BE1004971A6 - Appareil d'exercices physiques programmable avec inertie. - Google Patents

Abstract

Appareil d'exercices physiques comprenant un bâti sur lequel sont montés un organe rotatif tournant librement autour d'un axe horizontal, et un volant d'inertie (15) couplé à l'organe rotatif, et sur lequel est serré une sangle (16). L'organe rotatif est couplé mécaniquement au volant d'inertie (15), et un micro-processeur (20) est monté sur le bâti pour produire un signal de commande pour le dispositif de traction réglable (19), le signal de commande représentant une difficulté de parcours simulée prédéterminée réglable. Le microprocesseur est organisée pour mémoriser les couples théoriquement nécessaires pour plusieurs parcours simulés prédéterminés et, en réponse à un signal représentant le couple effectif, pour engendrer un second signal représentant la variation de couple nécessaire pour atteindre le couple théoriquement nécessaire pour le parcours simulé correspondant, le second signal précité servant à commander le dispositif de traction réglable (19).

Description

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   APPAREIL D'EXERCICES PHYSIQUES
PROGRAMMABLE AVEC INERTIE 
La présente invention concerne un appareil pour per- mettre à un individu de pratiquer de l'exercice et de l'entraînement physiques à l'aide d'un pédalier. 



   On connaît un engin d'intérieur, appelé cyclo-ergomè- tre, qui comporte essentiellement un pédalier monté sur un bâti immobile. Un tel engin ne permet cependant pas de contrôler ni de programmer les exercices. De plus, cet engin connu ne crée guère des conditions d'exercices motivantes car il ne peut jamais donner à l'utilisateur une sensation de vélocité semblable à celle qu'il aurait en circulant à bicyclette sur une   route.

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Pour pallier cette lacune, la présente invention propose un appareil d'exercices physiques comprenant un bâti sur lequel sont montés un organe rotatif monté pour pouvoir tourner librement autour d'un axe hori- zontal, un volant d'inertie couplé à l'organe rotatif, et une sangle serrée sur une partie du pourtour du volant d'inertie, et attachée par une extrémité à un axe fixé au bâti et attachée par son extrémité opposée à l'extrémité d'un ressort, l'autre extrémité du res- sort étant connectée à un dispositif de traction ré- glable monté sur le bâti de manière à exercer un effort de traction prédéterminé sur le ressort et la sangle. 



   Conformément à l'invention, l'appareil est remarquable en ce que l'organe rotatif est couplé mécaniquement au 

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 volant d'inertie et en ce que l'appareil comprend en outre un microprocesseur monté sur le bâti pour pro- duire un signal de commande pour le dispositif de traction réglable, le signal de commande représentant une difficulté de parcours simulée prédéterminée ré- glable, le microprocesseur étant organisé pour mémori- ser les couples théoriquement nécessaires pour plu- sieurs parcours simulés prédéterminés et, en réponse à un signal représentant le couple effectif, pour engen- drer un second signal représentant la variation de couple nécessaire pour atteindre le couple théorique- ment nécessaire pour le parcours simulé correspondant,

   le second signal précité servant à commander le dispo- sitif de traction réglable. 



   L'organe rotatif précité peut être couplé au plateau de pédalier d'une bicyclette à monter sur l'appareil ou être couplé à un plateau, de pédalier lui-même fixé sur l'appareil. 



  Le volant d'inertie est couplé mécaniquement à un dis- positif pour mesurer la variation du couple moteur par rapport à la force de freinage exercée par le volant d'inertie et produire un signal électrique représen- tant ladite variation. 



   Dans un mode de réalisation exemplaire, le dispositif pour mesurer la variation du couple moteur par rapport à la force de freinage comprend un pignon moteur des- tiné à être entraîné par un pédalier et une poulie couplée mécaniquement au volant d'inertie, la poulie précitée étant en outre couplée au pignon moteur au moyen de plusieurs ressorts comprimés, chaque ressort étant serré entre une première rotule fixée au pignon moteur et une seconde rotule fixée à la poulie, plu- 

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 sieurs premiers segments fixés sur le pourtour de la poulie et plusieurs seconds segments fixés sur le pourtour du pignon,

   les premiers et seconds segments précités étant disposés de manière que les extrémités tournées l'une vers l'autre de chaque premier segment et du second segment consécutif soient écartés en for- mant une fente proportionnelle à la force de freinage, et un dispositif pour mesurer la longueur des fentes précitées et produire des signaux électriques repré- sentant la variation de longueur des fentes précitées. 



