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 l'environnement. La plupart des interfaces connues sont trop simplistes pour permettre plus que des échanges rudimentaires, ce qui réduit l'intért 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 tre adjointe à la manchette pour soutenir la poignée.

L'introduction d'actions variées par l'interface est aussi un avantage appréciable, qui peut tre 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 tre 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 mme déplaçable 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 tre 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 mme en direction de vibration pour donner des sensations plus détaillées. Des moteurs de haut-parleur peuvent aussi tre 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 tre 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 tre des forces de résistance à une poussée ou une action virtuelle du mme genre de l'utilisateur ; et des réactions simulées par les actionneurs tactiles peuvent tre 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 tre 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-mmes 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 tre 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 tre 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 tre 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 mmes 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 tre 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 mmes 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 gne 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 : l'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 l'invention.