Brevet FR2661617A1 — publié le 19911108

L'invention concerne un appareil d'entraînement notamment pour les sports et la reeducation. L'appareil permet d'exercer un couple résistant variable et élastique en opposition à l'action d'un sportif, de telle sorte que l'arbre de transmission se comporte comme une barre exerçant un couple élastique variable et reglable. Le dispositif objet de l'invention place sur des appareils d'entrainement sportif et de rééducation permet de fournir pour chaque type de mouvement des efforts choisis et adaptes à la specificite de l'entraînement sportif, ainsi qu'un réglage en intensité des efforts. L'invention peut donc se placer sur des appareils de diverses conceptions nécessitant un couple résistant. Les appareils d'entraînement sportif fournissant sur des arbres en rotation des efforts résistants, sont connus, ils utilisent une force résistante qui est transmise par des roues dentées , des chaînes, des câbles, agissant sur des éléments pivotants sur lesquels le sportif exerce son effort. Les efforts résistants sont soit des poids, soit des vérins ou des moteurs électriques. Chaque muscle entraînant le mouvement d'un membre fournit par lui-même un effort variable tout au long de sa course, mais aussi, suivant l'angulatîon du membre, l'effort est exercé avec des possibilités différentes; il en résulte que chaque mouvement a un type de courbe d'effort variant tout au long de la course. Ainsi, un appareil qui ne permettrait qu'un effort constant comme l'entraînent naturellement des poids, obligerait le sportif à exercer un effort constant égal à l'effort minimun de la courbe des possibilités du sportif. Ainsi, l'entraînement serait donc largement inférieur aux possibilités des sportifs, pour une grande partie du mouvement.Des appareils permettant d'éviter cet inconvénient sont ceux qui possèdent des poulies et dispositifs de bras de levier variable pour modifier la valeur du moment des forces résistantes tout au long de la course. Ces derniers dispositifs compliquent les appareils sans permettre d'avoir des possibilités de modifier la variation des bras de levier. Les appareils disposant de vérins et de moteurs électriques pourraient gérer l'effort tout au long de la course avec des dispositifs d'asservissement mais ils sont d'un coût également élevé. Les appareils d'entraînement sportif utilisant des poids comme éléments résistants à l'encontre de l'effort du sportif ne peuvent fournir un effort precis , car les forces d'inertie qui sont influencees par les accelérations des mouvements s'ajoutent ou se retranchent aux efforts fournis par les poids tout le long du mouvement et d'une maniere très variable. Les appareils utilisant des vérins hydrauliques et pneumatiques ne peuvent fournir des forces qu'en fonction de la vitesse du mouvement, il en résulte également qu'avec ces dispositifs, les vitesses d'exécution ont une forte influence sur les efforts opposes au sportif. C'est ainsi que la combinaison des inconvénients énumérés sur les appareils connus et décrits précédemment ne permettent pas d'éliminer les effets d'inertie et de variation d'efforts, ou ne permettent pas de ne pas être influencés par les vitesses d'exécution des mouvements et d'assurer également des variations d'efforts tout au long du mouvement. L'ensemble de ces dispositifs exercant des efforts résistants utilise des mécanismes dont les dispositions sont différentes d'un poste d'entraînement à l'autre . Cela entraîne pour les fabrications en série, des productions d'appareils différents et des colts proches des fabrications unitaires ou de petites series. Des appareils d'entraînement connus par exemple par le DE AS 2 002 962, ainsi que le brevet Français 2 433 348 permettent, en opposant un effort élastique utilisant un ressort, de réduire > partiellement, les effets des inerties et d'assurer une variation des efforts tout au long du mouvement. Sur ces appareils, les leviers de déviation montés de manière à pouvoir pivoter dans le bâti portent une tige filetée de positionnement dirigée dans le sens de sa longueur et l'écrou subit l'effort exercé par un ou des ressorts de traction ; ces mécanismes pour résister aux efforts sont nécessairement robustes ce qui les rend volumineux et cela entraîne en plus un couple d'inertie en rotation dû aux masses du mécanisme en mouvement. Ces dispositions utilisant des ressorts longs, assortis de bras et de corde permettent de transmettre des mouvements de translation de grande amplitude, mais ils nécessitent de placer le mécanisme résistant dans un espace volumineux et différent pour chaque poste d'entraînement. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Le mecanisme objet de l'invention permet à la fois de ne pas etre influence par les forces d'inertie, de permettre un effort variable choisi pour chacun des mouvements, d'étire de dimension reduite permettant ainsi la réalisation d'appareils peu encombrants, d'être fabriqués d'une manière identique pour tous les appareils et ainsi permettre une fabrication industrielle apte à la grande série répétitive Le dispositif selon l'invention comporte un arbre par iequel le mécanisme fournit un couple de forces résistant, en opposition à un sportif . Ce couple est obtenu par l'intermédiaire d'une came dont le profil est défini pour permettre de fournir le moment d'un couple souhaité pour l'entraînement du sportif et pour l'appareil dont il s'agit.L'effort exercé sur la came est assuré par un dispositif élastique du type ressort de compression qui appliquera une force en fonction de son écrasement. Cette compression élastique pousse un coulisseau portant un galet circulaire ; celui-ci s' appuie tangentiellement sur la came. La forme de la came est réalisée pour permettre à la force élastique qui s'exerce par l'intermédiaire du galet d'appliquer un moment de force entraînant l'arbre de la came à tourner dans un sens toujours identique, exercant ainsi constament un couple. Le dispositif de compression élastique peut-être "précontraint" par un mécanisme réglable par le sportif ; il permet de choisir le niveau de l'effort au départ du mouvement. Ce niveau d'effort de départ permet de débuter plus ou moins haut sur la courbe d'effort suivant les capacités du sportif ou l'entraînement souhaité.Le dispositif de compression peut être un ressort ou tout autre procédé permettant de fournir un effort par accumulation d'énergie potentielle comme des empilements variés de rondelles élastiques dites" Bellevilles" ou blocs de matières élastiques comme des élastomères, comme une vessie gonflée. Le mécanisme de réglage préférentiel assurant la compression du dipositif élastique est un mécanisme vis-écrou utilisant une manivelle manipulée par l'utilisateur. La came est liée à l'arbre par un moyen commode à démonter pour permettre un changement rapide de celle-ci Des cames avec des profils différents permettront d'exercer des moments résistants avec des variations différentes, pour un même poste d'entrainement 7 mais également pour des postes différents. La came liée à son arbre peut tourner d'une fraction de tour inférieure à 360 degrés. La rotation de l'arbre et de sa came est limitée grâce à des excroissances du profil venant s'appuyer sur le galet. La came est la seule pièce différente d'un coupleur à l'autre. Cette disposition permet d'utiliser ce dispositif de coupleur élastique identique sur chaque appareil d'entraînement sportif, hormis la came, qui sera réalisée adéquate pour l'appareil ou l'entraînement. Pour permettre un montage et démontage rapide de la came, le corps de ce coupleur élastique dispose d'une ouverture par un couvercle pour permettre un accès commode. Cette ouverture unique dans le corps du coupleur permet également la réalisation des usinages intérieurs , les montages et démontages des éléments mécaniques. Le corps du coupleur élastique permet d'assurer les fonctions mécaniques de l'ensemble du dispositif telles que pivot de l'arbre de résistance opposé à l'effort du sportif assurant ainsi la fonction pivot du coupleur pour l'arbre de "sortie", mais également simultanément pivot porteur de l'élément de déviation actionné par le sportif; il assure également le guidage en translation du coulisseau portant la came; il est également porteur du dispositif de réglage de la "précontrainte" du mécanisme de résistance élastique. Le