Brevet FR2780547A1 — publié le 19991231

DISPOSITIF POUR LIMITER LES FORCES APPLIQUEES À UNE MANETTE DE COMMANDE La présente invention concerne de façon générale des manettes de commande qui convertissent des forces appliquées par un opérateur en signaux électriques et plus particulièrement un dispositif pour limiter la quantité de force qui peut être appli- quée à la manette de commande. Divers types de dispositifs sont commandés par des actions d'un utilisateur sur une structure de manette de commande ou de manche à balai. La structure de manette de commande est un dispositif électromécanique qui convertit les forces exercées sur une manette de commande par un opérateur en un ou plusieurs signaux électriques de sortie. Les signaux de sortie peuvent être des signaux analogiques de tension proportionnels à la force appliquée ou des signaux modulés en largeur d'impulsion (PWM), de fréquence fixe et de rapport cyclique variable proportionnel à la force. Les structures de manettes de commande peuvent fournir des signaux représentant des mouvements en rotation et/ou en transla- tion dans une, deux ou trois dimensions. Pour qu'un moyen d'action puisse commander divers composants mobiles d'un système, certaines structures de manettes de commande comportent une ou plusieurs structures de manettes de commrnande miniatures dans une structure de manette ou poignée de commande plus grande. Le brevet américain 4748441 de Brzezinski décrit un exemple d'une telle configuration comportant une petite structure de manette de commande munie d'une manette de commande s'étendant à partir du sommet d'une plus grande manette de commande. La manette de commande est fixée à une liaison à rotule, la liaison à rotule étant montée de façon mobile dans un passe-fil. L'opérateur saisit la manette de commande entre l'un de ses doigts et son pouce pour la déplacer sur sa plage de déplacement. Il est souvent souhaitable de disposer d'une manette de commande que l'on peut déplacer sur toute sa plage de déplacement en utilisant un seul doigt ou le pouce. De telles applications comprennent le dessin sur ordinateur, des affichages visuels, la commande de vol, des commandes de tir, des télescopes de poursuite, le dessin et la fabrication de circuits intégrés, la commande de véhicule, la commande de missiles guidés, des tables de localisation, des systèmes infrarouge tête haute, des systèmes radars, des engins de levage, des grues, des machines d'inspection et la commande de robots. Dans certaines structures de manettes de commande miniatures, la manette de commande comprend une partie en saillie longue et relativement mince ou ergot. Ce type de manette de commande convient à certaines appli- cations, telles qu'une commande de curseur dans un ordinateur de bureau. On peut toutefois souhaiter utiliser la même structure de manette de commande miniature dans des applications dans lesquel- les les forces exercées sur la manette de commande peuvent être supérieures à celles que la manette de commande est conçue pour supporter. Pour éviter d'endommager ou de casser la manette de commande, on souhaite prévoir un moyen pour limiter la quantité de force appliquée à la manette de commande. Divers types de poignées et de boutons sont couramment disponibles et peuvent être montés sur des manettes de commande miniatures pour un fonctionnement par le pouce ou le bout d'un doigt. Les poignées et les boutons ne comportent typiquement pas de moyen pour limiter la quantité de force qui peut être exercée sur la manette de commande. En conséquence, la présente invention vise à pallier un ou plusieurs des problèmes susmentionnés. Plus particulièrement, la présente invention prévoit un dispositif pour limiter les forces exercées sur une structure de manette de commande, la structure de manette de commande compre- nant une manette de commande montée dans un support, un moyen pour détecter les forces exercées sur la manette de commande, et un moyen pour convertir les forces détectées en signaux de sortie électriques. Ce dispositif comprend un moyen pour exercer des forces sur la manette de commande, et un adaptateur monté sur la manette de commande entre le moyen pour exercer des forces et le moyen pour détecter des forces, l'adaptateur comprenant une par- tie arrière qui s'étend sensiblement autour de la manette de commande, la partie arrière étant disposée pour entrer en contact avec le support et empêcher un mouvement supplémentaire de la manette de commande quand les forces exercées sur la manette de commande l'amènent à se déplacer d'une quantité prédéterminée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'adaptateur comprend en outre une structure de montage pour por- ter le moyen pour exercer des forces sur la manette de commande. