Brevet FR2717289A1 — publié le 19950915

Siège-simulateur d'effets physiques L'invention vise à fournir un siège-simulateur d'effets physiques, du type comportant au moins un siège d'utilisateur pivotant indépendamment sur deux axes, entrainé par au moins un actionneur par rapport à un repère fixe. Conformément à ce qui a été décrit ci-dessus le degré d'inclinaison du siège varie en fonction de la vitesse de succession d'images sur les écrans d'un casque de visualisation, dont l'utilisateur est équipé. Grâce à ce casque de visualisation, l'utilisateur, étant complètement isolé des repères terrestres, ne se réfère qu'à l'image et à ses sensations physiques, liées à la rotation du siège. Avantageusement ce mode de réalisation du siège-simulateur permet la simulation de tout moyens de transport terrestre, maritime, sous-marin ou aérien, avec les sensations physiques réalistes, ainsi qu'une construction simple et une absence de maintenance, des gabarits et un poids réduits. La description qui suit, accompagnée de dessins annexés à titre d'exemple non limitatif, donne une explication plus détaillée de la réalisation de l'invention - figure 1 (vue de coté, avec l'utilisateur) et figure 2 (vue de face) représentent un exemple de réalisation du siège-simulateur, - figure 3 (vue de coté) et figure 4 (vue de face) représentent les phases de mouvement du siège-simulateur en fonctionnement, - figure 5, figure 6 et figure 7 représentent les liaisons possibles entre l'équipement et les périphériques du siège-simulateur. - figure 8 représente le type de programmation des actionneurs (7, 8). Ci-dessous se trouvent un complément détaillé à la description du siège-simulateur faisant l'objet de l'invention, ainsi que les dessins, donnés surtout à titre d'indication : la figure 1 (vue de coté) et la figure 2 (vue de face). Le siège-simulateur posé ou fixé au sol par un socle (6). Un axe longuitudinal (4) permettant le pivotement du porte-siège (2) en plan vertical transversal sous l'action d'un actionneur (8) est disposé en plan horizontal sur ce socle. L'axe longuitudinal (4) et un axe de tangage (3) composent un bloc-croisillon (5). L'axe longuitudinal (4) et l'axe de tangage (3) sont entrecroisés à 900 et disposés en plans horizontaux différents de façon à ce que l'axe de tangage (3) puisse pivoter autour de l'axe longuitudinal (4) en plan vertical transversal, car dans le cas contraire, il ne serait pas possible de simuler le virage lors d'une accélération, puisque le siège pivoterait dans le plan horizontal transversal (voir FR 2,551,574 ; US 4,478,407 ; US 3,829,988). L'axe de tangage (3) permet le pivotement du porte-siège (2) en plan vertical longitudinal sous l'action d'un actionneur (7), qui sert aussi d'un contrepoids Le porte-siège (2) pivote de façon indépendante sur chacun des deux axes, mouvant par rapport à un repère fixe. Selon l'invention, dans d'autres réalisations du siègesimulateur, le pivotement indépendant du porte-siège (2) sur l'axe de tangage (3) et l'axe longuitudinal (4) peut être réalisé par un seul actionneur. Une fourchette (13) est montée directement sur l'axe de tangage (3). Le porte-siège (2) est fixé sur la fourchette (13), de façon à ce que dans la position verticale de la fourchette (13) le siège d'utilisateur soit situé au-dessus du bloc-croisillon (5). Le changement de position des axes de rotation par rapport à l'utilisateur, les forces changent leur direction et, bien entendu, leur effet (voir FR 2,691,824 ; US 3,829,988 où le pivotement sur l'axe transversal dirige la force vers le siège de l'utilisateur, ou vers la tête de l'utilisateur (voir US 4,856,771), mais pas vers le dossier, ce qui ne provoque pas les sensations d'accélération. Le porte-siège (2) comporte un système vibrationnel (9) muni d'un actionneur sur lequel est monté le siège de l'utilisateur (1), un palonnier (12) et un coussin de sécurité (10) formant un ensemble unique avec un volant (11). L'équipement des commandes, le volant et le palonnier sont de type connus destiné à commander le programme de simulation visuelle ou de jeux vidéos. Le siège-simulateur