Brevet FR3011950A1 — publié le 20150417

AMELIORATION DE L'ERGONOMIE D'UN DESIGNATEUR L'invention concerne un désignateur destiné à équiper un système informatique. A ce jour, le désignateur le plus utilisé est une souris dont la position sur une surface plane permet à un opérateur de pointer une position sur un écran du système informatique. De nombreux autres désignateurs sont également mis en oeuvre tels que par exemple un pavé tactile (ou touchpad dans la littérature anglo-saxonne) par exemple fixé à proximité du clavier d'un ordinateur portable, un mini manche (ou joystick) ou une boule de désignation (ou track bail). Les désignateurs peuvent être regroupés en deux grandes 10 familles, ceux possédant une partie fixe tels que la surface tactile, le mini manche et la boule de désignation et ceux ne possédant pas de partie fixe comme la souris. Un désignateur permet de pointer différentes positions sur l'écran. Pour se déplacer entre deux positions, l'opérateur déplace une partie mobile 15 du désignateur ou son doigt dans le cas du pavé tactile. Le déplacement est mesuré dans un repère orthogonal que le système informatique met en correspondance avec un repère de l'écran. Pour une souris, un déplacement latéral de la souris produit un déplacement horizontal du pointeur sur l'écran et un déplacement dans un 20 plan contenant l'avant bras de l'opérateur produit un déplacement vertical du pointeur sur l'écran. Une souris est naturellement saisie par l'opérateur de façon à ce que la main de l'opérateur reste sensiblement alignée avec l'opérateur. C'est l'orientation du cops de la souris qui précise le repère dans lequel la souris se déplace. 25 Par contre dans la famille des désignateurs possédant une partie fixe, pour un déplacement donné du pointeur sur l'écran, le mouvement que l'opérateur doit produire pour manoeuvrer la partie mobile est déterminé par rapport à l'implantation de la partie fixe du désignateur. Par exemple un pavé tactile possède généralement une forme rectangulaire à l'image de la forme 30 de l'écran. Un déplacement du doigt de l'opérateur sur le pavé tactile parallèlement à un de ses cotés entraine un déplacement du pointeur sur l'écran parallèlement au coté correspondant de l'écran. Pour une boule de désignation ou un mini manche, la partie mobile est reliée à la partie fixe au moyen d'une liaison de type rotule. En pratique deux degrés de liberté en rotation sont utilisés. Les mouvements de la partie mobile sont des mouvements de rotation. Dans un positionnement 5 classique sur un poste de travail, la partie fixe s'étend dans un plan horizontal et les mouvements de rotation de la partie mobile sont mesurés angulairement dans deux plans verticaux perpendiculaires entre eux. Par rapport à une position de l'opérateur, ces deux plans peuvent être un plan sagittal et un plan frontal de l'opérateur. Une rotation de la partie mobile dans 10 le plan frontal génère une translation horizontale du pointeur sur l'écran et une rotation de la partie mobile dans le plan sagittal génère une translation verticale du pointeur sur l'écran. Dans tous les désignateurs de la famille possédant une partie fixe les mouvements de la partie mobile sont définis dans un repère lié à la partie 15 fixe. Pour obtenir une bonne ergonomie, il est donc nécessaire définir l'espace de travail de l'opérateur en orientant correctement la partie fixe par rapport à l'opérateur. Une mauvaise orientation de la partie fixe du désignateur induit des difficultés à déplacer sur l'écran le pointeur dans la direction souhaitée par l'opérateur. L'opérateur est obligé de passer par une 20 période d'apprentissage, impliquant une correction cognitive permanente des gestes sur le la partie mobile afin d'effectuer les déplacements voulus du pointeur. Cela induit une lenteur des déplacements et parfois même des erreurs. L'efficacité du contrôle du pointeur s'en trouve très réduite. L'opérateur peut compenser l'orientation de la partie fixe du désignateur par 25 une torsion du poignet par rapport à l'avant bras. Cette torsion peut générer à terme des troubles musculo-squelettiques pour l'opérateur. Dans un poste de travail adapté à un