Brevet FR2880436A1 — publié le 20060707

"Actionneur multidirectionnel dont l'organe d'actionnement est pivotant autour de son centre" L'invention propose un actionneur multidirectionnel comportant un organe d'actionnement monté pivotant par rapport s à un support fixe autour d'un point central de pivotement. L'invention propose plus particulièrement un actionneur multidirectionnel comportant un support fixe d'axe principal vertical, un organe d'actionnement qui est monté pivotant par rapport au support autour d'un point central de pivotement situé io sur l'axe principal du support entre une position centrale de repos dans laquelle un axe principal de symétrie de l'organe d'actionnement s'étend globalement coaxialement à l'axe principal du support, et plusieurs positions d'actionnement qui sont réparties angulairement autour de l'axe principal du support, et dans chacune desquelles l'axe principal de l'organe d'actionnement est incliné par rapport à l'axe principal du support, et des moyens d'articulation de l'organe d'actionnement par rapport au support autour du point central de pivotement. Il existe de nombreux dispositifs appelés manettes de commande, ou "joysticks", qui sont utilisées dans diverses applications telles que des manettes de jeu ou bien des manettes de commande d'un ou plusieurs accessoires d'un véhicule automobile, comme par exemple un engin agricole ou un engin de chantier, ou pour la commande d'un ustensile pour des applications médicales. Une telle manette est en général montée pivotante, par rapport à un support fixe, autour d'un point central de pivotement, et l'utilisateur saisit la manette de la main pour la faire pivoter ou basculer autour de ce point central de pivotement. 3o Cependant, selon un mode de réalisation connu, le point central de pivotement est situé au dessous de la partie de préhension de la manette. Ainsi, lorsque l'utilisateur agit sur la manette, il déplace sa main, mais aussi l'ensemble de son bras, par rapport au support fixe. De tels mouvements du bras, lorsqu'ils sont répétés de nombreuses fois, peuvent s'avérer fatigants pour l'utilisateur, et ceci d'autant plus que les efforts de manipulation sont effectués dans toutes les directions autour du point central de pivotement. L'invention a pour but de proposer un actionneur multidirectionnel dont l'ergonomie est améliorée et qui permet à io l'utilisateur de limiter les mouvements de son bras et de son poigner lorsqu'il agit sur la partie de préhension. Dans ce but, l'invention propose un actionneur multidirectionnel du type décrit précédemment, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement est une coque creuse dans le volume 1s intérieur de laquelle sont agencés les moyens d'articulation, de manière que le point central de pivotement est situé globalement au centre de l'organe d'actionnement. Ainsi, les mouvements de l'utilisateur sont limités à des mouvements réduits de sa main qui est posée sur la coque autour du point central de pivotement. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - le support fixe comporte une tige verticale globalement coaxiale à l'axe vertical du support, qui traverse une ouverture réalisée dans une partie inférieure de l'enveloppe de l'organe creux d'actionnement, de manière que l'extrémité supérieure de la tige est située à l'intérieur de l'organe d'actionnement et porte les moyens d'articulation; - l'actionneur comporte des moyens de guidage de l'organe d'actionnement en pivotement depuis la position centrale de repos, suivant au moins une direction angulaire prédéterminée par rapport à l'axe vertical du support; - les moyens de guidage comportent un doigt qui est fixé à la tige verticale, qui est susceptible de coopérer avec une gorge associée à chaque direction angulaire prédéterminée, chaque gorge radiale étant réalisée dans un organe de guidage solidaire de l'organe d'actionnement et s'étendant radialement par rapport à l'axe vertical du support; - les moyens d'articulation comportent une rotule centrale centrée sur le point central de pivotement qui est portée par l'extrémité supérieure de la tige verticale, et une bague qui est portée par l'organe d'actionnement et qui délimite un logement interne sphérique dans lequel est reçue la rotule; - les