INTERFAZ HÁPTICA DE TIPO GROUND-BASED Y QUE CONSTA AL MENOS DE DOS EFECTORES DIGITALES ROTATIVOS SEPARADOS.

Interfaz háptica (1) que consta de una caja (2a, 2b) diseñada para apoyarse sobre una superficie,

incluyendo dicha caja (2a, 2b) al menos dos efectores digitales rotativos separados (4a, 5a, 6a) y al menos dos luces (2c) a través de las que se extienden, al menos en parte, dichos efectores (4a, 5a, 6a) de tal modo que se pueden manejar con la punta de los dedos de una sola mano, caracterizada porque consta también, para cada efector (4a, 5a, 6a), de un medio de medición del par aplicado en el eje de rotación del efector, y de unos medios de mando que incluyen un motor (M) que permite poner en rotación al eje de rotación de dicho efector (4a, 5a, 6a) conforme al par aplicado en el eje de rotación de dicho efector (4a, 5a, 6a) y medido por dicho medio de medición

Campo de la Invención

Esta invención se refiere a una nueva interfaz háptica de tipo «ground-based» y que consta de al menos dos efectores digitales, es decir, unos efectores que se pueden manejar con la punta de los dedos de una sola mano. Esta 5 interfaz puede utilizarse como periférico informático de un ordenador o equivalente, y permite interactuar en ese caso a un usuario con un entorno virtual y en particular manipular o controlar objetos virtuales. La invención encuentra también su aplicación en el control o manipulación de objetos reales, pudiendo conectarse la interfaz de la Invención a cualquier tipo de máquina como, por ejemplo y de manera no excluyente, un robot, un brazo manipulador, la interfaz de la invención también puede utilizarse en el ámbito de la tele-manipulación. 10

Se designa por lo común como interfaz «háptica» a cualquier interfaz hombre-máquina que permite un retorno de esfuerzo y/o un retorno táctil para el usuario.

Las interfaces hápticas que se pueden manejar con una sola mano pueden clasificarse en dos categorías fundamentalmente diferentes. La primera categoría agrupa a las interfaces hápticas de tipo «ground-based». En este texto se designa como interfaz háptica de tipo «ground-based» a toda interfaz háptica que, de una manera general, 15 incluye una estructura apoyada sobre una superficie (suelo, escritorio, mesa, …) y que está diseñada para manejarse con una sola mano. La segunda categoría agrupa a las interfaces denominadas «man-based», que se componen de unos dispositivos portátiles y diseñados para fijarse sobre el usuario. Los ejemplos más extendidos de interfaz «man-based» los constituyen los dispositivos hápticos que se fijan en una mano, como los guantes de retorno de esfuerzo o los dispositivos hápticos descritos por ejemplo en las publicaciones WO-A-0207143 y WO-A-9851451. 20

La invención se sitúa en el ámbito de las interfaces hápticas de la primera categoría que acabamos de ver, es decir, de tipo «ground-based».

En este ámbito, un primer ejemplo conocido de interfaz háptica de tipo «ground-based» se describe en la patente US-B-6417638. Esta interfaz es un dispositivo háptico de seis grados de libertad (de los cuales solo tres están motorizados) y consta esencialmente de un brazo articulado en relación a una base fija y manejable con una sola mano. 25 Por una parte, este tipo de dispositivo háptico es un diseño muy sofisticado y es por ello muy caro de fabricar; por otra parte, este dispositivo háptico es voluminoso y por lo general se utiliza con el antebrazo en el aire, lo que hace que la utilización de este dispositivo resulte fatigosa desde un punto de vista muscular.

Un segundo ejemplo conocido de interfaz háptica de tipo «ground-based» se describe en particular en la solicitud de patente internacional WO-A-9628777. La interfaz que se describe en esta publicación se utiliza como 30 periférico informático 3D y consta de un único efector de retorno táctil y manejable con la punta de los dedos. De forma más particular este efector único se presenta con la forma de una bola manejable por un usuario. La rotación sobre sí misma de la bola permite un control según dos ejes X e Y, mientras que el control según un tercer eje Z transversal al plano (X, Y) se consigue mediante un desplazamiento vertical en movimiento de la bola. De manera ventajosa, este tipo de interfaz «ground-based» con un efector único manejable con la punta de los dedos es poco voluminoso y puede 35 utilizarse teniendo la mano, al menos en parte, apoyada sobre una superficie, lo que hace su utilización menos fatigosa desde un punto de vista muscular, en comparación por ejemplo con las interfaces «ground-based» del tipo de las que se describen en la patente US-B-6417638 citada anteriormente.

Se conoce también, del documento US-B-6128006, una interfaz háptica de tipo «ground-based» que consta de una caja que incluye unos efectores digitales rotativos separados que se extienden a través de luces formadas en la 40 caja, de tal modo que estos efectores se puedan manejar con la punta de los dedos de una sola mano.

La interfaz háptica que se describe en este documento consta, para cada efector, de un medio de medición de la posición angular del efector y de los medios de aplicación sobre el eje de rotación del efector de un par de acuerdo con esta posición angular medida.