opérateur donné, il est possible de permettre à l'opérateur de régler lui-même l'orientation de la partie fixe du désignateur sur le poste de travail. Ce type de réglage peut être 30 long à effectuer. De plus, si un poste de travail est amené à être occupé par des opérateurs différents, le réglage est à refaire à chaque changement d'opérateur. L'invention trouve une utilité particulière dans le domaine aéronautique et plus particulièrement dans un poste de pilotage d'un 35 aéronef. La plupart des aéronefs sont pilotés par un pilote et un copilote. Dans le poste de pilotage un désignateur peut être disposé entre le pilote et le copilote, par exemple pour entrer des informations de navigation, notamment pour saisir les coordonnées des prochains points de passage que devra suivre l'aéronef. Il s'agit couramment d'une boule de désignation. Ce désignateur peut être utilisé à la fois par le pilote et par le copilote. Il parait impossible de permettre une modification de l'orientation de la partie fixe de cette boule de désignation. L'orientation retenue est alors celle de l'aéronef. Pour l'orientation de la partie fixe, un des plans verticaux de référence contient l'axe longitudinal de l'aéronef et l'autre plan est perpendiculaire à cet axe longitudinal. Les deux opérateurs doivent alors s'adapter à cette orientation avec les risques identifiés plus haut. L'invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un désignateur pouvant s'adapter facilement à la position 15 d'un opérateur amené à l'utiliser. A cet effet, l'invention a pour objet un désignateur destiné à être manoeuvré par la main d'un opérateur, le désignateur comprenant un corps destiné à être fixé sur un poste de travail et un ensemble de capteurs délivrant une information de position relative d'une partie mobile par rapport 20 au corps, caractérisé en ce que le désignateur comprend en outre des moyens pour modifier l'information délivrée par l'ensemble de capteurs pour tenir compte d'une position relative de l'opérateur par rapport au corps fixe. L'invention présente déjà un avantage lorsqu'un seul opérateur est prévu pour manoeuvrer le désignateur. En effet, le poste de travail équipé du 25 désignateur peut être conçu en fonction d'un opérateur standard, dont on a pu définir la morphologie au moyen d'un modèle. En utilisation, l'opérateur réel peut avoir une morphologie différente de celle de l'opérateur standard, simplement parce que sa taille est différente. Les moyens pour modifier l'information délivrée par l'ensemble de capteurs permettent notamment 30 d'adapter le désignateur à l'opérateur réel sans modification physique du désignateur, notamment sans déplacement de sa partie fixe. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation 35 donné à titre d'exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel : la figure 1 représente en vue de dessus une boule de désignation actionnée par la main d'un opérateur ; la figure 2 représente en coupe la boule de désignation de la figure 1 ; la figure 3 représente un poste de travail dans lequel deux opérateurs sont susceptibles d'utiliser la même boule de désignation ; la figure 4 représente un mini manche ; la figure 5 représente un pavé tactile. Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes 10 repères dans les différentes figures. La description détaillée de l'invention fait principalement référence à une boule de désignation équipant le poste de pilotage d'un aéronef. Il est bien entendu que l'invention et tous ses perfectionnements s'appliquent 15 également à tous les désignateurs possédant un corps fixe tels que les mini manches ou les pavés tactiles. L'invention n'est pas non plus limitée à l'utilisation dans un poste de pilotage d'un aéronef. Elle peut être mise en oeuvre dans tout autre domaine où le corps du désignateur est fixé sur un poste de travail. 