Brevet FR2638010A1 — publié le 19900420

CLAVIER RETROACTIF MODULAIRE La présente invention concerne le domaine des appareils de musique électronique à clavier et la réalisation d'un assembage d'actionneurs modulaires plats. Dans les appareils de musique électronique, on a fait de très nombreux progrès quant à la partie électronique Droprement dire et, du point de vue musical, un appareil donné peut remplir de très nombreuses fonctions grâce aux divers programmes que l'on peut introduire dans un processeur de commande. Toutefois, la par- tie mécanique des appareils électroniques à clavier reste encore assez primitive. Elle manque de souplesse à de nombreux égards: - d'une part, il n'est généralement pas possible de remplacer en un emplacement choisi du clavier un type de touche par un autre (par exemple une touche de piano par un joy stick (manche de commande), une touche blanche par une touche noire, etc.); - d'autre part, l'ensemble des touches constituant le clavier est fixé à l'avance et il n'est pas possible pour l'utili- sateur d'augmenter le nombre de touches sans acheter un nouveau clavier complet. Ainsi, un premier objet de la présente invention est de prévoir un clavier d'appareil de musique électronique présentant plus de souplesse de fabrication et d'utilisation que les claviers de l'art antérie1r. 26 380 10 Pour cela, la présente invention propose un clavier mo- dulaire. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel appareil dans lequel les touches soient rétroactives, c'est-à-dire opposent aux actions de l'utilisateur une réaction de nature choisie selon le type de fonction que l'on souhaite con'fé- rer à la touche. Pour obtenir cette rétroactivité, comme cela est connu, il convient d'associer à chaque module de touche un élément mo- teur. L'un des préjugés que l'invention a dû vaincre réside dans le fait que la réalisation d'un élément moteur de puissance appro- priée et suffisamment plat pour tenir dans l'espace alloué par exemple à une touche de piano, semblait un obstacle insurmontable techniquement et/ou économiquement. En effet, si l'on considère une octave de piano classique (12 touches), elle occupe une lar- geur de 165 millimètres, c'est-à-dire que la mécanique associée à chaque touche a une largeur qui ne doit excéder 13,75 millimètres. Pour réaliser un système parfaitement modulaire, il est souhaita- ble que chaque élément moteur ne dépasse pas cette largeur. Sinon, on serait obligé de décaler les éléments moteurs les uns par rap- port aux autres ce qui entraînerait que le système ne serait plus parfaitement modulaire. Ainsi, un autre objet de la présente invention a été de prévoir un moteur linéaire plat particulier pouvant être assemblé de façon modulaire avec d'autres moteurs. Ce moteur, ou actionneur modulaire selon la présente invention peut bien entendu trouver d'autres applications que celles d'un clavier d'instrument de mu- sique, et pourra par exemple être utilisé dans le domaine de la robotique. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présen- te invention prévoit un clavier rétroactif modulaire muni de tou- ches permettant de renvoyer à l'utilisateur une sensation caractéristique de ladite touche, dans lequel chaque touche est un 26380 10 élément d'un module parallélépipédique plat autonome comprenant un moteur, un capteur de position et des moyens de connexion électri- que, chaque module comprend des moyens pour le fixer au module ad- jacent, les touches sont reliées à une unité centrale de traitement pour leur conférer la réponse souhaitée par action sur le moteur et pour traiter les signaux du capteur. Selon un mode de réalisation de l'invention, chaque mo- dule comprend un plateau ou bras mobile identique pour toutes les touches, ce plateau comprenant des moyens pour y fixer de façon interchangeable des parements ayant l'aspect, la forme et la di- mension désirés d'un instrument considéré, original ou de type classique. Selon son autre aspect, la présente invention prévoit un assemblage de modules actionneurs linéaires plats. Chaque module comprend: une bobine mobile plate montée