FR2531215A1 - Dispositif de conversion et de transmission d'energie - Google Patents

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Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE CONVERSION ET DE TRANSMISSION D'ENERGIE. CE DISPOSITIF COMPORTE UN SUBSTRAT RIGIDE 12 SUR LA SURFACE SUPERIEURE DUQUEL EST IMPRIMEE UNE ZONE RESISTIVE 18, UN SUBSTRAT FLEXIBLE 16 SUR LA SURFACE INFERIEURE DUQUEL EST IMPRIMEE UNE ZONE RESISTIVE 20, ET UNE ENTRETOISE NON CONDUCTRICE 14 TRAVERSEE PAR UNE OUVERTURE 22 PAR LAQUELLE LA ZONE RESISTIVE 20 PEUT ETRE MISE EN CONTACT AVEC LA ZONE RESISTIVE 18 SOUS L'APPLICATION D'UNE FORCE F EXERCEE AU MOYEN D'UN ACTIONNEUR ELASTIQUE 26. L'AIRE DU CONTACT ENTRE LES DEUX ZONES 18, 20 ET, PAR CONSEQUENT, LA RESISTIVITE DE LA LIAISON ELECTRIQUE, SONT PROPORTIONNELLES A L'AMPLITUDE DE LA FORCE F. DOMAINE D'APPLICATION: MANIPULATIONS A L'AIDE DE ROBOTS, COMMANDES PAR ACTIONNEURS DU TYPE MANCHE A BALAI, ETC.

Description

L'invention concerne un dispositif destiné à détecter une amplitude de
force qui lui est appliquée, à convertir cette force en un signal de sortie dont l'énergie est de type différent, et à transmettre ce signal de sortie pour qu'il soit soumis à d'autres traitements et évalué afin d'indiquer l'amplitude de
ladite force présente à tout instant particulier donné.
L'invention concerne plus particulièrement un disposi-
tif de conversion et de transmission d'énergie utili-
sant des éléments sensibles à la pression et produi-
sant un signal de sortie continu ou analogique sous
l'effet de forces auxquelles il est soumis.
Bien que de tels dispositifs de conversion et de transmission d'énergie destinés à produire des signaux analogiques de sortie ne soient pas inconnus dans l'art antérieur, la plupart de ces dispositifs
comprennent, au moins en partie, un certain type de trin-
gleries mécaniques disposées entre l'élément de détec-
tion de force et les éléments produisant le signal de sortie Ces tringleries mécaniques sont de complexité variable, mais elles comprennent généralement plusieurs leviers, cames ou autres organes pour transmettre, à l'élément du dispositif produisant le signal de sortie, la déformation mécanique imposée à ce dispositif par la force à détecter Des éléments produisant le signal de
sortie peuvent comprendre, par exemple, des potentio-
mètres, des bobines à inductance variable, des conden-
sateurs variables à lames mobiles et autres En règle générale, plus un dispositif comporte de pièces mobiles, plus les risques de défauts de fonctionnement de ce dispositif sont grands Inversement, moins le dispositif comporte de pièces, moins il risque la panne et donc plus il est sûr Par conséquent, le dispositif le plus fiable est souvent le dispositif contenant le moins de
pièces mobiles.
2531215 '
Les critères-économiques sont également d'une
très grande importance pour un dispositif et des carac-
téristiques telles qu'un cot de fabrication plus fai-
ble, une grande simplicité de fabrication, une grande longévité et une large gamme d'applications pour une
technologie donnée constituent toutes des considéra-
tions importantes déterminant le succès économique d'un dispositif. L'invention concerne un dispositif destiné à convertir de l'énergie, se présentant sous la forme d'une force appliquée,-en un signal de sortie d'un type
différent de celui de la force appliquée et proportion-
nel à cette force Dans sa forme préférée de réalisation, le dispositif selon l'invention comprend un substrat rigide sur la surface supérieure duquel est imprimée
une zone résistive, une entretoise en matière non conduc-
trice, traversée d'une ouverture qui est disposée en
alignement sur la zone résistive imprimée sur la sur-
face supérieure du substrat rigide, et un substrat flexible-sur lequel est imprimée une zone résistive et qui est disposé de manière que cette zonecrésistive soit alignée sur l'ouverture et sur la zone résistive du substrat rigide afin que l'application d'une force au substrat flexible provoque un déplacement de la
zone résistive de ce substrat flexible à travers l'ou-
verture de l'entretoise et l'établissement d'un contact
électrique avec la zone résistive du substrat rigide.
L'application d'une amplitude de force donnée établit
un contact initial d'aire minimal entre la zone résis-
tive du substrat flexible et la zone résistive du substrat rigide Si la force est appliquée au moyen d'un actionneur élastique, par exemple un doigt ou un actionneur en élastomère, un accroissement de la force
appliquée au substrat flexible entraîne un accroisse-
ment de l'aire de contact entre les deux zones résistives.
