WO2008135688A1 - Dispositif de pointage mobile en rotation autour de trois axes - Google Patents

Dispositif de pointage mobile en rotation autour de trois axes Download PDF

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WO2008135688A1
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cap
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Eloi Precheur
Etienne Lebreton
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Peugeot Citroën Automobiles SA
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Definitions

  • the invention relates to a pointing device for example for the handling of a navigation assistance device equipping a motor vehicle.
  • Such pointing device also called human machine interface designator, allows among other things a user to navigate in a menu of an interface in order to interact with the system in question which is for example a system of assistance to the GPS type navigation.
  • a pointing device is a control device that translates the movements offered by its kinematics into electronic functional commands, the latter being interpreted by software.
  • Such pointing device typically comprises a frame carrying a pointer which is rotatable about three axes, two of these axes allowing the user to tilt the pointer respectively to the right or to the left, and to the top or down .
  • the third axis corresponds to a possibility to rotate the pointer on itself, for example to scroll a drop-down menu of the interface.
  • the invention relates to a pointing device comprising a frame carrying a pointer movable in rotation about a first, a second and a third axis perpendicular to each other, this pointer comprising a foot hollow having a shape of revolution around the first axis, this hollow foot being surrounded by a ring to which it is secured by a pivot connection oriented along the second axis, this ring being surrounded by a toothed ring to which it is secured by a pivot connection oriented along the third axis, this ring being connected to the frame by a pivot connection oriented along the first axis, this hollow foot carrying a cap at least partially opaque, and also comprising a printed circuit carrying various electrical switches (16, 24, 26, 27, 28, 29, 31) linked in
  • the invention also relates to a device as defined above, wherein the cap is secured to the hollow foot by a slide connection oriented along the first axis, and comprising a central rod passing through the hollow foot and located vis-à-vis a switch to identify a depression of the cap along the first axis, this rod being secured to the frame by a slide connection oriented along the first axis.
  • the invention also relates to a device as defined above, wherein the central rod is made of an opaque or transparent material to guide the light emitted by the diode to the cap.
  • the invention also relates to a device as defined above, wherein the printed circuit carries four so-called peripheral switches located at the right of a lower circular edge of the hollow foot to identify the position in rotation of the pointer around the second axis and around of the third axis.
  • the invention also relates to a device as defined above, in which the printed circuit carries an indexer comprising a rocker carrying a wheel resting on the toothed surface of the toothed crown, and two switches for detecting the inclination of the rocker. .
  • the invention also relates to a device as defined above, in which the maintenance in so-called rest position of the pointer is provided by the elastic elements of the switches.
  • the invention also relates to a device as defined above, wherein the cap comprises a central cover surrounded by a side cover, and wherein the central cover is connected to the side cover by a pivot connection oriented along the first axis, and wherein the central bonnet is connected to the rod by a ball joint which prevents relative rotation about the first axis, and wherein the center of this ball joint is coincident with the center of the ball joint connecting the hollow foot to the frame.
  • Figure 1 is a sectional view of the pointing device according to the invention.
  • Figure 2 shows a locking finger in rotation of the pivot connection connecting the central cover to the rod in the device according to the invention
  • FIG. 3 shows an indexing device for tilting the rotation of the pointer around the first axis in the device according to the invention
  • Figure 4 is a first schematic representation of the printed circuit of the device according to the invention
  • Figure 5 is a second schematic representation of the printed circuit of the device according to the invention.
  • the pointing device according to the invention which is indicated by 1 comprises a pointer 2 which is carried by a frame 3.
  • the pointer 2 comprises a hollow foot 4 having a shape of revolution about a first axis, namely the axis marked by z, and a cap 6 carried by the free end of the hollow foot 4, that is to say the end of this foot 4 that protrudes from the frame.
  • the cap 6 comprises a central cover 7 located vis-à-vis the inside foot 4, and a side or peripheral cover 8 which surrounds the central cover 7 and the upper end of the foot.
  • the central cover 7 and the side cover 8 are connected to each other by a pivot connection oriented along the z axis, while the side cover is connected to the free end of the foot 4 by a slide connection oriented according to the z axis.
