Brevet FR2976689A1 — publié le 20121221

JOYSTICK DE POINTAGE A HAUT DEGRE DE PRECISION. La présente invention concerne le domaine des joysticks, essentiellement professionnels. Les joysticks sont bien connus de l'homme du métier, et il en existe dans de nombreuses applications. Toutefois, il est utile voire nécessaire dans certaines application d'obtenir un degré de précision important dans le 10 pilotage d'un objet mobile. La présente invention se place dans ce contexte. A cet effet, on prévoit un joystick au moins partiellement 15 analogique et apte à être manoeuvré par une seule main d'un conducteur, pour commander le déplacement et la vitesse de déplacement d'un objet mobile au moins dans un plan (XY) grâce un système informatique, le joystick comprenant classiquement : - une base, 20 - un manche présentant un axe principal d'élongation, relié à la base et mobile par rapport à celle-ci dans un plan (xy) par l'intermédiaire d'une rotule, et - un ensemble d'au moins un capteur pour transmettre sur un connecteur du joystick un premier signal de commande du 25 déplacement dudit objet mobile fonction de la position et de la vitesse de déplacement du manche par rapport à une position initiale. Selon l'invention, le joystick est essentiellement 30 caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - une première molette, mobile en rotation autour d'un premier axe de rotation, - une deuxième molette, mobile en rotation autour d'un deuxième axe de rotation, un ensemble d'au moins un capteur pour transmettre sur un connecteur du joystick un deuxième signal de commande du déplacement dudit objet mobile fonction de l'angle et de la vitesse de rotation de la première molette par rapport à une position initiale, et un ensemble d'au moins un capteur pour transmettre sur un connecteur du joystick un troisième signal de commande du déplacement dudit objet mobile fonction de l'angle et de la vitesse de rotation de la deuxième molette par rapport à une position initiale. Dans un mode de réalisation : le deuxième signal de commande est configuré pour commander le déplacement dudit objet mobile selon un premier axe (XX) du plan (XY), et - le troisième signal de commande est configuré pour commander le déplacement dudit objet mobile selon un deuxième axe (YY) du plan (XY), de préférence perpendiculaire au premier. Dans un mode de réalisation, ledit premier axe et/ou ledit deuxième axe de rotation des molettes est colinéaire à l'axe principal d'élongation du manche. On peut prévoir que : Soit la première molette et la deuxième molette sont actionnables en rotation par un seul doigt de la main dudit conducteur, Soit la première molette et la deuxième molette sont actionnables en rotation par un doigt respectif de la main dudit 30 conducteur. Dans un mode de réalisation, l'angle et la vitesse de rotation de la première molette et de la deuxième molette sont déterminés par une roue codeuse respective. 35 5 Dans un mode de réalisation, le joystick comprend en outre au moins une poulie et une courroie pour transmettre la rotation de la première molette ou de la deuxième molette à la roue codeuse respective. Dans un mode de réalisation, le joystick comprend en outre au moins un bouton-poussoir sur la base et/ou le manche. Dans un mode de réalisation, le manche est également mobile 10 en torsion autour de son axe principal d'élongation, le joystick comprenant en outre un ensemble d'au moins un capteur pour transmettre sur un connecteur du joystick un signal de commande du déplacement dudit objet mobile fonction de ladite torsion. 15 Le joystick selon l'invention est avantageusement ergonomique et peut être utilisé pour de nombreuses applications industrielles. Selon un autre de ses objets, l'invention concerne un 20 système comprenant un ordinateur et un joystick selon l'invention, ledit ordinateur étant relié audit joystick. Le système comprend en outre des signaux de commande (Si', S2', S3') issus dudit ordinateur pour commander le déplacement et la vitesse de déplacement d'un objet mobile au moins dans un 25 plan (XY) en fonction des signaux de commande respectifs (Si, S2, S3) issus dudit joystick, dans lesquels - lorsque le manche est déplacé entre une position initiale et une position finale dans le plan (xy), le signal de commande (Si') comprend une instruction de déplacement 30 dudit objet mobile entre une position initiale et une position finale dans le plan (XY), la vitesse de déplacement dudit objet mobile dans le plan (XY) étant proportionnelle à la vitesse de déplacement du manche dans le plan (xy) selon un ratio (K1) ; 35 - lorsque la première mollette est mise en rotation entre une position initiale et une position finale, le signal 10 15 de commande (S2') comprend