est également équipé d'un système de visualisation d'images vidéos (Fig. 1) et numériques (Fig. 5, 6) transmises à l'utilisateur à l'aide d'un casque de visualisation (16) masquant totalement le repère terrestre. Le casque, lui, les moyens de communication et de simulation auditives représentés par un microphone (23) et des écouteurs (22). La figure 3 (vue de coté) et la figure 4 (vue de face) représentent les phases de mouvement du siège-simulateur selon l'invention sans toutefois limiter sa portée. Fig. 3 L'utilisateur équipé d'un casque de visualisation (16) masquant totalement les repères terrestres est installé sur le siège d'utilisateur (1) fixé sur le porte-siège (2) qui pivote sur l'axe de tangage (3) dans le plan vertical longitudinal de 0 à 1800 et plus, par rapport au repère terrestre. Fig. 4 En dehors du pivotement sur l'axe de tangage (3), le porte-siège pivote de façon indépendante sur l'axe longuitudinal (4) dans le plan vertical transversal de 0 à 1800 et plus. Fig. 3 et Fig. 4 Grâce aux basculements du siège, d'avant (pos. B) en arrière (pos. A) et de droite (pos. C) à gauche (pos. D), l'utilisateur est soumis aux forces imitant celles de la gravitation terrestre qui sont dirigées selon lesdits axes et ne se réfère qu'à l'image et à ses sensations physiques liées à la rotation du siège, ce qui n'est pas possible dans les conditions des brevets PCT 83/02028 et US 4,856,771 (où les cabines laissent la possibilité de voir l'environnement extérieur du simulateur : il concerne donc une vision du référentiel fixe d'une part, et du référentiel image d'autre part, ce qui ne permet pas de simuler les effets de façon suffisamment réaliste. La possibilité de mettre le porte-siège dans le plan horizontal (pos. A, C, D) permet de simuler les accélérations, les virages , les freinages (correspondant à la valeur "g") de façon continue ainsi que de gérer la force de gravitation par rapport aux positions du corps de l'utilisateur, ce qui reste inaccessible à cause de la conception des cabines citée dans tous les brevets ci-dessus, utilisant dans leur majorité des vérins hydrauliques, à l'exception du brevet US 4,856,771 dans lequel la possibilité de mettre le siège dans le plan horizontal est utilisé pour imiter les vols en montée et en descente, mais pas pour une accélération. Toutes les sensations sont renforcées par la vitesse de succession d'images dans le casque de visualisation (16), ainsi que par les actionneurs (7, 8) (Fig. 8) de pivotement du porte siège (2), programmés pour chaque mouvement en accélération progressive (pos. E) et en arrêt calé (F, H). Après l'arrêt, le moteur repart instantanément dans un sens inverse (H, J, où H - accélération rapide et s'arrête au point J, qui correspond à la position verticale du porte-siège (2). La position verticale du portesiège correspond à une vitesse constante de succession d'images). Ainsi après chaque mouvement (E, F) le porte-siège se précipite (H, J) à regagner la position verticale (J). Dans le cas de programmation pour chaque mouvement en accélération progressive et en arrêt calé (X), où (G) est une force de gravitation et (X) est une force supplémentaire temporaire créée grâce aux actionneurs calés à la fin de chaque mouvement. Ce mode de programmation d'actionneurs (7, 8) permet de faire ressentir de façon temporaire à l'utilisateur une force (G+X) supérieure à "g". Les explications données dans tous les brevets ci-dessus (à l'exception du brevet FR 2 691 824) sont limitées à ce que le pivotement de la cabine sur l'axe transversal ou autour d'un axe imaginaire transversal (voir US 4,856,771) donne une sensation de vol en montée ou en descente, ainsi que des cahots d'un véhicule mais pas une accélération prolongée en plus de l'accélération temporaire supérieure à "g". L'angle d'inclinaison du porte-siège (2), dirigé par les axes de rotation (3, 4), varie en fonction de la vitesse de succession d'images. Ce qui diffère du brevet US 4,478,407, où l'inclinaison de la cabine est de type "tout-ou-rien", et correspond non pas à l'inclinaison qui varie en fonction de la vitesse