FR3118672A1 - Interface haptique a temps de reactivite augmente - Google Patents

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haptic interface
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Clément COURBOIS
Alexis GERAY
Gwenael Changeon
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Abstract

Interface haptique comportant :- un effecteur (4) mobile selon deux degrés de liberté destiné à être manipulé par un utilisateur,- au moins un capteur d’état de l’effecteur,- des moyens pour détecter l'intention d’action de l'utilisateur,- deux dispositifs (6, 8) aptes à exercer un effort sur l’effecteur, - un système de contrôle (C) destiné à émettre un signal de commande auxdits dispositifs (6, 8) apte à exercer un effort, ledit système de contrôle (C) comprenant au moins un bloc fonctionnel pour chaque sens de déplacement de l’effecteur pour les deux degrés de liberté, chaque bloc fonctionnel comportant au moins processeur générant des motifs haptique à partir de l’état de l’effecteur, ledit processeur comportant des modes de contrôle, chaque bloc fonctionnel étant configuré pour générer une valeur d’effort élémentaire, ledit système de contrôle étant configuré pour coopérer avec un superviseur, lesdits blocs fonctionnels étant configurés pour être paramétrés par ledit superviseur dans une phase initiale avant l’utilisation de l’interface. Figure pour l’abrégé : 1

Description

INTERFACE HAPTIQUE A TEMPS DE REACTIVITE AUGMENTE
DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La présente invention se rapporte une interface haptique et un système comportant une telle interface haptique.
Les interfaces haptiques sont utilisées pour interagir avec un système par exemple pour le commander, elles peuvent prendre la forme de bouton par exemple rotatif et donc présenter un degré de liberté ou la forme de joystick, présentant au moins deux degrés de liberté. Les joysticks peuvent être utilisés pour les jeux vidéo et permettent par exemple au joueur de déplacer son personnage dans un décor et ressentir haptiquement les éléments du décor, par exemple le passage d’un rideau, la texture d’un tapis…
Le document EP3360026 décrit une interface haptique hybride à un degré de liberté qui met en œuvre à la fois un frein à fluide magnétorhéologique et un moteur électrique, cette interface permet de reproduire une plus grande diversité de motifs haptiques avec un ressenti de grande qualité.
Le document EP3516483 décrit une interface haptique de type joystick à deux degrés de liberté comportant un effecteur connecté mécaniquement à au moins deux freins passifs, par exemple deux freins à fluide magnétorhéologique. Cette interface offre un ressenti haptique amélioré, notamment dans le guidage de l’effecteur suivant des trajectoires complexes.
Les interfaces haptiques comportent ou coopèrent avec un système de contrôle électronique permettant la gestion des informations de position angulaire de l’effecteur autour de l’axe ou de chaque axe. En fonction de la position de l’effecteur et de la configuration de comportement et du domaine d’actionnement qui est souhaité, des signaux de commandes sont envoyés aux freins et/ou moteur par le système de contrôle électronique.
Un rendu haptique de qualité nécessite une grande dynamique d’effort ainsi qu’un temps de réaction très court. La grande dynamique d’effort est obtenue par le biais d’un ou plusieurs actionneurs.
Le temps de réaction très court est favorisé au niveau de chaque actionneur par une boucle classique d’asservissement de bas niveau réalisée par le contrôleur de l’interface. Le temps de cycle est alors par exemple de quelques dizaines de microsecondes.
Un motif haptique consiste alors à réguler les efforts des actionneurs en fonction d’une ou plusieurs variables d’état interne, comme par exemple la position de l’effecteur de l’interface haptique, sa vitesse, son sens d’actionnement, éventuellement de l’intention d’action de l’utilisateur. Le temps de cycle est alors par exemple d’une centaine de microsecondes.
Le motif haptique peut également dépendre d’autres paramètres comme le temps pour la génération de vibrations ou bien des éléments extérieurs. Par exemple, on peut souhaiter que l’interface, utilisée pour commander un engin par exemple, adapte son comportement haptique en fonction de la charge portée par l’engin, en fonction de la présence d’obstacle à proximité, etc. Si l’interface est utilisée pour interagir avec une représentation graphique (menu graphique, simulation virtuelle, …), on peut souhaiter que les motifs haptiques évoluent en fonction du contenu graphique, etc. le temps de cycle est alors par exemple quelques millisecondes.
Une des difficultés qui en découle pour le dispositif haptique est de maintenir la génération des motifs haptiques à une cadence très rapide, par exemple avec un temps de cycle d’une centaine de microsecondes, pour l’ensemble des actionneurs et des degrés de liberté de l’interface tout en permettant d’adapter ou de modifier ces motifs haptiques en fonction d’évènements extérieurs, qui ont par exemple un temps de cycle de quelques millisecondes.
Le temps de réaction va dépendre en grande partie de la manière dont le dispositif est commandé par «le monde extérieur», qu’on appellera système de supervision ou superviseur, et du nombre de motifs haptiques que l’on souhaite produire.
Si le ou les motifs haptiques sont entièrement contenus dans le contrôleur de l’interface, le contrôleur dispose tous les éléments pour piloter à haute vitesse les actionneurs. Mais il faut généralement qu’un grand nombre de motifs haptiques en fonction du nombre de paramètres externes d’adaptation souhaités soit stocké en mémoire dans le contrôleur, plus l’interface comporte de degrés de liberté plus la mémoire doit être importante.
Si le ou les motifs haptiques sont entièrement gérés par le superviseur, ce qui est le cas dans un système de simulation virtuelle couplée à un bras à retour d’effort, le contrôleur est simplifié à l’extrême, il se contente de recevoir les ordres d’efforts pour chaque degré de liberté et pour chaque type d’actionneur de l’interface. Il transmet en retour au superviseur toutes ses variables internes. Mais toute la charge de travail est reportée dans le superviseur, ce qui nécessite plus de puissance de calcul si on cherche à réduire le temps de cycle. Les échanges entre le superviseur et l’interface doivent être très nombreux et très rapides. Ceci n’est pas adapté pour des temps de cycle d’une centaine de microsecondes.
C’est par conséquent un but de la présente invention d’offrir une interface haptique présentant une vitesse de réaction augmentée tout en requérant une capacité de mémoire raisonnable.
Le but énoncé ci-dessus est atteint par une interface haptique d’un système, comportant un effecteur à au moins un degré de liberté, un frein et/ou un moteur en interaction mécanique avec l’effecteur et un système de contrôle du frein et/ou du moteur comportant pour chaque sens de déplacement de l’effecteur du mouvement dans ledit degré de liberté, au moins un générateur de motifs haptiques, appelé également processeur de motifs, qui génère à partir d’informations d’entrée une valeur d’effort élémentaire à appliquer par le frein ou le moteur. Le système de contrôle est configuré pour fonctionner avec un superviseur capable de définir les paramètres au moins du processeur de motifs en fonction d’informations sur l’état de l’effecteur et/ou sur l’environnement du système.
L’invention permet de réduire la mémoire requise pour l’interface haptique tout en permettant une réactivité élevée de l’interface.
