Brevet FR2878961A1 — publié le 20060609

La présente invention concerne un dispositif, pour l'indication pratique de mouvements d'un corps. Dans le domaine mécanique, l'indication pratique de mouvements d'un volume matériel ou corps, est un problème central. Du point de vue de la mécanique, l'indication de mouvements possibles pour un corps peut être obtenue par l'indication de degrés de liberté aux extrémités d'éléments de longueur constante, généralement intérieurs au corps: fibre neutre pour une poutre, squelette pour un corps articulé. En un point quelconque d'un corps, les degrés de libertés sont, généralement, au to nombre de six: trois en rotation autour d'axes perpendiculaires entre eux et trois en translation du point selon ces axes. Lorsque le point est fixe, trois degrés de liberté en rotation seulement subsistent et suffisent à caractériser les mouvements du corps en ce point: l'un est désigné par torsion et les deux autres par flexions. is La présence de matière dans le corps vient toutefois troubler l'approche mécanique. En effet, du point de vue de la théorie de l'élasticité, la matière d'un corps subit lors de mouvements, une variation, augmentation ou diminution, de volume autour d'un point, appelée élongation. Des élongations trop importantes lors de mouvements étant responsables de l'apparition de ruptures ponctuelles de la matière, des jauges d'élongation sont utilisés pour indiquer les élongations d'un corps. Toutefois, en pratique, la présence de matière est aussi responsable de la variation, positive pour une augmentation ou négative pour une diminution, de la distance entre au moins deux points fixes du corps, appelée allongement. Les allongements, sont présents dans tous les corps lors de mouvements mais étant représentatifs de variations de distance entre au moins deux points fixes du corps, il ne sont pas facilement utilisables pour l'indication de mouvements d'un corps ni par la mécanique ni par la théorie de l'élasticité. Ainsi, pour un corps sans squelette et non ponctuel, comme un mât de navire, l'indication pratique de mouvements est un problème difficile. De même, pour le corps humain ou animal, les mouvements sont définis précisément par ceux de son squelette, ensemble de ses éléments essentiellement indéformables ou os, reliés entre eux en des points de jonction ou articulations. Mais, le squelette est complété de matières déformables avec les mouvements ou chairs, qui définissent le volume du io corps et empêchent, de l'extérieur, l'accès direct au squelette. Particulièrement, certaines chairs, indispensables aux mouvements du corps, les muscles, subissent des allongements notables qui rendent imprécise l'indication des mouvements du squelette à partir d'observations extérieures. L'indication pratique de mouvements d'un corps est donc un problème difficile. Dans ce contexte, l'invention est un dispositif indicateur de mouvements d'un corps caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément indicateur d'un allongement dudit corps Selon des modes particuliers de réalisation, l'invention peut 20 comprendre: - un unique élément indicateur pour l'indication d'un degré de liberté du corps -deux éléments indicateurs distincts pour l'indication de deux degrés de liberté du corps - trois éléments indicateurs distincts pour l'indication de trois degrés de liberté du corps - Un nombre d'éléments indicateurs distincts, au moins égal au nombre des degrés de liberté du corps. Selon des modes de réalisation supplémentaires, l'élément indicateur 30 peut être: - apte à indiquer la variation de position d'une extrémité d'un fil inextensible, représentative d'un allongement du corps et plus particulièrement ladite variation de position peut être indiquée par: - la variation de résistance d'un potentiomètre à tours multiples, muni d'un axe, autour duquel est enroulé ladite extrémité du fil inextensible, s la variation de longueur d'un peson à ressort lié à ladite extrémité du fil inextensible. Dans une application particulière du dispositif de l'invention, l'élément indicateur est inclus dans un vêtement près du corps. io Description des figures: La figure 1 (Fig.1) représente dans un plan de coupe, une articulation au repos. La figure 2 (Fig.2) représente dans un plan de coupe, une articulation soumise à une flexion. La figure 3 (Fig.3) représente dans un plan de coupe, une articulation