de succession d'images, mais simplement à la position de la manche ainsi que du brevet PCT 83/02028, où les mouvements de la cabine sont commandés par un programme préenregistré. Un système vibrationnel (9, Fig. 1) permet de simuler l'adhérence des roues au sol, un passage à l'accotement, des aspérités de surface, etc. Aucun des brevets cités ci-dessus ne parle de l'existence d'un système pareil, qui donne, lui, des sensations physiques réaliste. Les exemples non limitatifs représentés sur les figures 5, 6, 7 représentent les liaisons possibles entre l'équipement et les périphériques du siège-simulateur ; Ceux-ci sont indiqués sans toutefois limiter la portée de l'invention. Le siège-simulateur inclut, selon l'invention (Fig. 5, 6) - Un casque de visualisation (16) d'images masquant totalement l'environnement extérieur - Un volant (11, Fig. 1) et un palonnier (12, Fig. 1), représentés sur les figures 5, 6, 7 par une manette de commande (14) - Un ordinateur (15) ou calculateur d'images - Des actionneurs (7, 8, 9) de pivotement et du système vibrationnel du siège, utilisant des moteurs autosynchrones sans balai à bande passante élevée ou d'autres moteurs électriques, avec un frein et un asservissement qui pilote la valeur de la vitesse. Ci-dessous une description détaillée du fonctionnement selon les différentes façons de connection. Fig. 5 L'utilisateur dispose d'une manette de commande (14) de type connu. Cette manette de commande comporte deux potentiomètres branchés en parallèle, dont un est destiné à agir sur le programme d'ordinateur (15) et l'autre à agir en même temps sur les actionneurs (7, 8, 9). Même si cette liaison ne permet pas de programmer l'action des actionneurs (7, 8, 9) par rapport à chaque image visualisée, elle convient parfaitement au domaine ludique. La fig. 6 représente une liaison destinée aussi bien au domaine professionnel, qu'au domaine ludique. L'utilisateur dispose de ladite manette de commande (14) munie d'un potentiomètre destiné à agir sur le programme de simulation visuelle d'ordinateur (15). Ce programme de simulation visuelle comporte des données spécifiques de commande des actionneurs (7, 8, 9) par rapport à chaque image. La programmation des actionneurs (7, 8, 9) connectés à une sortie de l'ordinateur (15), telle que la sortie RS232 par exemple, se fait en fonction de la force qui aurait réellement agi sur l'utilisateur lors de l'exécution de la manoeuvre donnée. La fig. 7 Selon l'invention, le siège-simulateur comporte des périphériques suivant - une manette de commande (14) - un casque de visualisation (16) - une télécommande (17) - un moyen de transport (18) à télécommande ou son modèle réduit - une caméra vidéo (19) fixée sur le moyen de transport (18) ci-dessus - un transmetteur radio (20) d'images vidéos - un récepteur radio (21) d'images vidéos ; - un casque de visualisation (16) d'images vidéos - des actionneurs (7, 8, 9) de pivotement et de vibration du siège d'utilisateur (1). Cette façon de liaison assure un fonctionnement décrit cidessous. L'utilisateur dispose de ladite manette de commande (14) qui agit en même temps sur les actionneurs (7, 8, 9) et sur la télécommande (17) qui pilote à son tour le moyen de transport (18). L'image vidéo, filmée par la caméra (19) fixée au niveau des yeux du pilote du moyen de transport (18), est transmise dans le casque de visualisation (16) par l'intermédiaire du transmetteur (20) et du récepteur (21) ce qui donne à l'utilisateur une sensation d'être installé dans ce moyen de transport. Ce type de liaison, remplaçant la simulation visuelle par l'image vidéo filmée simultanément n'est présent dans aucun brevet si-dessus. Une connexion de ce type offre à l'utilisateur une image réaliste de l'environnement, et convient parfaitement aussi bien au domaine professionnel qu'au domaine ludique. Selon l'invention, tous les modes de réalisation des connexions (Fig. 5, 6, 7) incluent des moyens de communication auditive aussi bien pour des raisons de sécurité que pour une communication entre les utilisateurs dans le cas de plusieurs dispositifs. Il est possible