Dispositif support asservi au mouvement d'un corps mobile par rapport à une structure utilisable pour des viseurs de casque grand champ

Abstract

 Dispositif permettant de supporter l'équipement optique et électronique normalement supporté par le casque, sans aucune charge pour la tête du pilote.
Il comporte une pièce support (1) placée à distance du cas­que (2) et des moyens d'asservissement de position de cette pièce par rapport au casque à l'aide d'un ensemble de localisation spatiale (6-7) de la pièce par rapport au corps, d'un calculateur (8) qui détermine les erreurs de positionnement, d'un circuit de com­mande (5) qui produit des signaux correspondants à ces erreurs et d'un ensemble de vérins (4) alimentés par ces signaux pour modifier la position de la pièce support (1) par rapport à la structure avion (3) et annuler les erreurs de positionnement.

Description

[0001] La présente invention concerne un dispositif support asservi au mouvement d'un corps mobile par rapport à une structure environ­nante, le corps étant un casque porté par la tête d'un opérateur. Plus précisément, l'invention permet d'asservir le dispositif aux mouve­ments de la tête, lesquels s'exercent dans un volume délimité, de manière à faire supporter par le dispositif des équipements norma­lement montés sur le casque et libérer l'opérateur de la charge correspondante.

[0002] L'utilisation de l'invention est plus particulièrement envisagée dans le domaine avionique pour résoudre le problème de visualisation d'image vidéo dans un grand champ et avec une haute résolution. En effet, le pilote à bord d'un appareil chasseur se trouve installé dans un habitacle de petites dimensions et, le plus souvent, sa position est allongée ce qui ne lui facilite guère la visualisation des appareils de la planche de bord. Un appareil indicateur cathodique qui représen­terait une visualisation vidéo élaborée n'est donc perçu de toute façon que sous un angle réduit et perd de son efficacité. La visualisation collimatée montée sur un casque restitue un certain confort visuel pour le pilote mais elle reste limitée à des petits champs ou pour des champs plus élevés à une résolution moyenne, par exemple une image de 250 points par ligne et de 250 lignes. L'installation sur casque d'une visualisation grand champ et à haute résolution (on entend par haute résolution supérieure à 1000 points par ligne) se traduit par un poids prohibitif non compatible avec les accélérations à subir pouvant aller jusqu'à 8g environ.

[0003] Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients et limitations en utilisant un dispositif support découplé mécanique­ment du casque du pilote, placé à faible distance de celui-ci dans une position définie et qui est asservi aux mouvements de la tête et donc du casque porté par le pilote. Ce dispositif support peut ainsi jouer le rôle du casque pour porter, à sa place, le matériel opto­électrique nécessaire et, en particulier, on pourra installer sur ce dispositif support une visualisation grand champ à haute résolution. Le pilote est délivré du poids de ces équipements et peut ainsi mouvoir la tête librement.

[0004] Selon l'invention, il est réalisé un dispositif support asservi aux mouvements d'un corps mobile par rapport à une structure environ­nante, le corps étant un casque porté par la tête d'un opérateur, ce dispositif comportant une pièce support placée à distance du corps dont elle est découplée mécaniquement, et des moyens d'asservis­sement de position pour préserver un positionnement de référence déterminé de cette pièce par rapport au corps en mouvement, de manière à faire supporter par le dispositif des équipements normale­ment montés sur le casque, ces moyens d'asservissement compre­nant :
- des moyens de détection du positionnement de la pièce par rapport au corps ;
- un ensemble de vérins couplant mécaniquement la pièce support à la structure ;
- des moyens de calcul et de commande des vérins pour calculer, à partir des signaux détectés par lesdits moyens de détection, les erreurs de positionnement de la pièce par rapport au corps et élaborer des signaux de commande correspondants des vérins pour annuler ces erreurs.

[0005] Les particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit donnée à titre d'exemple à l'aide des figures annexées qui représentent ;

- Fig.1, un diagramme général d'un dispositif support conforme à l'invention appliqué au cas d'un viseur de casque ;

- Fig.2, un schéma de détail montrant un exemple de détection du positionnement de la pièce par rapport au corps ;

- Figs.3 à 6, des exemples de combinaison de mouvements des vérins pour produire divers déplacements possibles du dispositif support et montrer les débattements correspondants ;

- Figs. 7 à 10, les mêmes mouvements mais avec des points d'articulation plus hauts des vérins du côté structure ;

- Fig.11, un schéma de détail relatif à l'escamotage du dispositif support pour permettre l'éjection du siège.

