Brevet FR2652445A1 — publié le 19910329

La présente invention concerne un procédé de stimulation permettant d'engendrer sur le doigt d'un utilisateur qui agit sur une touche d'un clavier statique, un effet tactile déterminé, par exemple en vue de recréer une sensation d'effort et de rupture similaire à celle qui est fournie par des boutons-poussoirs classiques (notamment du type à capsu- le déformable). Elle a également pour objet un dispositif spécialement conçu pour la mise en oeuvre de ce procédé. D'une manière générale, on sait qu'un clavier statique comprend habituellement une surface rigide éventuellement montée sur un système de mesure d'effort et recouverte d'une surface dite "tactile" permettant d'effectuer et de locali- ser les sélections. Ce clavier peut en outre comprendre une grille de guidage des appuis et de délimitation des zones constituant les touches, cette grille étant rapportée sur la surface tactile ou faisant corps avec celle-ci. Il est clair que, du fait qu'il est statique, ce clavier ne permet pas d'engendrer, sur le doigt de l'opérateur qui agit sur une touche, un stimulus physiologique par exemple pour - 2 - accuser réception, pour valider ou même pour indiquer que la fonction demandée est exécutée ou en cours d'exécution. C'est la raison pour laquelle on a notamment proposé d'asso- cier au clavier des moyens permettant d'effectuer un choc ou de transmettre des vibrations en un point convenablement choisi du clavier pour être perceptibles par un doigt agis- sant sur une touche. Or, il s'avère que cette solution présente un certain nombre d'inconvénients: - L'amplitude des vibrations ou les chocs exercés sur le clavier doit être relativement basse (et donc peu percep- tible) pour ne pas perturber le fonctionnement du clavier et, en particulier, de la surface tactile. - Pour cette raison, ces vibrations sont difficilement déce- lables par un utilisateur portant des gants. - Lorsque le clavier est monté sur une structure sujette à des vibrations, il devient difficile de distinguer les vibrations déclenchées par la sollicitation d'une touche, des vibrations transmises par la structure. - Cette solution, qui n'est pas entièrement satisfaisante du point de vue ergonomique, ne permet pas de recréer des sensations similaires à celle des boutons-poussoirs clas- siques auxquels les utilisateurs sont familiers. L'invention a donc plus particulièrement pour but de suppri- mer ces inconvénients. Elle propose, à cet effet, un procédé consistant à rendre mobile au moins une partie du clavier sur laquelle le doigt de l'usager vient au moins partiellement en appui lorsqu'il sollicite une touche, à détecter au moins une composante de la contrainte exercée par le doigt sur le clavier, lors de - 3 - cette sollicitation, et à provoquer un déplacement préétabli de la partie mobile du clavier lorsque la valeur de cette composante dépasse ou a dépassé une valeur de seuil. La susdite valeur de seuil pourra être éventuellement déter- minée de manière à ce que le déplacement de la partie mobile débute au moment du changement d'état du circuit de commuta- tion associé à la touche qui est sollicitée, ou même à l'issue d'une période de temps déterminée consécutive à ce changement d'état, par exemple une période nécessaire à la validation dudit changement d'état. Le procédé selon l'invention comprend en outre un retour de la partie mobile à sa position initiale, soit après une période déterminée T consécutive au changement d'état, soit à la suite du relâchement de la touche par l'opérateur. Bien entendu, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précédemment décrit fera nécessairement intervenir: - un clavier de type statique comprenant une pluralité de touches; - un équipage mobile incluant tout ou partie du clavier; - des moyens de détection aptes à détecter au moins l'une des composantes des contraintes subies par le clavier à la suite de l'action d'un opérateur sur une touche du cla- vier; - un actionneur apte à engendrer un déplacement prédéterminé de l'équipage mobile; et - un circuit électronique assurant la commande de l'action- neur en fonction du signal délivré par le détecteur et/ou de l'état du dispositif de commutation associé à la touche du clavier qui a été sollicitée. - 4 - Des modes d'exécution d'un tel dispositif seront décrits ci- après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue montrant un clavier selon l'invention, en coupe schématique partielle, ainsi que le circuit électronique qui lui est