sur des glissières lui permettant de coulisser dans son plan dans une direction détermi- née, des moyens d'alimentation en courant de la bobine, de chaque côté de cette bobine et sensiblement parallèlement à celle-ci un moyen plat d'application d'un champ magnétique dans une direction orthogonale au plan de la bobine, ce champ étant dans un premier sens dans une première moitié de la surface occupée par la bobine au repos et du sens opposé dans la deuxième moitié, et des.moyens d'espacement pour maintenir un écart constant entre les moyens d'application de champ magnétique. Dans cet assemblage, un seul moyen d'application de champ magnétique est présent entre deux bo- bines, et des moyens de fermeture encadrent les moyens d'appli- cation de champ magnétique extrêmes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens d'application de champ magnétique sont des aimants per- manents en forme de plaquettes orientés de façon opposée dans cha- que demi surface. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens d'application de champ magnétique sont des bobines pla- tes orientées de façon opposée dans chaque demi surface. Selon un mode de réalisation de la présente invention, cet assemblage comprend des chassis support identiques munis de moyens d'espacement par rapport aux châssis voisins, chaque châs- sis comportant des moyens de fixation pour porter: un moyen d'application de champ magnétique, des tiges de guidage d'une bo- bine mobile plate adjacente, un détecteur de position de ladite bobine. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante d'exemples de réalisation faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 représente un clavier selon la présente invention constituée de touches modulaires; la figur= 2 illustre le fait que l'on peut associer à chaque touche diverses fonctions; la figure 3 représente de façon extrêmement schématique un actionneur modulaire selon la présente invention; les figures 4A et 4B représentent des vues de dessus d'aimants compris dans un module de l'actionneur selon la présente invention; la figure 5 représente une vue en perspective schémati- que simplifie de deux modules d'un actionneur selon la présente invention; la figure 6 représente une vue de face d'un module ac- tionneur selon la présente invention; et la figure 7 illustre schématiquement un assemblage ma- triciel de modules actionneurs selon la présente invention. Ainsi, la figure 1 illustre schématiquement le type de réalisation d'un clavier selon la présente invention. Ce clavier comprend des modules individuels 1 dont chacun comprend un bras ou plateau d'actionnement 2. A l'intérieur du module sont compris: - un détecteur de position de la touche, - un élément moteur ou actionneur permettant, en fonc- tion de l'action détectée sur la touche, de fournir une force résistive et Éventuellement de rappel déterminée par un processeur central recevant de chaque touche l'indication de position et fournissant une commande pour le moteur. En outre, à chaque module est associée une carte électronique comprenant des moyens de pré- traitement des signaux du détecteur et des moyens d'amplification de-signaux de commande fournis en retour par le processeur central. Selon une caractéristique de l'invention, ces modules peuvent être reliés ensemble de façon simple, par exemple par encliquetage ou par fixation par tiges et serrage. Selon un aspect de l'invention, comme ie représente la figure 2, dans le cas o le clavier est destiné à former un clavier d'instrument de musique, les plateaux ou bras 2 peuvent êtrt munis de parements correspondant à l'aspect des touches classiques de l'instrument de musique, par exemple une touche noire 4, une touche blanche 6 ou un joy stick 8. Ainsi, le clavier modulaire selon la présente invention présente le double avantage de pouvoir comprendre un nombre de touches quelconque mais en plus que chaque touche peut être asso- ciée à une fonction différente à condition de modifier convenable- ment le programme associé dans le processeur central pour avoir les réactions correspondant à ce type de touche. La