Brevet FR2860439A1 — publié le 20050408

La présente invention concerne un appareil d'exercices des muscles et/ou des articulations des membres du corps humain. L'art antérieur connaît déjà de tels dispositifs dont les plus répandus sont des appareils de poulithérapie et des appareils d'isocinétisme. Le principe de la poulithérapie consiste à manipuler des masses à l'aide de cordes et de poulies, il permet de déterminer la force de travail mais pas l'amplitude du mouvement. Le principe de l'isocinétisme permet d'évaluer la force musculaire et de renforcer de manière sélective différents groupes musculaires, et repose sur une 10 vitesse de mouvement fixe et un asservissement de la résistance. Ces deux principes ont pour inconvénients de ne faire fonctionner qu'un muscle ou un groupe de muscle à la fois (par exemple ceux de l'avant bras) et de n'autoriser que des déplacements à un seul degré de liberté. L'art antérieur connaît également le brevet FR 275 741 décrivant un dispositif à éléments élastiques tendus diamétralement dans un cadre fixe avec un organe de contention central qui peut être déplacé par un pied ou une main de l'utilisateur selon des trajectoires aléatoires ni l'amplitude du mouvement ainsi ni l'intensité de l'effort musculaire ne peuvent être contrôlés par cet appareil. La présente invention vise à palier les inconvénients de l'art antérieur, elle vise 20 également: - à proposer un appareil apte à rééduquer tous les groupes de muscles d'un membre, ou de deux membres simultanément, selon un mouvement de trajectoire plane ou quasi plane et préétablie comme par exemple un geste professionnel et apte à contrôler ce mouvement selon son amplitude et selon la force exercée, - à proposer un appareil donnant une information en temps réel à l'utilisateur, lui permettant de se corriger, et/ou d'établir un scénario de travail rendant l'exercice plus motivant. L'invention atteint ces objectifs et consiste en appareil pour l'exercice des muscles et/ou des articulations d'au moins un membre du corps humain, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement une articulation de type cardan/rotule avec une rotule centrale mobile dans un châssis autour d'un premier axe de rotation appelé axe de châssis traversant diamétralement la rotule, et autour d'un deuxième axe de rotation appelé axe de bras et perpendiculaire à l'axe du châssis, et une poignée permettant à l'utilisateur de faire pivoter la rotule dans un sens ou dans l'autre et autour de chacun de ses axes de rotation, en exerçant une force à l'encontre de l'effort de freinage d'un moyen de freinage de la rotule. Le moyen de freinage et composé de deux patins de freinage portés par le châssis et s'appuyant sur la rotule et comporte préférentiellement un moyen de 5 préréglage de la force de freinage. En outre l'appareil comporte une carte électronique embarquée et une liaison avec un ordinateur qui affiche des paramètres sur un écran choisis dans l'ensemble (intensité de la force, direction de la force, sens du déplacement, vitesse du déplacement, puissance développée, temps réel de travail, trajectoire...) permettant des applications sportives, pédagogiques, ludiques de l'appareil. On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description ci-après faite en référence aux figures annexées suivantes: - figure 1: vue d'ensemble d'un appareil selon l'invention, - figure 2 et 3: vues schématiques, montrant respectivement en vue de 15 face et en vue latérale un appareil selon l'invention, - figure 4: vue en coupe d'un mode de réalisation préféré des principaux éléments d'une poignée instrumentée pour l'appareil selon l'invention, - figure 5: vue de dessus de la poignée de la figure 4. L'appareil selon l'invention comporte essentiellement une articulation de type cardan/rotule avec une rotule centrale (1) mobile dans un châssis(2) autour d'un premier axe de rotation appelé axe de châssis (3) traversant diamétralement la rotule, et autour d'un deuxième axe de rotation appelé axe de bras (4) et perpendiculaire à l'axe du châssis (3). Le châssis présente non limitativement la forme de la figure 1 avec: - un double arceau (5, 6) plan permettant de supporter deux patins (7, 8) positionnés diamétralement de chaque côté de la rotule, agissant comme des freins pour créer une force s'opposant au mouvement de la rotule, - et deux arceaux support (9, 10) inclinés en V permettant de poser l'appareil sur le sol ou de l'accrocher à tout type de support afin d'orienter l'appareil dans l'espace. L'axe de bras (4) est porté par deux bras (11, 12) d'un même anneau formant un plan perpendiculaire au plan du double arceau (5, 6) les deux bras pouvant par exemple comme sur la figure 1 former un anneau passant au-dessus