EP2341410B1

EP2341410B1 - Joystick à ressorts de compensation, procédé de fabrication et manette correspondants

Info

Publication number: EP2341410B1
Application number: EP11150137.5A
Authority: EP
Inventors: Jean-Yves Jaouen
Original assignee: Guillemot Corp
Current assignee: Guillemot Corp
Priority date: 2010-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2015-09-09
Anticipated expiration: 2031-01-04
Also published as: US20110163957A1; FR2954980B1; JP2011175630A; EP2341410A1; US8471815B2; FR2954980A1

Description

Le domaine de l'invention est celui des matériels et accessoires de loisirs interactifs pour micro-ordinateurs et consoles de jeux.
Plus précisément, l'invention concerne les joysticks, et les accessoires mettant en oeuvre un joystick. Le terme « joystick » vise ici plus précisément les dispositifs connus également sous le nom de « manches à balai » (et non les dispositifs similaires de taille réduite, parfois appelés « mini-sticks », et pouvant être montés par exemple sur une manette). De tels joysticks pèsent au minimum 200 grammes (pour les plus petits joysticks, constitués essentiellement de matériaux légers), et parfois plusieurs kilogrammes.
Les joysticks sont connus depuis plusieurs dizaines d'années. Schématiquement, ils comprennent une base, ou un socle, sur lequel est monté un manche mobile dans deux directions x, y, définissant un plan parallèle au socle, et perpendiculaire à l'axe Z_neutre défini par le manche lorsqu'il est au repos.
Des moyens de détection et de mesure du mouvement sont prévus dans le socle. Ainsi, les mouvements appliqués au manche par un utilisateur sont détectés, puis généralement convertis en des signaux numériques et transmis par voie filaire ou non-filaire à un dispositif de traitement de données, tel qu'un ordinateur ou une console de jeux, pour que ce dernier interprète ces mouvements du manche en fonction du logiciel utilisé.
Plusieurs techniques de détection du mouvement ont été proposées. On utilisait notamment, à l'origine, quatre contacts, distribués en croix selon les axes x et y. On utilise aujourd'hui plusieurs techniques permettant de définir plus précisément la position du manche par rapport au socle, par exemple à base de potentiomètres ou de capteurs à effet Hall, permettant une détection de position sans contact.
Les joysticks comprennent des moyens de rappel, tendant à ramener le manche dans une position centrale, ou position neutre, lorsque aucun effort n'est appliqué sur celui-ci. Il peut notamment s'agir d'un ressort hélicoïdal agissant sur une pièce solidaire du manche et mobile dans le socle. Différentes variantes de montage d'un tel ressort sont illustrées par exemple dans les documents DE-10 2005 012 883 , US-5 891 462 , US-2007/026959 , US 2009/0295724 A1 .
D'une façon générale, le montage du ressort, et donc les pièces sur lesquelles il prend appui, sont définis de façon à assurer une résistance suffisante, mais non trop importante, lorsque la manette est déplacée par le joueur, notamment dans des positions d'inclinaison maximale, par rapport à l'axe du manche dans la position neutre (dit axe neutre, axe z_n ou axe z_neutre). Un autre aspect important est que le ressort doit garantir un retour rapide et précis dans la position neutre, lorsque le manche est relâché, sans imprécision autour de la position neutre, ni effet de rebond autour de cette position.
Pour répondre à ces exigences, le ressort doit présenter une tension suffisamment importante. Cependant, celle-ci peut poser des problèmes de précision, et/ou de ressenti, dans les manipulations effectuées par l'utilisateur, notamment lorsque celui-ci souhaite réaliser des mouvements de faible amplitude, au voisinage de la position neutre (également appelée position de repos). En effet, dans cette zone, la force appliquée par le ressort est ressentie de façon importante, et parfois gênante pour une manipulation du manche. Il n'est toutefois pas possible de réduire la force appliquée par le ressort, celle-ci étant nécessaire pour ramener de façon efficace le manche en position neutre, lorsque le manche a été fortement incliné.
En outre, les joysticks de l'art antérieur rencontrent des problèmes de rebond autour de la position neutre du manche lorsque l'utilisateur relâche brusquement le joystick du fait notamment de la tension importante du ressort. L'effet de rebond se produit, par exemple, si le manche est placé au voisinage de la position neutre et si l'utilisateur relâche brusquement le manche.
L'invention a notamment pour objectif de pallier ces inconvénients de l'art antérieur.
Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un joystick offrant une précision et/ou un ressenti à l'utilisation améliorés.
