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Title:
CONTROL DEVICE FOR A HUMAN-MACHINE INTERFACE, COMPRISING ELECTROACTIVE ELEMENTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/053066
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a control device for a human-machine interface, comprising a base and a member (2) in the form of a lever or a push element, which can be moved relative to the base. It comprises at least one electroactive element (12, 13) positioned between the lever and a fixed element.

Inventors:
THORPE THOMAS (FR)
Application Number:
EP2018/074618
Publication Date:
March 21, 2019
Filing Date:
September 12, 2018
Export Citation:
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Assignee:
ZODIAC AERO ELECTRIC (FR)
International Classes:
B62D49/06; F15B13/14; G05G9/047
Domestic Patent References:
WO2001061431A12001-08-23
Foreign References:
EP2385518A22011-11-09
US5396266A1995-03-07
US20070262959A12007-11-15
FR3036842A12016-12-02
US7362307B22008-04-22
Attorney, Agent or Firm:
CASALONGA, Axel et al. (FR)
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Claims:
REVENDICATIONS

1 . Dispositif de commande pour interface homme-machine, comprenant un socle et un organe (2) mobile par rapport au socle, de type manette ou poussoir, caractérisé en ce qu ' il comporte au moins un élément électro-actif ( 12, 13) interposé entre ledit organe et un élément fixe ( 16, 20), les éléments électro-actifs constituant des moyens de commande de la position dudit organe.

2. Dispositif de commande selon la revendication 1 , dans lequel les éléments électro-actifs constituent des moyens de détection de la position dudit organe.

3. Dispositif de commande selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel l ' organe mobile comporte un ensemble d' au moins un aimant bipo laire (25), le socle comprenant des moyens (24) de détection du champ magnétique émis par l ' aimant.

4. Dispositif de commande selon la revendication 2, dans lequel les moyens de détection sont adaptés pour détecter un déplacement en rotation et/ou en translation de l ' aimant.

5. Dispositif de commande selon l 'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l ' organe mobile comprend un axe (8) et une co llerette ( 1 1 ) annulaire radiale montée sur l ' axe et dans lequel le socle comprend une paire d' électrodes fixes ( 16) de part et d' autre de la co llerette, les éléments électro-actifs comprenant un ensemble de plots ( 12) électro-actifs interposés chacun entre l 'une des électrodes et une électrode ( 17) liée à la co llerette et régulièrement répartis autour de l ' axe.

6. Dispositif de commande selon la revendication 5 , dans lequel les éléments électro-actifs comprennent un ensemble de p lots cylindriques ( 19) électro-actifs disposés radialement autour de la co llerette et coplanaires à ladite co llerette, et placés entre des électrodes de polarisation (20, 21 ) radialement externe et interne.

7. Dispositif de commande selon la revendication 6 , comprenant un ensemble de billes de contact électrique (22) interposées chacune entre le bord périphérique de la co llerette et une électrode de polarisation (21 ) radialement interne.

8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le bord périphérique de la collerette est cranté.

9. Dispositif de commande selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 , comprenant deux paires de deux plots cylindriques ( 19) électro-actifs et deux paires de deux billes de contact (22) diamétralement opposées agissant sur la collerette.

10. Dispositif de commande selon l 'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant au moins un détecteur de proximité (26) destiné à détecter une présence à proximité du dispositif et fournir un signal de détection à un système de commande.

1 1 . Procédé de commande d'un organe (2) mobile de type manette ou poussoir, dans lequel on active au moins un organe électroactif interposé entre ledit organe et un élément fixe de manière provoquer un changement d' état mécanique de l ' organe mobile.

12. Procédé de commande selon la revendication 1 1 , dans lequel on détecte la position de l 'organe mobile au moyen dudit organe électro-actif.

Description:
Dispositif de commande pour interface homme-machine à éléments électro-actifs

La présente se rapporte, de manière générale, aux interfaces homme-machine, notamment pour aéronef, et concerne plus particulièrement un dispositif de commande pour une telle interface.

