EP1584021A1 - Interface de simulation manuelle - Google Patents

Interface de simulation manuelle

Info

Publication number
EP1584021A1
EP1584021A1 EP03809983A EP03809983A EP1584021A1 EP 1584021 A1 EP1584021 A1 EP 1584021A1 EP 03809983 A EP03809983 A EP 03809983A EP 03809983 A EP03809983 A EP 03809983A EP 1584021 A1 EP1584021 A1 EP 1584021A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
actuators
handle
cuff
rod
displacement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03809983A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Florian Gosselin
Tanguy Jouan-De-Kervenoael
Christine Megard
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1584021A1 publication Critical patent/EP1584021A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00—Controls for manipulators
    • B25J13/02—Hand grip control means
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/02—Controlling members for hand actuation by linear movement, e.g. push buttons
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G9/04785—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks the controlling member being the operating part of a switch arrangement
    • G05G9/04788—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks the controlling member being the operating part of a switch arrangement comprising additional control elements
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04766—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks providing feel, e.g. indexing means, means to create counterforce
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G9/00—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously
    • G05G9/02—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only
    • G05G9/04—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously
    • G05G9/047—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks
    • G05G2009/04774—Manually-actuated control mechanisms provided with one single controlling member co-operating with two or more controlled members, e.g. selectively, simultaneously the controlling member being movable in different independent ways, movement in each individual way actuating one controlled member only in which movement in two or more ways can occur simultaneously the controlling member being movable by hand about orthogonal axes, e.g. joysticks with additional switches or sensors on the handle
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/01—Indexing scheme relating to G06F3/01
    • G06F2203/015—Force feedback applied to a joystick
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/20—Control lever and linkage systems
    • Y10T74/20012—Multiple controlled elements
    • Y10T74/20201—Control moves in two planes