associé; Les figures 2 à 5 sont des diagrammes montrant la variation dans le temps des efforts exercés sur l'équipage mobile d'un clavier du type de celui repré- senté figure 1, en relation avec la courbe de détec- tion (figure 2) de la surface tactile de ce clavier, la figure 3 montrant la variation de l'effort F exercé par le doigt d'un opérateur sur la surface tactile, tandis que les figures 4 et 5 représentent la varia- tion des efforts exercés par l'électro-aimant de main- tien (figure 4) et par l'électro-aimant de traction (figure 5); Les figures 6 et 7 sont des diagrammes représentatifs de la force d'appui exercée par le doigt d'un opéra- teur sur la touche d'un clavier, en fonction de la course effectuée par cette touche, dans le cas d'un bouton-poussoir classique (figure 6) et dans le cas d'un clavier selon l'invention, à effet tactile commandé (figure 7); et La figure 8 est une représentation schématique illus- trant une variante d'exécution du clavier dans lequel le déplacement de l'équipage mobile s'effectue perpendiculairement à la surface tactile. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, le clavier comprend un équipage mobile 1 incluant un support plat 2 portant une surface tactile 3 et une grille 4 de guidage des appuis et de délimitation des zones servant de touches 5. - 5 - Il convient de noter à ce sujet que l'invention ne se limite pas à une telle structure: ainsi, par exemple, la structure tactile pourrait être incorporée au support 2. Par ailleurs, ce support 2 pourrait éventuellement consister en une cellu- le à cristaux liquides permettant d'assurer une identifica- tion relégendable des touches 5. L'équipage mobile 1 est monté sur une structure support fixe 6 par l'intermédiaire de moyens de guidage, de manière à pouvoir se déplacer en translation comme indiqué par la double flèche 7, selon un axe de déplacement parallèle au plan de support 2. Selon ce mode d'exécution, les moyens de guidage comprennent des éléments de roulement 9, 9' montés sur deux chemins de roulement respectifs 10, 11. La composante F" (normale à la surface tactile) des efforts F appliqués par l'utilisateur sur les touches est détectée grâce à un détecteur d'effort D placé sous le chemin de roulement 10. Les déplacements de l'équipage mobile 1 selon la double flèche 7 sont contrôlés par un module actionneur 12 consti- tué par un électro-aimant à double effet comportant un enroulement de maintien 13, un enroulement de traction 14, et une armature mobile 15 reliée à l'équipage mobile 1 par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission. Ce dispositif de transmission comprend ici une biellette 16 dont les extrémités sont respectivement articulées sur ladi- te armature 15 et sur ledit équipage 1 et dont la partie centrale est montée basculante autour d'un axe fixe 17. L'excitation des bobines 13, 14 est commandée par un calcu- lateur 18 qui reçoit, par ailleurs, des informations en provenance des dispositifs de localisation des sélections, -- 6 -- associés à chaque touche 5, et en provenance du détecteur d'effort D. Bien entendu, l'actionneur 12 pourrait être réalisé à l'aide de deux électro-aimants (de traction et de maintien) montés en tandem et présentant des armatures mobiles ou des noyaux mécaniquement couplés l'un à l'autre. L'actionneur 12 a plus particulièrement pour rôle: À de maintenir l'équipage mobile 1 en position de repos tant que la prise en compte de la sélection par le calculateur 18 n'est pas effective, en s'opposant à tout déplacement dû à une force exercée par le doigt de l'opérateur; de libérer l'équipage mobile 1 et de le déplacer en direc- tion de l'effort F exercé par l'opérateur, lorsque la prise en compte de la sélection a été effectuée par le calculateur 18. Le fonctionnement du clavier précédemment décrit se trouve plus particulièrement illustré sur les figures 2 à 5. En l'absence de sélection d'une touche 5 sur le clavier (état de repos), l'enroulement de maintien 13 du module d'actionnement 12 est alimenté, l'armature mobile 15 est dans la position pour laquelle l'entrefer formé entre l'armature fixe associée à l'enroulement 13 et l'armature mobile 15 est minimum. La force de retenue engendrée par cet enroulement 13 est alors maximale. Par contre, l'enroulement de traction 14 du module 12 n'est pas alimenté; l'entrefer entre l'armature fixe associée à cet enroulement 14 et l'armature mobile 15 est maximum et correspond à la course maximum de l'armature mobile 15. A l'instant to, l'opérateur pose