FR3105491A1 - Dispositif d’interaction haptique ou acoustique à surface vibrante, procédé et programme d’ordinateur correspondants - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) comporte une surface vibrante (12), au moins un actionneur (14) disposé pour mettre la surface vibrante en vibration selon un signal haptique ou acoustique souhaité et un générateur (22, 26) d’au moins un signal de commande correspondant destiné à être transmis audit au moins un actionneur (14). Il comporte en outre au moins un capteur (16) de mesure d’un signal haptique ou acoustique fourni par la surface vibrante (12), ce capteur étant disposé contre la surface vibrante dans une zone de contrôle (18), et un calculateur (22, 28, 30) pour calculer au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique fourni et pour la comparer à au moins une fonction de transfert stockée en mémoire (34). Un correcteur (22, 32) dudit au moins un signal de commande en fonction d’un écart calculé est également prévu.
Figure pour l’abrégé : Fig. 1
Description
La présente invention concerne un dispositif d’interaction haptique ou acoustique à surface vibrante. Elle concerne également un procédé de génération et de fourniture d’un signal haptique ou acoustique sur une surface vibrante d’un dispositif d’interaction haptique ou acoustique. Elle concerne également un programme d’ordinateur correspondant.
Les applications visées comportent toutes les interfaces faisant intervenir l’acoustique et l’haptique, notamment dans les habitacles de moyens de transport, pour les systèmes d’avertissement acoustique de véhicule, en domotique dans l’habitat, pour des surfaces, cloisons, télévisions et moyens de télécommunication tactiles, en matière de sécurité, etc.
L'invention s’applique plus particulièrement à un dispositif d’interaction haptique ou acoustique comportant:
- une surface vibrante apte à fournir un signal haptique ou acoustique par mise en vibration;
- au moins un actionneur disposé pour mettre la surface vibrante en vibration selon un signal haptique ou acoustique souhaité; et
- un générateur d’au moins un signal de commande correspondant destiné à être transmis audit au moins un actionneur.
Il existe de nombreux dispositifs d’interaction haptique ou acoustique de ce type, dans lesquels les actionneurs sont par exemple des transducteurs piézoélectriques ou des excitateurs électromagnétiques disposés au contact de la surface vibrante. Cette dernière peut être déformable ou rigide, en verre par exemple, mais toujours susceptible d’être soumise à une vibration perceptible tactilement ou acoustiquement. Elle peut par ailleurs être plane ou de surface tridimensionnelle quelconque.
Différentes méthodes algorithmiques peuvent être mises en œuvre par le générateur de signal ou de signaux de commande en fonction de l’application et du retour haptique ou acoustique souhaité. Elles peuvent être basées sur un modèle déterministe dans le cas de configurations à géométrie simple, ou sur un apprentissage dans des cas plus complexes.
Le document de brevet WO 2013/182611 A1 porte ainsi sur une méthode de génération dudit au moins un signal de commande par retournement temporel, tandis que le document de brevet WO 2019/122762 A1 porte sur une méthode par filtrage inverse spatio-temporel. Ces deux méthodes sont basées sur un principe de filtrage agissant dans les domaines spatial et temporel. Elles nécessitent un apprentissage et sont particulièrement adaptées pour des applications d’interaction haptique avec des surfaces vibrantes qui peuvent être complexes et avec des retours haptiques souhaités qui peuvent être eux aussi complexes: par exemple localisés ou multi-localisés.
Le document de brevet US 2018/0249248 A1 porte sur un haut-parleur surfacique à pluralité d’actionneurs répartis contre une surface vibrante produisant un retour acoustique sur commande. Les signaux de commande sont avantageusement contrôlés en amplitude et en phase pour éviter toute annulation d’un son à reproduire par une interférence intempestive entre les actionneurs, sur la base d’un modèle de fonctions de transfert associées aux actionneurs. D’autres haut-parleurs surfaciques appliqués en sécurité automobile sont par exemple décrits dans les documents de brevets EP 2839990 A1 et US 9,616,813 B2, la surface vibrante étant constituée par le capot du véhicule.