En effet, selon l’invention le ou les processeurs sont enregistrés dans l’interface haptique et le paramétrage principal du ou des processeurs de motifs qui requiert un transfert d’un volume de données important se fait avant l’utilisation de l’interface, en phase de démarrage de celle-ci, le temps nécessaire à ce transfert n’a pas d’effet sur le fonctionnement en temps réel de l’interface et un paramétrage additionnel pouvant être fait en temps réel pendant le fonctionnement de l’interface ne requiert qu’un transfert de données d’un volume limité, dont la durée de transfert est suffisamment faible pour ne pas être ressenti par l’utilisateur comme un retard de réaction.
Par exemple, l’interface haptique est utilisée pour interagir dans une scène virtuelle, l’utilisateur peut alors ressentir haptiquement les éléments de décor, tels qu’un tapis, un sol glissant, un sol collant. Pour cela un seul processeur de motif peut être utilisé qui est paramétré en temps réel par le superviseur, i.e. lorsque l’utilisateur se déplace virtuellement dans la scène.
Dans un autre exemple, l’interface haptique utilise plusieurs processeurs de motif adaptés pour chaque sensation à reproduire, chaque processeur est paramétré en phase de démarrage de l’interface.
Dans un autre exemple, le système est un engin de chantier, le superviseur adapte le comportement haptique à des éléments extérieurs, tels que la charge portée par l’engin, en fonction de la présence d’obstacle à proximité. Ces éléments extérieurs sont utilisés pour le superviseur pour paramétrer en temps réel le processeur de motif, ce qui va avoir un effet sur l’effort à appliquer par le frein ou le moteur.
De manière très avantageuse, l’interface haptique comporte au moins un dispositif hybride de génération d’effort comportant un frein et un moteur. Le frein est avantageusement un frein à fluide magnétorhéologique et le moteur est avantageusement un moteur brushless.
L’un des objets de la présente demande est une interface haptique comportant :
- un effecteur mobile selon au moins un degré de liberté destiné à être manipulé par un utilisateur,
- au moins un capteur d’état de l’effecteur,
- des moyens pour détecter l'intention d’action de l'utilisateur,
- un ou plusieurs dispositifs aptes à exercer un effort sur l’effecteur, ledit effort étant commandable,
- un système de contrôle destiné à émettre un signal de commande au dit au moins un dispositif apte à exercer un effort, ledit système de contrôle comprenant au moins un bloc fonctionnel pour chaque sens de déplacement de l’effecteur, pour chaque dispositif apte à exercer un effort sur l’effecteur, pour ledit au moins un degré de liberté, chaque bloc fonctionnel comportant au moins un processeur de motif configuré pour générer au moins un motif haptique à partir d’au moins une variable d’entrée obtenue au moins à partir de l’état de l’effecteur, ledit processeur comportant un ou plusieurs modes de contrôle, chaque bloc fonctionnel étant configuré pour générer une valeur d’effort élémentaire, ledit système de contrôle comportant également des moyens de sélection de la valeur élémentaire entre les valeurs émises par les deux blocs fonctionnels associés aux deux sens de déplacement de l’effecteur, pour chaque dispositif apte à exercer un effort sur l’effecteur, pour ledit au moins un degré de liberté sur la base de l’intention d’action de l’utilisateur, ledit système de contrôle étant configuré pour coopérer avec un superviseur, lesdits blocs fonctionnels étant configurés pour être paramétrés par ledit superviseur au moins dans une phase initiale avant l’utilisation de l’interface.
Lesdits blocs fonctionnels peuvent être configurés pour être paramétrés par ledit superviseur pendant l’utilisation de l’interface.
Avantageusement, ledit processeur est configuré pour être paramétré par ledit superviseur dans une phase initiale avant l’utilisation de l’interface et pendant l’utilisation de l’interface.
Par exemple, chaque processeur comporte une fonction de mappage d’entrée configurée pour fournir une variable d’entrée au processeur à partir au moins de l’état de l’effecteur et ou une fonction de mappage utilisant l’information temps, et une fonction de mappage de sortie pour fournir un effort élémentaire à partir du signal de sortie fourni par le processeur. La fonction de mappage d’entrée et/ou la fonction de mappage de sortie est ou sont avantageusement configurée(s) pour être paramétrée(s) par le superviseur pendant une phase initiale avant l’utilisation de l’interface et/ou pendant l’utilisation de l’interface.
Dans un exemple de réalisation, ledit au moins un bloc fonctionnel comporte plusieurs processeurs et des moyens de combinaison des efforts élémentaires obtenus à partir de chaque processeur.
Avantageusement, les moyens de combinaison sont configurés pour être paramétrés par le superviseur.
De préférence, le dispositif étant apte à exercer un effort comporte un frein et moteur. Le frein peut être un frein à fluide magnétorhéologique et le moteur peut être un moteur de type brushless.
Le ou les modes de contrôle peut ou peuvent être choisi(s) parmi :
- une fonction mathématique de calcul d’une valeur de sortie S en fonction d’une variable d’entrée E, désignée Md1,
- une table d’affectation d’une valeur de sortie S indexée selon une variable d’entrée E, désignée Md2,
- une matrice d’affectation d’une valeur de sortie S indexée selon un couple de deux valeurs d’entrée E1, E2, désignée Md3.
Un autre objet de la présente demande est un système de supervision configuré pour coopérer avec une interface haptique selon l’invention, comportant des moyens d’analyse de l’état de l’effecteur et de l’environnement du système commandé par l’interface et des moyens pour paramétrer le au moins un processeur au moins pendant une phase initiale avant l’utilisation de l’interface haptique.
Le système de supervision peut comporter des moyens pour paramétrer la fonction de mappage d’entrée et/ou la fonction de mappage de sortie et/ou les moyens de combinaison.
Un autre objet de la présente demande est un système comportant un ordinateur dans lequel est chargé un système de supervision selon l’invention et comportant une interface haptique selon l’invention connectée à l’ordinateur, un écran, un programme configuré pour afficher à l’écran au moins une scène et un élément destiné à se déplacer dans la scène et dans lequel l’interface haptique est configurée pour faire interagir l’élément avec des éléments de la scène.
Le programme peut être configuré pour afficher plusieurs scènes successivement et le système de supervision peut être configuré pour que le paramétrage des blocs fonctionnels ait lieu à chaque changement de scène.
Un autre objet de la présente demande est un système de commande d’un engin comportant l’interface haptique selon l’invention et un système de supervision selon l’invention, des moyens pour déterminer l’état de l’engin et/ou de son environnement et dans lequel le système de supervision est configuré pour paramétrer les blocs fonctionnels en foncions de l’état de l’engin et /ou de son environnement.
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
est un exemple de réalisation d’une interface haptique selon l’invention.
est une vue en perspective d’un système à cardan mis en œuvre dans l’interface de la .
est une vue en coupe d’un exemple de dispositif hybride d’application d’effort pouvant être mis en œuvre dans l’interface de la .
est une représentation schématique d’une scène virtuelle dans laquelle l’interface permet de se déplacer.
est une représentation des blocs fonctionnels d’un système de contrôle selon un exemple de réalisation.
est une représentation graphique d’un processeur en fonction du déplacement le long de X.
est une représentation graphique en fonction du déplacement du processeur de la paramétré pour simuler le passage d’un tapis le long de X.
est une représentation graphique en fonction du déplacement du processeur de la paramétré pour simuler le passage d’un rideau.
est un schéma représentant de fonctionnements des fonctions de mappage d’entrée.
est un schéma représentant un exemple de fonctionnement d’une fonction de mappage d’entrée de type troncature.
est un schéma représentant un exemple de fonctionnement d’une fonction de mappage d’entrée de type répétition.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Sur les figures 1 et 2, on peut voir un exemple de réalisation d’une interface haptique à deux degrés de liberté selon l’invention.