Ainsi, selon au moins un mode de réalisation, un objectif de l'invention est de fournir un tel joystick, permettant d'agir de façon précise, confortable et ergonomique sur le manche du joystick, notamment lorsque celui-ci se trouve au voisinage de la position neutre.
Un autre objectif de l'invention, selon au moins un mode de réalisation, est de fournir un tel joystick dont l'encombrement est relativement réduit.
Encore un autre objectif, selon au moins un mode de réalisation de l'invention, est de fournir un tel joystick qui soit simple à assembler, et/ou qui utilise un nombre limité de pièces à assembler par rapport aux techniques connues.
Un autre objectif de l'invention vise à fournir, au moins selon un mode de réalisation, un joystick qui peut être utilisé avec une poignée, quelle que soit son poids, tout en offrant une meilleure facilité de manipulation, y compris au voisinage de la position neutre.
Un autre objectif de l'invention est de fournir, au moins selon un mode de réalisation, un joystick qui limite les effets de rebond au voisinage de la position neutre.
Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints à l'aide d'un joystick comprenant un manche mobile par rapport à un socle au moins en rotation autour de deux axes et des premiers moyens de rappel placés entre ledit socle et un élément mobile agissant sur ledit manche, tendant à ramener ledit manche dans une position neutre.
Selon l'invention, le joystick comprend en outre des moyens de compensation tels qu'ils sont définis dans la revendication 1.
Ces moyens de compensation, qui peuvent être montés entre ledit socle et ledit élément mobile, et qui peuvent selon les configurations assurer une compensation totale ou partielle, permettent ainsi de limiter, voire annuler, la force appliquée sur le manche par les premiers moyens de rappel, en particulier lorsque le manche est dans une zone proche de la position neutre. Ainsi, l'utilisateur peut agir de manière fine et précise sur le manche, dans cette zone. Le joystick offre donc à l'utilisateur un meilleur ressenti, sans nuire à l'efficacité des premiers moyens de rappel.
En outre, ces moyens de compensation permettent de limiter l'effet de rebond au voisinage de la position neutre. Par exemple, si un utilisateur relâche brutalement le manche, les moyens de compensation amortissent le rebond.
De plus, les moyens de compensation permettent de limiter les effets de jeux mécaniques. L'utilisateur ne perçoit plus de jeu, du fait de la présence de ces moyens de compensation.
Un joystick selon l'invention permet également, du fait de la présence des moyens de compensation, une utilisation de ce joystick avec une poignée montée sur le manche, quelle que soit le poids de cette poignée. En effet, un joystick muni d'une poignée lourde, par exemple en métal (en particulier en acier), nécessite de prévoir des premiers moyens de rappel présentant une force de rappel importante, pour pouvoir ramener le manche dans une position neutre. En outre, ces premiers moyens de rappel doivent être suffisamment importants (puissants) pour éviter que le joystick ne pivote spontanément sous l'effet de son propre poids.
Les moyens de compensation permettent de soulager le poids de l'ensemble formé par le manche et la poignée, en compensant (en tout ou en partie, selon les caractéristiques des moyens de compensation, par exemple, pour un ressort de compression, en fonction de leur raideur, de leur hauteur libre (sans charge), de leur hauteur sous une charge déterminée, et de leur hauteur minimale (chargé à bloc)) les forces exercées par les premiers moyens de rappel au voisinage de la position du neutre. Aussi, l'utilisateur d'un tel joystick lourd comprenant les moyens de compensation selon l'invention peut aisément manipuler le joystick, y compris au voisinage du neutre, malgré la présence de puissants premiers moyens de rappel.
Selon un mode de réalisation particulier, lesdits moyens de compensation comprennent des seconds moyens de rappel, montés entre ledit socle et ledit élément mobile, et appliquant sur celui-ci une force compensant partiellement la force appliquée par lesdits premiers moyens de rappel.
Cette approche est relativement simple à mettre en oeuvre, et efficace en pratique. Notamment, lesdits seconds moyens de rappel peuvent comprendre au moins un second ressort hélicoïdal métallique.
Ainsi, lorsque ledit élément mobile est un support mobile en translation parallèlement à l'axe neutre dudit manche, agissant sur une pièce solidaire dudit manche, et qu'il est monté sur des colonnes parallèles à l'axe neutre dudit manche, chacune desdites colonnes peut porter un second ressort hélicoïdal sur chacune desdites colonnes.