Cet accroissement de l'aire de contact est destiné à réduire la résistivité de là connexion électrique entre les deux zones résistives, ce qui accroît donc la
conductivité de ce contact électrique proportionnelle-
ment à l'amplitude de la force appliquée au substrat
flexible Par conséquent, le dispositif selon l'inven-
tion convertit la force physique appliquée au substrat flexible pour provoquer un accroissement proportionnel
de la conductivité du dispositif; lorsqu'un potentiel.
électrique est appliqué aux extrémités du dispositif,
c'est-à-dire entre les deux zones résistives, un accrois-
sement de la force appliquée au substrat flexible se traduit par un accroissement du courant traversant le dispositif par l'intermédiaire de l'aire de contact
électrique entre les deux zones ou plages résistives.
Il faut noter qu'il est inutile de mettre en oeuvre des tringleries mécaniques, des leviers, des cames, des potentiomètres ou autrese le dispositif est simple, sûr,
durable et peu coûteux à fabriquer.
L'élasticité du substrat flexible permet à ce dernier de reprendre sa position initiale et donc de rompre le contact électrique entre les deux zones résistives lorsque la force est retirée du substrat flexible.
Les autres formes de réalisation de l'inven-
tion constituent des variantes de la forme préférée de réalisation décrite ci-dessus L'entretoise perforée peut être supprimée et le dispositif fonctionne alors
essentiellement comme décrit ci-dessus, car les surfa-
ces des deux zones résistives ne sont pas totalement lisses de sorte que, si le substrat flexible et sa zone
résistive s'étendent de façon contiguë au substrat ri-
gide et à sa zone résistive, les deux zones résistives étant en alignement, un très faible courant circule à travers l'aire minimale de contact établie entre les deux zones résistives, simplement du fait de l'absence
d'un bon contact physique entre ces zones L'applica-
tion d'une force comme décrit ci-dessus a pour résultat un serrage physique plus étroit de dimensions qui croissent lorsque la force augmente, comme si une entre-. toise était présente, mais sur une plage plus limitée que celle pouvant étre atteinte avec l'entretoise car, lorsqu'une telle entretoise est présente, l'élasticité du substrat flexible ramène le dispositif dans un état non conducteur dès que la force est éliminée tandis que, en l'absence d'une entretoise, la suppression de la force ramène simplement le dispositif dans un état
moins conducteur, et non dans un état non conducteur.
Un circuit électronique approprié permettant de traiter et d'estimer le signal de sortie du dispositif permet
de tolérer cette-différence tout en utilisant efficace-
ment le dispositif en l'absence d'une entretoise.
Une autre variante de l'invention comprend une inversion de l'un des substrats (le substrat
rigide ou le substrat flexible) de manière qu'un mouve-
ment de la zone résistive flexible vers la zone résis-
tive rigide n'entraîne pas un couplage résistif, mais un couplage capacitif proportionnel à l'amplitude de la force appliquée, car un accroissement de l'amplitude de la force appliquée augmente la surface par laquelle la zone résistive-du substrat flexible est parallèle à la zone résistive du substrat rigide et, par conséquent, augmente la capacité établie entre les deux zones résistives, proportionnellement à la force appliquée
au substrat flexible.
Une autre forme de réalisation de l'inven-
tion consiste à remplacer la zone résistive du substrat
rigide par un motif inductif imprimé en forme de spirale.
Dans une telle configuration, l'application d'une force par l'intermédiaire d'un actionneur flexible, par exemple
un doigt ou un actionneur en élastomère, élimine pro-
gressivement par court-circuit davantage de spires du
motif inductif en spirale du substrat rigide, le court-
circuit résultant d'un contact avec la zone résistive flexible, ce qui réduit l'inductance de ce motif lorsque l'amplitude de la force appliquée au substrat flexible augmente Par conséquent, l'inductance du motif inductif imprimé sur la surface supérieure du
substrat rigide varie proportionnellement à l'ampli-
tude de la force appliquée au substrat flexible.
L'invention peut être utilisée largement dans des dispositifs très divers Par exemple, les motifs résistifs peuvent être étendus à un ensemble de motifs résistifs, associés à des zones résistives du substrat flexible, des ouvertures de l'entretoise et des zones résistives du substrat rigide, toutes ces
zones ou ouvertures étant en alignement, et l'action-
neur pouvant être du type manche à balai comprenant
plusieurs actionneurs en élastomère montés sur un'sup-
port commun et déplacés par un manche unique de com-
mande Un autre perfectionnement apporté à une telle application peut consister à ajouter un motif-résistif directement au-dessous du manche ou levier de commande,
un actionneur d'axe Z, pouvant être manoeuvré indépen-
damment, agissant sur une zone particulière du disposi-
tif configuré conformément à l'invention, afin de pro-
voquer un mouvement de cette zone résistive particu-
lière du substrat et un contact électrique résultant
avec la zone résistive rigide comme décrit précédemment.
Ainsi, la mise en oeuvre de l'invention permet de réali-
ser une commande analogique suivant les axes X, Y et Z,
le tout au moyen d'un levier ou manche unique de commande.