Mais bien que ces dispositifs de l’état de la technique puissent proposer des solutions performantes dans des configurations complexes de surfaces vibrantes, notamment par la présence de nombreux actionneurs, ou parce que les retours haptiques ou acoustiques souhaités sont de profils complexes, ou parce que la surface vibrante est elle-même de forme complexe, ils n’en demeurent pas moins très sensibles à toute dérive de la surface vibrante. Cette dernière est en effet généralement sensible à des variations de température, de conditions d’encastrement, de dispositions de ses actionneurs, à des déformations plastiques au cours du temps, ou à toute autre variation susceptible d’avoir un impact sur sa réponse haptique ou acoustique et nécessitant un calibrage. Il est alors nécessaire de surveiller ces dérives possibles pour pouvoir corriger leurs effets.
Une première difficulté est relative à la surveillance des dérives qui se fait généralement par vibrométrie laser, c’est-à-dire par l’utilisation de moyens extérieurs au dispositif d’interaction.
Une deuxième difficulté est relative à la correction des effets des dérives. Lorsque la méthode algorithmique mise en œuvre par le générateur de signal ou de signaux de commande est basée sur un modèle déterministe, il est éventuellement possible d’intégrer un modèle de dérive en fonction de la température, mais il est inenvisageable de prendre en compte des dérives plus complexes telles que les modifications de contraintes aux limites. Lorsque la méthode algorithmique est basée sur un apprentissage, les dérives peuvent être anticipées dans la phase d’apprentissage au prix d’une forte augmentation de sa complexité en effectuant des mesures multiples par vibrométrie laser sous différentes conditions et en les stockant en mémoire afin de pouvoir les utiliser le cas échéant. Mais les effets autres que ceux dus à des variations de température restent difficiles à prédire et une variation des contraintes aux limites nécessite toujours un nouveau calibrage. Il reste également possible d’adapter la géométrie de la surface vibrante pour rendre la méthode algorithmique utilisée insensible aux variations de contraintes aux limites mais c’est au prix d’une limitation forte des géométries envisageables.
Il peut ainsi être souhaité de prévoir un dispositif d’interaction haptique ou acoustique qui permette de s’affranchir d’au moins une partie des problèmes et contraintes précités.
Il est donc proposé un dispositif d’interaction haptique ou acoustique comportant:
- une surface vibrante apte à fournir un signal haptique ou acoustique par mise en vibration;
- au moins un actionneur disposé pour mettre la surface vibrante en vibration selon un signal haptique ou acoustique souhaité;
- un générateur d’au moins un signal de commande correspondant destiné à être transmis audit au moins un actionneur;
- au moins un capteur de mesure du signal haptique ou acoustique fourni, par mise en vibration de la surface vibrante à l’aide dudit au moins un actionneur, en au moins une zone de contrôle de la surface vibrante, ledit au moins un capteur de mesure étant disposé contre la surface vibrante dans cette zone de contrôle;
- une mémoire de stockage d’au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique souhaité dans ladite au moins une zone de contrôle;
- un calculateur:
- d’au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique fourni et mesuré dans ladite au moins une zone de contrôle, et
- d’un écart entre cette fonction de transfert calculée et la fonction de transfert stockée en mémoire; et
- un correcteur dudit au moins un signal de commande en fonction de l’écart calculé.
Ainsi, ledit au moins un capteur embarqué dans le dispositif d’interaction haptique ou acoustique permet de se passer d'un vibromètre laser. En outre, sa combinaison avec des moyens permettant de comparer au moins une fonction de transfert pouvant être calculée à partir de ses mesures avec au moins une fonction de transfert de référence stockée en mémoire rend possible la détection et la correction automatiques de toute dérive, quelles que soient les raisons de cette dérive.
De façon optionnelle, le générateur est conçu pour définir ledit au moins un signal de commande par une opération de filtrage spatio-temporel, notamment une opération de filtrage inverse ou de retournement temporel.
De façon optionnelle également, un dispositif d’interaction haptique ou acoustique selon l’invention peut comporter plusieurs actionneurs et/ou plusieurs capteurs répartis contre la surface vibrante.
De façon optionnelle également, chaque actionneur et chaque capteur est choisi dans l’ensemble d’éléments constitué d’un transducteur piézoélectrique et d’un excitateur électromagnétique tel qu’un excitateur électrodynamique.
De façon optionnelle également, chaque capteur est colocalisé de manière concentrique avec un actionneur contre la surface vibrante.
De façon optionnelle également, chaque capteur forme, avec l’actionneur avec lequel il est colocalisé, un transducteur piézoélectrique dual.
