Brevet FR2807328A1 — publié le 20011012

La présente invention concerne un système d'assistance pour soulever un contrepoids destiné à être utilisé notamment dans un appareil d'exercices sportifs du type dans lequel un actionneur (2) de type vérin pneumatique dont l'utilisateur gère la pression de fonctionnement est placé sous le dispositif résistant à poids (1) déplacé par l'utilisateur de telle façon que la valeur de résistance résiduelle (10) résulte de la différence entre le poids (30) du contrepoids et la valeur de la force (31) développée par le vérin. Les appareils d'exercices sportifs ont couramment pour objet de produire une résistance contre laquelle l'utilisateur lutte en développant un travail musculaire en statique, en io cinématique ou en dynamique. Les moyens utilisés pour réaliser cette résistance sont couramment de type contrepoids ou pneumatique. Il est d'une pratique courante sur des appareils d'exercices de réaliser la résistance avec un dispositif de plaques additionnelles de poids (4) dont l'utilisateur sélectionne une partie (5) à l'aide d'une clavette (6) et du sélecteur (23). En moyenne le poids d'une plaque additionnelle est comprise entre 0.5 Kg et 30 Kg. La figure 1 représente schématiquement une vue en perspective des principaux éléments de ces dispositifs. Ces systèmes ont pour inconvénient ce mode de sélection de la charge qui oblige l'utilisateur à réaliser de nombreuses manipulations. Ces systèmes ont pour inconvénient la nécessité d'avoir au niveau de l'appareil un accès pour passer la clavette ce qui empêche de cartériser entièrement la pile de plaques additionnelles de poids. Ces dispositifs ont aussi pour inconvénient de ne pouvoir sélectionner la charge qu'en position initiale c'est à dire quand la charge est en position basse. Par conséquent ces systèmes ont pour inconvénient de ne pas permettre de modifier la charge en cours de mouvement. De plus ces dispositifs ont enfin pour inconvénient le fait de ne pouvoir modifier la valeur de la résistance qu'en ajoutant ou en enlevant une plaque donc de ne pouvoir modifier la résistance que de la valeur d'une plaque. Par ailleurs il existe des dispositifs dans lesquels la résistance est réalisé par un vérin pneumatique en lieu et place de la pile de poids. Dans ces dispositifs, tel que le décrit la figure 2, la résistance est crée par la compression de l'air contenu à l'intérieur de la chambre (26) du vérin (25). L'utilisateur modifie la valeur de la résistance en modifiant la valeur de la pression à l'intérieur du vérin. Ces dispositifs présentent l'avantage en regard des dispositifs à poids de permettre de modifier la charge à n'importe quelle position du mouvement et de permettre de modifier la charge sans valeur d'incrément. Ces dispositifs ont pour inconvénient majeur en regard des dispositifs à poids de réaliser une résistance dans laquelle l'influence de l'inertie est très faible. En effet dans les dispositifs à vérin pneumatique au cours du mouvement de l'utilisateur les masses en déplacement sont très faibles ( moins de 10 Kg) en regard des masses en déplacement dans le cas des dispositifs à poids (de 30 Kg à 200 Kg en moyenne, jusqu'à 700 Kg pour les entraînements des sportifs de haut niveau). Ces dispositifs ont donc pour inconvénient de ne pas reproduire un travail musculaire similaire au travail musculaire i0 lié aux mouvements d'un individu contre son propre poids de corps. Ces dispositifs ont enfin pour inconvénient pour l'utilisateur de réaliser une résistance faiblement influencée par la vitesse du mouvement ce qui est restrictif en terme d'usage dans le mesure o le paramètre de la vitesse est un paramètre majeur de l'entraînement musculaire. De manière générale la résistance produite par un dispositif de type vérin pneumatique est d'une nature différente de la résistance produite des dispositifs à poids en terme de sensation perçue par l'utilisateur de telle sorte que cette différence de nature a un caractère restrictif. Il est d'une pratique courante dans la réalisation d'un mouvement sollicitant un travail musculaire sur un appareil d'exercices sportifs de moduler ou bien la valeur de la résistance au cours du mouvement ou bien la valeur de l'amplitude du mouvement. Il est par exemple d'une pratique courante de réaliser un travail musculaire avec une résistance différente entre la phase aller du mouvement et la phase retour. Par conséquent il existe des systèmes d'assistance. Il est en effet d'une pratique courante d'utiliser des systèmes d'assistance permettant de diminuer la résistance sur seulement un partie du mouvement. Dans le cas des dispositifs à contrepoids le plus souvent ces systèmes d'assistance sont actionnés par la force de l'utilisateur, en plus de son travail musculaire, au moyen d'un mécanisme de type