EP0394146B1 - Tapis roulant ergométrique perfectionné - Google Patents

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EP0394146B1
EP0394146B1 EP90420177A EP90420177A EP0394146B1 EP 0394146 B1 EP0394146 B1 EP 0394146B1 EP 90420177 A EP90420177 A EP 90420177A EP 90420177 A EP90420177 A EP 90420177A EP 0394146 B1 EP0394146 B1 EP 0394146B1
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EP
European Patent Office
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treadmill
runner
vertical
speed
instantaneous
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EP90420177A
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German (de)
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Alain Belli
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Gip Exercice - Laboratoire De Physiologie (groupement D'interet Public Loi No 82610 Du 15/07/1982)
Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
Original Assignee
Gip Exercice - Laboratoire De Physiologie (groupement D'interet Public Loi No 82610 Du 15/07/1982)
Centre Stephanois de Recherches Mecaniques Hydromecanique et Frottement SA
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Publication date
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    • A63B21/00178Exercising apparatus for developing or strengthening the muscles or joints of the body by working against a counterforce, with or without measuring devices for active exercising, the apparatus being also usable for passive exercising
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A63SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
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    • A63B22/02Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills
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    • A63B22/02Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills
    • A63B22/0235Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills driven by a motor
    • A63B22/0242Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills driven by a motor with speed variation
    • A63B22/025Exercising apparatus specially adapted for conditioning the cardio-vascular system, for training agility or co-ordination of movements with movable endless bands, e.g. treadmills driven by a motor with speed variation electrically, e.g. D.C. motors with variable speed control
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    • A63BAPPARATUS FOR PHYSICAL TRAINING, GYMNASTICS, SWIMMING, CLIMBING, OR FENCING; BALL GAMES; TRAINING EQUIPMENT
    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/10Positions
    • A63B2220/13Relative positions
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    • A63B2220/00Measuring of physical parameters relating to sporting activity
    • A63B2220/50Force related parameters
    • A63B2220/51Force

Definitions

  • the invention relates to an improved ergometric treadmill.
  • the invention relates to materials and equipment allowing the training of sportsmen in particular, but also authorizing the rehabilitation of people. This material is also suitable for carrying out research work for physiological and biomechanical purposes.
  • Motorized treadmills are already known which are capable of recreating the relative movement of a runner relative to a track by making the latter mobile.
  • the track is constituted by a belt in the form of an endless belt between two cylinders or idler rollers and driven by an electric motor whose speed is constant.
  • the speed level is adjustable or preset by a servo system.
  • Another object of the invention was to propose an apparatus making it possible to measure the power of the user in the different racing situations considered.
  • Another object according to the invention was to design an apparatus of simple design, inexpensive allowing simultaneous measurement of various other parameters.
  • the treadmill comprises an endless belt arranged in tension between two rollers positioned and held on a carrying frame, the runner being in action on the upper strand of the mat, itself held by a plate support associated with the chassis driving the treadmill, the runner himself ensures the movement and the training of the treadmill by modulating and regulating himself the running speed of the treadmill, and in that the runner is attached to a belt itself even associated by means with the carrying frame of the mat, having freedom of movement in the vertical and lateral planes, and not in the frontal plane or of movement of the mat and in that measuring means are arranged on the means of attachment and connection of the runner and on the treadmill authorizing the recording and calculation of certain parameters such as instantaneous vertical power and instantaneous horizontal power runner's age.
  • Said motor being capable of acting as a possible complement to more or less compensate for the mechanical friction forces
  • the ergometric treadmill according to the invention is established on the basis of an operating concept different from the prior art, namely that it is the runner who himself sets in motion and drives the treadmill, thus being able to modulate will the different effects or racing situations sought.
  • the treadmill is referenced as a whole by (1) and comprises an endless belt arranged in tension between two rollers (2), these are suitably positioned and held by supports (3) on a carrying frame. (4).
  • the upper strand of the treadmill is itself held by a plate or support (18) associated with the chassis.
  • the runner (C) stands on the upper side of the mat and is held in a fixed position by a belt (5) fixed around his waist, said belt being secured on the side of the user's back to a grab bar (6 ).
  • the latter is articulated at one of its ends (6,1) to the upper part of a console (7) vertical in the rear part of the supporting frame (4).
  • the articulation of the bar allows vertical and horizontal movements of the user but not his frontal movements, that is to say forwards, or backwards in the direction of movement of the mat.
  • the speed of the conveyor belt driven by the user is calculated by a signal generated by means of the optical encoder type (8) associated with a frequency-voltage converter mounted on the axis of one of the return cylinders and mat training.
  • the horizontal forces exerted by the runner or user are calculated from a signal generated by means (9) of the force sensor type, for example with strain gauges mounted on the support bar.
  • the vertical displacement of the runner is calculated from a signal generated by means (10), for example of the potentiometer type, located on the axis of rotation of the grab bar.
  • the various means (8, 9, and 10) are connected to the aforementioned electronic interface (7) which, in conjunction with plotters (11, 12 and 13), allows the results observed to be printed and displayed.
  • the ergometric treadmill makes it possible to train a subject in environmental conditions superior to those existing on the track and therefore to obtain superior results in the long term and to improve the maximum speed or power of the subject. This is particularly advantageous for training fast races like sprints.
  • the invention finds many advantages.
  • the ergometric treadmill allows you to vary the speed, forces and powers supplied during the race at will. It offers possibilities of bio-mechanical measurements and analyzes impossible to obtain on conventional treadmills.

