Brevet FR2523737A1 — publié le 19830923

La présente invention concerne un dispositif électronique de guidage ou de pilotage. Les dispositifs connus de guidage ou de pilotage comprennent un manche de guidage communément appelé "joy stick" mobile dans toutes les directions par rapport à un plan et associé à deux curseurs déplaçables simultané- ment sur deux potentiomètres disposés suivant deux directions perpendiculaires Ces deux potentiomètres sont associés à un circuit électronique délivrant deux tensions qui sont fonction des positions respectives des curseurs sur les deux potentiomètres. En assimilant les directions de déplacement des curseurs à deux axes de coordonnées orthogonaux, il est ainsi possible d'obtenir que les deux tensions délivrées aux sorties du circuit électronique soient proportionnelles aux coordonnées de la position de l'extré- mité du manche de guidage par rapport aux deux axes de coordonnées précités. -A partir de ces deux tensions, il est possible par exemple de commander le déplacement d'un spot ou d'un objet sur une surface plane, notamment dans le cas des jeux électroniques ou de régler un dispositif à fais- ceau laser. Dans les dispositifs connus, la liaison entre le manche de guidage et les potentiomètres est mécanique. Cette liaison mécanique comprend des engrenages et/ou des joints cardan et est de ce fait, complexe, onéreuse, peu précise, encombrante et peu fiable. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des réalisations connues en créant un dispositif de guidage qui soit de construction simple, précis et dont l'encombrement peut être très réduit. Le dispositif visé par l'invention comprend un manche de guidage portant un palpeur déplaçable suivant un plan défini par des axes de coordonnées orthogonaux, et associé à un circuit électronique capable de fournir pour tout point du plan balayé par le palpeur deux tensions proportionnelles aux coordonnées de ce point. Suivant l'invention, ce dispositif est caracté- risé en ce que le palpeur est déplaçable sur une surface électriquement résistante portant quatre zones conductrices disposées aux sommets d'un carré et reliées respectivement à un circuit électronique permettant d'appliquer à deux zones conductrices diamétralement opposées, respectivement des potentiels fixes +V et -V et aux deux autres zones conductrices, alternativement et respectivement des potentiels -V et -V et des potentiels inverses -V et + V et en ce que le long des côtés du carré et entre les zones conductrices est disposée une série d'éléments conducteurs séparés les uns des autres et dont les extrémi- tés dirigées vers le côté opposé du carré sont situées sur une courbe dont la convexité est dirigée vers ledit côté opposé et qui est symétrique par rapport à la médiane passant par ce côté. On crée ainsi sur la surface électriquement résistante successivement des équipotentielles parallèles à deux côtés opposés du carré, puis parallèles aux deux autres côtés de ce carré Les éléments conducteurs disposés entre les zones conductrices permettent d'obtenir des équipotentielles parfaitement droites, uniformes et pa- rallèles. Ainsi, le palpeur du manche de guidage en contact avec la surface résistante, relève en tout point une tension proportionnelle aux coordonnées de ce point. Selon une version préférée de l'invention, le circuit électronique comprend une horloge à bascule élec- tronique haute fréquence et un commutateur électronique adapté pour commuter à chaque demi-période le potentiel relevé par le palpeur vers deux sorties délivrant alterna- tivement deux tensions proportionnelles aux coordonnées du point de contact du palpeur sur la surface résistante. Selon une version avantageuse de l'invention, la courbe passant par les extrémités des éléments conducteurs est un arc de cercle reliant des zones conductrices constituées par des carrés métallisés inscrits dans les sommets de la surface résistante carrée, les extrémités de cette courbe en arc de cercle étant confondues avec des sommets des carrés métallisés précités et les éléments conducteurs étant constitués par des bandes métallisées, parallèles et régulièrement espacées, la flèche de l'arc de cercle défini par cette courbe étant égale à N x x e n étant le nombre de bandes