levier. Ces systèmes d'assistance délivrent une assistance sur seulement une faible partie du déplacement du contrepoids. Cet effort supplémentaire modifie la position de l'utilisateur sur l'appareil de telle sorte que cet effort peut créer des problèmes notamment du point de vue de la sécurité de la zone dorsale de l'utilisateur. L'usage caractéristique de ces systèmes est de constituer une aide au démarrage du travail musculaire. Par ailleurs il existe des systèmes d'assistance de type électrique qui soit réalise la fonction décrite ci-avant avec le même caractère restreint soit réalise une fonction d'assistance sur toute la course aller. Dans ce dernier cas les temps de réaction des actionneurs électriques limitent l'utilisation pour la réalisation de mouvements rapides par l'utilisateur ou pour des sollicitations répétées de l'actionneur électrique. La présente invention est caractérisée en ce que la résistance est de type contrepoids et en ce que l'actionneur (2) n'est pas résistif. La présente invention est donc caractérisée en ce que le vérin réalise uniquement l'assistance de telle sorte que la résistance résiduelle produite ne comporte pas les caractéristiques d'une résistance produite par un vérin pneumatique. Ce système est dont caractérisé en ce que la résistance résiduelle produite compense partiellement en fonctionnement normal les effets dus à l'inertie de la masse déplacée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui est présentée ensuite en regard des dessins, à titre d'exemple non limitatif, sur lesquels - la figure 3 représente les principaux éléments de ce dispositif. - la figure 4 représente en perspective schématiquement une vue en perspective des principaux éléments mécaniques du dispositif - la figure 5 représente schématiquement une vue de coté des principaux éléments mécaniques du dispositif et du diagramme de forces résultant. La présente invention est caractérisée en ce que le contrepoids peut être réalisé par une masse unique (15) guidée en translation et en ce que la charge résultante au niveau de l'utilisateur est fonction de la pression dans la chambre du vérin (9). L'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est de s'affranchir des dispositifs constitués de pile de poids (4) o l'utilisateur sélectionne la charge en sélectionnant une partie de la pile de poids (5) au moyen d'une clavette (6). Par conséquent l'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est de permettre d'enfermer complètement dans un carter intégral la dite pile de poids, l'actionneur (2) et la structure (23). L'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est que le dispositif résistant à poids peut être constitué par des dispositifs classiques de pile de poids, de disques additionnels placés sur des épis, d'un bloc de fonte ou toute autre possibilité de constituer une masse divisible ou indivisible. Ce système est caractérisé en ce que la masse peut être constitué par un réservoir rempli de matière sous une forme solide, ou sous une forme liquide, ou sous une forme pulvérulente. La présente invention est caractérisée en ce que le dit système permet à l'utilisateur de io sélectionner la valeur de la résistance résiduelle à partir de moyens d'ajustement à distance. A cet effet, l'appareil comporte des moyens d'asservissement de l'actionneur (2) et des moyens de contrôle de sorte que celui-ci exerce un effort dont la valeur est fonction d'une valeur de consigne. Les dits moyens d'ajustement peuvent être réalisés par exemple par 2 commandes, une commande dite commande plus de résistance résiduelle (7) et une commande dite commande moins de résistance résiduelle (8) placée de telle sorte que les dites commandes puissent être actionnées par l'utilisateur depuis la position de travail. Une action sur la commande plus de résistance résiduelle a pour effet de diminuer la pression d'air comprimé dans la chambre du vérin (9) et donc diminuer l'assistance fournie par le vérin et donc augmente l'effort que doit fournir l'utilisateur pour soulever le contrepoids (1). De la même manière une action sur la commande moins de résistance résiduelle a pour effet d'augmenter la pression d'air comprimé dans la chambre du vérin (9) et donc d'augmenter l'assistance fournie par le vérin et donc diminue l'effort que doit fournir l'utilisateur pour soulever le contrepoids (1). La gestion de ces commandes peut être rendu automatique à partir d'une interface de commande de type carte électronique. De plus cette interface peut être relié à un ordinateur qui au moyen d'un logiciel télécharge sur la carte interface les valeurs de consigne pour la pression dans le vérin (2). Ainsi on peut programmer un entraînement complet à partir de l'ordinateur y compris la valeur de la résistance résiduelle (10) qui s'ajuste automatiquement