   Le microprocesseur est connecté pour recevoir le si- gnal électrique représentant la variation du couple moteur par rapport à la force de freinage et est pro- grammé pour déterminer la modification du développe- ment nécessaire pour effectuer un parcours simulé et vaincre la pente simulée qu'il représente. 



   Différents programmes d'exercices peuvent être mémori- sés dans le microprocesseur, chaque programme comprenant une séquence de plages ayant des degrés de diffi- culté différents tant en force de freinage (simulant un degré de pente) qu'en distance ou en durée. L'uti- lisÅateur a de cette manière la sensation de rouler sur un parcours routier réel et il lui est possible de sé- lectionner tel ou tel programme mémorisé au gré de ses possibilités physiques ou de ses besoins d'exercice. 



   Le microprocesseur peut également être programmé pour réaliser une simulation topographique composée au gré de l'utilisateur lui-même en fonction de sa forme physique ou en fonction de ses performances physiques ou de performances recherchées. La mémoire du micro- processeur est chargée avec un éventail de plages de difficultés diverses (par exemple plus d'une dizaine 

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 de plages) qui permettent à l'utilisateur de moduler ses exercices physiques et leurs difficultés"à la carte". 



   L'appareil selon l'invention a pour avantage d'assurer automatiquement une régulation programmable de l'ef- fort physique au cours des exercices et de réaliser une simulation programmable motivante qui donne à l'utilisateur une sensation de vélocité semblable à celle qu'il aurait en circulant à bicyclette sur une route. 



   L'invention est exposée plus en détails dans ce qui suit à l'aide des dessins joints dans lesquels : - La figure 1 représente en élévation, avec arrache- ment, un premier mode de réalisation exemplaire de l'invention. 



   - La figure 2 est une vue agrandie, avec arrachement, du dispositif dynamométrique montré dans la figure 1. 



   - La figure 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la figure 2. 



   - La figure 4 est une vue en coupe d'un détail du volant représenté dans la figure 1. 



   - La figure 5 est un diagramme représentant une simu- lation exemplaire réalisée par l'appareil selon l'in- vention. 



   - La figure 6 représente un deuxième mode de réalisa- tion exemplaire selon l'invention. 

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  Le mode de réalisation exemplaire de l'invention représenté à la figure 1 consiste en un appareil destiné à porter et à coopérer avec la roue motrice d'une bicyclette dont le cadre, qui n'est représenté que par sa partie arrière, est fixé sur l'appareil 10 selon l'invention par sa fourche arrière 1 comme montré sur le dessin. Le signe de référence 2 désigne le plateau du pédalier de la bicyclette. 



  L'appareil 10 selon l'invention comprend un bâti 11 sur lequel est monté un volant d'inertie 15 tournant librement autour d'un axe 13 fixé entre des flasques
12 solidaires du bâti 11. Sur une partie du pourtour du volant d'inertie 15 est serrée une sangle 16 : une extrémité de la sangle est fixée à un axe de retenue
17 solidaire du bâti et l'autre extrémité de la sangle est attachée à un ressort de traction 18. Celui-ci se trouve lui-même attaché à un bras d'un dispositif de traction réglable 19, par exemple un motoréducteur, destiné à exercer sur le ressort 18 un effort de traction prédéterminé réglable qui a pour effet de serrer la sangle sur la jante du volant d'inertie de manière à opposer à la rotation de celui-ci une résis- tance prédéterminée. 



  Dans un mode de réalisation préféré illustré sur la figure 4, la sangle 16 est constituée d'un ruban d'acier 41 mis en place sur la jante du volant 15 avec interposition d'un ruban de cuir 42 et d'un ruban de textile 43, celui-ci se trouvant en contact avec le bandeau du volant 15. Le ruban de cuir et le ruban de textile sont attachés par une extrémité avec le ruban d'acier à l'axe 17 auquel est également attaché le ruban d'acier 41. Les extrémités opposées du ruban de cuir et du ruban de textile sont libres. La stabilité 

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 dimensionnelle du ruban d'acier assure un effort de serrage parfaitement déterminé et réglable. Le ruban de cuir a pour effet de bien répartir l'effort de serrage sur le secteur du volant 15 avec lequel il coopère et le ruban de textile garantit un excellent frottement.