Definitions

  • the subject of the invention is a manual simulation interface envisaged above all as a link with a virtual environment, carried by the user at arm's length and which allows him to both impose certain commands while receiving, according to the simulated environment, various sensations of tact in return.
  • the simulation interface comprises two clearly different reaction modes for expressing the accomplishment of actions of different natures. It becomes possible to distinguish in response to operator actions on the one hand feedback of effort, associated in particular with grasping, and on the other hand more delicate action reactions associated with tactile recognition.
  • the simulation interface is characterized in that it comprises a cuff attached to a user's wrist and a handle placed in front of a user's hand, the handle is mounted to the cuff by displacement actuators, and the handle has tactile actuators in front of fingers of the hand, the displacement and tactile actuators being controlled by motors sensitive to simulation response pulses.
  • a rod can replace the cuff; it then makes it possible to hold the interface by the other hand of the user. It can also be added to the cuff to support the handle.
  • the handle can comprise a portion close to the cuff, equipped with at least a thumb control button; or the cuff (or the rod) can be equipped with a contactless displacement sensor, whose movements are identified in the surrounding environment.
  • This interface worn by the user should also remain light, especially in its mobile parts. It is thus advantageous that the control actuators of the displacement actuators are placed on the cuff (or the rod) rather than on the movable handle that they cause to move.
  • the richness in the sensations of reaction also depends on the number of possible movements that can be inflicted on the handle.
  • the displacement actuators control displacements in different essentially perpendicular directions, two of the displacement actuators being placed between opposite lateral edges of the handle and a support portion associated with the cuff.
  • the handle is then very mobile; it is even movable in all directions if it comprises a transverse rod mounted on said two actuators, which control movements in directions perpendicular to each other and inclined relative to the rod, and a third displacement actuator is disposed between the transverse rod and a main portion of the handle by sliding the main portion on the rod.
  • FIG. 1 is a general view of an embodiment of the interface, FIGS. 2, 3, 4 and 5 specific views,
  • the interface of FIG. 1 comprises a cuff 1 composed of a band which the user fastens around the wrist, for example by superimposing edges 2 covered with gripping fabric or by any equivalent means, and a handle 3 extending in front of the user's hand.
  • the cuff 1 has a double role of support and, in this embodiment, of indication of movement of the user.
  • the cuff 1 supports the handle 3 by means of a mount 4 which is essentially composed of a rod 5 extending next to the handle 3.
  • the rod 5 carries at its opposite ends two linear actuators 6 and 7, for example with screw and nut, which are oriented in two directions perpendicular to each other. These two directions are also strongly inclined with respect to a rod 8 along which the handle 3 can slide and which is connected at its ends to XY tables 41 and 42 allowing it to move in translation in two directions under the action of motors 51.
  • the rod 8 extends through a recess in a main portion 10 of the handle 3, and a third actuator 11 is housed in this recess. It is integral with the main portion 10 and slides along the rod 8, again thanks to a screw and nut mechanism.
  • the rod 8 has a non-circular section for retaining the main portion 10 in rotation, in which it slides.
  • the movements of the displacement actuators 6, 7 and 11 move the main portion 10 of the handle, held by the user, in directions essentially perpendicular to the space according to movements close to translations or felt as such by the user. It is so possible to simulate various reactions of the virtual environment in a complex way by combinations of these translations.
  • Another means by which reactions from the environment can be transmitted to the user consists of tactile actuators 12, the number of which is preferably between one and four and which are arranged on a crown of the main portion 10, places where the user places their fingertips.
  • the touch actuators 12 consist of miniature vibrators which are commercial products. Some models are adjustable in intensity or even in direction of vibration to give more detailed sensations. Loudspeaker motors can also be used. The distance between the body of the handle 3 and the crown supporting the actuators.
  • reactions simulated by the displacement actuators 6, 7 and 11, comprising in a known manner a motor, an encoder or another measuring means, can typically be forces of resistance to a thrust or a virtual action of the same kind. user; and reactions simulated by the touch actuators can be touching virtual objects or other actions without the use of force by the user; or changes of state of virtual objects.
  • the virtual environment is supported by a central control system which is informed by sensors that can be of good kinds different, some of which are located on the interface and others are located elsewhere. It governs the movement actuators via motors, and the touch actuators 12 by defining their reactions according to the way it has been programmed.
  • the virtual environments themselves are very varied and are not the subject of the invention.
  • the exploration of the virtual environment is also carried out by operator commands. Some can be provided through the interface discussed here.
  • the main portion 10 comprises at least one button 13 at the end of a straight part containing the rod 8 opposite to the touch actuators 12: this right part of the handle is a support for the thumb of the operator, who presses on buttons 13 as soon as necessary.
  • the command of these buttons can be associated with a specific action in the environment, such as taking a tool or another object.
  • Other control means are constituted by a movement sensor 14 on the cuff 1. It is a sensor of the optical, magnetic or other type, which allows, using a radiation source 17 forming a fixed reference, to measure the displacements in position and orientation of the interface with respect to the source 17. This type of sensor is well known.
  • the movements of the interface can be converted into different actions, such as movements in the virtual environment.
  • the cuff 1 to carry displacement actuators 6 and 7.
  • These actuators are constituted in a known manner by a motor, an encoder and a screw and nut system.
  • the actuator 11 and advantageously located on the rod 8 and in a recess of the handle 3.
  • the embodiment of FIG. 5 illustrates another form of the invention, different at the junction between the cuff 1 and the handle 3 (unchanged) .
  • Six actuators are used here to offer as many degrees of freedom of movement.
  • Six motors 18 are used to control these actuators, five of which are visible, the sixth, controlling an actuator similar to the actuator 11 by its function and its location, being in the handle 3.
  • each table 19 or 20 is carried by each table 19 or 20 and control the movements on the slides. If these movements are identical and in the same directions, pure translations of the handle are obtained; if the directions are opposite, pure rotations.
  • the handle 3 is supported by a pair of cardan joints 27 between the tables 19 and 20 and the ends of the rod 8, as well as a slide 29 between the lower end of the rod 8 and the table 20 to adjust the space between the universal joints 27 integral with the tables 18 and 20.
  • a fifth actuator 28, coaxial with the rod 8, rotates the latter around its axis.
  • the cuff 1 could be eliminated: the user would then directly grasp the rod 5 next to the handle 3 with his other hand. In this case, the control by simulation would be done with said other hand, which would move the interface, and the reactions would be felt by the first hand as before.
  • FIG. 7 represents a general view thereof.
  • This embodiment also includes a cuff 31, a handle 33, a mount 34, and two displacement actuators 36 and 37 whose general characteristics are the same as those of the corresponding parts 1, 3, 4, 6 and 7 already encountered.
  • the displacement actuators 36 and 37 are constructed differently as it appears in FIG. 6.
  • the screw actuators are replaced by cable actuators of a particular kind. Each of them comprises a motor 38, a drive pulley 39 located at the end of an engine output shaft 40, a pair of return pulleys 41 and 42, a cable 43 visible in FIG. 6A, and a take-up pulley 44 , reduced here to a sector.
  • the receiving pulleys 44 are both connected to the mount 34, and the motors 38 of the displacement actuators 36 and 37 are respectively fixed to bases 45 and 46 belonging respectively to the cuff 31 and to the handle 33.
  • the cable 43 is fixed at its two ends to the receiving pulley 44; it is rolled up, between its ends, successively to the deflection pulley 41, the driving pulley 39 and the other deflection pulley 42.
  • the particularity of the displacement actuators 36 and 37 is that, contrary to the usual design, the driving pulley 39 has an axis of rotation which is perpendicular to those of the idler pulleys 41 and 42 and the take-up pulley 44.
  • the transmissions of the displacement actuators 36 and 37 are both placed at the height of the user's wrist, and the mount 34 is bent, so that the axes of rotation Y and Z of the receiving pulleys 44 are perpendicular to each other and s extend through the wrist: the interface therefore has a mobility zone which coincides well with that of the user, so that it does not interfere with its natural movements.
  • the handle is provided with tactile actuators 47 shown diagrammatically in Figure 6 and which should be understood that they are mounted on the housing of the handle 33. This housing may also include other buttons, not shown, which can take the appearance of pushers or knobs to cause actuations or sequences.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