D'autres applications de l'invention peuvent comprendre, par exemple, la pose du dispositif selon l'invention dans des éléments analogues à des doigts d'un élément télécommandé de préhension faisant partie d'un robot, le dispositif selon l'invention transmettant un signal de réaction sensoriel directement aux doigts d'un opérateur éloigné afin de permettre à ce dernier de sentir directement l'amplitude de la force de préhen- sion exercée par l'élément robotique, le dispositif
selon l'invention réalisant ainsi une interface senso-
rielle pratiquement transparente entre les mains de
l'opérateur et le robot.
Des transducteurs destinés à détecter une
pression gazeuse ou liquide constituent une autre appli-
cation à laquelle la présente invention peut convenir particulièrement De plus, des commutateurs à vitesse variable, directement sensibles à la pression des doigts, constituent un autre domaine pouvant bénéficier de la présente invention Dans ce dernier domaine, c'est-à-dire le domaine des commutateurs à vitesse variable, le dispositif selon l'invention peut être simplement constitué d'un patin sensible à la pression,
comme dans la forme préférée de réalisation décrite ci-
dessus, ce patin étant équipé d'une connexion électri-
que amovible pour établir une interface avec le dispo-
sitif à commander, ce qui rend très simple le démontage
du commutateur de commande de vitesse selon l'invention.
Ce démontage aisé est particulièrement souhaitable-dans
des cas tels que ceux impliquant des instruments médi-
caux à commande électrique, qui doivent être passés à
l'autoclave avant d'être utilisés sur des êtres humains.
Le commutateur à vitesse variable selon l'invention
peut être retiré, le dispositif peut être passé à l'auto-
clave, et le commutateur à vitesse variable peut être reconnecté d'une façon directe et très simple De plus, l'opérateur peut commander à la main l'instrument d'une façon plus directe qu'il n'est possible actuellement avec de tels dispositifs médicaux, car ces derniers sont généralement commandés par des commutateurs à pédale, des commutateurs à genou, etc. L'invention a donc pour objet un dispositif
de conversion et de transmission d'énergie de réalisa-
tion simple et dont le fonctionnement est fiable et
durable L'invention a également pour objet un disposi-
tif de conversion et de transmission d'énergie qui est peu coteux à fabriquer et qui peut être mis en oeuvre dans une large gamme d'applications commerciales, avec peu de modifications, le cas échéant, de sa fabrication O
L'invention concerne également un dispositif de conver-
sion et de transmission d'énergie dont le fonctionnement
peut être résistif, capacitif ou inductif, les modifica-
tions à apporter pour passer d'un mode de fonctionnement à un autre ne portant que sur des détails structurels minimes. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement
limitatifs et sur lesquels:.
la figure l est une élévation, avec coupe
schématique partielle, d'une forme préférée de réalisa-
tion du dispositif selon l'invention; la figure 2 est une vue en perspective
éclatée et détaillée de la forme préférée de réalisa-
tion de l'invention, montrant l'alignement des diverses parties du dispositif; la figure 3 est une élévation schématique,
avec coupe partielle, de la forme préférée de réalisa-
tion de l'invention, montrant l'interaction de la zone résistive du substrat flexible et de la zone résistive du substrat rigide lorsqu'une force est appliquée par un actionneur élastique;
la figure 4 est une vue de dessus schémati-
que représentant la variation de l'aire du contact élec-
trique qui se produit dans la forme préférée de réalisation de l'invention lorsque la force appliquée change; la figure 5 est une élévation partielle
schématique représentant deux zones résistives adjacen-
tes d'une variante de l'invention lorsqu'aucune force n'est appliquée; la figure 6 est une élévation schématique représentant l'interaction des zones résistives de la
figure 5 lorsqu'une force est appliquée à la zone supé-
rieure; la figure 7 est une élévation schématique représentant l'interaction des zones résistives de la figure 5 lorsque la force appliquée à la zone supérieure est supérieure à la-force appliquée comme montré sur la figure 6; la figure 8 est une élévation schématique
avec coupe partielle d'une deuxième forme de réalisa-
tion de l'invention, cette vue montrant la structure d'un dispositif capacitif selon l'invention;
la figure 9 est une vue de dessus schéma-
tique représentant le dessin inductif situé sur la surface supérieure du substrat rigide d'une troisième forme de réalisation de l'invention, cette vue montrant une aire de contact établie par la zone résistive du substrat flexible sous l'effet de l'application d'une force; la figure 10 est une vue schématique de dessus représentant un dessin inductif similaire à celui de la figure 9, et montrant une plus grande aire de contact établie par la zone résistive du substrat flexible sous l'effet de l'application d'une force supérieure à celle montrée sur la figure 9;
la figure il est une élévation schémati-
que représentant une variante d'entretoise présentant des zones résistives situées dans des saillies moulées; la figure 12 est une élévation schématique
d'une seconde forme de réalisation d'entretoise présen-
tant des zones résistives situées entre des saillies moulées; la figure 13 est une vue en perspective du dispositif selon l'invention montrant des zones résistives multiples, des actionneurs multiples portés par un support unique, et un élément unique de commande destiné à déplacer le support des actionneurs; et la figure 14 est une vue en perspective éclatée du dispositif de la figure 13, présentant une
zone résistive supplémentaire et un actionneur supplé-
mentaire permettant une manoeuvre suivant l'axe Z. La figure 1 représente schématiquement en coupe une forme préférée de réalisation du dispositif
de conversion et de transmission de force selon l'in-
vention Ce dispositif 10 comprend un substrat rigide non conducteur 12, une entretoise 14 en matière non conductrice, et un substrat flexible, non conducteur et élastique 16 Une zone résistive 18, fixée au
substrat rigide 12, est constituée, dans la forme préfé-
rée de réalisation, d'une encre ayant des propriétés
électriques et appliquée par sérigraphie sur le subs-
trat rigide 12 Une zone résistive similaire 20 est
apposée de façon similaire sur le substrat flexible 16.
