FR2801988A1

FR2801988A1 - INTERFACE DEVICE BETWEEN A MACHINE AND AN OPERATOR FOR ENTERING POSITION OR MOVEMENTS AND PROVIDING A FORCE RETURN

Info

Publication number: FR2801988A1
Application number: FR9915377A
Authority: FR
Inventors: Francois Louis Edmond Minon
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-07
Filing date: 1999-12-07
Publication date: 2001-06-08
Also published as: WO2001043062A1

Abstract

The invention relates to a device which can replace any other two-dimensional pointing device, such as the computer mouse, and obtain a force feedback according to two dimensions. The device provides a means of simulating realistic haptic sensations and comprises the following: a mobile carriage (2), which moves rectilinearly on the plane (10) of the fixed working surface, without sliding and according to the X axis, by means of wheels (3, 4), said wheels being providing on the lower part of the carriage and being in contact with the working surface; a flat top (1) which moves rectilinearly on top of the carriage, without sliding and according to the Y axis, by means of wheels (6, 27), said wheels being provided on the upper part of the carriage and having no contact with the fixed working surface. The two axes X and Y are orthogonal. The combination of the two movements allows the hand of the user, which is placed on the top, to describe a plan. Each axis is provided with a motor and a position sensor.

Description

La présente invention décrit une interface entre un opérateur et une machine utilisant les modifications des caractéristiques d'une force exercée par la machine sur l'opérateur.Il s'agit d'utiliser le sens du toucher et le sens proprioceptif des muscles de la main, interface dite haptique. The present invention describes an interface between an operator and a machine using changes in the characteristics of a force exerted by the machine on the operator. It is about using the sense of touch and the proprioceptive sense of the muscles of the hand, so-called haptic interface.

Jusqu'à présent, l'aspect sensori-moteur a été absent des 'interfaces hommes machines. Mais les techniques de réalité virtuelle imposent la prise en compte de cet aspect parce que les interfaces de simulations habituelles, visuelles ou auditives ne suffisent plusà appréhender un environnement virtuel complexe. Par exemple: la vue d'un objet même en relief ne renseigne ni sur son poids ni sur sa structure interne( répartition du poids, élasticité, résistance, contenu dans le cas d'un récipient... ). So far, the sensorimotor aspect has been absent from the 'human machine interfaces'. But virtual reality techniques require this aspect to be taken into account because the usual visual, auditory or visual simulation interfaces are no longer sufficient to apprehend a complex virtual environment. For example : the view of an object even in relief does not inform about its weight nor its internal structure ( distribution of weight, elasticity, resistance, content in the case of a container ...).

Aussi ces dernières années un certain nombre de solutions ont vu le jour.Il stagit soit d'interface sensitive, soit d'interface dite haptique faisant appel au retour d'effort. Also in recent years a number of solutions have emerged. It stagit either sensitive interface, or so-called haptic interface using force feedback.

On peut regrouper ces interfaces en deux grandes catégories a) les interfaces sensitives Elles permettent de stimuler la peau de l'utilisateur. On peut ainsi simuler une texture ou l'état de surface d'un objet. On peut aussi communiquer de manière plus complexe par exemple en utilisant le braille. These interfaces can be grouped into two broad categories: a) Sensitive Interfaces They stimulate the skin of the user. One can thus simulate a texture or the surface state of an object. It is also possible to communicate in a more complex manner, for example using braille.

Il s'agit d'appareils créant des effets très lainités appelés retours tactiles. On peut énumérer: - le retour tactileà matrice d'aiguilles( Par exemple pour afficher un texte en braille). It is about devices creating effects very lainities called tactile returns. We can enumerate : - the tactile return to matrix of needles (for example) to display a text in Braille ).

- le retour tactile par vibration, équipant par exemple les extrémités des doigts d'un gant de donnée ou le boitier de commandes des consoles de jeux vidéo. - le retour tactile pneumatique. - the tactile feedback by vibration, equipping for example the ends of the fingers of a data glove or the control box of the video game consoles. - the pneumatic tactile feedback.

- le retour tactile thermique. - thermal touch feedback.

b) les interfaces haptiques : Elles permettent d'agir sur les muscles de l'utilisateur. b) haptic interfaces : They act on the muscles of the user.

En général, un capteur mesure la force exercée par la main sur le dispositif tandis qu'un moteur fourni la force de réaction du dispositif. In general, a sensor measures the force exerted by the hand on the device while a motor provides the reaction force of the device.

Cette dernière force est calculée par l'ordiateur en fonction de l'effet souhaité. La force est calculée dans un référentiel fixe, le dispositif de retour d'effort étant solidaire d'un support fixe sauf dans le cas de l'exosquelette où l'engin épouse la main de l'utilisateur. This last force is computed by the computer according to the desired effect. The force is calculated in a fixed reference system, the force feedback device being secured to a fixed support except in the case of the exoskeleton where the machine marries the hand of the user.

Il faut souligner qu'elles introduisent une relation instrumentale avec le monde M"formationnel ( fonction argotique). Grâceà elles, l'information n'est c plus dés Micarnée mais se traduit par un mouvement, un travail. On peut énumérer: a) les dispositifsà un degré de liberté i) les volants avec retour d'effort destinésà des jeux vidéo. 11) les gachettes. , pédales ou touches avec retours d'efforts b) les dispositifsà deux degrés de liberté: i) le pantographeà deux degrés de liberté, dont s'inspire les sourisà retours d'effort existantes. ii) les tablesà guidage linéaire deux axes iii) les manchesà balais permettant un retour d'effort suivant les deux degrés de liberté du manche. It must be emphasized that they introduce an instrumental relationship with the world M "training (slavic function). Thanks to them, the information 'is c more dice Micarnée but translates into a movement, a work. can be enumerated: a) the devices to a degree of freedom i) flywheels intended for to video games 11) triggers , pedals or keys with force feedback b) the devices to two degrees of freedom : i) the pantograph to two degrees of freedom, which inspired the mice Existing force returns ii) tables to two-axis linear guidance iii) sleeves to brooms allowing a two-stage force return freedom of the handle.

