WO2014108633A1 - Système d'enregistrement d'une pluralité de vitesses de rotation d'une pluralité de segments pour la restitution d'un geste - Google Patents

Système d'enregistrement d'une pluralité de vitesses de rotation d'une pluralité de segments pour la restitution d'un geste Download PDF

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WO2014108633A1
WO2014108633A1 PCT/FR2014/050021 FR2014050021W WO2014108633A1 WO 2014108633 A1 WO2014108633 A1 WO 2014108633A1 FR 2014050021 W FR2014050021 W FR 2014050021W WO 2014108633 A1 WO2014108633 A1 WO 2014108633A1
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swing
segments
data
hand
sensors
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PCT/FR2014/050021
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Augustin GARCIA
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Garcia Augustin
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    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B19/00—Teaching not covered by other main groups of this subclass
    • G09B19/003—Repetitive work cycles; Sequence of movements
    • G09B19/0038—Sports

Definitions

  • the present invention relates to a system for automatically recording and analyzing a plurality of rotational speeds of a plurality of segments of the human body cleverly chosen for the restitution of a gesture, for its control, its optimization and its eventual correction, for example to analyze and optimize the effectiveness of a "swing" performed by a golfer.
  • This system can be easily adapted to other types of sports using a swinging motion
  • segments advantageously chosen which are at least four in number and preferably the pelvis, the thorax, the arm and the hand, last segment solidary of the club.
  • AMM Technologies also proposes, for the recording and the analysis of a point or segment of measurement, a wireless inertial sensor, the AmmSensor, with 9 degrees of freedom, combination of an accelerometer, a gyroscope and of a magnetometer.
  • a wireless inertial sensor the AmmSensor
  • the AmmSensor with 9 degrees of freedom, combination of an accelerometer, a gyroscope and of a magnetometer.
  • At least four sensors are necessary to record the movements and speeds of the at least four segments. useful for effective analysis.
  • Such a system therefore has serious drawbacks, the main ones being the price, at least four sensors being indeed necessary but also on the one hand, the weight of the sensor when the latter is dedicated to measurements of the "hand" segment, this weight disturbing, authentically recognized, the gesture of the player and secondly, the means of securing said sensor to said segment.
  • K-Vest has developed a product intended for the analysis of three segments, hips, shoulders and hand using a wireless sensor system which involves, for each sensor, its own power supply and a transmitter radio which necessarily increases the volume and weight of the system and each sensor and in particular, in a real penalizing way, the sensor "hand".
  • This product besides the fact that it is also expensive and significantly heavy, can not therefore make it possible to carry out a set of measures of sufficient quality for a correct analysis and synchronization according to the proven demonstration of Phil Cheetham which requires at least four points of measure well determined.
  • the present invention aims to propose an efficient solution to various problems and disadvantages presented by the various systems and devices of the prior art.
  • the present application relates to a system advantageously simpler, compact and reduced weight although as effective as those of Phil Cheetham and AMM Technologies and very significantly less expensive.
  • the sensors and thus the hand-held sensor weigh less than 2 grams compared to 42 to 60 grams of the other existing systems of the prior art.
  • This very significant lightness has the decisive advantage in our application of a non-interference with the movement of the swing and therefore the golfer.
  • This weight also very much less than the weight of the glove which is of the order of 30 grams, therefore prohibits distorting the quality of the swing.
  • this system is of the order of the price of the simplified systems, being interesting only to the main (or club) segment, described above, but proposes recordings relative to four segments thus making it possible to obtain results. system level analysis and corrections proposed by Phil Cheetham and AMM Technologies.
  • the automatic recording and analysis system of a plurality of rotational speeds of a plurality of segments of the human body consists of:
  • an acquisition and transmission device to be arranged on the pool segment, comprising a power supply module, a transmitter module using a wireless link protocol, a microprocessor coupled to a multiplexing switching module; different acquired signals as well as a first low-weight motion sensor dedicated to a measurement specific to the movements of the pelvic segment, the assembly being connected in a wire-like manner to three other low-weight motion sensors.
  • a device for receiving, processing and displaying the data acquired by the sensors and transmitted which, either displays the speeds of rotating said segments in the form of curves, or analyzing and processing said data and displays the results of the data thus processed in the form of summary tables.
  • the recording system which records only the useful parameters is obviously much simpler and consequently much less cumbersome, cumbersome and expensive than the sophisticated devices proposed by Phil Cheetham and AMM Technologies. but allows for high quality results as organized to capture and achieve relevant and optimized measurements by means of four sensors.
  • This system is, in fact, compact and of reduced weight, the largest part, although of reduced size and weight, of the acquisition and transmission device approximately the size of a package of cigarettes and a weight of the order of 100g being disposed on the segment basin, which does not interfere with the movements of the golfer, while each of the sensors, deported from the central unit of the acquisition device and transmission and connected to this central unit wired, weighs only about 2g and thus the weight of the sensor disposed on the hand does not affect the gesture of the golfer.
  • the low weight and size of the sensor of the hand allow to fix the latter by means of a buckle system and hook by solidarisant golf glove. According to this characteristic, the golfer is neither disturbed nor affected by the presence of said sensor, which was not the case with the other existing systems of the prior art.
  • the system according to the invention actually stores three rotational speed values per segment (a value for each of the orthogonal axes of each of the sensors) and calculates the resulting module. This characteristic subsequently called rotational speed of the segment under consideration is used to obtain a finer analysis of the behavior of the hand sensor.
  • the device for processing and displaying the data transmitted by the sensors is also simple and is preferably and advantageously in the form of a tablet digital or a simple PC that analyzes and processes the data received and displays the results of the data thus effectively processed by means of dedicated software.
  • the system performs an automatic processing totally regardless of the player's interpretation. Such processing thus allows the player to know if he has moved in the right order the various parts of his body as well as the recorded time difference from the optimal sequence. In the display mode of the curve, the player will also be able to access the pelvic and thorax angle curves. This latest information will allow him to easily and effectively correct his swing gesture and check these angles at the moment of the keystroke.
  • the wireless link protocol used will preferably be the protocol according to the Bluetooth standard.
  • the system according to the invention is completely autonomous because, moreover, it exploits a system of swing detection algorithms consisting of a first filtering algorithm executed within the acquisition and transmission device, allowing to prohibit the transmission of data generated during untimely movements of the club and a second algorithm executed within the device for receiving, processing and displaying data which analyzes in detail the signals transmitted by the acquisition device and of transmission and rejects all signals that do not have a gesture profile corresponding to a swing.
  • a system of swing detection algorithms consisting of a first filtering algorithm executed within the acquisition and transmission device, allowing to prohibit the transmission of data generated during untimely movements of the club and a second algorithm executed within the device for receiving, processing and displaying data which analyzes in detail the signals transmitted by the acquisition device and of transmission and rejects all signals that do not have a gesture profile corresponding to a swing.
  • This system of algorithms constituted by all these two algorithms thus makes it possible to effectively reject the false movements to record only the true movements corresponding to a swing profile.
  • This system with two levels of algorithms thus advantageously makes it possible to reduce the calculation load of the microprocessor of the acquisition and transmission device and not to affect the sampling frequency while also avoiding transmitting unnecessary data to the reception device. , processing and displaying data.
  • the levels of the filtering thresholds have been optimized so that the player can perform his "waggle" movements without triggering a recording. This system does not require any prior calibration or alignment.
  • the device for receiving, processing and displaying the data transmitted by the sensors allows the easy replay of a previously saved record for a detailed analysis, this replay can be done with or without video.
  • this record includes a file name, the file name including among others, to facilitate the subsequent search for a detailed analysis, a coded part relating to the quality of the swing on the two main parameters of the kinematic sequence that are, on the one hand the speeds of rotation and on the other hand, the peaks of speeds of rotation of the different segments.
  • FIG. 1 represents a graph showing the rotational speeds (v) as a function of time (t) of the four relevant segments when performing a correct swing movement, as well as the angles of the pelvis and the thorax as a function of the time (t).
  • Fig. 2 is a block diagram of the rotational speed recording system according to the invention.
  • Figure 3 shows a complete CCA acquisition cycle of data coming in sequence from the four sensors.
  • FIG. 5 represents a graph showing the curves of the speeds of rotation (v) as a function of time (t) along the three orthogonal axes of the hand sensor as well as the resultant curve (modulus) of the rotational speed of the hand .
  • Figure 6 shows the installation of the hand sensor between the two "loop and hook” fabrics used to attach the glove to the player's hand.
  • FIG. 1 represents a graph showing the rotational speeds (v) as a function of time (t) of the four relevant segments when performing a correct swing movement, as well as the angles of the pelvis and the thorax as a function of the time (t).