L'interface se compose d'une manchette (1) attachée autour de l'avant-bras de l'utilisateur et d'une poignée (3) comprenant des actionneurs tactiles (12) s'exerçant sur le bout des doigts et des boutons pouciers (13) de commande. Des actionneurs (6, 7, 11) unissent la poignée (3) à la manchette (1) et permettent de déplacer celle-là de façon sensible en réponse à des impulsions de l'environnement, et la manchette porte un capteur de déplacement sans fil. Ainsi, dans les meilleures formes de l'invention, l'utilisateur dispose de deux moyens bien différents aussi bien pour soumettre des commandes (les boutons 13 et le capteur 14) que pour recevoir une réponse de l'environnement virtuel (les actionneurs 6, 7 et 11 et les actionneurs tactiles 12). Cette interface est commode et légère. Application aux explorations d'environnement virtuel pour des visites, du divertissement, de l'apprentissage, etc.

Description

INTERFACE DE SIMULATION MANUELLE
DESCRIPTION
Le sujet de l'invention est une interface de simulation manuelle envisagée avant tout comme liaison avec un environnement virtuel, que porte l'utilisateur au bout du bras et qui lui permet à la fois d'imposer certaines commandes tout en recevant, d'après l'environnement simulé, diverses sensations de tact en retour.
Des documents de l'art antérieur qui divulguent de telles ' interfaces se présentant sous forme de manche ou de poignée que tient l'utilisateur sont les brevets US 4 795 296 et 5 577 417. Les applications de telles interfaces sont nombreuses et comprennent les visites virtuelles, les jeux de simulation, les apprentissages, etc. L'utilisateur plongé dans l'environnement virtuel doit pouvoir agir par certaines actions et ressentir leurs effets, ce qui impose l'emploi d'interfaces commodes et assez riches pour permettre des échanges diversifiés avec 1 ' environnement . La plupart des interfaces connues sont trop simplistes pour permettre plus que des échanges rudimentaires, ce qui réduit l'intérêt des environnements virtuels et entrave leur développement.
Un avantage essentiel de l'interface selon l'invention est qu'elle comprend deux modes de réaction nettement différents pour exprimer l'accomplissement d'actions de différentes natures. Il devient possible de distinguer en réponse aux actions de l'opérateur d'une part des retours d'effort, associés notamment à une préhension, et d'autre part des réactions d'actions plus délicates associées à une reconnaissance tactile. L'interface de simulation est caractérisée en ce qu'elle comprend une manchette attachée à un poignet d'un utilisateur et une poignée placée devant une main de l'utilisateur, la poignée est montée à la manchette par des actionneurs de déplacement, et la poignée possède des actionneurs tactiles devant des doigts de la main, les actionneurs de déplacement et tactiles étant commandés par des moteurs sensibles à des impulsions de réponse de simulation. Une tige peut remplacer la manchette ; elle permet alors de tenir l'interface par l'autre main de l'utilisateur. Elle peut aussi être adjointe à la manchette pour soutenir la poignée.
L'introduction d'actions variées par l'interface est aussi un avantage appréciable, qui peut être obtenu dans des formes particulières mais privilégiées de l'invention : ainsi, la poignée peut comprendre une portion proche de la manchette, équipée d'au moins un bouton poucier de commande ; ou encore la manchette (ou la tige) peut être équipée d'un capteur de déplacement sans contact, dont les mouvements sont repérés dans l'environnement proche.
Il convient aussi que cette interface portée par l'utilisateur reste légère, surtout dans ses parties mobiles. Il est ainsi avantageux que les moteurs de commande des actionneurs de déplacement soient placés sur la manchette (ou la tige) plutôt que sur la poignée mobile qu'ils font mouvoir. La richesse dans les sensations de réaction dépend aussi du nombre de mouvements possibles qu'on peut infliger à la poignée. Avantageusement, les actionneurs de déplacement commandent des déplacements dans des directions différentes essentiellement perpendiculaires, deux des actionneurs de déplacement étant placés entre des bords latéraux opposés de la poignée et une portion de support associée à la manchette. La poignée est alors très mobile ; elle est même deplaçable dans toutes les directions si elle comprend une tige transversale montée sur lesdits deux actionneurs, qui commandent des déplacements dans des directions perpendiculaires entre elles et inclinées par rapport à la tige, et un troisième actionneur de déplacement est disposé entre la tige transversale et une portion principale de la poignée en faisant coulisser la portion principale sur la tige.
Des liaisons plus complexes entre la manchette et la poignée sont possibles. Nous décrirons maintenant l'invention d'après les figures suivantes :
- la figure 1 est une vue générale d'une réalisation de l'interface, les figures 2, 3, 4 et 5 des vues particulières,
- et les figures 6, 6A et 7 des vues d'une autre réalisation,