La zone résistive 18 et la zone résistive 20 sont ali-
gnées l'une sur l'autre et sur une ouverture 22 de l'entretoise 14 de manière qu'un Contact électrique puisse être établi entre la zone résistive 18 et la zone résistive 20 à travers l'ouverture 22 lorsqu'une force F est appliquée au substrat flexible 16, à proximité de la zone résistive 20, de façon à déplacer le substrat flexible 16, portant la zone résistive 20, vers le substrat rigide 12 Un actionneur 26 est placé en alignement avec l'ouverture 22 et constitue un moyen permettant d'appliquer une force F pour déplacer le substrat flexible 16, portant la zone résistive 20,
vers le substrat rigide 12 et sa zone résistive 18.
L'actionneur 26 est réalisé en élastomère afin d'éta-
blir l'interaction souhaitée entre les zones résisti- ves 18 et 20 lorsque la force F augmente, comme décrit ci-après.
La figure 2 représente en perspective écla-
tée la disposition alignée du substrat flexible 16 et de sa zone résistive 20 fixée à sa face inférieure,
de l'entretoise 14 et de son ouverture 22, et du subs-
trat rigide 12 à la face supérieure duquel est fixée
la zone résistive 18.
Les qualités élastiques de l'actionneur 26 de la forme préférée de réalisation montrée sur la figure 1 et décrite ci-dessus constituent un aspect
primordial du fonctionnement du dispositif 10 de conver-
sion et de transmission de force La figure 4 représente schématiquement l'aire de contact qui apparait entre la zone résistive 18 et la zone résistive 20 sous l'effet de valeurs croissantes de la force F Sur la figure 4, la zone résistive 18 qui est fixée au substrat rigide 12 est représentée en trait plein comme étant de forme sensiblement circulaire Il est évident que cette zone peut avoir d'autres formes, mais une zone circulaire est représentée pour plus de clarté Lorsque la force F déplace le substrat flexible 16, auquel est fixée la zone résistive 20, vers le substrat rigide 12 et sa zone
résistive 18, une aire de contact initiale 28 est éta-
blie Les valeurs croissantes de la force F agissant à travers l'actionneur 26 en élastomère provoquent, en raison des qualités élastiques de l'actionneur 26, un élargissement de l'aire de contact, comme indiqué par les aires de contact 30 et 30 ' sur la figure 4 Lorsque cette aire de contact 28, 30 augmente, la résistivité de la liaison électrique entre la zone résistive 18 et la zone résistive 20 diminue et, par conséquent, la'
conductivité de cette connexion électrique augmente.
Lorsqu'un potentiel électrique (non représenté) est appliqué entre les zones résistives 18 et 20, l'éta- blissement d'une aire de contact telle que l'aire 28 de la figure 4 permet le passage d'une quantité donnée
de courant entre les zones résistives 18 et 20.
L'accroissement de la force F et, par conséquent, de l'aire de contact 28 pour qu'elle corresponde aux aires de contact 30 ou 30 ', par exemple, permet le passage d'une plus grande quantité de courant entre les zones résisti-ves 18 et 20, cet accroissement du courant étant proportionnel à l'amplitude de la force F appliquée au substrat flexible 16 Par conséquent, la force F est convertie en un paramètre électrique, à savoir la conductivité, et ce paramètre est tranmis pour être soumis à un autre traitement et une estimation par un circuit (non représenté), le paramètre se présentant sous la forme de variations du courant traversant les zones résistives 18 et 20, lesquelles variations de courant sont proportionnelles aux variations de la force F. Ainsi, le dispositif selon l'invention est un dispositif
de conversion et de transmission de force.
La figure 3 représente une autre forme de
réalisation du dispositif de conversion et de transmis-
sion de force selon l'invention, comprenant un substrat rigide 12, une entretoise 14, un substrat flexible 16, une zone résistive 18 située sur le substrat rigide 12, une zone résistive 20 située sur le substrat flexible 16, une ouverture 22 ménagée dans l'entretoise 14, et un actionneur élastique 30 constitué simplement par un doigt humain Les qualités élastiques du doigt humain conviennent très bien à l'élargissement progressif de l'aire du contact entre les zones résistives 18-et 20 sous une force F d'amplitude croissant progressivement, d'une
manière similaire à celle de l'effet illustré sur la figure 4.
La figure 5 représente une seconde variante de l'invention, montrant en détail des patins résistifs 34 et 36 d'un dispositif 32 de conversion et de transmission de force La vue détaillée de la figure montre que la nature réelle de la surface 38 de la
zone résistive 34 et de la surface 40-de la zone résis-
tive 36 ne constitue pas en fait une surface lisse.