Dans un mode de mise en œuvre, et de manière nullement limitative, l ' invention se rapporte à un dispositif de commande de type interrupteur à bascule ou de type joystick, avantageusement à effet Hall, pour interface homme-machine d'un panneau numérique pour cockpit d' aéronef.

Les panneaux de commande de cockpit d' aéronef sont en effet dotés d'un certain nombre de boutons de commande qui sont manipulables manuellement par les pilotes pour l ' exécution d'une ou de plusieurs commandes de systèmes embarqués à bord de l ' aéronef. La nouvelle génération de boutons de commande est, avantageusement, à effet Hall et incorpore à cet effet un élément bipo laire dont la position est commandée lors de la manipulation du dispositif de commande et des moyens de détection du champ magnétique émis par l ' élément bipo laire, constitués de capteurs à effet Hall qui assurent la mesure du champ magnétique émis par l ' élément bipolaire.

On pourra à cet égard se référer au document FR 3 036 842 qui décrit un bouton de commande universel à effet Hall pour interface homme-machine de cockpit d' aéronef.

Les interrupteurs à bascule ou les joysticks comportent classiquement une mannette ayant un axe mobile selon un ou plusieurs degrés de liberté par rapport à un socle.

Dans le cas d' un joystick, l' axe est mobile par rapport au socle selon deux degrés de liberté, par le biais d'une liaison du type rotule à doigt. L ' axe peut ainsi, par exemple, être inclinable suivant deux axes . La manette peut en outre être montée sur le socle de manière rotative autour de son axe pour permettre une manipulation de la manette selon un troisième degré de liberté par le biais d'une liaison de type rotule . Un quatrième degré de liberté peut être obtenu en permettant le déplacement de la manette selon un mouvement de type tiré-poussé par le biais d 'une liaison de type linéaire-annulaire.

Dans le document US-B-7,362,307 la manette est montée sur le socle et dispose d'un ou plusieurs éléments en élastomère afin de la so lliciter en position de repos .

Au vu de ce qui précède, un but de l' invention est de proposer un dispositif de commande pour interface homme-machine dont l 'utilisation soit configurable.

L 'invention a donc pour objet un dispositif de commande pour interface homme-machine, comprenant un socle et un organe mobile par rapport au socle, de type manette ou poussoir, ainsi qu' au moins un élément électro-actif interposé entre ledit organe et un élément fixe.

Ainsi, en prévoyant un élément électro-actif agissant sur l ' organe mobile du dispositif, le dispositif de commande peut être so llicité dans une ou plusieurs positions. Le dispositif de commande peut ainsi présenter plusieurs positions stables .

Il est en outre possible de configurer le dispositif de commande de manière à interdire un ou plusieurs degrés de liberté.

La présence de l ' élément électro-actif permet par ailleurs une prise de commande du dispositif par un système commandé, par une activation de l ' élément électro-actif qui interdit ou bloque une position, mais également maintient ou active une position de l ' organe mobile .

Ainsi, de préférence, les éléments électro-actifs constituent des moyens de commande de la position dudit organe. Les éléments électro-actifs constituent également des moyens de détection de la position dudit organe.

Selon une autre caractéristique, l ' organe mobile comporte un ensemble d' au moins un aimant bipo laire, le socle comprenant des moyens de détection du champ magnétique émis par l ' aimant.

On obtient ainsi une détection redondante de la position de l ' organe mobile. Lorsque les éléments électro-actifs permettent de commander la position de l ' organe mobile, on peut stabiliser sa position à partir de l' information fournie par le détecteur de champ magnétique, à effet hall. On recréera dans ces conditions un composant à positions stables de la même façon que ce qui est proposé classiquement avec un composant électromécanique.

Avantageusement, les moyens de détection sont adaptés pour détecter un déplacement en rotation et/ou en translation de l ' aimant.

Dans un mode de réalisation, l ' organe mobile comprend un axe et une collerette annulaire radiale montée sur l ' axe. Le socle comprend une paire d' électrodes fixes de part et d' autre de la co llerette, les éléments électro-actifs comprenant un ensemble de plots électro-actifs interposés chacun entre l 'une des électrodes et une électrode liée à la co llerette et régulièrement répartis autour de l ' axe.