L'interface de la figure 1 comprend une manchette 1 composée d'une bande que l'utilisateur s'attache autour du poignet, par exemple par superposition de bords 2 couverts de tissu agrippant ou par tout moyen équivalent, et une poignée 3 s 'étendant devant la main de l'utilisateur.
La manchette 1 a un double rôle de support et, dans cette réalisation, d'indication de mouvement de l'utilisateur. La manchette 1 soutient la poignée 3 au moyen d'une monture 4 qui est composée essentiellement d'une tige 5 s'étendant à côté de la poignée 3. Dans la réalisation des figures 2 à 4, la tige 5 porte à ses extrémités opposées deux actionneurs 6 et 7 linéaires, par exemple à vis et écrou, qui sont orientés dans deux directions perpendiculaires entre elles. Ces deux directions sont aussi fortement inclinées par rapport à une tige 8 le long de laquelle la poignée 3 peut coulisser et qui est raccordée par ses extrémités à des tables en X-Y 41 et 42 lui permettant de se déplacer en translation dans deux directions sous l'action de moteurs 51.
La tige 8 s'étend à travers un évidement d'une portion principale 10 de la poignée 3, et un troisième actionneur 11 est logé dans cet évidement. Il est solidaire de la portion principale 10 et coulisse le long de la tige 8, encore grâce à un mécanisme à vis et écrou. La tige 8 a une section non circulaire pour retenir en rotation la portion principale 10, dans laquelle elle coulisse.
Les mouvements des actionneurs de déplacement 6, 7 et 11 déplacent la portion principale 10 de la poignée, tenue par l'utilisateur, dans des directions essentiellement perpendiculaires de l'espace selon des mouvements proches de translations ou ressentis comme tels par l'utilisateur. Il est ainsi possible de simuler diverses réactions de l'environnement virtuel de façon complexe par des combinaisons de ces translations. Un autre moyen par lequel des réactions de l'environnement peuvent être transmises à l'utilisateur consiste en des actionneurs tactiles 12, dont le nombre est compris de préférence entre un et quatre et qui sont disposés sur une couronne de la portion principale 10, à des endroits où l'utilisateur pose les bouts de ses doigts. Les actionneurs tactiles 12 consistent en des vibreurs miniatures qui sont des produits du commerce. Certains modèles sont réglables en intensité ou même en direction de vibration pour donner des sensations plus détaillées. Des moteurs de haut-parleur peuvent aussi être employés. La distance entre le corps de la poignée 3 et la couronne supportant les actionneurs. 12, représentée fixe sur les figures de façon simplifiée, peut être réglable afin de placer les actionneurs tactiles 12 où ils sont le mieux ressentis. Des réactions simulées par les actionneurs de déplacement 6, 7 et 11, comprenant de façon connue un moteur, un codeur ou un autre moyen de mesure, peuvent typiquement être des forces de résistance à une poussée ou une action virtuelle du même genre de l'utilisateur ; et des réactions simulées par les actionneurs tactiles peuvent être des contacts sur des objets virtuels ou d'autres actions sans utilisation de force par l'utilisateur ; ou encore des changements d'état d'objets virtuels. L'environnement virtuel est soutenu par un système de commande central qui est renseigné par des capteurs pouvant être de genres bien différents, dont certains sont situés sur l'interface et d'autres sont situés ailleurs. Il régit les actionneurs de déplacement par l'intermédiaire de moteurs, et les actionneurs tactiles 12 en définissant leurs réactions d'après la façon dont il a été programmé. Les environnements virtuels eux-mêmes sont très variés et ne sont pas le sujet de l'invention.
L'exploration de l'environnement virtuel s'effectue aussi par des commandes de l'opérateur. Certaines peuvent être fournies par l'interface dont il est question ici. La portion principale 10 comprend au moins un bouton 13 au bout d'une partie droite contenant la tige 8 à l'opposé des actionneurs tactiles 12 : cette partie droite de la poignée est un appui pour le pouce de l'opérateur, qui presse sur les boutons 13 dès que nécessaire. La commande de ces boutons peut être associée à une action déterminée dans l'environnement, comme la prise d'un outil ou d'un autre objet. D'autres moyens de commande sont constitués par un capteur de mouvements 14 sur la manchette 1. Il s'agit d'un capteur de type optique, magnétique ou autre, qui permet, à l'aide d'une source de rayonnement 17 formant une référence fixe, de mesurer les déplacements en position et en orientation de l'interface par rapport à la source 17. Ce type de capteur est bien connu. Les mouvements de l'interface peuvent être convertis en différentes actions, comme des mouvements dans l'environnement virtuel. Enfin, il est avantageux que la manchette 1 porte des actionneurs de déplacement 6 et 7. Ces actionneurs sont constitués de façon connue par un moteur, un codeur et un système à vis et écrou. L'actionneur 11 et situé avantageusement sur la tige 8 et dans un évidemment de la poignée 3. La réalisation de la figure 5 illustre une autre forme de l'invention, différente à la jonction entre la manchette 1 et la poignée 3 (inchangées) . Six actionneurs sont ici utilisés pour offrir autant de degrés de liberté de déplacement. Six moteurs 18 sont utilisés pour commander ces actionneurs, dont cinq sont visibles, le sixième, commandant un actionneur semblable à l'actionneur 11 par sa fonction et son emplacement, étant dans la poignée 3.