sur l'appareil à par de la valeur téléchargée depuis l'ordinateur. La présente invention est caractérisée en ce que le dit système permet de sélectionner la résistance résiduelle depuis la valeur minimale jusqu'à la valeur maximale sans discontinuité depuis la pression maximale dans la chambre du vérin (9) jusqu'à la pression minimale dans la chambre du vérin (9). L'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est que dans les dispositifs classiques la résistance ne peut être augmenter ou diminuer qu'au minimum de la valeur d'une plaque de poids (11) et que dans le cas de la présente invention la résistance résiduelle peut être modifiée graduellement de manière linéaire sans incrément minimal. La présente invention est caractérisée en ce que l'utilisateur peut modifier la valeur de la lo résistance résiduelle en modifiant la pression dans la chambre du vérin (9) quelque soit la position de l'ensemble vérin et contrepoids. L'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est que l'utilisateur peut modifier la valeur de la résistance résiduelle dans toutes les positions de l'amplitude (20) de travail. Ce dispositif permet donc de réaliser des amplitudes avec une charge non constante, modifiable sur l'amplitude. Ce système permet donc de moduler la résistance résiduelle en fonction du déplacement du contrepoids et donc de produire toutes les courbes de résistante pertinentes par rapport aux différentes formes de travail telles que l'entraînement concentrique/excentrique (résistance résiduelle différente entre la phase aller et la phase retour du déplacement du contrepoids), l'entraînement isométrique (résistance résiduelle sans déplacement du contrepoids en modulant la valeur de cette résistance résiduelle), l'entraînement statodynamique (combinaison des deux premières) et toute autre forme spécifique de sollicitation musculaire. La figure 6 représente la courbe de la valeur résiduelle (10) en fonction du déplacement du contrepoids (1) dans le cas d'un entraînement de type concentrique / excentrique o la valeur résiduelle (10) est représentée en ordonnée et le déplacement (20) en abscisse. L'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est de pouvoir assurer la fonction de débrayage qui consiste à rendre plus facile le début de l'amplitude pour moins contraindre les articulations de l'utilisateur. La présente invention est caractérisée en ce que on peut compenser de manière très rapide totalement le poids du contrepoids (1) en envoyant une pression adéquate dans le vérin (2) de telle sorte que la valeur résiduelle (10) soit nulle ou très faible. L'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est de pouvoir assurer la fonction de sécurité dans le cas o l'utilisateur n'est pas en mesure de finir le mouvement de telle sorte que ledit vérin (2) puisse à la demande de l'utilisateur compenser la totalité du poids du contrepoids depuis toutes les positions de telle sorte que le contrepoids puisse revenir en position initiale sans effort de la part de l'utilisateur. L'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est de pouvoir déplacer l'élément mobile (32) sur lequel l'utilisateur applique son effort sans aucune résistance (10) de telle sorte que l'accès à la machine soit rendu plus aisé par le déplacement du dit élément mobile (32). La présente invention est caractérisée en ce que on peut disposer deux vérins de telle sorte que le premier assure la fonction permanente de compensation du poids du contrepoids (1) et le second assure une fonction additionnelle de compensation de telle sorte que cette seconde fonction puisse être commandée indépendamment de la première. Ce dispositif présente également l'avantage de pouvoir moduler la valeur maximale développée par le ou les vérins. La présente invention est caractérisée en ce que on peut disposer un vérin double effet et gérer indépendamment la pression dans chacune des deux chambres du vérin de telle sorte que le première chambre assure la fonction permanente de compensation du poids du contrepoids (1) et la seconde assure par différence une diminution de la compensation de telle sorte que cette seconde chambre puisse être commandée indépendamment de la première. La présente invention est caractérisée en ce que on peut rendre résistif le vérin (2) en le liant mécaniquement au support (28) et dans la mesure o ledit vérin est un vérin double effet de telle sorte que cette liaison ne soit pas permanente et qu'elle soit rendu effective par une commande de l'utilisateur. L'avantage de la présente invention est de pouvoir ajouter une surcharge de manière non permanente dans le cas o la charge à poids maximale disponible sur l'appareil n'est pas suffisante. La présente invention est caractérisée en ce que pour augmenter la valeur maximale du contrepoids