Dispositif de contrôle et de régulation d'un appareil d'exercice physique et appareil pourvu d'un tel dispositif

Abstract

 L'invention se rapporte à un dispositif de contrôle et de régulation d'un appareil d'exercice physique.
Il est caractérisé en ce que le réseau (2) comprend en parallèle au moyen de régulation de la pression (24a, 24b) au moins un organe (38a, 38b) limiteur de débit et en série avec le moyen de régulation de la pression (24a, 24b) et cet organe de régulation de débit (38a, 38b) au moins un moyen (39a, 39b) de sélection de l'envoi au travers de l'un ou de l'autre de ces éléments (24a, 38a et 24b, 38b) du fluide issu de la chambre (7 ou 8) correspondante.

Description

[0001] L'invention se rapporte à un dispositif de contrôle et de régulation d'un appareil d'exercice physique ainsi qu'à l'appareil pourvu d'un tel dispositif qu'il s'agisse d'un appareil musculaire et/ou de kinésithérapie.

[0002] C'est pour opposer à la force musculaire développée par un utilisateur une résistance réglable que ces appareils sont pourvus de dispositifs de contrôle et de réglage de leur action. A l'origine, il s'agissait de contre-poids ou de ressorts qui, toutefois, ne permettaient un travail que dans un sens de déplacement et entraînaient un retour brutal en position initiale.

[0003] Pour y remédier, il est connu (FR-A-1.474.840, FR-A-1.497.198 et US-A-4.326.707) d'opposer la résistance à l'écoulement d'un fluide hydraulique à la force musculaire développée par un utilisateur sur un organe de manoeuvre associé à un piston de manière à en commander le déplacement dans un cylindre.

[0004] Le piston scinde le cylindre en deux chambres distinctes, de volumes variables et remplies de ce fluide hydraulique.

[0005] Dans ces dispositifs connus, les deux chambres de volumes variables sont reliées entre elles par un circuit permettant au fluide d'aller alternativement d'un compartiment à l'autre en passant au moins dans un sens de déplacement, par un organe de régulation tel un étrangleur, de préférence réglable.

[0006] Pour, également, dans l'autre sens de déplacement, obtenir un réglage de l'effort, les dispositifs prévoient un deuxième circuit contrôlé par un deuxième organe de régulation, la distribution vers l'un ou l'autre des circuits selon le sens de déplacement est alors assuré par des organes anti-retour.

[0007] Pour, sans chercher à provoquer un retour brutal en position initiale, néanmoins assurer ce retour, il est connu (FR-A-1.497.198 et US-A-4.326.707) d'adjoindre sur le circuit une pompe entraînée par un moteur.

[0008] On connaît également (FR-A-2.162.715) un dispositif qui permet plus particulièrement de produire des élongations rythmées sur un membre à rééduquer.

[0009] Ce dispositif comporte principalement un vérin à simple effet dont la partie mobile est reliée au membre à traiter.

[0010] Dans ce vérin, l'échappement est provoqué par l'action d'un ressort de rappel sur le piston alors que l'admision et l'échappement sont contrôlés par des électro-vannes pilotées par l'intermédiaire d'un dispositif de commande cyclique.

[0011] Si ce dispositif donne de bons résultats en rééducation d'une articulation, il ne convient pas aux simples exercices musculaires.

[0012] Un résultat que l'invention vise à obtenir est un appareil d'exercice physique applicable tant à la musculation qu'à la rééducation.

[0013] Un autre résultat que l'invention vise à obtenir est un dispositif de contrôle et de régulation d'un tel appareil qui peut assurer un retour en position initiale ou autoriser un tel retour sans effort.

[0014] A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif du type précité opposant la résistance à l'écoulement d'un fluide hydraulique à la force musculaire développée par un utilisateur sur un organe de manoeuvre associé à un piston d'un vérin de manière à en commander le déplacement dans un cylindre d'un vérin qu'il scinde en deux chambres distinctes, de volumes variables dont au moins l'une qui abrite ce fluide hydraulique, est réliée à un réservoir de fluide hydraulique ouvert à l'atmosphère par une conduite de retour au réservoir placée sous le contrôle d'un moyen de régulation, le dispositif comportant en outre au moins un moyen de commande de la circulation forcée de ce fluide du réservoir jusqu'au vérin pour alimenter celui-ci sous une certaine pression et ce sans passer par le moyen de régulation.

