EP3371568A1 - Système et procédé de détection d'une application de pression en surface d'un objet par mesure de force - Google Patents

Système et procédé de détection d'une application de pression en surface d'un objet par mesure de force

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Publication number
EP3371568A1
EP3371568A1 EP16788134.1A EP16788134A EP3371568A1 EP 3371568 A1 EP3371568 A1 EP 3371568A1 EP 16788134 A EP16788134 A EP 16788134A EP 3371568 A1 EP3371568 A1 EP 3371568A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure
application
point
elementary
force
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16788134.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Charles HUDIN
Steven Strachan
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3371568A1 publication Critical patent/EP3371568A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/004—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers

Definitions

  • the field of the invention is that of the detection of a pressure application on the surface of an object.
  • the invention more particularly relates to a detection based on the use of a force and torque sensor which makes it possible to quantify the action / reaction forces of two bodies in contact, namely the object on the surface of which a pressure is locally exercised and a support of the object.
  • a solution in this sense is to equip the surface of the object with an array of electrodes.
  • the contact with an electrode causes a variation of capacity that can be measured. Only a finite number of contact points, determined by the number of electrodes, can therefore be detected and each touch zone must be covered with an electrode. In addition to changing the external appearance of the object, it is difficult with this solution to make the entire surface of a touch object. Finally, this solution does not make it possible to know the support force exerted.
  • Solutions requiring the least intervention on the object to make touch are the optical methods.
  • the methods of segmentation of video images, taken with a structured light or not, allow for example to distinguish the object of the finger or fingers in contact and thus locate them.
  • These solutions are sensitive to lighting conditions and suffer from occlusion problems when the hand is obscured by the object or leaves the field of the camera. And this solution also does not allow to know the support force exerted.
  • Another solution lies in the fact that the mechanical equilibrium of an object imposes that the forces exerted by a user on the surface of the object are compensated by the forces exerted by the support on this object, so that the sum of the efforts (support + action of the user) is zero at every moment.
  • the force sensor is used to measure the forces and moments transmitted by the effector of the robot to the rest of the body of the robot.
  • the object of the invention is to make the surface of an object tactile by coming to determine the position and the force of a contact exerted by a user on this surface, without having to instrument the surface of the object and that whatever be the material or the shape of the object.
  • the invention proposes a system for detecting a pressure application on a surface of an object, comprising a support of the object equipped with at least one force and torque sensor, and a unit of process comprising a pressure application characterization module configured to calculate, from the measurements of the at least one force and torque sensor, the coordinates of a line of space passing through a point of application pressure on the surface of the object.
  • the characterization module of the pressure application is furthermore configured to determine, by means of a ray tracing calculation, whether an elementary facet of a geometric model of the surface of the object representing said surface according to a mesh elementary facets intercepts the straight line passing through the point of application of pressure.
  • the characterization module of the pressure application is also configured, on the determination that the elementary facet intercepts the straight line passing through the point of application of pressure, to associate the elementary facet with a location of the point of application of pressure;
  • the characterization module of the pressure application is also configured to determine the normal and tangential components of the pressure application for the elementary facet associated with a location of the pressure application point; the characterization module of the pressure application is configured to calculate the dot product between the force measured by the force and torque sensor and the normal to the elementary facet, the ray launch calculation being performed to verify if the elementary facet intercepts the line passing through the pressure application point only if the calculated dot product is negative;
  • the characterization module of the pressure application is configured to calculate the dot product between the force measured by the force and torque sensor and the normal to an elementary facet determined as intercepting the straight line passing through the application point of pressure;
  • the geometric model of the surface of the object is described by a stereolithography file or by a computer-assisted design file;
  • the invention also relates to a method and computer program product for detecting a pressure application on a surface of an object.
  • FIG. 1 is a diagram defining the problem of detecting a pressure application on a surface of an object by analyzing the forces and moments exerted;
  • FIG. 2 is a diagram of a system for detecting a pressure application on a surface of an object according to the invention
  • the invention relates to a system for detecting a pressure application on a surface of an object using an analysis of the forces and moments exerted on the surface of the object and measured by means of at least one integrated force and torque sensor within a support of the object.
  • the position of the at least one sensor relative to the object is known.