moyens d'articulation comportent des moyens de o rappel de l'organe d'actionnement vers sa position centrale de repos; les moyens de rappel exercent sur l'organe d'actionnement un effort de rappel, dont la composante verticale est non nulle et est orientée vers le haut,. en au moins un point d'appui situé radialement à distance de l'axe vertical du support, et comportent un élément élastique qui produit l'effort de rappel et un poussoir qui est monté coulissant axialement le long de la tige verticale et qui transmet l'effort de rappel vers l'organe d'actionnement; - l'actionneur comporte des moyens de détection par effet Hall de la position angulaire de l'organe d'actionnement autour de l'axe principal du support et de l'angle d'inclinaison de l'axe principal de l'organe d'actionnement par rapport à l'axe vertical du support; - le support porte un aimant agencé globalement coaxialement à l'axe vertical du support et l'organe d'actionnement porte une platine électronique qui porte des composants électroniques qui sont aptes à produire un signal électrique variable en fonction des variations du champ 3o magnétique produit par l'aimant lors du déplacement de l'organe d'actionnement par rapport au support; - l'organe d'actionnement est de forme sphérique dont le centre est globalement situé au niveau du point central de pivotement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique en perspective d'un mode de réalisation de l'actionneur multidirectionnel conforme à l'invention; -la figure 2 est une représentation schématique en perspective avec arrachement de l'actionneur représenté à la Io figure 1; - la figure 3 est une vue en section de l'actionneur représenté à la figure 1, suivant un plan longitudinal vertical radial par rapport à l'axe principal du support, sur laquelle l'organe d'actionnement est dans sa position centrale de repos; - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3, sur laquelle l'organe d'actionnement est dans une position d'actionnement. Pour la description de l'invention, et la clarté des revendications, on adoptera à titre non limitatif les orientations verticale, longitudinale et transversale selon le repère V, L, T indiqué aux figures. On adoptera aussi l'orientation d'avant en arrière comme étant la direction transversale et de gauche à droite en se reportant à la figure 1. Dans la description qui va suivre, des éléments identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté à la figure 1 une manette de commande 10, aussi appelée "joystick", qui permet à un utilisateur de commander un appareil (non représenté), par exemple un accessoire d'un engin agricole, en utilisant une seule de ses mains. La manette 10 comporte un support inférieur 12 d'axe principal A vertical, par l'intermédiaire duquel la manette 10 est montée sur un élément de structure de l'engin agricole. La manette 10 comporte aussi un organe de préhension et d'actionnement 14 que l'utilisateur saisit de sa main pour actionner la manette 10. L'organe d'actionnement 14 est monté pivotant par rapport au support 12 autour d'un point "P" central de pivotement situé sur l'axe vertical A du support 12, aussi appelé centre de o pivotement de l'organe d'actionnement 14. Sous l'action de l'utilisateur, l'organe d'actionnement 14 est apte à pivoter par rapport au support 12 entre une position centrale de repos, et des positions d'actionnement pivotées réparties angulairement autour de l'axe vertical A du support 12. 1s L'organe d'actionnement 14 est ici de forme globalement sphérique, et il comporte un axe principal B de symétrie qui est coaxial à l'axe vertical A du support 12, lorsque l'organe d'actionnement 14 est dans sa position de repos, comme on l'a représenté aux figures 1 à 3. Lorsque l'organe d'actionnement 14 est dans une position pivotée d'actionnement, comme on peut le voir par exemple à la figure 4, son axe principal B est concourrant à l'axe vertical A du support et il est incliné par rapport à l'axe vertical A du support 12 d'un angle aigu "a" dit angle d'inclinaison ou angle de pivotement. La manette 10 comporte aussi des moyens pour l'articulation de l'organe d'actionnement 14 par rapport au support 12 autour du point central "P" de pivotement. Les moyens d'articulation comportent