FR2557802A1 - TRACTIOMETER FOR GYMNASTICS OR MUSCLE REEDUCATION - Google Patents

TRACTIOMETER FOR GYMNASTICS OR MUSCLE REEDUCATION Download PDF

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Abstract

1. Exercise or rehabilitation apparatus, in which an antagonistic effort is applied, by means of a supple wire, at any point of the organism of a patient, particularly on one of his/her limbs, comprising a guide rail (1) on which is slidably mounted a wire dispenser (2) comprising at least one grooved wheel mounted to rotate, whose axis is perpendicular to the longitudinal axis of the guide rail, the guide rail (1) being constituted by a hollow section presenting, on its lateral surface, a longitudinal slot through which the wire (3) emerges, means (2a) for immobilizing this wire dispenser (2) in any position along the rail (1), so as to make it possible to choose as desired the point (A) of application of the force of traction (F) exerted by the wire (3), and means (5) for exerting an adjustable traction on the wire (3) so as to be able to control as desired the force applied to the patient by the wire (3) on leaving the wire dispenser (2), characterized in that the wire dispenser (2) comprises, on the one hand, a pair of grooved wheels (6, 7) tangential to each other, mounted to rotate on the wire dispenser (2), inside the guide rail (1), with the axes of these two wheels perpendicular to the longitudinal axis of the guide rail (1), and, on the other hand, two tangential rollers (4, 4a) mounted to rotate, adjacent the guide slot and outside the guide rail (1) and whose axes are parallel to the longitudinal axis of the guide rail (1), the wire (3) coming from the traction means being deviated transversely towards the outside by passing between the two grooved wheels (6, 7), then through the two rollers (4, 4a), the adjustable traction means being mounted on an extreme part of the guide rail.

Description

-1--1-

DESCRIPTIONDESCRIPTION

- La présente invention concerne les appareils de gymnastique ou de rééducation musculaire, dans lesquels l'effort antagoniste appliqué au patient  The present invention relates to gymnastics or muscle reeducation apparatus, in which the antagonistic effort applied to the patient

s'exerce au moyen d'un fil souple relié au membre en exercice.  is exercised by means of a flexible wire connected to the exercising member.

- La force est contrMée en intensité par la tension du fil et en direction par le choix judicieux du point par lequel sort le fil de l'appareil, point que nous conviendrons d'appeler "point d'application de la force". Ainsi la direction de la force est obtenue par la droite qui relie le  - The force is controlled in intensity by the tension of the thread and in direction by the judicious choice of the point by which the wire of the apparatus leaves, point which we will agree to call "point of application of the force". So the direction of the force is obtained by the line that connects the

membre en exercice, au point d'application de la force.  member in office, at the point of application of the force.

Les appareils connus de ce genre sont: - des "tenseurs" constitués par des élastiques ou des ressorts, utilisés en attachant l'une des extrémités à un point d'encrage qui constitue  Known devices of this type are: - "tensors" constituted by elastics or springs, used by attaching one of the ends to an inking point which constitutes

le point d'application de la force.the point of application of the force.

- des systèmes à poids et à poulie, dans lesquels les poids contrôlent la tension du fil (donc le module de la force) et la poulie, par sa  - weight and pulley systems, in which the weights control the tension of the yarn (thus the modulus of force) and the pulley, by its

propriété "de renvoi d'angle", le point d'application de la force.  "Angle of Return" property, the point of application of the force.

Ces systèmes ont, entre autres inconvénients, celui de très mal contr8ler l'intensité de la force appliquée au muscle. Dans le premier cas, celleci est proportionnelle à l'élongation, c'est-à-dire au déplacement du membre, tandis que dans le second cas, elle reste constante. Ces deux cas sont aussi éloignés l'un que l'autre des conditions idéales qui nécessitent un contrôle très précis de la force afin de la moduler en fonction des problèmes de rééducation qui sont des cas d'espèce. Dans certains cas par exemple, on souhaite asservir la force de telle façon que le mouvement s'effectue à une  These systems have, among other disadvantages, that of very poorly control the intensity of the force applied to the muscle. In the first case, it is proportional to the elongation, that is to the movement of the limb, while in the second case, it remains constant. These two cases are as far apart as ideal conditions which require a very precise control of the force in order to modulate it according to the rehabilitation problems which are specific cases. In some cases, for example, it is desired to control the force in such a way that the movement takes place at a

vitesse déterminée, etc...determined speed, etc ...

-2- Le dispositif suivant l'invention évite ces inconvénients grâce à un contrôle électronique de la tension du fil. Accessoirement, il simplifie le choix du point d'application de la force et évite l'emploi des systèmes  The device according to the invention avoids these drawbacks by means of an electronic control of the tension of the thread. Incidentally, it simplifies the choice of the point of application of the force and avoids the use of the systems.

archaïques connus sous le nom de "cage à poulie".  archaic known as the "pulley cage".

