FR 2558378 A1 19850726 FR 8400925 A 19840120 Aff.1 NEIGER-GENOT MEROBEL Appareil d'entrainement, d'investigation et de rééducation, notamment de la fonction neuro-musculaire. L'invention concerne un appareil d'exercice destiné notamment à la rééducation, à l'entraînement et à l'investigation de la fonction neuro-musculaire. On connaît déjà des appareils tendant à réaliser un asser- vissement de la résistance qu'il offre, à un effort produit par un patient. Toutefois, jusqu'à présent, les différents appareils connus n'ont pu approcher que de manière insuffisan- te les besoins rencontrés dans l'entraînement sportif ou en kinésithérapie, dite encore physiothérapie. La présente invention vient fournir un appareil d'exercice perfectionné. De manière connue, l'appareil de l'invention comprend un bâti fixe, un organe de travail destiné à être relié au sujet à exercer, un organe moteur, un dispositif de transmission monté entre l'organe moteur et l'organe de travail, et des moyens pour régler, contrôler et quantifier l'effort et/ou le dépla- cement de l'organe de travail en fonction de paramètres déter- minés. Selon une caractéristique générale de l'invention, ce dispo- sitif de transmission comprend, montés en parallèle entre l'organe moteur et l'organe de travail, d'une part un cou- pleur d'efforts dont le couple transmis est ajustable, et d'autre part un moyen d'entrainement unidirectionnel, qui connecte l'organe de travail à l'organe moteur lorsque le rapport de leurs vitesses en valeur absolue dépasse un seuil prédéterminé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparal- tront à l'examen de la description détaillée qui va suivre, et des dessins annexés, sur lesquels: - les figures 1A, lB et 1C sont respectivement des vues de face, de gauche et de droite d'un mode de réalisation de la partie mécanique de l'appareil selon l'invention, sans capot. - la figure 2 illustre schématiquement la constitution géné- rale de l'appareil selon l'invention dans un mode de réali- sation préférentiel; et - la figure 3 illustre schématiquement la partie électroni- que de l'appareil dans un même mode de réalisation préféren- tiel. Sur les figures lA à lC, un bâti 1 supporte un moteur 10, dont l'arbre de sortie est connecté à un réducteur 11. Le moteur et le réducteur sont par exemple les modèles MELY- CLERELY 0/3000 t/mn 400 watts. L'arbre de sortie 20 du réducteur 11 est supporté à son au- tre extrémité par un palier 12. En partie intermédiaire, il est muni d'une couronne crantée d'assez grand diamètre 21. A son autre extrémité, il est muni d'une seconde couronne crantée de plus petit diamètre 30. Un autre palier 18, solidaire du bâti, supporte un arbre 4 sur lequel est montée une couronne crantée 23 de faible dia- mètre. Cette couronne 23 est reliée à la grande couronne 21 par une première chaine de transmission 22. Un tambour porte-filin 50 est monté tournant sur l'arbre 4. Le filin 5 sort entre deux arbres guide-filin 51 et 52, pour venir à son extrémité libre former une boucle 55 sur la- quelle est montée par exemple une poignée 56, s'agissant de la musculature des bras. Tout autre moyen de préhension et/ou fixation approprié sera utilisé pour d'autres parties du corps, comme les jambes. Le flasque droit du tambour 50 est solidaire de la.couronne externe d'un embrayage électromagnétique à poudre 35. Cet embrayage est par exemple du type MEROBEL EAT 120. La couronne interne de l'embrayage 35 est connectée à un sys- tème d'encliquetage 36, qui reçoit d'une part l'arbre 4 et, d'autre part, une couronne crantée 33. Ainsi que le montre mieux la figure lB, la couronne crantée 33 est entrainée en sens inverse du mouvement imprimé à l'arbre 4 par la chaine 22. Cet entraînement en sens inverse est obtenu par une seconde chaîne 32, qui s'enroule sur la couronne crantée 30 déjà citée, sur deux couronnes de renvoi 34 et 35, pour venir enfin entraîner la couronne 33 à l'en- vers. On note N! la vitesse de rotation de l'arbre 20; N2 la vi- tesse imprimée par la courroie 22 à l'arbre 4 dans un pre- mier sens, et N3 la vitesse inférieure que la courroie 32 peut imprimer au tambour dans le sens inverse, c'est-à-dire dans le sens des aiguilles d'une montre. Le sens