ici une rotule centrale 16 sphérique centrée sur le point central "P" de pivotement qui est fixée au support 12, et une bague de montage 18 qui est solidaire de l'organe d'actionnement 14. La bague de montage 18 délimite un logement sphérique concave 20 complémentaire de la rotule centrale 16, et dans lequel la rotule centrale 16 est reçue. La bague de montage 18 comporte une partie supérieure 18s et une partie inférieure 18i, qui sont agencées verticalement de part et d'autre de la rotule centrale 16, et qui sont aptes à être séparées pour permettre le montage de la rotule centrale 16 dans le logement sphérique 20. Conformément à l'invention, l'organe d'actionnement 14 est en forme d'une coque creuse dont la paroi ou enveloppe 28 délimite un volume intérieur 22 dans lequel les moyens d'articulation 16, 18 sont agencés. o De plus, les moyens d'articulation 16, 18 sont agencés dans le volume intérieur 22 de l'organe d'actionnement 14 de telle manière que le point central "P" de pivotement est situé à proximité du centre de l'organe d'actionnement. Ainsi, l'organe d'actionnement 14 consiste en une sphère creuse centrée sur le point central "P" de pivotement de manière que, lors de son pivotement par rapport au support 12, l'organe d'actionnement 14 ne se déplace pas suivant les directions longitudinale, transversale ou vertiicale. L'utilisateur n'a alors pas besoin de bouger la totalité de son bras ou de son avant bras pour commander l'accessoire de l'engin agricole par l'intermédiaire de la manette 10 selon l'invention, ce qui permet de limiter sa fatigue. La rotule centrale 16 est montée sur le support 12 par l'intermédiaire d'une tige verticale 24 qui s'étend coaxialement à l'axe vertical A du support 12, et qui traverse une ouverture 26 réalisée dans une partie inférieure 28i de l'enveloppe 28 de l'organe d'actionnement 14. L'extrémité supérieure 24s de la tige 24 est ainsi située dans le volume intérieur 22 de l'organe d'actionnement 14, et elle porte la rotule centrale 16. Pour cela, la rotule centrale 16 est prolongée axialement vers le bas par un cylindre 30 coaxial à l'axe vertical A du support 12, qui est reçu dans un trou cylindrique 32 complémentaire réalisé dans l'extrémité supérieure 24s de la tige 24. La bague de montage 18 est elle aussi située dans le volume intérieur 22 de l'organe d'actionnement 14, et elle est fixée à l'enveloppe 28 de l'organe d'actionnement 14. Selon un autre aspect de la manette 10 conforme à l'invention, les moyens d'articulation de l'organe d'actionnement 14 par rapport au support 12 comportent des moyens de rappel de l'organe d'actionnement 14 vers sa position centrale de repos. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les moyens de rappel comportent un poussoir 34 qui est monté io coulissant par rapport à la tige 24, coaxialement à l'axe vertical A du support 12, et qui prend appui verticalement vers le haut sur une face inférieure d'appui 18a de la bague de montage pour réaliser le rappel de l'organe d'actionnement 24. Le poussoir 34 comporte une tête 36 d'appui contre la face d'appui 18a la bague de montage 18, et un corps inférieur 38 cylindrique annulaire qui s'étend coaxialement à l'axe vertical A du support 12. La tête d'appui 36 est en appui sur la face d'appui 18a de l'organe d'actionnement 24 en au moins un point de contact situé radialement à distance de l'axe vertical A du support 12. Le corps inférieur 38 du poussoir 34 s'étend autour de l'extrémité supérieure 24s de la tige 24 qui est de forme cylindrique complémentaire, de telle manière que le poussoir 34 est monté coulissant axialement le long de l'axe vertical A par rapport au support 12. Enfin, les moyens de rappel comportent un élément élastique 40, qui consiste ici en un ressort hélicoïdal ou à boudin, qui est monté comprimé entre la tête d'appui 36 du poussoir et un épaulement 41 de la tige 24. 