En haut et en bas de la poignée 3 , on trouve comme précédemment des tables de mouvement plan
(en X-Y) 19 et 20 constituées de deux glissières perpendiculaires 21 et 22 permettant de déplacer les deux extrémités de la poignée 3. Deux actionneurs 23 et
24, ou 25 et 26, sont portés par chaque table 19 ou 20 et commandent les mouvements sur les glissières. Si ces mouvements sont identiques et de mêmes sens, des translations pures de la poignée sont obtenues ; si les sens sont opposés, des rotations pures. La poignée 3 est soutenue par une paire de cardans 27 entre les tables 19 et 20 et les extrémités de la tige 8, ainsi qu'une glissière 29 entre l'extrémité basse de la tige 8 et la table 20 pour ajuster l'espace entre les cardans 27 solidaires des tables 18 et 20. Un cinquième actionneur 28, coaxial à la tige 8, fait tourner celle- ci autour de son axe. La manchette 1 pourrait être supprimée : l'utilisateur saisirait alors directement la tige 5 à côté de la poignée 3 par son autre main. Dans ce cas, la commande par la simulation se ferait avec ladite autre main, qui déplacerait l'interface, et les réactions seraient ressenties par la première main comme précédemment .
Un nouvel exemple de réalisation de l'invention sera décrit au moyen des dernières figures, et d'abord de la figure 7 qui en représente une vue générale. Ce mode de réalisation comprend encore une manchette 31, une poignée 33, une monture 34, et deux actionneurs de déplacement 36 et 37 dont les caractéristiques générales sont les mêmes que celles des pièces correspondantes 1, 3, 4, 6 et 7 déjà rencontrées. Toutefois, les actionneurs de déplacement 36 et 37 sont construits de façon différente ainsi qu'il apparaît à la figure 6. Les actionneurs à vis sont remplacés par des actionneurs à câble d'un genre particulier. Chacun d'eux comprend un moteur 38, une poulie motrice 39 située au bout d'un arbre 40 de sortie du moteur, une paire de poulies de renvoi 41 et 42, un câble 43 visible à la figure 6A, et une poulie réceptrice 44, réduite ici à un secteur. Les poulies réceptrices 44 sont toutes deux reliées à la monture 34, et les moteurs 38 des actionneurs de déplacement 36 et 37 sont respectivement fixés à des embases 45 et 46 appartenant respectivement à la manchette 31 et à la poignée 33. Le câble 43 est fixé à ses deux extrémités à la poulie réceptrice 44 ; il est enroulé, entre ses extrémités, successivement à la poulie de renvoi 41, la poulie motrice 39 et l'autre poulie de renvoi 42. La particularité des actionneurs de déplacement 36 et 37 est que, contrairement à la conception usuelle, la poulie motrice 39 a un axe de rotation qui est perpendiculaire à ceux des poulies de renvoi 41 et 42 et de la poulie réceptrice 44. Il résulte de cette disposition, rendue possible par la souplesse du câble 43, de placer les moteurs 38 le long de l'avant-bras et de la main de l'utilisateur, dans des positions où il n'encombre pas et ne cause aucune gêne ni aucune limitation réelle au mouvement de l'interface manuelle. En effet, s'il est vrai que les moteurs 38 sont encombrants, c'est qu'ils sont élancés dans la direction d'extension de l'arbre de sortie 40, mais fins dans les directions transversales. Il est avantageux de faire coïncider cette direction d'extension principale des moteurs 38 avec les directions principales de l'avant-bras et de la main de l'utilisateur.
Les transmissions des actionneurs de déplacement 36 et 37 sont toutes deux placées à hauteur du poignet de l'utilisateur, et la monture 34 est coudée, ce qui fait que les axes de rotation Y et Z des poulies réceptrices 44 sont perpendiculaires entre eux et s ' étendent à travers le poignet : 1 ' interface a donc une zone de mobilité qui coïncide bien avec celle de l'utilisateur, de sorte qu'elle ne contrarie pas ses mouvements naturels. Ici encore la poignée est munie d' actionneurs tactiles 47 représentés schématiquement à la figure 6 et dont on doit comprendre qu'ils sont montés sur le boîtier de la poignée 33. Ce boîtier peut aussi comprendre d'autres boutons, non représentés, pouvant prendre l'aspect de poussoirs ou de molettes pour provoquer des actionnements ou des déroulements. On n'a pas représenté non plus un appareillage qui pourrait permettre de localiser l'interface dans l'espace et comprendrait un trièdre de boules réfléchissant la lumière et qui serait fixé à la manchette 31. Une caméra repérerait en permanence la forme et la position du trièdre sur son image pour en déduire sa position et son orientation. Un tel système, étant cependant déjà connu en soi, n'appartient pas à 1 ' invention.