  • Figure 1 reproduces a graph taking up the known principle and published according to Phil Cheetham of the measurement of rotational speeds of four segments judiciously chosen for an efficient analysis of the swing gesture.
  • this graph which corresponds to a swing gesture performed correctly, four curves appear, one per relevant segment, the first dashed curve 1 relates to the measurement of the rotational speed of the basin segment, the second in fine line 2 concerns the measurement of the speed specific to the thorax segment, the third in dotted line 3 relates to the measurement of the speed specific to the arm segment and finally the fourth in bold line 4 relates to the measurement of the speed specific to the hand segment (or club).
  • the reception, processing and display device uses, in addition, a top swing detection algorithm (see Fig. 1, T4) and club / ball impact (see Fig.l, 11) for calculating the duration of the swing as well as the rise time on descent time ratio, which makes it possible to measure the regularity of the swing tempo.
  • a top swing detection algorithm see Fig. 1, T4
  • club / ball impact see Fig.l, 11
  • FIG. 1 three phases are highlighted, a first phase 5 which corresponds to the club's rise time whose origin is T0, a second phase 6 which corresponds to the club's descent time and a third phase 7 which starts.
  • the receiving, processing and display device calculates and displays the pelvic and thorax angles as a function of time (Fig. 1, curves 13 and 14) relative to the starting position of the swing.
  • the y-axis (angles from -90 ° to + 90 °) is on the right side of the graph.
  • FIG. 2 is shown a block diagram of the rotational speed recording system 12 according to the invention.
  • the system 12 consists of an acquisition and transmission device 120 and a device for receiving, processing and displaying data 130.
  • the acquisition and transmission device 120 comprises an electronic unit 121 advantageously disposed on the basin segment, this housing is further equipped with an on / off switch and LEDs not shown in the figure because known per se, preferably at least one LED, for example, green which provides two indications: " on / off "and” data transmission "and at least one LED, for example, orange indication” remote connection ".
  • This electronic unit 121 houses a power supply module 122, a transmitter module 123 using a wireless link protocol, a microprocessor 124 also coupled to a switching module 125.
  • the wireless link protocol used will preferably be the protocol according to the invention. Bluetooth standard.
  • a first orthogonal three-axis transducer 126 dedicated to a measurement specific to the movements of the pelvic segment is also contained in the electronic control unit 121.
  • the control unit 121 is wiredly connected to three other three-axis sensors, 127, 128 and 129 respectively. arrange respectively on the thorax, arm and hand segments.
  • the sensors are preferably and for simplicity elaborated each around a gyroscope, for example in MEMS technology (Micro Electro-Mechanical System) however they could just as well consist of a combination of gyroscopes associated with accelerometers or magnetometers, or a combination of gyroscopes, accelerometers and magnetometers.
  • the power supply module 122 accommodates batteries or accumulators, which supply it with input a voltage of, for example, 1 to 4.5V, the module 122 providing a continuous output 5V feeding the input of the microprocessor 124, for example an iOS Nano board.
  • the microprocessor 124 provides a 3.3V output which allows to feed on the one hand, the transmitter module 123, for example a Bluetooth module BTM-182 with a range of about 3 meters and secondly the four sensors 126, 127, 128 and 129, for example sensors of the ITG 3205 type.
  • the gyroscopes of the selected sensors have a dynamic range of +/- 2000 ° / s and per axis, given that the sensor is a three-axis sensor.
  • the microprocessor 124 has a reset pin RST. It also has an TX data transmission pin connected to the data receiving pin RX of the transmitter module 123, and the data receiving pin RX of 124 is connected to the TX data transmission pin of the module 123.
  • microprocessor 124 is connected to the switching module 125 composed, in known manner, of an electronic card mainly comprising switching transistors for multiplexing the signals acquired by the four sensors.
  • the pins of the microprocessor 124 SDA input / output of the data signal, D3, D4, D5 and D6 data specific to the four sensors 126, 127, 128 and 129, the switching being done in sequence with respect to the four sensors and at the rate of the clock delivered by the microprocessor 124 on its clock signal input / output pin SCL.
  • FIG. 3 shows a complete cycle of CCA acquisition of data coming in sequence from the four sensors 126, 127, 128 and 129, knowing that a complete recording preferably has 380 cycles.
  • the switching module 125 authorizes in sequence, during a CCA cycle, the data transmission during the period TD126 coming from the sensor 126 placed on the basin segment, then the sensor 127 placed on the thorax segment during the period TD127, then the sensor 128 placed on the arm segment during the period TD128 and finally the sensor 129 placed on the hand segment during the period TD129.
  • the first sensor dedicated to the pool segment is integrated into the control unit 121 and the housing is placed at the level of the pool at the rear of a belt attached to the pool. cut.
  • the second sensor dedicated to the thoracic segment wired to the housing 121 is placed at the thorax at the vertex of the vertebral column between the two shoulder blades.
  • the sensor is held by means of a light and flexible "V" -shaped strap, secured to both ends of the belt and passed on both sides of the neck.
  • the third sensor dedicated to the arm segment, wired to the chest segment sensor is placed midway between the shoulder and the elbow and maintained by means of a simple cuff.
  • the fourth sensor dedicated to the hand segment, connected in a wired manner to the arm segment sensor is preferably placed in the glove which keeps it thus in position without discomfort and without risk of loss during the realization of the movement.
  • this fourth sensor may be coated with two small pieces of "velcro" type of the size of said sensor the first glued on the bottom and the second glued on it. This sensor will thus be effectively held between the two parts of the closure of the glove, gripping and adhering to "Velcro" already present on said glove and which ensure its closure.
  • the data processing and display device 130 receives, via the transmitter module 123, the data transmitted by the sensors that it analyzes and then processes and displays the results of the data thus processed.
  • the data processing and display device 130 is preferably constituted by a digital tablet which analyzes and processes the data transmitted by the sensors and displays the results of the data thus processed by means of dedicated software.
  • the device 130 may consist of a computer of the PC type in which the same dedicated software is installed.
  • two data processing and display devices have been chosen and developed.
  • the first was developed around an Android tablet for example of the Archos IT type with a type of operating system Froyo or higher.
  • the second was conceived around a PC with a Windows operating system and a development environment of the Visual Basic type.
  • the acquisition and transmission device can interface with different terminals with a Bluetooth capability.
  • the dedicated software is preferably, "Golf Swing
  • the system 12 stores the data relating to the rotational speeds of the different segments making it possible to construct the graph of FIG. 1 with the curves specific to the measurements of the different segments. It analyzes this data and displays, on the screen of the data processing and display device 130, in the form of the tables represented in FIGS. 4a and 4b, the synthetic results of this analysis of the measurements. These analyzes are done deterministically without any intervention or interpretation on the part of the player.
  • the reception, processing and display device (130) performs an automatic analysis of the quality of the swing relative to criteria recognized in the sport of golf.
  • the tables of FIG. 4a show an example of results, appearing on the screen of the device 130, of the analysis made by the system of a correctly performed swing.
  • this screen shows that the correct kinematic sequence is preserved as well concerning the chronology of the swing descent (left side): basin, thorax, arm then hand that concerning the chronology of the peaks of rotation speeds during the downhill phase of the club (right side, same correct chronology).
  • the numbers shown (0, 30, 36, 43) represent the time elapsed between the beginning of the movement of the basin segment, which is chosen as a time reference and the beginning of the respective movement of the other segments.
  • FIG. 4b show an example of results, displayed on the screen of the device 130, of an analysis made by the system of a swing not correctly carried out.
  • this screen shows that the correct kinematic sequence is not preserved as well concerning the chronology of the swing descent start (left side): thorax and pelvis inversion, then correct chronology, arm and finally hand, that concerning the chronology of the peaks of rotation speeds during the descent phase of the club (right side, correct chronology concerning the pelvis then the thorax, but inversion of the hand and the arm).
  • the maximum speeds reached by the segments can also be obtained, these measurements corresponding to the values of the speed peaks reached at the times referenced on the time axis of FIG. 1: ⁇ 8 ', ⁇ 9', ⁇ 10 ', ⁇ 11 ', knowing that the measurement of the speed reached at the moment of impact at time ⁇ 11' can be disturbed by said impact. Also, can be calculated, the duration of a swing: ⁇ 11'- ⁇ 4, the ratio between the rise time of the swing and the descent time of the swing: (T4-T0) / ('11'- ⁇ 4), which allows to check the tempo of the swing.