  • FIG. 1 is a diagram of a conically shaped object 0 placed on a support S equipped with a force and torque sensor C at the point 0 taken as the origin of a Cartesian coordinate system i, j, k. The application of pressure is exerted at a point X of the surface of the object 0.
  • the system 1 comprises a support of the object 0 equipped with at least one force and torque sensor 2-4, and a processing unit 5 configured to process the measurements of the at least one force and torque sensor 2-4.
  • Each sensor 2-4 does not necessarily measure the forces and moments along the three axes but measures all the forces exerted on it by the object.
  • at least one force and torque sensor equip each of the supports.
  • the processing unit 5 can in particular be connected to the at least one sensor 2-4 via a device 6 for acquiring the signals produced by the at least one sensor 2-4 which digitizes these signals. before communicating them to treatment unit 5.
  • the processing unit 5 comprises a module 7 for characterizing the application of pressure which locates the point of application of the pressure and determines the force exerted at this point of application.
  • the processing unit 5 may furthermore comprise a module 8 making it possible, from the characterization of the application of pressure, to form a control intended for an actuator 9 making it possible to produce a sensory feedback (visual, audio, haptic or other) to the user or to perform a physical action (eg control of the orientation of a camera) or virtual (eg an interaction with a virtual object or digital content).
  • a module 8 making it possible, from the characterization of the application of pressure, to form a control intended for an actuator 9 making it possible to produce a sensory feedback (visual, audio, haptic or other) to the user or to perform a physical action (eg control of the orientation of a camera) or virtual (eg an interaction with a virtual object or digital content).
  • the module 7 for characterizing the pressure application is configured to calculate, from the measurements of the at least one force and torque sensor, the coordinates of the action line passing through the point of application of pressure. on the surface of the object.
  • the invention proposes, not an analytical resolution which requires a mathematical description of the geometry of the object restricted to simple shapes, but of use a parameterized radius throw algorithm with the coordinates of the line of action to identify the point (s) of intersection of the line with the surface of the object and thus identify the point of application of pressure on the surface of the object.
  • the ray tracing algorithm is of the type conventionally used in computer graphics, especially for rendering textures.
  • the module 7 for characterizing the application of pressure is thus more particularly configured to determine, by means of a ray launch calculation, whether an elementary facet of a geometric model of the surface of the object representing said surface according to a mesh of elementary facets intercepts the line passing through the point of application of pressure. This determination is carried out for all the elementary facets of the model, and as soon as a facet intercepts the action line, the facet is associated with a location of the point of application of pressure.
  • the facets may be triangles, in which case the ray tracing algorithm is advantageously a radius-triangle intersection algorithm.
  • the ray tracing algorithm is advantageously a radius-triangle intersection algorithm.
  • the sum of the forces recorded by the sensors 2-4 also provides the three com posa nts (along the x, y, and z axes) of the force exerted on the surface of the object.
  • This force vector can be expressed in the reference of the object and decomposed into a normal effort and a tangential force to the facet intercepting the action line.
  • the module 7 for characterizing the application of pressure can also be configured to determine the normal and tangential components of the pressure application for the elementary facet associated with a location of the pressure application point.
  • the normal component can in particular be used to provide a zoom control in a virtual environment.
  • the tangential component is indicative of a coefficient of friction on the surface of the object. Because of this friction, the tangential component of the stress appears before the sliding of the finger on the surface. This tangential component thus marks the intention of the user and makes it possible to anticipate his movement.
  • a facet associated with a location of the pressure application point is a facet that intercepts the action line. This interception is not necessarily unique, and in many cases we find at least two facets that correspond to the entry and exit points of the action line in the object.
  • the force is however applied towards the object, so that at the point of application of pressure, the dot product enters the force measured by the at least one force and torque sensor and the normal to the elementary facet is negative.
  • the module 7 for characterizing the application of pressure is configured to calculate, for each elementary facet, the dot product between the force measured by the force and torque sensor and the norma at the elementary facet. . The ray tracing calculation is then performed to check whether the elementary facet intercepts the action line only if the calculated scalar product is negative, which makes it possible to reduce computer processing.
  • the module 7 for characterizing the pressure application is then configured to calculate the dot product between the force measured by the force and torque sensor and the normal to an elementary facet determined as intercepting the action line. It is thus possible to disambiguate the point of entry of the exit point of the action line into the object, and to retain the elementary facet of a negative dot product as the point of application of pressure.
