Brevet FR2859384A1 — publié le 20050311

La présente invention est relative à un appareil de musculation et/ou de rééducation avec assistance du mouvement de l'utilisateur. On distingue actuellement trois types de techniques qui permettent une 5 assistance du mouvement de l'utilisateur. La première fait appel à l'assistance humaine. Dans ce cas l'exercice s'opère dans un climat sécurisant mais inadapté, de façon non optimale et non autonome. La seconde permettant une autonomie totale et une sécurité adaptée est le dispositif de blocage de barre. Cependant le point négatif de ce dernier procédé est l'absence d'effort généré et adapté à l'exercice; autrement dit aucune optimisation. Enfin, on distingue les systèmes hydrauliques et électriques avec contrôle de la charge répondant au problème posé mais avec un coût important et 15 un entretien contraignant. La présente invention a pour objet un appareil de musculation qui pallie ces inconvénients au moyen d'un ensemble simple et peu coûteux à fabriquer et à entretenir et qui permet une assistance variable et automatisée du mouvement de l'utilisateur, grâce à une génération de force par contrepoids. Elle vise également à permettre de travailler en toute sécurité de manière autonome en optimisant son exercice. A cet effet, l'invention a pour objet un appareil de musculation et/ou de rééducation avec une assistance variable et automatique par contrepoids comprenant: un bâti propre à la suspension des haltères au moyen d'au moins un câble raccordé à l'une de ses extrémités aux haltères et à l'extrémité opposée à un contrepoids monté en translation sur un support, lui-même monté réglable en inclinaison par rapport au bâti, des moyens de commande automatiques de l'inclinaison dudit 30 support en fonction de la variation de la vitesse de l'effort appliqué aux haltères au cours de leur soulèvement. En d'autres termes, l'appareil selon l'invention comporte un dispositif de commande automatique de l'inclinaison dudit support en fonction de l'effort exercé sur les haltères par l'utilisateur et permet de modifier l'action mécanique du contrepoids sur les haltères par l'intermédiaire du câble et de régler ainsi en cours de fonctionnement le poids apparent des haltères à l'utilisateur. En effet, les lois de la physique montrent, qu'une masse sur un plan incliné a une réaction parallèle à ce plan d'autant plus grande et une réaction normale d'autant plus faible que l'inclinaison de ce plan se rapproche de la direction de l'accélération de la pesanteur. De plus, l'appareil a pour avantage de reprendre des pièces existantes sur le marché, ainsi sa fabrication est peu coûteuse. L'entretien est simplifié, l'appareil n'a besoin que d'un entretien comparable à celui des appareils de musculation les plus simples existants. Un autre avantage de l'appareil est de pouvoir disposer d'un système de sécurité permettant d'éviter aux haltères de choir sur l'utilisateur en cas de défaillance grave de ce dernier ou de l'appareil. Plus précisément, suivant des caractéristiques préférées, éventuellement combinées: - le guidage du câble en translation par rapport au bâti s'effectue au moyen d'une ou plusieurs poulies; - le guidage du support de contrepoids en translation par rapport à son support s'effectue au moyen d'une ouverture dans le contrepoids, celui-ci coulissant sur un axe inclinable passant dans la dite ouverture et servant de support audit contrepoids; - l'actionnement en rotation du support de contrepoids par rapport au bâti se fait à l'aide d'un dispositif motorisé électriquement ou hydrauliquement ou magnétiquement; - un dispositif de sécurité est adapté à empêcher les haltères de choir sur l'utilisateur en cas de défaillance grave de ce dernier et/ou de l'appareil, arrêtant en translation le câble et/ou lesdites haltères; - l'arrêt en translation se fait grâce à un arrêt axial solidaire du câble et une butée fixée au bâti et permettant d'arrêter en translation ledit câble au niveau 30 dudit arrêt axial; - il est prévu au moins un capteur de vitesse de déplacement du câble et/ou des haltères pour déterminer la vitesse de déplacement de ces dernières; - le capteur de vitesse est un capteur de vitesse de rotation monté sur le bâti en regard d'une des poulies de guidage du câble en translation; - il est prévu une électronique de commande programmable ou non par l'utilisateur, notamment pour programmer les masses des haltères