conductrices, e l'intervalle entre ces bandes conductrices et L la longueur d'un côté des carrés métallisés. Lorsque ces conditions sont respectées, les équipotentielles de la surface résistante, sont parfaitement droites et uniformes. D'autres particularités et avantages de l'inven- tion apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue en coupe longitudinale de la partie non électronique du dispositif conforme à l'invention; la figure 2 est une vue en plan de la surface résistante du dispositif selon la figure 1; la figure 3 est un schéma d'une partie du circuit électronique associé au dispositif conforme à l'invention; la figure 4 est le schéma de l'autre partie de ce circuit électronique. Dans la réalisation des figures 1 et 2, le dispositif de guidage conforme à l'invention comprend un manche de guidage 1 en matière électriquement isolante, monté de façon mobile au moyen d'une rotule 2 dans un support plan 3 également en matière isolante La tête 4 du manche 1 porte un palpeur 5 constitué par une tige métallique dont l'extrémité libre arrondie 5 a est en contact avec une surface électriquement résistante carrée 6. Cette tige 5 est montée de façon coulissante dans un canal axial 7 de la tête 4 du manche 1 et son extrémité libre 5 a est maintenue en appui contre la surface résistante 6, au moyen d'un ressort 8. La tête 4 du manche 1 est reliée au support 3 par un ressort en spirale 9 disposé autour du manche 1 qui rappelle ce dernier en position centrale (comme indiqué sur la figure 1) dans laquelle l'extrémité 5 a de la tige 5 est en contact avec la surface résistante 6 au point de référence 0. Le ressort en spirale 9 est fixé au support 3 au moyen de plots métalliques 10 comportant une gorge dans laquelle est engagé le ressort 9. A l'un de ces plots métalliques 10 est fixé un conducteur électrique E Un fil conducteur 11 représenté en pointilléssur la figure 1 relie le ressort 9 au ressort 8 qui est en contact avec l'extrémité 5 a de la tige 5. Cette extrémité 5 a de la tige est ainsi reliée électri- quement au conducteur E quelle que soit la position de cette extrémité 5 a sur la surface résistante 6. La surface électriquement résistante 6 de forme carrée comprend par exemple un support en matière électriquement isolante sur laquelle est appliquée une mince feuille d'alliage métallique électriquement résistan- te. Dans le cas de la réalisation représentée sur la figure 1, la surface résistante 6 est constituée d'une plaque 6 a en matière plastique telle qu'une résine de diallyyphtal Iate chargée de carbone ou d'oxydes métalliques. La résistance de la surface résistante 6 peut varier entre 500 ohms et 300 kohms. Cette surface résistante 6 porte (voir figure 2) quatre zones conductrices carrées 12, 13, 14, 15 réalisées par exemple par métallisation Ces zones métallisées 12, 13, 14, 15 sont inscrites dans les sommets du carré défini par la surface résistante 6 et sont reliées respec- tivement à des conducteurs A, B, C, D. Entre les zones métallisées carrées 12, 13, 14, 15, le long des côtés 24, 25, 26, 27 de la surface résistante 6, est disposée une série de bandes conductrices 16, 17,, 23 également métallisées, séparées les unes des autres par un intervalle constant e Ces bandes conductrices 16, 17,, 23 s'étendent à partir d'un côté 24 de la surface résistante 6 et sont parallèles aux côtés adjacents 25, 26 Les extrémités 16 a, 17 a,, 23 a des bandes conductrices 16, 17,, 23 sont situées sur un arc de cercle 28 symétrique par rapport à la médiane Oy du côté 24 de la surface résistante carrée 6. Les extrémités 28 a et 28 b de l'arc de cercle 28 sont confondues avec les sommets des carrés métalliques 12, 13 dirigés vers l'intérieur de la surface résistante 6. La flèche f de l'arc de cercle 28 est définie par la relation N x 1 x e, N étant le nombre de bandes métallisées, 16, 17,, 23, e l'intervalle entre ces bandes et L étant la longueur d'un côté des carrés métalli- sés 12, 13, 14, 15 (. Le circuit électronique/associé au manche de guidage 1 et à la surface résistante 6 comprend un circuit d'alimentation 29 qui comporte une entrée (+) et une entrée (-) et des sorties B et D reliées respecti- vement aux zones métallisées 13 et 15 de la surface résistante 6. Le potentiel de ces sorties D et B