une instruction de déplacement dudit objet mobile selon un axe (XX,YY) du plan (XY) entre une position initiale et une position finale, la vitesse de déplacement dudit objet mobile selon l'axe (XX,YY) du plan (XY) étant proportionnelle à la vitesse de rotation de la première mollette selon un ratio (K2), - lorsque la deuxième mollette est mise en rotation entre une position initiale et une position finale, le signal de commande (S3') comprend une instruction de déplacement dudit objet mobile selon un autre axe (YY,XX) du plan (XY) entre une position initiale et une position finale, la vitesse de déplacement dudit objet mobile selon l'autre axe (YY,XX) du plan (XY) étant proportionnelle à la vitesse de rotation de la deuxième mollette selon un ratio (K3), et dans lesquels le ratio (K1) est différent du ratio (K2) et différent du ratio (K3). Dans un mode de réalisation, le ratio (K2) est égal au 20 ratio (K3). D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante donnée à titre d'exemple illustratif et non 25 limitatif et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles : la figure 1 illustre un mode de réalisation du joystick selon l'invention, la figure 2 illustre une vue partielle et éclatée 30 d'un mode de réalisation du joystick selon l'invention (hors base), et la figure 3 illustre une vue partielle et éclatée d'un mode de réalisation du joystick selon l'invention, comprenant des poulies et roues codeuses. 35 On prévoit un joystick 10 apte à être manoeuvré par une seule main, c'est-à-dire la paume et/ou au moins un doigt, d'un conducteur. De manière connue en soi, le joystick 10 permet de commander le déplacement et la vitesse de déplacement d'un objet mobile 80 au moins dans un plan XY en fonction du déplacement et de la vitesse de déplacement au moins d'un manche 11 par rapport à une base 12 du joystick 10. A cet effet, des signaux de commandes sont issus du joystick pour commander le déplacement et la vitesse de déplacement de l'objet mobile. Ces signaux de commande peuvent être traduits par un système informatique pour adapter le joystick à l'objet mobile ou pour paramétrer différemment les signaux de commande. On utilise de préférence un joystick 10 au moins partiellement analogique, ce qui permet d'obtenir un déplacement et/ou une vitesse de déplacement de l'objet mobile proportionnelle au déplacement et/ou à la vitesse de déplacement au moins du manche 11 du joystick. Le manche 11 du joystick 10 présente un axe principal d'élongation zz. Le manche 11 est relié à la base 12 du joystick 10 et mobile par rapport à celle-ci par l'intermédiaire d'une rotule 13. Par exemple la rotule est équipée de deux roues encodeuses placées à 90°, chaque roue encodeuse étant couplée à un optocoupleur respectif. Le manche 11 est mobile dans un plan xy (figure 1). On prévoit un ensemble d'au moins un capteur (non représenté) pour transmettre sur un connecteur 14 du joystick 10 un premier signal de commande S1 du déplacement dudit objet mobile fonction de la position et de la vitesse de déplacement du manche 11 par rapport à une position initiale. Le déplacement et la vitesse de déplacement du manche 11 permet de piloter, c'est-à-dire commander le déplacement et la vitesse de déplacement d'un objet mobile 80 dans un plan XY (figure 3). Il existe un ratio K1 entre la vitesse de déplacement dudit objet mobile dans un plan XY et la vitesse de déplacement du manche 11. Lorsque le manche est déplacé entre une position initiale et une position finale dans le plan xy, le signal de commande S1 généré par le joystick 10 est transformé par l'ordinateur 70 en un signal de commande Sr qui comprend une instruction de déplacement dudit objet mobile 80 entre une position initiale et une position finale dans le plan XY. Pour piloter efficacement le déplacement en position et en vitesse, la vitesse de déplacement de l'objet mobile 80 dans le plan XY est proportionnelle à la vitesse de déplacement du manche 11 dans le plan xy selon le ratio K1. Pour pouvoir effectuer un déplacement de l'objet mobile au moins dans le plan XY avec différents degrés de sensibilité, on prévoit d'équiper le joystick 10 d'une première molette 21, mobile en rotation autour d'un premier axe de rotation zz, et une deuxième molette 22, mobile en rotation autour d'un deuxième axe de rotation zz. On entend par molette par exemple une pièce cylindrique généralement striée, rotative, servant au réglage d'un appareil ou frottant sur une autre pièce ; ou plus généralement une pièce mobilisable, pouvant être cylindrique, striée ou équipée de plots, rotative, servant au réglage d'un appareil ou frottant sur une autre pièce. On prévoit également un ensemble d'au moins un capteur 31 pour transmettre