De façon optionnelle également, le correcteur comporte un moteur d’intelligence artificielle entraîné sur une pluralité de fonctions de transferts associées à une pluralité de signaux de commandes dans une pluralité de conditions telles que des conditions d’encastrement de la surface vibrante, des conditions de température, des conditions de disposition de chaque actionneur et/ou des conditions de disposition de chaque capteur, pour être apte à déduire automatiquement une correction dudit au moins un signal de commande sur réception de l’écart calculé.
Il est également proposé un procédé de génération et de fourniture d’un signal haptique ou acoustique sur une surface vibrante d’un dispositif d’interaction haptique ou acoustique, comportant les étapes suivantes:
- génération, par un générateur de signaux du dispositif d’interaction, d’au moins un signal de commande d’au moins un actionneur disposé pour mettre la surface vibrante en vibration selon un signal haptique ou acoustique souhaité;
- mise en vibration de la surface vibrante par ledit au moins un actionneur pour la fourniture d’un signal haptique ou acoustique;
- mesure du signal haptique ou acoustique fourni en au moins une zone de contrôle de la surface vibrante par au moins un capteur disposé contre la surface vibrante dans cette zone de contrôle;
- stockage, en mémoire du dispositif d’interaction, d’au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique souhaité dans ladite au moins une zone de contrôle;
- calcul, par un calculateur du dispositif d’interaction:
- d’au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique fourni dans ladite au moins une zone de contrôle, et
- d’un écart entre cette fonction de transfert calculée et la fonction de transfert stockée en mémoire; et
- correction, par un correcteur du dispositif d’interaction, dudit au moins un signal de commande en fonction de l’écart calculé.
De façon optionnelle, pour une initialisation du dispositif d’interaction haptique ou acoustique par un calibrage de ladite au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique fourni dans ladite au moins une zone de contrôle, ou pour un calibrage du dispositif d’interaction haptique ou acoustique en cours d’utilisation:
- ledit au moins un signal de commande est un signal balayant temporellement un ensemble prédéterminé de fréquences pour une mise en vibration de la surface vibrante par balayage fréquentiel; et
- au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique souhaité dans ladite au moins une zone de contrôle en réponse à ce balayage fréquentiel est stockée en mémoire.
Il est également proposé un programme d’ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur, comprenant des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé de génération et de fourniture d’un signal haptique ou acoustique selon l’invention, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
L’invention sera mieux comprise à l’aide de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels:
Le dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 illustré sur la figure 1 comporte une surface vibrante 12, c’est-à-dire une surface apte à vibrer et à fournir ainsi un signal haptique perceptible au toucher ou un signal acoustique audible selon les fréquences. Elle est illustrée plane et rectangulaire mais pourrait être de forme quelconque. Elle peut être rigide ou déformable en fonction de l’application visée.
Dans un premier mode de réalisation, le dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 comporte une pluralité d’actionneurs 14, plus précisément quatre actionneurs 14 par exemple répartis en rectangle contre une face arrière de la surface vibrante 12 pour la mettre en vibration selon un signal haptique ou acoustique souhaité. Conformément à la présente invention et à ce premier mode de réalisation, il comporte en outre un capteur 16 pour la mesure d’un signal haptique ou acoustique fourni dans une zone 18 de contrôle de la surface vibrante 12 lorsque celle-ci est effectivement mise en vibration à l’aide des quatre actionneurs 14. Le capteur 16 est disposé au contact de la surface vibrante 12 à l’intérieur de la zone de contrôle 18 au centre du rectangle formé par les quatre actionneurs 14.
Les actionneurs 14 et le capteur 16 sont par exemple des transducteurs piézoélectriques, ou des excitateurs électromagnétiques tel que des excitateurs électrodynamiques.
Le dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 comporte en outre un contrôleur 20 qui comporte lui-même une unité de traitement 22 (par exemple un processeur) associé de façon connue en soi à une mémoire 24 (par exemple une mémoire RAM ou autre).
Ce contrôleur 20 peut par exemple être mis en œuvre dans un dispositif informatique tel qu’un ordinateur classique comportant un processeur associé à une ou plusieurs mémoires pour le stockage de fichiers de données et de programmes d’ordinateurs dont les instructions sont destinées à être exécutées par le processeur.