[0015] Ce dispositif est caractérisé en ce que le réseau comprend en parallèle au moyen de régulation de la pression au moins un organe limiteur de débit et en série avec le moyen de régulation de la pression et cet organe de régulation de débit au moins un moyen de sélection de l'envoi au travers de l'un ou de l'autre de ces éléments du fluide issu de la chambre correspondante.

[0016] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en regard du dessin ci-annexé qui représente schématiquement :

- figures 1 à 4 : le dispositif selon l'invention selon quatre variantes de réalisation,

En se reportant à la figure 1, on voit qu'un dispositif 1 de contrôle et de régulation d'un appareil d'exercice physique (non représenté) comporte, reliés entre eux, par un réseau 2 de conduites de circulation de fluide, divers éléments dont principalement un vérin 3 à simple ou à double effet.

[0017] Le piston 4, qui circule dans le cylindre 5 de ce vérin 3, sépare la cavité 6 délimitée par le cylindre en deux chambres 7, 8 de volumes variables selon la position du dit piston 4.

[0018] Pour être déplacé par l'action d'un utilisateur (non représenté), le piston 4 est classiquement relié à un organe de manoeuvre 9.

[0019] On a représenté un vérin 3 à piston 4 rotatif, mais cela n'a aucune valeur limitative pour l'invention et n'est donné qu'à titre d'exemple préférentie, la préférence étant liée à l'égalité des surfaces actives de ce piston.

[0020] L'organe de manoeuvre 9 représenté est un levier dont la liaison avec l'arbre de rotation 10 du piston 4 n'est pas représentée. Le fluide circulant dans le réseau 2 est de préférence un fluide hydraulique.

[0021] On note que le réseau 2 comprend deux branches principales 11, 12 plongeant de manière indépendante dans un réservoir 16. Chaque branche prend naissance à l'orifice 13 ou 14 d'échappement et/ou d'admission de l'une des chambres opposées 7, 8.

[0022] Pour pouvoir opposer une résistance à l'action exercée par l'utilisateur sur l'organe de manoeuvre 9 dans au moins l'une (11) des branches 11, 12, est prévu au moins un moyen de régulation 15 qui contrôle le retour au réservoir 16 du fluide issu de la chambre correspondante du vérin et ce, de manière de préférence, réglable.

[0023] Au lieu de fonctionner en circuit fermé, on note que le réservoir 16 de fluide hydraulique est ouvert à l'atmosphère. De même au lieu de ne comporter qu'au moins un moyen 15 de régulation de la circulation du fluide issu d'une chambre du vérin, le dispositif 1 comporte en outre au moins un moyen 17 de commande de la circulation forcée de ce fluide depuis le réservoir jusqu'à cette chambre pour alimenter celle-ci sous une certaine pression et ce sans passer par 1e dit moyen- 15 de régulation.

[0024] Le moyen 17 de commande de la circulation comprend d'une part, une pompe 18 de circulation sous pression du fluide prélevé dans le réservoir 16 et, d'autre part, disposés sur la conduite 19 de refoulement de cette pompe, une liaison à un élément 20 limiteur de la pression du fluide, un élément 21 limiteur du débit du fluide et enfin un élément 22 anti-retour, quant à lui, orienté pour interdir tout retour au réservoir sans passer par le moyen 15 de régulation.

[0025] Bien entendu, les organes 20, 21 sont réglables.

[0026] Dans l'exemple de la figure 1, l'une des branches 11, 12 du réseau 2 est reliée à l'une des chambres 7, 8 du vérin 3 par une simple conduite 23 reliée au réservoir 16 ce qui permet à ce même compartiment d'appeler le fluide présent dans le réservoir 16 par simple dépression.