Ces surfaces 38 et 40 -présentent en fait de petites pointes 42 qui en font saillie Cette inégalité des surfaces 38 et 40 permet à la variante montrée sur la figure 5 de fonctionner en l'absence d'une entretoise
telle que celle équipant la forme préférée de réalisa-
tion montrée sur la figure 1 L'application d'une force, au moyen d'un actionneur élastique, au dispositif illustré sur la figure 5 a pour résultat une déviation de la zone résistive 34 vers la zone résistive 36, comme montré sur la figure 6, afin d'établir une aire de contact initial sensiblement de la même manière
que celle illustrée pour la forme de réalisation préfé-
rée représentée sur la figure 4 Une valeur de plus en
plus grande de la force F conduit à une condition ahalo-
gue à celle montrée sur la figure 7, condition dans laquelle l'aire de contact entre les zones résistives 34 et 36 est élargie d'une façon sensiblement similaire à celle selon laquelle l'aire de contact augmente dans
la forme préférée de réalisation montrée sur la figure 4.
La différence la plus notable entre la variante de la figure 5, qui ne comporte pas d'entretoise, et la forme préférée de réalisation illustrée sur la figure 1, qui
comporte une entretoise 14,est que, dans la forme pré-
férée de réalisation de la figure 1, lorsqu'aucune force F n'est appliquée au substrat flexible 16, l'élasticité de ce dernier ramène la zone résistive 20 dans une position o le contact électrique établi avec la zone résistive 18 est faible ou nul, suivant l'épaisseur de
l'entretoise 14 et, par conséquent, les zones résisti-
ves 18 et 20 ne peuvent être parcourues que par un courant faible ou nul Dans la variante illustrée sur la figure 5, la suppression de la force F provoque le retour élastique du substrat flexible 34 vers une position dans laquelle, par rapport au substrat 36, il doit subsister encore un certain contact électrique minimal entre les surfaces 38 et 40, ce contact étant établi par les diverses pointes ou crêtes 42 des deux surfaces Quand bien même, dans sa position relâchée (c'est-à-dire en absence de l'application d'une force F), la forme de réalisation de la figure 5 doit permettre le passage d'un certain courant entre les zones résistives 34 et 36, cette forme de réalisation est utilisable, car un circuit électronique extérieur (non représenté), destiné à détecter et estimer le signal de sortie du dispositif 32, peut être conçu pour établir des valeurs de seuil de courant qui doivent être dépassées avant
que la présence d'une force soit reconnues.
Une troisième variante de l'invention est illustrée sur la figure 8, cette forme de réalisation étant configurée pour être utilisée comme dispositif capacitif La figure 8 représente un dispositif 44 de conversion et de transmission de force comprenant un substrat 46, un substrat 48, une entretoise 50 qui présente une ouverture 52, une première zone capacitive 54 fixée à la surface inférieure du substrat 48, et une seconde zone capacitive 56 fixée à la surface inférieure du substrat 46 L'application d'une force F tendant à déplacer le substrat 48 et sa zone capacitive 54,
qu'il porte, vers le substrat 46 a pour effet l'établis-
sement d'une aire de contact entre la zone capacitive 54 et le dessus du substrat 46, de la même façon que pour l'aire de contact s'élargissant, décrite en regard de la figure 4, lorsque la force F augmente L'aire de contact établie entre la zone capacitive 54 et le dessus du substrat 46 est sensiblement parallèle à la zone capacitive 56 et elle établit donc un couplage capaci- tif dans la mesure o des parties des zones capacitives 54 et 56 sont parallèles L'accroissement de la force F et donc de l'aire sur laquelle la zone capacitive 54 est parallèle à la zone capacitive 56 augmente la capacité du dispositif 44 et, par conséquent, lorsqu'un potentiel est appliqué entre les éléments capacitifs 54 et 56, un circuit électronique extérieur approprié (non représenté) peut détecter de telles variations de capacité, lesquelles variations sont proportionnelles
à l'amplitude de la force F appliquée au substrat 48.
La figure 9 représente une quatrième variante du dispositif selon l'invention, utilisant un élément inductif La figure 9 est une vue de dessus d'un substrat 58 sur la surface supérieure duquel est fixé un élément inductif 60 ayant sensiblement la forme
d'une spirale L'application d'une force F (non repré-
sentée) à un substrat placé au-dessus du substrat 58 et à la surface inférieure duquel est fixée une zone
résistive provoque l'établissement d'une aire de con-
tact 60 comme montré sur la figure 9 L'aire de contact est destinée à éliminer par court-circuit une partie de l'élément inductif en spirale 62, ce qui réduit
l'inductance de cet élément inductif 62.