c) les dispositifsà trois degrés de liberté i) les tables trois axes avec une poignée ou un doigté et qui produisent un retour d#effort. c) devices to three degrees of freedom i) three-axis tables with a handle or a fingering and that produce a return of effort.

ii) les engins de type "lampe de bureau" fixé sur une table et comportant des éléments en rotation suivant plusieurs degrés de liberté avec une poignée ou un doigté et des moteurs associésà des capteurs de force permettant un retour d'effort. Ces dispositifs s'inspirent directement des bras de robot trois ou quatre axes. (ii) "desk lamp" type apparatus fixed on a table and having rotating elements with several degrees of freedom with a handle or a fingering and associated motors with force sensors allowing a return of effort. These devices are directly inspired by three or four axis robot arms.

d) les dispositifsà plus de trois degrés de liberté i) dispositif constitué d'un exosquellette de la main avec retour d'effort sur chacun des doigts de la main. d) devices to more than three degrees of freedom i) device consisting of an exosquellette of the hand with force feedback on each of the fingers of the hand.

ii) les plates formes animées par plusieurs vérins telles celles utilisées dans les simulateurs d'avion. ii) platforms powered by several jacks such as those used in airplane simulators.

Le fait que l'appareil doit être fixé entraîne une limitation de l'espace de travailà un volume assez faible et proportionnel au coût de l'équipement. Pour ce qui concerne les *interfaces à deux degrés de libertés, les interfaces existantes ne permettent pas une grande surface de travail avec des possiblités de retour d'effort 'indépendantes de la position de I'Miterface dans sa zone de travail. C'est le cas des dispositifs inspirés du pantographeà cause du couple exercé par l'utilisateur qui dépend de l'état du pantographe. Exposé de l'invention La présente invention est une interface pour ordinateurà deux degrés de libertés s'utilisantà la manière d'une souris et procurant des retours d'efforts sur un grand espace de travail. The fact that the device has to be fixed results in a limitation of the workspace to a rather small volume and proportional to the cost of the equipment. With regard to the * interfaces to two degrees of freedom, the existing interfaces do not allow a large work surface with stress return possibilities' independent of the position of the Miterface in its Work zone. This is the case of devices inspired by pantograph to because of the torque exerted by the user which depends on the state of the pantograph. DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is a computer interface with two degrees of freedom being used in the manner of a mouse and providing feedback on a large workspace.

Le dispositif peut se décliner suivant plusieurs tailles, allant du dispositif destiné aux ordinateurs portables, jusqu'au dispositif de grande dimension capable de supporter une personne. The device can be declined in several sizes, ranging from the device for laptops to the large device capable of supporting a person.

Les effets de retour d'effort peuvent être produit de manière uniforme sur toute la surface de travail. The force feedback effects can be produced uniformly over the entire work surface.

D'autre part, le dispositif ne nécessite pas d'être fixéà la surface de travail. Enfin, la simplicité du dispositif permet d'obtenir des coûts très bas. On the other hand, the device does not need to be set to the work surface. Finally, the simplicity of the device makes it possible to obtain very low costs.

Le dispositif de la présente invention, s'utilise en lieu et place de tout autre dispositif de pointage pour ordinateur, tel que par exemple une souris d'ordiateur. The device of the present invention is used in place of any other pointing device for computer, such as for example a computer mouse.

Un véhiculeà deux ou quatres roues ne peut rouler sans glissement sur un plan qu'en suivant une trajectoire imposée par la configuration des axes de ces roues. On dit qu'ü s'agit d'un mobile non holonome. Par exemple, une automobile est un objet non holonome. Par contre une balle sphérique peut se déplacer saris glissement sur une surface plane suivant une trajectoire quelconque.E s'agit d'un mobile holonome. C'est pourquoi, la souris mécanique pour ordinateur, utilise une boule roulant sans glissement sur une sui-face de travail plane dite tapis de souris. A vehicle to two or four wheels can roll without sliding on a plane that following a path imposed by the configuration of the axes of these wheels. It is said that it is a non-holonomic mobile. For example, an automobile is a non-holonomic object. On the other hand, a spherical ball can move without sliding on a plane surface in any trajectory. E is a holonomic mobile. This is why the mechanical computer mouse uses a rolling ball without sliding on a so-called flat work surface called a mouse pad.

Dans la présente invention, nous reconstituons un objet holonome à partir de deux éléments: -un chariot mobile se déplaçant, suivant une première trajectoire, en roulant sans glissement sur le plan de la surface de travail fixe au moyen de roues équipant la partie 'inférieure du chariot et en contact avec la surface de travail. In the present invention, we reconstruct a holonomic object to from two elements : -a movable carriage moving, in a first trajectory, rolling without sliding on the plane of the fixed work surface by means of wheels equipping the lower part of the carriage and in contact with the working surface.

- un plateau plan se déplaçant, suivant une deuxième trajectoire, en roulant sans gJissement sur le dessus du chariot au moyen de roues équipant la partie supérieure du chariot et n'étant pas en contact avec la surface de travail fixe. - a flat tray moving in a second path, rolling without gyration on the top of the carriage by means of wheels equipping the upper part of the carriage and not in contact with the work surface fixed.

La combinaison des deux déplacements permet de décrire l'ensemble du plan. Les deux trajectoires peuvent être rectilignes suivant deux axes orthogonaux, par exemple X et Y. The combination of the two displacements makes it possible to describe the whole plane. The two trajectories can be rectilinear along two orthogonal axes, for example X and Y.