  • the geometric model used in the context of the invention does not necessarily reproduce all the details of the object but represents the surfaces that can be touched.
  • a hollow object intended to be touched only on the outside can be modeled as full.
  • the stereolithography file file describing the surface of the object to the printer is directly usable.
  • Such a file is further advantageous in each of the facets there is particularly described by the normal to its surface, which can therefore easily be exploited for the calculation of the aforementioned dot product.
  • a computer-aided design CAD file of a manufactured object can also be used.
  • the model can be built using a 3D scanner or any image pickup means to reconstruct the surface of the object to be touch-sensitive in three dimensions.
  • the invention is not limited to the system as described above but also extends to the method implemented by such a system, and in particular to a method for detecting a pressure application on a surface of an object, comprising a step of calculating, from measurements of at least one force and torque sensor equipping a support of the object, coordinates of a line of space passing through a point of application of pressure on the surface of the object, characterized in that it further comprises a step of determining, by means of a calculation of radius firing, if an elementary facet of a geometric model of the surface of the object representing said surface in a mesh of elementary facets intercepts the straight line passing through the point of application of pressure.
  • the invention also relates to a computer program product comprising program code instructions for performing the steps of the method when said program is executed on a computer.
  • Figures 3a-3f illustrate different surfaces that can be made tactile by the implementation of the invention, even after the design and manufacture of an object and without affecting the design.
  • Figure 3b Another application is illustrated in Figure 3b which makes touching furniture, such as the foot or the lampshade of a lamp.
  • the invention makes it possible, for example, to control the intensity of the lighting by sliding one's finger on the foot of the lamp, or to modify the hue of the lighting by traversing the contour of the lampshade.
  • the sensor or sensors are placed on a vertical support.
  • a curved screen hung on the wall by means of such a support can thus be made tactile.
  • a spherical surface is used to control the orientation of a camera or navigate in a virtual environment, such as mapping software.
  • the spherical surface acts as a map of the world, and the affected position then naturally indicates the latitude and longitude of the place to be reached or the direction in which to point.
  • the simultaneous access to the force exerted by the touch also makes it possible to zoom naturally on a point.
  • a model or replica of a sculpture can be made tactile simply by placing it on an instrumented base. We can for example access specific multimedia content by touching an area of this model.
  • a dashboard or control panel of a machine can be made tactile, regardless of its shape and without constraints on its materials or design.
  • the fields of application of the invention are thus particularly varied.
  • the automotive and aeronautics industries for example, can use it to create controls and functionalize the surfaces of a cockpit or a cockpit.
  • the entertainment and culture industry can use it to enable interaction with digital content via tangible objects.
  • the furniture industry can, thanks to the invention, propose home automation applications.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

L'invention porte sur un système (1) de détection d'une application de pression sur une surface d'un objet (0), comprenant un support de l'objet équipé d'au moins un capteur de force et de couple (2-4), et une unité de traitement (5) configurée pour calculer, à partir des mesures de l'au moins un capteur de force et de couple, les coordonnées d'une droite de l'espace passant par un point d'application de pression sur la surface de l'objet. L'unité de traitement vient déterminer, au moyen d'un calcul de lancer de rayon, si une facette élémentaire d'un modèle géométrique de la surface de l'objet représentant ladite surface selon un maillage de facettes élémentaires intercepte la droite passant par le point d'application de pression.

Description

SYSTÈME ET PROCÉDÉ DE DÉTECTION D'UNE APPLICATION DE PRESSION EN SURFACE
D'UN OBJET PAR MESURE DE FORCE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
Le domaine de l'invention est celui de la détection d'une application de pression sur la surface d'un objet. L'invention concerne plus particulièrement une détection basée sur l'utilisation d'un capteur de force et de couple qui permet de quantifier les efforts d'action/réaction de deux corps en contact, à savoir l'objet à la surface duquel une pression est localement exercée et un support de l'objet.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Afin de déterminer la position d'un contact exercé par un utilisateur sur la surface d'un objet, on vient généralement instrumenter la surface de l'objet pour la rendre tactile, c'est-à-dire sensible au toucher.