Selon une autre caractéristique, les éléments électro-actifs comprennent un ensemble de plots cylindriques électro-actifs disposés radialement autour de la co llerette et coplanaires à la co llerette, et placés entre des électrodes de po larisation radialement externe et interne.

Dans ce mode de réalisation, le dispositif de commande peut comporter un ensemble de billes de contact électrique interposées chacune entre le bord périphérique de la co llerette et une électrode de polarisation radialement interne.

Avantageusement, le bord périphérique de la co llerette est cranté. Il comporte en outre une surface de contact électrique alimentant les électrodes liées à la collerette.

Dans un mode de réalisation, le dispositif comporte deux paires de deux plots cylindriques électro-actifs et deux paires de deux billes de contact diamétralement opposées agissant sur la co llerette. Le système commandé peut ainsi bloquer ou libérer la rotation de l ' organe mobile via une activation des éléments électro-actifs.

Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend au moins un détecteur de proximité destiné à détecter une présence à proximité du dispositif et fournir un signal de détection à un système de commande.

L 'invention a également pour objet, selon un autre aspect, un procédé de commande d'un organe mobile de type manette ou poussoir, dans lequel on active au moins un organe électro-actif interposé entre ledit organe et un élément fixe de manière provoquer un changement d' état mécanique de l 'organe mobile. En outre, selon ce procédé, on détecte la position de l ' organe mobile au moyen dudit organe électro-actif.

D ' autres buts, caractéristiques et avantages de l 'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d' exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

-la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif de commande conforme à l ' invention ;

-la figure 2 est une vue en perspective, à plus grande échelle et en coupe partielle du dispositif de la figure 1 ;

-la figure 3 est une vue latérale en coupe du dispositif de la figure 1 ; et

-la figure 4 montre le dispositif de la figure 3 lors de l ' actionnement de la manette .

Sur les figures 1 à 4, on a représenté un dispositif de commande selon l' invention, désigné par la référence numérique générale 1 , représenté dans une position supposée verticale d'utilisation.

Dans l ' exemple illustré sur les figures, ce dispositif de commande constitue un joystick qui est destiné à venir se monter sur une interface homme-machine d'un cockpit d' aéronef.

Bien entendu, on ne sort pas du cadre de l' invention lorsque le dispositif de commande est destiné à équiper tout autre type d'interface. On ne sort pas davantage du cadre de l' invention lorsque le dispositif de commande adopte diverses cinématiques d' actionnement et constitue par exemp le un interrupteur à bascule ou un bouton poussoir, ou de manière générale tout type d' organe manœuvrable manuellement.

Comme illustré sur les figures, le dispositif 1 comporte une manette 2 et un socle 3 sur lequel est montée la manette 2. Le socle 3 comporte un boîtier 4 muni d 'un ensemble de broches de contact 5 , par exemple femelles, pour le raccordement électrique du boîtier avec les broches de contact telles que 6 d'une embase 7, ici mâles, qui viennent se monter sur des broches de contact femelles d'une carte de circuit imprimé de l ' interface homme-machine.

Dans l ' exemple illustré sur les figures, le dispositif de commande 1 constitue un joystick, la manette 2 étant montée sur un axe 8 mobile par rapport au socle selon quatre degrés de liberté illustrés par les flèches F l à F4.

Le socle 3 comporte en effet une plaque d' extrémité supérieure 9 comportant une grille de guidage 10 en croix de sorte que l' axe 8 est monté de manière pivotante sur le socle 3 autour de deux axes de rotation X et Y perpendiculaires et horizontaux (flèches F l et F2) .

L ' axe 8 est par ailleurs monté de manière mobile en rotation axiale selon l' axe Z vertical (flèche F3). Il est enfin monté mobile en translation selon l ' axe Z vertical (flèche F4) .

Bien entendu, la grille de guidage peut être configurée de manière à autoriser un pivotement de la manette selon d' autres directions. Elle peut également être configurée de manière à autoriser un pivotement de la manette selon un angle de 360 degrés autour de son axe vertical.