des aiguil- les d'une montre correspond à l'enroulement du filin 5 sur le - tambour 50, tandis que le sens inverse des aiguilles d'une montre correspond au déroulement du filin 5 à partir du tambour 50. Il est d'ores et déjà possible de définir le fonctionnement général de l'appareil de l'invention. La vitesse linéaire maximale de déroulement du filin est préréglable, d'une manière indépendante de l'intensité des efforts exercés, par un asservissement qui s'exerce sur le groupe moteur et réducteur 10 et 11, comme on le verra ci- après. La résistance au déroulement du filin se trouve alors directement asservie à la force active de traction que déve- loppe le patient. Selon un autre aspect de l'invention, il a été observé que, lorsque le filin est déroulé à une vitesse inférieure à la vitesse programmée, la résistance au déroulement devient quasiment nulle; elle est alors définie par la valeur de tarage. Pour remédier à cela, il est prévu que l'effort minimal développé par le sujet soit contrôlé en programmant une force constante de réembobinage 5, à l'aide de l'embrayage électromagnétique 35 et de l'entalnement réalisé par la chaine 32. Le patient doit alors obligatoirement vaincre cette force 6 pour dérouler le filin, même si ce déroulement se pro- duit à une vitesse inférieure à la vitesse nominale program- mée. Par référence aux dénominations classiques en kinésithérapie et physiothérapie, cette fonction peut être appelée entral- nement musculaire sur le mode "dynamique concentrique asservi". L'appareil selon l'invention permet aussi de développer des contractions musculaires statiques, ainsi que des contractions dynamiques excentriques, comme on le verra plus loin. Ces trois modes d'exercices peuvent être enchaînés d'une manière prédéterminée. La figure 2 illustre schématiquement les principaux blocs constituant l'appareillage objet du présent brevet: 1) l'ensemble bâti fixe + moteur à vitesse réglable + réduc- teur et dispositif de transmission ainsi qu'une partie de l'électronique de commande décrite ci-après figure 3 sont enfermés dans le bloc A qui est l'élément principal de géné- ration d'action et de réaction, destiné à être relié rigi- dement à un socle fixe ou à une cage de Pouliethérapie. Ce bloc A comporte les différents réglages principaux des condi- tions de fonctionnement définissant les fonctions à remplir et qui sont placées préférentiellement sous le controle du personnel moniteur. Le bloc A est généralement placé à une certaine distance du patient. 2) Le bloc B est lié dans l'application décrite d'une part au bloc A par un filin et d'autre part à une poignée elle- même liée au patient opérateur. Il ccrrporte le(s) dispositif(s) détecteur(s) d'effort et/ou de positions et l'émetteur transmettant sans liaison les signaux issus de ce (ces) détecteur(s) vers le récepteur-décodeur situé dans le bloc C. 3) le bloc C est l'unité mnbile,mise à la disposition et du sujet à entraîner et du personnel spécialisé surveillant ou programmant les exercices d'un ou plusieurs sujets. il comporte des dispositifs de programmations du cycle d'en- trainement;. des fonctions de visualisation pour les opéra- tions cyclées et les grandeurs des efforts ou positions effec- tivement développés ou atteints; les systèmes de signalisa- tionr et de comptage de défaillances ou de performances; les (.léments élaborant les signaux de sortie destinés à l'enre- gistrement (par exempie sur table traçante x(t) ou xy); les cléments permettant de programmer la durée des fonctions dans le cycle choisi; des systèmes de fonctionnement soit manuel soit automatique, programmable en temps. Une liaison fixe par un câble d'interconnection est établie entre les blocs A et C pour véhiculer puissance électrique et signaux de réglage. On reprendra, figure 3, la description détaillée des sous blocs de commande ou de réglage électriques ou électroniques assurant le controle du fonctionnement. Il est maintenant fait référence à la figure 3 (et/ou 3bis), illustrant un certain nombre de sous-blocs d'un schéma électrique de principe. Les sous-blocs A sont destinés à faire partie du bâti mural fixe de la figure 2, constituant une unité de travail A. Le bloc B est un circuit