soumise à une torsion Description de l'invention: L'invention est décrite (Fig.1) pour un corps simple ou articulation constitué par un axe indéformable fixe (1) et un axe indéformable mobile (2), liés en un point où existent, au maximum, trois degrés de liberté en rotation pour le corps ou liaison rotulienne (3), une extrémité de chaque axe restant libre(5)(6); les axes (1)(2) sont entourés d'un volume essentiellement de révolution rempli de matière (4) sujette à des élongations. Le périmètre de l'intersection (ABCDEFGH) du corps avec un plan passant par les axes (1)(2) peut être décomposé en deux arêtes (ABCD) (EFGH) essentiellement parallèles aux axes (1)(2) et en deux segments d'extrémité (DE) (HA) essentiellement perpendiculaires aux axes (1)(2), passant par les extrémités libres des axes (5)(6) et joignant les arêtes (ABCD) (EFGH). Les mouvements à un degré de liberté en rotation pour un tel corps se résument à un mouvement de flexion plane (Fig.2) dans lequel l'axe mobile (2) peut subir une rotation dans un plan, dit de flexion, contenant l'axe fixe (1) ou à un mouvement de torsion (Fig.3) dans lequel l'axe mobile (2) peut subir une rotation autour de lui-même. Les mouvements à deux degrés de liberté en rotation pour un tel corps se résument à la composition d'un mouvement de flexion plane dans un plan 5 de flexion fixe et d'un mouvement de torsion. Les mouvements à trois degrés de liberté en rotation pour un tel corps se résument à la composition de deux mouvements de flexion plane dans des plans de flexion perpendiculaires entre eux et à un mouvement de torsion. Dans un mouvement de flexion plane (Fig.2), les arêtes (ABCD) io (EFGH) subissent des allongements positif (BC) ou négatif (FG) dans le voisinage de la jonction (3). Les deux arêtes (ABCD) (EFGH) de longueurs égales pour un angle de flexion nul entre les axes (1)(2), se distinguent en flexion par un allongement positif pour l'une des arêtes dite extérieure (ABCD) et un allongement négatif ou rétrécissement pour l'autre arête dite intérieure (EFGH). Dans un mouvement de torsion (Fig.3), une arête quelconque (AD) s'enroule autour du corps en s'allongeant positivement. Le type de corps simple choisi permet de donner à l'invention toute sa portée grâce à la considération suivante: il est possible, d'associer en séquence deux articulations en joignant l'extrémité libre de l'axe mobile de la première articulation et l'extrémité libre de l'axe fixe de la deuxième articulation et en solidarisant les directions de ces axes. Les mouvements de l'association des deux articulations résultent alors de la composition des mouvements des deux articulations. Il est aussi possible d'ajouter au bout d'une articulation plusieurs articulations supplémentaires en donnant à l'extrémité libre de l'axe mobile de l'articulation la forme d'un tronc à plusieurs branches pouvant accueillir sur chacune de ses branches l'extrémité libre de l'axe fixe d'une articulation supplémentaire. Il est ainsi possible de définir de proche en proche un corps complexe apte à reproduire les mouvements du corps humain ou animal avec précision. Pour cela, on choisira au moins autant d'articulations que dans le corps à approcher. II est aussi possible d'approcher les mouvements d'un corps sans squelette et à déformations continues, comme un mât de navire, en représentant le corps par plusieurs segments constitués chacun d'une articulation. Le nombre de degrés de liberté en rotation de chaque articulation étant égal au nombre de degrés de liberté en rotation de chaque segment, dans la représentation du corps choisie pour approcher ses déformations continues. Finalement, l'application de l'invention à une articulation du type décrit a pour vocation de faciliter l'exposé de l'invention, sans restreindre la généralité io de l'invention dans son application à un corps complexe comme le corps humain ou animal et plus généralement à tout corps, en tant que volume matériel. En référence aux figures, l'invention est un dispositif indicateur de mouvements d'un corps caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément indicateur d'un allongement dudit corps. En effet, l'arête extérieure de l'articulation (ABCD) s'allonge en flexion dans le voisinage de la jonction (BC). Cet effet est visualisé sur une articulation humaine comme le coude ou le genou: en pinçant la peau sur l'extérieur de