Pour utiliser ce dispositif. on pose la main, un doigt ou une partie quelconque du corps sur le plateau. La mami peut ainsi donner un mouvement suivant deux dimensions au plateau qui se comporte alorsà la manière d'une souris d'ordinateur. To use this device. you put your hand, a finger or any part of the body on the board. The mami can thus give a two-dimensional movement to the board which then behaves like a computer mouse.

Les roues sont munies de bandes de roulement pour permettre une bonne adhérence. Au moins une des roues participantà la première trajectoire est mûe par un moteur et au moins une des roues participantà la deuxième trajectoire est mûe par un moteur. Ces deux moteurs sont commandés par l'ordinateur hôte. La position, la vitesse et l'accélération du plateau sont mesurées au moyen d'un dispositif approprié et transmisent à l'ordinateur hôte. Ce dispositif de mesure peut être constitué d'un codeur angulaire mesurant la rotation des roues et ce pour chaque trajectoire. Ce dispositif de mesure peut être aussi constitué d'une souris attachée au plateau plan et dont la boule roule sur la surface de travail. Ce dispositif de mesure peut être tout autre moyen de connaître la position du plateau. Ce dispositif de mesure peut être externe au dispositif de l'invention. The wheels are equipped with treads to allow good grip. At least one of the wheels participating at the first trajectory is driven by a motor and at least one of the wheels participating to the second trajectory is driven by a motor. Both of these engines are controlled by the host computer. The position, speed, and acceleration of the platter are measured by means of a suitable device and transmit to the host computer. This measuring device may consist of an angular encoder measuring the rotation of the wheels and for each path. This measuring device may also consist of a mouse attached to the flat plate and whose ball rolls on the work surface. This measuring device can be any other means of knowing the position of the plate. This measuring device may be external to the device of the invention.

Un dispositif de sécurité permet, d'une part, de limiter l'étendu du déplacement du chariot et du plateau, d'autre part, d'inhiber le fonctionnement de l'interface tant qu'une main ou tout autre partie du corps n'est pas posée correctement sur le plateau. Ce dispositif de sécurité autorise le déplacement du plateau et du chariot sans que l'ordinateur ne mette à jour la position du plateau de la même façon que lorsque l'on soulève la souris lorsqu'elle sort du tapis de souris. A safety device makes it possible, on the one hand, to limit the extent of movement of the carriage and the plate, on the other hand, to inhibit the operation of the interface as long as a hand or any other part of the body is not posed correctly on the board. This safety device allows the moving of the tray and the carriage without the computer updating the position of the tray in the same way as when the mouse is lifted when it comes out of the mouse pad.

Le chariot peut aussi être équipé de palpeur afin d'éviter une chute lorsqu'il atteint les bord du plan de travail( si par exemple celui-ci est une table). The trolley can also be equipped with a probe to prevent a fall when it reaches the edge of the work surface ( if for example it is a table).

Pour adapter le dispositif aux diverses utilisations possibles, la face supérieure du plateau est équipé d'un moyen de fixation dans le butd'y adapter divers modules: - un module de forme adaptéeà la morphologie de la mami ouà un doigt ou à plusieurs doigts avec des touches pour le cliquage, - un module permettant de l'utiliserà l'aide d'un stylet, - un module sensitif qui permet de donner des indicationsà l'ordinateur hôte, par exemple simuler un clavier sur le plateau, - un module comportant un écran plat éventuellementà surface sensitive. Pour adapter le dispositif aux diverses utilisations possibles, le plateau peut comprendre dans sa partie supérieure une forme adaptéeà la morphologie de la main. Le plateau peut également comprendre dans sa partie supérieure un logement destinerà permettre l'mitroduction de la pointe d'un stylet. Le plateau mobile peut également comporter une ou plusieurs zones de cliquage. Le plateau mobile peut également comporter une partie supérieure sensitive permettant de connaître la position du doigt de l'utilisateur sur le plateau. Le plateau peut comporter également une partie supérieure constituée par un écran plat éventuellementà surface sensitive. To adapt the device to the various possible uses, the upper face of the plate is equipped with a fixing means for the purpose of of adapting various modules : - a module of shape adapted to the morphology of the mami or to a finger or to several fingers with keys for the click , - a module allowing to use to using a stylus, - a sensitive module that allows to give indications to the host computer, for example simulate a keyboard on the board, - a module with a flat screen possibly to surface sensitive. To adapt the device to various possible uses, the tray may include in its upper part a shape adapted to the morphology of the hand. The tray may also include in its upper part a housing for to allow the mitroduction of the tip of a stylus. The movable platen may also include one or more click zones. The movable plate may also include a sensitive upper part to know the position of the user's finger on the plate. The tray may also comprise an upper part consisting of a flat screen possibly to sensitive surface.

Le dispositif de l'invention comprend une carte électronique qui gère son fonctionnement. Cette carte est construite autour d'un Mlicrocontrôleur qui fonctionne de façon autonome ou en liaison avec un ordinateur hôte équipé d'une interface graphique. Dans le cas d'un fonctionnement autonome du dispositif de I'Mivention, le plateau peut-être équipé d'un écran plat afin d'intégrer l'interface graphique au dispositif. La liaison entre le dispositif de l'invention et l'ordinateur hôte est assurée soit par une liaison série et un cable, soit par une liaison sans fils inftarouge ou radio. L'énergie nécessaire au fonctionnement peut être apportée, soit par une alimentation extérieure, soit par des piles ou batteries placées dans le chariot ou le plateau. Brève description des dessins: La figure1 représente le shéma de principe, vue de face suivant la coupe A-A, de la première réalisation de l'invention. The device of the invention comprises an electronic card that manages its operation. This card is built around a microcontroller that operates autonomously or in conjunction with a host computer equipped with a graphical interface. In the case of an independent operation of the device of 1'Mivention, the tray can be equipped with a flat screen to integrate the graphical interface device. The connection between the device of the invention and the host computer is provided either by a serial link and a cable, or by a wireless link infrared or radio. The energy required for operation can be provided either by an external power supply, or by batteries or batteries placed in the carriage or the tray. Brief description of the drawings : Figure 1 represents the schematic diagram, seen from the front according to section A-A, of the first embodiment of the invention.

