EP1728143A1

EP1728143A1 - Interface tactile

Info

Publication number: EP1728143A1
Application number: EP05739723A
Authority: EP
Inventors: Mohamed Benali Khoudja; Moustapha Hafez
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2004-03-24
Filing date: 2005-03-22
Publication date: 2006-12-06
Also published as: WO2005091115A1; CA2560682A1; US20080231478A1; FR2868176A1; JP2007531095A; FR2868176B1

Abstract

Cette interface tactile comprend une nappe (5) d'axes (4) que l'utilisateur touche par la pulpe du doigt. Les axes (4) sont rotatifs et leur écartement est réglable par un système approprié. Ils peuvent être munis d'arêtes pour aider à simuler d'autres textures.

Description

INTERFACE TACTILE

DESCRIPTION

Le suj et de cette invention est une interface tactile. De telles interfaces sont utilisées, par exemple, dans la. simulation ou les techniques d'environnement virtuel pour faire ressentir certaines sensations tactiles à l'opérateur. Des interfaces de divers genres existent. On s'intéresse ici aux interfaces donnant une impression aussi réaliste que possible du contact et de l'exploration d'une surface, et notamment d'une surface texturée ou comportant d'autres reliefs. Une interface connue comprend un réseau d'actionneurs disposés en matrice et dont les pointes sont dirigées vers le haut de façon à toucher la pulpe d'un doigt de l'opérateur posé sur elle, comme d'après l'article "Electr-omagnetically Driven High-Density Tactile Interface Based on a Multi-Layer Approach" , par Benali-Khoudja et autres, MHS, pp.147-152, Nagoya (Japon) 2003. Les actionneurs donnent d'illusion du contact avec la surface et de son relief grâce à des efforts ou des mouvements différents exercés sur la pulpe du doigt. Un mouvement cyclique de chacun des actionneurs peut déplacer le motif de relief produit par la matrice et simuler le déplacement du doigt sur la surface virtuelle. L'impression du contact est bien rendue, mais cette interface est un peu compliquée à cause du nombre élevé des actionneurs. De plus, le réglage des efforts ou des mouvements à de bonnes valeurs peut être difficile. On doit aussi signaler une interface portative où un rouleau unique est placé sous la pulpe du doigt et mis en rotation autour d'un axe parallèle au doigt, afin d'imposer des efforts latéraux à la peau ("Exos slip display research and development" par Chen et Marcus, DSC-vol .55-1, Dynamic Systems and Control, volume 1, ASME 1994) . Cette autre interface convient pour simuler l'impression produite en déplaçant le doigt sur une surface, mais pas pour faire ressentir un relief ou une texture. Le sujet de l'invention est une interface apte à donner des impressions à peu près aussi variées que la première interface citée, mais dont la constitution est plus simple et le réglage plus facile. Sous une forme générale, cette nouvelle interface comprend une rangée d'axes tournants, de préférence parallèles, montés sur des supports respectifs et formant une nappe sur laquelle un utilisateur pose un doigt, et un mécanisme de réglage d' écartement des supports. La nappe d'axes fournit en effet des impressions comparables par leur variété à celles des actionneurs disposés en matrice à deux dimensions. Le système de commande de 1 ' interface dispose de deux possibilités de réglage. L ' écartement variable des supports permet de simuler des textures variées de la surface. La rotation des axes à différentes vitesses contribue aux mêmes effets, tout en pouvant aussi donner l'impression d'un déplacement sur la surface simulée . Les axes peuvent être pourvus d'arêtes : la variété des textures simulées, et notamment de la fréquence des reliefs, est enrichie. Une constitution particulièrement avantageuse de l'interface est obtenue si les supports sont coulissants sur des glissières et le mécanisme de réglage d' écartement comprend des liaisons à parallélogramme entre les supports et un moyen de déplacement d'un des supports. Une autre constitution avantageuse se caractérise en ce qu'elle comprend un bâti sur lequel les supports des axes sont montés mobiles, au moins un moteur d'entraînement des axes monté fixe sur le bâti, et des transmissions reliant respectivement le moteur aux axes et comprenant des premiers cardans adjacents au moteur, des seconds cardans adjacents aux axes, et des barres de transmission télescopiques entre les premiers cardans et les seconds cardans. Enfin, l'interface peut comprendre un module de variation de température placé sous la nappe d'axes afin de faire ressentir une impression de nature thermique à l'utilisateur. Une réalisation préférée de l'invention sera maintenant décrite au moyen des figures : la figure 1 représente 1 ' interface tactile selon l'invention en vue extérieure, - la figure 2 représente l'interface, la coque extérieure ayant été ôtée, la figure 3 représente le mécanisme d' écartement des axes, et la figure 4 illustre un aspect particulier de l'invention. Une réalisation vue de l'extérieur est représentée à la figure 1. On distingue essentiellement une coque 1 enfermant le mécanisme de l'interface et pourvue d'une empreinte centrale 2 à sa surface supérieure sur laquelle l'utilisateur pose le doigt. Une découpe 3 au centre de l'empreinte 2 laisse apparaître des parties d'axes 4 qu'on va décrire maintenant et qui procurent 1 ' impression tactile de simulation. On se reporte à la figure 2 , qui représente l'interface après l'enlèvement de la coque 1. Les axes 4 sont disposés parallèlement entre eux de manière à former une nappe 5 horizontale. Ils ont un petit diamètre, d'environ 1 millimètre, et sont espacés d'entraxes réglables et prenant des valeurs comprises entre 1,5 millimètre (les axes 4 étant donc presque jointifs) et 3 millimètres environ. Les axes 4 sont montés sur des supports 6 respectifs qui présentent tous une base 7 et une paire de montants 8. Les axes 4 sont montés tournants aux extrémités des montants 8 par des paliers non représentés. Les montants 8 sont inclinés en convergeant vers le centre du réseau pour que les bases 7 des supports 6 puissent être plus larges que les axes 4 quand ceux-ci sont jointifs et donc plus résistants. Les axes 4 sont entraînés en rotation par des moteurs 9 au moyen de transmissions 10 obliques comprenant un premier cardan 11 adjacent au moteur 9, une barre télescopique 12, et un second cardan 13 adjacent à l'axe 4, car les moteurs 9 ont des diamètres plus grands que les axes 4. Ce dispositif existe pour chacun des axes 4 dans la réalisation représentée, afin de commander les axes 4 indépendamment. Cela peut être inutile, et il serait possible de commander toutes les transmissions 10 par un moteur commun en les entraînant par exemple par des moyens à poulies et courroies menant au moteur unique. Dans ce cas, les rapports des vitesses des divers axes sont constants. Les moteurs 9 et les transmissions 10 sont répartis des deux côtés de la nappe 5 d'axes 4 en raison de leur encombrement. Les moteurs 9 sont montés de façon fixe sur un bâti 14. Les bases 7 des supports 6 sont percées et des glissières 15 parallèles sont engagées dans les perçages. Les glissières 15 sont montées de f çon fixe sur le bâti 14. Comme les bases 7 coulissent sur les glissières 15, les supports 6 sont montés de façon mobile sur le bâti 14. Des ressorts 16 enfilés aux extrémités des glissières 15 rappellent les supports β dans une position centrale. Cependant, un des supports 6, situé au milieu, est retenu le long des glissières 15 par des pions d'arrêt ou des moyens analogues . La figure 3 illustre le fond des supports