Le montage est alors très simple, les seconds ressorts étant simplement enfilés sur les colonnes.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le joystick comprend au moins une rotule comprenant deux éléments de rotule sensiblement de même rayon, à savoir une tête et une cupule, l'un des éléments pouvant pivoter autour du centre de l'autre élément, un premier desdits éléments de rotule étant fixe par rapport audit socle et présentant un espace intérieur, et un second desdits éléments de rotule étant solidaire dudit manche, et en contact avec ledit élément mobile.
Cette approche utilisant deux éléments de rotule sensiblement de même rayon pour assurer la mobilité du manche par rapport au socle au moins en rotation autour de deux axes est avantageuse par rapport à une approche utilisant un joint de cardan pour assurer cette mobilité. Les joysticks utilisant un joint de cardan présentent un jeu mécanique auprès de la position neutre du manche. Il est difficile d'enclencher une rotation de faible amplitude (un angle de rotation faible) par rapport à un ou deux axes (par exemple, l'une des rotations s'enclenche mais pas l'autre, ou une rotation s'enclenche autour du mauvais axe) ou d'arrêter une rotation de faible amplitude par rapport un axe. Ils sont donc moins manoeuvrables au voisinage de la position neutre, ce qui est particulièrement gênant (par exemple, pour les opérations de réapprovisionnement en vol en carburant où l'approche du panier-entonnoir de l'avion ravitailleur exige une grande finesse, des mouvements de faible amplitude. Ils sont également moins manoeuvrables dans les positions extrêmes (par exemple, lors du passage d'une inclinaison positive maximale selon l'axe x et nulle selon l'axe y, à une inclinaison positive maximale selon l'axe y et nulle selon n l'axe x).
Ledit manche peut notamment présenter un prolongement pénétrant dans ledit espace intérieur, l'extrémité inférieure dudit prolongement dudit manche se déplaçant dans ledit espace intérieur et portant au moins un capteur et/ou au moins un aimant d'un ensemble de détection de mouvement par effet Hall.
Ainsi, soit la tête, soit la cupule, présente une ouverture dans laquelle pénètre un prolongement dudit manche. La « tête » et la « cupule » (ces termes sont utilisés par analogie par exemple avec le domaine des prothèses) définissent une rotule. Cependant, soit la tête est ouverte, de façon à permettre le déplacement du prolongement du manche, à l'intérieur de cette tête ; soit la cupule est ouverte, de façon à permettre le déplacement du prolongement du manche, à l'intérieur de cette cupule.
En d'autres termes, le joystick comporte au moins une rotule comprenant deux éléments de rotule sensiblement de même rayon, à savoir une tête et une cupule, l'un pouvant pivoter autour du centre de l'autre, un premier desdits éléments de rotule étant fixe par rapport audit socle et présentant un espace intérieur, et un second desdits éléments de rotule étant solidaire dudit manche, et un prolongement dudit manche pénètre dans ledit espace intérieur, l'extrémité inférieure dudit prolongement dudit manche se déplaçant dans ledit espace intérieur et portant au moins un capteur et/ou au moins un aimant d'un ensemble de détection de mouvement par effet Hall.
L'espace intérieur est donc un espace libre, à l'intérieur duquel l'extrémité inférieure du manche se déplace. Il est circonscrit dans une sphère, définie par le contour de la rotule, et notamment de la tête (en d'autres termes, l'extrémité inférieure du manche se déplace dans une zone libre à l'intérieur de la rotule, et non sous celle-ci).
L'extrémité inférieure du manche, et l'élément (ou les éléments) de détection qu'elle porte, peuvent notamment être placés, au repos, sensiblement au centre de cette sphère (donc au centre de la tête) pour permettre un débattement important. L'élément (ou les éléments) de détection complémentaire, fixe par rapport au socle, peut également être logé à l'intérieur de la rotule.
Cette structure permet un assemblage simple et compact, et une mesure efficace des déplacements, et par exemple des champs magnétiques, si on met en oeuvre une détection par effet Hall.
Selon une mise en oeuvre particulière, le joystick comprend une pièce de bascule montée pivotante dans ledit espace intérieur sur deux paliers, et coopérant avec ledit prolongement.
Cette approche permet d'assurer un contrôle efficace de ce déplacement de l'extrémité du manche.
L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un joystick tel que décrit ci-dessus. Un tel procédé comprend notamment les étapes suivantes :