3o Le ressort 40 exerce ainsi en permanence un effort de rappel orienté vers le haut sur le poussoir 34, et le poussoir 34 transmet cet effort de rappel à la bague de montage 18. Le ressort 40 est monté comprimé entre la tête d'appui 36 du poussoir 34 et l'épaulement 41 de la tige 24, de manière qu'un déplacement vers le bas du poussoir 34 par rapport à la tige 24 provoque une compression plus importante du ressort 40 et par conséquent une augmentation de l'amplitude de l'effort de rappel. Inversement, un déplacement vers le haut du poussoir 34 par rapport à la tige 24 réduit la compression du ressort 40 et par conséquent, l'amplitude de l'effort de rappel diminue. Conformément à une variante de réalisation de l'invention, la manette 10 comporte des moyens de guidage en pivotement de l'organe d'actionnement 14, de manière que l'organe d'actionnement 14 ne soit apte à pivoter par rapport au support 12 que suivant certaines directions angulaires prédéfinies par rapport à l'axe vertical A. Selon cette variante de l'invention, comme on peut le voir à la figure 2, les directions angulaires prédéfinies sont les directions longitudinales vers la droite et vers la gauche, et les directions transversales vers l'avant et vers l'arrière. Les moyens de guidage sont agencés dans le volume intérieur 22 de l'organe d'actionnement 14, et ils comportent un doigt vertical 42 qui s'étend coaxialement à l'axe vertical A du support 12, en prolongeant axialement vers le haut la rotule centrale 16, et un organe de guidage 44 en forme de plaque plane horizontale, qui est fixé à l'organe d'actionnement 14. Le doigt vertical 42 est susceptible de coopérer avec une gorge radiale 46 réalisée dans l'organe de guidage 44, qui est associée à chaque direction angulaire prédéfinie L'organe de guidage 44 comporte ainsi plusieurs gorges 46 de guidage qui s'étendent radialement par rapport à l'axe vertical A du support 12, qui sont réparties angulairement autour de l'axe vertical A du support 12 de manière que chaque gorge 46 est associée à une direction angulaire de pivotement de l'organe d'actionnement 14. Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures, l'organe de guidage 44 comporte quatre gorges 46 agencées en croix, dont deux gorges 46 sont parallèles à la direction longitudinale, et deux gorges 46 sont parallèles à la direction transversale. Enfin, l'organe de guidage 44 est fixé à l'enveloppe 28 de l'organe d'actionnement 14 par l'intermédiaire de pattes de s fixation 48. La manette 10 conforme à l'invention comporte des moyens pour détecter chaque position d'actionnement vers laquelle l'organe d'actionnement 14 a pivoté sous l'action de l'utilisateur. Ces moyens de détection permettent e déterminer la valeur o de l'angle "a" d'inclinaison de l'axe principal B de l'organe d'actionnement par rapport à l'axe vertical A du support 12, ainsi que la position angulaire de l'organe d'actionnement 14 autour de l'axe vertical A. Les moyens de détection fonctionnent ici sur le principe de l'effet Hall, et ils comportent un élément magnétique fixe 50 qui est monté sur la tige 24, et des éléments magnétiques complémentaires mobiles 52 qui sont montés sur une platine porte-composants électroniques 54 qui est elle-même solidaire de l'organe d'actionnement 14 en pivotement par rapport au support 12. Un exemple de moyens de détection par effet Hall de la position d'un organe d'actionnement par rapport à un support fixe est décrit dans le document US-A-6.462.731 L'élément magnétique fixe 50 consiste ici en un aimant qui est de forme annulaire, coaxial à l'axe vertical A du support, et qui est ici monté sur la tige 24 par l'intermédiaire de la rotule centrale 16. Chacun des éléments magnétiques mobiles 52 consiste en un capteur magnétique à effet Hall, qui produit un signal électrique variable en fonction de l'amplitude du champ magnétique produit par l'aimant 50 au niveau de ce capteur mobile 52. Les moyens de détection comportent ici quatre capteurs mobiles 52 qui sont répartis angulairement à 90 degrés autour de Io l'axe principal B de l'organe d'actionnement 14, et qui sont agencés radialement au droit de l'aimant 50. Lorsque l'utilisateur fait pivoter l'organe d'actionnement 14 par rapport au support 12, les capteurs mobiles 52 se déplacent par rapport à l'aimant 50, de manière que le champ magnétique produit par l'aimant 50 varie au niveau de chacun des capteurs mobiles 52. Chaque capteur mobile 52 produit un signal électronique représentatif du champ magnétique qu'il perçoit, et ce signal o électronique est transmis à un dispositif électronique de commande (non représenté), par l'intermédiaire de la