En référence aux figures 2 et 3 , l ' axe 8 de la manette 2 s ' étend axialement dans le socle. Il comporte une co llerette 1 1 annulaire prévue en partie médiane de l ' axe, dans le p lan des axes de rotation horizontaux X et Y, afin que lors de l' inclinaison de la manette la co llerette pivote autour de l 'un des axes X ou Y, sans composante de déplacement latéral.

Le boîtier 4 du socle 3 comporte, quant à lui, un ensemble d' éléments électro-actifs 12 et 13 qui coopèrent avec la co llerette médiane 1 1 . Dans un premier mode de mise en œuvre, les éléments électroactifs agissent sur la co llerette afin, notamment, de la so lliciter en position verticale de repos et pour restreindre certains ou la totalité des degrés de liberté de la manette lorsqu'un champ électrique leur est appliqué.

Les éléments électro-actifs sont chacun placés entre des électrodes l 'une fixe et l ' autre liée à la collerette ou déplaçables sous l ' action de la co llerette et sont alimentées par une carte électronique 14 de manière à sélectivement polariser les éléments électro-actifs en créant un champ électrique entre les électrodes de polarisation et engendrer une déformation consécutive de chaque élément électro-actif qui agit sur la collerette 1 1 .

Dans un autre mode de mise en œuvre, éventuellement combinable avec le premier mode de mise en œuvre, les éléments électro-actifs sont activés par la co llerette en étant déformés par l' intermédiaire des électrodes lors de la manipulation de la manette et délivrent un signal de détection à la carte électronique 14. Le traitement de ce signal permet, d' identifier l ' élément électro-actif sur lequel une contrainte mécanique a été appliquée, et de détecter la direction et l ' amplitude du mouvement de la manette. Ce mode de mise en œuvre permet par exemple d' assurer une redondance dans la détection de l ' actionnement du dispositif de commande .

Les éléments électro-actifs sont par exemple constitués par des éléments réalisés en un polymère, par exemple en élastomère électro- actif. Dans un mode de réalisation, on utilise par exemple un polymère fluoré, tel que le PVDF (Polyvinylidène fluoride) ou un polymère dérivé du PVDF. Bien entendu, tout autre type de matériau convenant pour l 'utilisation envisagée peut également être utilisé en variante.

Il peut s ' agir soit d' éléments piézoélectriques ou électrostrictifs qui subissent une déformation du second ordre en fonction du champ électrique qui leur est appliqué de sorte que des champs électriques de signes opposés créent une même déformation.

Lorsque les éléments électro-actifs sont utilisés pour la détection de manœuvre de la manette, on utilise des éléments piézoélectriques qui génèrent des courants si ils sont dilatés ou comprimés.

Dans ce qui suit et par soucis de clarté, on considérera que les éléments électro-actifs sont utilisés dans le premier mode de mise en œuvre dans lequel un champ électrique leur est app liqué pour provoquer une déformation mécanique. Mais la description suivante s ' applique également au deuxième mode de mise en œuvre. Dans ce cas, la carte électronique 14 reçoit et analyse les signaux de détection délivrés par les éléments électro-actifs pour détecter le mouvement et l ' amplitude du mouvement de la manette.

Dans l ' exemp le de réalisation illustré sur les figures, et comme visible en particulier sur la figure 3 , le socle 4 comporte, de chaque côté de la co llerette 1 1 , un disque annulaire de contact 16 qui, dans le premier mode de mise en œuvre est un disque de contact anodique, monté sur la paroi supérieure 9 du boîtier 4 et un disque de contact annulaire 17 cathodique fixé sur la co llerette 1 1 . Un cylindre anodique 1 8 est monté sur le corps du socle, autour de la collerette .

Les électrodes anodiques sont fixes alors que les électrodes cathodiques sont mobiles .

Les éléments électro-actifs comportent alors un ensemble de plots 12, par exemple au nombre de 8 , régulièrement répartis autour de l ' axe 8 entre les disques de contact anodique et cathodique 1 6 et 17.

Le boîtier 4 comporte par ailleurs un ensemble de plots cylindriques 19 électro-actifs radiaux, ici au nombre de quatre, régulièrement répartis autour de la co llerette 1 1 , dans le plan de cette dernière. Ils sont positionnés suivant les axes de déplacement X et Y de la manette.

