Brevet FR2691824A1 — publié le 19931203

Dispositif de simulation d'effets physiques La présente invention concerne un dispositif de simulation d'effets physiques, du type comportant une plate-forme mobile selon au moins un degré de liberté, animée par rapport à un référentiel fixe par au moins un actionneur, ladite plate-forme comportant au moins un moyen pour l'installation de l'utilisateur, par exemple un siège. De tels simulateurs sont employés dans des applications civiles ou militaires pour l'entraînement ou l'étude des réactions d'un sujet. Ils mettent toutefois en oeuvre des techniques d'asservissement et de commande complexes, et sont d'un court de fabrication et d'utilisation très élevé. L'objet de la présente invention est un dispositif susceptible d'être raccordé à une console de jeu vidéo pour produire sur l'utilisateur des effets physiques réalistes complétant les effets visuels apparaissant sur un écran de visualisation. A cet effet, l'invention concerne plus particulièrement un dispositif caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour masquer de la vue du ou des utilisateurs tout objet du référentiel fixe, ainsi que des moyens de visualisation d'images animées, lesdits moyens de visualisation étant dans le référentiel du ou des utilisateurs, le mouvement de la plate-forme étant asservi à l'accélération calculée d'un point de référence de l'image visualisé par rapport à l'espace fixe de l'image visualisée. De préférence, la plate-forme est mobile par rapport à au moins un axe de rotation horizontal, l'inclinaison de ladite plate-forme mobile étant proportionnelle à l'accélération calculée selon un direction horizontale perpendiculaire à l'axe de rotation de la plate-forme d'un point de référence de l'image visualisée par rapport à l'espace fixe de l'image visualisée. Avantageusement, la plate-forme est mobile par rapport à deux axes rotation horizontaux, l'inclinaison de ladite plate-forme mobile par rapport à chacun desdits axes horizontaux étant proportionnelle à l'accélération calculée selon la direction horizontale perpendiculaire à l'axe de rotation considéré d'un point de référence de l'image visualisée par rapport à l'espace fixe de l'image visualisée. Ce mode de réalisation permet de reproduire des sensation d'accélération et de virage jusqu a un G, de façon à la fois réaliste et simple. Selon un mode de réalisation particulier, la plate-forme mobile est solidaire d'un premier bras mobile en rotation par rapport à un pivot horizontal, ledit bras mobile étant articulé en rotation par rapport à un axe horizontal perpendiculaire audit pivot. Selon une première variante, les moyens de visualisation sont constitués par un casque individuelle masquant totalement la visibilité de l'utilisateur et comportant un écran de visualisation intégré. Selon une deuxième variante, la plate-forme comporte une cabine opaque à l'intérieur de laquelle sont disposés des moyens de visualisations constitués par au moins un écran de visualisation. Selon un mode de mise en oeuvre préféré, le dispositif de simulation d'effets physiques selon l'invention comporte au moins une manette pour commander le déroulement d'un programme de visualisation d'images de synthèse. Selon une variante particulière, l'utilisateur est mobile selon un axe perpendiculaire à la surface de l'écran de visualisation. Pour cette variante, il est possible d'envisager un mode de mise en oeuvre dans lequel la plateforme comporte un siège mobile, destiné plus particulièrement au cas où l'utilisateur porte un casque, ou un mode de réalisation dans lequel le dispositif comporte une cabine mobile intégrant un siège et un écran. la présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faisant référence aux dessins où: - la figure 1 représente une vue schématique du dispositif - la figure 2 représente une vue de coté d'un exemple de réalisation - la figure 3 représente une vue de dessus d'une installation comportant plusieurs dispositifs selon l'invention. La figure 1 représente une vue schématique du dispositif selon l'invention. L'utilisateur (1) est installé dans un siège (2) solidaire d'une plate-forme mobile (3). Cette plate-forme mobile est inclinable par rapport au référentiel de la terre selon deux axes, afin de permettre un basculement du siège d'avant en arrière d'une part, et de droite à gauche d'autre part, cette orientation faisant référence à la position de l'utilisateur (1). L'utilisateur est soumis à la gravitation terrestre qui est dirigée selon un axe vertical OP invariable dans le référentiel de la terre. Lorsque la plate-forme (3) est inclinée selon une direction d'un angle n, et sous réserve que l'utilisateur ne puisse pas se référer à un repère du référentiel de la terre, il a l'impression