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Description

  • L'invention a pour objet un tapis roulant ergométrique perfectionné.
  • L'invention se rattache au matériel et équipement permettant l'entrainement de sportifs notamment, mais également autorisant la rééducation des personnes. Ce matériel est également adapté pour effectuer des travaux de recherche à des fins physiologiques et biomécaniques..
  • On connait déjà des tapis roulants motorisés susceptibles de recréer le déplacement relatif d'un coureur par rapport à une piste en rendant celle-ci mobile. Ainsi la piste est constitué par un tapis en forme de courroie sans fin entre deux cylindres ou rouleaux de renvoi et entrainée par un moteur électrique dont la vitesse est constante. Dans cette mise en oeuvre, le niveau de vitesse est ajustable ou préréglée par un système d'asservissement. Ainsi le coureur est alors immobile par rapport à l'environnement ce qui permet un entrainement en salle à vitesse constante et facilite la saisie uniquementdes données physiologiques.
  • Les tapis roulants motorisés de ce type présentent cependant des limites d'utilisation et certains inconvénients qui sont :
    • pour l'athlète une vitesse imposée ne permettent pas le sprint, ni de moduler la puissance de course.
    • pour l'entraineur, le chercheur, et d'une manière plus générale le bio-mécanicien chargé d'établir les essais et tests d'en apprécier les résultats. l'impossibilité pour lui de mesurer la puissance mécanique externe fournie lors de la course.