[0006] En se reportant à la figure 1, le dispositif comporte une pièce principale 1 qui est placée à distance d'un corps mobile 2 représenté par un casque conventionnel posé sur la tête du pilote, et des moyens d'asservissement de position de la pièce 1 dans une position de référence donnée par rapport au corps.

[0007] Le corps 2 est mobile par rapport à une structure environnante qui est dans le cas considéré, la structure avion 3 partiellement symbolisée par des hachures.

[0008] La pièce principale 1 est découplée mécaniquement du corps 2 et elle constitue la pièce support des équipements optroniques à la place du casque 2.

[0009] La pièce 1 est maintenue spatialement en position vis-à-vis du casque 2 à l'aide de moyens de couplage mécanique qui la relient à la structure 3, ces moyens étant reliés à un dispositif d'asservisse­ment pour maintenir la position de référence entre les éléments 1 et 2.

[0010] Les moyens de couplage mécanique 4 sont destinés à consti­tuer une structure pour le maintien en position de la pièce 1 autour de ses six degrés de liberté, avec poursuite du corps 2, et qui présente une grande précision (de l'ordre du milliradian). Cette structure asservie doit également répondre à un certaine nombre de contraintes complémentaires et spécifiques dans le cadre de l'utili­sation aéroportée envisagée. Ces contraintes complémentaires sont essentiellement de trois sortes : un faible encombrement étant donné le peu de place disponible ; une tenue très élevée aux accélérations, cette tenue doit être de l'ordre de grandeur de celle de la structure avion, c'est-à-dire supérieure à 10g ; et un dégage­ment aussi bien pour permettre au pilote de prendre place dans l'avion que ultérieurement, s'il s'avère nécessaire, commander l'éjec­tion du siège. Pour répondre à ces contraintes, le couplage méca­nique est assuré avec des vérins 4 au nombre de six pour exercer l'action selon les six degrés de liberté. Trois vérins sont représentés sur la figure numérotés 4.1, 4.2 et 4.3.

[0011] Les vérins sont avantageusement choisis du type à double course, c'est-à-dire dont la course est égale à deux fois la longueur moins celle réduite nécessaire au guidage.

[0012] Les autres circuits représentés comportent, pour l'asservisse­ment de position, un circuit 5 de commande des vérins, des moyens de détection 6-7 du positionnement de la pièce 1 par rapport au casque 2 et un calculateur annexe 8.

[0013] Les moyens de détection de position peuvent être réalisés de diverses façons qui se répartissent suivant deux grandes catégories, les solutions optoélectriques et les solutions magnétiques. Une solution optoélectrique connue peut être constituée avec au moins un groupement de diodes électroluminescentes formant un triangle et qui est associé avec un ensemble de capteurs optoélectriques élémentaires. Un calculateur de bord traite les signaux détectés pour mesurer une (ou plusieurs) direction de référence liée au corps mobile. Une solution de ce genre est décrite dans le brevet français 2 399 033. Chaque capteur élémentaire est formé d'une barrette DTC d'éléments photosensibles qui est couplée à une fente pour déterminer un plan passant par la source luminescente émettrice. Un calcul annexe permet de localiser les différents plans puis le triangle formé par les sources et consécutivement, la direction à repérer. Cette technique est transposable dans le cas présent en étant modifiée comme indiqué sur la figure 2 pour alléger le casque et le débarrasser d'éléments actifs. Les diodes électroluminescentes sont remplacées par des dessins dits réticules R1,R2,R3 portés par le casque 2 et illuminés à distance à partir d'une source ponctuel­le S1 portée par la pièce support 1. Le rayonnement renvoyé par les réticules est reçu au moins partiellement par le dispositif capteur 7 qui comporte une matrice DTC d'éléments disposés en X,Y. Le miroir semi-réfléchissant M1 à l'arrière d'un optique O1 assure la séparation des voies d'émission et de réception et la coaxialité. Les réticules R1 à R3 pourront présenter le dessin indiqué à titre d'exemple, et être réalisés en matériau rétroréfléchissant (éléments collés ou peinture). Les signaux détectés SD par la matrice DTC du capteur sur laquelle se forme l'image des réticules éclairés, sont fonction de la position des réticules par rapport au capteur. Ces signaux sont traités par le calculateur 8 qui fournit les données de position de la pièce 1 par rapport au casque 2. Des données relatives au positionnement de référence, fixé à l'avance, sont incluses dans la mémoire du calculateur pour obtenir ces conditions d'éloignement de la pièce 1 par rapport au casque 2. Le calculateur 8 donne à chaque instant les erreurs de position du corps 1 et transforme ces données d'erreur en signaux de commande SC qui sont transmis au circuit de commande 5 qui fournit les signaux analogiques corres­pondants nécessaire à la commande des six vérins.