20 La figure 1 représente en vue de dessus une boule de désignation actionnée par la main 11 d'un opérateur. La boule de désignation 10 comprend un corps fixe 12 et une partie mobile formée ici par une sphère 13 que l'opérateur peut faire tourner par rapport au corps fixe 12. Dans l'exemple représenté, le corps fixe 12 comprend une plaque carrée 14 25 destinée à être fixée sur la planche de bord d'un aéronef. La fixation est par exemple assurée par des vis 15 disposées aux quatre coins de la plaque 13. La planche de bord peut être configurée pour recevoir la boule de désignation 10 de façon à ce que l'axe longitudinal de l'aéronef soit parallèle à un des cotés de la plaque 14. Sur la figure, on a représenté un axe X qui 30 peut être confondu avec l'axe longitudinal de l'aéronef, par exemple lorsque la boule de désignation 10 est disposée entre le pilote et le copilote de l'aéronef. L'axe X peut également être parallèle à l'axe longitudinal de l'aéronef ou être décalé angulairement par rapport à l'axe longitudinal. De façon plus générale, l'axe X de la boule de désignation est fixe par rapport à 35 la planche de bord. Un second axe Y perpendiculaire à l'axe X forme avec l'axe X un repère orthogonal X-Y dans lequel on repère les mouvements de la sphère 13 par rapport au corps fixe 12. La figure 2 représente en coupe la boule de désignation 10 qui comprend en outre un ensemble de capteurs délivrant une information de position relative de la sphère 13 par rapport au corps fixe 12. L'ensemble de capteurs est situé à l'intérieur du corps fixe 12 sous la plaque 14. L'ensemble de capteurs comprend par exemple deux galets 16 et 17 roulant sans frottement contre la sphère 13 et permettant chacun de connaitre la position angulaire de la sphère 13 autour d'un des axes X et Y. Les galets 16 et 17 sont par exemple fixés chacun au rotor d'un codeur angulaire, respectivement 18 et 19 délivrant l'information de position relative de la sphère 13. D'autres types de capteurs peuvent être utilisés, comme par exemple des capteurs optiques ou magnétiques sensibles aux déplacements de la sphère 13. La boule de désignation 10 comprend aussi un calculateur 20 configuré pour décoder les informations reçues des codeurs angulaires 18 et 19. Le calculateur 20 envoie ensuite les informations décodées vers le coeur d'un système informatique comprenant un écran sur lequel un pointeur peut se déplacer. Les informations décodées permettent de déplacer le pointeur sur l'écran. La transmission des informations du calculateur 20 vers le coeur du système peut être filaire, au moyen d'un connecteur 21 ou sans fil. Alternativement, le calculateur peut être remplacé par un circuit intégré spécialisé bien connu dans la littérature anglo-saxonne par l'acronyme ASIC pour « Application-Specific Integrated Circuit ». Selon l'invention la boule de désignation 10 comprend en outre des moyens pour modifier l'information délivrée par l'ensemble de capteurs pour tenir compte d'une position relative de l'opérateur par rapport à la boule de désignation 10 et plus précisément par rapport au corps fixe 12. La position de l'opérateur peut être prédéfinie et stockée dans une mémoire du calculateur 20 ou distincte du calculateur 20. La modification de l'information délivrée par l'ensemble de capteurs peut être réalisée par le calculateur 20 ou par un circuit intégré spécialisé. Cette modification peut consister en un changement de repère de l'information délivrée par l'ensemble de capteurs. Les paramètres de position de l'opérateur peuvent être réduits aux données nécessaires à la modification des informations issues de l'ensemble de capteurs et par exemple aux données nécessaires au changement de repère. L'information délivrée par l'ensemble de capteurs est donnée dans le repère X-Y. Chacun des codeurs 18 et 19 donne une position angulaire selon l'un des axes du repère. Une position ergonomique idéale de l'opérateur par rapport à la partie fixe 12 est obtenue lorsque l'axe longitudinal de l'avant bras de l'opérateur est confondu avec l'axe X. Sur la figure 1, l'avant bras 25 de l'opérateur s'étend selon une direction X1 angulairement décalée d'un angle a par rapport à l'axe X. On considère que lorsque l'opérateur tend le bras vers la boule de désignation 10, l'axe X1 coupe l'axe X à l'intersection des axes X et Y, c'est-à-dire à l'origine du repère X-Y. On peut définir un axe Y1 décalé angulairement du même angle a par rapport à l'axe Y et disposé de façon à former un repère X1-Y1 