Claims

REVENDICATIONS
1) Interface de simulation, caractérisée en ce qu'elle comprend une poignée (3) placée devant une main d'un utilisateur, une manchette (1) attachée à un avant-bras de l'utilisateur et/ou une tige (4) saisie par l'autre main de l'utilisateur, la poignée est reliée à la manchette ou à la tige par des actionneurs de déplacement (6, 7, 11, 36, 37), et la poignée possède des actionneurs tactiles (12) devant des doigts de la main, les actionneurs de déplacement et tactiles étant commandés par des réponses d'actions de simulation.
2) Interface de simulation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la poignée (3) comprend une portion (10) proche de la manchette (1) ou de la tige, équipée d'au moins un bouton poucier (13) de commande .
3) Interface de simulation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 , caractérisée en ce que la manchette ou la tige (4) est équipée d'un capteur de position ou de déplacement sans contact (14) avec une référence fixe.
4) Interface de simulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que des moteurs (16) de commande des actionneurs de déplacement sont placés sur la manchette.
5) Interface de simulation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les actionneurs de déplacement commandent des déplacements dans des directions différentes essentiellement perpendiculaires, deux des actionneurs de déplacement (6, 7) étant placés entre des bords latéraux opposés de la manchette et une portion de support associée à la manchette. 6) Interface de simulation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la poignée comprend une tige transversale (8) montée sur lesdits deux actionneurs, qui commandent des déplacements dans des directions perpendiculaires entre elles et inclinées par rapport à la tige, et un troisième actionneur de déplacement est disposé entre la tige et une portion principale (10) de la poignée (3) en faisant coulisser la portion principale sur la tige
(8). 7) Interface de simulation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que quatre des actionneurs de déplacement sont placés par paires entre des tables de déplacement en X-Y adjacents à des bords latéraux opposés de la poignée et la portion de support associée à la manchette.
8) Interface de simulation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les actionneurs de déplacement (36, 37) comprennent un moteur (38) , une poulie motrice (39) , une poulie réceptrice (44) , et une transmission à câble
(43) entre la poulie motrice et la poulie réceptrice, la poulie motrice et la poulie réceptrice ayant des axes perpendiculaires et les moteurs étant placés le long de l'avant-bras et de la main de l'utilisateur, les poulies réceptrices étant fixées à une monture (4) entre la manchette (1) et la poignée (3) , les moteurs (38) étant fixés respectivement à la manchette et à la poignée, et les poulies réceptrices ayant des axes de rotation traversant un poignet de l'utilisateur.
EP03809983A 2003-01-13 2003-12-15 Interface de simulation manuelle Withdrawn EP1584021A1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0300294 2003-01-13
FR0300294A FR2849937B1 (fr) 2003-01-13 2003-01-13 Interface de simulation manuelle
PCT/FR2003/050170 WO2004066135A1 (fr) 2003-01-13 2003-12-15 Interface de simulation manuelle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1584021A1 true EP1584021A1 (fr) 2005-10-12