  • the memorization of the main characteristics of a set of swings makes it possible to capitalize said measurements and to replay them to analyze effectively the evolution of the performances of a golfer. Also, a fine and detailed analysis of the data provided by the sensors which measure along three orthogonal axes can be carried out, this analysis making it possible, for example, to determine the arming / disarming sequence of the wrist, to observe and check the modifications of the plane of the wrist. swing between the ascent and descent or to determine the outline of the pelvis and thorax angles.
  • the two LEDs green: “on / off” and “data transmission” and orange: “connection to distance ", will start flashing while the case is kept motionless.
  • the amber LED continues to flash showing that the remote connection is established and the green LED is stable, which turns off when the hand segment sensor is moved during data transmission.
  • the device 120 can then be placed on the golfer.
  • the home screen of the device 130 proposes two possible menus entitled “New registration”, a menu that makes it possible to start a new acquisition and to make new registrations. and on the other hand "Archive Analysis”, a menu that allows replaying archived previous recordings.
  • the archive selection screen displays a file selection window containing the previous records, files listed with user names, dates and times of recording as well as coded indications as to the correction. or not the gesture made. Once the selection is made, this selection must be confirmed.
  • the home screen also offers some possible options, such as the choice of the language, the "Demo" mode, which allows one hand to demonstrate the operation of the system without making a swing and secondly to see the curves of the sensors by invalidating the use of the swing detection filtering algorithm, or even the "Curves directly” mode, which makes it possible to display only the curves without an analysis page.
  • the "Demo" mode which allows one hand to demonstrate the operation of the system without making a swing and secondly to see the curves of the sensors by invalidating the use of the swing detection filtering algorithm
  • the "Curves directly” mode which makes it possible to display only the curves without an analysis page.
  • the swing detection filtering algorithm is active as soon as the hand segment sensor is moving above a certain speed threshold and the device 120 transmits real time data to the device 130.
  • the pre-threshold data which represents the beginning of the swing having been continuously recorded in the memory of the microprocessor 124 will be transmitted to the device 130 by the device 120 after the "real time" data has been read. been transmitted.
  • the data will be handed over in the correct chronology by the device 130.
  • the analysis software of the device 130 only takes into account data that has the "profile" of a swing, which are then recorded with the name of the device. user to specify and the analysis window can be refreshed.
  • the system is autonomous, the basic screen being the analysis screen, the golfer can therefore concentrate and perform his swing without embarrassment when he wants, while the system automatically analyzes the data after every swing.
  • the visualization of the curves can be done either automatically if the box "curves directly" is checked in the main menu, or from the analysis screen by pressing "graphics". This gives access to the general graph presenting all the curves, including the curves representative of the angles of the pelvis (Fig. 1, curve 14) and thorax (Fig. 1, curve 13) segments if they are desired. , a long click on a curve and a zoom of the transition zone "up / down swing” is obtained, a long click to return to the general curve while a short click on one of the curves can return to the screen of analysis.
  • the files are saved in a directory called
  • the analysis screen shows on its right side, as shown in FIG. 4, a first column of values, in milliseconds, specific to the timeline of the swing descent leader for the various segments and at least one second column. of values, in milliseconds also, specific to the chronology of the peaks of speed of rotation during the phase of descent of the club for the various segments.
  • a third column may also optionally be displayed, which relates to the rotational speeds for each segment, in degree / second. Under these columns, you can also optionally display the duration of a swing in milliseconds and the ratio between the rise time and the descent time of a swing.
  • a replay of a recording in Excel and making, in addition to the curves, appear a video is also possible.
  • the video is then read image by image synchronously with the scrolling of the vertical line of time along the curves described.
  • FIG. 5 shows a graph showing the curves (101, 102, 103) of the rotational speeds (v) as a function of time (t) along the three orthogonal axes of the hand sensor as well as the resulting curve (module) of the rotation speed of the hand.
  • the discontinuity (108) of the curve (4) makes it possible to determine the extent of the change of the plane of the swing between the rise and the descent of the club. Another important indication is given by the observation of the curve (101) and especially the change of slope at time T5.
  • the moment T5 is the moment when the player begins to disarm the wrist.
  • FIG. 6 shows the installation of the hand sensor between the two "loop and hook” fabrics which serve to fix the glove on the player's hand, the sensor (129) placed on the hand segment is thus held in the glove between the two elements of loop and hook allowing the closure of the glove by means of a loop and hook system.
  • the sensor once held in place and secured to the glove then makes it possible to record very precisely the rotational speeds along the 3 orthogonal axes (109, 110, 111) of the sensor 129 of the hand.
  • the gyroscopic sensor of the hand segment could be replaced by a sensor derived from a combination of a gyroscope associated with an accelerometer, or even a combination of a gyroscope, an accelerometer and a magnetometer.
  • a sensor would further sophistise the analysis of the movement of the hand segment by allowing access to the plane of the swing and the corners of the club face.
  • a complementary function could be easily added to keep track of the statistics of the various golfers regarding the relationship between the rise time and the descent time of a swing, the table of swing descent start timelines and peaks. speed of rotation during the descent phase of the club, the maximum speeds, etc.

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Abstract

La présente invention concerne un système d'enregistrement et d'analyse automatique (12) d'une pluralité de vitesses de rotation d'une pluralité de segments du corps humain remarquable en ce qu' il est constitué : d'une part d'un dispositif d'acquisition et de transmission (120), à disposer sur le segment bassin, comprenant un module d'alimentation (122), un module transmetteur (123) utilisant un protocole de liaison sans fil, un microprocesseur (124) couplé à un module de commutation (125) ainsi qu'un premier capteur (126) de faible poids dédié à une mesure propre aux mouvements dudit segment bassin, l'ensemble étant relié de manière filaire à trois autres capteurs de faible poids à disposer respectivement sur les segments thorax (127), bras (128) et main (129), ces quatre capteurs étant placés sur ces quatre segments particuliers dont la dynamique contribue à l'exécution d'un geste sportif particulier correctement réalisé et d'autre part, en liaison avec le dispositif d'acquisition et de transmission (120), d'un dispositif de de réception, de traitement et d'affichage (130) des données acquises puis transmises par les capteurs qui, soit affiche les vitesses de rotation desdits segments sous forme de courbes, soit analyse et traite lesdites données et affiche les résultats des données ainsi traitées sous forme de tableaux de synthèse.

Description

Système d'enregistrement d'une pluralité de vitesses de rotation d'une pluralité de segments pour la restitution d'un geste.
Domaine technique
La présente invention concerne un système d'enregistrement et d'analyse automatique d'une pluralité de vitesses de rotation d'une pluralité de segments du corps humain astucieusement choisis pour la restitution d'un geste, pour son contrôle, son optimisation et son éventuelle correction, par exemple pour analyser et optimiser l'efficacité d'un « swing » exécuté par un golfeur. Ce système peut être aisément adapté à d'autres types de sports utilisant un mouvement de balancé
(baseball, tennis, etc.).
Technique antérieure
Un des principaux facteurs de réussite du geste dit « swing » de golf est la maîtrise de la chronologie des mouvements de rotation de différentes parties du corps, que nous appellerons dès maintenant segments, segments avantageusement choisis qui sont au moins au nombre de quatre et de préférence le bassin, le thorax, le bras et la main, dernier segment solidaire du club.
En effet, il a été démontré par Phil Cheetham, expert reconnu en sciences biomédicales et biomécaniques, que la chronologie des mouvements la plus efficace lors de l'amorce de descente d'un « swing », c'est-à-dire à la transition entre la montée et la descente du « swing », correspond à la séquence cinématique suivante : bassin, thorax, bras et main (ou club, un grand nombre d'expériences ont permis de démontrer que des résultats identiques sont obtenus lorsque la mesure de vitesse est réalisée sur la main ou sur le club) . Ceci signifie que le mouvement de descente le plus efficace du club commence par une rotation du bassin, suivie, en séquence, par des mouvements de rotation des autres segments, thorax, puis bras et enfin main. Ainsi, ces différents segments acquièrent des vitesses de rotation qui croissent et décroissent en passant par des pics de maxima en conservant avantageusement une chronologie identique à la séquence de l'amorce de descente.
Il est également reconnu que, indépendamment de leur propre style, tous les joueurs de haut niveau ont en commun de reproduire et d'exploiter d'une part, cette même chronologie de descente et d' autre part cette même chronologie des pics de vitesse.
Il existe actuellement divers systèmes permettant d'effectuer des enregistrements de gestes tels que le « swing » d'un golfeur, les enregistrements permettant ensuite, ou quasi en même temps, d'analyser le geste afin de détecter d'éventuels défauts pour apporter des corrections utiles à l'élaboration d'un geste réalisé de manière optimale.