Ils sont chacun placés entre deux électrodes de contact électrique 20 et 21 , respectivement anodique et cathodique, également raccordés à la carte 14.

Une bille de contact 22 est interposée entre chaque électrode de contact cathodique 21 et la surface périphérique externe de la co llerette 1 1 . Comme visible sur la figure 2, de préférence, cette surface périphérique est crantée, de manière à permettre une rotation par incréments de la manette autour de son axe vertical Z .

En référence à la figure 3 , l ' embase 6 du socle incorpore également une carte 23 d' alimentation et de traitement qui est raccordée à la carte 14.

Elle comporte un capteur à effet Hall 24 positionné axialement, tandis que l ' extrémité libre de l ' axe 8 est dotée d'un ensemble d' aimants bipo laires 25 , le capteur à effet Hall 24 constituant un moyen de détection du champ magnétique émis par les aimants pour détecter un déplacement en rotation et/ou en translation des aimants 25. Comme indiqué précédemment, les éléments électro-actifs peuvent être utilisés pour permettre une détection redondante de l ' actionnement de la manette, conjointement avec l ' ensemble formé par le capteur 24 et les aimants 25.

L ' ensemble est complété par un ensemble de détecteurs de proximité 26 prévus dans la plaque supérieure du boîtier 4 du socle et aptes à détecter une présence et en particulier la main d'un utilisateur.

Ces détecteurs 26 de proximité sont raccordés à un système de commande et délivrent un signal de détection afin, le cas échéant, de permettre de verrouiller le dispositif lorsque sa manœuvre est interdite ou d' interdire certains degrés de liberté.

Les éléments électro-actifs sont en premier lieu destinés à so lliciter la manette en position verticale de repos en la ramenant dans cette position de repos après actionnement.

En effet, lorsque les éléments électro-actifs ne sont pas polarisés, ils se compriment ou se dilatent suivant l ' action réalisée sur l' axe 8.

Lorsqu'il s ' agit d'un pivotement, les plots cylindriques 1 9 électro-actifs radiaux ainsi que les plots 12 se compriment ou se dilatent. Lorsqu' il s ' agit d'un mouvement de type poussé ou tiré, seuls les plots 12 se compriment ou se dilatent suivant le sens d' actionnement. Le repositionnement de la manette s ' effectue soit spontanément sous l ' effet du caractère élastique des éléments électro-actifs, soit en étant polarisés.

Les polymères électro-actifs sont par ailleurs destinés à être polarisés par le système de commande en se dilatant et en interdisant, de la sorte, un ou plusieurs degrés de liberté du bouton.

Un ou plusieurs degrés de liberté, soit la totalité des degrés de liberté, peuvent être bloqués en polarisant les éléments électro-actifs.

Cette restriction peut être provoquée en réponse à la réception d'un signal de détection reçu en provenance des détecteurs de présence 26.

L ' invention qui vient d' être décrite permet ainsi de configurer un dispositif de commande de type joystick ou de type interrupteur à bascule ou de type bouton poussoir.

Elle permet également de commander de manière active le dispositif en agissant sur les éléments électro-actifs pour maintenir, interdire ou commander une position de la manette .

Enfin, les polymères électro-actifs peuvent par ailleurs être utilisés pour détecter une manœuvre de la manette.

Ainsi, la présente invention, qui utilise des éléments électroactifs interposés entre un organe mobile d'un dispositif de commande de type interrupteur à bascule, de type joystick ou de type bouton- poussoir, permet de configurer le dispositif de commande de manière à blo quer une ou plusieurs, voire la totalité, des positions de l ' organe mobile en envoyant de manière appropriée une impulsion électriques aux éléments électro-actifs.

Elle permet également de manœuvrer l ' organe mobile sans intervention manuelle extérieure.

Elle permet encore de rappeler l ' organe mobile en position de repos ou, de manière générale, dans toute position prédéterminée..

Elle permet enfin de favoriser ou au contraire de restreindre l ' accès à certaines manœuvres, en durcissant certains éléments électroactifs, de manière à privilégier une manœuvre par rapport à une autre.