La figure 2 représente le shéma de principe, vue de dessus suivant une coupe BB.. de la première réalisation de l'mivention. Figure 2 shows the schematic diagram, seen from above in a section BB .. of the first embodiment of the mivention.

La figure3 représente le shéma de principe de la carte électronique gérant les premières réalisations de l'invention. Figure 3 represents the schematic diagram of the electronic card managing the first embodiments of the invention.

La figure 4 représente une vue en perspective, avec une coupe partielle du plateau, de la première réalisation de l'invention. Figure 4 shows a perspective view, with a partial sectional view of the plate, of the first embodiment of the invention.

La figure5 représente en détail, vue de dessus, le chariot de la première réalisation de l'invention avec les détails d'un réducteur possible et d'un detecteur de position angulaire possible. Figure 5 shows in detail, seen from above, the carriage of the first embodiment of the invention with the details of a possible reducer and a possible angular position detector.

La figure6 représente, vue de face, le chariot de la première réalisation de l'invention avec les détails d'un réducteur possible. The figure 6 represents, front view, the carriage of the first embodiment of the invention with the details of a possible reducer.

La figure7 représente, vue de gauche, le chariot de la première réalisation de l'invention avec les détails d'un réducteur possible. Figure 7 shows, on the left, the carriage of the first embodiment of the invention with the details of a possible reducer.

La figure8 représente une vue en perspective sur un plan de travail, d'une variante de la première réalisation de l'invention avec deux zones de cliquage. La figure9 représente, vue de face, la première réalisation de l'invention en mettant en évidence le dispositif de limitation des mouvements verticaux du plateau. The figure 8 represents a perspective view on a work plane, a variant of the first embodiment of the invention with two click zones. The figure 9 represents, front view, the first embodiment of the invention by highlighting the device for limiting the vertical movements of the plate.

La figure10 représente, vue de face, des premières réalisations de Ilinvention en mettant en évidence le dispositif de fixation des différentes faces supérieures de plateau possibles. The figure 10 represents, front view, first embodiments of the invention by highlighting the fixing device of the various possible upper plateau faces.

La figure11 représente, vue de face, une variante de la première réalisation de l'invention en mettant en évidence une face de plateau possible comportant une forme adaptéeà la paume de la main. Figure 11 represents, front view, a variant of the first embodiment of the invention by highlighting a possible plateau face having a shape adapted to the palm of the hand.

La figure 12 représente, vue de face, une vaniante de la première réalisation de l'invention en mettant en évidence une face de plateau possible comportant une forme adaptéeà IM'sertion d'un stylet. Figure 12 shows, front view, a vaniante of the first embodiment of the invention by highlighting a possible plateau face having a shape adapted to the insertion of a stylus.

La figure13 représente, vue de face, une variante de la première réalisation de l'invention en mettant en évidence un détecteur de position possible. Figure 13 shows, front view, a variant of the first embodiment of the invention by highlighting a possible position detector.

La figure 14 représente, vue de dessus, la deuxième réalisation de l'invention en mettant en évidence les huit moteurs et un détecteur de position fixé sur le plateau. Description détaillée des meilleurs modes de réalisations: Dans le premier mode de réalisation de l'invention (figure 4), nous reconstituons un objet holonome à partir de deux éléments: - un chariot mobile (2) se déplaçant rectilignement sans glissement sur le plan(10) de la surface de travail fixe suivant l'axe X ceci grâceà des roues(3 et 4) équipant la partie inférieure du chariot et en contact avec la surface de travail. FIG. 14 represents, viewed from above, the second embodiment of the invention by highlighting the eight motors and a position detector fixed on the plate. Detailed description of the best embodiments : In the first embodiment of the invention (Figure 4), we reconstruct a holonomic object to from two elements : - a movable carriage (2) moving straight without sliding on the (10) plane of the fixed working surface along the X axis this thanks to wheels (3 and 4) equipping the lower part of the carriage and in contact with the work surface.

- un plateau plan(1) se déplaçant rectilignement sans glissement sur le dessus du chariot suivant l'axe Y, ceci au moyen de roues(6 et27) équipant la partie supérieure du chariot (2) et n'étant pas en contact avec la surface de travail fixe(10). - a flat top (1) moving straight without sliding on the top of the carriage along the Y axis, this by means of wheels (6 and 27) equipping the upper part of the carriage (2) and not in contact with the fixed working surface (10).

Les axes X et Y sont orthogonaux ce qui permet au plateau de décrire l'ensemble du plan. The X and Y axes are orthogonal, which allows the plate to describe the whole plane.

Dans la première réalisation de l'invention (Figure1 et 2),il s'agit d'un chariot (2) muni de quatre roues(3, 4,28 et29) assemblées sur deux axes parallèles(7 et8), au moins un(8) des axes est entraîné par un moteur (20). Ce chariot (2) est équipé de quatre autres roues(5, 6, 26 et27) sur deux axes parallèles(9 et30) dont un au moins est entraié par un moteur (21). Sur ces quatre roues, un plateau(1) rigide et d'un certain poids est posé. In the first embodiment of the invention (Figure 1 and 2), it is a carriage (2) with four wheels (3, 4, 28 and 29) assemblies on two parallel axes (7 and 8), at least one (8) of the axes is driven by a motor (20). This carriage (2) is equipped with four other wheels (5, 6, 26 and 27) on two parallel axes (9 and 30) of which at least one is driven by a motor (21). On these four wheels, a plate (1) rigid and a certain weight is placed.