L'invention sera de toute façon mieux comprise à partir d'un mode préféré de réalisation, donné ici à titre indicatif et, bien entendu,  The invention will in any case be better understood from a preferred embodiment, given here as an indication and, of course,

nullement limitatif.in no way limiting.

Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif suivant l'invention consiste essentiellement en un rail ou guide 1 réalisé en profilé quelconque, par exemple un tube carré comportant une fente à l'avant. Sur ce rail coulisse un distributeur de fil 2 qui peut donc se déplacer sur toute la longueur de 1 et peut, par un dispositif de blocage convenable (une vis pression par exemple) être immobilisé pendant l'utilisation de l'appreil. On peut ainsi délivrer du fil permettant d'appliquer une force dont la direction est déterminée par la position relative de 2 par rapport à l'organe en  As can be seen in Figure 1, the device according to the invention consists essentially of a rail or guide 1 made of any profile, for example a square tube having a slot at the front. On this rail slides a wire feeder 2 which can move over the entire length of 1 and can, by a suitable locking device (a screw pressure for example) be immobilized during use of the device. It is thus possible to deliver wire for applying a force whose direction is determined by the relative position of 2 relative to the body in

exercice.exercise.

Pour diminuer le frottement du fil sur le coulisseur 2, celui-ci  To reduce the friction of the wire on the slide 2, this one

peut avantageusement comporter des roulettes comme schématisé sur la figure 2.  can advantageously comprise rollers as shown schematically in Figure 2.

Le fil arrive dans l'axe de 1 et subit un renvoi d'angle par les roues à gorges 6 et 7 dont les axes sont perpendiculaires au rail 1. Le fil passe ensuite entre les rouleaux 8 et 9 dont l'axe est cette fois parallèle à 1, ce qui permet un nouveau renvoi d'angle dans un plan perpendiculaire au précecent. La combinaison de ces deux angles permet d'effectuer une traction du fil dans toutes les directions sans occasionner des frottements probihitifs. -3- En amont du distributeur 2, on exerce sur le fil une traction T dont la direction est parallèle au rail 1. A la sortie du distributeur, on utilise la force F dont la direction, on l'a vu, est quelconque. Avec des frottements faibles, on a la relation:  The wire arrives in the axis of 1 and undergoes a bevel gear by the grooved wheels 6 and 7 whose axes are perpendicular to the rail 1. The wire then passes between the rollers 8 and 9 whose axis is this time parallel to 1, which allows a new return angle in a plane perpendicular to the prececent. The combination of these two angles makes it possible to pull the wire in all directions without causing probihitive friction. -3- Upstream of the distributor 2, is exerted on the wire a traction T whose direction is parallel to the rail 1. At the outlet of the distributor, the force F is used whose direction, as we have seen, is any. With weak friction, we have the relation:

/ F = F /T7= T/ F = F / T7 = T

Ce qui signifie que l'intensité de la force F est égale à la  Which means that the intensity of the force F is equal to the

traction du fil.pulling the thread.

Examinons maintenant le moyen de réaliser cette traction en se reportant à la figure 3. Le fil s'enroule sur un treuil 3 de rayon R. Pour assurer la traction T, il faut appliquer au treuil un couple C égal à:  Let us now examine the means of carrying out this traction by referring to FIG. 3. The wire is wound on a winch 3 of radius R. To ensure the traction T, it is necessary to apply to the winch a pair C equal to:

C = T.RC = T.R

Ceci est réalisé au moyen du moteur électrique 5 qui peut dans  This is achieved by means of the electric motor 5 which can in

certains cas être suivi d'un réducteur 4 afin d'augmenter le couple.  some cases be followed by a reducer 4 to increase the torque.

Il est avantageux d'utiliser un moteur électrique à courant continu  It is advantageous to use a DC electric motor

dans lequel on a généralement un couple proportionnel au courant d'alimen-  in which one generally has a proportional torque to the current of

tation dudit moteur. Dans ces conditions, le contrôle du couple et par suite de la force F s'effectue par une régulation du courant d'alimentation du moteur. Dans ces conditions, le contrôle du courant peut suivre une loi aussi complexe que souhaité. La figure 4 donne un exemple de régulation au moyen d'un transistor de puissance 10 qui est attaqué par l'amplificateur opérationnel 11 dont l'entrée positive reçoit une tension de consigne V(t) qui est proportionnelle au courant I traversant le moteur. La contre réaction s'effectue par la tension R I aux bornes d'une résistance R parcourue par le courant I. Elle est appliquée à l'entrée négative de l'amplificateur différentiel 11, de sorte que l'on a:  said engine. Under these conditions, the control of the torque and as a result of the force F is effected by a regulation of the motor supply current. Under these conditions, the current control can follow a law as complex as desired. FIG. 4 gives an example of regulation by means of a power transistor 10 which is driven by the operational amplifier 11 whose positive input receives a setpoint voltage V (t) which is proportional to the current I flowing through the motor. The counter-reaction is effected by the voltage R I across a resistor R traversed by the current I. It is applied to the negative input of the differential amplifier 11, so that:

V(t) = R I(t).V (t) = R I (t).