Il sera compris que cet exemple n’est en aucun cas limitatif comme cela sera décrit dans la suite de la description.
L’interface haptique comporte un élément d’interaction 4 avec un utilisateur ou effecteur articulé sur un bâti et deux dispositifs hybrides de génération d’effort 6, 8. L’effecteur est relié mécaniquement aux deux dispositifs de génération d’effort 6, 8 de sorte à avoir au moins deux degrés de liberté.
Chaque dispositif comporte un dispositif de génération d’effort résistant F1, F2 ou frein s’opposant à la rotation des axes X et Y respectivement et un deuxième dispositif de génération d'effort M1, M2 formé par un actionneur électromécanique, par exemple un moteur et désigné par la suite « moteur ». Les moteurs sont aptes à appliquer un couple moteur aux axes X et Y.
De préférence, les freins sont des freins à fluide magnétorhéologique.
L’interface haptique comporte également au moins un capteur de position 14, 16 de l’effecteur et au moins un capteur de l’intention d’action de l’utilisateur 11, 13 qui détecte l’effort exercé par l’utilisateur sur l’effecteur, et un système de contrôle configuré pour envoyer des ordres aux dispositifs 6, 8 afin de reproduire un motif haptique sur la base de la position de l’effecteur, de l’effort exercé sur l’effecteur 4 et éventuellement des informations extérieures. Le capteur de l’intention d’action de l’utilisateur détecte au moins la direction de l’effort.
En connaissant la position de l’effecteur et la direction de l’effort l’unité de commande peut assurer un guidage de l’effecteur efficace et offrir un bon ressenti haptique pour l’utilisateur.
L’effecteur 4 a, dans l’exemple représenté, la forme d’une manette s’étendant en position repos le long d’un axe longitudinal Z perpendiculaire sensiblement au plan du bâti 2, et comporte une première extrémité longitudinale destinée à être saisie par la main de l’opérateur et une deuxième extrémité longitudinale connectée mécaniquement aux dispositifs 6, 8.
Dans l’exemple représenté, le dispositif 6 est orienté le long d’un axe X et le dispositif 8 est orienté le long d’un axe Y perpendiculaire à l’axe X et tous deux perpendiculaires à l’axe Z. Les axes X et Y définissent un plan parallèle au plan du bâti. Le dispositif 6 comporte un arbre AM1 s’étendant le long de l’axe X et le dispositif 8 comporte un arbre AM2 s’étendant le long de l’axe Y.
Dans l’exemple représenté, le dispositif 6 est relié mécaniquement à un arbre A1 solidaire de l’effecteur 4 via un système de rapport de vitesse de rotation R1, et le dispositif 8 est relié mécaniquement à un arbre A2 solidaire de l’effecteur via un système de rapport de vitesse de rotation R2.
Dans cette exemple le système de rapport R1, R2 mettent avantageusement en œuvre de poulies et des courroies, ce qui réduit les jeux en comparaison de réducteurs à pignons.
En variante ces systèmes peuvent être omis, et les arbres de dispositifs sont coaxiaux aux arbres A1 et A2 et directement fixés à ceux-ci.
Dans l’exemple représenté, les deux dispositifs 6 et 8 ont des structures similaires, seul le dispositif 6 sera décrit en détail. Il sera compris qu’une interface haptique comportant des dispositifs de structures différentes ne sort pas du cadre de la présente invention.
Sur la , on peut voir un exemple d’un dispositif de génération d’effort 6.
L’actionneur électromécanique peut être par exemple du type machine électrique à courant continu, ou encore machine électrique synchrone, de type « brushless » par exemple, ce qui permet de se passer de balais et de réduire l’inertie du rotor.
Le moteur M1 comporte un arbre moteur AM1 qui est aligné sur l'axe longitudinal X. L’arbre AM1 est couplé mécaniquement avec l’arbre A1 de sorte à être solidaires l’un de l’autre au moins en rotation. L’arbre AM1 et l’arbre A1 sont couplés par le système de rapport R1.
En variante, en l’absence de système de réduction, les deux arbres sont couplés par exemple par une pièce de couplage, par exemple une bague montée sur l’extrémité de l’arbre moteur AM1 et sur l’extrémité de l’arbre d’actionnement A1, chacune des extrémités étant munie d’un méplat coopérant avec la bague. En variante, les arbres peuvent être cannelés et la bague peut présenter une surface intérieure complémentaire.
En variante, un seul arbre peut former l’arbre AM1 et l’arbre A1.
Le frein F1 comporte un fluide dont on peut modifier les caractéristiques au moyen d’un champ magnétique et un système de génération d’un champ magnétique 6’ reçus dans un boîtier 8’. Le fluide est, par exemple un liquide magnétorhéologique. L'ensemble comprenant le boîtier, le fluide et le système de génération d’un champ magnétique forme un frein magnétorhéologique.
Le boîtier 8’ délimite une chambre étanche 9 contenant le fluide magnétorhéologique. Tout ou partie de cette chambre est soumise à un champ magnétique généré par le système 6’. Le boîtier 8’ comporte une paroi latérale 8.1’, un fond inférieur 8.2’ et un fond supérieur 8.3’.
L’arbre AM1 traverse le fond supérieur 8.3’, la chambre 9 et le fond inférieur 8.2’. L'extrémité AM1.1 de l'arbre AM1, opposée à celle portant la poulie au système de rapport S1, traverse le fond inférieur 8.2’ du boîtier 8’ et est guidé en rotation au moyen d'un roulement 11’. Des joints 13’, par exemple des joints toriques, assurent l'étanchéité entre l'arbre et la chambre. Dans l’exemple représenté le roulement est disposé à l’extérieur de la zone étanche délimitée par les joints 13’.
Le boîtier 8’ délimite une chambre étanche confinant le fluide magnétorhéologique.
Le frein 4 comporte également un élément 12 solidaire en rotation de l’arbre AM1 et logé dans la chambre étanche 9. Cet élément est apte à interagir avec le fluide magnétorhéologique, la rotation de l’élément 12 étant plus au moins freinée par le fluide magnétorhéologique en fonction de sa viscosité apparente.
Dans l’exemple représenté, l’élément 12 comporte deux parois latérales concentriques 12.1, 12.2 de section transversale circulaire solidaire d'un fond 12.3, lui-même solidarisé en rotation avec l'arbre.
En variante, l'élément 12 peut ne comporter qu'une paroi latérale ou plus de deux parois latérales concentriques. En variante encore, l'élément 12 pourrait être formé par un disque. Par ailleurs, l'élément d'interaction pourrait comporter des lumières et/ou des portions en saillie ou en creux afin d'augmenter la résistance au déplacement.
Dans l'exemple représenté, le fond inférieur 8.2’ du boîtier 8’ a une forme telle que le volume intérieur de la chambre étanche 9 a une forme qui correspond à celle de l'élément d'interaction 12, ce qui permet de réduire la quantité de fluide nécessaire. Dans l'exemple représenté, un élément cylindrique 15 à section circulaire solidaire du boîtier est interposé entre les deux parois latérales 12.1, 12.2, celui-ci contribue à l’effet de cisaillement du fluide magnétorhéologique lorsque les parois latérales 12.1 et 12.2 sont mises en rotation.