on peut augmenter la masse du contrepoids en augmentant la largeur (16) ou la longueur du contrepoids (17). L'avantage de cette de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est de pouvoir augmenter la valeur maximale du contrepoids sans augmenter la hauteur (18) du dit contrepoids (1). Dans les dispositifs à poids existants pour augmenter la valeur maximale du contrepoids on peut augmenter le nombre de plaques additionnelles (4). Ce dispositif a pour inconvénient d'augmenter par conséquent d'augmenter la hauteur (19) de la structure supportant la pile de poids et donc d'augmenter la hauteur totale de la machine. Dans les t5 dispositifs à poids existants pour augmenter la valeur maximale du contrepoids on pzut également disposer plusieurs piles de poids. Ces dispositifs ont pour inconvénient de contraindre l'utilisateur à répéter le processus de sélection de poids au moyen par exemple de plusieurs clavettes. L'avantage de cette invention par rapport à l'état des techniques existantes est de pouvoir exploiter cette possibilité d'augmentation de la valeur maximale du contrepoids pour diminuer la hauteur totale de structure supportant le contrepoids en diminuant en plus de la hauteur du contrepoids (18) également l'amplitude (20) de déplacement du dit contrepoids lors de la réalisation d'un mouvement par l'utilisateur. Dans les dispositifs classiques il peut être avantageux de réduire l'amplitude de déplacement du contrepoids. Le système consiste en une poulie (21) fixée au sélecteur (23). Le moyen de transmission par exemple une sangle est fixée d'un coté (22) à la structure supportant le contrepoids (23) et de l'autre côté (24) à l'élément mécanique sur lequel l'utilisateur applique son effort. De ce fait pour un déplacement (d) de la sangle généré par le mouvement réalisé par l'utilisateur, le contrepoids se déplace de (d/2). L'avantage de ce dispositif est donc de réduire de moitié l'amplitude de déplacement du contrepoids et par conséquent de réduire la hauteur nécessaire (18) de la structure supportant le contrepoids. La figure 3 représente les principaux éléments de ce dispositif. De la même manière on peut rediviser à nouveau la valeur de l'amplitude de déplacement du contrepoids en disposant une autre poulie sur le sélecteur. L'inconvénient de ce dispositif est que la résistance comme l'amplitude est également divisée par deux. De cette façon pour un contrepoids d'une valeur (p) la résistance au niveau de l'accroche sur l'élément mécanique (24) est de (p/2). On peut produire le résultat inverse en plaçant la ou les poulies sur l'élément mécanique (24) et en fixant alors la sangle sur un point fixe de l'appareil. Dans ce cas les valeurs de l'amplitude et de la résistance sont multipliées par deux. L'inconvénient principal de ces dispositifs est que l'on ne peut pas diminuer l'amplitude sans diminuer la charge. Dans le cas des dispositifs à plaques de poids additionnelles cet inconvénient doit être compensé par une augmentation du nombre de plaque de poids ce qui en restreint l'intérêt. Dans le cas de la présente invention on peut compenser la diminution de la valeur maximale du contrepoids, due à ce dispositif de division par poulie, en augmentant la taille du contrepoids dans le sens de la largeur ou de la profondeur. La présente invention est caractérisée en ce que le contrepoids peut être réalisée par deux parties (27) et (29) fixées sur un support commun (28) et en ce que le vérin (2) peut être disposé au centre de ces deux parties. L'actionneur est relié d'une part à un bâti et d'autre part aux poids mobiles en translation sensiblement verticale du dispositif à poids résistants (1). L'avantage de la présente invention est son faible encombrement et que la symétrie de cette fixation garantit l'équilibre mécanique du dispositif. On peut disposer le dit vérin aussi bien sous le contrepoids pour le soulever qu'au dessus pour le tirer ou encore en tout endroit de la structure de telle sorte qu'au moyen d'un dispositif intermédiaire la force développée par le dit vérin permette de compenser partiellement ou totalement le poids du contrepoids. Enfin le dit vérin peut être disposé non pas sur la structure (23) supportant le contrepoids mais directement sur la partie de l'appareil sur laquelle l'utilisateur applique son effort. Dans ce cas le dit vérin compense le poids du contrepoids par exemple en poussant sur l'élément mobile de l'appareil que l'utilisateur déplace en appliquant son effort. 