le doigt sur une touche et exerce une force d'appui F croissante. Dans une première -7- période AT, le calculateur 18 détermine que la sélection n'est pas effective et maintient donc l'état de repos. A un instant t1, la force F exercée dépasse un seuil prépro- gramme F1 (figure 3) qui correspond ici au seuil de détec- tion S de la touche manoeuvrée (figure 2). Le calculateur 18 détermine alors que la sélection est effective et provoque le mouvement de l'équipage mobile 1 en coupant l'alimenta- tion de l'enroulement de maintien 13 et en établissant l'alimentation de l'enroulement de traction 14. Il convient de noter que ce processus pourrait être également déclenché, soit en réponse au dépassement du seuil de détection S (et, par conséquent, du changement d'état du circuit de commuta- tion associé à la touche 5 actionnée), soit lorsqu'une combinaison logique, par exemple de type ET ou OU des deux conditions de déclenchement précédemment évoquées, est réalisée. L'excitation de l'enroulement de traction 14 provoque un déplacement de l'armature mobile 15 jusqu'à ce qu'en fin de course, l'entrefer entre l'armature fixe associée à l'enrou- lement 14 et l'armature mobile 15 soit minimal. Ce déplace- ment de l'armature mobile provoque un déplacement correspon- dant de l'équipage mobile 1 selon une course qui est égale au produit de la course de l'armature mobile 15 par un coef- ficient de multiplication (ou de démultiplication) détermi- né par le rapport des longueurs des deux bras bl, b2 de la biellette 16. L'équipage mobile 1 est alors maintenu dans cet état excité pendant une période T déterminée par le calculateur 18, soit par programmation, soit par détection d'un instant t2 marquant la fin de la période T qui correspond au moment o l'opérateur relâche la touche sélectée. Cette détermination de l'instant t2 peut être assurée, soit à partir du change- ment d'état des circuits de commutation associés à la touche sollicitée, soit à partir du passage de l'effort détecté - 8 - par le détecteur D audessous d'un certain seuil F2 (figure 3). A l'issue de la période T, le calculateur 18 provoque la désexcitation de l'enroulement de traction 14 et l'excita- tion de l'enroulement de maintien 13, de sorte que l'équipa- ge mobile 1 retourne en position de repos. Un ressort de rappel 20 peut être en outre prévu pour faciliter ce retour et pour placer l'équipage mobile 1 en position de repos, en l'absence d'alimentation du calculateur 18. Les figures 6 et 7 font apparaître les similitudes existant entre les sensations obtenues à l'aide d'un clavier selon l'invention et celles obtenues à l'aide d'un bouton classi- que. Dans les deux cas, on observe une première phase dans laquelle un accroissement important de la force d'appui F exercée, n'engendre qu'un faible déplacement de la touche 5, une seconde phase dans laquelle le déplacement (important) de la touche est pratiquement indépendant de la force d'appui (laquelle est très faible, voire même nulle) et une troisième phase dans laquelle, en fin de course, l'accrois- sement de la force d'appui F n'engendre plus qu'un très faible déplacement (voire même nul) de la touche 5. Sur les figures 6 et 7, la flèche f indique l'emplacement de la course de la touche correspondant à la prise en compte de la sélection. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, l'équipage mobile 1 se déplace en translation selon un axe parallèle à la surface tactile 3, laquelle est alors de préférence orientée de manière à ce que l'effort exercé par le doigt de l'opéra- teur sur une touche 5 soit orienté obliquement par rapport audit axe de déplacement. De ce fait, l'effort F présente, dans le plan de la surface tactile 3, une composante F' tendant à amener l'équipage mobile 1 à l'état excité, à - 9 - l'encontre de l'action exercée par le ressort 20 et de l'attraction due à l'excitation de l'enroulement de maintien 13. Grâce à ces particularités, il devient possible de régler à convenance l'effet tactile engendré par le clavier sur le doigt de l'opérateur. Bien entendu, l'invention ne se limite pas au mode d'exécu- tion précédemment décrit. Ainsi, l'équipage mobile 1 pourrait être monté sur la struc- ture fixe 6 de la façon représentée figure 8, de manière à ce qu'il se déplace en translation selon un axe X perpendi- culaire au plan de la surface tactile 3 et, de préférence, parallèle à la force d'appui F exercée par le doigt de l'utilisateur. Le module d'actionnement 12 est alors conçu de manière à assurer la translation