Una interfaz de este tipo no permite, por lo tanto, un retorno de esfuerzo de acuerdo con la posición angular del 45 efector, con independencia en particular de la fuerza o de la velocidad con la que el usuario actúa sobre el efector.

La invención tiene de este modo por objeto una nueva interfaz háptica, del tipo «ground-based», manejable con una sola mano y con la punta de los dedos, que permite resolver los problemas citados con anterioridad entre otros problemas.

La interfaz háptica del tipo «ground-based» de la invención está equipada con al menos dos efectores digitales 50 rotativos separados y manejables con la punta de los dedos de una sola mano.

En comparación con la interfaz háptica que se decribe en la publicación WO-A-9628777, la interfaz háptica de la invención es poco voluminosa y puede utilizarse teniendo la mano apoyada al menos en parte sobre una superficie, lo que hace de manera ventajosa que la utilización de la interfaz sea menos fatigosa desde un punto de vista muscular. La separación de los efectores digitales de la interfaz de la invención permite de manera ventajosa una separación de cada 55

grado de libertad, y por esto mismo una mejor manipulación de los objetos virtuales o reales asociados a la interfaz, en comparación con la interfaz háptica de tipo ground-based con un efector único descrita en la publicación WO-A-9628777. Del mismo modo, esta separación permite de manera ventajosa simplificar la arquitectura mecánica de la interfaz en comparación con las arquitecturas mecánicas de las interfaces con efector único, en particular cuando la interfaz está equipada con motores o elementos equivalentes para simular un retorno de esfuerzo y/o un retorno táctil en 5 cada grado de libertad. Por último, resulta ventajoso que la interfaz háptica de la invención esté concebida para manejarse con la punta de los dedos de la mano, porque se trata de la parte de la mano más sensible al tacto, y por esto mismo la parte de la mano más adecuada para captar la recuperación táctil y/o de esfuerzo.

La interfaz consta, para cada efector digital rotativo, de un medio de medición del par aplicado en el eje de rotación del efector, y de los medios de mando que incluyen un motor que permite poner en rotación al eje de rotación 10 de dicho efector de acuerdo con el par aplicado en el eje de rotación de este efector y medido por el medio de medición.

Otras características y ventajas de la invención se mostrarán con más claridad a continuación a la vista de la siguiente descripción detallada de un ejemplo preferente de realización de una interfaz háptica de la invención, dándose esta descripción a modo de ejemplo no excluyente y en referencia a los dibujos anexos en los que:

- la figura 1 es una representación en perspectiva de una interfaz ground-based de la invención que consta de tres 15 palancas con efector rotativo y que se pueden manejar simultáneamente usando el pulgar, el índice y el anular de una mano;

- las figuras 2 y 3 ilustran dos ejemplos de realización de un efector digital;

- la figura 4 representa en perspectiva una palanca montada;

- la figura 5 representa en perspectiva la palanca de la figura 4, sin su sensor de posición angular; 20

- la figura 6 es una vista despiezada de la palanca de la figura 4;

- la figura 7 representa la interfaz de la figura 1 sin su carcasa, y permite ilustrar mejor la ubicación y el montaje de las palancas;

- y la figura 8 representa un ejemplo de bucle de control del motor asociado a cada efector, y que permite poner en rotación al eje de rotación del efector de acuerdo con el par medido aplicado en el eje de rotación del efector. 25

En la figura 1 se ha representado una variante preferente de realización de una interfaz háptica de la invención. Esta interfaz 1 consta de una estructura fija (2a, 2b) que está diseñada para apoyarse sobre una superficie como por ejemplo un escritorio o una mesa, y sobre la que se adaptan tres palancas digitales de retorno de esfuerzo... [Seguir leyendo]

1ª . Interfaz háptica (1) que consta de una caja (2a, 2b) diseñada para apoyarse sobre una superficie, incluyendo dicha caja (2a, 2b) al menos dos efectores digitales rotativos separados (4a, 5a, 6a) y al menos dos luces (2c) a través de las que se extienden, al menos en parte, dichos efectores (4a, 5a, 6a) de tal modo que se pueden manejar con la punta de los dedos de una sola mano, caracterizada porque consta también, para cada efector (4a, 5a, 6a), de un medio de medición del par aplicado en el eje de rotación del efector, y de unos medios de mando que 5 incluyen un motor (M) que permite poner en rotación al eje de rotación de dicho efector (4a, 5a, 6a) conforme al par aplicado en el eje de rotación de dicho efector (4a, 5a, 6a) y medido por dicho medio de medición.

2ª . Interfaz de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizada porque un primer efector (4a) se maneja con el pulgar, y un segundo efector (5a) se maneja con el índice.

3ª . Interfaz de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizada porque el eje de rotación (4b) del efector (4a) 10 asociado al pulgar está orientado transversalmente al eje de rotación (5b) del efector (5a) que se maneja con el índice.

4ª . Interfaz de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3 caracterizada porque esta consta de al menos tres efectores digitales rotativos separados.

5ª . Interfaz de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizada porque el eje de rotación de cada efector está motorizado. 15