Le contrôleur 20 tel qu’illustré sur la figure 1 comporte ainsi fonctionnellement quatre programmes d’ordinateurs ou quatre fonctions d’un même programme d’ordinateur portant les références 26, 28, 30 et 32. On notera en effet que les programmes d’ordinateurs 26, 28, 30 et 32 sont présentés comme distincts, mais cette distinction est purement fonctionnelle. Ils pourraient tout aussi bien être regroupés selon toutes les combinaisons possibles en un ou plusieurs logiciels. Leurs fonctions pourraient aussi être au moins en partie micro programmées ou micro câblées dans des circuits intégrés dédiés. Ainsi, en variante, le dispositif informatique mettant en œuvre le contrôleur 20 pourrait être remplacé par un dispositif électronique composé uniquement de circuits numériques (sans programme d’ordinateur) pour la réalisation des mêmes actions.
Le premier programme d’ordinateur 26 comporte des instructions pour, lorsqu’il est exécuté par l’unité de traitement 22, remplir une fonction de générateur de signaux de commande destinés à être transmis aux actionneurs 14. Il reçoit pour cela des paramètres de fonctions de transfert de référence correspondant à un signal haptique ou acoustique souhaité sur la surface vibrante 12. Les fonctions de transfert peuvent par exemple et de façon connue en soi être paramétrées sous la forme de filtre FIR (de l’anglais «Finite Impulse Response») ou IIR (de l’anglais «Infinite Impulse Response»). Ces paramètres sont prédéterminés et stockés dans une mémoire 34. En fonction de la méthode algorithmique implémentée par le générateur 22, 26 de signaux de commande, les fonctions de transfert de référence peuvent être déterminées à l’aide d’un modèle déterministe dans les cas de configurations à géométrie simple ou par apprentissage dans des cas plus complexes tels que ceux avantageusement traités par des opérations spatio-temporelles de filtrage inverse ou de retournement temporel.
Le détail de ces méthodes algorithmiques connues ne fait pas l’objet de la présente invention. On peut notamment se référer à l’enseignement du document WO 2019/122762 A1 précité pour une implémentation du principe du filtrage inverse, sur la base d’un enseignement plus général donné dans l’article de Tanter et al, intitulé «Optimal focusing by spatio-temporal inverse filter. I. Basic principles», publié dans The Journal of the Acoustical Society of America, vol.110(1), pages 37-47 (juillet 2001). On peut également se référer à l’enseignement de l’article de Hudin et al, intitulé «Localized tactile feedback on a transparent surface through time-reversal wave focusing», publié dans IEEE Transctions on Haptics, vol.8(2), pages 188-198 (2015), pour une implémentation du principe du retournement temporel.
Le deuxième programme d’ordinateur 28 comporte des instructions pour, lorsqu’il est exécuté par l’unité de traitement 22, remplir une fonction de calculateur de fonctions de transfert caractéristiques d’un signal haptique ou acoustique fourni et mesuré par le capteur 16 dans la zone de contrôle 18. Etant donné qu’il y a un capteur 16 et quatre actionneurs 14 dans le mode de réalisation de la figure 1, quatre fonctions de transfert peuvent être calculées par exécution du programme d’ordinateur 28. Le calcul de fonctions de transfert à partir d’un retour haptique ou acoustique mesuré est connu et ne sera pas détaillé.
Le troisième programme d’ordinateur 30 comporte des instructions pour, lorsqu’il est exécuté par l’unité de traitement 22, remplir une fonction de calculateur d’écart entre les fonctions de transfert calculées par le deuxième programme d’ordinateur 28 et les fonctions de transfert de référence correspondantes stockées en mémoire 34. Il s’agit donc de calculer l’écart entre les fonctions de transfert correspondant au signal haptique ou acoustique mesuré et celles correspondant au signal haptique ou acoustique souhaité sur la surface vibrante 12. Il peut bien sûr y avoir plusieurs jeux de fonctions de transfert différents pour plusieurs retours haptiques ou acoustiques souhaités, incluant des retours haptiques localisés et multi-localisés. Le calcul d’écart entre fonctions de transfert fait appel à des notions d’estimations de similarités, de distances, etc. Ces notions sont connues et ne seront pas détaillées.
Le quatrième programme d’ordinateur 32 comporte des instructions pour, lorsqu’il est exécuté par l’unité de traitement 22, remplir une fonction de correcteur des signaux fournis par le générateur de signaux de commande 22, 26 sur la base de l’écart calculé par le troisième programme d’ordinateur 28. Cette correction peut résulter d’un modèle déterministe ou d’un apprentissage. Ainsi, avantageusement, le correcteur 22, 32 peut être programmé de manière à comporter un moteur logiciel d’intelligence artificielle entraîné sur une pluralité de fonctions de transferts associées à une pluralité de signaux de commandes dans une pluralité de conditions telles que différentes conditions d’encastrement de la surface vibrante 12, différentes conditions de température, différentes conditions de disposition de chaque actionneur 14 et/ou différentes conditions de disposition de chaque capteur 16, pour être apte à déduire automatiquement une correction des signaux de commande fournis par le générateur 22, 26 sur réception de la valeur d’écart calculée par le calculateur 22, 30. Le correcteur 22, 32 peut aussi mettre en œuvre un algorithme de minimisation pour converger vers les fonctions de transfert souhaitées.