de l'équipage mobile 1 selon le susdit axe de déplacement X et selon la séquence précédemment définie, afin de restituer la sensation d'un poussoir qui cède sous appui. - 10 - Revendications 1. Procédé de stimulation permettant d'engendrer sur le doigt d'un utilisateur qui agit sur une touche (5) d'un clavier statique, un effet tactile déterminé, caractérisé en ce qu'il consiste à rendre mobile au moins une partie (1) du clavier sur laquelle le doigt de l'utili- sateur vient au moins partiellement en appui lorsqu'il sollicite une touche (5), à détecter au moins une composante (F") de la contrainte (F) exercée par le doigt sur le clavier lors de cette sollicitation et à provoquer un dépla- cement préétabli de la partie mobile (1) du clavier lorsque la valeur de cette composante (F") dépasse ou à dépassé une valeur de seuil. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de seuil est déterminée de manière à ce que le déplacement de la partie mobile (1) débute au moment du changement d'état du circuit de commuta- tion associé à la touche (5) qui est sollicitée. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de seuil est déterminée de manière à ce que le déplacement de la partie mobile (1) débute à l'issue d'une période de temps déterminée consécu- tive au changement d'état du circuit de commutation associé à la touche (5) qui est sollicitée. 4. Procédé selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un retour de la partie mobile (1) à sa position initiale, soit après une période déterminée consécutive au changement d'état, soit à la suite du relâchement de la touche (5) par l'opérateur. - 11 - 5. Procédé selon l'une des revendications précéden- tes, caractérisé en ce que le clavier est disposé de manière à ce que l'effort (F) exercé par le doigt de l'opérateur sur une touche (5) soit orienté obliquement par rapport à l'axe de déplacement (7) de la partie mobile (1), dans le sens de ce déplacement. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le clavier est conçu de manière à ce que l'effort (F) exercé par le doigt de l'opérateur sur une touche (5) soit orienté parallèlement à l'axe de déplacement (X) de la partie mobile (1), dans le sens de ce déplacement. 7. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend: - un clavier de type statique (2, 3, 4) comprenant une pluralité de touches (5); - un équipage mobile (1) incluant tout ou partie du clavier; - des moyens de détection (D) aptes à détecter au moins l'une des composantes des contraintes subies par le clavier (2, 3, 4) par suite de l'action d'un opérateur sur une touche (5) du clavier; - un actionneur (12) apte à engendrer un déplacement prédé- terminé de l'équipage mobile (1); - un circuit électronique (18) assurant la commande de l'actionneur (12) en fonction du signal délivré par les moyens de détection (D) et/ou de l'état du dispositif de commutation associé à la touche (5) du clavier qui a été sollicitée. - 12 - 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'équipage mobile (1) inclut la surfa- ce tactile (3) du clavier et est mobile en translation selon un axe de translation parallèle à la surface tactile (3). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'équipage mobile (1) inclut la surfa- ce tactile (3) du clavier et est mobile en translation perpendiculairement à la surface tactile (3). 10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le susdit actionneur (12) est consti- tué par un électro-aimant à double effet comportant un enroulement de maintien (13), un enroulement de traction (14) et une armature mobile (15) reliée à l'équipage mobile (1) par l'intermédiaire d'un dispositif de transmission. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que le dispositif de transmission consiste en une biellette (16) dont les deux extrémités sont respec- tivement articulées à l'armature mobile (15) et à l'équipage mobile (1), et dont la longueur des bras (bl, b2) est déter- minée de manière à adapter la course de l'équipage mobile (1) à la course de l'armature mobile (15). 12. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que la surface tactile (3) est portée par un support plat (2) mobile en translation sur une structure support fixe (6) grâce à des éléments de roulement (9, 9') montés sur deux chemins de roulement respectifs (10, 11). 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'un au moins des chemins de roulement (11) est équipé d'un détecteur d'effort (D) couplé au susdit circuit électronique de commande (18).