sur un connecteur 14 du joystick 10 un deuxième signal de commande S2 du déplacement dudit objet mobile fonction de l'angle et de la vitesse de rotation de la première molette 21 par rapport à une position initiale.35 De préférence, on prévoit que le deuxième signal de commande S2 est configuré pour commander le déplacement dudit objet mobile selon un premier axe XX du plan XY. On peut prévoir également que le sens de rotation de la molette 21 commande le sens du mouvement du l'objet mobile selon l'axe XX. De façon similaire, on prévoit un ensemble d'au moins un capteur 32 pour transmettre sur un connecteur 14 du joystick 10 un troisième signal de commande S3 du déplacement dudit objet mobile fonction de l'angle et de la vitesse de rotation de la deuxième molette 22 par rapport à une position initiale. De préférence, on prévoit que le troisième signal de commande S3 est configuré pour commander le déplacement dudit objet mobile selon un deuxième axe YY du plan XY, de préférence perpendiculaire au premier axe XX. On peut prévoir que la première molette 21 présente des dimensions identiques à celles de la deuxième molette 22 (figure 3) ou que le rayon de l'une soit différent du rayon de l'autre (figure 1 et figure 2). L'homme du métier traduira que la commande d'un mouvement de l'objet mobile 80 selon un axe XX en fonction de la rotation de la première molette 21, et que la commande d'un mouvement de l'objet mobile selon un axe YY en fonction de la rotation de la deuxième molette 22 sont deux commandes arbitraires. Il est possible que la première molette 21 commande le mouvement de l'objet mobile selon l'axe YY et que la deuxième molette 22 commande le mouvement de l'objet mobile selon l'axe XX. Pour plus de concision, on prévoit un connecteur 14 du joystick 10 commun à tous les signaux. On peut cependant aussi prévoir un connecteur par signal. Ou encore un connecteur pour le signal S1 et un connecteur pour les signaux S2 et S3. Hors base 12, le joystick peut présenter une symétrie de révolution autour de l'axe principal d'élongation zz. Les différents degrés de sensibilité de déplacement de 5 l'objet mobile, ou réglage fin, sont possibles grâces eux molettes 21 et 22. A cet effet, lorsque la première mollette 21 est mise en rotation entre une position initiale et une position finale, le 10 signal de commande S2 généré par le joystick 10 est transformé par l'ordinateur 70 en un signal de commande S2' qui comprend une instruction de déplacement dudit objet mobile 80 selon un axe XX ou YY du plan XY entre une position initiale et une position finale dans le plan XY. 15 Pour piloter efficacement le déplacement en position et en vitesse, la vitesse de déplacement dudit objet mobile 80 selon l'axe XX ou YY du plan XY est proportionnelle à la vitesse de rotation de la première mollette 21, selon un ratio K2. 20 De même, lorsque la deuxième mollette 22 est mise en rotation entre une position initiale et une position finale, le signal de commande S3 généré par le joystick 10 est transformé par l'ordinateur 70 en un signal de commande S3' qui comprend une instruction de déplacement dudit objet mobile 80 selon un 25 autre axe YY ou XX du plan XY entre une position initiale et une position finale dans le plan XY. Pour piloter efficacement le déplacement en position et en vitesse, la vitesse de déplacement dudit objet mobile 80 selon l'axe YY ou XX du plan XY est proportionnelle à la vitesse de 30 rotation de la deuxième mollette 22, selon un ratio K3. On prévoit que le ratio K1 entre la vitesse de déplacement dudit objet mobile et la vitesse de déplacement du manche est de préférence différent du ratio K2 entre la vitesse de déplacement 35 dudit objet mobile et la vitesse de rotation de la première molette 21. De même, on prévoit que le ratio K1 entre la vitesse de déplacement dudit objet mobile et la vitesse de déplacement du manche est de préférence différent du ratio K3 entre la vitesse de déplacement dudit objet mobile et la vitesse de rotation de la deuxième molette 22. De préférence, le ratio K2 entre la vitesse de déplacement dudit objet mobile et la vitesse de rotation de la première molette 21, est égal au ratio K3 entre la vitesse de déplacement dudit objet mobile et la vitesse de rotation de la deuxième molette 22. Ainsi, il est possible en modifiant la position initiale du manche 11 d'amener rapidement (en fonction du ratio K1) l'objet mobile à proximité d'une cible. Puis, en actionnant la première molette 21 et/ou la deuxième molette 22 (et de préférence en relâchant le manche), on peut alors amener doucement et précisément (en fonction des ratios K2 et K3) l'objet mobile sur la cible, ce qui permet un réglage fin de la position de l'objet mobile 80. A