    on connait par le brevet GB 2184361 un appareil tapis roulant automatique permettant de controler la condition physique de l'utilisateur. Cet appareil utilise un grand nombre d'éléments sensitifs de mesure et de collecte de données, l'utilisateur étant sans contact direct avec les moyens de mesure. Un premier but recherché selon l'invention était donc de proposer un appareil offrant plus de souplesse d'utilisation et permettant de mesurer l'effort de l'utilisateur dans différentes situations de course. rapide telle que sprint, régulière ou de désaccélération.
  • Un autre but de l'invention était de proposer un appareil permettant de mesurer la puissance de l'utilisateur dans les différentes situations de course considérée.
  • Un autre but selon l'invention était de concevoir un appareil de conception simple, peu coûteux autorisant une mesure simultanée de divers autres paramètres.
  • Ces buts et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description.
  • Selon une première caractéristique de l'invention, le tapis roulant comprend une bande sans fin disposée en tension entre deux rouleaux positionnés et maintenus sur un chassis porteur, le coureur étant en action sur le brin supérieur du tapis, lui-même maintenu par une plaque support associée au châssis entraînant le tapis, le coureur assure lui-même le mouvement et l'entrainement du tapis roulant en modulant et régulant lui-même la vitesse de défilement du tapis, et en ce que le coureur est attaché à une ceinture elle-même associée par des moyens au chassis porteur du tapis, en ayant une liberté de mouvement dans les plans vertical et latéral, et non pas dans le plan frontal ou de déplacement du tapis et en ce que des moyens de mesure sont disposés sur le moyen d'attache et de liaison du coureur et sur le tapis roulant autorisant l'enregistrement et le calcul de certains paramètres tels que la puissance verticale instantanéeet la puissance horizontale instantanée du coureur. Ledit moteur etant susceptible d'agir à titre complémentaire éventuel pour compenser plus ou moins les forces de frottement mécaniques
  • Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront bien de la suite de la description.
  • Pour fixer l'objet de l'invention illustré d'une manière non limitative aux figures des dessins où :
    • La figure 1 est une vue à caractère schématique illustrant le tapis roulant ergométrique selon l'invention intervenant pour une série de trois mesures enregistrées simultanément.
    • La figure 2 est une vue à caractère schématique selon la figure 1 illustrant le tapis roulant ergométrique selon l'invention associé à un système de mesure et de calcul automatique de données enregistrées.
    • Les figures 3, 4 et 5 sont des graphiques illustrant les mesures respectives de :
    • l'évolution de la puissance potentielle de gravitation (en watts) en fonction du temps (en seconde), correspondant à la mesure de la puissance verticale instantanée développée par l'utilisateur.
    • l'évolution de la puissance cinétique de translation (en watts) en fonction du temps (en seconde) correspondant à la mesure de la puissance horizontale instantanée développée par l'utilisateur.
    • l'évolution de la puissance mécanique externe instantanée (en watts) en fonction du temps (en seconde), étant la somme des deux mesures précédentes.
  • Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant d'une manière non limitative illustrée aux figures des dessins.
  • Le tapis roulant ergométrique selon l'invention est établi à partir d'un concept de fonctionnement différent de l'art antérieur à savoir que c'est le coureur qui met lui-même en mouvement et entraine le tapis roulant, en pouvant ainsi moduler à volonté les différents effets ou situations de course recherchés.
  • A cet effet, le tapis roulant est référencé dans son ensemble par (1) et comprend une bande sans fin disposée en tension entre deux rouleaux (2), ceux-ci sont convenablement positionnés et maintenus par des supports (3) sur un châssis porteur (4). Le brin supérieur du tapis roulant est lui-même maintenu par une plaque ou support (18) associée au châssis.
  • Le coureur (C) se tient sur le brin supérieur du tapis et est maintenu en position fixe par une ceinture (5) fixée autour de sa taille, ladite ceinture étant solidarisée du côté du dos de l'utilisateur à une barre de maintien (6). Celle-ci est articulée à l'une de ses extrémités (6,1) à la partie supérieure d'une console (7) verticale dans la partie arrière du châssis porteur (4). L'articulation de la barre permet des déplacements verticaux et horizontaux de l'utilisateur mais non ses déplacements frontaux, c'est-à-dire vers l'avant, ou vers l'arrière dans le sens de déplacement du tapis.
  • Des capteurs montés sur le tapis roulant et la barre de maintien sont reliés à un moyen d'enregistrement (7) du type par exemple un interface électronique et permettent d'obtenir des signaux électroniques (tension analogique) correspondant aux données suivantes :
    • Vitesse du tapis roulant
    • force de traction horizontale du coureur.
    • déplacement vertical du coureur.
  • Le calcul de la vitesse du tapis roulant entrainé par l'utilisateur est réalisé par un signal généré par un moyen du type codeur optique (8) associé à un convertisseur fréquence-tension monté sur l'axe de l'un des cylindres de renvoi et d'entrainement du tapis.
  • Le calcul des forces horizontales exercées par le coureur ou utilisateur est réalisé à partir d'un signal généré par un moyen (9) du type capteur de force par exemple à jauges de contrainte monté sur la barre de maintien.
  • Le calcul du déplacement vertical du coureur est réalisé à partir d'un signal généré par un moyen (10) par exemple du type potentiomètre situé sur l'axe de rotation de la barre de maintien.
  • Les différents moyens (8, 9, et 10) sont connectés à l'interface électronique (7) précité qui permet en liaison avec des traceurs (11, 12 et 13) d'imprimer et visualiser les résultats constatés.
  • En variante selon la figure 2, l'acquisition et le traitement des données peut s'effectuer sur un ordinateur (14) au moyen d'un interface analogique digital (15) et d'un logiciel adapté. L'interface et le logiciel permettent alors de calculer et de visualiser les données suivantes en fonction du temps.
    • la force de traction horizontale du sujet ou coureur
    • la vitesse du tapis roulant
    • le déplacement vertical du sujet ou coureur
    • la puissance verticale instantanée fournie par le sujet ou coureur
    • la puissance horizontale instantanée fournie par le sujet ou coureur
    • la puissance totale instantanée fournie par le sujet ou coureur.
    • la puissance verticale instantanée fournie (PV) est la conséquence des élévations et des abaissements successifs du coureur :

    PV = M . g . Vv
    ou   M est la masse du sujet en kilogrammes
          g est l'accélération de la pesanteur (9,81 m/s/s)
         Vv est la vitesse verticale du sujet en m/s
       -La puissance horizontale (Ph) instantanée fournie par le sujet est la conséquence de vitesse et des forces horizontales se produisant lors de la course. Ph = Fh . Vh
    Figure imgb0001

    où   Fh est la force horizontale produite en Newton
       Vh est la vitesse horizontale du sujet en m/s
       - La puissance totale instantanée fournie (Pt) est la somme de la puissance horizontale instantanée fournie et de la puissance verticale instantanée fournie Pt = Pv + Ph
    Figure imgb0002