figure 3 représente de façon extrêmement schématique et simplifiée un type de moteur appropria à la réalisation de modules d'actionneurs utilisables par exemple dans un clavier tel que celui illustre en figure 1. Ce moteur comprend des moyens de création de champ magnétique fixes de forme plate, ci-après appelés Eléments. de polarisation, entre lesquels sont disposées des bobines mobiles en translation dans leur plan. Les bobines mobiles reçoivent un courant déterminé par un processeur central. Chaque élément de polarisation est divisé en deux moi- tiés selon un plan vertical, comme le représentent les figures 4A 26380 10 et 4B, de façon à appliquer dans chacune de ces deux moitiés des champs en direction opposée. La figure 4A représente le cas o chaque élément de po- larisation comprend dans sa partie gauche une plaque d'aimant 10 dont la face nord est apparente et dans sa partie droite une pla- que d'aimant 11 dont la face sud est apparente. Comme le représente la figure 4B, pour des questions de commodité et de coût des aimants, chaque plaque pourrait être di- visée en plusieurs plaques élémentaires, par exemple 10-1 et 10-2 pour la partie gauche et 11-1 et 11-2 pour la partie droite. Plus particulièrement, la figure 3 représente trois élé- ments de polarisation 14, 16 et 18 en forme de plaques et trois bobines plates 20, 22 et 24. En outre, à gauche de l'élément de polarisation 14 qui se trouve à une extrémité d'un ensemble de modules, est disposée une plaque de fermeture du champ magnétique 26, par une exemple une plaque en fer doux. Ainsi, par exemple,. pour constituer un assemblage de deux modules selon-la présente invention, on assemblera sucessivement une première plaque de fer- meture 26, un Elément de polarisation 14 puis des ensembles suc- cessifs correspondant à chaque module comprenant une bobine plate mobile 20 et un élément de polarisation fixe 16 puis une deuxième bobine mobile 22 associ6e à son élément de polarisation 18. Pour réaliser un ensemble à deux modules seulement, au lieu de placer une nouvelle bobine 24 derrière l'élément de polarisation 18 comme cela est représenté, on placera derrière cet élément 18 une plaque de fermeture des lignes de champ similaire à la plaque 26. L'assemblage de la figure 3 montre que, en exceptant les extrémités de l'assemblage, pour ajouter un module à un ensemble existant, il suffit d'ajouter un ensemble comprenant un élément de polarisation et une bobine. Ainsi, comme on le verra ci-après, la présente invention prévoit des modules élémentaires comprenant, sur un châssis fixe, muni de moyens de liaison avec les châssis adjacents, un support d'élément de polarisation et de bobine mobile. La figure 5 représente une vue en perspective un peu plus détaillée que celle de la figure 3 mais encore très schémati- que d'un ensemble de deux éléments de polarisation 16 et 18 et de deux bobines mobiles 22 et 24. Chaque bobine mobile est liée à des glissières 30 et 31 susceptibles de coulisser sur des tiges de guidage 32 et 33, ces tiges étant comme on le verra ci-après soli- daires d'un chassis portant un élément de polarisation adjacent à la bobine. En outre, à chaque bobine est fixé un ensemble de transformation de mouvement de translation en mouvement de rota- tion comprenant un premier bras 34 solidaire de la bobine et se déplaçant d'avant en arrière et d'arrière en avant selon 1l sens du courant passant dans la bobine, et un deuxième bras 35 articulé sur un axe 36 également solidaire du châssis fixe de l'élément de polarisation associé à la bobine considérée. La liaison entre le bras articulé 35 ét le bras se déplaçant en va-et-vient 34 se fait par un système de liaison classique désigné schématiquement par une partie en arc de cercle 37. Le bras 35 est lié à un troisième bras 37 qui se déplace donc en rotation par rapport à l'axe 36. Ce troisième bras 37 correspond au plateau ou bras d'actionnement susmentionné du module considéré. Les dimensions des divers Elé- ments du système de transformation de mouvement de translation en mouvement de rotation, en relation avec la valeur de déplacement