Une solution en ce sens consiste à équiper la surface de l'objet d'un réseau d'électrodes. Le contact avec une électrode provoque une variation de capacité que l'on peut mesurer. Seul un nombre fini de points de contacts, déterminé par le nombre d'électrodes, peut donc être détecté et chaque zone tactile doit être couverte d'une électrode. En plus de modifier l'aspect extérieur de l'objet, il est difficile avec cette solution de rendre toute la surface d'un objet tactile. Enfin cette solution ne permet pas de connaître la force d'appui exercée.
Les solutions nécessitant le moins d'intervention sur l'objet à rendre tactile sont les méthodes optiques. Les méthodes de segmentation d'images vidéos, prises avec une lumière structurée ou non, permettent par exemple de distinguer l'objet du ou des doigts en contact et ainsi de les localiser. Ces solutions sont toutefois sensibles aux conditions d'éclairage et souffrent de problèmes d'occlusion lorsque la main est masquée par l'objet ou sort du champ de la caméra. Et cette solution ne permet pas non plus de connaître la force d'appui exercée. Une autre solution repose sur le fait que l'équilibre mécanique d'un objet impose que les forces exercées par un utilisateur sur la surface de l'objet sont compensées par les forces exercées par le support sur cet objet, de sorte que la somme des efforts (support + action de l'utilisateur) est nulle à chaque instant. En exploitant ce principe, la position du contact et la force exercée par un utilisateur sur l'objet peuvent être déterminées à partir des efforts et moments mesurés au niveau du support.
Les efforts mesurés par trois capteurs de force (ou plus) supportant un écran permettent ainsi de positionner un point de contact sur une surface plane, comme par exemple décrit dans le brevet US 3,657,475.
Cette solution a été étendue en robotique au cas d'une surface non plane afin de donner une perception tactile à des robots et augmenter leur aptitude à manipuler des objets. Le capteur de force vient dans ce cadre mesurer les forces et moments transmis par l'effecteur du robot au reste du corps du robot.
Cette solution est notamment décrite dans l'article de Bicchi, J. K. Salisbury, et D. L. Brock, intitulé "Contact Sensing from Force Measurements", The International Journal of Robotics Research, vol. 12, no. 3, pp. 249-262, June 1993.
Cet article pose les développements mathématiques permettant d'obtenir la position du point de contact sur la surface à partir d'une mesure de trois composantes de force et de trois composantes de moment. La mesure seule de ces forces et moments ne permet pas de localiser le point de contact, mais réduit l'ensemble des positions possibles à une droite de l'espace, nommée droite d'action ou « skew axis ». Le contact ayant lieu à la surface de l'objet, le point recherché se trouve donc à l'intersection de la droite d'action avec la surface. Cette solution nécessite donc, en plus de disposer de capteurs de forces, de connaître la géométrie de la surface à rendre tactile pour déterminer cette intersection.
Des solutions sont données pour des objets géométriques simples (sphères, cylindres par exemple) pouvant être décrits sous forme mathématique pour permettre de calculer analytiquement l'intersection de la droite d'action avec la surface de l'objet. Cet article évoque la possibilité de décomposer un objet en un ensemble d'objets élémentaires simples pouvant être chacun décrit mathématiquement pour permettre le calcul analytique de l'intersection. Une telle description mathématique n'est toutefois pas toujours possible pour des objets de forme complexe, de sorte que la méthode proposée dans cet article ne peut s'appliquer à un objet de forme quelconque.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a pour objectif de rendre tactile la surface d'un objet en venant déterminer la position et la force d'un contact exercé par un utilisateur sur cette surface, cela sans avoir à instrumenter la surface de l'objet et cela quels que soient le matériau ou la forme de l'objet.