d'un patin supérieur (7) tandis que les arceaux support (9, 10) sont dirigés vers l'autre patin dit patin inférieur (8). Ledit anneau (11, 12) comporte une poignée centrale (13) avec un préhenseur amovible et interchangeable de forme adaptée à la préhension par un pied ou une main. Les deux axes de rotation (3, 4) sont munis de capteurs angulaires servant à déterminer l'inclinaison des bras (11, 2) par rapport au châssis suivant chacun des axes de rotation. Connaissant la longueur des bras par rapport au centre de la rotule, la position de la poignée (13) dans le plan, de travail est alors directement déterminée. La force à exercer durant l'exercice est préalablement réglée grâce à un 10 système de mise en charge des patins générant une force de frottement à combattre durant l'exercice. La force à exercer pour mouvoir la poignée (13) est alors homogène et identique quel que soit le mouvement effectué. Le système de mise en charge peut être mécanique (vis + ressort), pneumatique ou hydraulique, de telle sorte que l'on peut, le cas échéant, automatiser le système de mise en charge. Ainsi, il sera possible de faire varier la force à combattre durant l'exercice en fonction des conditions de travail préalablement établies et des réactions de l'utilisateur (décharge en cas de dépassement de la force de consigne, variation de la charge dans certaines zones prédéfinies du plan de travail, travail à puissance constante,...). La poignée (13) est une poignée instrumentée, c'est-à-dire intégrant un capteur permettant de mesurer les efforts fournis par l'utilisateur. Les figures 4 et 5 représentent à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation d'une telle poignée instrumentée. Une telle poignée se compose d'un préhenseur (14) amovible et adaptable sur un corps d'épreuve (15) lui-même positionné au sommet de l'arceau formé par les deux bras (11, 12). Le corps d'épreuve (15) est constitué de 4 zones principales: - un axe (16) permettant l'adaptation de différents types de préhenseur (14), s'appuyant sur une collerette (20) de l'axe, et permettant par exemple de pratiquer l'exercice à une ou deux mains pouvant simuler des manches d'outils dans le cadre d'une rééducation à un geste de travail, - une striction (17), ayant pour effet de concentrer les contraintes dues à la force exercée sur l'axe au centre de la membrane ci-après, une membrane (18) en forme de disque qui est la zone sensible du corps d'épreuve qui a pour fonction de réagir aux contraintes transmises par la striction en se déformant de manière élastique, elle comporte en sous face une rosette de jauges de contraintes disposées radialement, par exemple trois jauges disposées radialement selon des directions croisées et espacées régulièrement à 120 (nombre et répartition non limitatifs), - une base (19) en forme d'anneau dirigée à l'opposé de l'axe (16) permettant d'adapter la poignée sur l'arceau (11, 12), Les dimensions des différentes zones sont définies grâces aux lois de déformation des matériaux de manière à obtenir un capteur sensible dans la plage de force retenue, Les jauges de contraintes collées au centre la membrane transmettent des signaux qu'il est possible d'interpréter électroniquement et/ou informatiquement afin de déterminer avec précision l'intensité et la direction de la force exercée sur la poignée, Cette poignée nous permet de mesurer l'intensité de la force exercée par le 15 patient quelle que soit la direction de son effort, sans que l'effort axial influe sur la mesure. La rotule permet d'avoir un champ de déplacement de 60 suivant deux directions de l'espace, de cette façon la poignée distante du centre de la rotule de 600 mm se déplace sur une surface, appelée surface de travail, en forme de calotte supérieure de sphère de grand rayon, et qui est donc quasi plane. L'appareil selon l'invention comporte encore une carte électronique embarquée qui traite les données reçues par les capteurs angulaires des axes de rotation et par les jauges de contraintes et les adressent via une liaison filaire ou non filaire à un ordinateur qui les traite selon un logiciel spécifique et affiche sur un écran les paramètres résultants du traitement informatique Ces informations peuvent alors être utilisées de manière à calculer différents paramètres comme le sens et/ou la vitesse du déplacement ou la puissance développée par l'utilisateur lors de son exercice. L'affichage à l'écran des différents paramètres permet à l'utilisateur de gérer 30 son effort tout au long de son exercice. De plus, une interface ludique peut être proposée, sur la base de la position de la poignée dans le plan de travail et de la force appliquée sur la poignée. Ainsi, l'utilisateur travaille tout en jouant à un jeu dont le