Les signaux de commande corrigés sont respectivement transmis aux actionneurs 14 en passant par un module d’amplification 36. De même le signal mesuré par le capteur 16 est traité par le module d’amplification 36 avant d’être fourni au calculateur 22, 28 de fonctions de transfert.
Le dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 de la figure 2, conforme à une première variante d’un deuxième mode de réalisation de la présente invention, ne diffère de celui de la figure 1 que par le nombre d’actionneurs 14 et de capteurs 16, ainsi que par leur disposition contre la surface vibrante 12. Le module d’amplification 36 est adapté en conséquence.
Quatre actionneurs 14 sont disposés en rectangle contre la face arrière de la surface vibrante 12. Quatre capteurs 16 sont alignés sur un axe médian de ce rectangle contre la face arrière de la surface vibrante 12 de manière à former deux losanges voisins avec les quatre actionneurs 14. Il en résulte que seize fonctions de transfert peuvent être calculées par le calculateur 22, 28 à partir des signaux mesurés par les quatre capteurs 16. De même seize fonctions de transfert de référence sont utiles à la génération des signaux de commande des quatre actionneurs 14.
Le dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 de la figure 3, conforme à une deuxième variante du deuxième mode de réalisation de la présente invention, ne diffère de celui de la figure 2 que par la disposition des actionneurs 14 et des capteurs 16 contre la surface vibrante 12.
Quatre actionneurs 14 sont disposés en rectangle contre la face arrière de la surface vibrante 12 aux quatre coins de cette dernière. Quatre capteurs 16 sont répartis de façon quelconque contre la face arrière de la surface vibrante 12 à l’intérieur de ce rectangle. Seize fonctions de transfert peuvent de même être calculées par le calculateur 22, 28 à partir des signaux mesurés par les quatre capteurs 16 et seize fonctions de transfert de référence sont utiles à la génération des signaux de commande des quatre actionneurs 14.
Le dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 de la figure 4, conforme à une troisième variante du deuxième mode de réalisation de la présente invention, ne diffère de celui de la figure 3 que par la disposition des capteurs 16 contre la surface vibrante 12.
Ceux-ci sont disposés en périphérie de la surface vibrante 12 aux milieux de ses quatre bords, c’est-à-dire à mi-distance entre les actionneurs 14. Comme précédemment, seize fonctions de transfert peuvent calculées par le calculateur 22, 28 à partir des signaux mesurés par les quatre capteurs 16 et seize fonctions de transfert de référence sont utiles à la génération des signaux de commande des quatre actionneurs 14.
Le dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 de la figure 5, conforme à un troisième mode de réalisation de la présente invention, diffère de celui de la figure 1 par le fait de colocaliser quatre capteurs 16 avec les quatre actionneurs 14. Le module d’amplification 36 est adapté en conséquence.
Plus précisément,les quatre capteurs 16 sont respectivement centrés sur les quatre actionneurs 14. Concrètement, cela peut être réalisé à l’aide de transducteurs piézoélectriques duals. En variante, il est possible aussi de disposer de façon concentrique un transducteur piézoélectrique et un excitateur électrodynamique, ou deux excitateurs électrodynamiques, pour former chaque couple d’actionneur et capteur colocalisés. Comme précédemment, seize fonctions de transfert peuvent calculées par le calculateur 22, 28 à partir des signaux mesurés par les quatre capteurs 16 et seize fonctions de transfert de référence sont utiles à la génération des signaux de commande des quatre actionneurs 14.
Le dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 de la figure 6, conforme à un quatrième mode de réalisation de la présente invention, diffère de ceux des figures précédentes par le nombre d’actionneurs 14 et de capteurs 16, par leur couplage ainsi que par leur disposition contre la surface vibrante 12. Le module d’amplification 36 est adapté en conséquence.