Les parois latérales 12.1, 12.2 de l’élément 12 peuvent être en matériau magnétique ou amagnétique.
Dans l'exemple représenté, le système de génération d'un champ magnétique variable 6’ comporte une bobine fixée sur le boîtier et disposée à l'intérieur de l'élément d'interaction 12, et une alimentation en courant (non représentée) commandée par le système de contrôle.
Dans l’exemple représenté, l’interface comporte des capteurs de positions angulaires 14 et 16 mesurant la position angulaire des arbres des dispositifs 6, 8 ou des arbres A1, A2. Il peut s'agir par exemple de codeurs optiques incrémentaux ou de codeurs magnétiques.
Le capteur d’intention d’action de l’utilisateur détermine au moins la direction de l’effort appliqué par l’utilisateur sur la manette de sorte à identifier son intention avant qu’un changement de position de la manette soit effectivement détecté.
Dans la description ci-dessous, le capteur d’intention sera désigné capteur de force ou capteur de couple à des fins de simplicité.
Pour déterminer l’effort exercé sur l’effecteur, on peut détecter les couples autour des axes X et Y au niveau des dispositifs 6 et 8.
Dans l’exemple représenté, chaque dispositif 6, 8 comporte un capteur de couple 11, 13 respectivement au niveau des dispositifs 6, 8. Un exemple d’un tel capteur est décrit dans le document WO2016050717. Il comporte par exemple un corps d'épreuve dont la déformation provoquée par le couple appliqué par l'utilisateur est détectée par des capteurs d'effort. Le corps d'épreuve peut être fixé par une extrémité au bâti de l’interface et par une autre extrémité au dispositif de génération d’effort, par exemple le boîtier 8. Les capteurs d'effort sont en contact avec le corps d'épreuve au niveau de son extrémité solidarisée au boîtier du dispositif de génération d’effort.
Le corps d’épreuve peut comporter un corps de forme cylindrique à section circulaire. Le corps d'épreuve est par exemple en matériau plastique, tel que l'ABS.
Lorsqu'un couple est appliqué sur l’arbre du dispositif 6, celui-ci provoque une déformation par torsion du corps d'épreuve par l'intermédiaire du boitier du dispositif de génération d’effort lui-même en interaction avec le fluide, lui-même en interaction avec la jupe qui est liée à l’arbre. Cette déformation est détectée par les capteurs d'effort.
Le matériau du corps d'épreuve et sa géométrie peuvent être déterminés en fonction du couple minimal et du couple maximal appliqués, de la sensibilité des capteurs d'effort et du seuil de détection souhaité. En outre, la déformation du corps d'épreuve est telle qu'elle n'est pas perceptible par l'utilisateur. Par exemple, on peut considérer qu'une déformation du corps d’épreuve de quelques microns n'est pas perceptible par l'utilisateur.
Alternativement, on peut mesurer les efforts directement sur le boîtier ou sur l'arbre rotatif, pour cela un capteur de couple serait mis en œuvre.
Le capteur d’effort est par exemple réalisé à l’aide d’éléments piézorésistifs assemblés sous la forme d’un pont de Wheatstone, ils permettent une sensibilité de l’ordre de quelques dizaines de mV par Newton avec une raideur suffisamment élevée pour limiter le déplacement à quelques dizaines de microns à pleine charge. En variante, le ou les capteurs d'effort pourraient être remplacés par un ou des capteurs de déformation formés, par exemple, par des jauges de contrainte directement appliquées sur le corps d'épreuve pour détecter sa déformation.
En connaissant les couples autour des directions X et Y, il est possible de déterminer l’effort appliqué à la manette.
En variante et de manière préférée, on peut détecter directement l’effort au niveau de la manette, ce qui permet d’obtenir une mesure plus précise de l’effort appliqué par l’utilisateur.
Le ou les capteurs liés directement à l’effecteur et le ou les capteurs de couple disposés au niveau des dispositifs de génération d’effort peuvent être par exemple piézorésistifs, piézoélectriques, capacitifs, magnétiques ou optiques.
De préférence, le capteur présente une grande sensibilité et une grande rigidité, de sorte à ce qu’il ne perturbe pas ou peu le ressenti de l’utilisateur.
Les deux dispositifs de génération d’effort 6, 8 sont assemblés en parallèle par une connexion mécanique 18 entre l’effecteur 4 et les arbres A1, A2. Il s’agit d’un système à cardans bien connu de l’homme du métier dont un exemple non limitatif est représenté sur les figures 1 et 2.
Dans l’exemple représenté sur la , l’extrémité 4.2 de l’effecteur 4 est montée fixe dans une pièce 20. L’arbre A1 est relié à la pièce 20 par une pièce 24 en forme de L, une branche 24.1 du L étant solidaire de l’arbre A1 et l’autre branche 24.2 du L étant articulée sur la pièce 20 par un pivot glissant 26. En variante l’extrémité 4.2 de l’effecteur 4 est montée dans la pièce 20 au moyen d’un pivot glissant 22
L’arbre A2 est connecté à la pièce 20 via deux pièces en L 28, 30. Les deux pièces en L 28, 30 sont articulées entre elles par une liaison pivot glissant 32, la pièce en L 28 est articulée en rotation sur l’arbre A2 et la pièce en L 30 est solidaire en rotation sur la pièce 20.
L’interface peut comporter des butées pour limiter le déplacement dans le plan X et Y de l’effecteur.
De manière avantageuse, l’interface comporte des moyens de rappel en position repos (non représenté), i.e. la manette coaxiale l’axe Z. Ces moyens sont par exemple de type magnétique disposés entre le bâti 2 et l’articulation à cardans. Il s’agit par exemple de deux aimants permanents alignés avec l’axe Z, l’un étant porté par le bâti et l’autre par le système à cardans et exerçant une force magnétique de rappel. En variante, un système de rappel à ressort pourrait être utilisé, néanmoins il pourrait induire des frottements.
L’effecteur peut alors être déplacé autour des deux axes X et Y et les dispositifs de génération d’effort 6, 8 sont aptes à appliquer des couples résistants autour de ses axes en fonction de la position de la manette et/ou de l’intention d’action de l’utilisateur.
D’une part, toute autre articulation entre la manette et les dispositifs de génération d’effort permettant de réaliser une interface à au moins deux degrés de liberté entre dans le cadre de la présente invention, telle celle décrite par exemple dansle document Bin Liu. Development of 2d haptic devices working with magnetorheological fluids. Master’s thesis, University of Wollongong, Australia, 2006 ou dans le document A. Milecki , P. Bachman, and M. Chciuk . Control of a small robot by haptic joystick with magnetorheological fluid. Mechatron . Syst . Mater.-MSM, 7, 2011.
De plus, les axes des dispositifs de génération d’effort pourraient ne pas être perpendiculaires. En outre, l’interface pourrait comporter plus de deux dispositifs de génération d’effort, par exemple elle pourrait comporter trois axes à 120°, chacune étant muni d’un dispositif de génération d’effort.
D’autres configurations de la connexion mécanique sont envisageables.