En l'absence d'alimentation des moteurs, les roues doivent pouvoir tourner librement afin de ne pas gêner le mouvement du plateau et de la main qui le met en mouvement. Dans la réalisation principale de l'inventior4 deux capteurs de positions angulaires (respectivement 24 et25) placés sur deux des quatre axes de roues (respectivement7 et30), permettent de déterminer, d'une part, la position du chariot (2) par rapportà la table(10) et d'autre part la position du plateau(1) par rapport au chariot (2). In the absence of power to the motors, the wheels must be able to turn freely so as not to hinder the movement of the plate and the hand that sets it in motion. In the main embodiment of the inventior4 two angular position sensors (respectively 24 and 25) placed on two of the four wheel axes (respectively 7 and 30) , are used to determine, on the one hand, the position of the carriage (2) in relation to to the table (10) and on the other hand the position the tray (1) in relation to the carriage (2).

Chaque roue est équipée d'une bande de roulement en caoutchouc ou pneu permettant l'adhérence entre la table et le chariot d'une part, entre le chariot et le plateau d'autre part. Chaque moteur est équipé d'un limiteur de couple afi d'éviter la surchauffe. Each wheel is equipped with a rubber or tire tread allowing adhesion between the table and the trolley on the one hand, between the trolley and the plate on the other hand. Each motor is equipped with a torque limiter to prevent overheating.

Chaque moteur est éventuellement équipé (Figure 2) d'un réducteur réversible (22 et23) de préférenceà engrenages droits afin de limiter le couple de résistance de l'ensemble moteur et réducteur non al ùînenté. Tout type de réducteur réversible peut convenir. Cette ensemble réducteur moteur peut être remplacé par un motoréducteur standard. Each motor is optionally equipped (Figure 2) with a reversible gearbox (22 and 23) preferably with spur gears in order to limit the resistance torque of the motor assembly and non-alumina reductant. Any type of reversible gearbox may be suitable. This motor gear unit can be replaced by a standard geared motor.

Dans la première réalisation de l'invention (Figure5, 6 et7), les moteurs 32 et3 1) sont équipés de réducteurs réversibleà base d'engrenages droits correctement dimensionnés. Cependant, tous les types de réducteurs réversibles peuvent convenir. On peut aussi remplacer l'ensemble moteur plus réducteur par un motoréducteur standard pourvu que ces dimensions soient adaptées. In the first embodiment of the invention (Figure 5, 6 and 7), 32 and 3 1) are fitted with reversible gearboxes to correctly sized right gear base. However, all types of reversible reducers may be suitable. It is also possible to replace the motor plus reduction unit by a standard geared motor provided that these dimensions are adapted.

Pour le premier moteur, le réducteur est composé d'un petit pignon sur l'axe (47) du moteur(3 1), d'un grand pignon intermédiaire accouplé fixementà un deuxième petit pignon (46), enfin un deuxième grand pignon (45) accouplé fixement avec l'axe(7) d'un essieu de roues. Pour le deuxième moteur,le réducteur est composé d'un petit pignon sur l'axe (54) du moteur(32), d'un grand pignon intermédiaire accouplé fixementà un deuxième petit pignon (55), enfin un deuxième grand pignon(56) accouplé fixement avec l'axe(30) d'un essieu de roues. For the first motor, the gearbox is composed of a small pinion on the axis (47) of the motor (3 1), of a large intermediate gear mated fixedly to a second small pinion (46), finally a second large pinion (45) fixedly coupled with the axis (7) of a wheel axle. For the second motor, the gearbox is composed of a small pinion on the axle (54) of the engine (B) (32), of a large intermediate gear mated firmly. </ Div> B> to a second small pinion (55), finally a second large pinion (56) fixedly coupled with the axis (30) of a wheel axle.

Les pipons sont dimensionnés et réglés de manièreà permettre une réversibilité du système et transmettre la puissance nécessaire. Pour des raisons de coût ils peuvent être en plastique moulé. The pipons are dimensioned and adjusted so as to allow reversibility of the system and transmit the necessary power. For reasons of cost they can be molded plastic.

Le codeur de position angulaire (Figure5) pour le premier axe de déplacement, axe X, est constitué par: - une roue dentée (41) solidaire de l'axe du moteur c'està dire avant réduction, - une double fourche optique infra rouge (42) dans laquelle passe la roue dentée. Le codeur de position angulaire (Figure5) pour le deuxième axe de déplacement, axe Y, est constitué par: - une roue dentée (44) solidaire de l'axe du moteur c'està dire avant réduction, - une double fourche optique infra rouge (43 dans laquelle passe la roue dentée. Ces fourches optiques comprennent un émetteur et en face deux récepteurs. Elles permettent de déterminer: le sens du mouvement, la position par comptage, la Période entre deux passages de dents pour calculer la vitesse de rotation instantanée. The angular position encoder (Figure 5) for the first axis of displacement , axis X, is constituted by : - a toothed wheel (4 1) integral with the axis of the engine is to say before reduction, - a double optical fork infrared (42) in which the gear wheel passes. The angular position encoder (Figure 5) for the second axis of movement, Y axis, is constituted by : - a toothed wheel (44 ) integral with the axis of the engine is to say before reduction, - a double infrared optical fork (43 ) in which passes the These optical forks consist of a transmitter and two receivers in front of one another to determine: : the direction of movement, the position by counting, the Period between two passes of teeth to calculate the speed of rotation instant.

