Brevet FR2557802A1 — publié le 19850712

-1- DESCRIPTION - La présente invention concerne les appareils de gymnastique ou de rééducation musculaire, dans lesquels l'effort antagoniste appliqué au patient s'exerce au moyen d'un fil souple relié au membre en exercice. - La force est contrMée en intensité par la tension du fil et en direction par le choix judicieux du point par lequel sort le fil de l'appareil, point que nous conviendrons d'appeler "point d'application de la force". Ainsi la direction de la force est obtenue par la droite qui relie le membre en exercice, au point d'application de la force. Les appareils connus de ce genre sont: - des "tenseurs" constitués par des élastiques ou des ressorts, utilisés en attachant l'une des extrémités à un point d'encrage qui constitue le point d'application de la force. - des systèmes à poids et à poulie, dans lesquels les poids contrôlent la tension du fil (donc le module de la force) et la poulie, par sa propriété "de renvoi d'angle", le point d'application de la force. Ces systèmes ont, entre autres inconvénients, celui de très mal contr8ler l'intensité de la force appliquée au muscle. Dans le premier cas, celleci est proportionnelle à l'élongation, c'est-à-dire au déplacement du membre, tandis que dans le second cas, elle reste constante. Ces deux cas sont aussi éloignés l'un que l'autre des conditions idéales qui nécessitent un contrôle très précis de la force afin de la moduler en fonction des problèmes de rééducation qui sont des cas d'espèce. Dans certains cas par exemple, on souhaite asservir la force de telle façon que le mouvement s'effectue à une vitesse déterminée, etc... -2- Le dispositif suivant l'invention évite ces inconvénients grâce à un contrôle électronique de la tension du fil. Accessoirement, il simplifie le choix du point d'application de la force et évite l'emploi des systèmes archaïques connus sous le nom de "cage à poulie". L'invention sera de toute façon mieux comprise à partir d'un mode préféré de réalisation, donné ici à titre indicatif et, bien entendu, nullement limitatif. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif suivant l'invention consiste essentiellement en un rail ou guide 1 réalisé en profilé quelconque, par exemple un tube carré comportant une fente à l'avant. Sur ce rail coulisse un distributeur de fil 2 qui peut donc se déplacer sur toute la longueur de 1 et peut, par un dispositif de blocage convenable (une vis pression par exemple) être immobilisé pendant l'utilisation de l'appreil. On peut ainsi délivrer du fil permettant d'appliquer une force dont la direction est déterminée par la position relative de 2 par rapport à l'organe en exercice. Pour diminuer le frottement du fil sur le coulisseur 2, celui-ci peut avantageusement comporter des roulettes comme schématisé sur la figure 2. Le fil arrive dans l'axe de 1 et subit un renvoi d'angle par les roues à gorges 6 et 7 dont les axes sont perpendiculaires au rail 1. Le fil passe ensuite entre les rouleaux 8 et 9 dont l'axe est cette fois parallèle à 1, ce qui permet un nouveau renvoi d'angle dans un plan perpendiculaire au précecent. La combinaison de ces deux angles permet d'effectuer une traction du fil dans toutes les directions sans occasionner des frottements probihitifs. -3- En amont du distributeur 2, on exerce sur le fil une traction T dont la direction est parallèle au rail 1. A la sortie du distributeur, on utilise la force F dont la direction, on l'a vu, est quelconque. Avec des frottements faibles, on a la relation: / F = F /T7= T Ce qui signifie que l'intensité de la force F est égale à la traction du fil. Examinons maintenant le moyen de réaliser cette traction en se reportant à la figure 3. Le fil s'enroule sur un treuil 3 de rayon R. Pour assurer la traction T, il faut appliquer au treuil un couple C égal à: C = T.R Ceci est réalisé au moyen du moteur électrique 5 qui peut dans certains cas être suivi d'un réducteur 4 afin d'augmenter le couple. Il est avantageux d'utiliser un moteur électrique à courant continu dans lequel on a généralement un couple proportionnel au courant d'alimen- tation dudit moteur. Dans ces conditions, le contrôle du couple et par suite de la force F s'effectue par une régulation du courant d'alimentation du moteur. Dans ces conditions, le contrôle du courant peut suivre une loi aussi complexe que souhaité. La figure 4 donne un exemple de régulation au moyen d'un transistor de puissance 10 qui est attaqué par l'amplificateur opérationnel 11 dont l'entrée positive reçoit une tension de consigne V(t) qui est proportionnelle au courant I traversant le moteur. La contre réaction s'effectue par la tension R I aux bornes d'une résistance R parcourue par le courant I. Elle est appliquée à l'entrée négative de l'amplificateur différentiel 11, de sorte que l'on a: V(t) = R I(t). -4- Cette possibilité de contrôle de force peut être utilisée diversement: - On peut appliquer une tension constante ( V(t) = cte) dans ce cas, la force de traction reste constante quel que soit le déplacement. On