ayant une origine commune avec le repère X-Y. Les mouvements naturels de la main de l'opérateur s'effectuent dans le repère X1-Y1. Pour améliorer l'ergonomie de la boule de désignation 10, il est donc intéressant d'exprimer les informations reçues de l'ensemble de capteurs dans le repère X1-Y1 et de délivrer ces informations modifiées au coeur du système informatique pour qu'un mouvement de la sphère 13 selon l'axe X1 corresponde à un déplacement vertical du pointeur sur l'écran du système et qu'un mouvement de la sphère 13 selon l'axe Y1 corresponde à un déplacement horizontal du pointeur. Autrement dit, les moyens pour modifier l'information transposent l'information de position délivrée par l'ensemble de capteurs dans un second repère X1-Y1 décalé angulairement par rapport au premier repère X-Y. Un déplacement de la sphère 13 mesuré par l'ensemble de capteurs dans le repère X-Y peut être transposé dans le repère X1-Y1 par un simple changement de repère. Un vecteur unitaire z porté par l'axe X s'exprime en fonction des vecteurs unitaires x1 et y1 du repère X1-Y1 : = cos a.xl - sin a.y1 (1) De même un vecteur unitaire j; porté par l'axe Y s'exprime en fonction des vecteurs unitaires xl et y1 du repère X1-Y1 : = cos a.y1 + sin a.xl (2) Tout déplacement de la sphère 13 peut être exprimé dans le repère X-Y en fonction des vecteurs unitaires de ce repère et donc être transposé dans le repère X1-Y1 par combinaison linéaires des deux formules unitaires (1) et (2) exprimées ci-dessus. La modification de l'information délivrée par l'ensemble de capteurs peut être soumise à une condition, comme par exemple la détection de la présence de l'opérateur à proximité de la boule de désignation 10. A cet effet, la boule de désignation 10 comprend des moyens de détection de présence d'un opérateur. Ces moyens délivrent une information relative à l'utilisation la boule de désignation 10 par l'opérateur. La boule de désignation 10 comprend en outre des moyens pour autoriser la modification de l'information délivrée par l'ensemble de capteurs. Ces moyens d'autorisation sont par exemple formés par le calculateur 20. Alternativement, les moyens d'autorisation peuvent être réalisés à l'aide d'un circuit intégré spécialisé. Les moyens pour modifier l'information délivrée par l'ensemble de capteurs ne modifient l'information délivrée par l'ensemble de capteurs que lorsque l'information relative à l'utilisation de la boule de désignation 10 est représentative de la présence de l'opérateur. Dans l'exemple décrit précédemment, la boule de désignation 10 peut comprendre un repose paume 30 sur lequel l'opérateur pose la paume de la main, lorsqu'il utilise la boule de désignation 10. Le repose paume peut être muni d'un capteur de présence 31. Il peut s'agir d'un capteur à effet capacitif disposé sous la surface du repose paume 30. La capteur est alimenté par un générateur d'un signal électrique haute fréquence. Le capteur forme une armature d'un condensateur et la paume de la main forme l'autre armature du condensateur lorsqu'elle est posée sur le repose paume 30. Une détection de modification du signal électrique due à la présence de la paume sur le repose paume 30 forme l'information relative à l'utilisation de la boule de désignation 10. D'autres types de capteur de présence peuvent être mis en oeuvre, comme par exemple un capteur de champ magnétique. La présence de la main à proximité immédiate du capteur modifie notablement le champ mesuré par le capteur. On peut aussi prévoir un simple bouton actionné par l'opérateur, par exemple par son pouce. Lors de la conception du poste de travail dans lequel est disposée 35 la boule de désignation 10, on peut définir une valeur d'angle a moyenne qui convient à la plupart des opérateurs. En effet, un opérateur peut s'adapter à quelques degrés près à une valeur d'angle a unique. Cette adaptation peut se faire de façon cognitive et/ou par un léger décalage de l'orientation de la main par rapport à l'axe longitudinal de l'avant bras 25. Alternativement, on peut envisager de permettre l'adaptation à différentes morphologies d'opérateurs. Il est possible de prévoir une phase d'apprentissage au cours