capteur qui est physiquement situé en- tre l'unité de travail A et la poignée 56 par exemple tenue par le patient. Les sous blocs C font partie d'une unité mobile mise à la disposition du sujet entraîné, ainsi qu'à celle du personnel spécialisé qui dirige l'exercice d'un ou plusieurs patients. C'est le bloc A qui rassemble les éléments mécaniques illus- trés aux figures 1A, lB et 1C. Sur le bâti, ou sur un pla- teau interposé, l'ensemble étant fixé au mur, est prévu un circuit électronique constitué de cinq platines distinctes. La platine Al définit le circuit d'alimentation générale à partir du secteur. Elle est constituée d'un poussoir à deux états de mise en service générale, capable de couper la phase et le neutre. Ce poussoir noté 101 se voit associé une lampe témoin 102. En aval de l'interrupteur ainsi cons- titué est prévue une alimentation de sécurité basse tension à fort isolement 105. Cette alimentation fournit les diffé- rents courants notamment à six volts nécessaires aux cir- cuits électroniques. Elle alimente aussi par auto-excitation un relais 103, susceptible de couper le circuit de l'alimen- tation générale par ses contacts mobiles 103A et 103B. Le circuit électrique de commande du relais 103 passe par un interrupteur manuel 104 à bouton-poussoir à un état mis à la disposition du patient en cas de difficultés, celui-ci peut donc à tout moment interrompre le fonctionnement de l'ap- pareil. En complément, il est possible d'insérer un détecteur automatique tel qu'un disjoncteur d'intensité (non représenté) dans l'entrée du circuit général à 220 volts 50 Hertz. Sur l'alimentation en courant alternatif à 220 volts, et en aval des sécurités qui viennent d'être décrites, est branché un bloc 110 servant à l'alimentation de l'unité mobile C, dont il constitue donc le premier module Cl. Un jeu de fils de liaison avec une masse ou terre va donc vers l'unité mo- bile C à partir du boîtier 110. Dans une platine A2a apparaît à nouveau le moteur 10 et son réducteur 11. A travers un fusible 120, l'alimentation alter- native générale excite un variateur 121, qui vient se brancher aux bornes du circuit de commande et d'asservissement 122 du moteur 10. L'excitation du moteur est fournie par un bloc 123, de manière connue en soi. Enfin, le bloc 122 comprend une unité potentiométrique 125, qui définit la vitesse maximale du mo- teur en fonction de l'exercice que doit effecuter le patient. Pour les moteurs et réducteurs précités, les blocs 121, 122 et 123 ont, par exemple, la constitution suivante: - 121 variateur électronique 433 MELY-CLERELY, - 122 bloc relais avec potentiomètre bobiné, - 123 alimentation MELY-CLERELY CC pour excitation moteur. Le potentiomètre 125 a une valeur de 10 Kn En retour de l'unité C, l'unité de travail comporte une platine de relayage C2. On en détaillera plus loin la cons- titution. Il suffit pour le moment de retenir que cette platine C2 va fournir sur quatre fils une indication de cou- rant représentatif d'un effort ou couple minimum de réembo- binage. Cette information est appliquée à un générateur de courant 140, qui reçoit l'alimentation électrique générale, et commande l'embrayage à poudre 35. Pour l'embrayage à poudre cité, qui est le modèle EAT 120, le générateur de courant est le modèle MEROBEL type 1. Un potentiomètre 145 permet de définir le couple minimum de réembobinage du filin. On examinera maintenant le bloc B. Il s'agit d'une unité au- tonome pourvue d'une batterie 150, qui alimente un circuit émetteur 151, opérant par exemple à 27,2 MHz. Un capteur 155, qui est par exemple du type à jauge de contrainte, est fixé sur une plaquette métallique déformable. Cette plaquette peut être incorporée aux rouleaux guide-fil 51 et 52, lorsque ceux-ci supportent l'essentiel de 1' effort transmis par le filin. En variante, la plaquette pourrait être directement incorporée au filin lui-même, au voisinage de son extrémité 55. La variation de résistance engendrée par la déformation mécanique de la plaque ou jauge de contrainte pilote en ten- sion le modulateur 154 de l'émetteur 151. Bien entendu, on pourra prévoir un émetteur multi-canaux, lorsque plusieurs paramètres sont à surveiller simultanément et/ou