Ainsi, Phil Cheetham et AMM Technologies proposent un système « AMM3D Sensor Full-body » à six degrés de liberté qui capture et analyse l'ensemble des mouvements du corps d'un golfeur à haute vitesse (240 Hz) . Mais ce dernier est infiniment sophistiqué et du fait de cette extrême sophistication, il est lourd, encombrant et peu transportable et présente l'important inconvénient d'être excessivement onéreux.
AMM Technologies propose également, destiné à l'enregistrement et l'analyse d'un point ou segment de mesure, un capteur inertiel sans fil, l'AmmSensor, à 9 degrés de liberté, combinaison d'un accéléromètre, d'un gyroscope et d'un magnétomètre . Pour effectuer une analyse selon la séquence cinématique décrite ci-avant quatre capteurs au moins sont donc nécessaires pour enregistrer les mouvements et vitesses des au moins quatre segments utiles à une analyse efficace. Un tel système présente par conséquent de sérieux inconvénients dont les principaux sont le prix, quatre capteurs au moins étant en effet nécessaires mais également d'une part, le poids du capteur lorsque ce dernier est dédié aux mesures du segment « main », ce poids perturbant, de manière authentiquement reconnue, le geste du joueur et d'autre part, le moyen de solidarisation dudit capteur audit segment.
D'autres systèmes plus simples sont également utilisables mais avec beaucoup moins d'efficacité. Ainsi, la société K-Vest a développé un produit prévu pour l'analyse de trois segments, les hanches, les épaules et la main exploitant un système de capteurs sans fil qui implique, pour chaque capteur, sa propre alimentation ainsi qu'un transmetteur radio qui nécessairement augmente le volume et le poids du système et de chaque capteur et en particulier, de manière réellement pénalisante, du capteur « main ». Ce produit, outre le fait qu'il soit également onéreux et significativement lourd, ne peut donc permettre de réaliser un ensemble de mesures de qualité suffisante pour une analyse et une synchronisation correctes selon la démonstration avérée de Phil Cheetham qui requiert au moins quatre points de mesure bien déterminés.
Trois autres produits, bien moins onéreux que les précédents, développés respectivement par 3Bays, SwingByte et GolfSense peuvent être cités dans ce domaine mais n'utilisant qu'un seul point de mesure du segment « main » (ou club) , ils ne peuvent fournir les mesures associées aux autres segments et qui sont nécessaires à une analyse complète et efficace de la chronologie.
Exposé de l'invention
La présente invention a pour but de proposer une solution efficiente aux divers problèmes et inconvénients présentés par les divers systèmes et dispositifs de l'art antérieur .
Ainsi la présente demande a pour objet un système avantageusement plus simple, d'encombrement et de poids réduits bien qu'aussi efficace que ceux de Phil Cheetham et d'AMM Technologies et très significativement moins onéreux. Avantageusement, dans la présente invention les capteurs et donc le capteur main pèsent moins de 2 grammes à comparer aux 42 à 60 grammes des autres systèmes existants de l'art antérieur. Cette très significative légèreté présente l'avantage décisif dans notre application d'une non interférence avec le mouvement du swing et par conséquent du golfeur. Ce poids, en outre très inférieur au poids du gant qui est de l'ordre de 30 grammes, interdit donc de fausser la qualité du swing. De plus, ce système est de l'ordre de prix des systèmes simplifiés, ne s ' intéressant qu'au segment main (ou club), décrits ci-dessus, mais propose des enregistrements relativement à quatre segments donc permettant d' obtenir des résultats d' analyse et de corrections du niveau des systèmes proposés par Phil Cheetham et AMM Technologies.
Pour cela le système d'enregistrement et d'analyse automatique d'une pluralité de vitesses de rotation d'une pluralité de segments du corps humain selon l'invention est constitué :
d'une part d'un dispositif d'acquisition et de transmission, à disposer sur le segment bassin, comprenant un module d'alimentation, un module transmetteur utilisant un protocole de liaison sans fil, un microprocesseur couplé à un module de commutation multiplexant les différents signaux acquis ainsi qu'un premier capteur de mouvement de faible poids dédié à une mesure propre aux mouvements du segment bassin, l'ensemble étant relié de manière filaire à trois autres capteurs de mouvement de faible poids à disposer respectivement sur les segments thorax, bras et main, ces quatre capteurs étant placés sur ces quatre segments particuliers dont la dynamique de mouvement contribue à l'exécution d'un geste sportif particulier correctement réalisé et
d'autre part, en liaison, sans fil, avec le dispositif d'acquisition et de transmission, d'un dispositif de réception, de traitement et d'affichage des données acquises par les capteurs puis transmises, qui, soit affiche les vitesses de rotation desdits segments sous forme de courbes, soit analyse et traite lesdites données et affiche les résultats des données ainsi traitées sous forme de tableaux de synthèse.
Ainsi, selon l'invention, le système d'enregistrement qui n'enregistre que les paramètres utiles, est à l'évidence bien plus simple et en conséquence bien moins lourd, encombrant et onéreux que les dispositifs sophistiqués proposés par Phil Cheetham et AMM Technologies mais autorise à des résultats de grande qualité car organisé pour capter et réaliser des mesures pertinentes et optimisées au moyen de quatre capteurs. Ce système est, en effet, d'encombrement et de poids réduits, la partie la plus volumineuse, bien qu'elle-même de taille et de poids réduits, du dispositif d'acquisition et de transmission environ de la taille d'un paquet de cigarettes et d'un poids de l'ordre de 100g étant disposée sur le segment bassin, ce qui ne gêne en rien les mouvements du golfeur, alors que chacun des capteurs, déporté de l'unité centrale du dispositif d'acquisition et de transmission et connecté à cette unité centrale de manière filaire, ne pèse qu'environ 2g et qu'ainsi le poids du capteur disposé sur la main n'a aucune incidence sur le geste du golfeur.
Egalement, les faibles poids et taille du capteur de la main permettent de fixer ce dernier au moyen d'un système de boucle et crochet en le solidarisant au gant de golf. Suivant cette caractéristique, le golfeur n'est ni perturbé ni affecté par la présence dudit capteur, ce qui n'était pas le cas avec les autres systèmes existants de l'art antérieur.
Il est ici à noter que le système selon l'invention enregistre en fait trois valeurs de vitesses de rotation par segment (une valeur pour chacun des axes orthogonaux de chacun des capteurs) et calcule le module résultant. Cette caractéristique appelée par la suite, vitesse de rotation du segment considéré est exploitée pour l'obtention d'une analyse plus fine du comportement du capteur de la main.
De même, en liaison sans fil avec le dispositif d'acquisition et de transmission, le dispositif de traitement et d'affichage des données transmises par les capteurs est prévu également simple et se présente, de préférence et avantageusement, sous forme d'une tablette numérique ou encore d'un simple PC qui analyse et traite les données reçues et affiche les résultats des données ainsi efficacement traitées au moyen de logiciels dédiés.
Le système effectue un traitement automatique totalement indépendamment de l'interprétation du joueur. Un tel traitement permet ainsi au joueur de savoir s'il a mis en mouvement dans le bon ordre les diverses parties de son corps ainsi que l'écart temporel enregistré par rapport à la séquence optimale. Dans le mode affichage de la courbe, le joueur pourra également accéder aux courbes des angles du bassin et du thorax. Ces dernières informations lui permettront de corriger aisément et efficacement son geste de swing et de vérifier ces angles à l'instant de la frappe .
Outre la détection et l'affichage de la qualité du swing grâce à la mesure des transitions et des pics de vitesse de rotation, une foultitude d'affichages de résultats est autorisée alors qu'avantageusement, pour permettre une correction encore plus efficace des mouvements, les enregistrements peuvent être aisément rejoués sur la tablette ou le PC.
Egalement, le protocole de liaison sans fil utilisé sera de préférence le protocole selon la norme Bluetooth.
De manière avantageuse, le système selon l'invention est totalement autonome du fait que, de plus, il exploite un système d'algorithmes de détection de swing consistant en un premier algorithme de filtrage exécuté au sein du dispositif d'acquisition et de transmission, permettant d' interdire la transmission de données générées lors de mouvements intempestifs du club et en un second algorithme exécuté au sein du dispositif de réception, de traitement et d'affichage des données qui analyse en détail les signaux transmis par le dispositif d'acquisition et de transmission et rejette tous les signaux ne présentant pas un profil de geste correspondant à un swing.
