Brevet FR3033207A1 — publié le 20160902

L'invention concerne une interface tangible pour environnement virtuel. L'invention est plus particulièrement dédiée au domaine de la simulation d'opérations d'assemblage ou d'installation de systèmes dans le domaine aéronautique mettant en oeuvre un opérateur évoluant dans un environnement virtuel. Cependant, le dispositif et le procédé objets de l'invention sont applicables à la simulation d'opérations d'assemblage ou d'installation de systèmes dans tout domaine présentant une configuration similaire, notamment, mais non exclusivement, dans les domaines de la construction navale, de la construction automobile ou de la construction ferroviaire. Une interface tangible est un dispositif permettant à un sujet évoluant spatialement dans un environnement visuel virtuel, de ressentir l'interaction avec des objets de cet environnement virtuel. Selon différents exemples de réalisation, ledit dispositif est constitué d'objets passifs, représentatifs d'une partie de l'environnement physique du sujet, qui lorsqu'ils entrent en contact tactile avec ledit sujet lui donnent une impression tactile similaire à celle que lui produirait l'objet réel tel qu'il est projeté dans l'environnement virtuel. Selon ce premier exemple, lesdits objets sont de forme, de dimension, de rigidité ou de texture similaires, mais pas nécessairement identiques, à un objet réel dont l'image est représentée dans l'environnement virtuel du sujet. Il s'agit par exemple d'obstacles ou d'appuis. Selon un autre mode de réalisation, le dispositif comprend une interface haptique c'est-à-dire un mécanisme reproduisant la résistance opposée par un milieu ou un objet aux actions du sujet sur ledit milieu ou ledit objet. Le document US 5 557 981 décrit un exemple d'un tel dispositif combinant une interface tangible et des dispositifs haptiques. L'entraînement des opérateurs intervenant dans l'assemblage de structure ou dans l'installation de systèmes, par exemple dans des tronçons de fuselage d'aéronef, en reproduisant les conditions d'intervention dans un environnement virtuel, permet de former lesdits opérateurs ou encore de valider des gammes d'assemblage sans nécessiter la présence physique de cet environnement. Ainsi, les opérateurs sont formés sans interférence sur les postes d'assemblage de production et même avant la fabrication réelle du premier tronçon. Cependant, l'environnement dans lequel évoluent les opérateurs intervenant par exemple sur un fuselage d'aéronef, est, notamment du fait des formes aérodynamiques, changeant d'une zone à l'autre du fuselage. Ces formes complexes et fermées, interdisent également l'utilisation d'une maquette de 3033207 2 fuselage reproduisant tout ou partie d'un sous-ensemble, pour une telle simulation virtuelle, car une telle maquette produit de nombreuses zones d'ombre vis-à-vis du système optique de suivi de l'opérateur qui permet de transcrire sa position et ses mouvements dans l'environnement virtuel. Des situations similaires sont rencontrées 5 en assemblage ou en installation de systèmes en construction navale et dans d'autres domaines dont la configuration des sous-ensembles assemblés est similaire. L'invention vise à résoudre les inconvénients de l'art antérieur et concerne à cette fin un dispositif pour la constitution d'une interface tangible, notamment pour la reproduction de l'environnement d'un fuselage d'aéronef, apte à être installé sur un 10 support, dit plan de base, lequel dispositif comprenant : a. deux jambes s'étendant dans le plan de base selon une direction dite transversale, aptes à être déployées selon une direction d'extension comprenant la direction normale au plan de base, lesquelles jambes comportent une extrémité de fixation apte à être fixée dans le plan de 15 base et une extrémité de support, déployable par rapport à l'extrémité de fixation, ladite extrémité de support étant apte à porter un accessoire ; b. des moyens actionneurs agissant sur chaque jambe pour commander le déploiement de ladite jambe, lesdits moyens actionneurs agissant sur ladite jambe selon une direction parallèle à la direction transversale. 20 Ainsi, la structure déployable permet de reproduire différentes configurations correspondant à différentes portions de tronçon. Les deux jambes séparées et l'action des moyens actionneurs selon la direction transversale, permettent de dégager la visibilité et de réduire les interférences avec les systèmes de vision détectant les mouvements et les positions du sujet. 