d'apporter à la présente invention de divers changements et modifications de formes, de dimensions et de dispositifs de divers éléments, ainsi que des changements de matières utilisées lors de la fabrication et du nombre de places, sans que la conception générale de l'invention décrite change. REVENDICATIONS 1) Un siège-simulateur d'effets physiques destiné aux domaines professionnel et ludique, comportant au moins un siège d'utilisateur (1) fixé sur un porte-siège (2) pivotant de façon indépendante sur deux axes (3, 4), entrainé par au moins un actionneur par rapport à un repère fixe, équipé d'un casque de visualisation (16) d'images vidéos et numériques masquant totalement les repères terrestres, caractérisé par un siègesimulateur posé ou fixé au sol par un socle (6) sur lequel, en plan horizontal, est disposé un axe longuitudinal (4) permettant le pivotement du porte-siège (2) en plan vertical transversal sous l'action d'un actionneur (8), qui compose un bloccroisillon (5) avec un axe de tangage (3) permettant le pivotement du porte-siège (2) monté sur cet axe de tangage (3) à l'aide d'une fourchette (13), en plan vertical longitudinal sous l'action d'un actionneur (7), qui sert aussi d'un contrepoids. 2) Un siège-simulateur d'effets physiques selon la revendication 1 caractérisé par un axe longuitudinal (4) et un axe de tangage (3) entrecroisés dans un bloc-croisillon (5) à 900 et disposés en plans horizontaux différents de telle façon que l'axe de tangage (3) pivote autour de l'axe longuitudinal (4) en plan vertical transversal, la fourchette (13) étant mise dans la position verticale, le siège d'utilisateur (1) est situé au-dessus du bloc-croisillon (5). 3) Un siège-simulateur d'effets physiques selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que sur l'axe de tangage (3) est montée la fourchette (13) du porte-siège (2) qui comporte un système vibrationnel (9) avec le siège d'utilisateur (1), un palonnier (12) et un coussin de sécurité (10) qui forme un ensemble unique avec le volant (11). 4) Un siège-simulateur d'effets physiques selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par des actionneurs (7, 8) qui sont constitués par des éléments moteurs, tels que moteurs électriques divers avec un frein et une vitesse réglable, permettant le pivotement indépendant du porte-siège (2) sur l'axe de tangage (3) et l'axe longuitudinal (4). 5) Un siège-simulateur d'effets physiques selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par des actionneurs (7, 8) (Fig. 8) de pivotement du porte-siège (2) dont les positions des axes de rotation (3, 4) sont programmées pour chaque mouvement en démarrage progressif (pos. E) ou en arrêt calé (pos. F, H). Après l'arrêt, le moteur repart instantanément dans un sens inverse 6) Un siège-simulateur d'effets physiques selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un casque de visualisation (16) d'images vidéos ou numériques masquant totalement les repères terrestres, équipé les moyens de communication et de simulation auditives, représentés par un microphone (23) et des écouteurs (22). 7) Un siège-simulateur d'effets physiques selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le porte-siège (2) est équipé par un système vibrationnel (9), sur lequel est monté le siège de l'utilisateur (1). 8) Un siège-simulateur d'effets physiques selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une manette de commande (14) destiné à commander sur le programme de simulation visuelle de l'ordinateur (15), sur les actionneurs (7, 8), ainsi que sur le système vibrationnel (9). 9) Un siège-simulateur d'effets physiques selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte : au moins une manette de commande (14) pour agir sur les actionneur (7, 8), le système vibrationnel (9) et la télécommande (17) ; une télécommande (17) pour agir sur un moyen de transport (18) sur lequel est fixée une caméra vidéo (19) la caméra (19) est destiné à donnée des images de l'environnement ; un transmetteur (20) et un récepteur (21) radio pour la transmission des images vers le casque de visualisation (16).