est respec- tivement égal à -V et -V (+ 5 volts à + 30 volts). L'alimentation 29 est reliée à un circuit 30 comprenant une horloge à bascule électronique de haute fréquence (plusieurs k Hertz) qui comporte principalement deux amplificateurs 31 a, 31 b. Ce circuit 30 présente deux bornes A et C reliées respectivement aux zones métallisées 12 et 14 de la surface résistante 6. Le circuit 30 est suivi par un commutateur électronique 32 comportant des entrées (+) et (-) dont les interrupteurs 33 et 34 sont reliés électriquement aux bornes A et C précitées Ces interrupteurs 33 et 34 sont également reliés par l'intermédiaire d'un amplifi- cateur 35 à la borne E du manche de pilotage 1. Les sorties SI et SI reliées aux interrupteurs 34 et 33 du commutateur 32 sont connectées alternative- ment par l'intermédiaire d'un amplificateur 36 à la borne R qui est porté à un potentiel de référence corres- pondant à celui mesuré au milieu O de la surface résistan- te 6. Dans une version simplifiée du circuit électro- -nique, les tensions délivrées aux sorties S'i et S'2 peuvent être exploitées directement. Dans la version complète, telle que représentée sur la figure 3, les sorties finales 51 et 52 sont reliées aux sorties S'1 et S'2 par des amplificateurs 37 et 38 qui sont associés chacun à un potentiomètre 39, 40 permettant de modifier individuellement les tensions délivrées aux sorties Si et 52. Le fonctionnement du dispositif que l'on vient de décrire est le suivant: Les zones conductrices B et D sont portées respectivement aux potentiels fixes -V et +V délivrés par l'alimentation 29. Les zones conductrices A et C sont portées respectivement et successivement aux potentiels suivants: Première demi-période: A: potentiel +V C: potentiel -V Deuxième demi-période: A: potentiel -V C: potentiel +V et ainsi de suite L'horloge à bascule électronique 30, commute par l'intermédiaire du commutateur électronique 32 à chaque demipériode, le potentiel relevé par le palpeur en contact avec la surface résistante 6 vers les sorties S'1 et SI 2 ou 51 et 52. Pendant une demi-période, on crée sur la surface résistante 6 des équipotentielles y 1, y 2, parallèles à deux côtés opposés ( 25-, 26) de cette surface 6 et pendant la demi-période suivante, des équipotentielles w 1, W 2 qui sont parallèles aux deux autres côtés ( 24, 27). Grâce aux bandes conductrices 16, 17,, 23 et au fait que leurs extrémités 16 a, 23 asoient situées sur un arc de cercle 28 satisfaisant à la relation f = N x 1 xe précitée, les équipotentielles sont parfaite- ment parallèles et uniformes. Dans ces conditions, les potentiels relevés par le palpeur 5 en un point quelconque P (voir position en pointillésdu manche 1 de la figure 1)de la surface résistante 6 etdélivrés aux sorties S'1 et S'2 ou 51 et 52 sont parfaitement proportionnelles aux coordonnées (x, y) du point P par rapport à l'origine O des axes Ox, Oy qui correspond au milieu de la surface résistante 6. Les sorties 51 et 52 ou SI 1 et S'2 peuvent être reliées directement à un appareil tel qu'un jeu électronique dans lequel on veut déplacer sur un écran un ou plusieurs spots lumineux ou autres objets. Ces sorties peuvent bien entendu être reliées à tout autre appareil dans lequel on veut déplacer, par rapport Xdes coordonnées orthogonales,des spots lumineux ou des objets ou encore un faisceau tel qu'un faisceau laser. Grâce à la parfaite uniformité et reproductibi- lité des équipotentielles sur la surface résistante 6, tout déplacement du manche de guidage 1 s'accompagne d'une variation des deux tensions de sortie conforme à ce déplacement, ce qui permet de restituer avec une parfaite précision et fidélité le déplacement précité sur un autre appareil. Etant donné que le dispositif conforme à l'invention ne comporte aucun organe mécanique susceptible de s'user par frottement et de créer des jeux mécaniques, ce dispositif ne nécessite aucun entretien et est parfaite- ment fiable Par ailleurs, l'absence de potentiomètre et d'organe mécanique de liaison dans le dispositif conforme à l'invention, permet à ce dernier d'être peu encombrant. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation que l'on vient de décrire et on peut apporter à celui-ci des modifications ou des perfectionnements sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, les sorties 51 et 52 du circuit électro- nique représenté sur la figure 3 peuvent être reliées à un circuit d'échantillonnage-blocage et de mémorisation précédant des sorties finales X et Y. Ce circuit (voir figure 4) comporte deux échantillonneur bloqueurs 41, 42 reliés respectivement aux sorties 51 et 52 et àadeux amplificateurs suiveurs 43, 44 qui précèdent les sorties finales XY par l'intermédiai- re d'un circuit de mémorisation désigné par la référence générale 45. Les deux échantillonneur bloqueurs 41 et 42 sont également reliés à la borne E du manche de guidage 1 par un circuit comprenant notamment un amplificateur 42 et deux diodes en parallèles et opposées 47 et 48. Le circuit décrit sur la figure 4 a essentielle- ment pour but de mettre en mémoire ou bloquer la valeur des potentiels relevés à l'une des sorties 51 ou 52 pendant la demi-période o le circuit n'est pas alimenté. On obtient ainsi aux sorties X et Y des tensions qui sont à tout moment, proportionnelles aux coordonnées de la position du manche de guidage 1 sur la surface résistante 6. REVENDICATIONS 1 Dispositif électronique de guidage compre- nant un manche de guidage ( 1) portant un palpeur ( 5) déplaçable suivant un plan défini par des axes de coordon- nées orthogonaux (Ox, Oy) associés à un circuit électroni- que capable de fournir pour tout point (P) du plan balayé par le palpeur ( 5) deux tensions proportionnelles aux coordonnées de ce point, caractérisé en ce que le palpeur est déplaçable sur une surface électriquement résistante ( 6) portant quatre zones conductrices ( 12, 13, 14, 15) disposées aux sommets d'un carré et reliées respectivement à un circuit électronique permettant d'appliquer à deux zones conductrices diamétralement opposées ( 13, 15) respectivement des potentiels fixes +V et -V et aux deux autres zones conductrices ( 12, 14) alternativement et respectivement des potentiels +V et -V et des potentiels inverses -V et +V et en ce que le long des côtés ( 24, , 26, 27) du carré et entre les zones conductrices ( 12, 15) est disposée une série d'éléments conducteurs ( 16, 17,) séparés les uns des autres et dont les extrémités ( 16 a, 17 a,) dirigées vers le côté opposé ( 27) sont situées sur une courbe ( 28) dont la convexité est dirigée vers ledit côté opposé ( 27) et qui est symétri- que par rapport à la médiane ( O y) passant par ce côté. 2 Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit électronique comprend une horloge ( 30) à bascule électronique haute fréquence et un commutateur électronique ( 32) adapté pour commuter à chaque demi-période le potentiel relevé par le palpeur ( 5) vers deux sorties (S'1 s'2) ou ( 51, 52) délivrant alternativement deux tensions proportionnelles aux coor- données du point de contact (P) du palpeur ( 5) sur la surface résistante ( 6). 3 Dispositif conforme à l'une quelconque 1 1 des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la courbe ( 28) passant par les extrémités ( 16 a, 17 a) des éléments conducteurs ( 16, 17) est un arc de cercle reliant les zones conductrices ( 12, 13, 14, 15). 4 Dispositif conforme à la revendication 3, caractérisé en ce que les zones conductrices ( 12, 13, 14, ) sont des carrés métallisés inscrits dans les sommets de la surface résistante carrée ( 6), en ce que les extrémi- tés ( 28 a, 28 b) de la courbe en arc de cercle ( 28) sont confondues avec les sommets des carrés métallisés ( 12, 13,) dirigés vers l'intérieur de la surface résistante ( 6), et en ce que les éléments conducteurs ( 16, 17,) sont des bandes métallisées parallèles et régulièrement espacées et en ce que la flèche (f) de l'arc de cercle ( 28) est définie par la relation: f = N x 1 x Le 1 U e n étant le nombre de bandes conductrices ( 16, 17 >, e l'intervalle entre ces bandes conductrices et L la longueur d'un côté des carrés métallisés ( 12, 13,). 5 Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le circuit électronique comporte un potentiomètre ( 39, 40) associé à chacune des deux sorties ( 51, 52). 6 Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les sorties (S, 52) sont reliées àun circuit d'échantillonna- ge-blocage ( 41, 42) et de mémorisation ( 45) des valeurs des tensions fournies aux sorties précitées.