possible de la bobine le long des tiges de guidage, seront par exemple choisies pour que l'on obtienne une possibilité de débat- tement en rotation de 10 par rapport à une position de repos. C'est sur le bras ou plateau 37 que l'on pourra encliqueter ou fixer d'une autre manière des parements choisis. Bien entendu d'autres moyens de transformation de mouve- ment de translation en mouvement de rotation pourront être utili- ses et, pour d'autres applications, on pourra également chercher à utiliser directement le mouvement de translation de la bobine mo- bile. La figure 6 représente en vue de face un exemple de réa- lisation schématique d'une bobine et d'un élément d'aimantation montés sur un châssis pour former un module élémentaire. La bobine est désignée par la référence 40 et ses bornes d'accès par les références 41 et 42. L'élément de polarisation comprend une plaque 43 dont'la face nord est apparente et une plaque 44 dont la face sud est ap- parente de façon à créer des champs opposés dans les deux moitiés verticales de la bobine. Comme dans le cas de la figure 5, on a représenté un système de transformation du mouvement de translation de la bobine en un mouvement de rotation, désigné par les mêmes r6férences 34 à 38. Le châssis 50 a une face arrière sensiblement plane et comprend des moyens pour loger et bloquer, par exemple à force, les plaques d'aimantation 43 et 44. Le châssis comprend des moyens 51, 52 et 53, 54 de fixation des tiges de guidage 32 et 33 sur lesquelles coulisse la bobine mobile 40 par l'intermédiaire des glissières 30 et 31. On a également représenté à la partie supérieure du châssis, une bande résistive 60 dont les extrémités sont solidai- res de bornes d'accès 61 et 62. Sur cette bande résistive peut coulisser un frotteur de court-circuit-64 solidaire de la glissiè- re 31 de sorte que la résistance entre les bornes 61 et 62 est re- prGsentative de la position de la bobine mobile. D'autre part, des butées en saillie sont prévues pour assurer un espacement déterminé par rapport à la face arrière du châssis adjacent. On a représenté quatre butées latérales 71 à 74 et une butée centrale 75. De préférence, la face arrière sensible- ment plane des chassis 50 comprendra des encoches destinées, en coopération avec les butées 71 à 75 à positionner l'un par rapport à l'autre deux chassis successifs. Plusieurs chassis se "collent" naturellement les uns aux autres sous l'effet de l'attraction ma- 2638 0 10 gnétique. Il sera toutefois préférable de prévoir des passages de tiges ou boulons de fixation. Comme cela sera clair pour l'homme de l'art, pour que l'ensemble de modules actionneurs tels qu'illustrés en figures 3, 5 et 6 fonctionne de façon satisfaisante, il convient que le champ créé par une bobine mobile n'ait pas d'influence sur la bobine ad- jacente. Ceci sera le cas si l'on veille à ce que le champ maximal créé par une bobine quand du courant la traverse ne dépasse pas environ le dixième du champ créé par les éléments de polarisation. En revenant sur la figure 3, on soulignera qu'un élément de polarisation sert aux deux bobines qui l'encadrent. Ceci permet d'obtenir un moteur plat particulièrement compact. Les contraintes exposées précédemment (largeur de 13,75 mm par module pour un clavier de piano) ont facilement pu être sa- tisfaites dans le cadre d'un dispositif expérimental selon la pré- sente invention en utilisant des éléments classiques comprenant des bobines plates d'une épaisseur de l'ordre de 6 mm, ces bobines s'inscrivant dans un rectangle de 60 mmn x 120 mm, et les éléments de polarisation étant constitués de plaques d'aimant aux terres rares d'une épaisseur de 6 mm, ce qui laisse un entrefer de part et d'autre de chaque bobine inf6rieur à lmm (1,75/2 mm). On a représenté jusqu'ici une forme linéaire d'assembla- ge modulaire d'actionneurs plats. D'autres types d'assemblages sont également possibles. La figure 7 illustre schématiquement un exemple d'assem- blage matriciel. Cet assemblage est constitué d'aimants plats Aij (vus en bout) disposés en 4 rangées (i=1...4) et 4 colonnes (j=1...4). Tous les aimants