25 L'invention est avantageusement mise en oeuvre selon les modes de réalisation exposés ci-après lesquels sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comporte : c. des moyens liés aux extrémités de fixation des jambes et aptes à régler 30 l'écartement desdites jambes selon une direction, dite longitudinale, parallèle au plan de base et perpendiculaire à la direction transversale Ainsi ledit dispositif permet le réglage facile de plusieurs distances intercadre ou 3033207 3 intercouple. Selon un premier mode de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte : d. une plate-forme liée aux extrémités de support des jambes Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté à la reproduction d'un 5 plancher couvert. Selon un deuxième mode de réalisation, le dispositif objet de l'invention comprend : e. un ensemble de profilés, lié aux extrémités de support des jambes et reproduisant une partie d'une structure, notamment une structure de 10 plancher. Ce mode de réalisation est plus particulièrement adapté à la reproduction d'une structure plancher non couverte comprenant par exemple des traverses et des rails. Selon un troisième mode de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte : f. sur chaque extrémité de support de chaque jambe, un profilé articulé par 15 rapport à ladite extrémité. Selon une variante réalisation est plus particulièrement adapté à la reproduction d'une paroi de fuselage ou de coque, entre deux cadres ou entre deux couples. Selon un mode de réalisation, chaque jambe comprend : - deux bielles connectées entre elles en ciseau par une liaison pivot, l'une des 20 extrémités de l'une des bielles étant liée au plan de base par une liaison pivot et l'une des extrémités de l'autre bielle étant liée au plan de base par une liaison pivot glissant. Cette configuration permet d'obtenir une amplitude de déploiement importante tout en conservant les actionneurs dans un plan parallèle au plan de base. Ainsi, 25 avantageusement, les moyens actionneurs agissent sur les bielles liées par un pivot glissant au plan de base, par une action parallèle à la direction de glissement de cette liaison, de sorte que lesdits actionneurs n'interfèrent pas avec la zone de visibilité des capteurs de mouvements permettant de placer le sujet dans l'environnement virtuel. Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comprend, selon cette dernière 30 variante de réalisation, des moyens pour déplacer la position de la liaison connectant les bielles en ciseau. Ainsi, l'interface de support de chaque jambe est orientable selon un axe parallèle à l'axe longitudinal par la modification du point d'articulation des 3033207 4 ciseaux. Avantageusement, la plate-forme du dispositif selon le premier mode de réalisation est constituée d'un matériau transparent. Ainsi, ladite plate-forme n'obstrue pas la visibilité des capteurs de position et de mouvement. 5 Avantageusement le dispositif selon le troisième mode de réalisation comporte : g. un support portique entre les jambes, lié au plan de base par une liaison pivot d'axe parallèle au plan de base et perpendiculaire à la direction transversale. Ainsi ledit support portique permet de simuler la présence d'une lisse s'étendant 10 entre deux cadres d'un fuselage ou une carlingue entre deux couples d'une coque. Avantageusement, le dispositif objet de l'invention comporte : h. une pluralité de cibles pour la détermination de sa position dans l'espace. Ainsi, la position relative du dispositif objet de l'invention et du sujet est déterminable par des capteurs optiques. 15 L'invention concerne également, l'utilisation d'un dispositif objet de l'invention selon l'un quelconque de ses modes de réalisation, pour la création d'une interface tangible destinée à un sujet évoluant dans un environnement virtuel. L'invention concerne également un procédé pour la création d'une interface tangible destinée à un sujet évoluant dans un environnement visuel virtuel, lequel 20 procédé comprend les étapes consistant à: i. associer un nombre quelconque de dispositifs objet de l'invention selon l'un quelconque de leurs modes de réalisation ; ii. ajuster la hauteur de chaque jambe de chaque dispositif au moyen des moyens actionneurs ; 25 iii. obtenir la position relative du sujet et des dispositifs ; iv. créer dans l'environnement virtuel du sujet, une image correspondant aux objets réels mimés par les dispositifs. Ainsi ce procédé permet de mimer les obstacles de l'environnement réel de l'opérateur et de reconfigurer facilement cet environnement. La coopération de plusieurs 30 dispositifs selon les trois modes de réalisation permet de mimer la plupart des configurations d'évolution du sujet dans un tronçon d'aéronef ou dans une coque de navire. 