obtention d'une partie inférieure dudit socle ;
mise en place desdits premiers moyens de rappel ou desdits moyens de compensation ;
mise en place dudit élément mobile ;
mise en place desdits moyens de compensation ou desdits premiers moyens de rappel ;
fermeture dudit socle, par rapport à une partie supérieure dudit socle et solidarisation de cette dernière à ladite partie inférieure.

L'invention concerne également les contrôleurs de jeu comprenant au moins un joystick tel que décrit ci-dessus.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :

la figure 1 illustre un exemple de module de joystick selon l'invention, selon un premier mode de réalisation ;
les figures 2 et 3 sont deux vues en coupe, respectivement selon les axes x et y, du module de la figure 1 ;
la figure 4 est une vue en perspective de la pièce de bascule visible sur les figures 2 et 3 ;
la figure 5 illustre un joystick selon les figures 1 à 3, sans sa paroi latérale, de façon à distinguer les différents moyens de rappel ;
la figure 6 présente schématiquement les étapes principales du montage d'un module tel qu'illustré par les figures 1 à 4.

L'invention concerne donc un nouveau joystick, relativement simple à fabriquer et présentant une grande précision et offrant un bon ressenti pour les utilisateurs, en particulier au voisinage de la position neutre.
Le mode de réalisation décrit ci-après concerne un joystick à effet Hall. Il est clair cependant que d'autres types de joysticks peuvent mettre en oeuvre, de façon avantageuse, la solution de l'invention.
On décrit donc par la suite un exemple du système mécanique de l'invention, sous la forme d'un module que l'on pourra ensuite venir habiller, à l'aide d'éléments de design extérieurs, par exemple, dans le cas d'un « manche à balai », à l'aide d'un boîtier (ou d'une enveloppe) ergonomique et d'une poignée dotée d'un habillage ergonomique (cette poignée peut être vissée sur l'extrémité supérieure du manche, de sorte que cette poignée soit fixée mais de façon amovible). Ce boîtier et cette poignée peuvent porter différents éléments complémentaires, tels que des moyens d'interface (boutons, actionneurs, potentiomètres, ...), des moyens de traitement et de transmission de signaux, des moyens de restitution de l'information (voyants, vibreurs, retour de force...), des éléments de lest, ...
Un tel module selon l'invention peut également être mis en place, le cas échéant en plusieurs exemplaires, sur un contrôleur de jeu.
Les revendications concernent aussi bien les modules tels que décrits par la suite en tant que tels, que les joysticks, ou les contrôleurs de jeu incorporant un ou plusieurs modules. Les revendications ne concernent en revanche pas les dispositifs de taille réduite tels que les mini-sticks qui sont intégrés ou destinés à être intégrés dans les manettes de jeu, pour lesquels la plupart des problèmes que l'invention vise à résoudre ne se posent pas.
La figure 1 présente schématiquement un tel module. Il comprend un socle, ou élément de socle, 11, formé d'une capsule inférieure 111, d'une capsule supérieure 112 et d'une paroi latérale 113. Les capsules sont par exemple réalisées en acier inoxydable.
Un manche 12 peut se déplacer par rapport au socle 11, dans le plan x, y. Pour cela, une ouverture 13 est ménagée dans la capsule supérieure 112.
On appellera par la suite axe z l'axe défini par le manche 12. Lorsqu'il est dans sa position de repos, ou position neutre, cet axe est appelé z_n, ou z_neutre. Cet axe z_n est perpendiculaire au plan x, y.
Comme cela apparaît sur les vues en coupe des figures 2 et 3, qui correspondent respectivement à des coupes selon deux axes perpendiculaires x et y, le module comprend une tête fixe 21, sur laquelle prend appui une cupule 22. Cette tête 21 et cette cupule 22 forment une rotule, la cupule pouvant pivoter autour du centre de la tête.
La tête 21 est formée dans une pièce (réalisée par exemple en polyoxyméthylène (POM) chargée en Téflon (marque déposée)) présentant une zone de solidarisation 211 avec la capsule inférieure 111, et une zone de liaison, par exemple cylindrique, 217 s'étendant entre la tête proprement dite (c'est-à-dire la surface partiellement sphérique sur laquelle prend appui la cupule) et la zone de solidarisation 211.
La solidarisation de la zone de solidarisation 211 avec la capsule inférieure 111 est assurée par exemple à l'aide de vis 23. Elle pourrait également être réalisée par exemple par collage, voire être directement moulée ou surmoulée sur la capsule inférieure 111.
La cupule, ou coupole, 22, est montée sur le manche 12, de façon à contrôler, sous la forme de rotations, les déplacements appliqués par l'utilisateur à ce manche.
Un prolongement 25 est formé dans le prolongement du manche 12, pour s'étendre selon l'axe z, à l'intérieur de la cupule 22.
La pièce formée par le manche 12, la cupule 22 et le prolongement 25 peut être formée, par exemple par moulage ou surmoulage, dans une même pièce. Le manche et son prolongement peuvent être creux, ce qui permet notamment le passage de fils électriques et de placer un connecteur électrique (par exemple un connecteur femelle) à l'extrémité de l'extrémité supérieure du manche 12 pour la transmission de signaux électriques entre le manche 12 et ladite poignée, cette dernière étant alors également dotée d'un connecteur électrique (par exemple un connecteur femelle) à son extrémité inférieure.
Cette pièce peut notamment être réalisée en polyamide (PA 45% CFV par exemple).