d'une colonne ont le même sens d'aimantation (symbolis6 par une flèche) et les aimants de deux colonnes adjacentes ont des sens d'aimantation opposés. Des bobi- nes B sont dispos6es pour subir comme précédemment le champ d'éléments de polarisation regroupant des aimants de rangées adja- centes. Toutefois, on notera qu'ici la notion d'élément de polari- 26380 10 sation n'est pas figée comme dans le cas des assemblages linéaires précédemment décrits. Comme le montre la figure, alors que pour les bobines BIl, B12, B21, B22 les éléments de polarisation cor- respondent à des aimants des colonnes 1 et 2 et des colonnes 3 et 4, par contre, pour la bobine B31, les éléments de polarisation regroupent des aimants des colonnes 2 et 3. Ceci augmente la sou- plesse de conception, et permet des agencements d'actionneurs très denses et susceptibles de s'adapter à des besoins particuliers. La figure 7 représente également de façon schématique des plaques fermeture de champ magnétique 81-84, étant entendu que les deux plaques 81 sont reliées par un trajet magnétique. Bien entendu, la présente invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications. Par exemple, les éléments de polarisation au lieu d'être des aimants permanents pourraient être des bobines plates à noyau ce fer alimentées en courant continu, ce qui constitue un moyen de réglage complémentaire des actionneurs permettant d'appliquer une même condition en modifiant le champ continu de tous les éléments de polarisation. D'autre part, outre les assemblages précédemment décrits en rangée linéaire et en matrice, d'autres dispositions pourront être adoptées. Par exemple, l'assemblage linéaire pourrait, moyen- nant de petites variations de forme, être un assemblage en anneau. Il serait alors inutile de prévoir les pièces de fermeture de champ magnAtique. De même l'assemblage matriciel pourrait être un assemblage en anneaux concentriques. Par ailleurs, on a décrit l'actionneur modulaire selôn la présente invention dans son application à la création d'un cla- vier. En ce cas, l'actionneur sert essentiellement à fournir une force de réaction à une action sur une touche du clavier. Une au- tre application de cet actionneur consisterait à la faire agir réellement comme moteur, par exemple dans le cadre d'applications robotiques o l'on cherche souvent à rassembler un grand nombre d'actionneurs dans un petit volume. Parmi des exemples d'autres variantes possibles de l'in- vention on peut citer les suivants: - les bobines mobiles peuvent comprendre des bandes de fer intercalées entre les tours de la bande de cuivre enroulée en bobine plate dans un but d'optimisation de la caractéristique de consommation en fonction de la puissance fournie; - divers types de capteurs de position potentiométri- ques, optiques, inductifs, par exemple, peuvent être utilisés; - deux ou plusieurs bobines mobiles d'un même assemblage peuvent être couplées mécaniquement et/ou électriquement; - le déplacement d'une bobine peut etre utilise, par l'interm;iûiaire d'un contacteur lié à cette bobine et associé a un commutateur multipolaire pour provoquer un actionnement séquentiel déterminé de plusieurs autres bobines d'un ensemble donne; _ REVENDICATIONS 1. Clavier rétroactif modulaire muni de touches permet- tant de renvoyer à l'utilisateur une sensation caractéristique de ladite touche, caractérisé en ce que: chaque touche est un élément d'un module parallélépipé- dique plat autonome (1) comprenant un moteur, un capteur de posi- tion et des moyens de connexion électrique, chaque module comprend des moyens pour le fixer au modu- le adjacent, les touches sont reliées à une unité centrale de traite- ment pour leur conférer la réponse souhaitée par action sur le moteur et pour traiter les signaux du capteur. 2. Clavier selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque module comprend un plateau ou bras mobile (2; 37), identique pour toute.; les touches, ce plateau comprenant des moyens pour y fixer de façon interchangeable des parements ayant l'aspect, la forme et la dimension des touches de l'instrument considéré.