[0014] La solution proposée appliquée à un viseur de casque apporte de nombreux avantages qui sont répertoriés ci-après :
- le dispositif n'apporte aucun poids ni aucune gêne supplémentaire au pilote ;
- il peut supporter des optiques importantes, nécessaires pour réaliser des affichages grand champ à haute résolution et en couleur si nécessaire, ainsi que les électroniques associées et des écrans de visualisation intégrés ;
- la direction visée par le pilote est automatiquement connue avec précision ;
- des équipements complémentaires normalement non usités dans les versions casque peuvent être rajoutées, tel que la protection laser.

[0015] Les moyens de localisation de la pièce 1 relativement au corps 2 peuvent être constitués de plusieurs ensembles 6,7, par exemple en doublant ce matériel de part et d'autre du plan de symétrie du casque. Le casque porte ainsi latéralement à droite et à gauche un groupement de trois réticules 6A d'un côté 6B de l'autre ; sensiblement en vis-à-vis la pièce 1 comportera un premier dispo­sitif capteur 7A d'un côté et un second capteur 7B de l'autre côté.

[0016] La pièce support 1 peut être de forme torique comme repré­sentée sur la figure 1 avec à l'intérieur du tore les équipements optoélectriques nécessaires. On a représenté, à titre d'exemple une optique collimatrice 11 et à l'extérieur un miroir de renvoi 12, ces éléments pouvant faire partie d'un dispositif collimateur grand champ à haute résolution.

[0017] Le fait que la partie visualisée de l'espace change avec la rotation de la tête permet de représenter un champ total de trois à six fois celui du dispositif de visualisation.

[0018] A titre d'exemple si le dispositif de visualisation présente un champ de 50° et une résolution de 1000 points par ligne, la résolution angulaire est de un milliradian pour un champ total de 150° nécessaire pour la navigation et la lecture des instruments de bord fictifs produits par le dispositif support 1 équipé. Avec une visualisation de champ 15° et également 1000 points par ligne on obtient une résolution angulaire de 0,3 milliradian dans un champ total de 100° nécessaire pour découvrir les objectifs et les identi­fier. Bien entendu, si le dispositif de visualisation présente une résolution meilleure toutes ces performances sont encore amélio­rées.

[0019] Un générateur de symboles 9 peut être utilisé pour produire un affichage déterminé et pour alimenter le collimateur par des signaux SY correspondants, par l'intermédiaire du calculateur 8.

[0020] Les figures 3 à 6 représentent diverses combinaisons de mouvements des vérins pour répondre à des déplacements du disposi­tif support en fonction des déplacements de la tête du pilote ou de d'observateur. On a considéré des débattements par translation L1 dans le sens vertical pouvant s'effectuer vers le "bas" ou vers le "haut" , L2 dans le sens horizontal en partant de la position initiale de référence dite de "face", ce mouvement L2 étant effectué soit vers la "gauche" soit vers la "droite" ; un autre débattement par translation L3 est considéré de la position de "face" vers l'"avant" ; enfin un débattement angulaire est considéré par une rotation en azimut de ± 45°. Chacune des figures comporte une première figure représentant le mouvement dans le plan vertical et une deuxième figure représentant le mouvement dans le plan horizontal.

