La présente invention concerne un manipulateur analogique pour générer des signaux électriques de commande en réponse à diverses orientations données dans l'espace à un organe de manoeuvre de ce manipulateur, tel qu'un levier, qui sera ci-après désigné par "levier de manoeuvre".
De tels manipulateurs sont souvent utilisés pour la commande électrique à distance des déplacements d'un mobile, tel que le crochet d'un engin de levage, pont roulant notamment, suivant quatre directions principales orthogonales deux à deux.
On connaît ainsi d'après le DE - U - 73 40 888 un manipulateur comportant un organe de guidage dans lequel est ménagée une ouverture en forme de croix à quatre branches orthogonales deux à deux, qui est traversée par le levier de manoeuvre. De la sorte, ce levier ne peut être orienté que suivant les quatre directions déterminées par les branches de la croix. Cette solution convient lorsque le déplacement du mobile commandé par le manipulateur ne doit avoir lieu que suivant des directions orthogonales.
Inversement, le FR - A - 2 359 305 prévoit un manipulateur analogique permettant un déplacement omnidirectionnel du levier de manoeuvre, sans privilégier aucune direction.
Or dans certaines applications, la fréquence des déplacements du levier selon deux directions orthogonales est prépondérante, mais il est nécessaire de prévoir de temps à autre une orientation du levier selon des directions intermédiaires afin d'obtenir par exemple un déplacement oblique du mobile commandé par le manipulateur. Pour de telles applications, on connaît d'après le EP-A43 809 un manipulateur dans lequel l'effort résistant développé à l'encontre d'au moins une orientation priviligiée du levier soit beaucoup plus faible que celui développé à l'encontre d'autres inclinaisons possibles de ce levier. Cette anisotropie de réaction perçue par la main de l'opérateur renseigne celui-ci sur les orientations commandées, les orientations du levier de manoeuvre dans les plans rectangulaires principaux étant plus faciles à lui communiquer que toutes les autres orientations.
On connaît ainsi d'après le EP-A- 43 809, conformément au préambule de la revendication 1 un manipulateur délivrant des signaux caractéristiques de l'orientation dans l'espace d'un levier de manoeuvre pouvant être écarté par poussée transversale d'une position de référence dite neutre, et rappelé élastiquement vers cette position neutre, ce manipulateur comprenant un boîtier, sur lequel est articulé ledit levier qui commande la position d'au moins un organe mobile associé à au moins un capteur pour délivrer un signal électrique fonction de la position du levier, des moyens opposant au déplacement angulaire du levier de manoeuvre une réaction élastique différenciée selon l'orientation du levier par rapport à sa position neutre, ces moyens comprenant des surfaces actives mobiles l'une par rapport à l'autre et maintenues élastiquement en appui mutuel dont l'une est liée angulairement à l'orientation du levier et l'autre est angulairement fixe, l'une au moins de ces surfaces d'appui présentant des ondulations en couronne dont l'amplitude est fonction des orientations prévues pour le levier et correspondant aux orientations de ce levier pour lesquelles une réaction élastique différenciée est prévue.
Cette réalisation connue a l'inconvénient d'avoir un encombrement radial important et malgré cela le levier ne peut qu'avoir un débattement angulaire limité dans chacune de ses orientations possibles. En effet, la surface active angulairement fixe, qui s'étend autour de l'autre surface active lorsque le levier est au repos, a nécessairement une dimensison radiale suffisante pour que la surface active angulairement mobile, qui se déplace radialement lorsqu'on oncline le levier, soit encore en contact avec elle, et ceci même lorsque le levier est incliné au maximum.
Des considérations analogues peuvent être faites à propos du DE-B- 1 268 251.
Le but de l'invention est de proposer un manipulateur anisotropique permettant pour un faible encombrement un grand débattement angulaire du levier.
Suivant l'invention, ce manipulateur est caractérisé en ce que la surface liée angulairement à l'orientation du levier est une surface annulaire entourant l'axe du levier, et en ce que la surface angulairement fixe est portée par un poussoir déplaçable coaxialement à la position neutre du levier à l'encontre d'un ressort de rappel.
De préférence, la surface annulaire entourant l'axe du levier est portée par une rotule liée au levier et par laquelle le levier est articulé au boîtier.
Ainsi, lorsque le levier s'incline, il pousse axialement le poussoir à l'encontre du ressort de rappel au lieu de glisser en direction radiale sur une surface active fixe ayant une grande dimension radiale. La surface active angulairement fixe peut dont être radialement très peu encombrante sans que cela empêche de très fortes inclinaisons du levier.
Les particularités de l'invention résulteront encore de la description qui va suivre.
Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, on a figuré divers modes de réalisation particuliers de l'invention :
Dans le premier mode de réalisation de l'invention, décrit en référence aux figures 1 à 9, le manipulateur comprend essentiellement un boîtier 101 sur lequel est articulé un levier de manoeuvre 102 pouvant être écarté par poussée transversale F (figure 2) d'une position de référence x-x' (figure 1), dite neutre, correspondant à l'axe du boîtier 101, le levier 102 étant rappelé élastiquement vers cette position neutre. Le levier 102 commande la position d'au moins un organe mobile d'influence 103 qui est associé à au moins un capteur 104 fixé au boîtier 101 pour délivrer un signal électrique fonction de la position du levier 102.