corps du coupleur est ainsi porteur de ensemble du mécanisme compact et il est le seul élément fixé au b ti de l'appareil spécifique d'entraînement sportif sur lequel il actionnera son couple résistant élastique. La fixation du corps du coup leur se fait sur une platine aménagée sur l'appareil d'entraînement sportif et disposant d'une cavité pour permettre le positionnement du corps du coup leur par une surface cylindrique dans l'axe de l'arbre de sortie et un appui plan associé permettant la fixation par des vis. L'ensemble du mécanisme est également enfermé dans le corps du coupleur; graissé, le mécanisme et ainsi protégé de l'environnement extérieur et des oxydations agressives des salles de sports. L'arbre de "sortie" du coupleur qui permet de fournir le couple élastique est solidaire d'une bride de liaison avec le bras manipulé par le sportif. L'arbre de sortie constitue non seulement l'élément fournissant la résistance élastique, mais aussi le pivot levier de déviation recevant l'action du sportif. Les dessins annexés illustent l'invention: La Figure 1 montre la situation du coup leur sur un appareil d'entraînement sportif. la Figure 2 illustre la variation de l'effort de compression du dispositif élastique. la Figure 3 schématise l'action de la force du galet sur la came provoquant le moment de la force resistante. La Figure 4 montre les courbes du moment resistant élastique que l'on peut obtenir avec le dispositif de l'invention. Les Figures S et 6 sont respectivement les coupes en élévation du coupleur et une coupe vue de gauche de la vue précédente. La figure 1 montre le coup leur élastique objet de l'invention illustre dans une application particulière non limitative à cette situation. Pour cet appareil, le sportif en position couche sur le dos, exerce avec ses jambes des poussées sur les appuis cylindriques souples 30 solidaires de bras 26 . Ces bras sont solidaires de l'axe de rotation 10 du coupleur représente par son bdti 28 . Le b ti est fixé à la platine 13 liée à l'appareil. Comme l'illustre la figure 1, le sportif depuis son poste d'entraînement peut accéder à des manivelles de réglage 1 du niveau d'effort choisi. La figure 2 montre une possibilité de variation de la force de compression d'appellation Fc de l'élément élastique, ici par exemple un ressort 7 force variable en fonction de l'écrasement L de l'élément. La Figure 3 schématise une came 12 et son galet 9 . La came reçoit une force de compression venant du dispositif élastique Fc. La came 12 solidaire de l'arbre de transmission de l'effort peut tourner autour de son axe 10. La Force Fc etant sensiblement perpendiculaire à la tangente au profil de la came, et se trouve à une distance d de l'axe de rotation . L'expression algébrique du moment de la force élastique résistante exercee sur la came est: M=Fc x d . Les distances d varient suivant la courbure de la came, et la force élastique Fc comme nous l'avons vu précedemmment est également variable. La variation combinee de d et de Fc permet de définir un moment M de la force résistante et de l'adapter aux efforts optimaux pour chacun des postes d'entraînement sportif. Ce moment de force va s'appliquer constamment, tendant à faire tourner la came dans le sens des aiguilles d'une montre sur cette figure.Ce couple constamment appliqué s'opposera à l'effort du sportif, celui-ci pourra faire pivoter l'appareil s'il exerce un couple moteur égal ou supérieur à ce moment élastique; si le couple moteur est inférieur, le couple élastique provoquera le rappel de l'arbre avec sa came. La Figure 4 illustre à titre d'exemple des résultats de moments de forces M variables en fonction de l'angle de rotation de l'axe de sortie du coupleur 10. La courbe MI serait celle obtenue sans précontrainte du ressort et pour une rotation de la came . Les courbes M2 et M3 donnent les allures des variations du moment pour deux précontraintes différentes. La figure 5 et 6 montre un mode de réalisation de l'invention dans une disposition non limitative. Le bras 26 qui reçoit l'effort humain du sportif comme il a été presenté précédemment dans la figure 1, solidaire d'une plaque 25; ces éléments sont spécifiques au poste