9 2807328 NOMENCLATURE 1 - contrepoids 2 - vérin pneumatique 3 - guidée en translation 4 - pile de plaques (11) additionnelles de poids - partie de la pile de poids (4) 6 - clavette 7 - commande plus de résistance résiduelle 8 - une commande moins de résistance résiduelle 9- chambre du vérin (2) o10 - effort 11 plaque de poids 12 - élément de transmission 13 - commande additionnelle dite concentrique/excentrique 14 - commande additionnelle dite débrayage/sécurité - masse unique 16 - largeur du contrepoids (1) 17 longueur du contrepoids (1) 18 - hauteur de contrepoids (1) 19 - hauteur de la structure (23) supportant la pile poids (4) - amplitude de déplacement du contrepoids (1) 21 - dispositif à poulie diviseur de masse 22 - fixation du moyen de transmission à la structure 23 - structure supportant la pile de poids 24 - fixation mécanique à l'élément sur lequel l'utilisateur applique son effort - vérin pneumatique utilisé résistant 26 - chambre du vérin pneumatique résistant (25) 27 - partie du contrepoids (1) 28 - support commun du contrepoids (1) 29 - partie du contrepoids (1) - poids du contrepoids 31 - force développée par le vérin 32 - élément mobile sur lequel l'utilisateur applique son effort REVENDICATIONS 1 - Appareil de gymnastique pour développer ou fortifier les muscles ou les articulations du corps en surmontant des résistances, qui comporte un dispositif résistant à poids (1) actionné par l'utilisateur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un actionneur (2) (non résistant) de compensation (partielle en fonctionnement normal) de la masse du ou des poids (1), de sorte que l'utilisateur fournit un effort (10) égal à la différence entre la valeur du contrepoids (1) et la valeur de l'assistance développée par l'actionneur (2). 2 - Appareil selon la revendication 1 dans lequel l'actionneur (2) est un vérin pneumatique. 3- Appareil selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le dispositif résistant à poids (1) comporte un seul élément pesant monobloc dont la masse est située dans une plage de valeur allant communément de 30 à 200Kg et jusqu'à 700 Kg. 4- Appareil selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le dispositif résistant à poids (1) comporte plusieurs éléments pesants monoblocs, la masse de chaque élément étant situé dans une plage de 0,5 à 30 kg. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 qui comporte en outre des moyens d'asservissement de l'actionneur (2) de sorte que celui-ci exerce un effort dont la valeur est fonction d'une valeur de consigne. 6 - Appareil selon la revendication 5 qui comporte en outre des moyens d'ajustement par l'utilisateur de ladite valeur de consigne, de préférence de façon continûment variable. 7 - Appareil selon la revendication 5 ou 6 qui comporte des moyens de contrôle et des moyens d'ajustement à distance de ladite valeur de consigne. 8 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 dans lequel l'actionneur est relié d'une part à un bâti et d'autre part aux poids mobiles du dispositif à poids résistant (1). 9 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel le dispositif résistant à poids comporte un ou plusieurs élément(s) pesant(s) mobile(s) en translation sensiblement verticale et comporte un dispositif diviseur de masse à poulie(s) (21). - Appareil selon la revendication 9 dans lequel la masse totale des éléments mobiles en translation est située dans une plage de valeur allant de 30 à 700 Kg. 11 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 dans lequel le dispositif résistant à poids comporte deux parties (29) (27) reliées à un support (28) commun, et dans 12 2807328 lequel l'actionneur (2) est un vérin qui s'étend en partie au moins entre les parties (29) et (27) du dispositif résistant à poids. 12 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel l'actionneur (2) de compensation peut être à double effet de telle sorte que l'actionneur puisse être rendu résistant. 13- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel l'ensemble comprenant le contrepoids (1), l'actionneur (2) et la structure (23) peut être complètement enfermer dans un carter intégral. 14 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 dans lequel le dispositif résistant à poids (1) peut être constitué par des dispositifs classiques de pile de poids, de disques additionnels placés sur des épis, d'un bloc de fonte, par un réservoir rempli de matière sous une forme solide, ou sous une forme liquide, ou sous une forme pulvérulente ou toute autre possibilité de constituer une masse divisible ou indivisible. - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 dans lequel la force développée par l'actionneur (2) donc la valeur de la résistance résiduelle (10) peut être modifiée dans toutes les positions verticales sur l'amplitude de déplacement de l'ensemble contrepoids (1) et vérin (2). 16 - Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 dans lequel deux actionneurs sont disposés de telle sorte que le premier réalise la compensation permanente et le second une compensation supplémentaire sur une partie du déplacement du contrepoids (2)