri-dimensionnel {OX,OY,OZ} fixe. Le dispositif se distingue alors de celui de la figure 3 en ce que l'unité de réception UR comprend au moins un quatrième récepteur ultrasonore Ru4 qui n'est pas aligné avec les trois autres récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2 et Ru3. L'unité de réception est disposée à proximité du volume dans lequel le stylographe peut se déplacer. Dans un exemple préféré, qui permet de simplifier les calculs, le récepteur Ru4 est disposé au droit du récepteur Ru3, celui-ci étant aligné avec et, de préférence, disposé à égale distance des récepteurs Ru1 et Ru2. Dans cet exemple, la distance H entre les deux récepteur Ru3 et Ru4 est de 20 millimètres. Le récepteur ultrasonore Ru4 est relié à l'unité de gestion 300 par une liaison adaptée 380.
A la figure 7, on a représenté un organigramme des étapes du procédé selon ce second mode de réalisation. Le procédé comprend tout d'abord une étape 700 d'émission d'une impulsion ultrasonore par l'émetteur ultrasonore Eu, à une date d'émission tO. Comme dans le mode de réalisation précédent, cette date d'émission est, par hypothèse, indéterminée. Lors d'étapes 711 , 712, 713 et 714, l'impulsion ultrasonore ainsi émise est reçue par les récepteurs ultrasonores respectivement Ru3, Ru1 , Ru2 et Ru4 à quatre dates respectives t3,t1 ,t2 et t4. Lors d'une étape 722, d'une étape 723 et/ou d'une étape 724, on détermine au moins deux écarts temporels parmi respectivement un premier écart temporel T1, un deuxième écart temporel 72 et un troisième écart temporel T4 entre la plus ancienne des dates t1 à t4, à savoir t3 dans l'exemple, et respectivement chacune des trois autres dates t1 , t2 et t4. Dans une étape 730, on détermine une première distance D3 entre l'émetteur ultrasonore Eu d'une part, et le récepteur ultrasonore ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore d'autre part, à savoir Ru3 dans l'exemple. Cette détermination est réalisée en fonction desdits deux écarts temporels déterminés à l'étape précédente, de la vitesse V de propagation de l'impulsion ultrasonore, ainsi que des distances respectives séparant les trois récepteurs ultrasonores Ru1 , Ru2 et Ru3 deux à deux, à savoir plus particulièrement la distance L, la distance D et la distance H. Dans une étape 740, on détermine au moins deux autres distances (par exemple les distances D4 et D1 ou les distances D4 et D2), parmi une deuxième distance D1, une troisième distance D2, et une quatrième distance D4, entre l'émetteur ultrasonore Eu d'une part et l'un respectif, à savoir Ru1 , Ru2 et Ru4 dans l'exemple, des récepteurs ultrasonores autres que celui ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, à savoir Ru3 dans l'exemple. Cette détermination est réalisée en fonction du premier écart temporel T1 , du second écart temporel T2 et/ou du troisième écart temporel T4, ainsi que de la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonore, et que de la première distance D3. Toutefois, les deux distances ainsi déterminées et la première distance D3 séparent l'émetteur ultrasonore Eu de trois récepteurs ultrasonores respectifs qui ne sont pas alignés, à savoir les récepteurs Ru3, Ru4, et Ru1 ou les récepteurs Ru3, Ru4, et Ru2 dans l'exemple. Ensuite, on détermine dans une étape 750 un triplet de coordonnées de la position de l'objet mobile, par au moins deux triangulations réalisées chacune à partir de deux distances déterminées parmi ladite première distance D3 et lesdites deux distances déterminées à l'étape précédente 740.
Dans une variante du procédé, le premier Ru1 , le second Ru2 et le troisième Ru3 récepteurs ultrasonores étant alignés, le troisième récepteur ultrasonore Ru3 étant disposé à égale distance du premier récepteur ultrasonore Ru1 et du deuxième récepteur ultrasonore Ru2, et le quatrième récepteur ultrasonore Ru4 étant disposé au droit dudit troisième récepteur ultrasonore Ru3, l'étape 750 comprend une première triangulation réalisée à partir des distances D1 et D3 séparant l'émetteur ultrasonore Eu respectivement du premier Ru1 et du troisième Ru3 récepteurs ultrasonores, une deuxième triangulation à partir des distances D2 et D3 séparant l'émetteur ultrasonore Eu respectivement du deuxième Ru2 et du troisième Ru2 récepteurs ultrasonores, un calcul de la moyenne des triplets de coordonnées obtenus par ces première et deuxième triangulation, et une troisième triangulation réalisée à partir des distances D3 et D4 séparant l'émetteur ultrasonore Eu respectivement du troisième Ru3 et du quatrième Ru4 récepteurs ultrasoπores. Il s'agit par exemple d'une moyenne arithmétique, d'une moyenne quadratique ou de tout autre type de moyenne.
