Brevet FR2267595A1 — publié le 19751107

la présente invention concerne les circuits electriques du type logi -ques permettant de réaliser des machines automatiques: (calculateurs, simulateurs,machines cinétiques,contrle et regulation dcun mobile) s à partir de pièces simples assemblées sur un support. Dans les dispositifs connus de ce genre,on utilise:des relais électromecaniques (qui exigent des composants additionnels pour remédier à l'e -ffet de self.),tubes,diodes,transistors,circuits intégrés,pour matéri -aliser électriquement des systèmes logiques.Ces dispositifs nécessi -tent un contexte électronique,et sont souvent,outre leur caput prohi -bitif,d'un emploi délicat,sinon complexe. Le procédé et dispositif suivant l'invention permet d'éviter ces in -convénients,les constituants élémentaires de ces circuits étant com -posés de pièces simples qui peuvent atre facilement assemblées sur un support.1)e plus étant donné l'inertie du dispositif ,il est possible de visualiser(lampes)ou-de sonoriser(ronfleurs)des processus d'inter- -actions entre systèmes.L'obtention de ces cinétismes est impossible à réaliser avec les circuits traditionnels,sans ajouter des éléments de temporisation. le procédé et dispositif objet de l'invention comporte solidairesd'un support: 1)organe mobile conducteur. a) organe de rappel. 3)organe assurant le déplacement de:(1) 4)contacts encadrant l'élément mobile: Ces organes:(1,2,3,4.) constituent l'équivalent électrique d'un relais électro-mécanique. L'organe mobile(1)est solidaire du support par un axe, ou un màteriau souple.L'organe de rappel(2)est constitué par un matériau,ou par un système,susceptible de retrouver son état initial après contrainte.L'or -gane(3)assurant le déplacement de l'élément mobile,est un fil fin met -tallique,de forte résistance électrique.Les contacts(4)sont constitués par un matériau conducteur électrique,souple ou rigide.Les systèmes(1) et(2)pourraient entre fonctionnellement confondus. le déplacement de l'élément mobile est obtenu par la dilatation du fil résistantsdilatation elle même obtenue par excitation électrique:effet Joule.Le fil résistant est maintenu sous tension mécanique constante par le système de rappel.la distance entre l'élément mobile et les con -tacts est ajustable.0n notera qu'un équipage mobile isolant pourrait entre actionné par le fil metallique,cet équipage modifiant par pression la position d'un élément conducteur.Selon le même principe un équipage mobile pourrait être conducteur dans sa partie superieure pour assurer la fermeture d'un circuit par pression sur deur contacts.Dans ces deux cas le corps de l'élément mobile n'est pas inclus dans les circuits. les dessins annexés illustrent à titre d'exemple un mode de réalisation du procédé et dispositif,conforme à la présente invention. Tel qu'il est représenté le dispositif comporte (fig.1) un fil metalli -que de forte résistance éléctrique(b),solidaire du support(h)par un point fixe(x)Lorsque ce fil(b) est excité par un courant électrique ,il se dilate et entratne l'élément mobile isolant(c).le fil(b)est maintenu sous tension mécanique constante ,par un système de rappel(d),solidaire du support(h) par un point fixe(z).Ce système(b,c,d.)entraîne au niveau de sa partie moyenne,l'élément conducteur(e)solidaire du support (h) par 111 point fixe(y).la partie supérieure de l'élément mobile(e)assure la jonction electrique avec les contacts ajustables(f)et(f'),respective- -ment repos(f) et travail(f). L'excitation électrique du fil(b)est assurée par l'intermédiaire de deux bornes# métalliques(g) et(g'),le contact(b/gg')s'effectue par pression légere. La figure:1,représente un système simple(b(e,f,f').),un repos/travail. Ia figure:2,représente le schema électrique de ce système(b(e,f,f').) les figures:3/1 et 3/2,représentent le support des contacts ajustabless (2.(f,f').)dans le cas de contacts par vis,système deux repos/travail, la fixation de ce support contacts au support(h)se fait par(j),îes vis adjustables coulissent en(i). La figure:4,représente l'élément mobile isolant(c)dans le cas d'un sys -tème trois repos/travail:(e1,e2,e3.). le dispositif peut être utilisé selon la logique des relais:(n.(e,f,f'). ou selon des commutations simples:1(e,f) ou 1(e,f');par exemple la réali sation d'un demi-additionneur binaire nécessite deux systemes:be(2(eff') en logique des relais ou quatre systèmes :b.(eff') en logique des com -mutations simples. Selon une réalisation du dispositifles fonctions logiques scnt obtenues par un dispositif:b.(eff');exemple de la somme logique,fig.5/1 et 5/3 Selon une autre réalisation du dispositif les fonctions logiques sont obtenues par un dispositif:(2.(b.(e,f,f').).) solidaires de n.(h);exemple de la somme logique fig.5/2et 5/3 e Selon une réalisation du dispositif un bloc mémoire est obtenu à partir de dix systèmes:b.(ef') solidaires de (h);dix systèmes:b.