L’effecteur présente deux degrés de liberté l’un autour de l’axe X dans le sens horaire et le sens antihoraire et autour de l’axe Y dans le sens horaire et dans le sens antihoraire.
L’interface haptique comporte également un système de contrôle C configuré pour coopérer avec un système de supervision ou superviseur SUP qui est par exemple chargé dans un ordinateur auquel est connecté l’interface haptique.
Le superviseur SUP et le système de contrôle communiquent entre eux.
Le système de contrôle C transmet au superviseur les variables internes de l’effecteur 4 telles que sa position angulaire autour des axes X et Y, sa vitesse, son sens d’actionnement.
Le superviseur SUP acquiert des informations sur l’environnement du système et sur l’état du système.
Nous décrirons l’invention dans le cas particulier d’un utilisateur déplaçant un personnage dans une scène virtuelle graphique en manipulant l’effecteur. La scène s’affiche par exemple sur l’écran de l’ordinateur. L’environnement est celui de la scène, i.e. les éléments de décors.
La scène est représentée sur la . Il s’agit d’une pièce d’une habitation comportant des murs MU entourant toute la pièce, un escalier E longeant un des murs, un sol S, un tapis T recouvrant une partie du sol, une flaque d’eau W formée sur le sol à côté du tapis et couvrant une autre partie du sol.
L’utilisateur manipule l’effecteur pour déplacer un personnage dans la scène. L’interface haptique est telle qu’elle génère des effets au niveau de l’effecteur permettant à l’utilisateur d’avoir un ressenti haptique des éléments de la scène.
Chaque effet est déterminé en fonction des plusieurs variables d’entrée fabriquées à partir d’informations IE sur l’état de l’effecteur, telles que la position angulaire de l’effecteur autour des axes X et Y, de la vitesse de déplacement de l’effecteur. Une variable temps t peut également être utilisée. En outre, les effets sont déterminés en fonction de la position du personnage dans la scène.
Sur la , on peut voir une représentation d’un exemple de système de contrôle.
Le système de contrôle C génère des signaux de commande pour chaque frein F1, F2 et chaque moteur M1, M2 agissant sur les deux degrés de liberté.
Le système de contrôle C comporte un bloc fonctionnel B pour chaque sens de déplacement désignés BUP et BDOWN de chaque degré de liberté et pour chaque frein et chaque moteur.
Chaque bloc fonctionnel B est configuré pour émettre une valeur d’effort qui sera prise en compte ou non en fonction de l’intention d’action de l’utilisateur désigné I, i.e. le sens de déplacement dans lequel l’utilisateur a l’intention de déplacer l’effecteur. Les blocs fonctionnels B sont avantageusement implémentés séquentiellement par un processeur de calcul mono-cœur pour fournir les valeurs d’effort sélectionnables, ce qui permet de réduire les ressources de calcul requises simultanément. En variante les blocs fonctionnels B sont implémentés en parallèle sur un ou plusieurs processeurs de calcul multi-cœurs.
Chaque bloc fonctionnel B comporte au moins un processeur P de motif ou générateur de motif qui est configuré pour contenir les éléments pour générer l’effet haptique souhaité. Dans la présente description les processeurs P ne sont pas des composants électroniques, ils sont distincts des processeurs de calcul mono-cœur et mutli-cœurs cités ci-dessus.
Chaque processeur P comporte un ou plusieurs modes de commande choisis parmi :
-une fonction mathématique de calcul d’une valeur de sortie S en fonction d’une variable d’entrée E, désignée Md1, comme par exemple une fonction sinus, une fonction affine, une fonction cubique, ou une fonction constante,
- une table d’affectation d’une valeur de sortie S indexée selon une variable d’entrée E, désignée Md2,
- une matrice d’affectation d’une valeur de sortie S indexée selon un couple de deux valeurs d’entrée E1, E2, désignée Md3.
De manière non limitative, les valeurs de sortie peuvent être la valeur d’un couple de freinage et/ou la valeur d’un couple moteur, et la variable d’entrée peut être la position de l’effecteur sur l’un ou l’autre axe.
Chaque processeur P comporte un ou plusieurs de ces modes de commande qui peuvent s’exprimer ou non en fonction du paramétrage appliqué par le superviseur SUP. De préférence chaque processeur comporte tous les modes de commande, ce qui permet de générer un grand nombre de sensations uniquement en modifiant le paramétrage de ces modes de commande permettant qu’ils s’expriment ou non ou de modifier la manière dont ils s’expriment.
Par exemple, un processeur peut s’écrire :
[Math 1]

Les paramètres α, β, γ sont fixés par le superviseur lors de l’initialisation de l’interface et/ou en temps réel. Ainsi certains modes peuvent s’exprimer si leur paramètre est non nul ou ne pas s’exprimer lorsque celui-ci est nul.
Le paramétrage peut avoir lieu au début de l’utilisation de l’interface haptique. Le superviseur transmet les paramètres au bloc fonctionnel à appliquer à chaque processeur. Par exemple, un processeur peut être paramétré pour simuler le sol nu, un processeur peut être paramétré pour simuler le sol recouvert du tapis et un processeur peut être paramétré pour simuler le sol recouvert de la flaque d’eau.
Les processeurs comportent par exemple un tableau de valeurs, le paramétrage modifie l’intensité des valeurs pour simuler un frottement sec pour le sol nu, un amortissement visqueux pour le tapis, et un effet de glissement pour la flaque d’eau.
Par exemple, on peut prévoir un processeur dédié à la simulation du mur, celui-ci génère alors un effet haptique de blocage. Le processeur est paramétré au démarrage par le superviseur et le superviseur n’intervient plus sur ce processeur ni sur l’effet haptique qu’il génère.
Dans un autre exemple, le bloc fonctionnel comporte un seul processeur pour générer les effets du sol et le paramétrage du processeur est modifié en temps réel au cours de l’utilisation par le superviseur pour créer les sensations haptiques différentes. Le processeur est par exemple paramétré pour simuler le passage du tapis lorsque le personnage marche sur le tapis.
Le processeur utilise comme variable d’entrée E (ou E1, E2 pour Md3) le résultat d’une fonction de mappage d’entrée ME. Les signaux d’entrée IE de la fonction de mappage ME peuvent être issus de l’état estimé du l’effecteur à partir des données fournies par les différents capteurs, telles que la position de l’effecteur, dans l’exemple décrit il s’agit de la position angulaire de l’effecteur autour de l’axe considéré, ou de la vitesse de déplacement. En outre d’autres informations peuvent être utilisées comme signal d’entrée, il peut s’agir d’une information du type temps, l’effet étant alors généré à des instants donnés, par exemple pour générer une vibration.
Le choix de la ou des signaux d’entrée peut être paramétré au chargement initial par le superviseur ou au cours du fonctionnement de l’interface, le choix du ou des signaux d’entrée pouvant être modifié en fonction de l’effet à reproduire.