   Le ruban de textile est par exemple cons- titué d'un textile synthétique tel qu'un tissé de nylon. Grâce à ce mode d'exécution, l'effort de trac- tion prédéterminé exercé sur le ressort 18 et ainsi sur la sangle 16, crée sur le volant d'inertie 15 un effort de freinage parfaitement déterminé, stable et reproductible, ce qui permet de programmer une simula- tion d'efforts de freinage pouvant être étalonnés de manière précise. 



  Revenant à la figure 1, le dispositif de traction réglable 19 est commandé électroniquement par un microprocesseur programmable 20 organisé pour modifier la force de freinage exercée par le volant d'inertie en fonction d'un programme prédéterminé mémorisé afin de 'simuler des difficultés de parcours et d'exercices prédéterminées. Le dispositif de traction 19 reçoit son signal de commande sur une ligne 201. La modification de la force de freinage est évaluée à partir d'un système de mesure approprié. Dans un mode de réalisation exemplaire illustré à la figure 1, le système de mesure précité est un dispositif dynamométrique 21 qui est représenté à plus grande échelle sur les figures 2 et 3. 



  Sur un axe 22 fixé entre les flasques 12 est monté un moyeu moteur 23 qui est couplé au plateau 2 du pédalier de la bicyclette au moyen de la chaîne 3 de la bicyclette. Autour du moyeu 23 est montée librement une poulie 24 qui se trouve couplée au moyeu 14 du 

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 volant d'inertie 15 par l'intermédiaire d'une courroie
26. Le moyeu moteur 23 porte plusieurs segments 25, par exemple trois segments comme illustré, ces seg- ments étant répartis sur le pourtour du moyeu moteur
23 en laissant entre eux des espaces libres 27. La poulie 24, quant à elle, porte un même nombre de segments 28 répartis sur le pourtour de la poulie en laissant entre eux des espaces libres 29, les segments
28 étant pratiquement parallèles aux segments 25. 



   Le moyeu moteur 23 et la poulie 24 sont accouplés dy- namométriquement entre eux au moyen de ressorts de compression 31 répartis le long d'une couronne circu- laire 32, chaque ressort 31 étant maintenu serré en état comprimé entre deux rotules 33 et 34, l'une des rotules de chaque paire de rotules, par exemple la ro- tule 33, étant fixée sur le moyeu 23 tandis que l'autre rotule de la paire de rotules, par exemple la rotule 34, est fixée sur la poulie 24. 



    L'état   de compression des ressorts 31 varie en fonc- tion du mouvement relatif du moyeu moteur 23 par rap- port à la poulie 24. Le moyeu moteur 23 est entraîné par'la rotation du plateau 2 du pédalier, c'est-à-dire par l'individu utilisant l'appareil, et la poulie 24 est entraînée par la force de freinage exercée par le volant d'inertie 15.

   Si les segments 25 et 28 sont disposés sur le pourtour du moyeu 23 et de la poulie
24, respectivement, de telle de manière que les extré- mités tournées l'une vers l'autre d'un segment 25 et du segment 28 consécutif se trouvent écartées l'une de l'autre en formant une fente prédéterminée 35, chaque fente 35 a une longueur qui varie en fonction de la différence entre le couple moteur imprimé par le péda- lier et le couple de freinage exercé par le volant 

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 d'inertie 15 : pour un couple moteur donné, plus le couple de freinage augmente, plus les ressorts 31 sont comprimés et plus les fentes 35 s'allongent. Un opto- interrupteur 37 mesure les temps d'ouverture des fen- tes et les temps de fermeture entre les fentes et il produit chaque fois un signal qui se trouve envoyé au microprocesseur 20 par la ligne 202. 



   Le microprocesseur reçoit ces signaux régulièrement pendant chaque rotation du moyeu moteur et il évalue chaque fois la valeur du couple instantané, qui est proportionnel au quotient du pourcentage d'ouverture d'une fente au pourcentage de fermeture entre deux fentes successives. Le microprocesseur établit la valeur moyenne du couple pour chaque rotation du péda- lier, compare cette valeur moyenne à la valeur de couple mémorisée pour un parcours simulé programmé et produit sur la ligne 201 un signal de commande pour le dispositif de traction 19 de manière que celui-ci exerce sur la sangle 16 une force de traction prééta- . blie correspondant au couple mémorisé pour le parcours simulé. 