platine porte-composants électroniques 54. Le dispositif électronique de commande est conformé de manière qu'il est apte à analyser les signaux électroniques 1s provenant des capteurs mobiles 52 pour déterminer le déplacement correspondant des capteurs mobiles 52 par rapport à l'aimant 50, et pour en déduire l'angle "a" d'inclinaison de l'axe principal B de l'organe d'actionnement 14 et la position angulaire de l'organe d'actionnement 14 autour de l'axe vertical A du support 12. Comme on l'a dit plus haut, l'organe sphérique creux d'actionnement 14 est l'élément que l'utilisateur saisit pour agir sur la manette 10 en apposant directement la paume de sa main dessus. Les dimensions de l'organe d'actionnement 14, notamment le diamètre extérieur de l'enveloppe sphérique 18, sont ainsi déterminées de manière que toute la main de l'utilisateur peut s'étendre sur la paroi externe convexe de l'organe d'actionnement 14. 3o Pour améliorer le confort d'utilisation de la manette 10, et pour limiter les risques de glissement de la main sur l'organe d'actionnement 14, l'organe d'actionnement 14 comporte des protubérances qui font saillie vers l'extérieur par rapport à son enveloppe 28 creuse. Comme on peut le voir à la figure 1, l'organe d'actionnement 14 comporte une première protubérance 56 qui est située au niveau d'une partie longitudinale gauche de l'enveloppe 28, et une deuxième protubérance 58 qui est située au niveau d'une partie transversale avant de l'enveloppe 28. La première protubérance 56 est ici destinée à coopérer avec le pouce de l'utilisateur. La deuxième protubérance 58 est en forme d'une nervure plane qui s'étend dans un plan globalement radial par rapport à o l'axe principal B de l'organe d'actionnement 14. Elle est destinée à être reçue entre deux doigts adjacents de la main, par exemple entre le majeur et l'annulaire. La manette 10 porte aussi un ensemble d'actionneurs que l'utilisateur peut actionner directement sans avoir à déplacer sa rs main par rapport à l'organe d'actionnement. Un premier actionneur 60 est situé au niveau d'une partie supérieure de l'enveloppe 28 de l'organe d'actionnement 14, il consiste en un commutateur monté basculant par rapport à l'organe d'actionnement 14 autour d'un axe Cl globalement transversal, et qui est actionné par la paume de la main tel un poussoir, dès que l'utilisateur place sa main sur l'organe d'actionnement 14. Un deuxième actionneur 62 est monté dans la première protubérance 56, et il consiste ici en un commutateur monté basculant par rapport à l'organe d'actionnement 14 autour d'un axe C2 globalement transversal, dont l'utilisateur commande le basculement avec son pouce. Enfin, d'autres actionneurs (non représentés) sont montés au niveau d'une partie transversale avant de l'enveloppe 28 de l'organe d'actionnement, dont chacun peut être associé à un doigt de la main. La manette 10 conforme à l'invention est parfois utilisée dans un environnement extérieur relativement sale ou hostile, notamment chargé de poussières et/ou d'humidité. Pour éviter que des éléments polluants ne pénètrent dans le volume intérieur 22 de l'organe d'actionnement 14, et ne nuisent au bon fonctionnement des éléments qui y sont agencés, la manette 10 comporte un élément d'étanchéité 64 qui isole le volume intérieur 22 de l'organe d'actionnement 14 du volume extérieur. Ici, l'élément d'étanchéité 64 consiste en un soufflet radial annulaire coaxial à l'axe vertical A du support 12, dont le bord circulaire intérieur 64i est monté sur une collerette annulaire lo inférieure 66 qui prolonge verticalement vers le bas le bord de l'ouverture 26 réalisée dans la partie inférieure 28i de l'enveloppe 28 de l'organe d'actionnement 14, et dont le bord circulaire externe 64e est monté sur une collerette annulaire complémentaire (non représentée) du support 12. Le soufflet 64 est réalisé en un matériau déformable élastiquement, de manière qu'il est apte à se déformer élastiquement lors du pivotement de l'organe d'actionnement 14 par rapport au support 12 REVENDICATIONS 1. Actionneur (10) multidirectionnel comportant: - un support (12) fixe d'axe principal "A" vertical; - un organe d'actionnement (14) qui est monté pivotant par rapport au support (12) autour d'un point central "P" de