Development of a novel plane piezoelectric actuator using Hamilton's principle based model and Hertz contact theory

International audienceA simple device based on friction coefficient control was designed as a solution to the lack of compactness and simplicity encountered in the number of force feedback interfaces. The structure comprises a 64 × 38 × 3 mm copper-beryllium plate on which well-adjusted polarized piezoceramics are glued. The plate stands on four legs, each of which has a spherical end. By controlling the drive voltage, friction force may be varied as required by a user who moves the device on a flat surface, as he or she would do with a normal mouse. This adds the possibility of rendering simulated forces from objects manipulated on a PC screen. Friction forces obtained using Hertz contact theory compare well with the ones measured on an experimental setup, which demonstrate the validity of the approach with regard to force feedback application

Piezoelectric electric actuator commandable in variable friction for haptic application

Comme une solution au caractère encombrant souvent observé au niveau de nombreuses interfaces haptiques, nous proposons un dispositif de conception simple fonctionnant sur le principe de régulation du coefficient de frottement. Cette structure est constituée d'une plaque en cuivre-berryllium de dimension 64x38x3 mm sur laquelle sont collées à l'époxy des céramiques piézoélectriques PZT convenablement agencées. Cette plaque tient sur quatre pieds chacun à l'extrémité sphérique ou plane. Ainsi, une alimentation électrique adéquate du dispositif autour de sa fréquence de résonance crée une onde stationnaire dont on a choisi deux ventres pour positionner les pieds. Dès lors une force de frottement variable entre les pieds et un substrat en acier par exemple est obtenue par le contrôle de l'amplitude vibratoire en harmonie avec le principe de la lubrification électroactive. Comme résultat, un usager perçoit un effort en tenant la plaque avec les doigts de la main et en déplaçant cette plaque sur le substrat plan comme il le ferait avec une souris d'ordinateur. Une première évaluation psychophysique tend à valider le dispositif pour une application en retour d'effort pouvant consister à identifier les limites ou les changements de forme d'objets d'un environnement virtuel.As a solution to the lack of compactness and simplicity often encountered in haptic interfaces, we propose a device based on friction coefficient control principle. This device includes polarised piezoceramics well adjusted and glued to a 64x38x3 mm copper-beryllium plate supported by four legs. Then, properly energised around a resonant frequency, with legs at antinodes, a stationary wave is created in the plate. Variable friction forces between the legs and the plane substrate are created by the control of the wave amplitude, according to electro-active lubrication. So the user obtains force feedback by holding the plate, and moving it on a plane substrate, as he couId do with a mouse interface. Preliminary psychophysical evaluation trends to assess the validity of the device as a force feedback interface able to sense limits or shape changes of objects from virtual environment in the future

Actionneur piézoélectrique commandable en frottement variable pour application haptique

Comme une solution au caractère encombrant souvent observé au niveau de nombreuses interfaces haptiques, nous proposons un dispositif de conception simple fonctionnant sur le principe de régulation du coefficient de frottement. Cette structure est constituée d'une plaque en cuivre-berryllium de dimension 64x38x3 mm sur laquelle sont collées à l'époxy des céramiques piézoélectriques PZT convenablement agencées. Cette plaque tient sur quatre pieds chacun à l'extrémité sphérique ou plane. Ainsi, une alimentation électrique adéquate du dispositif autour de sa fréquence de résonance crée une onde stationnaire dont on a choisi deux ventres pour positionner les pieds. Dès lors une force de frottement variable entre les pieds et un substrat en acier par exemple est obtenue par le contrôle de l'amplitude vibratoire en harmonie avec le principe de la lubrification électroactive. Comme résultat, un usager perçoit un effort en tenant la plaque avec les doigts de la main et en déplaçant cette plaque sur le substrat plan comme il le ferait avec une souris d'ordinateur. Une première évaluation psychophysique tend à valider le dispositif pour une application en retour d'effort pouvant consister à identifier les limites ou les changements de forme d'objets d'un environnement virtuel.As a solution to the lack of compactness and simplicity often encountered in haptic interfaces, we propose a device based on friction coefficient control principle. This device includes polarised piezoceramics well adjusted and glued to a 64x38x3 mm copper-beryllium plate supported by four legs. Then, properly energised around a resonant frequency, with legs at antinodes, a stationary wave is created in the plate. Variable friction forces between the legs and the plane substrate are created by the control of the wave amplitude, according to electro-active lubrication. So the user obtains force feedback by holding the plate, and moving it on a plane substrate, as he couId do with a mouse interface. Preliminary psychophysical evaluation trends to assess the validity of the device as a force feedback interface able to sense limits or shape changes of objects from virtual environment in the future.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Piezoelectric actuator for a force-feedback application: preliminary evaluation

International audienceAs a solution to the lack of compactness and simplicity often encountered in haptic interfaces, we propose a device based on friction coefficient control principle. This device includes polarised piezoceramics well adjusted and glued to a 64x38x3 mm copper-beryllium plate supported by four legs. Then, properly energised around a resonant frequency, with legs at antinodes, a stationary wave is created in the plate. Variable friction forces between the legs and the plane substrate are created by the control of the wave amplitude, according to electro-active lubrication. So the user obtains force feedback by holding the plate, and moving it on a plane substrate, as he could do with a mouse interface. Preliminary psychophysical evaluation trends to assess the validity of the device as a force feedback interface