(eff') permet -traient d'obtenir directement le complément logique du contenu de cha -que point mémoire(selon un mode de cablage du dispositif fig.6). Le système(b,e,f') pourrait être modifié en utilisant un élément(c) con -dusteur electrique,pour simplifier la structure du dispositif:dans ce cas les points(g'),(c),(e),sont confondus électriquement. Selon une autre réalisation du dispositif(fig.7),dix systèmes sont sol -idaires de(h).Chaque éléments(e)n,est muni d'une pastille métallique(k)n Une pièce magnétique(l)n. maintient en position de travail l'élément mo- -bile(e)n.,(lame souple),après excitation "fugitive" de(b)n. . La remise "à zéro" du bloc de mémorisation s'effectue par glissement des éléments (1)n.,solidaires d'une réglette se déplaçant selon:P ou R; c'est à dire perpendiculairement à l'axe du fil résistant(b).Cette réglette munied'un système de rappel est actionnée par un organe électro-magnétique, par exemple un noyau plongeur;ce déplacement pourrait être obtenu manuelle- -ment dans certaines applications du dispositif. Dans le cas ou le dispositif serait utilisé pour assurer des commutations (aiguillage,traitement.) ,il pourrait avoir une structure:(b.(n.(eff').).) les pastilles métaliiques(k)n. Il étant solidaires de Selon une autre réalisation du dispositif,cinq systèmes:(b.(2.(e,f,f').).) sont assemblés sur (h).L'adjonction à cet ensemble:d'or8anes , entree par touches(T),sortie par lampes(L)et d'un système de jonction électrique par "dominos" (J),permet la réalisation d'une machine à programmes câblés L'ensemble est muni d'une representation symbolique de la totalité des éléments qui la compose.Chaque point électrique schématisé::(n.(g,g',e1, f1,f'1,e2,f2,f'2).),(Tn.),(Ln.),est perforé pour permettre le passage d'un fil conducteur.Ces fils repérés par des couleurs (par catégories), ont pour origine les points électriques réels de l'ensemble.Chacune des perforations,ainsi que chaque point de jonction(Jn),sont adressés.Ce si -mulateur permet de réaliser par câblage,l'ensemble des machines mettant en oeuvre,tout ou partie du dispositif:N.(b.(n.(e1f,f').).) soit dans cet exemple:N=5 et n=2 S Selon une réalisation du dispositif(fig.8),un système:(b.(e,f).) délivre une "impulsion large " à chaque excitation di dispositif; cette impulsion pouvant être utilisée pour constituer des fonctions ,par exemple comptage à l'aide de plusieurs systèmes en cascade1registre,diviseur. La figure:9,représente la logique d'une machine automatique: excitation et rupture de quatre systèmes:(b.(n.(e,f,f').).).)...A,B,C,D. les signaux prélevés sur ces quatre systèmes pourraient être traités pour obtenir des séquences complexes.Un dispositif de ce type pourrait contr ler un effecteur visuel/sonore:"cinétismes";ou générer des impulsions en liaison (ou séparément) avec un dispositif représenté figure:8. Un tel dispositif permettrait egalement de réaliser des graphismes en di- -rigeant les signaux issus:A,B,C,D.....N,vers un organe de traçage/bala yage. On pourrait constituer à partir de ce dispositif en liaison avec le dis- positif de la figure:8 une "cellule de hasard". Ia figure IO,représente la logique d'un calculiteur simple: Ce calculateur peut additionner deux nombres(A+B) binaires d'un seul chiffre.L'entrée se fait par touches(O,I.),le résultat apparaît par l'a -Ilumage de l'une des trois lampes derrière un masque:(O,I,2.).La tou -che "+" assure le blocage de l'aiguillage:(A).La touche "=" assure la jonction entre les deux points mémoires:(M1/M2) et l'entrée du bloc de calcul:(BC1/BC2).La touche"z" assure la remise l'a' zéro" des deux points mémoire.le résultat "zéro" est obtenu par un circuit "NI": (.(ni)R.(ni)S.) alors "zéro"...équivalent logique à:(.(non)M1(et)(non)M2.) le résultat "un" est obtenu par la sortie:Somme du bloc de calcul,et le résultat "deux" par la sortie::Retenue,du bloc. Ce calculateur nécessite cinq systèmes: (b,(2,(e,f,f').).); en augmentant le nombre de systèmes sis en oeuvre,le calculiteur aura de plus grandes possibilités de traitement. On pourra adjoindre au dispositif des éléments supplémentaires: 1)capteurs,(cellule photo-électrique,contact/soufflante..............) 2)effecteurs,(ronfleur,haut-parleur,moteur assurait la traction d'ui mobile,système de traçage/balayage.....................) 3)éléments divers,(condensateurs,résistances variables ou fixes,diodes, noyau plongeur électro-magnétique transistors,commutateur rotatif...........................) Une cellule photo-électrique,"informerait" un système contrôlant les déplacements d'un mobile(animal cybernetique).Un moteur entraînerait u n tambour ou un disque assurant un programme de commutations.Une résistan -ce variable ajusterait l'inertie dlun système,ou une synchronisation entre plusieurs systèmes.Une résistance fixe en série avec(b)permettrait dtobtenir un troisième état stable à un système(beff'):soit(e)équidis- -tant de (ff').Un générateur(semi-conducteurs),permettrait de réaliser des séquences musicales. ............ . flans le cas d'un simulateur (par exemple initiation à la physique des éléments cités) ces éléments seraient également adressés. le dispositif permet de constituer des fonctions,et par combinaison de celles-ci et adjonction d'organes entrée/sortie,des machines. Selon une réalisation du dispositif,un jeu de "bataille-navale" ou de "tirs-fictifs",nécessitera quatre fonctions: I)générateur(type fig.9)......quatre systèmes(b(eff').) II)fermeture "fugitive" d'un circuit(type fig.8)....un systême(b(2(eff').) IIV)fonction mémorisation.....un système(b(2(eff').) IV)remise à zéro de(IIV)....un système(b(eff').) L'entrée (introduction de l'aléatoire) s'effectue par une touche fermant deux circuits(A/excitationde (II),B/liaison de (I) vers (IV).) Le coup "au but"(soit coïncidence ,fermeture de (II) et impulsion venant de (I).),se traduira par excitation de (IV) qui débloquera(IIV), et alimentera une lampe ou @@ un ronfleur.Aprés chaque coup réussi il fau -dra réarmer le systeme (IIV) le dispositif peut être alimenté en courant continu (pile de quatre volts par exemple),ou en courant alternatif (secteur/transfo.) L'inertie (et la sensibilité) du dispositif peut être ajustée par régla -ge de la distance(ef)et(ef'), ou en agissant sur la tension d'alines- tatioa;on réduira considérablement l'inertie du dispositif en l'exci -tant par des impulsions de forte# tension,le maintient pouvant être assuré par unr tension suffisante. le dispositif peut-être muni d'une représentation symbolique de sa struc -ture pour en faciliter la manipulation. le dispositif peut avoir plusieurs bornes d'entrée(g'1,g'2,g'n.) pour e -viter l'apport de résistances extérieures dans l'organisation d'un sys -tème mettant à profit des différences dtinertie(ou de sensibilité). Selon sa destination le dispositif peutêtre constitué à partir d'éléments "rudimentaires"(cas des jeux,par exemple le système de rappel(d) serait un matériau 'élastique'.),ou d'éléments "élaborés"(cas où le dispositif est utilisé pour réaliser un système de contrôle et régulation,l'élément (e) serait à contact argent.). les éléments qui constituent le dispositif seront conçus(cas de jeux édu -catifs)de façon à faciliter leur assemblage sans outils,ou habile -té particulière. les machines réalisées avec le dispositif peuvent entre à"milieu-élec- -trique"continu ou discontinu;dans ce dernier cas le système générant les impulsions peut être mécanique(moteur/disque ou tambour.). En conclusion le dispositif , ayant pour structure: N.(b.(n.(eff').).) , solidaire de n. (h) , finalisé par câblage, permettra de constituer des machines (OU PARTIE de nachine:fonction) en liaison ou séparément avec des éléments complémentaires. Champ d'application du dispositif objet de l'invention: -support pédagogique dans l'enseignement et dans le domaine des jeux éducatifs scientifiques. -système de contrSle et régulationCréseau de chemin de fer,télé-comman- -de,auto-régulation d'un mobile:"animal-cybernétique"). cinétismes sonores ou visuels(machine musicale,chromatismes divers) -machine engendrant des graphismes. Des applications particulièrement interessantes pourraient-être envisa -gées dans le domaine de la mérorisation. R E V N D I C A T I O N S 20, 20,, 20,,aaaa 1)Dispositif permettant de réaliser un ensemble à l'automatique. Caractérisé per le fait que cet ensemble est constitue principalement par des systèmes de comutations thermiques. 2)Dispositif de commutation thermique selon la revendication:1. Caractérisé par le fait que le chauffage de l'élément dilatable est assure' par excitation électrique directe. 3)Dispositif selon la revendication:2. Caractérisé par le fait que entre d'excitation électrique de l'élé- -ment dilatable est assuré par friction de deux bornes. 4)Dispositif selon la revendication:20 Caractérisé par le fait que le circuit d'excitation de llélément di -latable est électriquement dissocié de l'élément mobile. 5)Dispositif selon la revendication:2. Caractérisé par le fait que l'élément mobile assure une amplification mécanique de la course de l'élément dilatable. 6)Dispositif selon la revendication:2. Caractérisé var le fait que les contacts repos/travail. sont ajustables 7)Dispositif selon la revendication:2. Caractérisé mar le fait que 1'élément mobile peut-être -aintenu en position "travail" par un système magnétique. 8)Dispositif selon les revendications: 1 et 2. permettant de réaliser des jeux automatiques. Caractorisé par le fait que ces jeux sont constitués principalement par des systèmes thermiques. 9)Dispositif selon les revendications: 1 et 2. permettant de réaliser u n ensemble d'initiation à la logique. Caractérisé par le fait que cet ensemble est constitué principalement par des systèmes termiques.