pivotement situé sur l'axe vertical "A" du support (12) entre une position centrale de repos dans laquelle un axe principal "B" de symétrie de l'organe d'actionnerent (14) s'étend globalement coaxialement à l'axe vertical "A" du support (12), et plusieurs ro positions d'actionnement qui sont réparties angulairement autour de l'axe vertical "A" du support (12), et dans chacune desquelles l'axe principal "B" de l'organe d'actionnement (14) est incliné par rapport à l'axe vertical "A" du support (12) ; - et des moyens d'articulation (16, 18) (16, 18) de l'organe 1s d'actionnement (14) par rapport au support (12) autour du point central "P" de pivotement, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement (14) est une coque creuse dans le volume intérieur (22) de laquelle sont agencés les moyens d'articulation (16, 18), de manière que le point central "P" de pivotement est situé globalement au centre de l'organe d'actionnement (14) 2. Actionneur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (12) fixe comporte une tige verticale (24) globalement coaxiale à l'axe vertical "A" du support (12), qui traverse une ouverture (26) réalisée dans une partie inférieure de l'enveloppe (28) de l'organe creux d'actionnement (14), de manière que l'extrémité supérieure (24s) de la tige (24) est située à l'intérieur de l'organe d'actionnement (14) et porte les moyens d'articulation (16, 18). 3. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage (42, 44) de I"organe d'actionnement (14) en pivotement depuis la position centrale de repos, suivant au moins une direction angulaire prédéterminée par rapport à l'axe vertical "A" du support (12) 4. Actionneur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de guidage (42, 44) comportent un doigt (44) qui est fixé à la tige (24) verticale, qui est susceptible de coopérer avec une gorge (46) associée à chaque direction angulaire prédéterminée, chaque gorge radiale (46) étant réalisée dans un organe de guidage (44) solidaire de l'organe d'actionnement (14) et s'étendant radialement par rapport à l'axe vertical "A" du support (12). 5. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'articulation (16, 18) comportent une rotule centrale (16) centrée sur le point central "P" de pivotement qui est portée par l'extrémité supérieure (24s) de la tige (24) verticale, et une bague (18) qui est portée par l'organe d'actionnement (14) et qui délimite un logement interne sphérique (20) dans lequel est reçue la rotule (16). 6. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'articulation (16, 18) comportent des moyens de rappel (34, 40) de l'organe d'actionnement (14) vers sa position centrale de repos. 7. Actionneur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens de rappel (34, 40) exercent sur l'organe d'actionnement (14) un effort de rappel, dont la composante verticale est non nulle et est orientée vers le haut, en au moins un point d'appui situé radialement à distance de l'axe vertical "A" du support (12), et comportent un élément élastique (40) qui produit l'effort de rappel et un poussoir (34) qui est monté coulissant axialement le long de la tige (24) verticale et qui transmet l'effort de rappel vers l'organe d'actionnement (14). 8. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (50, 52, 54) de détection par effet Hall de la position angulaire de l'organe d'actionnement (14) autour de l'axe vertical "A" du support (12) et de l'angle d'inclinaison de l'axe principal "B" de l'organe d'actionnement (14) par rapport à l'axe vertical "A" du support (12). 9. Actionneur (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le support (12) porte un aimant (50) agencé globalement coaxialement à l'axe vertical "A" du support (12) et en ce que l'organe d'actionnement (14) porte une platine o électronique (54) qui porte des composants électroniques (52) qui sont aptes à produire un signal électrique variable en fonction des variations du champ magnétique produit par l'aimant (50) lors du déplacement de l'organe d'actionnement (14) par rapport au support (12). 10. Actionneur (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'organe d'actionnement (14) est de forme sphérique dont le centre est globalement situé au niveau du point central "P" de pivotement.