3033207 5 Notamment, le procédé objet de l'invention comprend une étape consistant à: y. ajuster la hauteur et l'orientation des bielles des jambes et du support portique d'un dispositif selon le troisième mode de réalisation, notamment de sorte à reproduire un espace intercadre d'un fuselage d'aéronef. 5 Avantageusement le procédé objet de l'invention comporte une étape consistant à : vi. ajuster la hauteur et l'orientation relative d'un dispositif selon le premier mode de réalisation et d'un dispositif selon le deuxième mode de réalisation de sorte à produire une interface tangible reproduisant des 10 conditions d'assemblage sous plancher, notamment dans un tronçon aéronef Ce mode de mise en oeuvre du procédé objet de l'invention permet de mimer l'environnement de la plupart des conditions d'assemblage au niveau d'un plancher d'aéronef. 15 L'invention est exposée ci-après selon ses modes de réalisation préférés, nullement limitatifs, et en référence aux figures 1 à 4 dans lesquelles : - la figure 1 montre selon une vue en perspective, un exemple de réalisation d'un dispositif objet de l'invention ; - la figure 2 représente un mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, 20 comportant des moyens de simulation d'un plancher, liés à l'interface de support du dispositif selon le mode de réalisation de la figure 1 ; - la figure 3 est un exemple de réalisation, selon une vue en perspective, du dispositif objet de l'invention comprenant des jambes telles que représentées figure 1 et comportant une plate-forme ; 25 - et la figure 4 représente selon une vue en perspective, un autre mode de réalisation du dispositif objet de l'invention, comportant des profilés liés individuellement à chaque jambe et un support portique entre lesdites jambes. Figure 1, selon un exemple de réalisation, le dispositif objet de l'invention comprend deux jambes (101, 102) déployables, s'étendant selon une direction (111) 30 transversale et fixées dans un plan de base (100). Lesdites deux jambes (101, 102) sont, selon cet exemple de réalisation, sensiblement parallèles et distantes selon une direction, dite longitudinale, perpendiculaire au plan de base, d'une distance (112) 3033207 6 correspondant par exemple à la distance intercadre dans un tronçon de fuselage d'aéronef. Selon cet exemple de réalisation, la distance (112) longitudinale entre lesdites jambes (101, 102) est réglée lors de la fixation de celles-ci sur le plan de base. Alternativement cette distance (112) est réglée par des moyens (non représentés) 5 permettant de déplacer relativement l'une des jambes par rapport à l'autre. Selon cet exemple de réalisation, chaque jambe (101, 102) comprend une pluralité de bielles (121, 122) articulées en ciseau en leur centre. L'extrémité (131) d'une des bielles (121) est liée au plan de base par une liaison pivot d'axe parallèle à l'axe longitudinal. L'extrémité (131) de l'autre bielle (122) est liée au plan de base par une liaison pivot 10 glissant dont l'axe de pivot est parallèle la direction longitudinale, et dont la direction de translation est parallèle à la direction (111) transversale. Un actionneur (150), par exemple un vérin à vis, agit sur cette liaison pivot glissant de sorte à translater l'extrémité (132) de la biellette (122) et obtenir le déploiement de la jambe (101) dans le sens vertical, perpendiculaire au plan de base (100). Selon cet exemple de 15 réalisation, le déploiement de chaque jambe (101, 102) est commandé séparément. Selon l'application visée, les deux jambes (101, 102) sont alternativement liées entre elles de sorte qu'un seul actionneur est nécessaire pour déplacer les deux jambes. À son extrémité distante du plan de base, chaque jambe (101, 102) comporte une interface (140) support pour la fixation de pièces mimant l'environnement. 