Le levier de manoeuvre 102 est articulé sur le boîtier 101 par l'intermédiaire d'une articulation complexe 51 comprenant une rotule 50 présentant une tête hémisphérique 61 qui coopère avec une portée sphérique 64 d'une coiffe 59 d'un fût 134, ouverte à sa partie supérieure pour le passage du levier 102. Celui-ci est angulairement solidaire de la rotule 50 dont le prolongement axial forme une cavité 62 dans laquelle est engagée la tête sphérique 63 d'un arbre auxiliaire 52 logé dans le boîtier 101 et qui est lui-même monté sur une rotule 105 qui porte le ou les organes mobiles d'influence 103. La rotule 105 est sollicitée élastiquement vers une portée annulaire 106 du boîtier 101 et sa surface sphérique extérieure prend appui sur la cavité sphérique de cette portée, les surfaces en contact étant concentriques de centre O (figure 3).
Compte tenu de l'effet de démultiplication procuré par la double articulation 51, 105, la réaction élastique opposée aux inclinaisons du levier 102 est nettement diminuée. Ainsi, ce type de manipulateur peut être avantageusement utilisé dans des applications où on souhaite que l'amplitude des signaux délivrés soit l'image des déplacements d'amplitude plus grande du levier.
La rotule 105 porte (figure 8), du côté opposé à la portée fixe 106, une bague 122 coaxiale à l'arbre 52 d'où partent un certain nombre de nervures radiales 123. La bague 122 et les nervures 123 sont engagées respectivement dans une ouverture circulaire centrale 124 (figure 9) et dans des fentes radiales 125 ménagées dans une membrane élastique 126 sur laquelle prend appui la rotule 105. Cette membrane 126 forme des languettes 127 qui sont engagées sélectivement par la base de la rotule 105 selon l'orientation du levier 102. En position neutre de celui-ci, chaque secteur 128 de la base de la rotule 105 compris entre deux nervures 123 consécutives est en appui de manière égale contre une languette 127 correspondante de la membrane 126. La périphérie de la membrane 126 qui présente (voir figure 9) des encoches de centrage 129 engagées dans des ergots 131 du boîtier 101, est serrée entre un épaulement annulaire du boîtier 101 et la base de la portée annulaire 106. La fixation de l'ensemble est assurée par des vis 33 engagées dans des évidements taraudés des ergots 131 du boîtier 101.
L'extrémité inférieure filetée 2b de l'arbre 52 qui traverse une ouverture 5a de la rotule 105, débouche au-delà de la bague 122 et recoit un écrou 140 qui assure la fixation et le centrage des organes d'influence 103 en serrant ceux-ci contre la bague 122 de la rotule 105. La bague 122 présente deux ergots 22a, 22b (figure 8) pour fixer l'orientation des organes 103 en pénétrant dans un trou de centrage 30 (figure 3) de ceux-ci. Les circuits électroniques auxquels appartiennent les capteurs de position 104 influencés par les organes mobiles 103 sont disposés dans une chambre 144 du boîtier 101 fermée par un fond 145 et séparée de la rotule 105 par une cloison 46 en matériau électriquement isolant. Ces circuits électroniques destinés à interprêter l'interaction entre les organes mobiles 103 et les capteurs 104 résultant d'une orientation du levier 102 pour délivrer un signal électrique fonction de cette orientation sont par exemple du genre décrit dans le FR - A - 2 559 305. Un câble 147 est utilisé pour véhiculer les signaux produits vers le dispositif à commander (non représenté).
La partie terminale du fût 134 qui surmonte le boîtier 101 est filetée et reçoit une bague de serrage 135 qui contribue à la fixation du manipulateur sur une platine A (figure 3), en opposition à des vis calantes 137 portées par une bride 38, elle-même appuyée sur l'épaulement du boîtier 101.
L'extrémité supérieure du fût 134 est obturée par un soufflet cylindrique souple 139 d'étanchéité, serre à sa base par la bague filetée 135 et à son sommet par le bouton 143 vissé sur l'extrémité filetée 110 du levier 102.
Il est prévu des moyens opposant aux déplacements angulaires du levier 102 une réaction élastique différenciée selon l'orientation qui lui est imposée par rapport à sa position neutre. Ces moyens comprennent deux cames associées 107 et 108 dont les surfaces actives 109 et 111 ont des profils aménagés pour fournir une variation sensible de l'effort nécessaire pour écarter le levier 102 de sa position neutre selon l'orientation que l'opérateur veut lui donner. Des précisions sur les profils de ces cames seront fournies plus loin en référence aux figures 4 et 5. La came 107 angulairement fixe est coaxiale à la position neutre X-X' et l'autre 108, angulairement orientable en fonction de la position du levier 102, est coaxiale à ce dernier.