En élevant la force F au-dessus de la valeur à laquelle cette force F est représentée sur la figure 9, on provoque un accroissement de l'aire 60 ' de contact, comme montré sur la figure 10 L'aire 60 ' de contact élimine par court-circuit une plus grande partie de
l'élément inductif 62, ce qui réduit davantage l'induc-
tance de cet élément 62 Si un potentiel est appliqué entre la zone résistive du substrat supérieur (non représentée) et l'élément inductif 62, la variation
d'inductance provoquée par l'aire de contact s'élar-
gissant 60 sous l'effet de l'accroissement de la force F est proportionnelle à cette force F. La figure Il représente une variante d'un détail de la présente invention -Sur la figure 11, l'entretoise et le substrat flexible sont incorporés dans une structure telle que le substrat flexible 64 présente plusieurs saillies 66 venues de moulage et contenant des zones ou plages 68 présentant des propriétés électriques, à savoir pouvant être résistives, capacitives ou inductives L'application d'une force F à une saillie 66 a pour effet de déplacer cette dernière, portant sa zone électrique 68, vers l'autre substrat du
dispositif (non représenté) pour provoquer le fonction-
nement du dispositif comme décrit précédemment dans ses diverses formes de réalisation Les saillies 66 sont moulées de façon à être élastiques et àreprendre leur position initiale lors de la suppression de la force F. La figure 12 représente une seconde forme de
X réalisation des parties à membrane flexible et entre-
toise du dispositif selon l'invention Sur la figure^ 12, le substrat flexible 70 comporte des saillies retournées
72 venues de moulage Des zones 74, possédant des pro-
priétés électriques, sont fixées à la face inférieure du substrat flexible 70, entre les saillies retournées 72, afin que l'application d'une force F à une zone comprise entre les saillies retournées 72 provoque un
déplacement d'une zone électrique 74 vers le second -
substrat du dispositif (non représenté) et, par consé-
quent, le fonctionnement du dispositif d'une manière -
analogue à celle décrite précédemment pour ses diverses formes de réalisation Les saillies retournées 72 viennent de moulage de manière à être élastiques pour pouvoir reprendre leurs positions-normales lors de l> , suppression de la force F.
Une autre forme de réalisation de l'entre-
toise du dispositif selon l'invention consiste à sceller le substrat flexible au substrat rigide et à maintenir entre les deux substrats une pression gazeuse suffisante pour qu'ils restent espacés l'un de l'autre-, tout en permettant un déplacement du substrat flexible vers le substrat rigide sous l'effet d'une force F afin
de faire fonctionner le dispositif comme décrit préc-
demment pour ses diverses formes de réalisation.
Une autre variante de l'entretoise selon l'invention est obtenue par l'application d'une force de traction au substrat flexible afin de maintenir ce dernier à peu près parallèlement au substrat rigide, à une certaine distance mais suffisamment proche de ce dernier pour que le substrat flexible puisse être déformé d'une façon faisant fonctionner le dispositif comme décrit précédemment pour ses diverses formes de
réalisation.
Il convient de se rappeler que, bien que diverses formes de réalisation décrites jusqu'à présent, comprennent un substrat flexible et un substrat rigide,
la présente invention s'applique également à une struc-
ture comprenant deux substrats flexibles.
La figure 13 représente une autre variante
de l'invention, et notamment-un dispositif 80 de conver-
sion et de transmission de force qui comporte un subs-
trat inférieur sensiblement rigide 82, une entretoise 84 et un substrat supérieur flexible et élastique 86, Plusieurs actionneurs 88 en élastomère sont portés par un support commun 90 qui est relié à un levier ou manche unique 92 de commande permettant de manoeuvrer ce support L'entretoise 84 est traversée par des ouvertures (non représentées) alignées sur des zones
résistives 94 fixées à la surface inférieure du subs-
trat supérieur 86 et sur des zones résistives similaires (non représentées) fixées à la surface supérieure du
substrat inférieur 82 et alignées sur les zones résis-
tives 94 Les actionneurs 88 sont alignés sur les zones résistives 94 Le dispositif de la figure 13, lorsqu'il est relié à un circuit électronique extérieur approprié (non représenté), constitue un contrôleur analogique d'axes X-Y, pouvant être adapté à diverses applications
telles que la commande de machines, des jeux électroni-
ques, et autres En fonctionnement, l'épaisseur de
l'entretoise 84 peut être modifiée pour que les action-
neurs 88, lorsqu'ils sont dans une position de repos, n'établissent aucun contact électrique entre les zones résistives des substrats respectifs 82 et 86, ou bien on peut choisir une entretoise 84 plus mince qui permet aux actionneurs 88, lorsqu'ils sont en position de repos, d'établir une aire minimale de contact entre les zones résistives des substrats respectifs 82 et 86 Dans cette version de la forme de réalisation de la figure 13, oit de telles aires minimales de contact sont maintenues,
le circuit électronique extérieur associé établi-t néces-
sairement des valeurs de seuil qui doivent être dépas-
sées avant que la présence d'une force exercée sur un
actionneur respectif soit reconnue.
La figure 14 représente une autre forme de réalisation de l'invention, similaire à celle illustrée
sur la figure 13, mais ayant un plus grand nombre d'ac-
* tionneurs ainsi que la possibilité d'effectuer une
commande sur l'axe Z La figure 14 représente un dispo-
sitif 100 de conversion et de transmission de force
comprenant un substrat inférieur rigide 102, une entre-
toise 104 et un substrat supérieur élastique et flexible 106; plusieurs actionneurs 108 sont montés sur un support commun 110 qui est relié à un levier ou manche
unique 112 de commande et qui est commandé par celui-ci.