[0027] On note que, reliant le vérin 3 à un réservoir 16 ouvert à l'atmosphère, le réseau 2 ne transmet pas la pression qui règne dans une des chambres 7,8 à l'autre chambre comme il le ferait dans 1e cas d'un circuit fermé.

[0028] Le choix des moyens de régulation 15 de la circulation est important.

[0029] En effet, s'il ne comprend qu'un étrangleur, on ne peut pas limiter la force opposable par l'utilisateur mais seulement la vitesse d'écoulement du fluide et donc uniquement la vitesse de l'organe de manoeuvre 9.

[0030] Aussi, chaque moyen de régulation 15 de la circulation du fluide comprend-il au moins un organe 24 limiteur de la pression du fluide, notamment à une valeur P prédéterminée.

[0031] Pour canaliser le fluide issu de la chambre 7 jusqu'au réservoir, en passant par le moyen de régulation 15, la branche correspondante comprend une première conduite 25 de liaison au dit moyen de régulation puis une autre conduite 26 de liaison au réservoir 16.

[0032] Comme indiqué plus haut, le fluide sous pression issu de la pompe 18 est restitué à la chambre 7 ou 8 par un circuit placé hors de l'influence du moyen de régulation 15.

[0033] Pour cela, le moyen de commande de la circulation forcée 17 prélève le fluide dans le réservoir par une conduite 49 et par la conduite de refoulement 19 le restitue à la chambre 7 au niveau de la conduite 25 reliant la chambre au moyen de régulation 15.

[0034] Ainsi, lorsque l'utilisateur actionne le levier 9 pour chasser le fluide de la chambre placée sous l'influence du moyen 15, le fluide qui se trouve dans la chambre 7 a sa pression qui monte jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur déterminée par le réglage du moyen de régulation 15 pour opposer à l'utilisateur un effort donné.

[0035] Lorsque cette valeur déterminée de la pression est atteinte , le moyen de régulation 15 libère le fluide, qui par la conduite 25 s'échappe de la chambre 7 puis traverse le moyen de régulation 15 et la conduite 26 pour enfin s'écouler dans le réservoir 16. Pendant et/ou à l'issue de cette première phase, l'utilisateur peut souhaiter que le levier soit ramené en position initiale. Pour cela, il peut lâcher le levier pour que la pression dans le réseau chute et que l'élément anti-retour 22 équipant la source 17 se trouve libéré.

[0036] A partir de ce moment, la pompe 18 prend en charge le rappel du levier 9 en position initiale.

[0037] La valeur de la pression délivrée par la pompe 18 sous le contrôle de l'élément limiteur 20 est choisie juste suffisante pour rappeler le levier 9 en position initiale.

[0038] Par ailleurs, l'élément limiteur 21 détermine un débit de fluide délivré par la pompe 18 qui est juste suffisant pour rappeler l'organe de manoeuvre 9 en position initiale sans brutalité pour l'utilisateur.

[0039] Dans une variante de réalisation, le moyen de régulation 15 et/ou la pompe 18 comprend un moyen permettant au fluide de remonter librement vers le vérin afin que l'utilisateur puisse lui-même rappeler le levier 9 en position initiale.

[0040] Il s'agira par exemple d'une dérivation contrôlée par un clapet anti-retour (symbolisé en traits mixtes en figure 1).

[0041] Dans une autre forme de réalisation, représentée en figure 2, le dispositif comprend un vérin à double effet dont chacune des deux chambres est reliée au réservoir par une branche du réseau. Pour permettre d'opposer à l'utilisateur un effort différent selon le sens d'actionnement du levier 9 et donc selon le sens de circulation du fluide dans chaque branche 11, 12, celles-ci sont chacune contrôlées par des moyens de régulation indépendants 15a, 15b.

[0042] Chaque chambre 7, 8 est alors également placée sous l'influence d'un moyen de régulation 15a, 15b.

[0043] Elle est, via le dit moyen de régulation 15a, 15b, reliée au réservoir 16 par des conduites que l'on a repérées 25, 26 pour la chambre 7 et 28, 29 pour la chambre 8.