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen pour exercer des forces sur la manette de commande comprend un bouton d'entrée comprimable ayant une partie suré- levee pour permettre à un opérateur d'exercer une force sur le bouton d'entrée dans une direction désirée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manette de commande est mobile selon un axe. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manette de commande est mobile selon deux axes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manette de commande est mobile selon deux dimensions. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le bouton d'entrée comprimable assure une réaction tactile pour l'opérateur en ce qui concerne la quantité de force appliquée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la structure de montage comprend au moins un levier s'étendant à partir d'une partie de l'adaptateur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manette de commande revient à une position neutre à moins qu'une force supérieure à un seuil déterminé lui soit appliquée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la structure de manette de commande est connectée à une potence de maintien pour montage dans une structure de préhension. La présente invention prévoit aussi une structure de poignée comprenant une poignée ayant une partie interne et une ouverture à un emplacement prédéterminé; une structure de main- tien montée dans la partie interne de la poignée; une structure de manette de commande montée sur la structure de maintien, la structure de manette de commande comprenant une manette de commande montée dans un support, un moyen pour exercer des forces sur la manette de commande, un moyen pour détecter les forces exercées sur la manette de commande, un moyen pour convertir les forces détectées en signaux électriques de sortie, et un adapta- teur monté sur la manette de commande entre le moyen pour exercer des forces et le moyen pour détecter des forces, l'adaptateur comportant une partie arrière s'étendant sensiblement autour de la manette de commande, la partie arrière étant disposée pour entrer en contact avec le support et empêcher un mouvement sup- plémentaire de la manette de commande après que la manette de commande se soit déplacée d'une quantité prédéterminée en raison des forces exercées sur elle. Selon un mode de réalisation de la présente invention, l'adaptateur comprend en outre une structure de montage pour sup- porter le moyen pour exercer des forces sur la manette de commande. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le moyen pour exercer des forces sur la manette de commande comprend un bouton d'entrée comprimable ayant une partie suréle- vée pour permettre à un opérateur d'exercer des forces sur la manette de commande dans une direction désirée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la partie surélevée du bouton d'entrée comprimable est montée dans l'ouverture de la poignée. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manette de commande est mobile selon un axe. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manette de commande est mobile selon deux axes et le bouton d'entrée comprimable comprend plusieurs parties surélevées, chaque partie surélevée étant disposée pour permettre à l'opéra- teur d'exercer une force dans une direction désirée selon un axe choisi. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manette de commande est mobile selon deux dimensions et la partie surélevée s'étend sensiblement autour du périmètre de bou- ton d'entrée comprimable qui est exposé dans l'ouverture de la poignée pour permettre à l'opérateur d'exercer une force dans toute direction choisie parmi les deux dimensions. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la structure de montage comprend au moins un levier s'étendant à partir d'une partie de l'adaptateur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la manette de commande revient à une position neutre à moins qu'une force supérieure à un seuil déterminé soit appliquée à la manette de commande. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1 est une vue explosée d'une structure de manette de commande selon la présente invention; la figure 2 est une vue de face d'un adaptateur selon la présente invention; la figure 3 est une vue de dos de l'adaptateur; la figure 4 est une vue de dessus de l'adaptateur; la figure 5 est une vue de dessous de l'adaptateur; la figure 6 est une vue de côté de l'adaptateur; la figure 7 est une vue de face de l'adaptateur monté sur une manette de commande; la figure 8a est une vue de face d'un bouton d'entrée comprimable; la figure 8b est une vue de dessus du bouton d'entrée comprimable; la figure 8c est une vue de dessous du bouton d'entrée comprimable; la figure 8d est une vue de côté du bouton d'entrée comprimable; la figure 9a est une vue de face d'une manette incorpo- rant un bouton d'entrée comprimable selon la