6. Le mécanisme représente comprend un système en parallélogramme 17 composé de branches 18 articulées entre elles à leurs extrémités et articulées à leur centre à un support 6 respectif par un pivot 19. De plus, les branches 18 sont réparties en deux couches d'inclinaisons opposées, et assemblées par leurs articulations pour former une ligne brisée unique et fermée. Quand deux supports 6 sont écartés, les parallélogrammes s'ouvrent et tous les autres supports 6 s'écartent aussi les uns des autres. Il est donc possible de régler l' écartement de tous les axes 4 par un mécanisme commun. Il s'agit d'un moteur 20 représenté à la figure 2 et qui tourne une vis sans fin 21 qui déplace un écrou 22 fixé à un des supports 6 dans lequel elle est engagée. Les axes 4 peuvent consister en des fils rigides ou de petits barreaux. Leur section peut être ronde ou, de préférence, munie d'arêtes ou de stries pour simuler certains reliefs ou certains états de surface. Les axes 4 peuvent avoir des sections en étoile ou en polygone. Il sera possible de disposer de plusieurs jeux différents d'axes 4 et d'utiliser le plus approprié pour chaque service de 1 ' interface après avoir démonté les anciens axes . Un module thermique peut être ajouté à l'interface tactile pour simuler aussi une différence de température sur la surface virtuelle. Il pourrait consister, d'après la figure 4, en une plaque 27 fonctionnant par effet Peltier qui sera placée sous la nappe 5. Le radiateur associé 28 pourra être fixé au bâti 14, qui aidera à la dissipation de chaleur. On note les avantages de 1 ' interface tactile selon 1 ' invention, qui permet de modifier facilement le profil ou la section de chacun des axes, leur vitesse et leur écartement.

Claims

REVENDICATIONS

1) Interface tactile, caractérisée en ce qu'elle comprend une rangée d'axes (4) tournants montés sur des supports respectifs et formant une nappe (5) sur laquelle un utilisateur pose la pulpe d'un doigt, et un mécanisme de réglage d' écartement des supports (6) . 2) Interface tactile selon la revendication 1, caractérisée en ce que les axes sont parallèles. 3) Interface tactile selon la revendication 1 ou 2 , caractérisée en ce que les axes sont pourvus d' arêtes . 4) Interface tactile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les supports sont coulissants sur des glissières et le mécanisme de réglage d' écartement comprend des liaisons à parallélogramme entre les supports et un moyen de déplacement d'un des supports. 5) Interface tactile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un bâti (14) sur lequel les supports des axes sont montés mobiles, au moins un moteur (9) d'entraînement des axes monté fixe sur le bâti, et des transmissions (10) reliant respectivement le moteur aux axes et comprenant des premiers cardans adjacents au moteur, des seconds cardans adjacents aux axes, et des barres de transmission télescopiques entre les premiers cardans et les seconds cardans . 6) Interface tactile selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend un module de variation de température placé sous la nappe d'axes.