[0044] On note qu'aux deux circuits 25-28 reliant chacun une des chambres 7, 8 à son moyen de régulation 15a, 15b est associé un circuit 27, 37 passant par au moins un organe de sélection 30, 31 du sens d'écoulement.

[0045] Il s'agit par exemple de clapets anti-retours 30, 31.

[0046] Selon l'invention, après ces organes de sélection 30, 31, ces circuits 27, 37 passent par un organe de distribution 32 qui permet, d'une part, la distribution du fluide mis en pression par la pompe 18, sélectivement à l'un ou l'autre des circuits 27, 37 reliés à l'une ou l'autre des chambres 7, 8 du vérin 3 et, d'autre part, d'appeler dans au moins l'une de ces chambres 7, 8 du fluide prélevé au réservoir 16 par simple dépression.

[0047] Dans un mode préféré de réalisation, l'organe de distribution 32 est un distributeur à tiroir du type à trois positions et quatre orifices 33 à 36.

[0048] Sur ce distributeur 32, les quatre orifices se répartissent en deux groupes de deux orifices adjacents 33, 34 et 35, 36.

[0049] Deux orifices 33, 34 d'un groupe sont respectivement reliés au réservoir 16 et à la pompe 18, tandis que les deux orifices 35, 36 de l'autre groupe sont respectivement reliés à chaque chambre 7, 8 par une conduite 27, 37.

[0050] Un des positions du tiroir et, de préférence, la position centrale permet par son circuit interne de mettre simultanément en communication les deux orifices 35, 36 associés aux chambres 7, 8 avec celui 33 associé au réservoir 16.

[0051] En examinant la figure 2, on note que l'une des chambres 7, 8, mise en pression par l'actionnement du levier 9 chasse le fluide au travers d'un des moyens de régulation 15a, 15b tandis que l'autre chambre mis en dépression appelle le fluide du réservoir 16.

[0052] Quant aux positions extrêmes du tiroir, elles permettent chacune de mettre en liaison d'une part, l'une des chambres 7, 8 du vérin avec la pompe 18 du fluide sous pression et, d'autre part, la chambre opposée avec le réservoir du fluide 16.

[0053] Bien entendu, les deux positions inversent l'une par rapport à l'autre les liaisons entre chambres 7, 8 et réservoir 16 ou pompe 18.

[0054] Par cela, on obtient un fonctionnement du vérin 3 sensiblement identique à celui décrit dans le premier mode de réalisation. En effet, l'organe de manoeuvre 9 peut être actionné dans un sens pour opposer à l'utilisateur une résistance déterminée, et après que ce dernier aura laché le levier 9, celui-ci se trouvera rappelé en position initiale par le fluide sous pression directement issu de la pompe 18.

[0055] Cependant, dans le cas présent, le passage d'une position extrême à l'autre du tiroir permet d'inverser le rôle de la chambre 7, 8 du vérin et l'on peut par ce biais obtenir une résistance à opposer à l'utilisateur dans l'un ou l'autre des sens d'actionnement du levier 9.

[0056] Dans un autre mode de réalisation du dispositif 1 (figure 3), le réseau 2 comprend en outre, en parallèle au moyen de régulation de la pression 24a, 24b, au moins un organe 38a, 38b limiteur de débit et en série avec le moyen de régulation de la pression 24a, 24b et cet organe de régulation de débit 38a, 38b au moins un moyen 39a, 39b de sélection de l'envoi au travers de l'un ou de l'autre de ces éléments 24a, 38a et 24b, 38b du fluide issu de la chambre 7 ou 8 correspondante.

[0057] Il s'agit par exemple d'un distributeur à tiroir d'un type télé-commandable et à deux positions et trois orifices.

[0058] Dans l'exemple représenté figure 3, l'organe de distribution 32 sélectionne celle des chambres qui est reliée à la pompe à l'aide d'au moins deux moyens de détection 41, 42 qui élaborent respectivement au moins un signal de commande 43, 44 vers les moyens de commande 45, 46 du distributeur 32, lorsqu'ils détectent l'arrivée de l'organe de manoeuvre 9 dans une des positions extrêmes pré-déterminées 47, 48 définies par les dits moyens de détection 41, 42..