Huit premiers actionneurs 14 sont disposés linéairement contre la face arrière de la surface vibrante 12, en périphérie le long de l’un de ses bords. Huit premiers capteurs 16 sont respectivement linéairement couplés à ces huit premiers actionneurs 14 le long de ce même bord. Huit autres actionneurs 14 sont disposés linéairement contre la face arrière de la surface vibrante 12, en périphérie le long d’un autre bord de la surface vibrante opposé au précédent. Huit autres capteurs 16 sont respectivement linéairement couplés à ces huit autres actionneurs le long de ce même autre bord opposé. Il en résulte que deux cent cinquante-six fonctions de transfert peuvent être calculées par le calculateur 22, 28 à partir des signaux mesurés par les seize capteurs 16. De même deux cent cinquante-six fonctions de transfert de référence sont utiles à la génération des signaux de commande des seize actionneurs 14.
Par souci de clarté, seule l’échange des signaux entre le module d’amplification 36 et les huit premiers actionneurs 14 couplés aux huit premiers capteurs 16 est illustré sur la figure 6, mais il en est de même entre le module d’amplification 36 et les huit autres actionneurs 14 couplés aux huit autres capteurs 16.
On notera que dans les exemples illustrés par les figures 2 et 5, les actionneurs et capteurs sont plutôt centrés dans la surface vibrante 12 et régulièrement répartis. Cette première configuration convient bien à une génération des signaux de commande par filtrage inverse spatio-temporel. Dans les exemples illustrés par les figures 3, 4 et 6, les actionneurs et capteurs sont placés en périphérie de la surface vibrante 12 et/ou irrégulièrement répartis. Cette deuxième configuration convient bien à une génération des signaux de commande par retournement temporel. La configuration de la figure 1 convient quant à elle indifféremment aux générations de signaux de commande par filtrage inverse spatio-temporel et par retournement temporel.
Un procédé de génération et de fourniture d’un signal haptique ou acoustique sur la surface vibrante 12 du dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 selon l’un quelconque des modes de réalisation des figures 1 à 6 va maintenant être détaillé en référence à la figure 7.
Au cours d’une étape préalable 100, plusieurs jeux de fonctions de transfert sont enregistrés en mémoire 34 et respectivement associés à plusieurs signaux haptiques ou acoustiques souhaités pour mise à disposition auprès du générateur 22, 26 de signaux de commande. D’une façon plus générale, pour un même signal haptique ou acoustique souhaité, plusieurs jeux de fonctions de transfert peuvent en outre être enregistrés en relation avec plusieurs conditions telles que différentes conditions d’encastrement de la surface vibrante 12, différentes conditions de température, différentes conditions de disposition de chaque actionneur 14 et/ou capteur 16, notamment lorsque le correcteur 22, 32 comporte un moteur logiciel d’intelligence artificielle à entraîner.
Au cours d’une étape 102, le générateur de signaux de commande 22, 26 produit des signaux de commande des actionneurs 14 en fonction de l’un des signaux haptiques ou acoustiques souhaités enregistrés en mémoire 34.
Au cours d’une étape suivante 104, la surface vibrante 12 est mise en vibration par les actionneurs 14 pour la fourniture d’un signal haptique ou acoustique aussi proche que possible du signal haptique ou acoustique souhaité.
Pendant la mise en vibration de la surface vibrante 12, le signal haptique ou acoustique fourni est mesuré (étape 106) en une ou plusieurs zones de contrôle 18 selon le nombre de capteurs 16 placés contre la surface vibrante 12.
Le calcul, par le calculateur 22, 28, de fonctions de transfert caractéristiques du signal haptique ou acoustique fourni dans la ou les zones de contrôle 18 est réalisé au cours d’une étape suivante 108.
L’écart entre les fonctions de transfert calculées à l’étape 108 et celles du signal haptique ou acoustique souhaité exploitées par le générateur de signaux de commande 22, 26 à l’étape 102 est calculé par le calculateur 22, 30 au cours d’une étape suivante 110.
Enfin, au cours d’une étape 112, le correcteur 22, 32 corrige les signaux de commande émis par le générateur 22, 26 pour obtenir un retour haptique ou acoustique sur la surface vibrante 12 qui se rapproche davantage du retour haptique ou acoustique souhaité.
On notera que le procédé décrit précédemment peut être exécuté par l’un quelconque des dispositifs d’interaction 10 des figures 1 à 6 à tout moment en cours d’utilisation, notamment selon des calibrages ou auto-tests programmés régulièrement, ou sur détection de dérives dues à des variations de conditions (températures, contraintes d’encastrement, disposition ou fixation des actionneurs et capteurs, …).