  • the frame 3 of the device carries a fixed printed circuit marked by 9, located in the bottom of this frame.
  • a central rod 11 extends parallel to the axis z, from a lower face of the central cover 7, to the printed circuit 9 which is situated vis-à-vis the hollow foot 4.
  • This rod 11 is connected to the printed circuit and / or to the frame 3 by a slide type connection oriented along the z axis. It is on the other hand linked to the central cover 7 by a pivot connection provided to prohibit rotation of the central cover 7 relative to the rod 11 about the z axis.
  • This locking in rotation is provided by one or more radial fingers 12 and 13 of the rod 11, which engage in complementary parallel notches at the z axis and made at the central cover 7, as the notch 14 shown in Figure 2.
  • This pivot connection has its center which coincides with the center of another pivot connection, detailed below, and by which the hollow foot 4 is connected to the frame 3.
  • the entire cap 6 can be driven along the z axis, being displaced in translation relative to the hollow foot 4.
  • the rod 11 which has its upper end resting on an inner face of the hood central 7 is also moved in translation along the axis z, so that it comes to depress one or more of the four electrical switches marked 16.
  • These switches 16 are carried by the printed circuit 9, and they are dedicated to detecting the depression of the pointer. These switches are of the push button type, so that they maintain the pointer 2 in the extended position when it is released.
  • the rod 11 and the central cover 7 are made of an opaque material so as to also provide the backlight of the pointer.
  • the printed circuit 9 carries four light-emitting diodes identified by 17 which are located at the base of the rod. The light emitted by these diodes is conducted by the rod 11 to the central cover 7 to backlight the pointer.
  • the peripheral cover 8 is free to pivot about the axis z, rotating the foot 4 to which it is connected by a z-axis slide connection.
  • the central cover 7 remains motionless in rotation, because it is connected to the peripheral cover 8 by a z-axis pivot connection and because it is connected to the rod 11 by a connection preventing a rotation around the axis z, this rod 11 itself being connected to the frame 3 by a z-axis linkage prohibiting by definition a rotation about the z axis.
  • the hollow foot 4 is connected to the frame 2 by a connection type ball, that is to say, to rotate relative to the frame 2 about the three axes x, y and z corresponding to a direct orthonormal reference. More particularly, the foot 4 is surrounded by a ring 18 being connected thereto by a pivot connection oriented along the x axis in the figures.
  • This ring 18 is itself surrounded by a toothed ring 19 to which it is connected by another pivot connection oriented along the y-axis.
  • the ring 19 is connected to the frame 2 by a pivot connection oriented along the z axis, so that when the pointer pivots about the z axis, the ring 19 also pivots about the z axis.
  • the rotational movements of the ring gear 19 around the z axis are detected by a rocker indexer 21, shown in FIG. 3, including a rocker 22 carrying a rubber wheel 23 and two switches 24 and 26.
  • the rocker is carried by the printed circuit 9 being able to pivot about an axis parallel to the x axis, it has two arms respectively extending to the right of the switch 24 and the switch 26, and it carries in its part central wheel 23 which is supported on the notched lower face of the ring 19.
  • the rocker indexer makes it possible to detect the rotational movements of the pointer around the z axis: when the pointer rotates about the z axis, the switch 24 or 26 alternately switches from the electrically open state to the z axis. electrically closed state due to the notching of the crown 19.
  • the rotational movements of the pointer 2 around the x-axis and the y-axis are themselves identified by another set of switches; identified by 27, 28, 29 and 31 carried by the printed circuit 9. These four switches are located at the right of a circular edge 32 of the hollow foot 4 which corresponds to the end of the hollow foot located vis-à-vis of the printed circuit 9, being uniformly distributed along this circular edge, that is to say being spaced from each other by a quarter turn.
  • These switches are of the push button type: they comprise elastic return means tending to maintain them in the extended position. Thus, the maintenance of the pointer in the rest position, that is to say parallel to the z axis is provided by these switches.
  • the position of the pointer 2 in rotation about the z axis is determined with the switches 24 and 26.
  • the various switches used are for example of the push-button type, so that they comprise resilient return means in the rest position. The return to the rest position of the pointer 2 is thus ensured directly by the return elements of these switches.