et du contrepoids, reliée fonctionnellement au capteur de vitesse et capable de prendre en compte les données envoyées par ce dernier et éventuellement les paramètres programmés par l'utilisateur, de calculer l'inclinaison à donner à l'axe du contrepoids en fonction de ceux-ci, et de commander l'inclinaison de ce dernier; - le support de contrepoids est propre à recevoir des contrepoids de masses différentes. D'autres caractéristiques et avantages d'un appareil de musculation conforme à l'invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui suit, d'un exemple de réalisation, donné à titre indicatif et non limitatif, en référence aux dessins annexes sur lesquels: la figure 1 est une vue très schématique de côté de l'appareil selon l'invention, suivant un mode préféré d'exécution de cette dernière; et les figures 2a et 2b sont des schémas expliquant le principe de fonctionnement de l'invention quel que soit le mode de réalisation de celle-ci, et explicitant plus particulièrement les forces mises en jeu dans le mécanisme en fonctionnement. L'appareil présente dans ce mode de réalisation, un bâti 1 en forme de potence qui comporte trois poulies: deux poulies 2a et 2b placées aux deux extrémités supérieures dudit bâti et destinées a guider horizontalement en translation le câble 3 au dessus de la machine et à le renvoyer: - d'un côté vers une poulie 2c se situant sous la poulie 2b et destinée à renvoyer le câble vers un contrepoids 6, - et de l'autre vers des haltères 4. Un support 5 de contrepoids est monté à rotation sur et par rapport au bâti 1 afin de régler l'inclinaison relative de ces deux éléments. Ladite rotation s'effectue autour de l'axe A, qui est également l'axe de rotation de la poulie 2c, de manière à ce que le câble 3 qui arrive de cette poulie soit relié au contrepoids 6 et ce sans interaction avec d'autres éléments de l'invention, quelle que soit la position du support 5 par rapport au bâti 1. A son autre extrémité, le câble 3 est relié aux haltères 4 qui se translatent verticalement (double flèche D) lorsqu'elles sont manipulées par l'utilisateur. Ce mouvement vertical est transmis au câble 3, qui est guidé en translation par l'ensemble des poulies et relié au contrepoids 6. Le mouvement de ce dernier devient ainsi un mouvement de translation (double flèche C) sur son support incliné selon l'inclinaison B du support de contrepoids 5 par rapport au bâti 1. Le guidage du contrepoids 6 en translation par rapport à son support 5 s'effectue au moyen d'une ouverture dans le contrepoids 6, celui-ci coulissant sur un axe inclinable passant dans la dite ouverture et servant de support audit contrepoids. Un capteur de vitesse de rotation 8 est monté sur le bâti 1 en regard de la partie 2c, et une électronique de commande 9 détermine et commande l'inclinaison de l'axe du support 5 par rapport au bâti 1, par l'intermédiaire d'un moteur 7, ici du type pas à pas, en fonction de la variation de vitesse détectée par le capteur 8. Avantageusement, l'électronique de commande 9, le capteur de vitesse 8, la poulie 2c et le moteur 7, peuvent constituer un sous-ensemble compact, facile à entretenir et à changer en cas de panne. Enfin, dans cette réalisation de l'appareil selon l'invention, un système de sécurité assure l'arrêt en translation des haltères en cas de défaillance grave de l'appareil ou de l'utilisateur. Le dispositif de sécurité se trouve sur la partie supérieure de l'appareil entre les poulies 2a et 2b et est constitué d'un arrêt axial 10 solidaire du câble 3 et d'une butée 11 fixée au bâti 1. Ainsi, la translation du câble 3 vers l'utilisateur est bridée par la butée 11 et l'arrêt axial 10, et évite aux haltères 4 de choir sur l'utilisateur en cas de défaillance de ce dernier et/ou de l'appareil. Pour expliquer le principe du fonctionnement de l'invention, prenons l'exemple d'un exercice couramment pratiqué en salle de sport ou en salle de rééducation, le développé couché. Exercice de base dans l'entraînement aux poids et aux haltères, il se caractérise par le déplacement d'une charge (barre et disques) et permet de développer la force musculaire des membres sollicités. Lors de la séance d'exercices de musculation, un capteur mesure la vitesse de déplacement des haltères et un dispositif de commande en déduit la fatigue de l'utilisateur. Lorsque l'utilisateur ralentit, le dispositif interprète ce ralentissement comme un début de fatigue