20 Avantageusement ces pièces sont constituées d'un matériau transparent tel que du poly(méthacrylate de méthyle), ou PMMA. Figure 2, à titre d'exemple non limitatif, un ensemble (260) de profilés mimant la structure d'un plancher est fixé sur l'interface de support du dispositif selon le mode de réalisation de la figure 1. La commande séparée de la hauteur de chaque jambe (101, 25 102) permet de modifier l'orientation de cet ensemble (260) de profilés autour d'un axe (211) parallèle à l'axe transversal. Selon un mode de réalisation avantageux, l'articulation (220) des ciseaux est déplaçable de sorte que ladite articulation (220) ne soit pas réalisée au centre des bielles. Selon un exemple de réalisation ce déplacement de la position de l'articulation (220) des ciseaux, est réalisé au montage ou lors de la 30 configuration du dispositif, chaque bielle comportant à cette fin, une pluralité d'alésages (221) aptes à recevoir les moyens (220) d'articulation. Alternativement, la position du point d'articulation est pilotée de manière continue par des moyens (non représentés) 3033207 7 motorisés. La modification de la position de l'articulation (220) des ciseaux permet de modifier l'orientation de l'ensemble (260) de profilés autour d'un axe (212) parallèle à la direction longitudinale du dispositif objet de l'invention. Figure 3, selon un autre exemple de réalisation, une plate-forme (360) constituée 5 d'un matériau transparent est liée à l'interface support des jambes de sorte à mimer un plancher. Selon cet exemple de réalisation, la position de l'articulation (320) des ciseaux est également modifiable en plaçant cette articulation (320) dans l'un des alésages (321) prévu à cet effet dans les bielles constituant les jambes. Selon les exemples de réalisation précédents, figures 2 et 3, les éléments liés aux 10 interfaces de support des jambes relient les deux jambes. La nature de la liaison entre ces éléments et les interfaces de support des jambes est fonction des degrés de liberté dans le positionnement de ces éléments, et plus particulièrement des possibilités d'orientation selon les axes longitudinaux et transversaux. Figure 4, selon un autre mode de réalisation, chaque élément (460) mimant la 15 structure réelle est connecté individuellement à l'une des jambes. Ce mode de réalisation permet de mimer, par exemple, deux cadres de fuselage, ou plus généralement des raidisseurs transversaux. Selon ce mode de réalisation, le dispositif objet de l'invention comporte également un support (470) portique entre les jambes pour mimer la présence d'un raidisseur longitudinal tel qu'une lisse. 20 La position verticale, perpendiculaire au plan de base, du dispositif objet de l'invention est déterminée par la position de l'actionneur. En revenant à la figure 3, une pluralité de cibles (380) placées sur la plate-forme (360) selon cet exemple de réalisation, permet de définir la position dans l'espace du dispositif objet de l'invention par la détection desdites cibles (380) par les moyens (390) de mesure optique de 25 l'environnement. La figure 3 représente schématiquement ces moyens de mesure optique par une caméra (390). En pratique le dispositif objet de l'invention comprend autant de caméra que nécessaire. Selon des exemples de réalisation, les cibles élémentaires se présentent sous la forme de sphères ou de ronds réfléchissants liés aux objets. Chaque cible est avantageusement constituée de plusieurs sphères, en 30 pratique 3 à 4 sphères, liées et orientées entre elles selon une configuration particulière, dite constellation. Ainsi, chaque arrangement, ou constellation, est représentatif d'un objet particulier ce qui permet au système de mesure optique de discriminer chaque 3033207 8 élément du dispositif objet de l'invention présent dans la scène, et également de discriminer ces éléments de l'opérateur y intervenant. La description ci-avant et les exemples de réalisation montrent que l'invention atteint les objectifs visés, en particulier elle permet la création d'une interface tangible 5 reconfigurable apte à mimer une grande variété d'environnements avec un nombre réduit de moyens et en conservant une visibilité importante de la scène et du sujet intervenant dans cette scène. Le dispositif et le procédé objets de l'invention, sont avantageusement utilisés dans l'aide à la conception des postes d'assemblage en anticipant les postures des opérateurs et en optimisant les outillages en conséquence. 