La tête 21 présente donc une forme sphérique tronquée en sa partie supérieure, qui présente une ouverture évasée 213, à l'intérieur de laquelle peut pénétrer le prolongement 25. Les dimensions et les bords de cette ouverture 213 peuvent être avantageusement adaptés pour servir de butées au prolongement 25, dans les positions d'inclinaison extrême du manche 12.
L'ouverture 213 dans la tête 21 se prolonge par une zone essentiellement cylindrique 212, à l'intérieur de laquelle se déplace l'extrémité 251 du prolongement 25, qui est munie d'un aimant 26. L'ouverture 213 et la zone cylindrique 212 définissent un espace intérieur de la rotule (et en l'occurrence de la tête), à l'intérieur duquel pénètre le prolongement 25, de façon que son extrémité 251 notamment, et donc l'aimant 26, se déplace à l'intérieur de cet espace intérieur. On constate donc que le déplacement de cet aimant 26 s'effectue à l'intérieur de la tête 21, et notamment que l'espace intérieur 212 est circonscrit dans une sphère définie par la surface de la tête 21, lorsqu'on la prolonge fictivement.
Au fond de la zone 212, est monté un capteur 27 à effet Hall, qui est par exemple un capteur triaxial, tel que proposé par la Société Melexis (marque déposée).
Ainsi, selon ce mode de réalisation, l'ensemble de mesure par effet Hall (aimant 26 et capteur 27) est logé à l'intérieur de la rotule, c'est-à-dire de la sphère définie par la surface de la tête 21.
Ce capteur à effet Hall 27 est monté sur un circuit imprimé 28, ou PCB, solidarisé à la tête 21. La présence d'un capteur triaxial, ou 3D, permet d'obtenir une très bonne précision.
Selon un mode de réalisation avantageux, l'espace s'étendant sous ce circuit imprimé 28, depuis la capsule inférieure 111, est un espace libre 24, accessible notamment pour les réglages et l'étalonnage du capteur 27 et/ou pour le passage de câbles. Une pièce 29 (par exemple une vis ou un cache) peut ensuite être rapportée dans cet espace 24, pour l'obturer.
De façon à empêcher le manche 12 de tourner sur lui-même, on peut prévoir un élément de bascule 210, qui permet que le manche 12 bascule dans les directions souhaitées, mais ne tourne pas sur lui-même, autour de l'axe z. Un exemple de cette pièce de bascule 210, qui peut également aider à empêcher des variations de hauteur de l'aimant 26, est plus précisément illustrée en figure 4.
Elle comprend d'une part deux ouvertures circulaires 41 et 42, aptes à coopérer avec deux paliers 31, 32, formés dans la tête 21. Ces paliers permettent les basculements dans une direction x (si l'on considère que les paliers s'étendent selon l'axe y).
Selon cet axe y, la pièce de bascule 210 comprend par ailleurs une ouverture oblongue 43, à l'intérieur de laquelle peut se déplacer le prolongement 25, selon l'axe y.
Ainsi, grâce à cette pièce de bascule 210, il est possible de contrôler le basculement du manche 12 selon les deux axes x et y, et donc dans le plan (x, y), sans que le manche 12 tourne autour de son axe z.
Cette pièce peut notamment être réalisée en polyamide (PA 45% CFV par exemple).
Bien sûr, cette pièce de bascule pourrait être réalisée de façon sensiblement différente, en autorisant toujours deux degrés de liberté en rotation, par exemple sous la forme d'un joint de cardan dont une des fourches est fixée à la tête sphérique fixe et l'autre au prolongement du manche.
Le fait que l'aimant 26 est placé, par exemple par encastrement, à l'extrémité 251 du prolongement, permet un transfert direct du mouvement du manche, sans aucun intermédiaire mécanique.
On ne détaille pas ici le calcul du positionnement de cet aimant, effectué par le capteur 27, qui est connu en soit. Le capteur 27, qui peut être un capteur du commerce, délivre un signal numérique représentatif de cette position.
On comprend que la structure proposée, dans laquelle la mesure entre l'aimant 26 et le capteur 27 est directe, sans aucun intermédiaire mécanique, permet d'obtenir une grande précision, et notamment de prendre en compte de petits déplacements, et ce quel que soit la position du manche 12. Ceci permet également de s'affranchir de la présence éventuelle de zones de calcul dites « mortes », qui pourraient apparaître par exemple à cause de jeux.
Des premiers moyens de rappel, ici sous la forme d'un ressort hélicoïdal métallique 214 précontraint en compression, permettent de ramener automatiquement le manche 12 dans sa position neutre (selon l'axe z_n), au moindre déplacement imprimé à ce dernier.
Le ressort 214 agit sur un support de ressort, appelé par la suite support mobile 215 (réalisé par exemple en polyoxyméthylène (POM) chargée en Téflon (marque déposée)), guidé en translation dans le module, selon l'axe z_n, par exemple à l'aide de quatre colonnes 216, qui peuvent notamment être en acier inox. Le ressort est placé le long de ces quatre colonnes, puis contraint en compression par la capsule supérieure 112. Il agit sur un rebord inférieur 2151 du support mobile, tendant à repousser ce dernier vers le bas.
Le support mobile 215 présente par ailleurs un rebord supérieur, ou épaulement, 2152, qui vient en appui sur un rebord 221 de la cupule, s'étendant vers l'extérieur (par opposition à l'intérieur de la cupule). Le rebord 221 de la cupule et/ou l'épaulement 2152 du support mobile peuvent présenter des formes et des surfaces adaptées pour coopérer ensemble, et tendre à ramener le manche dans sa position neutre.
On comprend en effet que, lorsque le manche 12 est incliné dans une direction, la cupule 22 se déplace en rotation autour de la tête 21, entraînant le déplacement vers le haut de son rebord 221, du côté opposé à la direction imprimée au manche. Le rebord 221 agit sur l'épaulement 2152, ce qui tend à relever le support mobile 215, qui coulisse le long des colonnes 216.