Family

ID=32524854

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03809983A Withdrawn EP1584021A1 (fr) 2003-01-13 2003-12-15 Interface de simulation manuelle

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20060156848A1 (fr)
EP (1) EP1584021A1 (fr)
JP (1) JP2006513500A (fr)
AU (1) AU2003302177A1 (fr)
FR (1) FR2849937B1 (fr)
WO (1) WO2004066135A1 (fr)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8276476B2 (en) * 2007-10-03 2012-10-02 Caterpillar Inc. Joystick offset controls
US20090139360A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Caterpillar Inc Joystick attachment
USD581418S1 (en) 2007-11-30 2008-11-25 Caterpillar Inc. Joystick attachment
US8212770B2 (en) * 2008-02-11 2012-07-03 Caterpillar Inc. Joystick assembly for improved machine control
US20100221163A1 (en) * 2009-02-27 2010-09-02 Caterpillar Inc. Method to sequester co2 as mineral carbonate
US8881616B2 (en) * 2010-03-11 2014-11-11 Hdt Robotics, Inc. High degree of freedom (DoF) controller
US9575504B2 (en) 2010-03-11 2017-02-21 Hdt Expeditionary Systems, Inc. High degree of freedom (DOF) controller
US20130293362A1 (en) 2012-05-03 2013-11-07 The Methodist Hospital Research Institute Multi-degrees-of-freedom hand controller
US12594069B2 (en) 2015-10-02 2026-04-07 Livsmed, Inc. Handle assembly providing unlimited roll
US11896255B2 (en) 2015-10-05 2024-02-13 Flexdex, Inc. End-effector jaw closure transmission systems for remote access tools
EP3359054A4 (fr) 2015-10-05 2019-08-14 Flexdex, Inc. Dispositifs médicaux à joints en grappes articulés avec souplesse
WO2017147607A1 (fr) 2016-02-25 2017-08-31 Flexdex, Inc. Appareils cinématiques parallèles
US9889874B1 (en) * 2016-08-15 2018-02-13 Clause Technology Three-axis motion joystick
US9823686B1 (en) * 2016-08-15 2017-11-21 Clause Technology Three-axis motion joystick
US10664002B2 (en) 2016-10-27 2020-05-26 Fluidity Technologies Inc. Multi-degrees-of-freedom hand held controller
US10198086B2 (en) 2016-10-27 2019-02-05 Fluidity Technologies, Inc. Dynamically balanced, multi-degrees-of-freedom hand controller
US10520973B2 (en) * 2016-10-27 2019-12-31 Fluidity Technologies, Inc. Dynamically balanced multi-degrees-of-freedom hand controller
US10331233B2 (en) 2016-10-27 2019-06-25 Fluidity Technologies, Inc. Camera and sensor controls for remotely operated vehicles and virtual environments
US10324487B2 (en) 2016-10-27 2019-06-18 Fluidity Technologies, Inc. Multi-axis gimbal mounting for controller providing tactile feedback for the null command
US10331232B2 (en) 2016-10-27 2019-06-25 Fluidity Technologies, Inc. Controller with situational awareness display
US10845876B2 (en) 2017-09-27 2020-11-24 Contact Control Interfaces, LLC Hand interface device utilizing haptic force gradient generation via the alignment of fingertip haptic units
WO2019084506A1 (fr) 2017-10-27 2019-05-02 Fluidity Technologies, Inc. Dispositif de commande équipé d'un dispositif d'affichage de connaissance de la situation
EP3701216A4 (fr) 2017-10-27 2021-09-22 Fluidity Technologies, Inc. Monture à cardan à axes multiples pour dispositif de commande fournissant une rétroaction tactile pour la commande nulle
EP3701349A4 (fr) 2017-10-27 2021-07-28 Fluidity Technologies, Inc. Commandes de caméra et de capteur pour des véhicules télécommandés et des environnements virtuels
AT520763B1 (de) * 2017-12-21 2022-09-15 Hans Kuenz Gmbh Kransteuerung
CN109015685B (zh) * 2018-08-28 2022-08-12 广东海翔教育科技有限公司 一种用于教育机器人
US11599107B2 (en) 2019-12-09 2023-03-07 Fluidity Technologies Inc. Apparatus, methods and systems for remote or onboard control of flights
JP2023528860A (ja) 2020-06-02 2023-07-06 フレックスデックス，インク． 外科用ツールおよびアセンブリ
US11662835B1 (en) 2022-04-26 2023-05-30 Fluidity Technologies Inc. System and methods for controlling motion of a target object and providing discrete, directional tactile feedback
US11696633B1 (en) * 2022-04-26 2023-07-11 Fluidity Technologies Inc. System and methods for controlling motion of a target object and providing discrete, directional tactile feedback