  • These switches are for example micro switch type, gold-carbon contact via silicone.
  • the light-emitting diode (s) providing the backlight are, for example LEDs of the LED type.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de pointage mobile en rotation autour de trois axes. Le dispositif comprend un bâti (3) portant un pointeur (2) mobile autour d'un premier, d'un second et d'un troisième axe (x, y, z), il comprend un pied creux (4) de révolution entouré par un anneau (18) auquel il est solidarisé par une liaison pivot orientée selon le second axe (x). Cet anneau (18) est entouré par une couronne crantée (19) à laquelle il est solidarisé par une liaison pivot orientée selon le troisième axe (y), cette couronne (19) étant liée au bâti (3) par une liaison pivot orientée selon le premier axe (z). Le pied creux (4) porte une calotte (6), et le dispositif comprend aussi un circuit (9) portant des commutateurs liés au pied creux (4) pour identifier les mouvements du pointeur (2) et une diode (17) pour éclairer la calotte (6). L'invention s'applique au domaine des interfaces homme-machine pour véhicule automobile.

Description

« Dispositif de pointage mobile en rotation autour de trois axes ».
L'invention concerne un dispositif de pointage destiné par exemple à la manipulation d'un appareil d'assistance à la navigation équipant un véhicule automobile .
Un tel dispositif de pointage, encore appelé désignateur d'interface homme machine, permet entre autres à un utilisateur de naviguer dans un menu d'une interface afin d'interagir avec le système en question qui est par exemple un système d'aide à la navigation du type GPS.
Un dispositif de pointage est un organe de commande qui traduit les déplacements qu'offre sa cinématique en ordres fonctionnels électroniques, ces derniers étant interprétés par un logiciel.
Un tel dispositif de pointage comprend typiquement un bâti portant un pointeur qui est mobile en rotation autour de trois axes, deux de ces axes permettant à l'utilisateur d'incliner le pointeur respectivement vers la droite ou vers la gauche, et vers le haut ou vers le bas .
Le troisième axe, correspond à une possibilité de faire pivoter le pointeur sur lui-même, par exemple pour faire défiler un menu déroulant de l'interface.
Pour faciliter la manipulation du dispositif de pointage lors de la conduite de nuit, il est nécessaire que le pointeur lui-même soit rétro-éclairé, ce qui permet à l'utilisateur de le localiser facilement, pour éviter de le déconcentrer de la conduite.
Il apparaît que les dispositifs de pointage connus mettent en œuvre des technologies complexes et par là même coûteuses, comme par exemple des capteurs de mouvements à bobine inductive, à effet Hall, ou encore optiques . Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une architecture de dispositif de pointage de technologie simple autorisant sa production pour un faible coût de fabrication. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de pointage comprenant un bâti portant un pointeur mobile en rotation autour d'un premier, d'un second et d'un troisième axe perpendiculaires les uns aux autres, ce pointeur comprenant un pied creux ayant une forme de révolution autour du premier axe, ce pied creux étant entouré par un anneau auquel il est solidarisé par une liaison pivot orientée selon le second axe, cet anneau étant entouré par une couronne crantée à laquelle il est solidarisé par une liaison pivot orientée selon le troisième axe, cette couronne étant liée au bâti par une liaison pivot orientée selon le premier axe, ce pied creux portant une calotte au moins partiellement opaque, et comprenant également un circuit imprimé portant différents commutateurs électriques (16, 24, 26, 27, 28, 29, 31) liés en mouvement au pied creux pour identifier les mouvements du pointeur autour des trois axes ainsi qu'au moins une diode pour éclairer la calotte à travers le pied creux.
L'invention concerne également un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel la calotte est solidarisée au pied creux par une liaison glissière orientée selon le premier axe, et comprenant une tige centrale traversant le pied creux et située en vis-à-vis d'un commutateur pour identifier un enfoncement de la calotte le long du premier axe, cette tige étant solidarisée au bâti par une liaison glissière orientée selon le premier axe.