l'articulation à flexion nulle, on constate que la peau s'échappe en fléchissant l'articulation, pour satisfaire à l'allongement mentionné de l'arête extérieure de l'articulation. Le choix de l'élément indicateur comme étant l'allongement de l'arête extérieure (ABCD) de l'articulation, constitue donc bien un indicateur du mouvement de flexion. Le choix de l'élément indicateur comme étant la longueur l'arête extérieure (ABCD) de l'articulation, constitue aussi un indicateur du mouvement de torsion car l'arête s'enroule autour de l'articulation en s'allongeant (AD), lors d'un mouvement de torsion. Pour un mouvement de torsion, il est possible d'incliner une arête choisie, d'un angle constant, sur la surface de l'articulation, avec les arêtes définies par rotation du plan de flexion autour de l'axe mobile (2) . Dans ce cas, la longueur de l'arête inclinée diminue pour un sens de torsion dit négatif et augmente pour l'autre sens dit positif; par rapport à une arête de référence, l'allongement de l'arête inclinée change donc corrélativement de signe en fonction du sens de torsion. II est donc possible de distinguer une torsion positive d'une torsion négative, sans ambiguïté par l'indication d'un allongement positif ou négatif. Toutefois, il existe aussi, un minimum pour les allongements négatifs: il correspond à une torsion négative, dite limite, qui ramène l'arête inclinée dans le plan de flexion. Pour des valeurs de torsion plus négatives, l'allongement augmente. Les valeurs de torsion en-deça de la torsion limite ne peuvent être distinguées des valeurs au-delà de celle-ci. L'allongement d'une arête inclinée permet donc d'indiquer la valeur io absolue et le signe d'une torsion sans ambiguïté entre une torsion négative limite et la torsion positive maximale admissible sans rupture de la matière du corps. Le choix selon l'invention d'au moins un indicateur d'allongement à la surface de l'articulation permet donc bien de réaliser un dispositif indicateur de is mouvements du corps. L'indicateur d'allongement peut aussi être choisi dans le volume intérieur du corps avec une réduction de l'intensité de l'effet. Par exemple, sur une fibre neutre ou un squelette, l'allongement est nul. Les allongements à la surface étant, ordinairement, les plus notables, le choix d'un indicateur d'allongement en surface apparaît généralement le meilleur. L'allongement d'un indicateur diminue aussi en intensité à angle de flexion constant entre l'axe fixe (1) et l'axe mobile (2) quand sa projection orthogonale dans le plan de flexion se rapproche d'une fibre neutre ou du squelette du corps. En particulier, si l'indicateur se projette exactement sur la fibre neutre ou le squelette, l'allongement est nul en flexion. L'indicateur considéré peut alors servir d'indicateur insensible à la flexion dans ce plan et donc d'indicateur sensible uniquement à la torsion. L'inclinaison d'une arête par rapport à un plan de flexion fixe limite aussi l'allongement de cette arête pour une flexion dans ce plan, en éloignant sa projection orthogonale sur ce plan de flexion, de la fibre neutre ou du squelette. II est donc possible de différencier des mouvements de torsion et de flexions par sélection de la position de l'indicateur ou de combiner, par exemple linéairement, plusieurs indicateurs d'allongements, aux mêmes fins. L'indication de mouvements d'un corps est donc possible grâce à l'utilisation d'au moins un indicateur d'un allongement dudit corps. Lorsque l'indicateur selon l'invention est unique, il permet d'indiquer des mouvements correspondant à un seul degré de liberté en rotation: une flexion 5 dans un plan fixe ou une torsion. Ce cas peut aussi trouver application, par exemple, pour une alarme de torsion ou de flexion sur une articulation devant rester immobile. Dans ce cas l'indicateur d'allongement est essentiellement un indicateur de la composition, c'est-à-dire de la réalisation en séquence, d'une torsion et de deux flexions io dans des plans perpendiculaires, sans discernement des parts respectives dans le mouvement de la torsion et des flexions, c'est-à-dire sans décomposition selon les éléments de la composition. Un degré de liberté sera, au sens de l'invention, soit un degré de liberté en rotation soit une composition de plusieurs degrés de liberté en rotation. Il est ainsi possible de dire qu'un indicateur d'allongement unique permet de d'indiquer