La came angulairement fixe 107 (figure 3) est portée par un poussoir coulissant 53 entourant l'arbre auxiliaire 52 et déplaçable coaxialement à la position neutre X-X' du levier 102.
Le poussoir 53 est creux et comporte une jupe cylindrique 55 qui coulisse à l'intérieur de la chambre 134b du fût 134, la rotation du poussoir 53 autour de l'axe X-X' étant empêchée par une nervure longitudinale 71 de la jupe 55 en prise avec une rainure 72 de la chambre 134b (voir figures 3 et 5).
La jupe 55 qui entoure l'arbre auxiliaire 52 et le ressort de rappel 112 présente à sa partie supérieure une couronne 56 dont la paroi 109 opposée à la rotule 105 constitue la surface active de la came 107.
La périphérie de la rotule 50 est ondulée et constitue la surface active 111 de la came 108. Les surfaces actives 109, 111 des cames 107, 108 sont sollicitées élastiquement l'une vers l'autre par le ressort hélicoïdal 112 qui prend appui entre un épaulement 65 de la portée annulaire 106 et la couronne 56 du poussoir 53. La poussée du ressort 112 assure également l'appui de la tête hémisphérique 61 contre la portée 64.
En position neutre du levier de manoeuvre 102, la périphérie de la rotule 50 épouse (voir figure 1) la paroi de la couronne 56 du poussoir 53 opposée à la rotule 105.
Les figures 4 et 5 et respectivement 6 et 7 illustrent deux variantes de réalisation du poussoir 53 portant la came 107 et de la rotule 50 portant la came 108 solidaire en rotation du levier de manoeuvre 102.
Les cames 107, 108 de la variante des figures 6 et 7 présentent un contour ondulé continu ayant une succession de points d'inflexion, tandis que celles des figures 4 et 5 présentent un contour ondulé discontinu formant respectivement une succession d'arêtes 82 et de creux 83 (voir figure 5) ou de parties bombées 74 (voir figure 4).
Comme il apparaît sur les figures 5 et 7, il est prévu deux paires d'orientations angulaires particulières pour le levier de manoeuvre 102. La première paire, privilégiée, correspond à deux plans orthogonaux P, Q et la seconde paire, non privilégiée, correspond aux orientations R et S du levier 102 dans les plans bissecteurs des précédents.
Les plans P et Q correspondent aux parties en creux du profil 109 de la came 107 et les plans R et S aux sommets de ce même profil.
Quelle que soit la réalisation considérée, lorsqu'on oriente le levier de manoeuvre 102 dans l'un des deux plans P ou Q suivant lesquels le contour de la came angulairement orientable 108 épouse celui de la came coulissante 107, la rotule 50 repousse faiblement le poussoir 53 et le ressort 112 sur lequel est appuyé ce poussoir 53 est faiblement comprimé.
Inversement, une orientation du levier de manoeuvre 102 dans l'un des deux plans R, S suivant lesquels les sommets de certaines des ondulations 70 ou parties bombées 74 de la came 108 portée par la rotule 50 sont appuyés contre les sommets d'ondulations 80 ou contre des arêtes 82 correspondants de la came 107 portée par le poussoir 53, tend à repousser celui-ci plus fortement et à comprimer davantage le ressort 112. La réaction élastique opposée au déplacement du levier 102 est donc nettement différenciée selon l'orientation angulaire de celui-ci, ce qui tend à limiter l'amplitude du débattement dans les directions non privilégiées.
Par ailleurs, lorsque le levier de manoeuvre 102 subit une poussée transversale suivant l'un des plans P, Q R ou S puis est relâché, l'un au moins des secteurs 128 de la rotule 105 est repoussé par la ou les languettes 127 correspondantes de la membrane 126, ce qui contribue en même temps que la détente du ressort 112 à ramener spontanément le levier 102 en position neutre.
La figure 10 illustre une variante de réalisation des manipulateurs décrits respectivement en référence aux figures 1 à 9. Sur la figure 10, les organes ayant des fonctions similaires portent les mêmes références affectées d'un indice a.
L'arbre auxiliaire 52a est relié au boîtier 101a par l'intermédiaire d'une pseudo-articulation constituée par une masse élastique 75, par exemple en matériau élastomère, dont la périphérie 76 adhère à la surface inférieure 77 d'une portée annulaire 78 solidaire du boîtier 101a.
L'extrémité de l'arbre auxiliaire 52a opposée au bouton de manoeuvre 143a porte une douille 79 qui est immobilisée par surmoulage dans la masse en élastomère 75. Cette douille 79 porte les organes 103a d'influence des capteurs de position appartenant aux circuits électroniques du manipulateur (non représentés).
Le ressort 112a de sollicitation des cames 107a, 108a l'une vers l'autre est monté en appui sur une rondelle 81 qui est supportée par un épaulement 84 de la portée annulaire 78 du boîtier 101a. Une telle pseudoarticulation est décrite dans le FR - A - 2 559 305 déjà cité.
La masse élastique 75 remplace économiquement mais sans permettre un guidage angulaire, l'articulation à rotule 105 supportée par la membrane élastique 126 de la réalisation précédente.