Le processeur comporte une fonction de mappage d’entrée ME des informations IE fournies par les capteurs, ou d’une information temporelle t, pour les transformer en variable d’entrées E utilisées par le processeur. La fonction de mappage génère la mise en correspondance du domaine de variation des informations capteursvers le domaine de variation requis pour la variable d’entréedu processeur. Par exemple un processeur étant configuré en mode Md2 avec un tableau de taille prédéfinie de N+1 points, la variable d’entrée E admet alors des valeurs comprises dans l’intervalle [0, N]. En considérant par exemple que l’information IE utilise soit la valeur angulaire de position présentant des valeurs comprises dans l’intervalle [-10°, +10°], la fonction de mappage permet :
- d’utiliser toute la dynamique de l’information capteur IE, c’est-à-dire ie0=-10° implique e0=0 jusqu’à ie1=+10° implique e1=N. L’effet haptique est alors appliqué sur toute la course angulaire du joystick,
- d’utiliser une portion de la dynamique de l’information capteur IE, c’est-à-dire ie0=-1° implique e0=0 jusqu’à ie1=+2° implique e1=N. L’effet haptique est alors concentré uniquement autour de la zone centrale de la course angulaire du joystick.
Ce fonctionnement est schématisé par la .
La fonction de mappage permet également de n’utiliser qu’une partie du domaine de variation (troncature) (figure 8A) ou bien au contraire d’étendre symboliquement le domaine de variation (répétition) (figure 8B) des informations IE. Une telle délimitation du domaine est définie par la configuration de deux paramètres lm0 et lm1.[lm0, lm1] alors le processeur effectue son traitement, sinon sa sortie est inhibée. L’effet de répétition intervient lorsque [ie0, ie1] est inclus dans [lm0, lm1], le processeur répète alors son motif haptique dans son intervalle de définition [e0, e1]. Dans l’exemple représenté, l’intervalle [0, N] se répète trois fois.
La fonction de mappage d’entrée peut être décrite par le pseudo code suivant:
[Math 2]
Un exemple d’usage de la fonction de mappage est le suivant. On souhaite reproduire une sensation de texture haptique lors du passage sur le tapis T. Cette texture haptique est par exemple réalisée par une variation très rapide des efforts lorsque l’on traverse le tapis, on ressent alors un effet de « crantage » très fin au niveau de l’effecteur. Cette texture est avantageusement réalisée par le processeur avec la définition d’un tableau de valeurs du mode Md2 du processeur. Le superviseur configure dans une phase d’initialisation uniquement le cycle élémentaire de variation d’effort, par exemple un « pic » ( ). Le superviseur n’a ensuite plus qu’à configurer les paramètres ie0, ie1, lm0, lm1 pour que l’effet haptique soit appliqué à la position souhaitée du tapis dans la scène et adapté à la taille du tapis par répétition. La répétition du profil élémentaire, le « pic », étant assurée de manière très rapide par le processeur, l’utilisateur ressentira un crantage fin lors du passage du tapis .
Si on souhaite reproduire la texture d’un second tapis ailleurs dans la scène et éventuellement de taille différente, le superviseur peut reconfigurer les paramètres du processeur lorsque l’utilisateur s’approche du second tapis pour obtenir un effet haptique adapté au passage du second tapis.
Un processeur est configuré pour utiliser une information d’entrée du capteur de position ou de vitesse, ou une information temps pour la fonction de mappage d’entrée ME. Une information temps consiste en une variable interne t qui est incrémentée automatiquement en fonction du temps par le contrôleur. Le superviseur configure la valeur initiale de t ainsi que la valeur de son incrément. Par exemple pour produire une vibration de l’effecteur afin de notifier de manière haptique un message d’alerte, le superviseur peut configurer un processeur de l’actionneur moteur d’un des axes de l’interface avec une fonction mathématique de type « sinus » et avec la fonction de mappage d’entrée utilisant l’information temps.
Le choix de l’information d’entrée (position, vitesse, temps) est exclusif pour un processeur donné mais il est possible de configurer plusieurs processeurs avec des informations d’entrée différentes et la contribution de chaque processeur est alors additionnée en fin de traitement par les moyens MC ( ). Par exemple un processeur est configuré pour reproduire la texture d’un tapis en fonction de la position angulaire de l’axe X de l’interface et un second processeur est configuré pour reproduire une fonction mathématique (mode Md1) croissante en fonction de la vitesse angulaire de l’axe X. On obtient ainsi un effet haptique lors du passage du tapis présentant également un effort visqueux (dépendance à la vitesse de déplacement) lors du passage du tapis.
Le mappage d’entrée ME peut être paramétré en temps réel par exemple pour simuler un sol différent.
Les données d’entrée sont transformées par le processeur en données de sortie.
Le bloc fonctionnel comporte également une fonction de mappage MS de sortie des données de sortie S vers un effort à appliquer au frein et au moteur sur chaque axe.
Cette fonction de mappage peut apporter de manière non limitative un gain, un décalage ou offset, une limitation des bornes minimales et maximales pour produire un effet de saturation.
Cette fonction de mappage MS est également paramétrable par le superviseur SUP, lors du chargement initial et/ou en temps réel.
De préférence, la fonction de mappage de sortie MS intervient sur la dynamique de l’effet, par exemple au moyen d’un gain, ou sur l’amplitude de l’effet au moyen d’un offset. Par exemple si un effet haptique est associé à la manipulation d’une charge pour un engin de chantier, le superviseur peut venir moduler l’intensité de l’effet haptique en fonction du poids manipulé par l’engin. Il pourra affecter un gain/offset faible si la charge est légère et un gain/offset important si la charge est lourde. L’utilisateur ressent alors des efforts plus importants lors de la manœuvre de l’interface, attirant ainsi son attention sur le fait qu’il manipule une charge importante.
Le bloc fonctionnel peut comporter plusieurs processeurs, chaque processeur fournit une contribution d’effort. Le bloc fonctionnel comporte des moyens MC pour combiner les contributions d’effort. La combinaison peut être par exemple une addition mais il pourrait s’agir d’une autre opération comme une multiplication ou une fonction « Maximum ». Par exemple dans le cas d’une addition, certaines de ces contributions peuvent être additionnées, et d’autres invalidées (non prise en compte) ou elles peuvent être toutes sommées. Ces moyens de combinaison sont également paramétrables par le superviseur lors du chargement initial et/ou en temps réel. Ainsi, par exemple suivant la sensation à reproduire les contributions prises en compte et la manière dont elles sont prises en compte peuvent varier. Ces moyens délivrent une valeur d’effort élémentaire.
Comme expliqué ci-dessus, il y a un bloc fonctionnel par sens de déplacement par degré de liberté par actionneur. Le bloc fonctionnel BUP délivre une valeur d’effort élémentaire Feup, et le bloc fonctionnel BDOWN délivre une valeur d’effort élémentaire Fedown. Dans l’exemple de l‘interface de la qui possède deux types d’actionneurs par degré de liberté, le système de contrôle possède quatre blocs fonctionnels de contrôle par degré de liberté.
Comme cela a été mentionné ci-dessus, l’interface comporte un capteur de détermination de l’intention d’action de l’utilisateur, qui détermine le sens dans lequel l’utilisateur a l’intention de déplacer l’effecteur dans le degré de liberté considéré.
En fonction de cette intention de déplacement déterminée, l’un parmi les efforts élémentaires Feup et Fedown fournis par les deux blocs fonctionnels associés à un degré de liberté est sélectionné. Le système de contrôle comporte alors des moyens de sélection SL de la valeur d’effort élémentaire entre les blocs UP et DOWN de frein et entre les blocs BUP et BDOWN du moteur pour chaque axe.