A cet effet, l'invention propose un système de détection d'une application de pression sur une surface d'un objet, comprenant un support de l'objet équipé d'au moins un capteur de force et de couple, et une unité de traitement comprenant un module de caractérisation de l'application de pression configuré pour calculer, à partir des mesures de l'au moins un capteur de force et de couple, les coordonnées d'une droite de l'espace passant par un point d'application de pression sur la surface de l'objet. Le module de caractérisation de l'application de pression est en outre configuré pour déterminer, au moyen d'un calcul de lancer de rayon, si une facette élémentaire d'un modèle géométrique de la surface de l'objet représentant ladite surface selon un maillage de facettes élémentaires intercepte la droite passant par le point d'application de pression.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce système sont les suivants :
- le module de caractérisation de l'application de pression est également configuré, sur détermination que la facette élémentaire intercepte la droite passant par le point d'application de pression, pour associer la facette élémentaire à une localisation du point d'application de pression ;
- le module de caractérisation de l'application de pression est également configuré pour déterminer les composantes normale et tangentielle de l'application de pression pour la facette élémentaire associée à une localisation du point d'application de pression ; - le module de caractérisation de l'application de pression est configuré pour calculer le produit scalaire entre la force mesurée par le capteur de force et de couple et la normale à la facette élémentaire, le calcul de lancer de rayon n'étant réalisé pour vérifier si la facette élémentaire intercepte la droite passant par le point d'application de pression que si le produit scalaire calculé est négatif ;
- le module de caractérisation de l'application de pression est configuré pour calculer le produit scalaire entre la force mesurée par le capteur de force et de couple et la normale à une facette élémentaire déterminée comme interceptant la droite passant par le point d'application de pression ;
- le modèle géométrique de la surface de l'objet est décrit par un fichier de stéréolithographie ou par un fichier de conception assistée par ordinateur ;
- il comprend en outre un actionneur piloté par l'unité de traitement en réponse à une caractérisation d'application de pression sur la surface de l'objet par le module de caractérisation de l'application de pression.
L'invention porte également sur un procédé et un produit programme d'ordinateur de détection d'une application de pression sur une surface d'un objet.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma définissant le problème de la détection d'une application de pression sur une surface d'un objet par l'analyse des forces et moments exercés ;
- la figure 2 est un schéma d'un système de détection d'une application de pression sur une surface d'un objet conforme à l'invention ;
- les figures 3a-3f sont des schémas illustrant différentes surfaces pouvant être rendues tactiles par la mise en œuvre de l'invention. EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
L'invention porte sur un système de détection d'une application de pression sur une surface d'un objet mettant en œuvre une analyse des forces et moments exercés sur la surface de l'objet et mesurés par l'intermédiaire d'au moins un capteur de force et de couple intégré au sein d'un support de l'objet. La position de l'au moins un capteur relativement à l'objet est connue.
La figure 1 est un schéma d'un objet 0 de forme conique placé sur un support S doté d'un capteur de force et de couple C au point 0 pris comme origine d'un repère cartésien i, j, k. L'application de pression est exercée en un point X de la surface de l'objet 0.
Comme démontré dans l'article précédemment cité, sur la base des forces F=[Fx, Fy, Fz] et couples M=[Mx, My, Mz] mesurés par le capteur C, le point X d'application de pression sur la surface de l'objet est localisé le long d'une droite de l'espace D, dite droite d'action, dont l'équation paramétrique est donnée par X=Xo+Dp, avec p un paramètre scalaire, Xo l'origine de la droite et D le vecteur directeur de la droite. Plus particulièrement :
En référence à la figure 2, le système 1 selon l'invention comprend un support de l'objet 0 équipé d'au moins un capteur de force et de couple 2-4, et une unité de traitement 5 configurée pour traiter les mesures de l'au moins un capteur de force et de couple 2-4. Chaque capteur 2-4 ne mesure pas nécessairement les efforts et moments selon les trois axes mais mesure tous les efforts exercés sur lui par l'objet. Lorsque l'objet dispose de plusieurs supports, au moins un capteur de force et de couple équipe chacun des supports.
L'unité de traitement 5 peut notamment être reliée à l'au moins un capteur 2-4 par l'intermédiaire d'un dispositif 6 d'acquisition des signaux produits par l'au moins un capteur 2-4 qui vient numériser ces signaux avant de les communiquer à l'unité de traitement 5. L'unité de traitement 5 comprend un module 7 de caractérisation de l'application de pression qui vient localiser le point d'application de la pression et déterminer la force exercée en ce point d'application.
L'unité de traitement 5 peut en outre comprendre un module 8 permettant d'élaborer, à partir de la caractérisation de l'application de pression, une commande destinée à un actionneur 9 permettant de produire un retour sensoriel (visuel, audio, haptique ou autre) vers l'utilisateur ou de réaliser une action physique (par exemple le contrôle de l'orientation d'une caméra) ou virtuelle (par exemple une interaction avec un objet virtuel ou du contenu numérique).