de ce dernier et agit sur l'assistance de l'effort. Le système d'assistance est constitué d'un support inclinable par rapport au bâti, sur lequel se déplace un contrepoids, relié au câble dont l'autre extrémité est solidaire des haltères. L'intensité de l'assistance est proportionnelle à l'inclinaison du support du contrepoids. Pour la suite de l'exposé, on négligera les frottements du système (principalement dus au guidage du câble et du contrepoids en translation). L'intensité de l'assistance est maximale lorsque le support est vertical, et minimale lorsqu'il est horizontal. Comme illustré sur les Figures 2a et 2b, l'action mécanique du contrepoids (FI et F2) se soustrait au poids propre des haltères (P) par l'intermédiaire du ou des câble(s) et réduit ainsi le poids apparent des haltères à l'utilisateur (RI et R2). Au début de l'exercice, l'angle a entre le support du contrepoids (de poids propre Po) et l'horizontale est faible (Fig. 2a), l'assistance est donc faible et l'utilisateur soulève donc la quasi-totalité du poids des haltères. En effet la composante FI est faible, donc la résultante RI est élevée selon la formule: RI=P-Fl où P est le poids propre des haltères et de leur(s) raccord(s) au(x) câble(s). Lorsque le système détecte une fatigue de l'utilisateur, il agit sur l'inclinaison du support du contrepoids, et augmente ainsi l'angle a (Fig. 213) : l'action mécanique F2 du contrepoids augmente en conséquence. Or, F2 étant supérieure à FI, on obtient une diminution de la résultante R, le poids propre P des haltères étant constant: R2 Ici, la masse m du contrepoids est fixe, et si elle est sensiblement égale à m (masse des haltères) on peut régler le système pour avoir une assistance du mouvement de quasiment 100 % (R sera sensiblement égale à zéro) ou de 0 % (R sera alors sensiblement égale au poids propre P), et avoir une variation continue entre ces deux valeurs. En pratique, des utilisateurs différents vont utiliser des haltères de masses variables selon leurs capacités, et il faudra alors prévoir un réglage de la plage de l'assistance (par exemple: assistance de 0% à 40% de la masse de haltères). Pour ce faire on a trois possibilités: - soit la masse m du contrepoids est fixe, comme c'est le cas ici, alors le concepteur choisira une masse m surdimensionnée pour assurer une large plage d'assistance avec des haltères de masses différentes M, et on règlera l'électronique de commande afin de gérer l'inclinaison du contrepoids en fonction du paramètre M; - soit la masse m est réglable, et dans ce cas l'électronique de commande n'est pas nécessairement réglable, mais l'utilisateur joue sur la masse M des haltères et la masse m du contrepoids pour déterminer la plage d'assistance qu'il souhaite; et soit on utilise une combinaison des deux possibilités précédentes, avec un réglage de l'électronique de commande et une possibilité de réglage de la masse du contrepoids m. Bien entendu, si on retient une solution du type réglage de la masse m du contrepoids, le concepteur devra prévoir un dispositif permettant d'effectuer ce réglage: un support standard sur lequel s'adaptent des contrepoids de masses diverses, par exemple. Sur la figure 1 on peut voir à cet égard en pointillés les positions extrêmes du support de contrepoids selon si l'assistance est de 0 % ou 100 %. Bien entendu, dans un autre mode de réalisation, on pourrait envisager un guidage en translation du contrepoids sur son support avec une ou plusieurs glissières, ou un guidage par queue d'aronde bien connu sur les tables des machines-outils par exemple. Dans un autre mode de réalisation, on pourrait remplacer le guidage en translation du câble par rapport au bâti par poulies avec un autre système de guidage en translation, comme par exemple un système par gaine du type câble de commande de frein ou d'embrayage de moto. On peut aussi envisager de mettre en oeuvre des patins anti-friction pour diminuer les frottements au niveau de ce guidage. On pourrait également modifier la technologie de l'organe de commande en inclinaison, en utilisant par exemple, à la place du moteur pas à pas, un moteur électrique accouplé a un réducteur, lui-même raccordé à l'axe A afin de faire pivoter le support du contrepoids par rapport au bâti. De plus, outre la modification technologique, on pourrait également modifier le positionnement de l'organe de commande de l'inclinaison, par exemple en installant