Il peut également être exécuté pour une initialisation du dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 par un calibrage des fonctions de transfert mesurées dans la ou les zones de contrôle 18 à l’aide de signaux de commande d’initialisation. En particulier, il est avantageux d’initialiser le dispositif d’interaction à l’aide de signaux balayant temporellement un ensemble prédéterminé de fréquences pour une mise en vibration de la surface vibrante 12 par balayage fréquentiel. Les fonctions de transfert caractéristiques du signal haptique ou acoustique souhaité dans la ou les zones de contrôle 18 en réponse à ce balayage fréquentiel sont alors stockées en mémoire 34.
Il apparaît clairement qu’un dispositif d’interaction haptique ou acoustique 10 tel que l’un de ceux décrits précédemment permet de corriger automatiquement et sans complexité particulière toute dérive due à des variations de conditions de son fonctionnement, même lorsque ces variations sont difficiles à anticiper ou à modéliser.
En particulier, la figure 8 montre que les mesures relevées par un capteur embarqué dans un dispositif d’interaction selon la présente invention sont aussi pertinentes et exploitables que celles relevées par vibrométrie laser dans l’état de la technique. La courbe C1 donne des mesures de déplacement D en dB relevées par vibrométrie laser en fonction de la fréquence de vibration dans un dispositif d’interaction dont la surface vibrante est mise en vibration par des transducteurs piézoélectriques. La courbe C2 donne des mesures relevées dans les mêmes conditions par un capteur piézoélectrique embarqué dans ce même dispositif d’interaction. On constate que les deux courbes sont quasiment identiques, aux variations d’amplitude près. Une légère différence est liée au mode de mesure qui est strictement hors plan dans le cas du vibromètre laser et mixte (dans le plan et hors plan) pour le capteur piézoélectrique. Cette distorsion d’amplitude peut néanmoins facilement être prise en compte lors de la génération et correction des signaux de commande à l’aide de filtres à gains variables.
On notera les avantages non exhaustifs suivants, obtenus grâce aux différents modes de réalisation de la présente invention:
- la plupart des effets extérieurs affectant le retour haptique ou acoustique de la surface vibrante peuvent être corrigés,
- les variations de fabrication d’un dispositif d’interaction à l’autre peuvent de la même façon être compensées,
- des auto-tests et calibrages sont possibles à tout moment au démarrage et en cours d’utilisation du dispositif d’interaction,
- la mesure des retours haptiques ou acoustiques de la surface vibrante est intégrée au dispositif d’interaction,
- les capteurs intégrés peuvent en outre contrôler la puissance du retour haptique ou acoustique, notamment lorsqu’ils sont exploités en permanence pour un contrôle en boucle fermée,
- en multipliant le nombre d’actionneurs et capteurs, on ajoute de la redondance et celle-ci est avantageuse en cas de défaillance d’une partie des composants du dispositif.
On notera par ailleurs que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits précédemment. Tous ces exemples portent sur des dispositifs d’interaction haptique ou acoustique à plusieurs actionneurs. Mais, au plus simple, il est possible d’envisager un dispositif à un seul actionneur et un seul capteur, colocalisés ou non. Dans ce cas, une seule fonction de transfert est associée à chaque signal haptique ou acoustique souhaité dans la mémoire 34.
Il apparaîtra plus généralement à l'homme de l'art que diverses modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits ci-dessus, à la lumière de l'enseignement qui vient de lui être divulgué. Dans la présentation détaillée de l’invention qui est faite précédemment, les termes utilisés ne doivent pas être interprétés comme limitant l’invention aux modes de réalisation exposés dans la présente description, mais doivent être interprétés pour y inclure tous les équivalents dont la prévision est à la portée de l'homme de l'art en appliquant ses connaissances générales à la mise en œuvre de l'enseignement qui vient de lui être divulgué.