   Dans le microprocesseur 20 sont avantageusement mémo- risées des données représentant des parcours simulés qui présentent des variations du degré de difficulté. 



   Chaque parcours simulé est composé d'une succession de plages préétablies ayant diverses longueurs et divers degrés de pente simulant un profil de terrain similai- re à celui d'un véritable parcours routier. 



   La figure 5 illustre une simulation exemplaire. En abscisses est portée la distance simulée DS (ou le temps) et en ordonnées est porté le degrés de pente simulé PS exprimé en pourcentage. A un degré de pente 

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 PS donné correspond un effort de freinage prédéterminé produit par la sangle 16 sur le volant d'inertie 15. Le parcours simulé 100 représenté à titre d'exemple se compose des plages 101 à 108. La plage 101, par exemple, simule un tronçon plat correspondant à une distance de 1 km. La plage 102 simule un tronçon de 0,6 km avec une pente de 4 %, et ainsi de suite. La plage 104, par exemple, qui suit deux plages de parcours en pente, représente une plage de récupération pour l'utilisateur. 



  Pour chaque plage de simulation, le microprocesseur 20 mémorise par exemple des données représentant la distance simulée et des données représentant l'effort de traction sur la sangle 16, c'est-à-dire l'effort de freinage correspondant au degré de pente simulé. Le microprocesseur 20 est programmé pour produire le signal de commande voulu pour le dispositif de traction 19 en réponse aux signaux de mesure reçus du dispositif dynamométrique 21 de manière que soit réalisé 
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 , l'effort de freinage voulu pour une distance simulée donnée.'L'implémentation de la programmation au sein du microprocesseur est de la compétence normale de l'homme du métier. 



  Au lieu de simuler des tronçons de parcours définis en distance, le microprocesseur peut également être programmé pour simuler les tronçons de parcours en durée à partir d'impulsions de temps générées par un générateur approprié. 



  Tout au long de la simulation conformément à l'invention, l'utilisateur se trouve placé dans des conditions d'exercices qui lui procurent une sensation de vélocité comparable à celle que procure un parcours 

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 sur route réelle. A chaque plage de simulation, la sensation de vélocité qu'il éprouve oblige l'utilisa- teur à réagir comme sur route et, le cas échéant, à sélectionner le développement adéquat à l'aide du dis- positif de changement de vitesse dont serait équipée la bicyclette, de manière à poursuivre l'exercice. Un sélecteur prévu sur le microprocesseur permet à l'uti- lisateur de sélectionner le programme d'un exercice. 



   Afin d'offrir à l'utilisateur un large éventail de si- mulations lui permettant de moduler ses exercices phy- siques et leurs difficultés"à la carte", le micropro- cesseur 30 mémorise avantageusement un certain nombre de plages de simulation de difficultés diverses que l'utilisateur peut sélectionner et programmer à son gré de manière à composer une simulation de profil de terrain en fonction de sa forme physique ou en fonc- tion de ses performances antérieures ou de performan- ces recherchées. 



  . Le microprocesseur 20 assure la visualisation des don- nées   sélectionnées   (distances et difficultés simulées) ainsi que des performances réalisées (distance parcou- rue depuis le départ, vitesse instantanée, cadence, etc). Il peut aussi être programmé pour comptabiliser la distance parcourue par l'utilisateur lorsque celui- ci réduit le couple nécessaire pour absorber une plage de difficulté. 



  Dans le mode de réalisation décrit plus haut l'appa- reil 10 conforme à l'invention coopère avec le plateau de pédalier d'une bicyclette que l'on monte sur l'appareil comme on l'a vu. Toutefois, l'appareil selon l'invention peut également être réalisé avec un péda- lier propre. Ainsi, par exemple, un plateau de péda- 

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 lier peut être fixé directement sur le moyeu 22 du pignon moteur 23 sur la figure 1. 