de laquelle l'opérateur détermine lui-même l'angle a optimal pour son utilisation future de la boule de désignation 10. Alternativement, il est possible de prédéfinir plusieurs valeurs d'angle a en fonction de morphologies standards prédéterminées. Autrement dit, la boule de désignation 10 comprend des moyens de stockage d'informations de différentes positions prédéfinies pour un même opérateur et des moyens de choix parmi les différents positions pour modifier l'information délivrée par l'ensemble de capteurs en fonction de la position retenue. Les moyens de choix parmi les différents positions peuvent être mis en oeuvre par une configuration du calculateur 20 ou par un circuit intégré spécialisé. Un des paramètres morphologiques important est la taille de l'opérateur. On peut lier la taille à la longueur du bras de l'opérateur et donc à la valeur de l'angle a. Par exemple dans le cockpit d'un aéronef, le pilote opère assis et il est courant que son siège soit équipé de moyen de réglage en hauteur afin que son regard atteigne une hauteur prédéterminée. Il est possible de lier la hauteur du siège au choix de valeur pour l'angle a retenue pour effectuer le changement de repère adéquat. La figure 3 représente un poste de travail dans lequel deux opérateurs 35 et 36 sont susceptibles d'utiliser alternativement la même boule de désignation 10. Ce poste de travail est par exemple le cockpit d'un aéronef et les deux opérateurs 35 et 36 sont le pilote et le copilote de l'aéronef. La boule de désignation 10 est placée entre le pilote et le copilote. Pour améliorer l'ergonomie de la boule de désignation 10 pour ces deux opérateurs, on peut prévoir un changement de repère, propre à chaque opérateur, pour l'information issue de l'ensemble de capteur. Autrement dit, la boule de désignation 10 comprend des moyens de détection de présence de plusieurs opérateurs disposés différemment par rapport au désignateur, des moyens de stockage d'informations de position des opérateurs relativement au corps fixe, et des moyens de choix parmi les informations de position stockées en fonction d'une information délivrée par les moyens de détection de présence. Les moyens de détection de présence de plusieurs opérateurs 5 peuvent être formés par plusieurs capteurs de présence 31 distincts disposés dans le repose paume 30 et localisés en fonction de la position de la paume 11 pour chacun des opérateurs 35 et 36. Les positions des opérateurs 35 et 36 peuvent être prédéfinies et stockées dans une mémoire du calculateur 20 ou distincte du calculateur 20. 10 Sur la figure 3 deux repères propres à chaque opérateur ont été représentés. Le repère X'-Y' décalé angulairement d'un angle a par rapport au repère X-Y est associé à l'opérateur 35 et le repère X"-Y" décalé angulairement d'un angle f3 par rapport au repère X-Y est associé à l'opérateur 36. Les moyens de choix et la modification de l'information délivrée 15 par l'ensemble de capteurs peuvent être mis en oeuvre par une configuration du calculateur 20 ou par un circuit intégré spécialisé. La figure 4 représente un mini manche 40 comprenant le corps fixe 12 et une partie mobile formée ici par un manche 41 relié au corps à 20 l'une de ses extrémités 42 par une liaison à deux degrés de libertés en rotation. Comme pour la boule de désignation 10, le mini manche 40 comprend une plaque carrée 14 destinée à être fixée sur un plan de travail tel que la planche de bord d'un aéronef. Le mini manche 40 comprend en outre un ensemble de capteurs délivrant une information relative à des 25 déplacements angulaires du manche 41 selon les deux degrés de liberté par rapport au corps 12. Comme pour la boule de désignation 10, l'ensemble de capteurs délivre une information de position du manche 41 dans un repère X-Y dont les axes peuvent être parallèles aux cotés de la plaque carrée 14. 