présente invention; la figure 9b est une vue de côté de la manette; et la figure 9c est une vue de face de la manette. La figure 1 représente une structure de manette de com- mande de détection de force 20 comprenant une manette de commande 22 montée dans un support 24, un moyen 26 pour détecter les forces appliquées à la manette de commande 22 et un moyen 28 pour convertir les forces détectées en signaux électriques de sortie. La structure de manette de commande 20 représentée en figure 1 est représentative du dispositif de pointage à détection de force décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 5659354. Le moyen 26 de détection de force exercée sur la manette de commande 22 peut comprendre une ou plusieurs résistances de détection de force ou jauges de contrainte en céramique. Le moyen 28 de conversion des forces détectées en signaux électriques de sortie comprend un circuit électronique de traitement de signaux qui peut être mis en oeuvre par du matériel ou un logiciel exécuté en utilisant un microprocesseur intégré ou une combinaison de maté- riel et de logiciel comme cela est connu dans la technique. La structure de manette de commande de détection de force 20 peut être du type qui renvoie à une position neutre à moins qu'une force supérieure à un seuil prédéterminé soit appliquée à la manette de commande 22. A titre de variante, la structure de manette de commande 20 qui verrouille ou maintient la position de la manette de commande 22 dans la direction de la dernière force appliquée peut être utilisée. Divers types de structures de manettes de commande de détection de force peuvent être incorpo- rés dans la présente invention que l'on n'entend toutefois pas limiter à une utilisation avec le dispositif susmentionné. La présente invention comporte, pour limiter les forces exercées sur la manette de commande 22, des moyens pour exercer des forces sur la manette de commande 22, représentés en figure 1 comme un bouton d'entrée comprimable 30, et un adaptateur 32 monté sur la manette de commande 22 entre le moyen pour exercer des forces et le moyen 26 pour détecter des forces. L'adaptateur 32 est prévu pour empêcher des forces supérieures à ce qui est désiré d'être exercées sur la manette de commande 22 étant donné que des forces trop élevées pourraient amener la manette de commande 22 à se plier ou à se casser par rapport à la structure de manette de commande 20. L'adaptateur 32 est constitué d'un matériau rigide et durable tel qu'une matière plastique dure ou un métal et comporte une partie arrière 34 s'étendant autour d'au moins une partie de la manette de commande 22. La partie arrière 34 est disposée pour entrer en contact avec le support 24 quand les forces exercées sur la manette de commande 22 amènent la ma- nette de commande 22 à se déplacer d'une quantité prédéterminée. Le contact entre la partie arrière 34 et le support 24 empêche un mouvement supplémentaire de la manette de commande 22. L'adapta- teur 32 entoure sensiblement la manette de commande 22 et fournit un support structurel pour la manette de commande 22, protégeant ainsi la manette de commande 22 d'un endommagement ou d'une rup- ture. La partie arrière 34 peut entourer complètement la manette de commande 22 ou elle peut s'étendre seulement autour de parties choisies de la manette de commande 22 dans des zones o la partie arrière 34 est susceptible d'entrer en contact avec le support 24. Pour fixer l'adaptateur 32 à la manette de commande 22, l'adaptateur 32 comprend une ouverture de montage 35 telle que représentée en figures 2 à 7 qui a une dimension et une forme propres à s'adapter à la manette de commande 22. La forme de l'ouverture de montage 35 permet de laisser un espace entre l'adaptateur 32 et le support 24 même quand la manette de commande 22 est complètement engagée dans l'ouverture de montage 35. L'espace entre le support 24 et la partie arrière 34 de l'adaptateur 32 est nécessaire pour permettre à l'adaptateur 32 de s'incliner vers le support 24 dans la direction dans laquelle la force est appliquée, comme cela est représenté en figure 7. La quantité d'espace variera selon la forme et la dimension de la partie arrière 34 et doit être choisie de sorte que la partie arrière 34 contacte le support 24 quand la manette de commande 22 est à la limite de déplacement souhaitée. Pour maintenir en contact l'adaptateur 32 et la manette de commande 22, l'adapta- teur comprend des ouvertures 36 pour insérer des vis de réglage (non représentées), une goupille (non représentée), ou tout autre moyen de fixation connu dans la technique. Les forces de frotte- ment peuvent également aider à maintenir l'adaptateur 32 en dimensionnant l'ouverture de montage 35 pour un montage serré sur la manette de commande 22, et en utilisant des finitions textu- rées sur la manette de commande 22 et dans l'ouverture