  Un autre mode d'exécution exemplaire est illustré sur la figure 6. Dans ce mode d'exécution, un plateau de pédalier 2 est monté sur un support 1 solidaire du bâti 11 et ce plateau de pédalier 2 est couplé au pignon moteur 23 au moyen d'une chaîne 3 de manière à entraîner le pignon moteur 23 précité comme dans l'exemple de la figure 1. Pour le restant, le dispositif 10 est en tous points semblable à celui des exemples d'exécution précédents et le fonctionnement est identique. 



  Il est bien entendu cependant que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits dans ce qui précède. Toute modification, toute variante et tout agencement équivalent doivent être considérés comme compris dans le cadre de l'invention.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS 1. Appareil d'exercices physiques comprenant un bâti sur lequel sont montés un organe rotatif monté pour pouvoir tourner librement autour d'un axe horizontal, un volant d'inertie (15) couplé à l'organe rotatif, et une sangle (16) serrée sur une partie du pourtour du volant d'inertie, et attachée par une extrémité à un axe (17) fixé au bâti et attachée par son extrémité opposée à l'extrémité d'un ressort (18), l'autre ex- trémité du ressort (18) étant connectée à un disposi- tif de traction réglable (19) monté sur le bâti de manière à exercer un effort de traction prédéterminé sur le ressort (18) et la sangle (16), caractérisé en ce que l'organe rotatif est couplé mécaniquement au volant d'inertie (15), et en ce que l'appareil comprend un microprocesseur (20)

   monté sur le bâti pour produire un signal de commande pour le dispositif de traction réglable (19), le signal de commande repré- sentant une difficulté de parcours simulée prédétermi- . née réglable, le microprocesseur étant organisé pour mémoriser les couples théoriquement nécessaires pour plusieurs parcours simulés prédéterminés et, en répon- se à un signal représentant le couple effectif, pour engendrer un second signal représentant la variation de couple nécessaire pour atteindre le couple théoriquement nécessaire pour le parcours simulé correspondant, le second signal précité servant à commander le dispositif de traction réglable (19).
2. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe rotatif est destiné à être couplé au plateau du pédalier (2) d'une bicyclette à monter sur l'appareil. <Desc/Clms Page number 13>
3. 3. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe rotatif se trouve couplé à un plateau de pédalier (2) fixé sur le bâti.
4. 4. Appareil selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la sangle (16) est constituée d'un ruban d'acier (41) sous lequel sont placés un ruban de cuir (42) et/ou un ruban de textile (43), celui-ci étant en contact avec le volant d'inertie (15), le ruban de cuir et le ruban de textile étant attachés par une extrémité avec le ruban d'acier à l'axe (17) précité tandis que leurs extrémités opposées sont libres.
5. 5. Appareil selon la revendication 1,2, 3 ou 4, caractérisé en ce que le volant d'inertie (15) est couplé mécaniquement à un dispositif (21) pour mesurer la variation du couple moteur par rapport à la force de freinage exercée par le volant d'inertie et produire un signal électrique représentant ladite variation.
6. . 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que le dispositif (21) pour mesurer la variation du couple moteur par rapport à la force de freinage comprend un pignon moteur (23) destiné à être entraîné par un pédalier (2) et une poulie (24) couplée mécaniquement au volant d'inertie (15), la poulie précitée étant en outre couplée au pignon moteur (23) au moyen de plusieurs ressorts (31) comprimés, chaque ressort étant serré entre une première rotule (33) fixée au pignon moteur (23) et une seconde rotule (34) fixée à la poulie (24), plusieurs premiers segments (25) fixés sur le pourtour de la poulie (24) et plusieurs seconds segments (28) fixés sur le pourtour du pignon (23),

   les premiers et seconds segments précités étant dispo- sés de manière que les extrémités tournées l'une vers <Desc/Clms Page number 14> l'autre de chaque premier segment (25) et du second segment (28) consécutif soient écartés en formant une fente (35) proportionnelle à la force de freinage, et un dispositif (37) pour mesurer la longueur des fentes (35) précitées et produire des signaux électriques représentant la variation de longueur des fentes (35) précitées.
7. 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le microprocesseur (20) est connecté pour recevoir le signal électrique représentant la variation du couple moteur par rapport à la force de freinage et est programmé pour déterminer la modification du développement nécessaire pour effectuer un parcours simulé et vaincre la pente simulée qu'il représente.