30 La figure 5 représente un pavé tactile 50 comprenant le corps 12 et une surface tactile 51. Le corps 12 comprend la plaque 14. La surface tactile peut être disposée dans le plan que la plaque 14 ou légèrement abaissée afin d'en distinguer tactilement les contours. Un opérateur déplace 35 un doigt sur la surface tactile pour désigner un objet. Le doigt forme la partie mobile du pavé tactile 50 utilisé comme désignateur. Le pavé tactile 50 comprend un ensemble de capteurs permettant de définir la position du doigt sur la surface tactile 51. La surface tactile 51 peut avoir un contour carré ou rectangulaire et l'ensemble de capteurs délivre une information de position du doigt de l'utilisateur dans un repère X-Y dont les axes peuvent être parallèles aux cotés de la surface tactile 51. Comme pour la boule de désignation 10, le mini manche 40 et pavé tactile 50 comprennent des moyens pour modifier l'information délivrée 10 par l'ensemble de capteurs pour tenir compte d'une position relative de l'opérateur par rapport au corps fixe 12. REVENDICATIONS1. Désignateur destiné à être manoeuvré par la main (11) d'un opérateur, le désignateur comprenant un corps (12) destiné à être fixé sur un poste de travail et un ensemble de capteurs (16, 17, 18, 19) délivrant une information de position relative d'une partie mobile (13) par rapport au corps (12), caractérisé en ce que le désignateur (10) comprend en outre des moyens (20) pour modifier l'information délivrée par l'ensemble de capteurs (16, 17, 18, 19) pour tenir compte d'une position relative de l'opérateur par rapport au corps fixe (12). 2. Désignateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie mobile (13) est comprise dans le désignateur (10), la partie mobile (13) étant destinée à être manoeuvrée par les doigts de l'opérateur. 3. Désignateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie mobile est une sphère (13) pouvant tourner sur elle-même par rapport à la partie fixe (12) et en ce que l'ensemble de capteurs (16, 17, 18, 19) délivre une information relative à des déplacements angulaires de la sphère (13). 4. Désignateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie mobile est un manche (41) relié au corps (12) à l'une de ses extrémités (42) par une liaison à deux degrés de libertés en rotation et en ce que l'ensemble de capteurs (16, 17, 18, 19) délivrent une information relative à des déplacements angulaires du manche (41) selon les deux degrés de liberté. 5. Désignateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le corps comprend une surface tactile (51) sur laquelle un doigt de l'opérateur peut se déplacer, le doigt formant la partie mobile, l'ensemble de capteurs 30 permettant de définir la position du doigt sur la surface tactile (51). 6. Désignateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'information de position est définie dans un premier repère orthogonal (X-Y) lié au corps fixe (12) et en ce que les moyens pourmodifier l'information (20) transposent l'information de position dans un second repère (X1-Y1) décalé angulairement (a) par rapport au premier repère (X-Y). 7. Désignateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de présence (31) d'un opérateur délivrant une information relative à l'utilisation du désignateur (10) par l'opérateur et des moyens (20) pour autoriser la modification de l'information délivrée par l'ensemble de capteurs (16, 17, 18, 19) et en ce que les moyens (20) pour modifier l'information délivrée par l'ensemble de capteurs (16, 17, 18, 19) ne modifient l'information délivrée par l'ensemble de capteurs (16, 17, 18, 19) que lorsque l'information relative à l'utilisation du désignateur (10) est représentative de la présence de l'opérateur. 8. Désignateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de stockage (20) d'informations de différentes positions prédéfinies pour un même opérateur et des moyens de choix (20) parmi les positions pour modifier l'information délivrée par l'ensemble de capteurs en fonction de la position retenue. 9. Désignateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de détection de présence (31) de plusieurs opérateurs (35, 36) disposés différemment par rapport au désignateur (10), des moyens de stockage (20) d'informations de position de chacun des opérateurs (35, 36) relativement à la partie fixe (12), et des moyens de choix (20) parmi les informations de position stockées en fonction d'une information délivrée par les moyens de détection de présence (31).