Un actionneur 114 d'axe Z est également relié à un plon-
geur 116 de commande Ce dernier est logé concentrique-
ment et peut se déplacer librement dans le levier 112 de commande
Des zones résistives 118, des ouvertures (non représen-
tées) de l'entretoise 104 et des zones résistives (non représentées) du substrat 102 sont disposées en alignement avec les actionneurs 108 et l'actionneur 114 d'axe Z, d'une façon sensiblement similaire a celle décrite en regard de la figure 13 Le dispositif de la
figure 14, qui comporte un plus grand nombre d'action-
neurs 108 permet donc une commande X-Y de résolution plus fine que celle obtenue à l'aide du dispositif de la figure 13 dont le nombre d'actionneurs 88 est plus petit et, de plus, le dispositif de la figure 14, dont le plongeur 116 de commande agit sur l'actionneur 114 d'axe Z et sur la zone résistive et l'ouverture associées, en alignement avec ce plongeur, réalise une commande d'axe Z à l'aide d'un élément pouvant être manoeuvre d'une seule main et constitué du levier 112 de commande
et du plongeur 116 de commande.
Il va de soi que de nombreuses modifications
peuvent être apportées au dispositif décrit et repré-
senté sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (24)

REVENDICATIONS
1 Dispositif de conversion et de transmis-
sion d'énergie, caractérisé en ce qu'il comporte un
premier élément ( 20) présentant une propriété électri-
que et un second élément ( 18) présentant également une
propriété électrique, le premier élément étant dis-
posé à proximité du second élément et réagissant à une force (F) le déplaçant par rapport au second élément
afin de faire varier ladite propriété électrique propor-
tionnellement à ladite force.
2 Dispositif selon la revendication 1, carac-
térisé en ce qu'il comporte en outre un élément sensible-
ment rigide ( 12) d'appui qui est disposé de façon à être sensiblement adjacent au second élément cle manière que l'application de ladite force pour déplacer le premier élément vers le second élément agisse sur le premier élément afin qu'il établisse plus fermement une aire croissante de contact ( 28, 30) avec le second élément, contre-ledit élément d'appui, lorsque ladite force
augmente.
3 Dispositif selon l'une des revendications
1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens destinés à appliquer ladite force au premier élément.
4 Dispositif selon l'une des revendications
1 et 2, caractérisé en ce qu'ilcomporte en outre une entretoise ( 14) disposée entre les premier et second éléments afin de les maintenir espacés et sensiblement
parallèles l'un à l'autre.
5 Dispositif selon la revendication 4, carac-
térisé en ce que l'entretoise comprend un substrat élec-
triquement non conducteur, traversé par au moins une ouverture ( 22) qui permet une communication électrique
entre les premier et second éléments.
6 Dispositif selon la-revendication 1, caractérisé en ce que le second élément est un substrat sensiblement rigide et non conducteur ( 12) sur lequel sont fixés des dépôts ( 18) présentant une propriété électrique.
7 Dispositif selon l'une des revendications
l et 6, caractérisé en ce que le premier élément est un substrat non conducteur ( 16), relativement flexible, sur
lequel sont fixés des dépôts ( 20) présentant une pro-
priété électrique.
8 Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 1, 2 et 6, caractérisé en ce qu'il com-
prend en outre une entretoise qui exerce une force de traction sur le premier élément, dans une position de repos dans laquelle elle est espacée du second élément auquel elle est sensiblement parallèle, la force de traction conférant en outre une certaine élasticité au premier élément afin d'assurer le retour de ce dernier dans ladite position de repos lorsque ladite force est éliminée. 9 Dispositif selon l'une quelconque des
revendications 1, 2 et 6, caractérisé en ce qu'il com-
porte en outre une entretoise qui délimite un volume fermé hermétiquement entre le premier élément et le second élément, ce volume fermé renfermant une pression
suffisante pou 2 maintenir le premier élément dans une posi-
tion de repos dans laquelle il est espacé du second élément et s'étend à peu près parallèlement à ce dernier, le volume fermé conférant une certaine élasticité au premier élément pour assurer son retour dans ladite
position de repos lorsque ladite force est éliminée.
Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'il comporte en outre une entre-
toise disposée entre les premier et second éléments afin de maintenir le premier élément espacé du second élément et à peu près parallèlement à celui-ci, l'entretoise étant traversée de plusieurs ouvertures qui permettent une communication électrique entre les
premier et second éléments.
11 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément-est un élément résistif. 12 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément est un élément
capacitif ( 56).
13 Dispositif selon l et 11, caractérisé en ce que
élément résistif.
14 Dispositif selon l et 12, caractérisé en ce que
élément capacitif ( 54).
Dispositif selon l et 11, caractérisé en ce que
élément inductif ( 60).