un actionneur vertical à l'extrémité opposée à l'axe A du support 5, et dont la translation verticale permettrait de faire pivoter le support de contrepoids par rapport au bâti. Pour assurer la fonction d'actionneur vertical on pourrait utiliser, par exemple, un vérin hydraulique ou encore un ensemble comprenant un moteur électrique, relié à une poulie autour de laquelle serait enroulé un câble relié à l'extrémité du support de contrepoids opposée à son point de pivot, ou encore un ensemble constitué d'un moteur pas à pas raccordé à une vis à billes et un élément se translatant par rapport au bâti sous l'action de la vis et raccordé au support de contrepoids, pour assurer le déplacement angulaire de ce dernier. La technologie ainsi que la position dans le mécanisme du capteur de vitesse pourront également être variables selon le mode de réalisation adopté. Dans le mode de réalisation préféré, ce capteur utilisé est de type capteur de vitesse de rotation, se trouvant sur le bâti, et traduisant le nombre de tours par unité de temps en unités de vitesse de déplacement linéaire du câble. Dans un autre mode de réalisation, on pourrait utiliser un capteur de vitesse de déplacement linéaire installé en regard du câble, du contrepoids ou bien de son support. Les solutions technologiques adaptées pour la réalisation de l'électronique de commande peuvent également être très variées, notamment selon si l'on fait appel à un système numérique ou analogique et si l'on y incorpore une interface permettant à l'utilisateur de régler différents paramètres de l'appareil. REVENDICATIONS 1. Appareil de musculation etlou de rééducation avec une assistance variable et automatique par contrepoids (6) comprenant: un bâti (1) propre à la suspension des haltères (4) au moyen d'au moins un câble (3) raccordé à l'une de ses extrémités aux haltères (4) et à son extrémité opposée à un contrepoids (6) monté en translation sur un support (5), lui-même monté sur le bâti de manière réglable en inclinaison par rapport à celui-ci; et des moyens de commande automatiques (9, 8 et 7) de l'inclinaison dudit support en fonction de la variation de la vitesse de l'effort appliqué aux haltères (4) au cours de leur soulèvement. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le guidage du câble en translation par rapport au bâti s'effectue au moyen d'une ou plusieurs 15 poulies. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le guidage du support de contrepoids en translation par rapport à son support s'effectue au moyen d'une ouverture dans le contrepoids, celui-ci coulissant sur un axe inclinable passant dans la dite ouverture et servant de support audit contrepoids. 4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'actionnement en rotation du support de contrepoids par rapport au bâti se fait à l'aide d'un dispositif motorisé électriquement ou hydrauliquement ou magnétiquement. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de sécurité adapté à empêcher les haltères de choir sur l'utilisateur en cas de défaillance grave de ce dernier etlou de l'appareil, arrêtant en translation le câble et/ou lesdites haltères. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'arrêt en translation se fait grâce à un arrêt axial (10) solidaire du câble et une butée (11) fixée au bâti et permettant d'arrêter en translation ledit câble au niveau dudit arrêt axial. 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un capteur de vitesse de déplacement du câble et/ou des haltères pour déterminer la vitesse de déplacement de ces dernières. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit capteur 5 de vitesse est un capteur de vitesse de rotation monté sur le bâti en regard d'une des poulies de guidage du câble en translation. 9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il comporte une électronique de commande programmable ou non par l'utilisateur, notamment pour programmer les masses des haltères et du contrepoids, reliée fonctionnellement au capteur de vitesse et capable de prendre en compte les données envoyées par ce dernier et éventuellement les paramètres programmés par l'utilisateur, de calculer l'inclinaison à donner à l'axe du contrepoids en fonction de ceux-ci, et de commander l'inclinaison de ce dernier. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 15 caractérisé en ce que le support de contrepoids est propre à recevoir des contrepoids de masses différentes.