L'invention concerne également un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel la tige centrale est fabriquée en un matériau opaque ou transparent pour guider la lumière émise par la diode vers la calotte. L'invention concerne également un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel le circuit imprimé porte quatre commutateurs dits périphériques situés au droit d'un bord circulaire inférieur du pied creux pour identifier la position en rotation du pointeur autour du second axe et autour du troisième axe.
L'invention concerne également un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel le circuit imprimé porte un indexeur comprenant une bascule portant une roue en appui sur la surface crantée de la couronne crantée, et deux commutateurs pour détecter l'inclinaison de la bascule .
L'invention concerne également un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel le maintien en position dite de repos du pointeur est assuré par les éléments élastiques des commutateurs.
L'invention concerne également un dispositif tel que défini ci-dessus, dans lequel la calotte comprend un capot central entouré par un capot latéral, et dans lequel le capot central est lié au capot latéral par une liaison pivot orientée selon le premier axe, et dans lequel le capot central est lié à la tige par une liaison rotule qui interdit une rotation relative autour du premier axe, et dans lequel le centre de cette liaison rotule coïncide avec le centre de la liaison rotule liant le pied creux au bâti.
L'invention sera maintenant décrite plus en détail, et en référence aux figures annexées.
La figure 1 est une vue en coupe du dispositif de pointage selon l'invention ;
La figure 2 montre un doigt de blocage en rotation de la liaison pivot reliant le capot central à la tige dans le dispositif selon l'invention ;
La figure 3 montre un dispositif d'indexation à bascule de la rotation du pointeur autour du premier axe dans le dispositif selon l'invention ; La figure 4 est une première représentation schématique du circuit imprimé du dispositif selon 1 ' invention ;
La figure 5 est une seconde représentation schématique du circuit imprimé du dispositif selon 1 ' invention .
Comme visible dans la figure 1, le dispositif de pointage selon l'invention qui est repéré par 1 comprend un pointeur 2 qui est porté par un bâti 3.
Le pointeur 2 comprend un pied creux 4 ayant une forme de révolution autour d'un premier axe, à savoir l'axe repéré par z, et une calotte 6 portée par l'extrémité libre de ce pied creux 4, c'est-à-dire l'extrémité de ce pied 4 qui dépasse du bâti.
La calotte 6 comprend un capot central 7 situé en vis-à-vis de l'intérieur de pied 4, et un capot latéral ou périphérique 8 qui entoure le capot central 7 ainsi que l'extrémité supérieure du pied. Le capot central 7 et le capot latéral 8 sont liés l'un à l'autre par une liaison pivot orientée selon l'axe z, alors que capot latéral est lié à l'extrémité libre du pied 4 par une liaison glissière orientée selon l'axe z.
Le bâti 3 du dispositif porte un circuit imprimé fixe repéré par 9, situé dans le fond de ce bâti. Une tige centrale 11 s'étend parallèlement à l'axe z, depuis une face inférieure du capot central 7, jusqu'au circuit imprimé 9 qui est situé en vis-à-vis du pied creux 4.
Cette tige 11 est liée au circuit imprimé et/ou au bâti 3 par une liaison de type glissière orientée selon l'axe z. Elle est d'autre part liée au capot central 7 par une liaison pivot prévue pour interdire une rotation du capot central 7 par rapport à la tige 11 autour de l 'axe z . Ce blocage en rotation est assuré par un ou plusieurs doigts radiaux 12 et 13 de la tige 11, qui s'engagent dans des encoches complémentaires, parallèles à l'axe z et réalisées au niveau du capot central 7, comme l'encoche 14 représentée sur la figure 2.
Cette liaison pivot a son centre qui coïncide avec le centre d'une autre liaison pivot, détaillée plus bas, et par laquelle le pied creux 4 est lié au bâti 3.
L'ensemble de la calotte 6 peut être enfoncé le long de l'axe z, en étant déplacé en translation par rapport au pied creux 4. Dans ce mouvement, la tige 11 qui a son extrémité supérieure en appui sur une face interne du capot central 7 est également déplacée en translation le long de l'axe z, de sorte qu'elle vient enfoncer un ou plusieurs des quatre commutateurs électriques repérés par 16.