Le module 7 de caractérisation de l'application de pression est configuré pour calculer, à partir des mesures de l'au moins un capteur de force et de couple, les coordonnées de la droite d'action passant par le point d'application de pression sur la surface de l'objet.
Afin de déterminer l'intersection de la droite d'action avec la surface de l'objet, l'invention propose, non pas une résolution analytique qui nécessite une description mathématique de la géométrie de l'objet restreinte à des formes simples, mais d'avoir recours à un algorithme de lancer de rayon paramétré avec les coordonnées de la droite d'action pour identifier le ou les points d'intersection de la droite avec la surface de l'objet et ainsi identifier le point d'application de pression sur la surface de l'objet. L'algorithme de lancer de rayon est du type de ceux classiquement utilisés en infographie, notamment pour le rendu de textures.
Le module 7 de caractérisation de l'application de pression est ainsi plus particulièrement configuré pour déterminer, au moyen d'un calcul de lancer de rayon, si une facette élémentaire d'un modèle géométrique de la surface de l'objet représentant ladite surface selon un maillage de facettes élémentaires intercepte la droite passant par le point d'application de pression. Cette détermination est menée pour toutes les facettes élémentaires du modèle, et dès lors qu'une facette intercepte la droite d'action, la facette est associée à une localisation du point d'application de pression.
Les facettes peuvent être des triangles, auquel cas l'algorithme de lancer de rayons est avantageusement un algorithme d'intersection rayon-triangle. A titre d'exemple d'un tel algorithme, on pourra se référer aux travaux suivants : T. Môller and B. Trumbore, "Fast, Minimum Storage Ray/Triangle I ntersection," in ACM SIGGRAPH 2005 Courses, New York, NY, USA, 2005.
La somme des forces enregistrées par les capteurs 2-4 fournit également les trois com posa ntes (selon les axes x, y, et z) de l'effort exercé sur la surface l'objet. Ce vecteur force peut être exprimé dans le repère de l'objet et décomposé en un effort normal et un effort tangentiel à la facette interceptant la droite d'action. Ainsi, le module 7 de caractérisation de l'application de pression peut également être configuré pour déterminer les composantes normale et tangentielle de l'application de pression pour la facette élémentaire associée à une localisation du point d'application de pression. La composante normale peut notamment être utilisée pour fournir une commande de zoom dans un environnement virtuel. La composa nte tangentielle est indicative d'un coefficient de friction sur la surface de l'objet. Du fait de cette friction, la composa nte tangentielle de l'effort apparaît avant le glissement du doigt sur la surface. Cette composante tangentielle marque ainsi l'intention de l'utilisateur et permet d'anticiper son mouvement.
Une facette associée à une localisation du point d'application de pression est une facette qui intercepte la droite d'action. Cette interception n'est pas nécessairement unique, et dans de nom breux cas on retrouve a u moins deux facettes qui correspondent aux points d'entrée et de sortie de la droite d'action dans l'objet. L'effort est cependant appliqué vers l'objet, de sorte qu'au point d'application de pression, le produit scalaire entre la force mesurée pa r l'au moins un capteur de force et de couple et la normale à la facette élémentaire est négatif.
Dans un mode de réalisation possible de l'invention, on vient exploiter cette propriété pour restreindre la recherche d'interception de la droite d'action aux seules facettes pour lesquelles le produit scalaire susmentionné est négatif. Dans ce mode de réalisation, le module 7 de caractérisation de l'application de pression est configuré pour calculer, pour chaque facette élémentaire, le produit scalaire entre la force mesurée par le capteur de force et de couple et la norma le à la facette élémentaire. Le calcul de lancer de rayon n'est alors réalisé pour vérifier si la facette élémentaire intercepte la droite d'action que si le produit scalaire calculé est négatif, ce qui permet d'alléger les traitements informatiques.
Dans un autre mode de réalisation, c'est après le lancer de rayon que cette propriété du produit scalaire est utilisée. Le module 7 de caractérisation de l'application de pression est alors configuré pour calculer le produit scalaire entre la force mesurée par le capteur de force et de couple et la normale à une facette élémentaire déterminée comme interceptant la droite d'action. On peut ainsi désambiguïser le point d'entrée du point de sortie de la droite d'action dans l'objet, et retenir pour point d'application de pression la facette élémentaire de produit scalaire négatif.