Le ressort 214 s'oppose à ce déplacement. Ainsi, dès que l'utilisateur lâche le manche, le ressort 214 ramène le support mobile 215 dans sa position de repos. Celui-ci agit sur la cupule 22, pour la ramener également dans une position de repos, qui correspond au retour dans la position neutre du manche 12.
Pour limiter l'usure entre l'épaulement 2152 et le rebord 221 de la cupule, on peut par exemple prévoir de surmouler une tôle sur l'épaulement 2152.
Pour offrir un meilleur ressenti, ou meilleur « feeling », à l'utilisateur d'un joystick selon l'invention, autour de la position neutre du manche, c'est-à-dire lorsque le manche se trouve dans des positions proches de cette position neutre, on prévoit en outre des moyens de compensation, ou d'équilibrage. En effet, cette position neutre, ou position centrale, requiert généralement une grande précision. Comme précisé par la suite, l'expression « moyens de compensation» fait référence à des moyens compensant totalement ou partiellement la force du ressort principal 214. Dans le mode de réalisation préférentiel décrit ci-après, cette compensation est partielle, de sorte que le joystick soit plus souple près de la position neutre, mais que la force résultante ramène quand même efficacement le manche en position neutre lorsque l'utilisateur le lâche.
Selon le mode de réalisation décrit, on prévoit des moyens de compensation des forces exercées par le ressort principal 214 (ou premiers moyens de rappel), sous la forme de seconds moyens de rappel placés entre le socle 11, et plus précisément la capsule inférieure 111, et le support mobile 215.
Ces seconds moyens de rappel comprennent quatre ressorts hélicoïdaux métalliques, également appelés ressorts secondaires 231₁, 231₂, 231₃, 231₄ (dont trois, numérotés 231₁, 231₂, 231₃ sont visibles sur la figure 5, deux, numérotés 231₁ et 231₃ sont visibles sur la figure 2 et deux autres, numérotés 231₂ et 231₄ sont visibles sur la figure 3), montés sur les quatre colonnes 216. Selon d'autres mises en oeuvre, il peut s'agir de lames ressort, ou de moyens élastiques (métalliques ou non) de façon plus générale, placés de façon adéquate entre la capsule inférieure 111 et le support mobile 215.
Lorsque le manche 12 est incliné, par exemple par une rotation autour de la tête de rotule selon la flèche 72, le support mobile 215 s'éloigne de la capsule inférieure 111, suivant la flèche 73. Ce déplacement entraîne la compression du ressort principal 214. Les ressorts secondaires 231₁, 231₂, 231₃, 231₄ sont alors détendus et ont peu d'influence.
En revanche, en zone centrale, c'est-à-dire à proximité de la position de repos), les ressorts secondaires 231₁, 231₂, 231₃, 231₄ sont comprimés au maximum, tendant à compenser en tout ou en partie les forces exercées sur le support mobile 215 par le ressort principal 214. La résultante des forces appliquées par ce ressort principal 214 et les ressorts secondaires 231₁, 231₂, 231₃, 231₄ qui s'opposent est donc réduite, par rapport à la force du seul ressort principal. Ceci permet des mouvements beaucoup plus souples dans la zone centrale, et donc un meilleur ressenti pour l'utilisateur.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le manche 12 est pourvu d'un filetage permettant la fixation d'une poignée sur le manche, en particulier d'une poignée constituée en grande partie en métal. Bien évidemment, selon d'autres modes de réalisation, la poignée peut être fixée par d'autres moyens de fixation sur le manche 12, par exemple par collage, par velcro (marque déposée), par clipsage, par emmanchage ou tout moyen équivalent. Un tel joystick, muni d'une poignée en métal ou tout matériau lourd équivalent, est donc susceptible de présenter un poids important, ce qui nécessite de prévoir un ressort principal 214 puissant pour éviter que l'ensemble formé de la poignée et du manche ne pivote spontanément sous l'effet de son propre poids et qu'il assure un retour du manche (et donc de la poignée) en position neutre.
L'invention permet de soulager le poids de l'ensemble formé par la poignée et le manche (le manche peut également être en tout ou en partie en métal, par exemple en acier), par la mise en oeuvre des moyens de compensation qui permettent de compenser en tout ou en partie les forces exercées par le ressort principal au voisinage de la position neutre. Aussi, l'utilisateur d'un tel joystick lourd comprenant les moyens de compensation selon l'invention peut aisément manipuler le joystick, y compris au voisinage du neutre, malgré la présence d'un puissant ressort principal 214.
L'invention a été testée avec succès avec une poignée d'une hauteur de l'ordre de 20 cm et dont le poids est d'environ 1 kg (pour plus de clarté, ce poids n'inclut pas le poids du manche), le poids total du joystick (avec la poignée fixée à son manche) étant supérieur à 3 kg et ce joystick étant d'une hauteur de l'ordre de 29 cm (l'ensemble formé par le socle 11 et le manche 12 pesant de l'ordre de 900 grammes, la poignée pesant environ 1 kg, et une plaque de lest -sur laquelle est fixé le socle de façon amovible- pesant de l'ordre de 1,5 kg).