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3028126A (en) * 1960-05-10 1962-04-03 Euclid C Holleman Three axis controller
US4491325A (en) * 1983-01-26 1985-01-01 Thomas Bersheim Game control apparatus
US4795296A (en) * 1986-11-17 1989-01-03 California Institute Of Technology Hand-held robot end effector controller having movement and force control
US4909514A (en) * 1988-10-24 1990-03-20 Tano Robert S Holder for manual video game controller toggle switch mechanisms
US5223776A (en) * 1990-12-31 1993-06-29 Honeywell Inc. Six-degree virtual pivot controller
CA2062147C (fr) * 1992-03-02 1995-07-25 Kenji Hara Dispositif de commande multi-axiale a manchet
JP3199130B2 (ja) * 1992-03-31 2001-08-13 パイオニア株式会社 ３次元座標入力装置
JPH0720978A (ja) * 1993-07-05 1995-01-24 Sony Corp 仮想体感装置
GB2283079A (en) * 1993-10-12 1995-04-26 James Edward Killick Single handed computer controller eg joystick
FR2712406B1 (fr) * 1993-11-08 1995-12-15 Commissariat Energie Atomique Organe de commande manuelle à retour d'information tactile et/ou kinesthésique.
US5825308A (en) * 1996-11-26 1998-10-20 Immersion Human Interface Corporation Force feedback interface having isotonic and isometric functionality
JP2001034407A (ja) * 1999-07-23 2001-02-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> ハンドリスト型操作デバイスとその利用方法
US7499021B2 (en) * 2000-10-27 2009-03-03 Makex Limited Haptic input devices
US6550562B2 (en) * 2000-12-08 2003-04-22 Clark Equipment Company Hand grip with microprocessor for controlling a power machine
JP3897547B2 (ja) * 2001-07-05 2007-03-28 アルプス電気株式会社 入力装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2004066135A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP2006513500A (ja) 2006-04-20
US20060156848A1 (en) 2006-07-20
FR2849937B1 (fr) 2005-02-11
FR2849937A1 (fr) 2004-07-16
WO2004066135A1 (fr) 2004-08-05
AU2003302177A1 (en) 2004-08-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1584021A1 (fr) Interface de simulation manuelle
US6544124B2 (en) Handheld steering wheel game controller
US6198471B1 (en) Free-floating multi-axis controller
US4712101A (en) Control mechanism for electronic apparatus
EP0981423B1 (fr) Dispositif d&#39;interface de retroaction de force pour la main
US6042555A (en) Force-feedback interface device for the hand
US5175534A (en) Computer input device using the movements of a user&#39;s fingers
CA2075178C (fr) Interface de simulation de retour d&#39;effort et de texture
EP0652503B1 (fr) Organe de commande manuelle à retour d&#39;information tactile et/ou kinesthésique
US6059506A (en) Force feedback and texture simulating interface device
JP4133188B2 (ja) ロボットハンドの指ユニット
FR3040803A1 (fr) Gant pour la manipulation virtuelle ou a distance et systeme de manipulation virtuelle ou a distance associe
FR3016512A1 (fr) Dispositif d&#39;interface maitre pour systeme endoscopique motorise et installation comprenant un tel dispositif
US7855712B2 (en) Replaceable instrument mechanism for haptic devices
EP1451659B1 (fr) Organe de commande a cables tendus
FR2835068A1 (fr) Organe de commande a trois branches paralleles
JP2006247805A (ja) ハンド機構
US5020388A (en) Wire guide apparatus for wire-driven mechanism
US7148819B2 (en) Directrometer
EP1437641B1 (fr) Interface haptique de type ground-based et comportant au moins deux effecteurs digitaux rotatifs decouples
JP3292565B2 (ja) 内視鏡アングル操作装置
WO2017006670A1 (fr) Dispositif de reproduction de sensations tactiles
JP7615128B2 (ja) ロボットハンド
JPS6232932A (ja) 内視鏡の湾曲装置
KR200258435Y1 (ko) 상변화 응용 유희구

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20050608

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE

17Q First examination report despatched

Effective date: 20061123

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20100701