d'entraînement et sont positionnés sur l'axe 10 de "sortie" du coupleur procurant la résistance élastique. L'arbre 10 dispose d'une bride composée ici avec 20 et 24 pour permettre la liaison avec les pièces precedentes 25 et 26. La liaison entre l'arbre 10 et sa bride est ici dans cet exemple assurée par une goupille 23. Dans cet exemples l'arbre 10 est en liaison pivot dans le corps 28 du coupleur, par l'intermédiaire de roulements 16 . L'arbre 10 possède une collerette dont la solution illustree dans cet exemple est une bride 14 "goupillée" avec 10, permettant un appui et un positionnement axial de la came 12 fixee ici par des vis 1. La liaison complète et demontable est ainsi assuree entre l'arbre et sa came. La came possede aux deux extraits de son profil comme le montre la figure 6 et la figure 2 > des excroissances assurant des obstacles sur le galet , à ia rotation de celui-ci.Le corps 28 du coupleur est ouvert ici le long d'un plan incline sur lequel s'appuie un couvercle 29 destiné a fermer 1'orifice, par l'intermédiaire de vis 9. Le démontage du couvercle permet I accessibilité commode à la came, mais également l'usinage du corps par cet orifice, ainsi que le montage de tous les éléments mécaniques à 1 'intérieur du corps de ce coupleur. Le seui orifice du corps est ferme par le couvercle et ainsi les pieces énumérées sont enfermées et graissées per-melLant une protection contre 1 'oxydation. Le galet 7 ici constitué par un roulement à aiguilles tournant en liaison pivot sur son axe 8, s'appuie sur la came constamment poussée par le ressort 2?. Le galet est tangent au profil de la came comme le montrent les figures 6 et 3. L'axe du galet est porté par un coulisseau 6 pouvant se translater perpendiculairement à l'axe 10 en glissant dans la cavité cylindrique aménagée dans le corps 28 du coupleur. Le ressort 2? est l'actionneur élastique emmagasinant une énergie potentielle . Il s'appuie d'une part sur le coulisseau, l'obligeant à plaquer le galet constamment sur la came et d'autre part,il s'appuie sur la plaque 4 solidaire d'un axe 5 pouvant coulisser verticalement . Cet appui du ressort constitué par 4 et 5 est également poussé par une vis 3 actionnée par une manivelle 1 ici goupillée par 2 pour assurer leur solidarité. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et l'on pourrait le modifier, notamment par substitution d'équivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. Le dispositif selon l'invention est destine a fournir des couples résistants variables et élastiques, sur de appareils de sports d'entraînement sportifs et d rééducation. REVENDICATIONS 1) Dispositif destine à être placé sur des appareils d'entraînement notamment pour le sport et la reéducation comportant un bati et des organes de mouvement disposés sur celui-ci et pouvant être déplacés en rotation par l'utilisateur de l'appareil à l'encontre d'un couple de forces élastique fourni par le dispositif et caracterisé en ce que l'organe de mouvement 26 est solidaire de l'arbre 10 pivotant dans le corps du coupleur 28 fixé sur le bâti et que l'arbre est solidaire d'une came 12 sur laquelle est appuyé tangentiellement un galet ? en liaison pivot dans un coulisseau 6 glissant lui-même dans le corps, et ce même coulisseau est poussé par un élément élastique 2 3) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'arbre 10 peut recevoir des cames 12 de profils différents et démontables. 43 Dispositif suivant la revendication 9 et 3 > caractérisé en ce que le corps 28 possede un orifice situe à cote de la came et dispos dans le prolongement de la direction de l'arbre 10 et également dans le prolongement axial de l'élément élastique, l'orifice est fermé par un couvercle29 5) Dispositif suivant la revendication 1 et 3, caractérisé en ce que la came possede des excroissances à ces extrémités sur lesquelles le galet peut s'appuyer. 6) Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément 26 recevant l'effort du sportif est solidaire de l'arbre 10 qui est en liaison pivot dans le corps 28 par les roulements 16. 7) Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'ensemble du mécanisme est inclu dans le corps 28 de l'appareil.