Les ressorts (ressort principal et ressorts secondaires) sont choisis de façon à fournir le compromis souhaité entre le confort (qui suppose une résultante des forces relativement faible), et un retour précis et efficace en position neutre (qui suppose une résultante des forces suffisante). Un bon ressenti pour les utilisateurs est le résultat d'un compromis. Les utilisateurs n'apprécient pas forcément d'avoir un joystick trop souple à proximité de sa position centrale, donc l'équilibre ou le quasi-équilibre des forces n'est pas forcément un bon compromis. Ce bon compromis sera par exemple obtenu par des essais successifs, en tenant compte de retours d'une majorité d'utilisateurs et/ou en fonction de réactions de testeurs passionnés de simulation de vol.
Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, une bande circulaire en élastomère est agencée entre le support mobile 215 et le rebord de la cupule 21. Cette bande circulaire en élastomère est collée sur le support mobile 215 sous l'épaulement 2152 et coopère avec le rebord 221 de la cupule. Cette bande circulaire en élastomère est par exemple une bande en BUMPON (marque déposée). Cette bande circulaire en élastomère tend également à pousser le support mobile 215 vers le haut, quand bien même sa contribution à la poussée est moindre que celle des ressorts secondaires 231.
L'assemblage d'un tel joystick est relativement aisé, notamment par rapport aux techniques connues. La figure 6 illustre schématiquement un exemple de procédé d'assemblage, sous la forme d'un synoptique simplifié, présentant les étapes principales.
Ainsi, on assemble (51) tout d'abord le PCB 28 (sur lequel on a préalablement soudé le capteur 27 et les câbles électriques nécessaires) sur la tête 21, dans un logement prévu à cet effet. La solidarisation peut se faire par exemple par clippage et/ou collage. Les câbles électriques sont placés dans l'espace ouvert sous le PCB.
Ensuite, la tête 21 est solidarisée (52) à la capsule inférieure 111, par exemple par vissage. On a pu, au préalable, pré-équiper la capsule inférieure, notamment avec la paroi latérale 113 et les colonnes 216.
Le manche 12, équipé de sa cupule 22 et de son prolongement, sur lequel l'aimant 26 a été fixé, par exemple par clippage et/ou collage, est ensuite mis en place (53), de façon que la cupule 22 coiffe la tête 21. L'extrémité du prolongement est placée dans l'ouverture oblongue de la pièce de bascule 210, préalablement montée sur les paliers de la tête.
On place (54) ensuite les ressorts secondaires 231₁, 231₂, 231₃, 231₄, sur les colonnes 216, puis l'on met en place (55) le support mobile 215, sur les colonnes 216, qui ont préalablement été montées, par exemple par vissage, sur la capsule inférieure 111. Ce support mobile peut coulisser librement le long des colonnes. L'épaulement 2152 de ce support mobile vient en contact avec le rebord 221 de la cupule.
On rapporte alors (56) le ressort principal 214 sur le support mobile 215, et l'on ferme (57) le socle, à l'aide de la capsule supérieure 112, qui est par exemple vissée sur les colonnes. Cette action entraîne simultanément la compression du ressort 214 (entre la capsule supérieure et le support mobile) et la compression des ressorts secondaires 231₁, 231₂, 231₃, 231₄ (entre le support mobile et la capsule inférieure).
On pourra ensuite effectuer les réglages et étalonnages du capteur, puis rapporter sur l'ensemble ainsi obtenu l'habillage et les fonctions complémentaires nécessaires en fonction des applications.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le ressort principal peut être monté comprimé entre la capsule inférieure et le support mobile, qui est donc repoussé vers le haut. Dans ce cas, les ressorts secondaires sont montés de façon à repousser le support mobile vers le bas.
Selon d'autres variantes de l'invention, il est possible d'inverser la cupule et la tête. Dans ce cas, la cupule définit un réceptacle fixe, solidaire du socle, dans lequel vient prendre appui la tête, solidaire du manche. Un prolongement, portant un aimant, respectivement un capteur, pénètre dans la cupule, pour coopérer avec un capteur, respectivement un aimant, logé au fond de la cupule.
Les ressorts secondaires hélicoïdaux ne sont pas forcément montés sur les colonnes 216 (qui peuvent d'ailleurs être absentes), dans certains modes de réalisation. Des logements ou des supports adéquats peuvent être définis, dans ou sur le socle ou un élément solidaire du socle et/ou dans ou sur le support mobile.
Selon une variante de mise en oeuvre, un unique ressort secondaire hélicoïdal peut être prévu, placé de façon centrée par rapport à l'axe z_neutre, et monté par exemple entre les colonnes. Ce ressort secondaire unique est alors concentrique avec le ressort principal, mais plus court et/ou d'une raideur plus faible que ce dernier.
Par ailleurs, d'autres moyens de rappel, tels que des lames ressort, peuvent être utilisés. On peut également placer, entre le support mobile et le socle, des éléments élastiques, par exemple en matière plastique élastique, notamment en élastomère tels qu'un ou plusieurs tampons ressorts (ou dômes ou membranes ou coussinets ou rondelles) en élastomères.
Dans certains modes de réalisation, les moyens de compensation peuvent être amovibles, par exemple pour permettre au joueur de les conserver ou non, ou de les remplacer par des moyens de compensation dont la force est différente, en fonction de ses attentes et/ou des jeux qu'il utilise.
Dans d'autres modes de réalisation, ces moyens de compensation peuvent être réglables, pour permettre un ajustement et un équilibrage fin lors de la fabrication et/ou pour permettre au joueur de régler les réactions du joystick en fonction de ses attentes et besoins. Ainsi, dans le cas de ressorts hélicoïdaux, on prévoir une pièce mobile, par exemple par vissage, permettant de comprimer plus ou moins chaque ressort.