La face intérieure du plateau doit permettre une bonne adhérence aux roues du chariot,à cet effet une feuille antidérapante peut-être collée sur le fond du plateau. La face exterieure du plateau doit permettre un touché agréable et un bon contact avec la main de l'utilisateur car c'est cette face qui transmet les forces entre le dispositif et la main de l'utilisateur. Le plateau peut être constitué d'une plaque de métal inoxydable, d'une plaque de plastique légèrement rugueuse ou de toute autre matière appropriée. Le plateau peut comprendre dans sa partie supérieure une forme adaptéeà la morphologie de la main. Le plateau peut comprendre dans sa partie supérieure un logement destinerà permettre l'introduction de la pointe d'un stylet. Les différents types de plateaux possibles peuvent être interchangeables. The inner face of the tray must allow good adhesion to the wheels of the carriage, to this effect an anti-slip sheet may be glued to the bottom of the tray. The outer face of the tray must allow a pleasant touch and good contact with the hand of the user because it is this face that transmits forces between the device and the hand of the user. The tray may be made of a stainless metal plate, a slightly rough plastic plate or any other suitable material. The tray may include in its upper part a shape adapted to the morphology of the hand. The tray may include in its upper part a housing for to allow the introduction of the tip of a stylus. The different types of trays possible can be interchangeable.

Le dispositif est reliéà l'ordinateur par l'intermédiaire d%ne interface électronique qui peut être "intégrée dans le chariot. The device is connected to the computer via an electronic interface which can be integrated into the carriage.

Pour utiliser ce dispositif, on pose la main, un doigt ou une partie quelconque du corps sur le plateau. La main peut ainsi donner un mouvement suivant deux dimensions au plateau qui se comporte alorsà la manière d%ne souris d'ordinateur. To use this device, you put your hand, a finger or any part of the body on the board. The hand can thus give a two-dimensional movement to the board, which then behaves like a computer mouse.

Un logiciel adapté permet de rendre des sensations haptiques. Dans une variante de la première réalisation (figure9), le chariot comprend un ou deux rainurages(52) en T sur sa partie supérieure, auxquels correspondent un ou deux rails en T(5 1) dont est muni le plateau(1). Le ou les rails, dits de retenue verticale, glissent librement dans le raffiurage de façonà ne pas gêner le contact entre les roues et le plateau. Ce dispositif empêche les déplacements verticaux trop important du plateau mais doit permettre de soulever légèrement le plateau pour pouvoir le déplacer sans faire tourner les roues. An adapted software makes it possible to make haptic sensations. In a variant of the first embodiment (FIG. 9), the carriage comprises one or two grooves (52) in T on its upper part, to which correspond one or two rails in T (5 1) which is equipped with the tray (1). The rails or rails, called vertical retaining, slide freely in the refining so to do not interfere with the contact between the wheels and the plate. This device prevents excessive vertical movement of the tray but must allow to slightly lift the tray to move it without rotating the wheels.

D'autre part (figure9), le chariot dispose d'un contacteur de sécurité(50) actif lorsque la mami est posée correctement sur le plateau. Ce dispositif de sécurité permet d'inhiber le fonctionnement de l'interface tant qu'une main ou tout autre partie du corps n'est pas posée correctement sur le plateau. On the other hand (Figure 9), the carriage has a safety switch (50) active when the mami is placed correctly on the tray. This safety device makes it possible to inhibit the operation of the interface as long as a hand or any other part of the body is not correctly placed on the plate.

Les moteurs sont désactivés et la position n'est plus mise à jour par l'ordinateur dès que la main de l'utilisateur n'est plus placée correctement sur le plateau. Cela autorise l'utilisateurà remettre le plateau dans une position où la manipulation est plus confortable, tout comme l'utilisateur d'une souris d'ordinateur la soulève pour la replacer au centre du tapis de souris. Le plateau (figure8) comprend des touches mécaniques(60 et61) ou des zones sensibles dans le but d'autoniser des fonctions de cliquage similaireà celles d'une souris classique. Dans une variante de la première réalisation (figure10), la face supérieure du plateau peut être interchangeable par vissage(65 et66), clipsage ou tout autre moyen de fixation. Les taraudages nécessaires au vissage sont réalisés dans des trous percés dans le rail(57) dit de retenue verticale, et ce, sans gêner le mouvement de ce rail dans la rainure(58) correspondante du chariot. La face supérieure du plateau(1) peut comporter une forme(62) adaptéeà la paume de la main (figure11). La face supérieure du plateau(1) peut comporter une forme(63) adaptéeà l'insertion d!un stylet (64) (figure 12). La face supérieure peut aussi comporter un écran plat éventuellementà surface sensitive. Dans une deuxième réalisation de l'invention (figure 14), afin de réduire l'épaisseur du dispositif de l'invention, chaque roue est coupléeà un moteurà courant continu sans réducteur(66 à 73). Le diamètre des roues peut-être réduit afin de profiter d'un couple maximum. La position du plateau de l'interface est détermffiée par un système optique simple fixé sur le plateau (74). Un dispositif de sécurité permet, d'une part, de limiter l'étendu du déplacement du chariot et du plateau, d'autre part, d'inhiber le fonctionnement de l'interface tant qu'une main ou tout autre partie du corps n'est pas posée correctement sur le plateau. Le dispositif de l'invention est mis au repos que la main de l'utilisateur n'est plus placée correctement sur le plateau. Cela autorise le déplacement du plateau sans modifier la position calculer par l'ordinateur. Dans une variante des premières réalisations de l'invention, le plateau comporte, en plus, une partie supérieure sensitive permettant de connaÎtre la position du doigt de l'utilisateur sur le plateau. The engines are disabled and the position is no longer updated by the computer as soon as the user's hand is no longer placed correctly on the board. This allows the user to return the tray to a position where handling is more comfortable, just as the user of a computer mouse lifts it to the center of the mouse pad. Tray (Figure 8) includes (60 and 61) mechanical keys or hotspots to autonize click functions similar to those of a classic mouse. In a variant of the first embodiment (Figure 10), the upper face of the plate can be interchangeable by screwing (65 and 66), clipping or any other means of attachment. The threads required for screwing are made in holes drilled in the so-called vertical retention rail (B) (57), without hindering the movement of this rail in the groove (58) corresponding carriage. The top of the (1) board can have a (62) shape that fits to the palm of the hand (Figure 11) The top of the (1) board can have a (63) shape suitable for inserting a stylus (64) (Figure 12). The upper face may also include a flat screen possibly to sensitive surface. In a second embodiment of the invention (FIG. 14), in order to reduce the thickness of the device of the invention, each wheel is coupled to a motor to direct current without gearbox (66 to 73). The diameter of the wheels can be reduced to take advantage of maximum torque. The position of the interface tray is determined by a single optical system attached to the tray (74). A safety device makes it possible, on the one hand, to limit the extent of movement of the carriage and the plate, on the other hand, to inhibit the operation of the interface as long as a hand or any other part of the body is not posed correctly on the board. The device of the invention is put to rest that the hand of the user is no longer correctly placed on the tray. This allows the tray to be moved without changing the computing position. In a variant of the first embodiments of the invention, the plate further comprises a sensitive upper part to know the position of the user's finger on the plate.