Le modèle géométrique utilisé dans le cadre de l'invention ne reproduit pas nécessairement l'ensemble des détails de l'objet mais représente les surfaces susceptibles d'être touchées. Par exemple, un objet creux destiné à être touché uniquement à l'extérieur peut être modélisé comme plein.
Ce modèle peut être obtenu de plusieurs façons. Pour un objet réalisé par impression 3D, le fichier de fichier de stéréolithographie décrivant la surface de l'objet à l'imprimante est directement utilisable. Un tel fichier est en outre avantageux en chacune des facettes y est notamment décrite par la normale à sa surface, qui peut donc facilement être exploitée pour le calcul du produit scalaire mentionné précédemment. Un fichier CAO de conception assistée par ordinateur d'un objet manufacturé peut également être utilisé.
Lorsqu'aucun fichier de ce type ne préexiste, le modèle peut être construit en ayant recours à un scanneur 3D ou à tout moyen de prise d'image permettant de reconstituer en trois dimensions la surface de l'objet à rendre tactile.
L'invention n'est pas limitée au système tel que décrit précédemment mais s'étend également au procédé mis en œuvre par un tel système, et notamment à un procédé de détection d'une application de pression sur une surface d'un objet, comprenant une étape de calcul, à partir de mesures d'au moins un capteur de force et de couple équipant un support de l'objet, des coordonnées d'une droite de l'espace passant par un point d'application de pression sur la surface de l'objet, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à déterminer, au moyen d'un calcul de lancer de rayon, si une facette élémentaire d'un modèle géométrique de la surface de l'objet représentant ladite surface selon un maillage de facettes élémentaires intercepte la droite passant par le point d'application de pression. L'invention porte également sur un produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme permettant d'effectuer les étapes du procédé lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
Les figures 3a-3f illustrent différentes surfaces pouvant être rendues tactiles par la mise en œuvre de l'invention, et cela même après la conception et la fabrication d'un objet et sans en affecter le design.
Sur la figure 3a, on vient placer le ou les capteurs de force et de couple dans le socle d'un écran le rendre tactile, ainsi que son contour ou son pied. En plus de permettre une interaction tactile avec le contenu affiché sur l'écran, l'invention permet de créer des boutons virtuels sur les bords de l'écran pour ainsi piloter la mise en route de l'écran, le volume du son, la luminosité ou toute autre fonction.
Une autre application est illustrée sur la figure 3b qui permet de rendre tactile du mobilier, tel que le pied ou l'abat-jour d'une lampe. L'invention permet par exemple de piloter l'intensité de l'éclairage en glissant le doigt sur le pied de la lampe, ou de modifier la teinte de l'éclairage en parcourant le contour de l'abat-jour.
Sur la figure 3c, le ou les capteurs sont placés sur un support vertical. Un écran courbe accroché au mur par l'intermédiaire d'un tel support peut ainsi être rendu tactile.
Sur la figure 3d, une surface sphérique est utilisée afin de contrôler l'orientation d'une caméra ou de naviguer dans un environnement virtuel, tel qu'un logiciel de cartographie. Dans ce dernier cas, la surface sphérique fait office de mappemonde et la position touchée indique alors naturellement la latitude et longitude du lieu à atteindre ou la direction dans laquelle pointer. L'accès simultané à la force exercée par le toucher permet également de zoomer naturellement sur un point.
Tel qu'illustré sur la figure 3e, une maquette ou une réplique de sculpture peut être rendue tactile simplement en la posant sur un socle instrumenté. On peut alors par exemple accéder à du contenu multimédia spécifique en touchant une zone de de cette maquette.
Enfin, comme illustré sur la figure 3f, un tableau de bord ou le panneau de commande d'une machine peut être rendu tactile, quelle que soit sa forme et sans contrainte sur ses matériaux ou son design.