Ces commutateurs 16 sont portés par le circuit imprimé 9, et ils sont dédiés à la détection de l'enfoncement du pointeur. Ces commutateurs sont du type bouton poussoir, de sorte qu'ils assurent le maintien du pointeur 2 en position sortie lorsque celui-ci est relâché . La tige 11 et le capot central 7 sont réalisés dans un matériau opaque de manière à assurer également le rétroéclairage du pointeur.
A cet effet, le circuit imprimé 9 porte quatre diodes électroluminescentes repérées par 17 qui sont situées au niveau de la base de la tige. La lumière émise par ces diodes est conduite par la tige 11 jusqu'au capot central 7 pour rétroéclairer le pointeur.
Le capot périphérique 8 est libre de pivoter autour de l'axe z, en entraînant en rotation le pied 4 auquel il est lié par une liaison glissière d'axe z. Durant ce mouvement, le capot central 7 reste immobile en rotation, du fait qu'il est lié au capot périphérique 8 par une liaison pivot d'axe z et du fait qu'il est lié à la tige 11 par une liaison interdisant une rotation autour de l'axe z, cette tige 11 étant elle-même liée au bâti 3 par une liaison glissière d'axe z interdisant par définition une rotation autour de l'axe z. Le pied creux 4 est lié au bâti 2 par une liaison de type rotule, c'est-à-dire permettant de tourner par rapport au bâti 2 autour des trois axes x, y et z correspondant à un repère orthonormé direct. Plus particulièrement, le pied 4 est entouré par un anneau 18 en étant lié à celui-ci par une liaison pivot orientée selon l'axe x dans les figures.
Cet anneau 18 est lui-même entouré par une couronne crantée 19 à laquelle il est lié par une autre liaison pivot orientée selon l'axe y. L'anneau 19 est lié au bâti 2 par une liaison pivot orientée selon l'axe z, de sorte que lorsque le pointeur pivote autour de l'axe z, la couronne 19 pivote elle aussi autour de l'axe z.
Les mouvements de rotation de la couronne 19 autour de l'axe z sont détectés par un indexeur à bascule 21, représenté en figure 3, incluant une bascule 22 portant une roue en caoutchouc 23 et deux commutateurs 24 et 26.
La bascule est portée par le circuit imprimé 9 en étant apte à pivoter autour d'un axe parallèle à l'axe x, elle présente deux bras s 'étendant respectivement au droit du commutateur 24 et du commutateur 26, et elle porte dans sa partie centrale la roue 23 qui est en appui sur la face inférieure crantée de l'anneau 19.
Lorsque cet anneau est entraîné en rotation, son crantage se déplace par rapport à la bascule 22, ce qui fait pencher cette bascule pour enfoncer selon le sens de rotation, le commutateur 24 ou 26.
Ainsi, l' indexeur à bascule permet de détecter les mouvements de rotation du pointeur autour de l'axe z : lorsque le pointeur tourne autour de l'axe z, le commutateur 24 ou 26 passe alternativement de l'état électriquement ouvert à l'état électriquement fermé du fait du crantage de la couronne 19.
Ceci permet d'une part d'assurer une détection des mouvements de rotation du pointeur autour de l'axe z, et d'autre part de cranter ce mouvement pour faire de ce pointeur une roue cloquante. Les mouvements de rotation du pointeur 2 autour de l'axe x et de l'axe y sont quant à eux identifiés par un autre ensemble de commutateurs ; repérés par 27, 28, 29 et 31 portés par le circuit imprimé 9. Ces quatre commutateurs sont situés au droit d'un bord circulaire 32 du pied creux 4 qui correspond à l'extrémité de ce pied creux située en vis-à-vis du circuit imprimé 9, en étant uniformément répartis le long de ce bord circulaire, c'est-à-dire en étant espacés les uns des autres d'un quart de tour.
Lorsque le pointeur 2 pivote dans le sens direct autour de l'axe x, le bord 32 vient en appui sur le commutateur 31. Lorsqu'il pivote dans le sens indirect autour de l'axe x, le bord 32 vient en appui sur le commutateur 29.
Lorsque le pointeur 2 pivote dans le sens direct autour de l'axe y, le bord 32 vient en appui sur le commutateur 28, et lorsqu'il pivote dans le sens indirect autour de l'axe y, ce bord vient en appui sur le commutateur 27.