Ce système d'algorithmes constitué par l'ensemble de ces deux algorithmes permet ainsi de rejeter efficacement les faux mouvements pour n'enregistrer que les vrais mouvements correspondant à un profil de swing. Ce système à deux niveaux d'algorithmes permet ainsi avantageusement de réduire la charge de calcul du microprocesseur du dispositif d'acquisition et de transmission et de ne pas affecter la fréquence d'échantillonnage en évitant en outre de transmettre des données inutiles au dispositif de réception, de traitement et d'affichage des données. Les niveaux des seuils de filtrage ont été optimisés de manière à ce que le joueur puisse effectuer ses mouvements de «waggle» (balancement) sans déclencher un enregistrement. Ce système ne nécessite aucune calibration ni alignement préalables . Enfin, le dispositif de réception, de traitement et d'affichage des données transmises par les capteurs permet la relecture aisée d'un enregistrement préalablement sauvegardé pour une analyse détaillée, cette relecture pouvant se faire avec ou sans vidéo.
De manière avantageuse, pour la relecture d'un enregistrement sauvegardé, cet enregistrement comporte un nom de fichier, le nom de fichier comprenant entre autres, pour faciliter la recherche ultérieure pour une analyse détaillée, une partie codée relative à la qualité du swing sur les deux paramètres principaux de la séquence cinématique que sont, d'une part les vitesses de rotation et d'autre part, les pics de vitesses de rotation des différents segments.
Description sommaire des figures
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront mieux de la description qui va suivre d'un mode préféré de mise en œuvre du système selon l'invention en référence aux figures annexées données à titre d'exemple non limitatif.
La figure 1 représente un graphe faisant apparaître les vitesses de rotation (v) en fonction du temps (t) des quatre segments pertinents lors de la réalisation d'un mouvement de swing correct, ainsi que les angles du bassin et du thorax en fonction du temps (t) .
La figure 2 représente un schéma fonctionnel du système d'enregistrement de vitesses de rotation selon 1 ' invention .
La figure 3 montre un cycle complet d'acquisition CCA de données provenant en séquence des quatre capteurs.
Les figures 4a et 4b montrent des tableaux de résultats d' analyse de mesures effectuées par le système selon l'invention. La figure 5 représente un graphe faisant apparaître les courbes des vitesses de rotation (v) en fonction du temps (t) selon les trois axes orthogonaux du capteur de la main ainsi que la courbe résultante (module) de la vitesse de rotation de la main.
La figure 6 montre l'installation du capteur de la main entre les deux tissus « boucle et crochet » qui servent à fixer le gant sur la main du joueur.
Meilleure manière de réaliser l'invention technique
La figure 1 représente un graphe faisant apparaître les vitesses de rotation (v) en fonction du temps (t) des quatre segments pertinents lors de la réalisation d'un mouvement de swing correct, ainsi que les angles du bassin et du thorax en fonction du temps (t) .
Pour une meilleure appréhension de l'objet de l'invention, la figure 1 reproduit un graphe reprenant le principe connu et publié selon Phil Cheetham de la mesure des vitesses de rotation de quatre segments judicieusement choisis pour une analyse efficiente du geste de swing. Sur ce graphe, qui correspond à un geste de swing effectué correctement, apparaissent donc quatre courbes, une par segment pertinent, la première courbe 1 en pointillé concerne la mesure de la vitesse de rotation du segment bassin, la seconde en trait fin 2 concerne la mesure de la vitesse propre au segment thorax, la troisième en trait mixte 3 concerne la mesure de la vitesse propre au segment bras et enfin la quatrième en trait fort 4 concerne la mesure de la vitesse propre au segment main (ou club) .
Ces paramètres (vitesses de rotation) mesurés et analysés sont nécessaires et suffisants pour extraire les principales caractéristiques cinématiques du geste de swing . De manière à rendre le système autonome et à pouvoir effectuer les analyses totalement automatiquement, le dispositif de réception, de traitement et d'affichage exploite, en outre, un algorithme de détection du haut du swing (voir Fig. 1, T4) et d'impact club/balle (voir Fig.l, 11) permettant de calculer la durée du swing ainsi que le rapport temps de montée sur temps de descente, ce qui permet de mesurer la régularité du tempo du swing. Sur la figure 1, trois phases sont mises en évidence, une première phase 5 qui correspond au temps de montée du club dont l'origine est T0, une seconde phase 6 qui correspond au temps de descente du club et une troisième phase 7 qui débute à l'impact du club sur la balle et se termine à la fin du geste. Lors de la montée du club les vitesses de rotation v sont considérées négatives et lorsque les vitesses changent de signe et deviennent positives, c'est- à-dire au moment où les courbes, respectivement 1, 2, 3 et 4 coupent l'axe des temps t selon la séquence cinématique reconnue en respectivement Tl, T2,
T3 et T4, ceci signifie que le segment correspondant a inversé son sens de rotation, c'est donc le début de la descente, l'origine de la phase 6 de descente du club étant choisie au temps T4 correspondant à l'inversion du sens de rotation du segment main (club) . Enfin, sur le graphe, parce que le swing est effectué correctement, on constate aux temps 8, 9, 10 et 11 la présence de pics de vitesse de rotation toujours selon la même séquence cinématique.
Le dispositif de réception, de traitement et d'affichage outre l'affichage des vitesses de rotation des quatre segments, calcule et affiche les angles du bassin et du thorax en fonction du temps (Fig. 1, courbes 13 et 14) relativement à la position de départ du swing. L'axe des ordonnées (angles de -90° à +90°) est sur la partie droite du graphique. La connaissance de l'évolution de ces angles lors du swing et en particulier, la valeur lors de l'impact sur la balle sont des données importantes qui permettront au joueur d'ajuster son geste afin de réussir son tir dans la direction désirée.
L'analyse détaillée des vitesses angulaires du capteur de main selon les trois axes orthogonaux (roulis, lacet, tangage) en fonction du temps permet d'avoir accès à des informations importantes pour le joueur. Les variations de la composante « lacet » (voir Fig. 5, courbe 101) va indiquer le moment (T5) où le joueur a commencé le désarmement des poignets ce qui se traduit par un changement brusque de pente de la courbe. Le moment de désarmement du poignet est une donnée primordiale sur le timing du swing et permettra au joueur de corriger aisément ce paramètre. Sur la figure 5, on pourra aussi déterminer l'amplitude du changement de plan de déplacement du club entre la montée et la descente en mesurant la discontinuité de la courbe des vitesses de rotation de la main à l'instant T4 (voir Fig. 5) . Ceci se traduit par l'amplitude (108) de la discontinuité de la courbe de vitesse de rotation du segment main (4) . Si le plan de déplacement du club lors de la montée était le même que celui de la descente, la discontinuité serait nulle (c'est en fait ce qui est recherché) . L'analyse fine se fait aisément grâce à la connaissance des trois composantes (roulis, lacet, tangage) . En effet, pour que la discontinuité soit nulle, il faut que les trois composantes inversent leurs vitesses en même temps, c'est-à-dire qu'elles coupent l'axe du temps à l'instant T4. Par simple lecture, le joueur peut déterminer quel (s) axe (s) n'étai(en)t pas correct (s). Cette même discontinuité serait également visible sur la figure 1 si le geste n'était pas exécuté de manière parfaite. Sur la figure 2 est représenté un schéma fonctionnel du système d'enregistrement de vitesses de rotation 12 selon l'invention.