Dans une variante des premières réalisations de l'invention, le plateau comporte, en plus, une partie supérieure constituée par un écran plat éventuellementà surface sensitive. Dans toutes les réalisations du dispositif de l'mivention, les mesures de position peuvent être réalisées au moyen d'une souris classique solidaire du plateau et dont la boule est en contact avec la surface de travail. Dans toutes les réalisations du dispositif de l'invention, les mesures de position peuvent être réalisées au moyen de deux lecteurs optiques (figure13) placés sur le chariot. Le premier lecteur constitué d'un émetteur infrarouge(76) et eun récepteur infrarouge(77) ayant le même centre optique, lit un motif dessmié sur le plateau. Le deuxième lecteur constitué d'un émetteur infrarouge(75) et d'un récepteur infrarouge (74) ayant le même centre optique, lit un autre motif placé sur la surface de travail. Dans toutes les réalisations du dispositif de l'invention, les mesures de position peuvent être réalisées au moyen d'un traqueur extérieur au dispositif L'interface électronique peut être placée dans le chariot(78) (figure13). Pour toutes les réalisations du dispositif de I'Mivention, la carte électronique de commande (Figure3), est construite autour d'un rmicrocontrôleur standard (301) c'està dire d'un circuit "intégré contenant un microprocesseur, de la mémoire vive et morte, des ports d'entrée sortie. La carte électronique peut être contenue dans un boitier externe ou intégrée dans le chariot (2) ou le plateau(1) (figure 4). In a variant of the first embodiments of the invention, the plate further comprises an upper portion constituted by a flat screen optionally to sensitive surface. In all embodiments of the device of the mivention, the position measurements can be performed by means of a conventional mouse fixed to the plate and whose ball is in contact with the working surface. In all embodiments of the device of the invention, the position measurements can be performed by means of two optical readers (Figure 13) placed on the carriage. The first reader consisting of an infrared transmitter (76) and an infrared receiver (77) having the same optical center reads a pattern on the tray. The second reader consisting of a (75) infrared transmitter and an infrared receiver (74) having the same optical center, reads another pattern placed on the work surface. In all the embodiments of the device of the invention, the position measurements can be performed by means of a tracker outside the device. The electronic interface can be placed in the carriage (78) (FIG. B> 13). For all the implementations of the transmission device, the electronic control board (Figure 3), is built around a standard microcontroller (301 it's to say of an integrated circuit containing a microprocessor, RAM and dead, input ports output.The electronic card can be contained in a box external or built-in carriage (2) or tray (1) (Figure 4).

Autour de ce microcontrôleur, on trouve - une al#entation (302) pour l'électronique digitale, cinq Volts et une alimentation(303) pour les moteurs, l'énergie peut être fournie par un transformateur branché sur le secteur ou par une ou plusieurs batteries, - un circuit adaptateur bidirectionnel (304) pour l'miterface série ou parallèle, - un circuit de commande des moteursà courant continus(305), - deux codeurs optiques(312 et313) ou des lecteurs optiques. Around this microcontroller, we find - a (302) alignment for digital electronics, five volts and a power supply (303) for motors, energy may be supplied by a transformer connected to the mains or by one or more batteries, a bidirectional adapter circuit (304) for the serial or parallel miterface, - a motor control circuit to DC current (305), - two optical encoders (312 and 313) or optical drives.

- un dispositif de liaison(3 10) avec l'ordinateur hôte(3 11), cable ou liaison sans fils infrarouge ou radio. - a link device (3 10) with the host computer (3 11), cable or link without infrared or radio son.

Les codeurs optiques angulaires(3 12 et3 1 3) sont constitués d'une double fourche optique dans laquelle passe les dentures d'une roue dentée solidaire de l'axe des moteurs d'entraînement(306 et307). Angular optical encoders (3 12 and 3 1 3) consist of a double optical fork in which passes the teeth of a toothed wheel integral with the axis of drive motors (306 and 307).

D'autre entrées (314) sont disponibles pour: - un contacteur de sécurité(50) (figure9) ou une surface sensitive. Other inputs (314) are available for: - a safety contactor (50) (figure9) or a sensitive surface.