de montage qui créent des forces de frottement entre les surfaces. Comme cela est représenté en figures 2 à 6, l'adapta- teur 32 comprend en outre un ou plusieurs leviers 37 qui s'éten- dent à partir d'une partie avant 38 de l'adaptateur 32. Le levier 37 constitue une structure de montage pour le bouton d'entrée comprimable 30. Divers types de poignées, boutons et commutateurs peuvent être utilisés comme moyens pour exercer des forces et la présente invention n'est pas limitée aux boutons d'entrée compri- mniables 30. L'adaptateur 32 peut comprendre autant de leviers 37 que cela est nécessaire pour constituer le moyen choisi pour exercer des forces sur la manette de commande 22. De tels poignées, boutons et commutateurs qui peuvent être utilisés comme moyens pour exercer des forces sur la manette de commande 22 sont commercialement disponibles chez plusieurs fabricants. Une struc- ture de montage, au lieu ou en plus des leviers 37, peut être ajoutée à l'adaptateur 32 pour constituer les moyens choisis pour exercer des forces sur le bouton d'entrée comprimable 30. Les figures 1 et 8a représentent le bouton d'entrée comprimable 30 comme comportant deux parties surélevées 39, 40 qui constituent une surface permettant à l'opérateur d'exercer des forces sur le bouton d'entrée dans un sens choisi. Les parties surélevées 39, 40 sont disposées sur le bouton d'entrée comprimable 30 dans chaque direction dans laquelle la manette de commande 22 est autorisée à se déplacer. Le bouton d'entrée comprimable 30, représenté en figures 1 et 8a à 8d est constitué pour un déplacement selon un seul axe vers la gauche ou vers la droite. Pour un déplacement selon deux axes, le bouton d'entrée comprimable 30 comprendra quatre parties surélevées pour former une surface pour que l'opérateur puisse exercer des forces dans les directions haut, bas, gauche et droite. Pour une structure de manette de commande propre à exercer un déplacement dans deux dimensions, c'est-à-dire selon deux axes et n'importe o entre les deux axes, le bouton d'entrée comprimable 30 peut comprendre une partie surélevée qui constitue un support omnidirectionnel pour exercer une force sur la manette de commande 22, telle qu'une bordure surélevée autour du périmètre du bouton d'entrée comprimable 30. Le matériau utilisé pour constituer le bouton d'entrée comprimable 30 doit être choisi pour assurer des carac- téristiques désirées de force/sensation pour manipuler la struc- ture de manette de commande 20. La présente invention s'applique dans des cas o une structure de manette de commande est utilisée pour fournir des signaux électriques à un composant mobile dans divers types de systèmes, tels que les systèmes mentionnés ci-dessus dans la partie d'exposé de l'art antérieur, pour déplacer le composant à une vitesse désirée dans une direction désirée. Une structure de poignée 42, telle que celle représentée en figures 9a à 9c est souvent prévue pour des opérateurs de systèmes munis de compo- sants mobiles et autres sous-systèmes nécessitant des commandes d'opérateur. La poignée 44 a une partie interne creuse (non représentée) et des ouvertures à des emplacements prédéterminés dans lesquelles sont montés des commutateurs de commande, tels que par exemple le bouton d'entrée comprimable 30. Des structures de maintien (non représentées) sont montées dans la partie interne de la poignée 44 comme moyens propres à limiter la force sur une manette de commande 22 quand des forces sont exercées sur elle. Une ou plusieurs structures de manettes de commande 20 peuvent être incorporées dans une poignée 44 ou à d'autres empla- cements tel qu'un panneau. Les structures de manettes de commande peuvent être du même ou de divers types, selon les composants du système qui sont commandés par une action d'un opérateur. En outre, les conmmutateurs de commande peuvent être actionnés avec l'un quelconque des doigts ou le pouce de l'une ou l'autre main, selon l'emplacement de la poignée du panneau ou autre structure qui incorpore la structure de manette de commande. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour limiter les forces exercées sur une structure de manette de commande (20), la structure de manette de commande (20) comprenant une manette de commande (22) montée dans un support (24), un moyen (26) pour détecter les forces exercées sur la manette de commande (22), et un moyen (28) pour convertir les forces détectées en signaux de sortie électriques, caracté- risé en ce qu'il comprend un adaptateur (32) monté sur la manette de commande (22) entre le moyen pour exercer des forces et le moyen pour détecter des forces (26), l'adaptateur (32) comprenant une partie arrière (34) qui s'étend sensiblement autour de la manette de commande (22), la partie arrière (34) étant disposée pour entrer en contact avec le support (24) et empêcher un mouve- ment supplémentaire de la manette de commande (22) quand les forces exercées sur la manette de commande (22) amènent la manette de commande (22) à se déplacer d'une quantité prédétermi- née. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'adaptateur (32) comprend en outre une structure de montage pour porter le moyen pour exercer des forces sur la manette de commande (22). 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le moyen pour exercer des forces sur la manette de commande (22) comprend un bouton d'entrée comprimable (30) ayant une partie surélevée (39, 40) pour permettre à un opérateur d'exercer une force sur le bouton d'entrée (30) dans une direction désirée. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la manette de commande (22) est mobile selon un axe. 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la manette de commande (22) est mobile selon deux axes. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la manette de commande (22) est mobile selon deux dimensions. 7. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le bouton d'entrée comprimable (30) assure une réaction tactile pour l'opérateur en ce qui concerne la quantité de force appliquée. 8. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la structure de montage comprend au moins un levier (37) s'étendant à partir d'une partie (38) de l'adaptateur (32). 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la manette de commande (22) revient à une position neutre à moins qu'une force supérieure à un seuil déterminé soit appliquée à la manette de commande (22). 10. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la structure de manette de commande (20) est connectée à une potence de maintien pour montage dans une structure de préhension. 11. Structure de poignée (42) comprenant: une poignée (44) ayant une partie interne et une ouver- ture à un emplacement prédéterminé; une structure de maintien montée dans la partie interne de la poignée (44); une structure de manette de commande (20) montée sur la structure de maintien, la structure de manette de commande (20) comprenant une manette de commande (22) montée dans un support (24), un moyen pour exercer des forces sur la manette de commande (22), un moyen (26) pour détecter les forces exercées sur la manette de commande, et un moyen (28) pour convertir les forces détectées en signaux électriques de sortie, cette manette étant caractérisée en ce qu'elle comprend un adaptateur (32) monté sur la manette de commande (22) entre le moyen pour exercer des forces et le moyen pour détecter des forces (26), l'adaptateur (32) comportant une partie arrière (34) s'étendant sensiblement autour de la manette de commande (22), la partie arrière (34) étant disposée pour entrer en contact avec le support (24) et empêcher un mouvement supplémentaire de la manette de commande (22) après que la manette de commande (22) se soit déplacée d'une quantité prédéterminée en raison des forces exercées sur elle. 12. Structure selon la revendication 11, dans laquelle l'adaptateur (32) comprend en outre une structure de montage pour supporter le moyen pour exercer des forces sur la manette de commande (22). 13. Structure selon la revendication 11, dans laquelle le moyen pour exercer des forces sur la manette de commande (22) comprend un bouton d'entrée comprimable (30) ayant une partie surélevée (39, 40) pour permettre à un opérateur d'exercer une force sur le bouton d'entrée (30) dans une direction désirée. 14. Structure selon la revendication 13, dans laquelle la partie surélevée (39, 40) du bouton d'entrée comprimable (30) est montée dans l'ouverture de la poignée (44). 15. Structure selon la revendication 14, dans laquelle la manette de commande (22) est mobile selon un axe. 16. Structure selon la revendication 14, dans laquelle la manette de commande (22) est mobile selon deux axes et le bouton d'entrée comprimable (30) comprend plusieurs parties sur- élevées (39, 40), chaque partie surélevée (39, 40) étant disposée pour permettre à l'opérateur d'exercer une force dans une direc- tion désirée selon un axe choisi. 17. Structure selon la revendication 14, dans laquelle la manette de commande (22) est mobile selon deux dimensions et la partie surélevée (39, 40) s'étend sensiblement autour du péri- mètre de bouton d'entrée comprimable (30) qui est exposé dans l'ouverture de la poignée (44) pour permettre à l'opérateur d'exercer une force dans toute direction choisie parmi les deux dimensions. 18. Structure selon la revendication 12, dans laquelle la structure de montage comprend au moins un levier s'étendant à partir d'une partie de l'adaptateur (32). 19. Structure selon la revendication 12, dans laquelle la manette de commande (22) revient à une position neutre à moins qu'une force supérieure à un seuil déterminé soit appliquée à la manette de commande (22).