score est directement lié aux performances en termes de réadaptation/rééducation, l'utilisateur peut alors prendre conscience de l'évolution 35 de sa réadaptation directement durant et à la fin de son exercice. L'appareil selon l'invention présente de nombreux avantages et notamment: - en plus de l'entraînement classique, la possibilité d'une réadaptation/rééducation des muscles et/ou articulations des membres supérieurs et inférieurs de l'être humain à un geste particulier, possibilité de réaliser des mouvements de réentraînement, de 5 réadaptation et/ou de rééducation en deux dimensions, - possibilité de travailler à force constante dans un plan de travail quel que soit le mouvement réalisé, (par plan de travail on comprend toute surface plane ou quasiplane décrite par la trajectoire de la force). - la force appliquée par l'utilisateur, ainsi que de la position de la poignée 10 dans le plan de travail sont mesurés en temps réel par des capteurs intégrés au mécanisme. - possibilité d'adapter le préhenseur au type d'exercice - prise de conscience en temps réel par l'utilisateur de ses performances grâce à l'affichage des paramètres tels que vitesse de déplacement et/ou 15 puissance développée, - possibilité de donner un aspect ludique à l'exercice, - possibilité de faire de l'entraînement de type sportif ou gymnique, - système totalement indépendant de la gravité, d'où possibilité d'entraînement complet des membres en apesanteur. 6 REVENDICATIONS 1. Appareil pour l'exercice des muscles et/ou des articulations d'au moins un membre du corps humain, caractérisé en ce qu'il comporte essentiellement une articulation de type cardan/rotule avec une rotule centrale (1) mobile dans un châssis (2) autour d'un premier axe de rotation appelé axe de châssis (3) traversant diamétralement la rotule, et autour d'un deuxième axe de rotation appelé axe de bras (4) et perpendiculaire à l'axe du châssis (3), et une poignée (13) permettant à l'utilisateur de faire pivoter la rotule dans un sens ou dans l'autre et autour de chacun de ses axes de rotation, en exerçant une force à l'encontre de l'effort de freinage d'un moyen de freinage de la rotule. 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen de freinage et composé de deux patins de freinage portés par le châssis et 15 s'appuyant sur la rotule. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le moyen de freinage comporte un moyen de préréglage de la force de freinage. 4. Appareil selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que le 20 châssis présente: - un double arceau (5, 6) plan permettant de supporter les deux patins (7, 8) positionnés diamétralement de chaque côté de la rotule, - et deux arceaux support (9, 10) inclinés en V permettant de poser l'appareil sur le sol ou de l'accrocher à tout type de support afin d'orienter 25 l'appareil dans l'espace. 7. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'axe de bras (4) est porté par deux bras (11, 12) formant un plan perpendiculaire au plan du double arceau (5, 6) les deux bras pouvant former un anneau passant au-dessus d'un patin supérieur (9) tandis que les arceaux support (9, 10) sont dirigés vers l'autre patin dit patin inférieur (8). 8. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les deux axes de rotation (3, 4) sont munis de capteurs angulaires servant à déterminer l'inclinaison des bras (11, 2) par rapport au châssis suivant chacun des axes de rotation. 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la poignée (13) est une poignée intégrant un capteur permettant de mesurer les efforts fournis par l'utilisateur. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'elle se compose d' 5 d'un préhenseur (14) amovible et adaptable sur un corps d'épreuve (15) constitué de quatre zones principales: - un axe (16) permettant l'adaptation de différents types de préhenseur (14), s'appuyant sur une collerette (20) de l'axe, une striction (17), ayant pour effet de concentrer les contraintes dues à la 10 force exercée, - une membrane (18) en forme de disque et comportant en sous face une rosette de jauges de contraintes, une base (19) en forme d'anneau dirigée à l'opposé de l'axe (16) permettant d'adapter la poignée sur l'arceau (11, 12). 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que la rosette comporte trois jauges disposées radialement selon des directions croisées et espacées de 120 . 10. Appareil selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une carte électronique embarquée et une liaison avec un ordinateur qui affiche des paramètres sur un écran choisi dans l'ensemble (intensité de la force, direction de la force, sens du déplacement, vitesse du déplacement, puissance développée, temps réel de travail, trajectoire...).