Cette sélection est faite pour chaque degré de liberté.
Ainsi pour le frein et pour le moteur, une valeur d’effort à appliquer est obtenue, cette valeur est envoyée comme signal de commande par le système de contrôle à l’actionneur correspondant.
Dans la description ci-dessus, il a été pris l’exemple d’une scène. En général, un jeu vidéo comporte plusieurs scènes. Le paramétrage des processeurs, des fonctions de mappage ME et MS et/ou des moyens de combinaison MC est effectué de préférence pour chaque scène.
Dans un exemple, le paramétrage de chaque scène a lieu au chargement, ce qui requiert une mémoire plus importante au niveau de l’interface mais limite les transferts de données lors du fonctionnement. Dans cet exemple, le ou les processeurs de chaque scène sont paramétrés au chargement.
Dans un autre exemple, chaque scène est paramétrée en temps réel, i.e. lors du passage d’une scène à l’autre. Dans cet exemple, les processeurs de chaque scène sont paramétrés à chaque scène.
Dans un autre exemple, une partie du paramétrage a lieu au chargement initial et une autre partie a lieu en temps réel.
Par exemple pour une première scène trois processeurs sont utilisés et pour la deuxième scène quatre processeurs sont utilisés, les quatre processeurs étant paramétrés différemment des trois processeurs de la première scène.
En outre, les fonctions de mappage d’entrée et de sortie de chaque processeur peuvent être paramétrées au chargement ou en temps réel, ainsi que les moyens de combinaison des efforts élémentaires.
Nous allons décrire un exemple de fonctionnement d’un joystick haptique coopérant avec le superviseur.
A l’initialisation du joystick haptique, le superviseur SUP configure le système de contrôle C et le ou les processeurs P des différents des blocs fonctionnels B avec les différents paramètres utilisés pour réaliser le rendu haptique de la scène. Cette phase peut nécessiter un grand volume de données et un temps de transfert important, mais ce transfert intervient durant une phase préparatoire, et non pas au cours de l’utilisation du joystick. Ce temps n’a pas d’effet sur le ressenti haptique, l’utilisateur n’utilisant pas encore le joystick. Comme expliqué ci-dessus, le système de contrôle C peut comporter des processeurs dont le paramétrage est fixé à l’initialisation du joystick, ou au moins à l’initialisation d‘une scène, et sur lesquels le superviseur n’intervient plus lors de l’usage et la manipulation du joystick. Cela peut être le cas d’un processeur configuré avec une matrice, permettant de réaliser des effets haptiques de blocage au niveau des murs et des meubles. Une fois le processeur configuré ainsi lors du chargement initial, le superviseur n’a plus à gérer les effets haptiques sur ces obstacles et le processeur est appliqué par le bloc fonctionnel sans modification de celui-ci.
Les informations sur l’état estimé de l’effecteur, telles que sa position, sa vitesse…, qui sont générées pas les capteurs du joystick, sont reçues directement par les blocs fonctionnels pour être « mappées » en vue de leur transformation par les processeurs afin de générer les valeurs d’effort élémentaire. Ces informations sont également transférées au superviseur, notamment en vue de modifier les paramétrages des processeurs, des fonctions de mappage, des moyens de combinaison, pour générer des effets haptiques requérant un tel paramétrage en temps réel. Le superviseur analyse ces informations et détermine si de nouveaux paramétrages des processeurs, des fonctions de mappage d’entrée, des fonctions de mappage de sortie et/ou des moyens de combinaison sont requis.
Le volume de données nécessaire à cette reconfiguration est très faible et ne nécessite que très peu de temps. Par conséquent le ressenti haptique n’est pas détérioré.
Par exemple, un processeur configuré avec une matrice et générant un effet haptique de blocage dans une certaine zone de la scène, peut être reconfiguré en temps réel avec une fonction mathématique de type constante avec l’information d’entrée vitesse pour générer un effet de glissade sur du verglas ou une flaque d’eau dans une certaine zone de la scène, pour cela le moteur est utilisé pour entraîner l’effecteur, et ensuite être à nouveau reconfiguré en temps réel avec une fonction mathématique de type constante avec l’information d’entrée position pour générer un effet de collage dans une autre zone de la scène, pour cela le frein est commandé. Dans le cas où l’on retourne sur la zone de blocage, le superviseur reconfigure le processeur pour l’usage de la matrice car son contenu n’a pas été affecté par les différentes configurations. Le superviseur a la charge de modifier les configurations au moment opportun sur la base de la scène virtuelle. Cependant, comme le paramétrage ne nécessite que très peu d’informations, sa mise en œuvre est imperceptible à l’utilisateur.
Le processeur peut être configuré au chargement initial avec la matrice, les deux fonctions et le changement de configuration en temps réel permet à chacun des modes de commande de s’exprimer à des moments différents. Lors d’un changement de configuration, les modes de commande non exprimés ne sont pas supprimés. Si le personnage repasse sur une zone, le superviseur configure le processeur avec le paramétrage précédent et le mode de commande s’exprime à nouveau.
Sur la on peut voir une représentation graphique d’un processeur sous forme de tableau de valeurs dans un processeur.
Sur la , on peut voir la représentation graphique de l’effet haptique en fonction du déplacement du processeur de la paramétré pour simuler le passage sur un tapis, par exemple le long de la direction X. Les pics très serrés du tapis seront reproduits fidèlement par le contrôleur haptique et à haute cadence, sans intervention du superviseur. Le motif de commande est adapté en position, taille et répété grâce au paramétrage de la fonction de mappage d’entrée ME. Il est adapté en intensité d’effort grâce au paramétrage de la fonction de mappage de sortie MS. Le système de contrôle émet un signal au frein F1 qui agit sur la direction X.
Sur la , on peut voir la représentation graphique en fonction du déplacement du processeur de la paramétré pour simuler le passage d’un rideau le long de la direction X. Le motif de commande est adapté en position, en taille grâce au paramétrage de la fonction de mappage d’entrée ME. On note que le paramétrage n’a pas induit d’effet de répétition. Il est adapté en intensité d’effort grâce au paramétrage de la fonction de mappage de sortie MS. Le système de contrôle émet un signal au frein F1 qui agit sur la direction X. Un processeur attribué à l’actionneur de type moteur est configuré de manière similaire, on notera que le mappage de sortie applique une intensité d’effort moindre (illustré en trait interrompu sur la ). Le système de contrôle émet un signal au moteur M2 qui agit sur la direction X. il est à noter que chaque actionneur a son propre sous-ensemble de processeurs.
Dans l’exemple décrit ci-dessus, le superviseur configure les processeurs en fonction de l’état de l’effecteur et de la position dans la scène virtuelle.
L’invention peut être appliquée à d’autres systèmes. Il peut être utilisé pour la commande de systèmes, le ressenti haptique étant représentatif de l’environnement extérieur au système et/ou de l’état du système. Le superviseur peut alors paramétrer en temps réel le ou les processeurs en fonction de l’évolution de l’environnement et/la modification du système. Par exemple l’interface est utilisée pour commander un engin, le superviseur adapte le comportement haptique en fonction de la charge portée par l’engin, en fonction de la présence d’obstacle à proximité, etc.