des mouvements du corps correspondant à un seul degré de liberté du corps. Pour un mouvement à deux degrés de liberté en rotation, correspondant pour un corps humain à un coude ou un genou, deux indicateurs distincts peuvent être utilisés pour rendre compte des mouvements de torsion et de flexion dans un plan, indépendamment. Dans ce cas, il est possible de choisir avantageusement comme indicateur de flexion la différence des allongements des arêtes de l'articulation. Cet indicateur étant essentiellement insensible à la torsion. Il est aussi possible de choisir avantageusement comme indicateur de torsion la somme des allongements des arêtes de l'articulation. Cet indicateur étant essentiellement insensible à la flexion. L'indication de la torsion et de la composition de deux flexions est aussi envisageable avec deux indicateurs. Ce cas peut trouver application pour distinguer un mouvement de torsion et un mouvement de flexion dans un plan quelconque, obtenu par composition de deux flexions dans des plans perpendiculaires, par exemple pour une alarme de torsion seule ou de flexion seule. L'indication d'une composition de la torsion avec une première flexion 2878961 s et d'une autre composition de la torsion avec une seconde flexion dans un plan perpendiculaire à la première flexion est aussi envisageable. II est ainsi possible de dire que deux indicateurs d'allongement distincts permettent d'indiquer des mouvements d'un corps correspondant à deux degrés de liberté du corps. Pour un mouvement à trois degrés de liberté en rotation, correspondant pour un corps humain à une épaule, un poignet, une cheville ou le haut de la cuisse, trois indicateurs distincts peuvent être utilisés pour rendre compte des mouvements de torsion et de flexion dans deux plans de flexion io perpendiculaires. On peut choisir comme indicateurs les allongements de trois arêtes parmi les quatre définies dans ces deux plans. On peut choisir de remplacer les allongements des deux arêtes choisies dans le même plan par leur différence et leur somme pour découpler les indications de torsion et flexion dans le plan de flexion desdites deux arêtes. Finalement, trois indicateurs d'allongement distincts permettent d'indiquer des mouvements d'un corps correspondant à trois degrés de liberté du corps. Pour un mouvement à trois degrés de liberté, il est aussi possible d'utiliser comme indicateurs, l'allongement de deux arêtes dans un premier plan de flexion et l'allongement de deux arêtes dans un second plan de flexion perpendiculaire au premier, de sélectionner comme indicateur de torsion essentiellement insensible aux flexions, la somme des allongements des quatre arêtes sélectionnées et de choisir pour les deux autres indicateurs: la différence des arêtes dans le premier plan, essentiellement sensible à la flexion dans le premier plan et la différence des arêtes dans le second plan, essentiellement sensible à la flexion dans le second plan. Des éléments indicateurs distincts en nombre au moins égal au nombre de degrés de liberté pour l'ensemble des articulations d'un corps complexe comme le corps humain ou animal peuvent être choisis pour obtenir un dispositif indicateur des mouvements dudit corps. A cette fin, le corps complexe est divisé en articulations à un, deux, ou trois degrés de liberté et les indicateurs d'allongements choisis pour chaque articulation, en nombre au moins égal au nombre de degrés de liberté pour chaque articulation, sont rassemblés dans une liste permettant de rendre compte de mouvements du corps. Le nombre d'éléments indicateurs distincts, pour un corps articulé, est choisi au moins égal au nombre total de degrés de liberté de l'ensemble de ses articulations, c'est-à-dire aussi du corps. Pour les mouvements d'un corps complexe capable de déformations continues, comme un mât de navire, le nombre d'indicateurs d'allongements distincts peut être choisi au moins égal au nombre des degrés de liberté de segments divisant le corps et rendant compte de ses déformations continues à un degré d'approximation souhaité. On se ramène ainsi à un corps articulé. io Finalement, pour un corps complexe, le nombre d'éléments indicateurs distincts, est choisi au moins égal au nombre des degrés de liberté du corps. Plus particulièrement: L'élément indicateur d'allongement peut être apte à indiquer la variation de position d'une extrémité d'un