séquentiellement. L'unité mobile C constitue un pupitre autonome de controle et de surveillance permettant à un opérateur expérimenté de contrôler l'ensemble des fonctions ou exercices que subira et réalisera le patient lequel est informé par cette unité mobile de l'efficacité et du respect de l'activité programmée. Un récepteur 160 accordé sur la même fréquence que l'émet- teur 151 reçoit le signal de celui-ci. Le récepteur 160 est muni d'un réglage de niveau de sortie par un potentio- mètre 161. Il est alimenté comme les autres éléments de ce boîtier C par l'alimentation 110 déjà mentionnée. Le signal fourni par le récepteur 160 est apDliqué à un circuit de vi- sualisation de l'effort, noté 163. Ce circuit de visualisa- tion peut comprendre différents types d'afficheurs, notamment une rangée de diodes électroluminescentes produisant une chaîne de points lumineux dont la longueur varie avec l'am- plitude de l'effort développé. Un galvanomètre est utilisa- ble en variante. La sortie de ce bottier 163 peut être reliée à un adaptateur 165 destiné à être à son tour connecté à un enregistreur par des lignes de sortie S1 et S2. L'enregistreur n'est pas représenté. L'organe le plus important de l'unité C est un ensemble 170. Il comporte, suivant un enchaînement préétabli programmable dans le temps, une série d'au moins quatre bascules bistables temporisées chacune de 0 à 20 secondes par un circuit à re- tard, par exemple du type RC. En fonctionnement normal auto- matique, chaque bascule déclenche la suivante après la fin de sa temporisation, ce qui produit automatiquement un exer- cice répétitif. Le cycle est par exemple: - fonction asservie; (dite concentrique) - fonction statique; - fonction directe; (dite excentrique) - fonction repos. En 171 sont illustrés les afficheurs électroluminescents indiquant la fonction en cours. En 172 sont illus- très les potentiomètres de réglage faisant partie des circuits RC Drécités, et permettant le réglaqe de la durée d'activation de chaaue bascule bistable, par exemple de O à 20 secondes. En 174 est prévu: - premièrement un bouton poussoir dit de "fonctionnement manuel" qui permet d'activer le cycle affiché, - deuxièmement un minuteur à contact de fermeture qui permet d'activer le cycle affiché pour la durée choisie, ce minuteur a une capacité maximale de par exemple 30 minutes réglable; il assure une ouverture des contacts, au terme de la durée préréglée, des boutons-poussoirs illustrés en 173 permettant de courcircuiter ou de conserver les différentes fonctions prévues, à savoir fonction asservie, fonction directe, fonc- tion statique et fonction repos. Cette sélection de fonctions se fait simplement par court-circuit de la ou des bascules correspondant à chaque fois à la temporisation liée à la fonc- tion non désirée. On obtient finalement au bas de ce dispositif 170, à l'inté- rieur du cadre 175, quatre contacts ou "états" dont un seul est activé à la fois au cours du cycle et qui définissent la fonction en cours parmi les quatre fonctions précitées (asservie, statique, directe: repos). On retourne alors au boitier C2. Les quatre contacts ou états sont transmis par des liaisons électriques 179 allant vers quatre enroulements de relais 181 à 184 respectivement asso- ciés. Chacun de ces enroulements de relais valide des contacts permettant l'utilisation d'un potentiomètre correspondant 191 à 194, ledit potentiomètre ainsi choisi étant connecté aux trois broches du générateur de courant 140. On voit immédiatement qu'il est ainsi possible de définir le mode d'action de l'embrayage pour chacune des quatre fonctions décrites. En d'autres termes, l'effort de rappel de l'embrayage 35 est précisément défini par chacun des potentiomètres 191 à 194 pour le type de travail choisi. Les applications notamment en kinesithérapie/physiothérapie concernent la restauration, l'amélioration, et l'investiga- tion de la fonction neuro-musculaire. L'appareil (A) peut être utilisé ou non, dans une cage de pouliethérapie; le filin 5 permet une utilisation soit analytique, soit fonc- tionnelle, laquelle associe la mobilité de plusieurs segments corporels dans plusieurs plans. La vitesse programmable de déroulement du filin permet d'exécuter