L’invention s’applique à des interfaces haptiques à un, deux ou trois degrés de liberté en rotation ou en translation comportant des freins, des moteurs ou des dispositifs de génération d’effort hybrides sur tout ou partie des axes.

Claims (15)

  1. Interface haptique comportant :
    - un effecteur mobile selon au moins un degré de liberté destiné à être manipulé par un utilisateur,
    - au moins un capteur d’état de l’effecteur,
    - des moyens pour détecter l'intention d’action de l'utilisateur,
    - un ou plusieurs dispositifs aptes à exercer un effort sur l’effecteur, ledit effort étant commandable,
    - un système de contrôle destiné à émettre un signal de commande au dit au moins un dispositif apte à exercer un effort, ledit système de contrôle comprenant au moins un bloc fonctionnel pour chaque sens de déplacement de l’effecteur, pour chaque dispositif apte à exercer un effort sur l’effecteur, pour ledit au moins un degré de liberté, chaque bloc fonctionnel comportant au moins un processeur de motif configuré pour générer au moins un motif haptique à partir d’au moins une variable d’entrée obtenue au moins à partir de l’état de l’effecteur, ledit processeur comportant un ou plusieurs modes de contrôle, chaque bloc fonctionnel étant configuré pour générer une valeur d’effort élémentaire, ledit système de contrôle comportant également des moyens de sélection de la valeur élémentaire entre les valeurs émises par les deux blocs fonctionnels associés aux deux sens de déplacement de l’effecteur, pour chaque dispositif apte à exercer un effort sur l’effecteur, pour ledit au moins un degré de liberté sur la base de l’intention d’action de l’utilisateur, ledit système de contrôle étant configuré pour coopérer avec un superviseur, lesdits blocs fonctionnels étant configurés pour être paramétrés par ledit superviseur au moins dans une phase initiale avant l’utilisation de l’interface.
  2. Interface haptique selon la revendication 1, dans laquelle lesdits blocs fonctionnels sont configurés pour être paramétrés par ledit superviseur pendant l’utilisation de l’interface.
  3. Interface haptique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit processeur est configuré pour être paramétré par ledit superviseur dans une phase initiale avant l’utilisation de l’interface et pendant l’utilisation de l’interface.
  4. Interface haptique selon la revendication 1, 2 ou 3, dans laquelle chaque processeur comporte une fonction de mappage d’entrée configurée pour fournir une variable d’entrée au processeur à partir au moins de l’état de l’effecteur et ou une fonction de mappage utilisant l’information temps, et une fonction de mappage de sortie pour fournir un effort élémentaire à partir du signal de sortie fourni par le processeur.
  5. Interface haptique selon la revendication précédente, dans laquelle la fonction de mappage d’entrée et/ou la fonction de mappage de sortie est ou sont configurée(s) pour être paramétrée(s) par le superviseur pendant une phase initiale avant l’utilisation de l’interface et/ou pendant l’utilisation de l’interface.
  6. Interface haptique selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle ledit au moins un bloc fonctionnel comporte plusieurs processeurs et des moyens de combinaison des efforts élémentaires obtenus à partir de chaque processeur.
  7. Interface haptique selon la revendication précédente, dans laquelle les moyens de combinaison sont configurés pour être paramétrés par le superviseur.
  8. Interface haptique selon l’une des revendications 1 à 7, dans laquelle chaque dispositif étant apte à exercer un effort comporte un frein et moteur.
  9. Interface haptique selon la revendication 8, dans laquelle le frein est un frein à fluide magnétorhéologique et le moteur est un moteur de type brushless.
  10. Interface haptique selon l’une des revendications 1 à 9, dans laquelle le ou les modes de contrôle est ou sont choisi(s) parmi :
    - une fonction mathématique de calcul d’une valeur de sortie S en fonction d’une variable d’entrée E, désignée Md1,
    - une table d’affectation d’une valeur de sortie S indexée selon une variable d’entrée E, désignée Md2,
    - une matrice d’affectation d’une valeur de sortie S indexée selon un couple de deux valeurs d’entrée E1, E2, désignée Md3.
  11. Système de supervision configuré pour coopérer avec une interface haptique selon l’une des revendications précédentes, comportant des moyens d’analyse de l’état de l’effecteur et de l’environnement du système commandé par l’interface et des moyens pour paramétrer le au moins un processeur au moins pendant une phase initiale avant l’utilisation de l’interface haptique.
  12. Système de supervision selon la revendication 11, comportant des moyens pour paramétrer la fonction de mappage d’entrée et/ou la fonction de mappage de sortie et/ou les moyens de combinaison.
  13. Système comportant un ordinateur dans lequel est chargé un système de supervision selon la revendication 11 ou 12 et comportant une interface haptique selon l’une des revendications 1 à 10 connectée à l’ordinateur, un écran, un programme configuré pour afficher à l’écran au moins une scène et un élément destiné à se déplacer dans la scène et dans lequel l’interface haptique est configurée pour faire interagir l’élément avec des éléments de la scène.
  14. Système selon la revendication précédente, dans lequel le programme est configuré pour afficher plusieurs scènes successivement et dans lequel le système de supervision est configuré pour que le paramétrage des blocs fonctionnels ait lieu à chaque changement de scène.
  15. Système de commande d’un engin comportant l’interface haptique selon l’une des revendications 1 à 10 et un système de supervision selon la revendication 11 ou 12, des moyens pour déterminer l’état de l’engin et/ou de son environnement et dans lequel le système de supervision est configuré pour paramétrer les blocs fonctionnels en foncions de l’état de l’engin et /ou de son environnement.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010002126A1 (en) * 1995-12-01 2001-05-31 Immersion Corporation Providing force feedback to a user of an interface device based on interactions of a user-controlled cursor in a graphical user interface
WO2016050717A1 (fr) 2014-09-29 2016-04-07 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Interface haptique a rendu haptique ameliore
EP3360026A1 (fr) 2015-10-06 2018-08-15 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Interface haptique hybride a rendu haptique ameliore
US20190210854A1 (en) * 2016-09-21 2019-07-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives System comprising a control station and a controlled device with improved operating safety
EP3516483A1 (fr) 2016-09-21 2019-07-31 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Interface haptique a au moins deux degres de liberte presentant un ressenti haptique ameliore

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010002126A1 (en) * 1995-12-01 2001-05-31 Immersion Corporation Providing force feedback to a user of an interface device based on interactions of a user-controlled cursor in a graphical user interface
WO2016050717A1 (fr) 2014-09-29 2016-04-07 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Interface haptique a rendu haptique ameliore
EP3360026A1 (fr) 2015-10-06 2018-08-15 Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives Interface haptique hybride a rendu haptique ameliore
US20190210854A1 (en) * 2016-09-21 2019-07-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives System comprising a control station and a controlled device with improved operating safety
EP3516483A1 (fr) 2016-09-21 2019-07-31 Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives Interface haptique a au moins deux degres de liberte presentant un ressenti haptique ameliore

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. MILECKIP. BACHMANM. CHCIUK: "Control of a small robot by haptic joystick with magnetorheologicalfluid", MECHATRON. SYST. MATER.-MSM, vol. 7, 2011
BIN LIU: "Master's thesis", 2006, UNIVERSITY OF WOLLONGONG, article "Development of 2d haptic devices working with magnetorheologicalfluids"

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