Dans une autre variante du procédé, les récepteurs ultrasonores étant disposés comme dit au paragraphe précédent, l'étape 750 comprend une première triangulation réalisée à partir des distances D1 et D3, une deuxième triangulation à partir des distances D2 et D3, un calcul de la moyenne des triplets de coordonnées obtenus par ces première et deuxième triangulations, ainsi qu'une troisième triangulation réalisée à partir des distances D1 et D4 séparant l'émetteur ultrasonore Eu respectivement du premier Ru3 et du quatrième Ru4 récepteurs ultrasonores, une quatrième triangulation réalisée à partir des distances D2 et D4 séparant l'émetteur ultrasonore Eu respectivement du deuxième Ru2 et du quatrième Ru4 récepteurs ultrasonores, et un calcul de la moyenne des triplets de coordonnées obtenus par ces troisième et quatrième triangulations.
Ces deux variantes sont avantageuses car, moyennant peu de calculs supplémentaires, elles permettent d'améliorer la précision de la détermination de la position de l'objet mobile du fait de la symétrie de la configuration de récepteurs ultrasonores d'une part, et des calculs de moyennes entre coordonnées obtenues par des triangulations distinctes.
Aux figures 8a à 8d, on a représenté des chronogrammes de signaux produits par le dispositif de la figure 3 ou celui de la figure 6, à savoir, respectivement, un signal de commande de l'émetteur ultrasonore Eu, un signal produit par le récepteur ultrasonore Ru1 , un signal produit par le récepteur ultrasonore Ru2 et un signal produit par le récepteur ultrasonore Ru3. A la figure 7e, on a représenté un signal produit par le dispositif de la figure 6 outre les mêmes signaux que ci-dessus, à savoir un signal produit par le récepteur ultrasonore Ru4. Ces figures montrent en outre les écarts temporels 77, 72 et 74. Comme on le voit sur la figure 8a, les impulsions ultrasonores sont émises à une fréquence F, qui détermine la précision avec laquelle la trajectoire de la pointe du stylographe, qui est constituée par la succession des positions occupées par la pointe du stylographe, peut être reconstituée par l'unité de gestion.
Les calculs mis en œuvre pour le procédé de détermination de la position d'un objet mobile dans un volume sont de même nature que ceux mis en œuvre pour le procédé de détermination de la position d'un objet mobile dans un plan.
L'invention a été décrite ci-dessus dans des modes de réalisation préférés mais non limitatifs. On notera que le dispositif peut également comprendre une diode d'émission infrarouge dans le stylographe ou dans l'unité de réception ainsi qu'une diode de réception infrarouge respectivement dans l'unité de réception ou le stylographe, de manière à créer un lien infrarouge entre l'unité de réception et le stylographe. Toutefois, ce lien n'a pas alors pour fonction de servir de support à la transmission d'impulsions infrarouges nécessaires à la synchronisation des impulsions ultrasonores émises par l'émetteur ultrasonore du stylographe, comme dans les dispositifs de l'art antérieur. Il peut servir, par exemple, à transmettre des données relatives à des conditions de fonctionnement du stylographe, qui sont exploitées par le système incorporant le dispositif.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un repère bi-dimensionnel ({OX,OY}) fixe, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- émission (400) d'une impulsion ultrasonore par un émetteur ultrasonore (Eu) solidaire de l'objet mobile, à une date d'émission (tO) indéterminée ;
- réception (412,413,411) de l'impulsion ultrasonore par au moins un premier (Ru1), un deuxième (Ru2) et un troisième (Ru3) récepteurs ultrasonores fixes situés dans ledit plan, respectivement à une première (t1), une deuxième (t2) et une troisième (t3) dates de réception déterminées, et détermination (422,423) d'un premier écart temporel (T1) et d'un second écart temporel (T2) entre la plus ancienne de ces dates (t3) et respectivement chacune des deux autres dates (t1 ,t2) ;
- détermination (430) d'une première distance (D3) entre l'émetteur ultrasonore (Eu) et le récepteur ultrasonore (Ru3) ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, en fonction desdits premier (T1) et second (T2) écarts temporels, de la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonore, ainsi que des distances respectives (D,L) séparant les trois récepteurs ultrasoπores (Ru1 ,Ru2,Ru3) deux à deux ; - détermination (440) d'une seconde distance (D1) et/ou d'une troisième distance (D2) entre l'émetteur ultrasonore (Eu) et l'un des récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2) autre que celui (Ru3) ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, en fonction respectivement dudit premier écart temporel (T1) et/ou dudit second écart temporel (T2), de la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonore, ainsi que de ladite première distance (D3) ;