fil inextensible, représentative d'un is allongement du corps. Par exemple, si l'arête extérieure (ABCD) d'une articulation est matérialisée sous la forme d'un tube solidaire de la surface de l'articulation et contenant un fil inextensible fixé à une extrémité de l'arête (A), alors en flexion, la position de l'autre extrémité libre du fil sur l'arête varie avec l'allongement de l'arête (ABCD). La variation de position de l'extrémité du fil inextensible peut correspondre par enroulement sur l'axe d'un potentiomètre à tours multiples, à une variation de résistance. Il existe de tels potentiomètres dits multi-tours et munis d'un axe, par exemple sous la référence C274 200 OHMS fabriqués par BOURNS. Une telle variation de résistance, est aisément mesurable électriquement par un montage de type Pont de Wheatstone. Idéalement, un tel potentiomètre est à retour automatique pour garder le fil inextensible sous tension. La variation de position de l'extrémité du fil inextensible peut correspondre par liaison de cette extrémité à un peson à ressort, à une indication de l'allongement du peson. Un exemple d'un tel peson existe chez PESOLA AG sous la référence 330/4. Idéalement, le peson fournit des signaux électriques de son allongement. 2878961 io Le dispositif selon l'invention peut être appliqué à la connaissance relative, précise et instantanée de mouvements: - de parties du corps entre elles, avec ou sans incitation à la correction instantanée ou réflexe, desdits mouvements, dans les sports, la 5 rééducation ou la robotique; - de déformation continue du corps, notamment de type mâture, voilure ou filets. À ces fins, l'élément indicateur est idéalement inclus dans un habillage près du corps, notamment un vêtement. En effet, un vêtement près du corps, io dans lequel l'élément indicateur est inclus, permet d'obtenir une indication précise et instantanée desdits mouvements à l'aide d'allongements indiqués au plus près de la surface du corps, donc représentatifs au mieux des mouvements du corps. Dans le domaine du sport, l'invention peut être utilisée pour comparer les mouvements d'un sportif à un modèle, aux fins de l'informer de modifications à apporter à ses mouvements. Il est notamment possible d'associer l'invention à des recommandations vocales pour permettre des modifications conscientes ou à une secousse renvoyée par des éléments indicateurs existants ou supplémentaires, pour permettre des modifications réflexes, desdits mouvements. L'invention est susceptible d'application industrielle dans le domaine du sport. 2878961 Il REVENDICATIONS 1) Dispositif indicateur de mouvements d'un corps, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un élément indicateur d'un allongement dudit corps. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il to comprend un unique élément indicateur pour l'indication d'un degré de liberté dudit corps 3) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend deux éléments indicateurs distincts pour l'indication de deux degrés de liberté dudit corps 4) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend trois éléments indicateurs distincts pour l'indication de trois degrés de liberté dudit corps 5) Dispositif selon la revendication 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un nombre d'éléments indicateurs distincts, au moins égal au 20 nombre des degrés de liberté dudit corps 6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'élément indicateur est apte à indiquer la variation de position d'une extrémité d'un fil inextensible, représentative d'un allongement dudit corps. 7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite variation de position est indiquée par la variation de résistance d'un potentiomètre à tours multiples, muni d'un axe autour duquel est enroulée ladite extrémité du fil inextensible. 8) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite variation de position est indiquée par la variation de longueur d'un peson à ressort, lié à ladite extrémité du fil inextensible 9) Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, à la connaissance relative, précise et instantanée de mouvements: - de parties dudit corps entre elles, dans les sports, la rééducation ou la robotique, - de déformation continue dudit corps dans les mâtures, voilures ou filets, caractérisée en ce que l'élément indicateur est inclus dans un habillage près dudit corps. io