Les domaines d'application de l'invention sont ainsi particulièrement variés. Les industries automobile, aéronautique par exemple peuvent l'utiliser afin de créer des commande et fonctionnaliser les surfaces d'un habitacle ou d'un cockpit. L'industrie du divertissement et de la culture peut l'utiliser pour permettre une interaction avec du contenu numérique via des objets tangibles. L'industrie de l'ameublement peut grâce à l'invention proposer des applications domotiques.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système (1) de détection d'une application de pression sur une surface d'un objet (0), comprenant un support de l'objet équipé d'au moins un capteur de force et de couple (2-4), et une unité de traitement (5) comprenant un module (7) de caractérisation de l'application de pression configuré pour calculer, à partir des mesures de l'au moins un capteur de force et de couple, les coordonnées d'une droite (D) de l'espace passant par un point d'application de pression (X) sur la surface de l'objet,
caractérisé en ce que le module (7) de caractérisation de l'application de pression est en outre configuré pour déterminer, au moyen d'un calcul de lancer de rayon, si une facette élémentaire d'un modèle géométrique de la surface de l'objet représentant ladite surface selon un maillage de facettes élémentaires intercepte la droite passant par le point d'application de pression.
2. Système selon la revendication 1, dans lequel le module de caractérisation de l'application de pression est également configuré, sur détermination que la facette élémentaire intercepte la droite passant par le point d'application de pression, pour associer la facette élémentaire à une localisation du point d'application de pression.
3. Système selon la revendication 2, dans lequel le module de caractérisation de l'application de pression est également configuré pour déterminer les composantes normale et tangentielle de l'application de pression pour la facette élémentaire associée à une localisation du point d'application de pression.
4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le module de caractérisation de l'application de pression est configuré pour calculer le produit scalaire entre la force mesurée par le capteur de force et de couple et la normale à la facette élémentaire, le calcul de lancer de rayon n'étant réalisé pour vérifier si la facette élémentaire intercepte la droite passant par le point d'application de pression que si le produit scalaire calculé est négatif.
5. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le module de caractérisation de l'application de pression est configuré pour calculer le produit scalaire entre la force mesurée par le capteur de force et de couple et la normale à une facette élémentaire déterminée comme interceptant la droite passant par le point d'application de pression.
6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, dans le modèle géométrique de la surface de l'objet est décrit par un fichier de stéréolithographie ou par un fichier de conception assistée par ordinateur.
7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, comprenant en outre un actionneur (9) piloté par l'unité de traitement en réponse à une caractérisation d'application de pression sur la surface de l'objet par le module (7) de caractérisation de l'application de pression.
8. Procédé de détection d'une application de pression sur une surface d'un objet, comprenant une étape de calcul, à partir de mesures d'au moins un capteur de force et de couple équipant un support de l'objet, des coordonnées d'une droite de l'espace passant par un point d'application de pression sur la surface de l'objet,
caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à déterminer, au moyen d'un calcul de lancer de rayon, si une facette élémentaire d'un modèle géométrique de la surface de l'objet représentant ladite surface selon un maillage de facettes élémentaires intercepte la droite passant par le point d'application de pression.
9. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme permettant d'effectuer les étapes du procédé selon la revendication 8 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ZA701817B (en) 1969-03-19 1971-02-24 Thomson Csf T Vt Sa Improvements in or relating to position indicating systems
US20090256807A1 (en) * 2008-04-14 2009-10-15 Nokia Corporation User interface
US20150220197A1 (en) * 2009-10-06 2015-08-06 Cherif Atia Algreatly 3d force sensor for internet of things
FR2958424B1 (fr) * 2010-04-02 2015-05-15 Thales Sa Dispositif d'interaction haptique.
FR2962566B1 (fr) * 2010-07-06 2013-05-17 Commissariat Energie Atomique Systeme de simulation d'un contact avec une surface par stimulation tactile
TWI463359B (zh) * 2010-11-09 2014-12-01 Univ Nat Chiao Tung 應用時間反轉法之觸控面板之定位及力回饋方法
EP2754008A4 (fr) * 2011-06-21 2015-04-22 Univ Northwestern Dispositif d'interface tactile et procédé d'application de forces latérales sur un élément corporel
GB2495486A (en) * 2011-10-07 2013-04-17 Hiwave Technologies Uk Ltd Contextual haptic feedback in response to touch input
FR2991791B1 (fr) 2012-06-06 2014-08-08 Commissariat Energie Atomique Interface de stimulation tactile par retournement temporel
FR2992120B1 (fr) * 2012-06-15 2014-07-18 Commissariat Energie Atomique Actionneur pour moteur ultrasonique et moteur ultrasonique comportant au moins un tel actionneur

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