16 Dispositif selon l'une des le second l'une des le second
l'une des.
le second
revendications
élément est un
revendications
élément est un
revendications
élément est un la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une entretoise destinée à maintenir les dépôts J 68), présentant une propriété électrique, du premier élément ( 64) dans une position de repos espacée du second élément et à peu près parallèle à ce second élément, l'entretoise étant constituée de saillies élastiques ( 66) yenues de moulage avec
le premier élément, les dépôts du premier élément s'éten-
dant à l'intérieur des saillies de manière que l'appli-
cation de ladite force à l'une quelconque des saillies provoque un déplacement d'au moins l'un desdits dépôts du premier élément vers le second élément, ledit dépôt du premier élément revenant dans ladite position de
repos lorsque ladite force est éliminée.
17 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une entretoise destinée à maintenir les dépôts ( 74), présentant une propriété électrique, du premier élément ( 70) dans une position de repos espacée du second élément et à peu près parallèle à celui-ci, l'entretoise étant constituée de saillies élastiques ( 72) venues de moulage avec le premier élément, les dépôts du premier élément s'éten-
dant entre lesdites saillies de manière que l'applica-
tion de ladite force au premier élément, dans une zone comprise entre les saillies, déplace au moins l'un des dépôts du premier élément vers le second élément, ledit dépôt du premier élément revenant dans ladite position
de repos lorsque ladite force est éliminée.
18 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément est un élément présentant une propriété électrique et permettant
l'application de ladite force.
19 Dispositif selon l'une des revendications
3 et 18, caractérisé en ce que l'élément d'application
de ladite force comprend un actionneur ( 26) en élasto-
mère. 20 Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une entretoise ( 84) disposée entre le premier élément ( 86) et le second élément ( 82) afin de maintenir le premier élément espacé du second élément et à peu près parallèle à celui-ci, l'entretoise n'étant pas conductrice et étant traversée de plusieurs ouvertures, au moins une partie des dépôts ( 94), présentant une propriété électrique, du premier élément, au moins une partie des dépôts, présentant une propriété électrique, du second élément, et lesdites ouvertures étant alignées les unes sur les autres, lesdites ouvertures permettant une communication électrique à travers elles entre les dépôts du premier
élément et les dépôts du second élément.
21 Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens
-2531215
permettant l'application de ladite force au premier élément, ces moyens comprenant un actionneur ( 88) en élastomère.
22 Dispositif selon l'une des revendications
7 et 21, caractérisé en ce que les dépôts, présentant
une propriété électrique, sont imprimés sur les subs-
trats. 23 Dispositif selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens destinés à appliquer ladite force au premier élément, ces moyens comprenant au moins deux actionneurs ( 88) portés par un ensemble commun ( 90), ces actionneurs étant capables d'exercer sélectivement une pression sur diverses zones du premier élément, le nombre des actionneurs pouvant notamment être égal au nombre d'ouvertures et lesdits actionneurs pouvant notamment être alignés sur lesdites ouvertures, ces actionneurs
étant notamment capables d'exercer une pression simulta-
nément sur plus d' une zone du premier élément.
24 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé dans un appareil commandé à distance pour appliquer une force de serrage, le dispositif constituant un moyen transmettant une réaction sensorielle à un opérateur afin que ce dernier puisse commander de façon sensorielle la force de serrage. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite force est appliquée par
la pression d'un fluide.
26 Dispositif de conversion et de transmis-
sion d'énergie, caractérisé en ce qu'il comporte un
premier substrat non conducteur ( 106), un second subs-
trat non conducteur ( 102)', des moyens d'actionnement et une entretoise ( 104), le premier substrat étant sensiblement flexible et élastique et plusieurs premiers dépôts électriquement résistifs ( 118) étant fixes à ce premier substrat, le second substrat étant sensiblement rigide et plusieurs seconds dépôts électriquement résistifs étant fixés à ce second substrat, l'entretoise étant disposée entre les premier et second substrats
qu'elle maintient espacés l'un de l'autre, mais sensi-
blement parallèles l'un à l'autre, chacun desdits pre-
miers dépôts résistifs étant tourné vers l'un des seconds dépôts résistifs sur lequel il oet aligné, ladite entretoise étant traversée de plusieurs ouvertures qui sont alignées chacune sur l'un des premiers dépôts résistifs, les moyens d'actionnement comprenant plusieurs actionneurs ( 108) en élastomère qui sont alignés chacun sur l'un des premiers dépôts résistifs, lesdits moyens d'actionnement comprenant en outre un support commun ( 110) auquel tous les actionneurs sont reliés, les moyens d'actionnement comprenant également un élément commun ( 112) de commande auquel le support commun est
relié et réagit.
27 Dispositif selon la revendication 26,
caractérisé en ce que les moyens d'actionnement compren-
nent en outre un élément ( 116) de commande d'axe (Z) et un actionneur ( 114) d'axe (Z), les ouvertures, les premiers dépôts résistifs et les seconds dépôts résistifs étant en nombres égaux et en alignement respectif sur les actionneurs, y compris l'actionneur d'axe (Z), la commande d'axe (Z) étant reliée à l'actionneur d'axe
(Z) et pouvant être manoeuvrée indépendamment de l'élé-
ment commun de commande.
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