[0059] Par l'action de la pompe 18, l'organe de manoeuvre va se déplacer alternativement vers l'une et l'autre de ces positions déterminées 47, 48.

[0060] L'amplitude du mouvement alternatif est fonction des positions des moyens de détection 41, 42.

[0061] Comme cela était initialement prévu, on peut alors envisager d'utiliser l'appareil par exemple pour faire alternativement se plier et se déplier au moins l'un des membres d'un patient, subissant un traitement de rééducation.

[0062] En outre, on peut également régler la vitesse du mouvement de l'organe de manoeuvre 9 en agissant sur l'élément 21 du contrôle du débit de 1a pompe 18.

[0063] Même dans une telle utilisation, le dispositif permet de régler exactement la force imprimée à l'utilisateur par l'organe de manoeuvre 9 en ajustant la pression imposée dans le retour par le moyen de régulation 24a, 24b.

[0064] Bien entendu, pour permettre une autre utilisation, la détection de l'organe de manoeuvre 9 dans une position déterminée ne doit pas systématiquement induire le mode de fonctionnement précédemment énoncé.

[0065] Dans certaines applications, il est néanmoins souhaitable que, pour son rappel en position initiale, ne soit imprimée à l'organe de manoeuvre qu'une action juste suffisante à ce rappel.

[0066] A cet effet, selon l'invention, le dispositif 1 est équipé d'un moyen atténuateur 50 qui, sous l'action du moyen de commande 17 de la circulation du fluide, permet de rappeler l'organe de manoeuvre 9 vers l'une de ces positions extrêmes 47, 48 avec une force juste suffisante à ce rappel.

[0067] Selon une forme préférée de réalisation (figure 4), le moyen atténuateur 50 comprend, disposé sur une conduite de délestage 51a, 51b reliée, d'une part, au réservoir 16 et, d'autre part, en un point 52 quelconque de la conduite de refoulement 19 du moyen 17 de mise en circulation du fluide, un élément limiteur 53 placé sous le contrôle d'un organe d'isolement 54 qui est piloté par tout moyen connu pendant le rappel de l'organe de manoeuvre pour permettre l'action de l'élément limiteur 53. Dans une première forme de réalisation, l'élément limiteur 53 est un limiteur du débit du fluide à une valeur sensiblement voisine du débit maximal du moyen de mise en circulation 17 du dit fluide, afin de n'amener au vérin que 1e surdébit et ce, à une pression très faible compte tenu du débit principal vers le réservoir.

[0068] Dans une autre forme de réalisation, l'élément limiteur 53 est un limiteur de pression à une valeur, par exemple, de dix bars, juste supérieure à la pression nécessaire pour équilibrer la résistance normalement opposée au retour de l'organe de manoeuvre et quoiqu'il en soit, nettement inférieure à celle, par exemple de cent bars, à laquelle agit le limiteur principal 20.

[0069] Dans une forme de réalisation, l'organe d'isolement 54 est piloté par un relai temporisé (non représenté) qui, quant à lui, reçoit par exemple une information au moment de la commande en inversion de position du distributeur 32.

[0070] Le dispositif de l'invention peut en outre être équipé d'au moins un moyen 55 de mesure de la pression qui, avant toute action sur l'organe de manoeuvre, affiche directement la valeur de la force à imprimer à l'organe de manoeuvre 9 en fonction du réglage du limiteur principal 20.