peut également asservir la force au résultat d'une mesure d'élongation telle qu'elle peut être effectuée au moyen d'un codeur angulaire 12 calé sur l'axe du treuil 3, convenablement traitée pour obtenir les résultats suivants: a) asservissement de la force de façon à ce que la vitesse de déplacement du membre soit constante, ce qui permet par exemple de compenser la fatigue du patient. Dans d'autres cas, on pourra moduler la force afin d'obtenir une vitesse variable en fonction de la position du membre ou en fonction de paramètres extérieurs (variation temporelle de l'effort, pouls, etc...). b) asservissement de la force à une loi quelconque liée à la position du membre qui est reliée elle-même à la mesure d'élongation, repérée lors du premier mouvement et mise en mémoire. c) asservissement de la force à des paramètres extérieurs tels: loi temporelle des montées en puissance de l'effort, vitesse du pouls, pression artérielle, etc... La mesure de l'élongation est par ailleurs utilisable pour calculer le travail effectué ou la puissance développée instantanément. Le dispositif suivant l'invention peut être utilisé dans les hôpitaux ou cliniques, chez les kynésithérapeutes, dans les salles de gymnastique ou chez les particuliers. REVENDICATIONS 1 )- Dispositif destiné à la gymnastique ou à la rééducation musculaire permettant de contr1er une force antagoniste appliquée en un point quelconque de l'organisme, caractérisé en ce qu'il comporte un rail 1 sur lequel coulisse un distributeur de fil 2 dont le déplacement permet de choisir à volonté le point d'application de la force F tout au long de 1 sur lequel il peut être immobilisé par des moyens convenables, des moyens permettant d'assurer une traction T contrôlable du fil de façon à ce que la force F appliquée au patient après le renvoi d'angle que constitue le distributeur 2, soit elle-même contrôlée à volonté. 2 )- Dispositif destiné à la gymnastique ou à la rééducation musculaire permettant de contrôler une force antagoniste appliquée en un point quelconque de l'organisme, caractérisé en ce que le fil par lequel cette force est appliquée est directement extrait d'un treuil 3 sur lequel il s'enroule, lequel treuil est actionné par un moteur électrique 5, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse 4, de telle sorte qu'un contrôle électronique du couple du moteur 5 entraîne un contrôle de F. 3o)- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mis en oeuvre pour assurer la traction T sont constitués par un treuil 3 actionné par un moteur électrique 5, par l'intermédiaire d'un éventuel réducteur de vitesse 4, de telle sorte qu'en contrôlant électroni- quement l'alimentation du moteur 5, on en règle le couple, donc la traction T et par suite F. 4. 2557802 4o)- Dispositif suivant les revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le moteur 5 est un moteur à courant continu dont l'alimentation s'effectue au moyen d'une alimentation régulée en courant. )- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur de fil 2 comporte deux roues à gorge d'axe perpendiculaire au rail 1 et deux rouleaux d'axe parallèle au rail 1 entre lesquels passe le fil de telle sorte que le renvoi d'angle constitué par le distributeur 2 s'effectue avec un minimum de frottement, quelle que soit la direction du fil à sa sortie. 6o)- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rail 1 peut se déplacer sur deux rails, qui lui sont per- pendiculaires, à la façon d'un portique de telle sorte que le point d'application de la force se déplace cette fois sur toute une surface qui peut être verticale (mur par exemple) horizontale (sol ou plafond) ou quelconque, cylindrique si les rails sont courbes, etc... 7o)- Dispositif suivant les revendications de 1 à 6, prises ensemble ou séparément, caractérisé en ce qu'on mesure par des moyens convenables l'élongation du fil de façon à traduire cette grandeur par une information électrique ou électronique, de caractère numérique ou analogique. t+ 2557802 8 ) Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que la mesure de l'élongation est faite au moyen d'un codeur angulaire 12 quelconque calé sur l'axe du treuil 3. 9o)- Dispositif suivant les revendications 7 ou 8, carac- térisé en ce que la mesure de l'élongation est utilisée pour afficher la puissance exercée par le patient. - Dispositif suivant les revendications 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que la mesure de l'élongation est utilisée pour asservir la force F à une vitesse de traction, constante ou modulée en fonction de la position du membre en cours de rééducation musculaire, ou en fonction de paramètres extérieurs (pouls, etc...) 11 )- Dispositif suivant les revendications 7, 8 ou 9, caractérisé en ce que la mesure del'élongation est utilisée pour asservir la force en fonction de la position du membre en exercice, du sens de déplacement (travail concentrique ou excentrique) ou de tout autre paramètre extérieur, tels que programmation temporelle de l'effort (échauffement), vitesse du pouls, etc...