10 Ainsi, le dispositif et le procédé objets de l'invention permettent de réduire les délais de développement des outillages et des gammes d'assemblage tout réduisant, par une meilleure anticipation des postures, les risques de troubles musculosquelettiques des opérateurs utilisant les outillages ainsi conçus. REVENDICATIONS1. Dispositif pour la constitution d'une interface tangible, notamment pour la reproduction de l'environnement d'un fuselage d'aéronef, apte à être installé sur un support dit plan de base (100), caractérisé en ce qu'il comprend : a. deux jambes (101, 102) s'étendant dans le plan de base (100) selon une direction (111) dite transversale, aptes à être déployées selon une direction d'extension comprenant la direction normale au plan de base, lesquelles jambes comportent une extrémité (131, 132) de fixation apte à être fixée dans le plan de base et une extrémité (140) de support, déployable par rapport à l'extrémité de fixation, ladite extrémité de support étant apte à porter un accessoire ; b. des moyens (150) actionneurs agissant sur chaque jambe (101, 102) pour commander le déploiement de ladite jambe, lesdits moyens actionneurs agissant sur ladite jambe selon une direction parallèle à la direction transversale. 2. Dispositif selon la revendication 1, comprenant : c. des moyens liés aux extrémités (131, 132) de fixation des jambes (101, 102) et aptes à régler l'écartement (112) desdites jambes selon une direction, dite longitudinale, parallèle au plan de base (100) et perpendiculaire à la direction (111) transversale. 3. Dispositif selon la revendication 1, comprenant : d. une plate-forme (360) liée aux extrémités de support des jambes. 4. Dispositif selon la revendication 1, comprenant : e. un ensemble (260) de profilés, lié aux extrémités de support des jambes et reproduisant une partie de structure, notamment la structure d'un plancher d'aéronef. 5. Dispositif selon la revendication 1, comprenant : 3033207 10 f sur chaque extrémité de support de chaque jambe, un profilé (460) articulé par rapport à ladite extrémité. 6. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel chaque jambe comprend : deux bielles (121, 122) connectées entre elles en ciseau par une 5 liaison pivot, l'une des extrémités (131) de l'une des bielles (121) étant liée au plan de base par une liaison pivot et l'une des extrémités (132) de l'autre bielle (122) étant liée au plan de base par une liaison pivot glissant. 7. Dispositif selon la revendication 6, comprenant des moyens (220, 320; 10 221, 321) pour déplacer la position de la liaison connectant les bielles en ciseau. 8. Dispositif selon les revendications 6 ou 7, dans lequel les moyens (150) actionneurs agissent sur les bielles liées par un pivot glissant au plan de base en agissant parallèlement à la direction de glissement de cette 15 liaison. 9. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la plate-forme (360) est constituée d'un matériau transparent. 10. Dispositif selon a revendication 4, dans lequel l'ensemble (260) de profilés liés à l'interface de support sont constitué d'un matériau transparent. 20 11. Dispositif selon la revendication 5, comprenant : g. un support portique (470) entre les jambes, lié au plan de base par une liaison pivot d'axe parallèle au plan de base et perpendiculaire à la direction transversale. 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant : 25 h. une pluralité de cibles (380) pour la détermination de sa position dans l'espace. 13. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 3033207 11 1 à 12, pour la création d'une interface tangible destinée à un sujet évoluant dans un environnement virtuel. 14. Procédé pour la création d'une interface tangible destinée à un sujet évoluant dans un environnement visuel virtuel, caractérisé en ce qu'il 5 comprend les étapes consistant à: i. associer un nombre quelconque de dispositifs selon la revendication 12; ii. ajuster la hauteur de chaque jambe de chaque dispositif au moyens des moyens actionneurs ; 10 iii. obtenir la position relative du sujet et des dispositifs ; iv. créer dans l'environnement virtuel du sujet, une image correspondant aux objets réels mimés par les dispositifs. 15. Procédé selon la revendication 14 comprenant une étape consistant à: y. ajuster la hauteur et l'orientation des bielles des jambes et du 15 support portique d'un dispositif selon la revendication 10 de sorte à reproduire un espace intercadre d'un fuselage d'aéronef. 16. Procédé selon la revendication 14, comprenant une étape consistant à: vi. ajuster la hauteur et l'orientation relative d'un dispositif selon la revendication 3 et d'un dispositif selon la revendication 4 de sorte 20 à produire une interface tangible reproduisant des conditions d'assemblage sous plancher d'un aéronef.