des activités plus ou moins rapides, reproductibles, selon l'objectif recherché. L'asservissement de la résistance, à l'effort de traction développée, permet d'entraîner le sujet toujours au maximum de ses possibilités, indépendamment de la position adoptée pour une vitesse donnée. De plus cet asservissement annule le secteur douloureux qui apparait parfois lors du soulève- ment de charges directes. L'appareil, programmable, permet d'entrainer spécifiquement le sujet selon des cycles asso- ciant différentes contractions musculaires: concentrique asservi, statique et/ou excentrique. La détection de la force développée, répercutée au niveau d'un système de visualisation, permet de disposer d'une technique de bio-rétroaction, utile au sujet, pour controler ses activités. En outre cet appa- reil, de par l'aspect programmable des efforts de réenroule- ment du filin et des séquences commutables, peut être uti- ]isé à des fins de tractions articulaires et de postures ostéoarticulaires. Revendications. Appareil d'entraînement, d'investigation et de rééducation, notamment de la fonction neuro-musculaire, comprenant: - un bâti fixe (1), - un organe de travail (50) destiné à être relié au sujet à exercer (5, 55, 56), - un organe moteur (10,11), - un dispositif de transmission monté entre l'organe moteur et l'organe de travail, et - des moyens pour contr8ler le déplacement de l'organe de travail (50) en fonction de paramètres prédéterminés, caractérisé en ce que le dispositif de transmission comprend, montés en parallèle entre l'organe moteur et l'organe de travail: - un coupleur d'efforts (35), dont le rendement est ajusta- ble; et - un moyen d'entraînement unidirectionnel (36), qui connecte l'organe de travail à l'organe moteur lorsque le rapport de leurs vitesses en valeur absolue dépasse un seuil prédéter- miné. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe moteur comprend un moteur électrique (10) asservi en vitesse et muni d'un réducteur (11), en ce que l'entrée motrice du dispositif de transmission est un arbre d'entrée (20) entraîné par ledit réducteur, et en ce que ledit organe de travail consiste en un tambour rotatif (50) sur lequel est enroulé un câble (5) solidaire d'un moyen de préhension (55,56) , tandis que le coupleur d'efforts (35) consiste en un em- brayage interposé entre l'arbre d'entrée (20) et le tambour rotatif (50). 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'embrayage (35) est un embrayage électromagnétique à pou- dre. 4. Appareil selon l'une des revendications 2 et 3, caracté- risé en ce que le moyen d'entraînement unidirectionnel con- siste en un dispositif à roue libre (36) interposé entre, l'arbre d'entrée et le tambour. 5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4, caractéri- sé en ce qu'il comprend un ou des détecteurs électroniques à émission de positions (155) et/ou d'efforts associés à l'organe de travail, ou aux moyens de préhension. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen d'affichage (163) d'informations tirées dudit détecteur. 7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 6, caracté- risé en ce qu'il comprend un moyen d'horloge préréglable (170) propre à permettre l'affichage d'un ou plusieurs temps opératoires successifs. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commande permettant l'exécution de fonctions d'exercice dans un ordre prédéterminé, tel que: travail asservi; travail statique, travail direct; repos. 9. Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, caracté- risé en ce qu'il comporte un module mural (A) destiné au patient et comprenant la partie mécanique et les commandes associées, un module de détection (B), et un module mobile de commande et de contrôle (c), destinés à un opérateur et au patient. 10. Appareil selon l'une des revendications 1 à 9, caracté- risé en ce qu'il comporte une commande manuelle d'interrup- tion générale (104) destinée au patient. 11. Appareil selon l'une des revendications 1 à 10, carac- térisé en ce qu'il comporte un système émetteur récepteur VHF ou FM capable de transmettre les informations d' efforts (et/ou de positions) du détecteur relié au sujet, vers le module mobile de commande et de contrôle C.