de subir une accélération axiale selon un axe OR, d'une valeur G.Sin n. L'impression d'accélération est renforcée par la visualisation, sur un écran (4) solidaire de la plateforme de séquences animées représentant la vision simulée d'un espace virtuel et d'objets vus depuis un engin mobile dans lequel l'utilisateur est censé être installé. L'inclinaison suivant les axes de mobilité de la plateforme (3) doit être proportionnelle à l'accélération relative de engin à bord duquel l'utilisateur est censé être installé par rapport à l'espace virtuel visualisé. L'écran de visualisation peut être constitué par un écran de grande dimension disposé à l'intérieur d'une cabine solidaire de la plate-forme (3) et masquant totalement la perception du référentiel terrestre, ou par un casque individuelle que l'utilisateur coiffe avant de démarrer une séquence, le casque comportant un écran pour la visualisation d'images vidéo. Le coefficient de proportionnalité entre l'inclinaison et l'accélération simulée peut être paramètrable afin de permettre l'adaptation à différents types de simulation: engin terrestre, pour lesquels l'accélération reste dans des limites relativement faibles, ou engins spatiaux associés à des jeux vidéo, pour lesquels une fourchette d'accélération étendue est requise pour parfaire le réalisme des sensation subies par l'utilisateur. Les paramêtres adaptables sont notamment la durée pendant lequel une inclinaison doit être maintenue constante et le coefficient de proportionalité entre l'accélération virtuelle et l'angle d'inclinaison. La figure 2 représente un exemple de réalisation particulier d'un dispositif selon l'invention. La plate-forme mobile (3) supporte une cabine (5) masquant totalement l'environnement extérieur, ainsi qu'un siège (2) et un écran de visualisation (4). La plate-forme mobile (3) est solidaire d'un premier bras (6) mobile dans un plan vertical axial passant par le siège (2) et l'écran de visualisation (4), autour d'un axe de pivotement (7) horizontal perpendiculaire audit plan vertical axial. Cet axe de pivotement (7) est supporté par un second bras mobile (8). Un vérin (9) disposé entre le premier bras mobile (6) et du second bras mobile (8) commande l'inclinaison de la plate-forme mobile (3) dans le plan vertical axial. Le second bras mobile (8) est mobile autour d'un second axe de pivotement horizontal (9) perpendiculaire au premier axe de pivotement (7). Le second axe de pivotement horizontal (9) est solidaire d'un support (10) qui est fixe dans le référentiel terrestre. Le second axe de pivotement horizontal (9) permet une inclinaison de la plate-forme mobile dans un plan vertical transversal perpendiculaire au plan plan vertical axial. Dans l'exemple de réalisation particulier décrit en faisant référence à la figure 2, le siège (2) est mobile axialement par rapport à la plate-forme (3). Le siège (2) est monté sur des roulette coopérant avec des rails de guidage (11). Un système de freinage permet de solidariser ou au contraire de libérer le siège (2) par rapport- aux rails de guidage (11). Des amortisseurs de choc (12, 13) sont disposés à chaque extrémités des rails de guidage (11). Ce mode de réalisation permet de faire ressentir à l'utilisateur de façon temporaire une sensation d'accélération supérieure à 1 G, pour simuler un effet de "catapulte". Pour ce faire, la plate-forme est inclinée puis le siège est libéré par rapport aux rails de guidage. L'utilisateur dispose d'une manette de commande (14) de type connue pour agir sur le programme de simulation ou de jeu pilotant par ailleurs les mouvements de la plate-forme mobile (3). La figure 3 représente un exemple d'installation comportant plusieurs dispositifs selon l'invention. L'installation comporte un premier dispositif (20) de grande dimension, destiné à recevoir plusieurs utilisateurs sur des sièges (21). La cabine de ce premier dispositif de grande dimension (20) comporte un écran de visualisation (22) visible par l'ensemble des utilisateurs installés à l'intérieur de la cabine. Ce premier dispositif (20) de grande dimension est bien entendu mobile est inclinable selon au moins une direction par rapport au référentiel terrestre, et de préférence selon deux direction perpendiculaire. L'installation comporte en outre deux satellites (23), (24) fixes soit par rapport au référentiel terrestre, soit par rapport au premier dispositif (20) de grande dimension. Chacun des satellites (23), (24) comporte une pluralité de dispositifs individuels (25), comportant chacun une plate-forme mobile par rapport au référentiel du satellites correspondant, ainsi qu'un casque individuel. Le pilotage des mouvements de chacun des dispositifs individuels (25) ainsi que du premier dispositif (20) de grande dimension