Ainsi, l'ensemble des commutateurs portés par le circuit imprimé 9 et qui sont aussi représentés sur les figures 4 et 5 sont reliés à une unité de contrôle qui est capable d'identifier à tout moment la position du pointeur autour des axes x et y grâce à ces quatre commutateurs .
Ces commutateurs sont du type bouton poussoir : ils comprennent des moyens élastiques de rappel tendant à les maintenir en position sortie. Ainsi, le maintien du pointeur en position de repos, c'est à dire parallèlement à l'axe z est assuré par ces commutateurs.
En ce qui concerne l'enfoncement de la calotte 6, celui-ci est identifié par les capteurs repérés par 16. La position du pointeur 2 en rotation autour de l'axe z est quant à elle déterminée avec les commutateurs 24 et 26. Les différents commutateurs utilisés sont par exemple du type poussoir, de sorte qu'ils comprennent des moyens élastiques de rappel en position de repos. Le retour en position de repos du pointeur 2 est ainsi assuré directement par les éléments de rappel de ces commutateurs .
Ces commutateurs sont par exemple du type micro- switch, à contact or-carbone via silicone. La ou les diodes électroluminescentes assurant le rétroéclairage sont par exemple des diodes du type LED.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de pointage (1) comprenant un bâti (3) portant un pointeur (2) mobile en rotation autour d'un premier, d'un second et d'un troisième axe (x, y, z) perpendiculaires les uns aux autres, ce pointeur comprenant un pied creux (4) ayant une forme de révolution autour du premier axe (z), ce pied creux (4) étant entouré par un anneau (18) auquel il est solidarisé par une liaison pivot orientée selon le second axe (x) , cet anneau (18) étant entouré par une couronne crantée (19) à laquelle il est solidarisé par une liaison pivot orientée selon le troisième axe (y), cette couronne (19) étant liée au bâti (3) par une liaison pivot orientée selon le premier axe (z), ce pied creux (4) portant une calotte (6) au moins partiellement opaque, et comprenant également un circuit imprimé (9) portant différents commutateurs électriques (16, 24, 26, 27, 28, 29, 31) liés en mouvement au pied creux (4) pour identifier les mouvements du pointeur (2) autour des trois axes ainsi qu'au moins une diode (17) pour éclairer la calotte (6) à travers le pied creux (4) .
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la calotte (6) est solidarisée au pied creux (4) par une liaison glissière orientée selon le premier axe (z), et comprenant une tige centrale (11) traversant le pied creux (4) et située en vis-à-vis d'un commutateur (16) pour identifier un enfoncement de la calotte (6) le long du premier axe (z), cette tige (11) étant solidarisée au bâti (3) par une liaison glissière orientée selon le premier axe (z) .
3. Dispositif selon la revendication 2 dans lequel la tige centrale (11) est fabriquée en un matériau opaque ou transparent pour guider la lumière émise par la diode (17) vers la calotte (6) .
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit imprimé (9) porte quatre commutateurs (27, 28, 29, 31) dits périphériques situés au droit d'un bord circulaire inférieur (32) du pied creux (4) pour identifier la position en rotation du pointeur (2) autour du second axe (y) et autour du troisième axe (x) .
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le circuit imprimé (9) porte un indexeur (21) comprenant une bascule (22) portant une roue (23) en appui sur la surface crantée de la couronne crantée (19), et deux commutateurs (24, 26) pour détecter l'inclinaison de la bascule (22) .
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le maintien en position dite de repos du pointeur (2) est assuré par les éléments élastiques des commutateurs (16, 24, 26, 27, 28, 29, 31).
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la calotte (6) comprend un capot central (7) entouré par un capot latéral (8), et dans lequel le capot central (7) est lié au capot latéral (8) par une liaison pivot orientée selon le premier axe (z), et dans lequel le capot central (7) est lié à la tige (11) par une liaison rotule qui interdit une rotation relative autour du premier axe (z), et dans lequel le centre de cette liaison rotule coïncide avec le centre de la liaison rotule liant le pied creux (4) au bâti (3) .
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