Claims (10)
- Dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) comportant:
- une surface vibrante (12) apte à fournir un signal haptique ou acoustique par mise en vibration;
- au moins un actionneur (14) disposé pour mettre la surface vibrante (12) en vibration selon un signal haptique ou acoustique souhaité;
- un générateur (22, 26) d’au moins un signal de commande correspondant destiné à être transmis audit au moins un actionneur (14);
- au moins un capteur (16) de mesure du signal haptique ou acoustique fourni, par mise en vibration de la surface vibrante (12) à l’aide dudit au moins un actionneur (14), en au moins une zone de contrôle (18) de la surface vibrante (12), ledit au moins un capteur de mesure (16) étant disposé contre la surface vibrante (12) dans cette zone de contrôle (18);
- une mémoire (34) de stockage d’au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique souhaité dans ladite au moins une zone de contrôle (18);
- un calculateur (22, 28, 30):
- d’au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique fourni et mesuré dans ladite au moins une zone de contrôle (18), et
- d’un écart entre cette fonction de transfert calculée et la fonction de transfert stockée en mémoire (34); et
- un correcteur (22, 32) dudit au moins un signal de commande en fonction de l’écart calculé.
- Dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) selon la revendication 1, dans lequel le générateur (22, 26) est conçu pour définir ledit au moins un signal de commande par une opération de filtrage spatio-temporel, notamment une opération de filtrage inverse ou de retournement temporel.
- Dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) selon la revendication 1 ou 2, comportant plusieurs actionneurs (14) et/ou plusieurs capteurs (16) répartis contre la surface vibrante (12).
- Dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel chaque actionneur (14) et chaque capteur (16) est choisi dans l’ensemble d’éléments constitué d’un transducteur piézoélectrique et d’un excitateur électromagnétique tel qu’un excitateur électrodynamique.
- Dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel chaque capteur (16) est colocalisé de manière concentrique avec un actionneur (14) contre la surface vibrante (12).
- Dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) selon la revendication 5, dans lequel chaque capteur (16) forme, avec l’actionneur (14) avec lequel il est colocalisé, un transducteur piézoélectrique dual.
- Dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le correcteur (22, 32) comporte un moteur d’intelligence artificielle entraîné sur une pluralité de fonctions de transferts associées à une pluralité de signaux de commandes dans une pluralité de conditions telles que des conditions d’encastrement de la surface vibrante (12), des conditions de température, des conditions de disposition de chaque actionneur (14) et/ou des conditions de disposition de chaque capteur (16), pour être apte à déduire automatiquement une correction dudit au moins un signal de commande sur réception de l’écart calculé.
- Procédé de génération et de fourniture d’un signal haptique ou acoustique sur une surface vibrante (12) d’un dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10), comportant les étapes suivantes:
- génération (102), par un générateur de signaux (22, 26) du dispositif d’interaction (10), d’au moins un signal de commande d’au moins un actionneur (14) disposé pour mettre la surface vibrante (12) en vibration selon un signal haptique ou acoustique souhaité;
- mise en vibration (104) de la surface vibrante (12) par ledit au moins un actionneur (14) pour la fourniture d’un signal haptique ou acoustique;
- mesure (106) du signal haptique ou acoustique fourni en au moins une zone (18) de contrôle de la surface vibrante (12) par au moins un capteur (16) disposé contre la surface vibrante (12) dans cette zone de contrôle (18);
- stockage (100), en mémoire (34) du dispositif d’interaction (10), d’au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique souhaité dans ladite au moins une zone de contrôle (18);
- calcul (108, 110), par un calculateur (22, 28, 30) du dispositif d’interaction (10):
- d’au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique fourni dans ladite au moins une zone de contrôle (18), et
- d’un écart entre cette fonction de transfert calculée et la fonction de transfert stockée en mémoire (34); et
- correction (112), par un correcteur (22, 32du dispositif d’interaction (10), dudit au moins un signal de commande en fonction de l’écart calculé.
- Procédé de génération et de fourniture d’un signal haptique ou acoustique selon la revendication 8, dans lequel, pour une initialisation du dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) par un calibrage de ladite au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique fourni dans ladite au moins une zone de contrôle (18), ou pour un calibrage du dispositif d’interaction haptique ou acoustique (10) en cours d’utilisation:
- ledit au moins un signal de commande est un signal balayant temporellement un ensemble prédéterminé de fréquences pour une mise en vibration de la surface vibrante (12) par balayage fréquentiel; et
- au moins une fonction de transfert caractéristique du signal haptique ou acoustique souhaité dans ladite au moins une zone de contrôle (18) en réponse à ce balayage fréquentiel est stockée en mémoire (34).
- Programme d’ordinateur (26, 28, 30, 32) téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou enregistré sur un support (24) lisible par ordinateur et/ou exécutable par un processeur (22), caractérisé en ce qu’il comprend des instructions pour l’exécution des étapes d’un procédé de génération et de fourniture d’un signal haptique ou acoustique selon la revendication 8 ou 9, lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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