nouveau l'homme du métier comprendra que les valeurs des ratios sont des paramètres. Il est donc possible d'inverser les rapports, de sorte à amener rapidement (en fonction des ratios K2 et K3) l'objet mobile à proximité d'une cible en actionnant la première molette 21 et/ou la deuxième molette 22. Puis, en actionnant le manche 11, on peut alors amener doucement et précisément (en fonction du ratio K1) l'objet mobile sur la cible. On peut prévoir que le premier axe de rotation (de la première molette 21) est colinéaire à l'axe principal d'élongation zz. De même, on prévoir que le deuxième axe de rotation (de la deuxième molette 22) est colinéaire à l'axe principal d'élongation zz, comme illustré sur les figures. Que les axes de rotation des molettes soient colinéaires ou non à l'axe principal d'élongation zz, on peut prévoir que la première molette 21 et la deuxième molette 22 sont actionnables en rotation par un seul doigt de la main dudit conducteur, en particulier avec le pouce. Par exemple sur la figure 2 le joystick est illustré en position verticale d'utilisation (molettes vers le bas) dans laquelle l'opérateur peut agir de façon ergonomique sur le joystick 10 grâce à la différence de diamètres entre les molettes 21 et 22. Dans un mode de réalisation non illustré, on peut prévoir également que la première molette 21 et la deuxième molette 22 sont actionnables en rotation par un doigt respectif de la main dudit conducteur. Par exemple une molette est actionnable par le pouce et l'autre par l'index ou le majeur ; ou une molette est actionnable par l'index et l'autre par le majeur. Pour déterminer l'angle et la vitesse de rotation de la première molette 21 et de la deuxième molette 22, on prévoit de préférence des moyens respectifs similaires, voire identiques. En particulier, on peut prévoir capteur de position angulaire, par exemple une roue codeuse 41, 42 respective, et un optocoupleur respectif 31, 32. La rotation de la première molette 21 et celle de la deuxième molette 22 peut être transmise directement aux roues codeuses respectives 41, 42 (figure 2). Comme illustré figure 3, elle peut également être transmise aux roues codeuses respectives 41, 42 par l'intermédiaire d'une poulie 51, 52 et d'une courroie 61, 62 respective. On peut prévoir d'équiper le joystick 10 d'au moins un bouton-poussoir, sur la base 12 et/ou sur le manche 11, pour exercer des fonctions complémentaires, en fonction de l'application du joystick 10. Dans un mode de réalisation non illustré, on peut aussi prévoir que le manche 11 du joystick 10 soit également mobile en torsion autour de son axe principal d'élongation zz. Dans ce cas, le joystick 10 comprend avantageusement en outre un ensemble d'au moins un capteur (non illustré) pour transmettre sur un connecteur 14 du joystick 10 un signal de commande du déplacement dudit objet mobile fonction de ladite torsion. On peut prévoir un élément de rappel exerçant une force de rappel du manche 11 en position initiale, par exemple un ressort ou un gainage externe en caoutchouc ou en plastique semi rigide qui a en plus la fonction d'isolant dans certaines conditions d'utilisation. Le joystick peut être utilisé pour le pilotage d'un objet mobile d'une machine professionnelle (grue, équipement forestier, machine agricole, véhicule spécial, robot médical ou industriel...) ou la simulation de telles machines, ou encore pour le pilotage d'un objet mobile (pointeur) sur une image, en particulier une image haute résolution telle qu'une image satellite ou médicale. On peut par exemple prévoir que le manche 11 et les molettes 21, 22 permettent d'approcher avec précision une cible dans un plan XY, et que la torsion ou un bouton pressoir permette une fonction telle que l'activation d'un dispositif de préhension (grue, robot médical) ou une fonction de zoom dans une image. De préférence, la commande du déplacement et de la vitesse de déplacement de l'objet mobile est effectuée en temps réel. En sortie du joystick on prévoit avantageusement un encodeur haute vitesse, par exemple à quatre entrées USB. REVENDICATIONS1. Joystick (10) apte à être manoeuvré par une seule main d'un conducteur, pour commander le déplacement et la vitesse de déplacement d'un objet mobile (80) au moins dans un plan (XY) grâce un ordinateur (70), le joystick comprenant : - une base (12), - un manche (11) présentant un axe principal d'élongation (zz), relié à la base (12) et mobile par rapport à celle-ci dans un plan (xy) par l'intermédiaire d'une rotule (13), et - un ensemble d'au moins un capteur pour transmettre sur un connecteur (14) du joystick un premier signal de commande (Si) du déplacement dudit objet mobile fonction de la position et de la vitesse de déplacement