Revendications

1. Dispositif (1) de contrôle et de régulation d'un appareil d'exercice musculaire, lequel dispositif (1) comporte d'une part, un vérin (3) dont le piston (4), qui est actionné par un organe de manoeuvre (9) scinde le cylindre (5) en deux chambres (7, 8) de volumes variables et, d'autre part, un réseau (2) de distribution du fluide qui comprend au moins une branche (11, 12) dans laquelle l'écoulement du fluide est placé sous le contrôle de moyens (15) de régulation voire même d'organes de sélection du sens de circulation de ce fluide, la chambre (7 ou 8) abritant le fluide étant réliée à un réservoir (16) de fluide hydraulique ouvert à l'atmosphère par une conduite (25, 26) de retour au réservoir, placée sous le contrôle d'un moyen de régulation (15), le dispositif comportant en outre au moins un moyen de commande de la circulation forcée (17) de ce fluide du réservoir (16) jusqu'au vérin (3) pour alimenter celui-ci sous une certaine pression et ce sans passer par le moyen de régulation (15), ce dispositif étant CARACTERISE en ce que le réseau (2) comprend, en parallèle au moyen de régulation de la pression (24a, 24b), au moins un organe (38a, 38b) limiteur de débit et en série avec le moyen de régulation de la pression (24a, 24b) et cet organe de régulation de débit (38a, 38b) au moins un moyen (39a, 39b) de sélection de l'envoi au travers de l'un ou de l'autre de ces éléments (24a, 38a et 24b, 38b) du fluide issu de la chambre (7 ou 8) correspondante.

2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le dispositif comprend sous le contrôle d'organes de sélection (30, 31) du sens d'écoulement du fluide, des circuits (27, 37) qui passent par un organe de distribution (32) qui permet :

- d'une part, la distribution du fluide mis en pression par la pompe (18), sélectivement à l'un ou l'autre des circuits (27, 37) reliés à l'une ou l'autre des chambres (7, 8) du vérin (3) et,

- d'autre part, d'appeler dans au moins l'une de ces chambres (7, 8) du fluide prélevé au réservoir (16) par simple dépression.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que l'organe de distribution (32) sélectionne celle des chambres qui est reliée à la pompe à l'aide d'au moins deux moyens, de détection (41, 42) qui élaborent respectivement au moins un signal de commande (43, 44) vers les moyens de commande (45, 46) du distributeur (32), lorsqu'ils détectent l'arrivée de l'organe de manoeuvre (9) dans une des positions extrêmes pré-déterminées (47, 48) définies par les dits moyens de détection (41, 42).

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'une des branches (1.1, 12) du réseau (2) est reliée à l'une des chambres (7, 8) du vérin (3) par une simple conduite (23) reliée au réservoir (16).

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le moyen (17) de commande de la circulation comprend d'une part, une pompe (18) de circulation sous pression du fluide prélevé dans le réservoir (16) et, d'autre part, disposés sur la conduite (19) de refoulement de cette pompe, une liaison à un élément (20) limiteur de la pression du fluide, un élément (21) limiteur du débit du fluide et enfin un élément (22) anti-retour, quant à lui, orienté pour interdir tout retour au réservoir sans passer par le moyen (15) de régulation.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il est équipé d'un moyen atténuateur (50) qui, sous l'action du moyen de commande (17) de la circulation du fluide, permet de rappeler l'organe de manoeuvre (9) vers l'une de ces positions extrêmes (47, 48) avec une force juste suffisante à ce rappel.

7.- Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que le moyen atténuateur (50) comprend, disposé sur une conduite de délestage (51a, 51b) reliée, d'une part, au réservoir (16) et, d'autre part, en un point (52) quelconque de la conduite de refoulement (19) du moyen (17) de mise en circulation du fluide, un élément limiteur (53) placé sous le contrôle d'un organe d'isolement (54) qui est piloté par tout moyen connu pendant le rappel de l'organe de manoeuvre pour permettre l'action de l'élément limiteur (53).

8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'élement limiteur (53) est un limiteur du débit du fluide à une valeur sensiblement voisine du débit maximal du moyen de mise en circulation (17) du dit fluide, afin de n'amener au vérin que le surdébit et ce, à une pression très faible compte tenu du débit principal vers le réservoir.

9. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'élément limiteur (53) est un limiteur de pression à une valeur, par exemple, de dix bars, juste supérieure à la pression nécessaire pour équilibrer la résistance normalement opposée au retour de l'organe de manoeuvre et quoiqu'il en soit, nettement inférieure à celle, par exemple de cent bars, à laquelle agit le limiteur principal (20).

10. Appareil d'exercice musculaire caractérisé en ce qu'il est pourvu d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.

Dessins