- détermination (450) d'un couple de coordonnées de la position de l'objet mobile, par au moins une triangulation à partir de deux distances déterminées parmi ladite première distance (D3), ladite seconde distance (D1) et ladite troisième distance (D2).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape (450) de détermination d'un couple de coordonnées de la position de l'objet mobile est réalisé par une triangulation à partir des deux distances (D1 ,D2) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) et respectivement l'un (Ru1) et l'autre (Ru2) des deux récepteurs ultrasonores les plus éloignés l'un de l'autre.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'étape (450) de détermination d'un couple de coordonnées de la position de l'objet mobile comprend deux ou trois desdites triangulations et un calcul de la moyenne des couples de coordonnées obtenus respectivement par chacune de ces triangulations.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que, les trois récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3) étant alignés et le troisième récepteur ultrasonore (Ru3) étant disposé à égale distance du premier récepteur ultrasonore (Ru1) et du deuxième récepteur ultrasonore (Ru2), l'étape (450) de détermination d'un couple de coordonnées de la position de l'objet mobile comprend une première triangulation à partir de la distance entre le troisième récepteur ultrasonore (Ru3) et le premier récepteur ultrasonore (Ru1), une seconde triangulation à partir de la distance entre le troisième récepteur ultrasonore (Ru3) et le deuxième récepteur ultrasonore (Ru2), et un calcul de la moyenne des couples de coordonnées obtenus respectivement par chacune de ces deux triangulations.
5. Procédé de détermination de la position d'un objet mobile dans un volume associé à un repère tri-dimensionnel ({OX,OY,OZ}) fixe, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- émission (700) d'une impulsion ultrasonore par un émetteur ultrasonore (Eu) solidaire de l'objet mobile, à une date d'émission (tO) indéterminée ;
- réception (712,713,711 ,714) de l'impulsion ultrasonore par au moins un premier (Ru1), un deuxième (Ru2), un troisième (Ru3) et un quatrième (Ru4) récepteurs ultrasonores fixes, dont l'un au moins n'est pas aligné avec les autres, respectivement à une première (t1), une deuxième (t2), une troisième (t3) et une quatrième (t4) dates de réception déterminées, et détermination (722,723,724) de deux écarts temporels parmi un premier écart temporel (T1), un second écart temporel (T2), et un troisième écart temporel (T4) entre la plus ancienne de ces dates (t3) et respectivement chacune des trois autres dates (t1 ,t2,t4) ;
- détermination (730) d'une première distance (D3) entre l'émetteur ultrasonore (Eu) et le récepteur ultrasonore (Ru3) ayant le premier reçu l'impulsion ultrasonore, en fonction desdits deux écarts temporels, de la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonore, ainsi que des distances respectives (D,L,H) séparant les quatre récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3,Ru4) deux à deux ;
- détermination (740) d'au moins deux autres distances parmi une deuxième distance (D1) une troisième distance (D2) et une quatrième distance (D4) entre l'émetteur ultrasonore (Eu) d'une part et l'un respectif des récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru4) autres que celui (Ru3) ayant le premier reçu l'impulsion uitrasonore, en fonction dudit premier écart temporel (T1), dudit second écart temporel (T2) et/ou dudit troisième écart temporel (T4), ainsi que de la vitesse de propagation de l'impulsion ultrasonore, et que de ladite première distance (D3), les deux dites distances ainsi déterminées et la première distance (D3) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) de trois récepteurs ultrasonores respectifs (D3,D4,D1 ou D2) qui ne sont pas alignés ;