Claims

Joystick comprenant un manche (12) mobile par rapport à un socle (11) au moins en rotation autour de deux axes, et des premiers moyens de rappel placés entre ledit socle (11) et un élément mobile agissant sur ledit manche (12), tendant à ramener ledit manche (12) dans une position neutre, le joystick comprenant en outre des moyens de compensation, placés entre ledit socle (11) et ledit élément mobile, et appliquant sur celui-ci une force compensant au moins partiellement la force appliquée par lesdits premiers moyens de rappel, au moins lorsque ledit manche (12) se trouve à proximité de ladite position neutre,
caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation comprennent des seconds moyens de rappel, montés entre ledit socle (11) et ledit élément mobile, et appliquant sur ledit élément mobile une force de compensation compensant au moins partiellement la force appliquée par lesdits premiers moyens de rappel, de telle sorte que, à proximité de ladite position neutre, la force résultante nécessaire pour déplacer le manche est réduite par rapport à la seule force appliquée par lesdits premiers moyens de rappel.
Joystick selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits seconds moyens de rappel comprennent au moins un second ressort hélicoïdal.
Joystick selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que ledit élément mobile est un support mobile en translation parallèlement à l'axe neutre dudit manche (12), agissant sur une pièce solidaire dudit manche (12).
Joystick selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ledit élément mobile est monté sur des colonnes (216) parallèles à l'axe neutre dudit manche (12), et en ce que chacune desdites colonnes (216) porte un second ressort hélicoïdal.
Joystick selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une rotule comprenant deux éléments de rotule sensiblement de même rayon, à savoir une tête (21) et une cupule (22), l'un des éléments pouvant pivoter autour du centre de l'autre élément,
un premier desdits éléments de rotule étant fixe par rapport audit socle (11) et présentant un espace intérieur, et un second desdits éléments de rotule étant solidaire dudit manche (12), et en contact avec ledit élément mobile.
Joystick selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit manche (12) présente un prolongement (25) pénétrant dans ledit espace intérieur, l'extrémité inférieure dudit prolongement (25) dudit manche (12) se déplaçant dans ledit espace intérieur et portant au moins un capteur (27) et/ou au moins un aimant (26) d'un ensemble de détection de mouvement par effet Hall.
Joystick selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il comprend une pièce de bascule (210) montée pivotante dans ledit espace intérieur sur deux paliers (31, 32), et coopérant avec ledit prolongement (25).
Procédé de fabrication d'un joystick selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- obtention d'une partie inférieure dudit socle (11) ;

- mise en place desdits premiers moyens de rappel ou desdits moyens de compensation ;

- mise en place dudit élément mobile ;

- mise en place desdits moyens de compensation ou desdits premiers
moyens de rappel;

- fermeture dudit socle (11), par rapport à une partie supérieure dudit socle (11) et solidarisation de cette dernière à ladite partie inférieure.
Contrôleur de jeu, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un joystick selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.