Le système 12 est constitué d'un dispositif d'acquisition et de transmission 120 et d'un dispositif de réception, de traitement et d'affichage des données 130. Le dispositif d'acquisition et de transmission 120 comprend, un boîtier électronique 121 avantageusement disposé sur le segment bassin, ce boîtier est en outre équipé d'un interrupteur de marche/arrêt et de LED non représentées sur la figure car connues en soi, de préférence au moins une LED, par exemple, verte qui fournit deux indications : « marche/arrêt » et « transmission de données » et au moins une LED, par exemple, orange d'indication « connexion à distance ». Ce boîtier électronique 121 accueille un module d'alimentation 122, un module transmetteur 123 utilisant un protocole de liaison sans fil, un microprocesseur 124 couplé également à un module de commutation 125. Le protocole de liaison sans fil utilisé sera de préférence le protocole selon la norme Bluetooth. Un premier capteur trois axes orthogonaux 126 dédié à une mesure propre aux mouvements du segment bassin est également contenu dans le boîtier électronique 121. Le boîtier électronique 121 est relié de manière filaire à trois autres capteurs trois axes, respectivement, 127, 128 et 129 à disposer respectivement sur les segments thorax, bras et main. Les capteurs sont de préférence et pour plus de simplicité élaborés chacun autour d'un gyroscope, par exemple en technologie MEMS (Micro Electro-Mechanical System) cependant ils pourraient tout aussi bien être constitués d'une combinaison de gyroscopes associés à des accéléromètres ou de magnétomètres , voire d'une combinaison de gyroscopes, d' accéléromètres et de magnétomètres. Dans un exemple de mise en œuvre non limitatif, le module d'alimentation 122 accueille des batteries ou des accumulateurs, qui lui fournissent en entrée une tension de, par exemple, 1 à 4,5V, le module 122 fournissant une sortie 5V continu alimentant l'entrée du microprocesseur 124, par exemple une carte Arduino Nano . A son tour, le microprocesseur 124 fournit une sortie 3,3V qui permet d'alimenter d'une part, le module transmetteur 123, par exemple un module Bluetooth BTM-182 d'une portée d'environ 3 mètres et d'autre part, les quatre capteurs 126, 127, 128 et 129, par exemple des capteurs de type ITG 3205. A titre d'exemple, les gyroscopes des capteurs choisis présentent une dynamique de +/- 2000°/s et par axe, sachant que le capteur est un capteur trois axes. Le microprocesseur 124 présente une broche RST de remise à zéro. Il présente également une broche de transmission de données TX reliée à la broche RX de réception de données du module transmetteur 123, de même la broche RX de réception de données de 124 est reliée à la broche TX de transmission de données du module 123. Le microprocesseur 124 est relié au module de commutation 125 composé, de manière connue, d'une carte électronique comportant principalement des transistors de commutation permettant de multiplexer les signaux acquis par les quatre capteurs . Ainsi sont reliées au module de commutation 125 les broches du microprocesseur 124, SDA d'entrée/sortie du signal de données, D3, D4, D5 et D6 de données propres aux quatre capteurs 126, 127, 128 et 129, la commutation se faisant en séquence relativement aux quatre capteurs et ce au rythme de l'horloge délivrée par le microprocesseur 124 sur sa broche SCL d'entrée/sortie de signal d'horloge.
La figure 3 montre un cycle complet d'acquisition CCA de données provenant en séquence des quatre capteurs 126, 127, 128 et 129, sachant qu'un enregistrement complet comporte de préférence 380 cycles. Ainsi, le module de commutation 125 autorise en séquence, pendant un cycle CCA la transmission de données pendant la période TD126 provenant du capteur 126 placé sur le segment bassin, puis du capteur 127 placé sur le segment thorax pendant la période TD127, ensuite du capteur 128 placé sur le segment bras pendant la période TD128 et enfin du capteur 129 placé sur le segment main pendant la période TD129.
Dans un mode de réalisation et d'exploitation simple du système selon l'invention, le premier capteur dédié au segment bassin est intégré au boîtier électronique 121 et le boîtier est disposé au niveau du bassin à l'arrière d'une ceinture attachée à la taille. Le second capteur dédié au segment thorax relié de manière filaire au boîtier 121 est placé au niveau du thorax au sommet de la colonne vertébrale entre les deux omoplates. Le capteur est maintenu au moyen d'une sangle légère et flexible en forme de « V », solidarisée aux deux extrémités de la ceinture et passée de part et d'autre du cou. Le troisième capteur dédié au segment bras, relié de manière filaire au capteur du segment thorax est placé à mi-chemin entre l'épaule et le coude et maintenu au moyen d'un simple brassard. Enfin le quatrième capteur dédié au segment main, relié de manière filaire au capteur du segment bras est placé de préférence dans le gant qui le maintient ainsi en position sans gêne et sans risque de perte lors de la réalisation du mouvement. De manière avantageuse, ce quatrième capteur peut être revêtu de deux petites pièces en matière de type « velcro » de la taille dudit capteur la première collée dessous et la seconde collée dessus. Ce capteur sera ainsi maintenu efficacement placé entre les deux parties de la fermeture du gant, s' agrippant et adhérant aux « velcros » déjà présents sur ledit gant et qui permettent d'assurer sa fermeture. En liaison sans fil avec le dispositif d'acquisition et de transmission 120, le dispositif de traitement et d'affichage des données 130 reçoit, par le biais du module transmetteur 123, les données transmises par les capteurs qu' il analyse et traite puis affiche les résultats des données ainsi traitées. Le dispositif de traitement et d'affichage des données 130 est de préférence constitué d'une tablette numérique qui analyse et traite les données transmises par les capteurs et affiche les résultats des données ainsi traitées au moyen de logiciels dédiés.
Dans une variante, le dispositif 130 peut être constitué d'un ordinateur du type PC au sein duquel sont installés les mêmes logiciels dédiés.
Dans un mode préféré de réalisation du système selon l'invention, deux dispositifs de traitement et d'affichage des données ont été choisis et développés. Le premier a été élaboré autour d'une tablette Android par exemple du type Archos IT avec un système d'exploitation de type Froyo ou supérieur. Le second a été pensé autour d'un PC avec un système d'exploitation du type Windows et un environnement de développement du type Visual Basic.
En fait, le dispositif d'acquisition et de transmission peut s'interfacer à différents terminaux dotés d'une capacité Bluetooth.
Les logiciels dédiés sont de préférence, « Golf Swing
Analyser Android Package » ( Swing_Analyser . apk) qui permet la relecture des enregistrements effectués, Excel avec exécution de macros pour la relecture des données directement sur PC tout simplement et, pour la préparation d'une vidéo pour la synchronisation et la relecture avec Excel, un simple outil vidéo du type Virtual Dub, libre et gratuit sur Internet, cet outil vidéo permettant de découper la vidéo en images indépendantes. Le fonctionnement du système selon l'invention est donc le suivant. Le système 12 enregistre les données relatives aux vitesses de rotation des différents segments permettant de construire le graphe de la figure 1 avec les courbes propres aux mesures des différents segments. Il analyse ces données et affiche en direct, sur l'écran du dispositif de traitement et d'affichage des données 130, sous la forme des tableaux représentés aux figures 4a et 4b, les résultats synthétiques de cette analyse des mesures. Ces analyses sont effectuées de manière déterministe sans aucune intervention ni interprétation de la part du joueur.
Le dispositif de réception, de traitement et d'affichage (130) effectue une analyse automatique de la qualité du swing relativement à des critères reconnus dans le sport de golf. Sur les tableaux réels pour les applications envisagées, le résultat est affiché de manière synthétique et à lecture directe avec des couleurs conventionnelles, vert = OK, rouge = KO (sur les figures, une représentation hachurée est équivalente à rouge, une représentation non hachurée est équivalente à vert.
Ainsi, les tableaux de la figure 4a montrent un exemple de résultats, apparaissant sur l'écran du dispositif 130, de l'analyse faite par le système d'un swing correctement effectué. Ainsi, cet écran montre que la séquence cinématique correcte est conservée aussi bien concernant la chronologie de l'amorce de descente du swing (côté gauche) : bassin, thorax, bras puis main que concernant la chronologie des pics des vitesses de rotation lors de la phase de descente du club (côté droit, même chronologie correcte) . Pour la chronologie de l'amorce de descente, les chiffres indiqués (0, 30, 36, 43) représentent le temps écoulé entre le début du mouvement du segment bassin, qui est choisi comme référence de temps et le début du mouvement respectif des autres segments. Relativement à la figure 1, ces écarts de temps sont calculés en millisecondes respectivement de la manière suivante : Tl=0ms, T2-Tl=30ms, T3-Tl=36ms et T4-Tl=43ms. De la même manière, pour les pics des vitesses de rotation, les chiffres indiqués (0, 6, 17, 77) représentent le temps écoulé entre le pic de vitesse du segment bassin et respectivement les pics des vitesses des autres segments. Relativement aux références de la figure 1, ces écarts de temps sont calculés comme suit : x8'=0ms, x9'-x8'=6ms, λ10' - λ8' =17ms, λ11' - λ8' =77ms . Ces mesures ci-dessus décrites constituent la fonctionnalité principale du système de l'invention.
Donc, lorsque les séquences sont bonnes, c'est-à-dire quand les segments ont commencé à changer de sens de rotation dans le bon ordre et quand les maxima des vitesses de rotation ont été atteints dans le bon ordre, les cases des tableaux respectifs seront sur fond vert, pour une lecture rapide et efficace. Dans le cas contraire, les cases non valides seront sur fond rouge et le titre du tableau concerné sera aussi sur fond rouge.