-4- Cette possibilité de contrôle de force peut être utilisée diversement: - On peut appliquer une tension constante ( V(t) = cte) dans ce cas, la force de traction reste constante quel que soit le déplacement. On peut également asservir la force au résultat d'une mesure d'élongation telle qu'elle peut être effectuée au moyen d'un codeur angulaire 12 calé sur l'axe du treuil 3, convenablement traitée pour obtenir les résultats suivants: a) asservissement de la force de façon à ce que la vitesse de déplacement du membre soit constante, ce qui permet par exemple de compenser la fatigue du patient. Dans d'autres cas, on pourra moduler la force afin d'obtenir une vitesse variable en fonction de la position du membre ou en fonction de paramètres extérieurs (variation temporelle de l'effort, pouls, etc...). b) asservissement de la force à une loi quelconque liée à la position du membre qui est reliée elle-même à la mesure d'élongation,  -4- This possibility of force control can be used variously: - One can apply a constant tension (V (t) = cte) in this case, the traction force remains constant whatever the displacement. The force can also be enslaved to the result of an elongation measurement such that it can be carried out by means of an angular encoder 12 wedged on the axis of the winch 3, suitably treated to obtain the following results: a) servo-control of the force so that the speed of movement of the limb is constant, which allows for example to compensate for patient fatigue. In other cases, it will be possible to modulate the force in order to obtain a variable speed according to the position of the limb or according to external parameters (temporal variation of the effort, pulse, etc ...). b) enslavement of the force to any law related to the position of the member which is itself connected to the elongation measure,

repérée lors du premier mouvement et mise en mémoire.  spotted during the first movement and stored.

c) asservissement de la force à des paramètres extérieurs tels: loi temporelle des montées en puissance de l'effort, vitesse du pouls,  c) enslavement of the force to external parameters such as: temporal law of the increases in power of the effort, velocity of the pulse,

pression artérielle, etc...blood pressure, etc.

La mesure de l'élongation est par ailleurs utilisable pour calculer  The measurement of elongation can also be used to calculate

le travail effectué ou la puissance développée instantanément.  work done or power developed instantly.

Le dispositif suivant l'invention peut être utilisé dans les hôpitaux ou cliniques, chez les kynésithérapeutes, dans les salles de  The device according to the invention can be used in hospitals or clinics, at physiotherapists, in theaters

gymnastique ou chez les particuliers.  gymnastics or at home.

Claims (3)