[0021] Ainsi, les figures 3A et 3B représentent, à titre d'exemple, un mouvement résultant des deux translations L1 de haut en bas et L2 de la position de face vers la gauche. La pièce support passe de la position de repos initiale 1A à la position finale 1B.

[0022] Les figures 4A et 4B représentent ces mêmes mouvements de translation avec en sus une rotation en azimut de 45° vers la gauche. La position 1C de la pièce la représente déjà avec cette rotation de 45°.

[0023] Les figures 5A et 5B sont relatives à un troisième exemple suivant lequel il y a une translation L1 de haut en bas et une translation L3 de la position face de référence vers l'avant.

[0024] La figure 6 reprend les déplacements L1 et L3 de la figure 5 avec en sus une translation L2 de la position face vers la gauche et une rotation en azimut de 45°, vers la gauche également.

[0025] Les figures 7 à 10 correspondent respectivement aux mêmes mouvements que les figures 3 à 6 mais avec des points d'articulation plus hauts du côté de la structure (points B et C des vérins 4-2, 4-3, 4-4 et 4-5). Dans ce cas les débattements relatifs sont plus faibles.

[0026] Les points d'articulation des vérins, du côté structure 3, sont situés sur la partie fixe du siège éjectable, parties qui restent solidaires de la structure avion, ou bien sont directement fixés sur la structure avion à l'arrière du siège et latéralement par rapport à celui-ci. Les points d'articulation du côté dispositif support 1 sont choisis en sorte qu'il y ait au moins trois points d'articulation aux extrémités d'un triangle et de manière à ne pas gêner le pilote, c'est-à-dire qu'ils ne doivent pas être situés vers l'avant, ce qui rendrait d'ailleurs la structure difficile, voire impossible à réaliser. Les points d'attache à la pièce 1 des vérins définissent un plan dont la position dans l'espace est contrôlée par des vérins 4.

[0027] La figure 11 schématise l'escamotage de la pièce support 1 pour permettre l'éjection du siège. Les moyens d'éjection compor­tent une commande 10 (fig.1) qui, par l'intermédiaire du calculateur, va commander les vérins de manière à ce que la pièce support 1 vienne prendre la position d'escamotage 1E représentée. La partie 20 représente le haut du siège éjectable, la partie 21, le montant fixe du siège solidaire de la structure avion 3.

Revendications

1. Dispositif support asservi au mouvement d'un corps mobile par rapport à une structure environnante, le corps étant un casque porté par la tête de l'opérateur, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce support (1) placée à distance du corps (2) dont elle est découplée mécaniquement, et des moyens d'asservissement de posi­tion (4 à 8) pour préserver un positionnement de référence déter­minée de cette pièce par rapport au corps en mouvement, de manière à faire supporter par le dispositif des équipements norma­lement montés sur le casque, ces moyens d'asservissement com­prenant :
- des moyens de détection (6,7) du positionnement de la pièce par rapport au corps ;
- un ensemble (4) de vérins couplant mécaniquement la pièce support à la structure (3) ;
- et des moyens de calcul (8) et de commande (5) des vérins pour calculer, à partir des signaux détectés par lesdits moyens de détection, les erreurs de positionnement de la pièce par rapport au corps et élaborer des signaux de commande correspondants des vérins pour annuler ces erreurs.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte six vérins (4.1,4.2,4.3 ....) pour agir selon les six degrés de liberté.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les vérins (4) sont du type à double course.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé­dentes, caractérisé en ce que les moyens de détection (6, 7) sont du type optoélectrique, comprenant au moins un ensemble composé d'un groupement (6) de réticules (R1,R2,R3) porté par la pièce (1), d'un dispositif capteur photo-électrique (7) associé qui est monté sur le corps (2) ainsi qu'une source (S1) pour illuminer les réticules.

5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les réticules (R1,R2,R3) sont en matériau rétroréfléchissant.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précé­dentes, caractérisé en ce que la pièce support (1) a la forme d'un tore.

7. Dispositif selon la revendication 6, utilisé pour réaliser un viseur de casque par un pilote d'aéronef, caractérisé en ce que ladite pièce (1) supporte des moyens optroniques permettant d'obtenir un viseur à grand champ et à haute résolution.

Dessins