- des touches ou des zones sensibles pourle cliquage. Elle peut comprendre aussi une interface série destiée à y raccorder une souris classique ou tout autre dispositif traqueur standard. Le logiciel du microcontrôleur assure: a) la réception des ordres de Fordmiateur hôte. - keys or hotspots for the click. It may also include a serial interface descriptor to y connect a conventional mouse or any other standard tracker device. The microcontroller software ensures: a) the reception of the orders from the host host.

b) l'émission de l'état de l'interface -. erreurs, position, vitesse et accélération du plateau. Soit périodiquement comme une souris classique, soit en réponseà un ordre de l'ordinateur hôte. b) the transmission of the state of the interface -. errors, position, speed and acceleration of the board. Either periodically as a regular mouse, or in response to an order from the host computer.

c) l'interprétation de l'information issue des codeurs optiques ou des lecteurs optiques afin d'en déduire la position, la vitesse puis l'accélération du plateau et donc de la main de l'utilisateur. c) the interpretation of the information from the optical coders or optical readers to deduce the position, the speed and then the acceleration of the plate and therefore the hand of the user.

d) la commande des moteurs en sens et intensité. L'intensité et donc la puissance développé par le moteur, est déterminé au moyen d'un signalà rapport cyclique variable ou d'un convertisseur digital analogique. d) the control of motors in direction and intensity. The intensity and therefore the power developed by the engine, is determined by means of a signal to variable duty cycle or a digital analog converter.

e) éventuellement, un algorithme de régulation afin de respecter des consignes de position, vitesse accélération, trajectoire. Cette régulation est programmée sous la forme d'un régulateur Position Intégrale Dérivé ou d'une régulation prédictive. e) optionally, a control algorithm to comply with position instructions, speed acceleration, trajectory. This regulation is programmed in the form of a derivative Integral Position controller or a predictive regulation.

Les ordres acceptés par l'interface sont - demande d'information sur l'état de l'interface. remiseà zéro. The commands accepted by the interface are - requesting information on the state of the interface. discount to zero.

annulation des ordres précédents. cancellation of previous orders.

entrée de consignes de régulation.- position, vitesse, accélération, traj ectoire. - commande directe des moteursà courants contffius. Des fonctions haptiques peuvent être programmées dans le microcontrôleur simulationde murs, d'élasticité, de choc, de frottement de glissement, d'attraction, d'accélération, de vibration. regulation setpoint input .- position, speed, acceleration, trajectory. - direct command of motors to current contffius. Haptic functions can be programmed into the microcontroller simulation of walls, elasticity, shock, sliding friction, attraction, acceleration, vibration.

Les fonctions de sécurité sont gérées par le microcontrôleur avec une éventuelle procédure d'arrêt d'urgence. Outre la prise en compte de la présence de la main sur le plateau par le contacteur de sécurité - la durée d'activation des moteurs est limitée, - l'espace de travail est limité, - le chariot peut aussi être équipé de palpeur afin d'éviter une chute du plan de travail. The security functions are managed by the microcontroller with a possible emergency stop procedure. In addition to taking into account the presence of the hand on the plate by the safety switch - the activation time of the motors is limited, - the workspace is limited, - the carriage can also be equipped with probe to avoid a fall of the work plan.

Le dispositif de l'invention peut être utilisé en relation avec un ordinateur hôte équipé d'un système d'exploitation graphique. Un logiciel d'adaptation permet d'utiliser le dispositifà par-tir de progiciels standards ou de jeux existants. Le dispositif de l'invention peut être utiliséà partir de logiciels spécialement conçusà cette effet. Le dispositif de l'invention peut être utilisé à partir d'une console de jeux vidéo. The device of the invention can be used in connection with a host computer equipped with a graphical operating system. Adaptation software makes it possible to use the device from standard software packages or existing games. The device of the invention can be used to from specially crafted software to this effect. The device of the invention can be used to from a video game console.

Le dispositif de l'invention peut intégré un Mlicroordinateur graphiqueà la manière & une console dejeu autonome. The device of the invention can integrate a graphic microcomputer in the manner & a console of j eu autonomous.

Le dispositif de l'invention permet de simuler des sensations haptiques telles que: - sensations de rencontre d'un obstacle dur, mou, élastique, - sensations de glissade, de déplacement sur un tapis roulant, - sensations de chocs, d'accélération, de freffiage, - sensations de vibrations, de tremblements.The device of the invention makes it possible to simulate haptic sensations such as : - encounter sensations of a hard, soft, elastic obstacle, - sensations of slipping, moving on a treadmill, - sensations of shock, acceleration, frefyzing, - sensations of vibrations, tremors.

Cette liste est non exhaustive. This list is not exhaustive.

Claims

Claims 1) An interface device between a computer and a user for entering coordinates on a work surface and for providing force feedback, said interface device comprising -. a) a rigid mobile platform manipulated by the user by a hand, a finger or any other part of the body, a carriage characterized in that it comprises i) one or more wheels ensuring the link between said plate and said carriage, at least one wheel being secured to the axis of a motor controlled by said computer, ii) one or more wheels ensuring the connection of said carriage with the sui-working face, at least one wheel being secured to the axis of a motor controlled by said computer, c) a detector for indicating to Pord Miateur the position or the characteristics of the movement of said plate relative to to said work surface. 2) Device according to claim 1 characterized in that a) said connecting wheels between the plate and the carriage are arranged in such a way that the translation movement of the plate relative to the carriage is rectilinear. b) said connecting wheels between the carriage and the working surface are arranged in such a way that the translation movement of the carriage relative to the work surface is straight. 3) Device according to claim 2 characterized in that a) at least one of the connecting wheels between said plate and said carriage is integral with an axis having an angular motion sensor, b ) At least one of the connecting wheels between said carriage and said working surface is integral with an axis comprising an angular movement sensor. 4) Device according to any one of the preceding claims characterized in that it comprises : a) a device limiting the vertical movements of said plate relative to said carriage. b) an active safety device when the hand or any other part of the body is not properly placed on the board. 5) Device according to any one of the preceding claims characterized in that said movable platen comprises a shape adapted to be grasped by the hand of the user. 6) D ispositif according to any one of the preceding claims characterized in that said movable platen comprises one or more clipping zones comprising either mechanical keys or sensitive surfaces. 7) Device according to any preceding claim characterized in that said plate comprises a sensitive upper face. 8) Device according to any preceding claim characterized in that said plate comprises a shape adapted to the insertion of the tip of a stylus. 9) Device according to any one of the preceding claims characterized in that said plate comprises a flat display screen. 10) Device according to any one of the preceding claims characterized in that said plate comprises a removable upper face.