Dans l'exemple ci-dessus de la figure 4a, toutes les cases apparaîtront sur fond vert. Les tableaux de la figure 4b montrent un exemple de résultats, affichés sur l'écran du dispositif 130, d'une analyse faite par le système d'un swing non correctement effectué. Ainsi, cet écran montre que la séquence cinématique correcte n'est pas conservée aussi bien concernant la chronologie de l'amorce de descente du swing (côté gauche) : inversion thorax et bassin, puis chronologie correcte, bras et enfin main, que concernant la chronologie des pics des vitesses de rotation lors de la phase de descente du club (côté droit, chronologie correcte concernant le bassin puis le thorax, mais inversion de la main et du bras) . Pour la chronologie de l'amorce de descente, les chiffres indiqués (-10, 0, 35, 50) représentent dans ce cas le temps écoulé entre le début du mouvement du segment thorax, le début du mouvement du segment bassin étant toujours choisi comme référence de temps et le début du mouvement respectif des autres segments. Relativement aux références de la figure 1, ces écarts de temps sont alors calculés respectivement de la manière suivante : T2-Tl=-10ms, Tl=0ms, T3-Tl=35ms et T4-
Tl=50ms. De la même manière pour les pics des vitesses de rotation, les chiffres indiqués (0, 108, 113, 125) représentent le temps écoulé entre le pic de vitesse du segment bassin et respectivement les pics des vitesses des autres segments. Relativement aux références de la figure
1, ces écarts de temps sont ainsi calculés : x8'=0ms, λ9'- x8'=108ms, λ11' - λ8' =113ms, λ10' - λ8' =125ms .
Dans l'exemple ci-dessus, le titre du tableau "Chronologie Amorce de descente" sera sur fond rouge et les cases « Thorax » et « Bassin » seront aussi sur fond rouge. De même, le titre du tableau "Pics des vitesses de Rotation" sera sur fond rouge et les cases « Main » et « Bras » seront aussi sur fond rouge.
Outre la fonctionnalité principale de calcul ci-avant décrite, des fonctionnalités complémentaires peuvent être aisément exploitées par le système selon l'invention.
Ainsi, peuvent également être obtenues les vitesses maximales atteintes par les segments, ces mesures correspondant aux valeurs des pics de vitesse atteintes aux temps référencés sur l'axe des temps de la figure 1 : λ8', λ9', λ10', λ11', sachant que la mesure de la vitesse atteinte au moment de l'impact au temps λ11' peut être perturbée par ledit impact. Egalement, peuvent être calculés, la durée d'un swing : λ11'-Τ4, le rapport entre le temps de montée du swing et le temps de descente du swing : (T4-T0)/ ('11'-Τ4), qui permet ainsi de vérifier le tempo du swing.
La mémorisation des caractéristiques principales d'un ensemble de swings permet de capitaliser lesdites mesures et de les rejouer pour analyser efficacement l'évolution des performances d'un golfeur. Egalement, peut être effectuée l'analyse fine et détaillée des données fournies grâce aux capteurs qui mesurent selon trois axes orthogonaux, cette analyse permettant par exemple de déterminer la séquence d' armement/désarmement du poignet, de constater et contrôler les modifications du plan du swing entre la montée et la descente ou encore de déterminer le tracé des angles du bassin et du thorax.
De manière pratique, pour ce qui est du dispositif
130, une fois le logiciel « Swing_Analyser . apk » installé sur la tablette simplement en suivant le manuel de la tablette Android utilisée, il faut ensuite procéder à l'appairage du dispositif 130 et du dispositif 120, l'appairage étant effectué également au moyen du menu présenté sur l'écran de la tablette. Une fois cet appairage réalisé, il faut lancer le logiciel « Golf Swing Analyser », ce dernier se lançant tout simplement à partir du menu d'accueil de la tablette en cliquant sur l'icône marqué « Golf Swing Analyser ».
Pour ce qui est de l'installation du matériel, c'est- à-dire l'installation du dispositif 120 sur le golfeur, il faut procéder préalablement à l'initialisation qui doit se faire nécessairement à l'arrêt, sans mouvement du boîtier 121 durant environ cinq secondes, de la manière suivante.
Après avoir, sur le boîtier 121, poussé l'interrupteur en position « marche », les deux LED, verte : « marche/arrêt » et « transmission de données » et orange : « connexion à distance », se mettent à clignoter alors que le boîtier est maintenu immobile. Une fois l'initialisation effectuée, la LED orange continue de clignoter prouvant que la connexion à distance est établie et la LED verte devient stable, cette dernière s' éteignant lorsque le capteur du segment main est bougé pendant la transmission des données. Le dispositif 120 peut alors être disposé sur le golfeur.
Lors de la mise en route du système selon l'invention l'écran d'accueil du dispositif 130 propose deux menus possibles intitulés d'une part « Nouvel enregistrement », menu qui permet de démarrer une nouvelle acquisition et d'effectuer de nouveaux enregistrements et d'autre part « Analyse d'archives », menu qui permet de rejouer les enregistrements précédents archivés. Après sélection de ce deuxième menu, l'écran de sélection des archives affiche une fenêtre de sélection de fichiers contenant les enregistrements précédents, fichiers répertoriés avec les noms des utilisateurs, les dates et heures d'enregistrement ainsi que des indications codées quant à la correction ou non du geste réalisé. Une fois la sélection faite, cette sélection doit être confirmée. L'écran d'accueil propose également quelques possibles options, telles que le choix de la langue, le mode « Démo », mode qui permet d'une part de démontrer le fonctionnement du système sans effectuer un swing et d'autre part de voir les courbes des capteurs en invalidant l'utilisation de l'algorithme de filtrage de détection de swing, ou encore le mode « Courbes directement », mode qui permet de n'afficher que les courbes sans page d'analyse.
Lors de l'utilisation nominale du système pour effectuer un enregistrement, l'algorithme de filtrage de détection de swing est actif dès que le capteur du segment main est en mouvement au-dessus d'un certain seuil de vitesse et le dispositif 120 transmet en temps réel les données au dispositif 130. Les données antérieures à l'atteinte du seuil qui représentent le début du swing ayant été enregistrées en boucle continue dans la mémoire du microprocesseur 124 seront transmises au dispositif 130 par le dispositif 120 après que les données « temps réel » aient été transmises.
Les données seront remises dans la chronologie correcte par le dispositif 130. Cependant, le logiciel d'analyse du dispositif 130 ne prend en compte que des données qui ont le « profil » d'un swing qui sont alors enregistrées avec le nom de l'utilisateur à préciser et la fenêtre d'analyse peut alors être rafraîchie. Il est ici à noter que le système est autonome, l'écran de base étant l'écran d'analyse, le golfeur pouvant donc se concentrer et effectuer son swing sans gêne quand il le désire, alors que le système analyse automatiquement les données après chaque swing .
La visualisation des courbes peut se faire, soit en automatique si la case « courbes directement » est cochée dans le menu principal, soit à partir de l'écran d'analyse en appuyant sur « graphiques ». Ainsi accède-t-on au graphe général qui présente l'ensemble des courbes, y compris les courbes représentatives des angles des segments bassin (fig. 1, courbe 14) et thorax (Fig. 1, courbe 13) si ces dernières sont désirées, un clic long sur une courbe et un zoom de la zone de transition « montée/descente du swing » est obtenu, un clic long permettant de revenir à la courbe générale alors qu'un clic court sur une des courbes permet de revenir à l'écran d'analyse.
Les fichiers sont sauvegardés dans un répertoire dit
«golf » en format .csv. Ces fichiers peuvent être rejoués soit sur la tablette Android, soit sur un PC en utilisant le fichier « Golf Swing Analyser ». L'invention utilise avantageusement un système de codage des fichiers sauvegardés. En effet, le nom du fichier comporte en son début le nom du golfeur, puis il comporte une partie codée de manière à donner immédiatement des indications sur la qualité du swing enregistré. Ainsi, si le nom du fichier comporte la lettre « T », cela signifie que la transition « montée/descente du swing » est correcte, si le nom du fichier comporte la lettre « S », cela signifie que les pics de vitesse ont été enregistrés avec la bonne séquence. Les fichiers peuvent bien entendu, lorsque le geste de swing a été correctement réalisé, comporter les deux lettres. Enfin, le nom du fichier se termine par le jour, le mois, l'année, l'heure, la minute et la seconde de 1 ' enregistrement .