- détermination (750) d'un triplet de coordonnées de la position de l'objet mobile, par au moins deux triangulations réalisées chacune à partir de deux distances déterminées parmi ladite première distance (D3) et lesdites deux distances déterminées à l'étape précédente.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, le premier (Ru1), le second (RU2) et le troisième (Ru3) récepteurs ultrasonores étant alignés, le troisième récepteur ultrasonore (Ru3) étant disposé à égale distance du premier récepteur ultrasonore (Ru1) et du deuxième récepteur ultrasonore (Ru2), et le quatrième récepteur ultrasonore (Ru4) étant disposé au droit dudit troisième récepteur ultrasonore (Ru3), l'étape (750) de détermination d'un triplet de coordonnées de la position de l'objet mobile, comprend une première triangulation réalisée à partir des distances (D1.D3) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) respectivement du premier (Ru1 ) et du troisième (Ru2) récepteurs ultrasonores, une deuxième triangulation à partir des distances (D2,D3) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) respectivement du deuxième (Ru2) et du troisième (Ru2) récepteurs ultrasonores, un calcul de la moyenne des triplets de coordonnées obtenus par ces première et deuxième triangulation, et une troisième triangulation réalisée à partir des distances (D3.D4) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) respectivement du troisième (Ru3) et du quatrième (Ru4) récepteurs ultrasonores.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que, le premier (Ru1), le second (RU2) et le troisième (Ru3) récepteurs ultrasonores étant alignés, le troisième récepteur ultrasonore (Ru3) étant disposé à égale distance du premier récepteur ultrasonore (Ru1) et du deuxième récepteur ultrasonore (Ru2), et le quatrième récepteur ultrasonore (Ru4) étant disposé au droit dudit troisième récepteur ultrasonore (Ru3), l'étape (750) de détermination d'un triplet de coordonnées de la position de l'objet mobile, comprend une première triangulation réalisée à partir des distances (D1.D3) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) respectivement du premier (Ru1) et du troisième (Ru2) récepteurs ultrasonores, une deuxième triangulation à partir des distances (D2.D3) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) respectivement du deuxième (Ru2) et du troisième (Ru3) récepteurs ultrasonores, un calcul de la moyenne des triplets de coordonnées obtenus par ces première et deuxième triangulations, ainsi qu'une troisième triangulation réalisée à partir des distances (D1 ,D4) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) respectivement du premier (Ru3) et du quatrième (Ru4) récepteurs ultrasonores, une quatrième triangulation réalisée à partir des distances (D2.D4) séparant l'émetteur ultrasonore (Eu) respectivement du deuxième (Ru2) et du quatrième (Ru4) récepteurs ultrasonores, et un calcul de la moyenne des triplets de coordonnées obtenus par ces troisième et quatrième triangulations.
8. Dispositif de détermination de la position d'un objet mobile dans un plan associé à un repère bi-dimensionnel ({OX.OY}) fixe, caractérisé en ce qu'il comporte :
- un émetteur ultrasonore (Eu) solidaire l'objet mobile ; - une unité de réception (RU) comprenant au moins trois récepteur ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3) ;
- une unité de gestion (300) comprenant des moyens pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications 1 à 4.
9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les trois récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3) sont alignés.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'un (Ru3) des trois récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3) est disposé à égale distance entre les deux autres (Ru1 ,Ru2).
11. Dispositif de détermination de la position d'un objet mobile dans un volume associé à un repère tri-dimensionnel ({OX,OY,OZ}) fixe, caractérisé en ce qu'il comporte : - un émetteur ultrasonore (Eu) solidaire de l'objet mobile (100) ;
- une unité de réception (RU) comprenant au moins quatre récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3,Ru4) dont l'un au moins (Ru4) n'est pas aligné avec les autres ;
- une unité de gestion (300) comprenant des moyens pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications 5 à 7.
12. Dispositif selon la revendication 11 , caractérisé en ce que trois desdits récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3,Ru4) sont alignés.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'un (Ru3) desdits trois récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3) qui sont alignés est disposé à égale distance entre les deux autres (Ru1 ,Ru2).
14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'émetteur ultrasonore (Ru4) qui n'est pas aligné avec les autres récepteurs ultrasonores
(Ru1 ,Ru2,Ru3) est disposé au droit de celui (Ru3) des trois récepteurs ultrasonores (Ru1 ,Ru2,Ru3) qui est disposé à égale distance entre les deux autres (Ru1 ,Ru2).
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