REVENDICATIONS 1 )- Dispositif destiné à la gymnastique ou à la rééducation musculaire permettant de contr1er une force antagoniste appliquée en un point quelconque de l'organisme, caractérisé en ce qu'il comporte un rail 1 sur lequel coulisse un distributeur de fil 2 dont le déplacement permet de choisir à volonté le point d'application de la force F tout au long de 1 sur lequel il peut être immobilisé par des moyens convenables, des moyens permettant d'assurer une traction T contrôlable du fil de façon à ce que la force F appliquée au patient après le renvoi d'angle que constitue le  1) - Device for gymnastics or muscle rehabilitation to control an antagonistic force applied to any point in the body, characterized in that it comprises a rail 1 on which slides a wire feeder 2 whose displacement allows to choose at will the point of application of the force F throughout 1 on which it can be immobilized by suitable means, means for ensuring a controllable traction T wire so that the force F applied to the patient after the angle distributeur 2, soit elle-même contrôlée à volonté.  distributor 2, itself controlled at will. 2 )- Dispositif destiné à la gymnastique ou à la rééducation musculaire permettant de contrôler une force antagoniste appliquée en un point quelconque de l'organisme, caractérisé en ce que le fil par lequel cette force est appliquée est directement extrait d'un treuil 3 sur lequel il s'enroule, lequel treuil est actionné par un moteur électrique 5, soit directement, soit par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse 4, de telle sorte qu'un contrôle électronique du couple du moteur 5 entraîne un contrôle de F. 3o)- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens mis en oeuvre pour assurer la traction T sont constitués par un treuil 3 actionné par un moteur électrique 5, par l'intermédiaire d'un  2) - Device for gymnastics or muscle rehabilitation to control an antagonistic force applied to any point in the body, characterized in that the wire through which this force is applied is directly extracted from a winch 3 on which it winds up, which winch is actuated by an electric motor 5, either directly or via a speed reducer 4, so that an electronic control of the torque of the motor 5 causes a control of F 3o) - Device according to claim 1, characterized in that the means used to provide traction T are constituted by a winch 3 actuated by an electric motor 5, via a éventuel réducteur de vitesse 4, de telle sorte qu'en contrôlant électroni-  possible speed reducer 4, so that by electronically controlling quement l'alimentation du moteur 5, on en règle le couple, donc la traction T et par suite F.  the power supply of the motor 5, the torque is adjusted, therefore the traction T and consequently F. 4. 25578024. 2557802 4o)- Dispositif suivant les revendications 2 ou 3,  4o) - Device according to claims 2 or 3, caractérisé en ce que le moteur 5 est un moteur à courant continu dont l'alimentation s'effectue au moyen d'une alimentation régulée en courant. )- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le distributeur de fil 2 comporte deux roues à gorge d'axe perpendiculaire au rail 1 et deux rouleaux d'axe parallèle au rail 1 entre lesquels passe le fil de telle sorte que le renvoi d'angle constitué par le distributeur 2 s'effectue avec un minimum de  characterized in that the motor 5 is a DC motor whose supply is effected by means of a current-regulated supply. ) - Device according to claim 1, characterized in that the wire feeder 2 comprises two grooved wheels axis perpendicular to the rail 1 and two axis parallel rollers to the rail 1 between which the wire passes so that the return angle constituted by the distributor 2 is carried out with a minimum of frottement, quelle que soit la direction du fil à sa sortie.  friction, regardless of the direction of the wire as it exits. 6o)- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé  6o) - Device according to claim 1, characterized en ce que le rail 1 peut se déplacer sur deux rails, qui lui sont per-  in that the rail 1 can move on two rails, which are per- pendiculaires, à la façon d'un portique de telle sorte que le point d'application de la force se déplace cette fois sur toute une surface qui peut être verticale (mur par exemple) horizontale (sol ou plafond)  pendicular, like a gantry so that the point of application of the force moves this time over an entire surface that can be vertical (wall for example) horizontal (floor or ceiling) ou quelconque, cylindrique si les rails sont courbes, etc...  or whatever, cylindrical if the rails are curved, etc ... 7o)- Dispositif suivant les revendications de 1 à 6,  7o) - Device according to claims 1 to 6, prises ensemble ou séparément, caractérisé en ce qu'on mesure par des moyens convenables l'élongation du fil de façon à traduire cette grandeur par une information électrique ou électronique, de caractère  taken together or separately, characterized in that the elongation of the wire is measured by suitable means so as to translate this quantity by electrical or electronic information, of a numérique ou analogique.digital or analog. t+ 2557802 8 ) Dispositif suivant la revendication 7 caractérisé en ce que la mesure de l'élongation est faite au moyen d'un codeur  t + 2557802 8) Device according to claim 7 characterized in that the measurement of the elongation is made by means of an encoder angulaire 12 quelconque calé sur l'axe du treuil 3.  any angular 12 set on the axis of the winch 3. 9o)- Dispositif suivant les revendications 7 ou 8, carac-  9o) - Device according to claims 7 or 8, characterized térisé en ce que la mesure de l'élongation est utilisée pour afficher la  in that the measure of elongation is used to display the puissance exercée par le patient.power exerted by the patient. - Dispositif suivant les revendications 7, 8 ou 9,   Device according to claims 7, 8 or 9, caractérisé en ce que la mesure de l'élongation est utilisée pour asservir la force F à une vitesse de traction, constante ou modulée en fonction de la position du membre en cours de rééducation musculaire, ou en fonction de paramètres extérieurs (pouls, etc...)  characterized in that the measurement of the elongation is used to control the force F at a constant or modulated tensile speed as a function of the position of the limb undergoing muscular rehabilitation, or as a function of external parameters (pulse, etc.). ..) 11 )- Dispositif suivant les revendications 7, 8 ou 9,  11) - Device according to claims 7, 8 or 9, caractérisé en ce que la mesure del'élongation est utilisée pour asservir la force en fonction de la position du membre en exercice, du sens de déplacement (travail concentrique ou excentrique) ou de tout autre paramètre extérieur, tels que programmation temporelle de l'effort  characterized in that the elongation measurement is used to control the force as a function of the position of the exercising member, the direction of movement (concentric or eccentric work) or any other external parameter, such as time programming of the effort (échauffement), vitesse du pouls, etc...  (warm-up), pulse rate, etc.
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