du manche (11) par rapport à une position initiale, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - une première molette (21), mobile en rotation autour d'un premier axe de rotation, - une deuxième molette (22), mobile en rotation autour d'un deuxième axe de rotation, - un ensemble d'au moins un capteur (31) pour transmettre sur un connecteur (14) du joystick (10) un deuxième signal de commande (S2) du déplacement dudit objet mobile fonction de l'angle et de la vitesse de rotation de la première molette (21) par rapport à une position initiale, et - un ensemble d'au moins un capteur (32) pour transmettre sur un connecteur (14) du joystick un troisième signal de commande (S3) du déplacement dudit objet mobile fonction de l'angle et de la vitesse de rotation de la deuxième molette (22) par rapport à une position initiale. 2. Joystick selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - le deuxième signal de commande (S2) est configuré pour commander le déplacement dudit objet mobile selon un premier axe 35 (XX) du plan (XY), et 13 - le troisième signal de commande (S3) est configuré pour commander le déplacement dudit objet mobile selon un deuxième axe (YY) du plan (XY). 3. Joystick selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit premier axe et/ou ledit deuxième axe de rotation est colinéaire à l'axe principal d'élongation (zz). 4. Joystick selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel Soit la première molette (21) et la deuxième molette (21) sont actionnables en rotation par un seul doigt de la main dudit conducteur, Soit la première molette (21) et la deuxième molette (22) sont actionnables en rotation par un doigt respectif de la main dudit conducteur. 5. Joystick selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'angle et la vitesse de rotation de la première molette (21) et de la deuxième molette (22) sont déterminés par une roue codeuse (41, 42) respective. 6. Joystick selon la revendication 5, comprenant en outre au moins une poulie (51, 52) et une courroie (61, 62) pour transmettre la rotation de la première molette (21) ou de la deuxième molette (22) à la roue codeuse respective (41, 42). 7. Joystick selon l'une quelconque des revendications 30 précédentes, comprenant en outre au moins un bouton-poussoir sur la base (12) et/ou le manche (11). 8. Joystick selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le manche (11) est également mobile en 35 torsion autour de son axe principal d'élongation (zz), le 25 30 14 joystick comprenant en outre un ensemble d'au moins un capteur pour transmettre sur un connecteur (14) du joystick un signal de commande du déplacement dudit objet mobile fonction de ladite torsion. 9. Système comprenant un ordinateur (70) et un joystick (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit ordinateur (70) étant relié audit joystick (10), le système comprenant en outre des signaux de commande (S1', S2', S3') issus dudit ordinateur (70) pour commander le déplacement et la vitesse de déplacement d'un objet mobile (80) au moins dans un plan (XY) en fonction des signaux de commande respectifs (S1, S2, S3) issus dudit joystick (10), dans lesquels - lorsque le manche (11) est déplacé entre une position initiale et une position finale dans le plan (xy), le signal de commande (S1') comprend une instruction de déplacement dudit objet mobile entre une position initiale et une position finale dans le plan (XY), la vitesse de déplacement dudit objet mobile dans le plan (XY) étant proportionnelle à la vitesse de déplacement du manche (11) dans le plan (xy) selon un ratio (K1) ; - lorsque la première mollette (21) est mise en rotation entre une position initiale et une position finale, le signal de commande (S2') comprend une instruction de déplacement dudit objet mobile selon un axe (XX,YY) du plan (XY) entre une position initiale et une position finale, la vitesse de déplacement dudit objet mobile selon l'axe (XX,YY) du plan (XY) étant proportionnelle à la vitesse de rotation de la première mollette (21) selon un ratio (K2), - lorsque la deuxième mollette (22) est mise en rotation entre une position initiale et une position finale, le signal de commande (S3') comprend une instruction de déplacement dudit objet mobile selon un autre axe (YY,XX) 35 du plan (XY) entre une position initiale et une position 10finale, la vitesse de déplacement dudit objet mobile selon l'autre axe (YY,XX) du plan (XY) étant proportionnelle à la vitesse de rotation de la deuxième mollette (22) entre ces positions selon un ratio (K3), et dans lesquels le ratio (K1) est différent du ratio (K2) et différent du ratio (K3). 10. Système selon la revendication 9, dans lequel le ratio (K2) est égal au ratio (K3). 15