est assuré par un logiciel de simulation ou de jeu commandant une interface (26) comportant un étage de puissance pour commander les actionneurs, de type vérins, moteurs électriques, ou tout autre actionneur connu. En particulier, dans le cas où la plateforme mobile est supportée par un système de cardan, ltentrainement peut être réalisé par des moteurs électriques de type pas-à-pas agissant par galets ou par friction. Une telle installation permet de faire ressentir des impressions complémentaire à une premier groupe d'utilisateurs se trouvant dans le premier dispositif (20) de grande dimension, et à un deuxième groupe d'utilisateurs se trouvant sur les dispositifs individuels (25). Les premiers utilisateurs peuvent par exemple recevoir des images de synthèse correspondant à celle vue depuis un vaisseau de grande dimension mobile dans un espace de synthèse dans lequel se meuvent des vaisseaux de plus petite dimension, alors que les images visualisés sur les écrans des casques individuels correspondent à celle vues depuis lesdits vaisseaux de petite dimension mobiles dans un espace de synthèse et "voyant" le grand vaisseau. Une telle installation permet en particulier de gérer un interactivité entre les deux groupes d'utilisateurs, et donc de renforcer le réalisme de la simulation ou d'un jeu de type "bataille dans l'espace". La présente invention n'est bien entendu en aucune façon limitée aux exemples de réalisation exposé dans ce qui précède. Bien au contraire, l'Homme de Métier sera à même de réaliser de nombreuses variantes et applications sans pour autant sortir du cadre de la protection conférée par le présent brevet. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de simulation d'effets physiques, du type comportant une plate-forme mobile (3) selon au moins un degré de liberté, animée par rapport à un référentiel fixe par au moins un actionneur, ladite plateforme mobile (3) comportant au moins un moyen pour l'installation de l'utilisateur, par exemple un siège, caractérisé en ce que ledit dispositif comporte en outre des moyens pour ma-squer de la vue du ou des utilisateurs tout objet du référentiel fixe, ainsi que des moyens de visualisation d'images animées, lesdits moyens de visualisation étant solidaire du référentiel du ou des utilisateurs, les mouvements de la plate-forme mobile (3) étant asservis à l'accélération calculée d'un point de référence de l'image visualisé par rapport à l'espace fixe de l'image visualisée. 2 - Dispositif de simulation d'effets physiques selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plateforme mobile (3) est mobile par rapport à au moins un axe de rotation horizontal (9), l'inclinaison de ladite plateforme mobile (3) étant proportionnelle à l'accélération calculée selon un direction horizontale perpendiculaire à l'axe de rotation de la plate-forme mobile (3) d'un point de référence de l'image visualisé par rapport à l'espace fixe de l'image visualisée. 3 - Dispositif de simulation d'effets physiques selon la revendication 2 caractérisé en ce que la plateforme mobile (3) est mobile par rapport à deux axes rotation horizontaux (7), (9), l'inclinaison de ladite plate-forme mobile (3) par rapport à chacun desdits axes horizontaux (7), (9) étant proportionnelle à l'accélération calculée selon la direction horizontale perpendiculaire à l'axe de rotation considéré d'un point de référence de l'image visualisé par rapport à l'espace fixe de l'image visualisée. 4 - Dispositif de simulation d'effets physiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la plate-forme mobile (3) est mobile est solidaire d'un premier bras mobile (6) en rotation par rapport à un pivot horizontal (7), ledit bras mobile (6) étant articulé en rotation par rapport à un axe horizontal perpendiculaire audit pivot (7). 5 - Dispositif de simulation d'effets physiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les moyens de visualisations sont constitués par un casque individuelle masquant totalement la visibilité de l'utilisateur et comportant un écran de visualisation intégré. 6 - Dispositif de simulation d'effets physiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la plate-forme mobile (3) comporte une cabine (5) opaque à l'intérieur de laquelle sont disposés des moyens de visualisations sont constitués par au moins un écran de visualisation (4). 7 - Dispositif de simulation d'effets physiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte au moins une manette (14) pour commander le déroulement d'un programme de visualisation d'images de synthèse. 8 - Dispositif de simulation d'effets physiques selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'utilisateur est mobile selon un axe perpendiculaire à la surface de l'écran de visualisation (4).