L'écran d'analyse fait apparaître sur sa partie droite, comme montré aux figures 4, une première colonne de valeurs, en millisecondes, propres à la chronologie de l'amorce de descente du swing pour les divers segments et au moins une seconde colonne de valeurs, en millisecondes également, propres à la chronologie des pics de vitesse de rotation lors de la phase de descente du club pour les divers segments. Une troisième colonne peut être également optionnellement affichée, colonne qui concerne les vitesses de rotation pour chaque segment, en degré/seconde. Sous ces colonnes, peuvent être en outre optionnellement affichés la durée d'un swing en millisecondes et le rapport entre le temps de montée et le temps de descente d'un swing. Sur la partie gauche de l'écran apparaît, dans l'exemple, le nom du fichier, une fenêtre dans laquelle est inscrit le nom du golfeur, une fenêtre dans laquelle cliquer pour sauvegarder et enregistrer le fichier répertorié, une fenêtre dans laquelle cliquer pour opérer un retour au menu principal, une fenêtre dans laquelle cliquer pour accéder aux diverses courbes . On peut noter ici qu'une analyse encore plus fine, riche d'enseignements car permettant des corrections de mouvement encore plus pointues, peut être effectuée sur PC sous Excel pour chaque capteur selon les trois axes orthogonaux et en particulier pour le capteur du segment main ou club. Ainsi, il est possible de faire apparaître sur un même graphe les trois courbes associées aux mesures selon les trois axes orthogonaux en même temps que la courbe résultant du segment main/club. Grâce à ces mesures fines divers enseignements sont reçus et transmis, chaque changement de pente lorsque sont décrites les diverses courbes étant interprétable par un expert.
Une relecture d'un enregistrement sous Excel et en faisant, outre les courbes, apparaître une vidéo est également possible. La vidéo est alors lue image par image de manière synchrone avec le défilement du trait vertical du temps le long des courbes décrites.
La figure 5, déjà discutée, représente un graphe faisant apparaître les courbes (101, 102, 103) des vitesses de rotation (v) en fonction du temps (t) selon les trois axes orthogonaux du capteur de la main ainsi que la courbe résultante (module) de la vitesse de rotation de la main. La discontinuité (108) de la courbe (4) permet de déterminer l'ampleur du changement du plan du swing entre la montée et la descente du club. Une autre indication importante est donnée par l'observation de la courbe (101) et surtout le changement de pente à l'instant T5. L'instant T5 est le moment où le joueur commence à désarmer le poignet .
La figure 6 montre l'installation du capteur de la main entre les deux tissus « boucle et crochet » qui servent à fixer le gant sur la main du joueur, le capteur (129) placé sur le segment main est ainsi maintenu dans le gant entre les deux éléments de boucle et crochet permettant la fermeture du gant au moyen d'un système de boucle et crochet. Le capteur une fois maintenu en place et solidaire du gant permet alors d'enregistrer très précisément les vitesses de rotation selon les 3 axes orthogonaux (109, 110, 111) du capteur 129 de la main.
Comme cela a déjà été précisé, diverses modifications à la portée de l'homme de métier sont possibles sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, sans changer l'architecture du système, le capteur gyroscopique du segment main pourrait être remplacé par un capteur issu d'une combinaison d'un gyroscope associé à un accéléromètre, voire d'une combinaison d'un gyroscope, d'un accéléromètre et d'un magnétomètre . Un tel capteur permettrait de sophistiquer encore plus l'analyse du mouvement du segment main en autorisant l'accès au plan du swing et aux angles de la face du club. Egalement, une fonction complémentaire pourrait être aisément ajoutée pour garder en mémoire les statistiques des divers golfeurs concernant les rapports entre le temps de montée et le temps de descente d'un swing, le tableau des chronologies d'amorce de descente du swing et des pics de vitesse de rotation lors de la phase de descente du club, les maxima de vitesses, etc....

Claims

REVENDICATIONS
1. Système d'enregistrement et d'analyse automatique (12) d'une pluralité de vitesses de rotation d'une pluralité de segments du corps humain caractérisé en ce qu' il est constitué :
d'une part d'un dispositif d'acquisition et de transmission (120), à disposer sur le segment bassin, comprenant un module d'alimentation (122), un module transmetteur (123) utilisant un protocole de liaison sans fil, un microprocesseur (124) couplé à un module de commutation (125) multiplexant les différents signaux acquis ainsi qu'un premier capteur de mouvement (126) de faible poids dédié à une mesure propre aux mouvements dudit segment bassin, l'ensemble étant relié de manière filaire à trois autres capteurs de mouvement de faible poids à disposer respectivement sur les segments thorax (127), bras (128) et main (129), ces quatre capteurs étant placés sur ces quatre segments particuliers dont la dynamique contribue à l'exécution d'un geste sportif particulier correctement réalisé et
d'autre part, en liaison avec le dispositif d'acquisition et de transmission (120), d'un dispositif de de réception, de traitement et d'affichage (130) des données acquises par les capteurs puis transmises qui, soit affiche les vitesses de rotation desdits segments sous forme de courbes, soit analyse et traite lesdites données et affiche les résultats des données ainsi traitées sous forme de tableaux de synthèse.
2. Système d'enregistrement selon la revendication 1 caractérisé en ce que le protocole de liaison sans fil utilisé est le protocole selon la norme Bluetooth.
3. Système d'enregistrement selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le dispositif de traitement et d'affichage (130) des données transmises par les capteurs (126, 127, 128, 129) est une tablette numérique qui analyse et traite lesdites données et affiche les résultats des données ainsi traitées au moyen de logiciels dédiés.
4. Système d'enregistrement selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce dispositif de traitement et d'affichage (130) des données transmises par les capteurs
(126, 127, 128, 129) est un ordinateur de type PC qui analyse et traite lesdites données et affiche les résultats des données ainsi traitées au moyen de logiciels dédiés.
5. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu' il exploite un système d'algorithmes de détection de swing consistant en un premier algorithme de filtrage exécuté au sein du dispositif d'acquisition et de transmission, permettant d' interdire la transmission de données générées lors de mouvements intempestifs du club et en un second algorithme exécuté au sein du dispositif de réception, de traitement et d'affichage des données qui analyse en détail les signaux transmis par le dispositif d'acquisition et de transmission et rejette tous les signaux ne présentant pas un profil de geste correspondant à un swing.
6. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que qu'il exploite, en outre, un algorithme de détection du haut du swing et d' impact club/balle permettant de calculer la durée du swing ainsi que le rapport temps de montée sur temps de descente, afin de mesurer la régularité du tempo du swing.
7. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le dispositif de réception, de traitement et d'affichage (130) outre l'affichage des vitesses de rotation des quatre segments, calcule et affiche les angles du bassin et du thorax en fonction du temps.
8. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le dispositif de réception, de traitement et d'affichage (130) effectue une analyse automatique de la qualité du swing par rapport à des critères reconnus dans le sport de golf, qui sont la chronologie de la mise en mouvement des segments lors de la descente du club et la chronologie des maximum des vitesses de ces mêmes segments, le résultat étant affiché de manière synthétique et à lecture directe avec les couleurs conventionnelles, vert : OK, rouge : KO.
9. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que le dispositif de de réception, de traitement et d'affichage (130) affiche, outre les courbes de vitesses de rotation des quatre segments, les vitesses angulaires du capteur de main selon les trois axes orthogonaux (roulis, lacet, tangage) en fonction du temps, les variations de la composante « lacet » indiquant le moment (T5) où le joueur a commencé le désarmement des poignets ce qui se traduit par un changement brusque de pente de la courbe.
10. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que le dispositif de de réception, de traitement et d'affichage (130) permet de déterminer l'amplitude du changement de plan de déplacement du club entre la montée et la descente en mesurant la discontinuité de la courbe (4) des vitesses de rotation de la main à l'instant T4, ce qui se traduit par l'amplitude (108) de la discontinuité de la courbe (4) de vitesse de rotation du segment main.
11. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le dispositif de réception, de traitement et d'affichage (130) permet la relecture d'un enregistrement sauvegardé pour une analyse détaillée, cette relecture pouvant se faire avec ou sans vidéo .
12. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé en ce qu'il utilise un système de codage des fichiers sauvegardés, le nom du fichier comportant en son début le nom du golfeur, puis comportant une partie codée de manière à donner immédiatement des indications sur la qualité du swing enregistré et pour faciliter la recherche ultérieure pour une analyse détaillée desdites indications sur la qualité du swing enregistré, la lettre « T » signifiant que la transition «montée/descente du swing» est correcte, la lettre « S » signifiant que les pics de vitesse ont été enregistrés avec la bonne séquence, les fichiers, lorsque le geste de swing a été correctement réalisé, comportant les deux lettres, le nom du fichier se terminant par le jour, le mois, l'année, l'heure, la minute et la seconde de 1 ' enregistrement .
13. Système d'enregistrement selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé en ce que le capteur (129) placé sur le segment main est maintenu dans le gant entre les deux éléments de boucle et crochet permettant la fermeture du gant au moyen d'un système de boucle crochet .
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Citations (3)

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