    Les graphiques des figures 3, 4 et 5 illustrent certaines mesures effectuées sur un sujet.
  • Selon une autre disposition caractéristique de l'invention, le tapis roulant est susceptible d'être entraîné à titre complémentaire par un moteur (16) dont le couple est constant de façon à compenser plus ou moins les forces de frottement mécanique, la vitesse du moteur étant libre. Le niveau du couple moteur est ajustable par un système d'asservissement en couple. Il y a lieu de noter que la valeur de compensation du couple moteur peut être établie pour une valeur proche de zéro compensant simplement les forces de frottement ou atteindre une valeur pouvant aller jusqu'à 2 ou 10 fois en augmentation ou en diminution de celles-ci.
    • Ainsi lorsqu'il y a simple compensation des forces de frottement, on se trouve dans les mêmes conditions qu'une piste normale.
    • Si le couple moteur est supérieur aux forces de frottement jusqu'à une valeur de 2 à 10 fois celles-ci, le sujet doit principalement retenir le tapis roulant assurant ainsi un entrainement du type excentrique permettant la survitesse.
    • Si le couple moteur est inférieur aux forces de frottement jusqu'à une valeur de 2 à 10 fois celles-ci, il y a alors augmentation de la dureté du tapis pour son entrainement, ayant pour conséquence un entrainement du type concentrique exigeant une surpuissance de l'utilisateur, c'est à dire un effort supérieur de ce dernier.
  • Il apparait pour cette dernière situation d'une manière fort avantageuse que le tapis roulant ergométrique permet d'entrainer un sujet dans des conditions d'environnement supérieures à celles réelles existantes sur piste et donc d'obtenir à terme des résultats supérieurs et d'améliorer la vitesse ou la puissance maximum du sujet. Cela est particulièrement avantageux pour un entrainement de courses rapides du type sprints.
  • La modulation du couple moteur et son action sur le tapis roulant est obtenu par des moyens mécaniques classiques, à la portée de l'homme de l'art.
  • L'invention trouve de nombreux avantages. Le tapis roulant ergométrique permet de faire varier et à volonté la vitesse, les forces et les puissances fournies lors de la course. Il offre des possibilités de mesures et d'analyses bio-mécaniques impossibles à obtenir sur les tapis roulants classiques.
  • Il offre de nouvelles perspectives d'entrainement et de recherche. En particulier, un entrainement à la course, avec possibilité de variation de la puissance de course, est possible.

Claims (11)

  1. Tapis roulant ergométrique perfectionné, du type comprenant une bande sans fin disposée en tension entre deux rouleaux (2) positionnés et maintenus sur un chassis porteur (4), le coureur (2) étant en action sur le brin supérieur du tapis lui-même maintenu par une plaque support (18) associée au châssis, un moteur (16) entraînant le tapis et le coureur assure lui-même le mouvement et l'entrainement du tapis roulant en modulant et régulant lui-même la vitesse de défilement du tapis, caractérisé en ce que le coureur est attaché à une ceinture (5) elle-même associée par des moyens (6) au châssis porteur du tapis, en ayant une liberté de mouvement dans les plans vertical et latéral, et non pas dans le plan frontal ou de déplacement du tapis et en ce que des moyens de mesure sont disposés sur le moyen (6) d'attache et de liaison du coureur et sur le tapis roulant autorisant l'enregistrement et le calcul de certains paramètres tels que la puissance verticale instantanée et la puissance horizontale instantanée du coureur, ledit moteur étant susceptible d'agir à titre complémentaire éventuel pour compenser plus ou moins les forces de frottement mécaniques.
  2. Tapis roulant selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen (6) est constitué par une barre de maintien dont une extrémité est solidarisée à la ceinture et l'autre (6.1) extrémité articulée sur une console d'appui (7) verticale disposée dans la partie arrière du chassis porteur (4) du tapis, l'articulation de la barre autorisant les déplacements verticaux et horizontaux du coureur.
  3. Tapis roulant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens de mesure disposés sur le tapis roulant et la barre de maintien sont reliés à un moyen d'enregistrement (7) du type interface électronique et permettent d'obtenir les signaux électroniques relatifs aux paramètres suivants : vitesse du tapis roulant, force de traction horizontale du coureur, déplacement vertical du coureur, ledit interface (7) étant connecté à des traceurs (11, 12, 13) d'impression et enregistrements des données.
  4. Tapis roulant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que les moyens de mesure disposés sur le tapis roulant et la barre de maintien sont reliés à un moyen d'enregistrement du type interface analogique digital associé à un ordinateur avec logiciel adapté et traceurs autorisant le calcul et la visualisation des données suivantes :
    - force de traction horizontale du coureur
    - vitesse du tapis roulant
    - déplacement vertical du coureur
    - puissance verticale instantanée fournie par le coureur
    - puissance horizontale instantanée fournie par le coureur
    - puissance totale instantanée fournie par le coureur
  5. Tapis roulant selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que la mesure et calcul de la vitesse du tapis roulant entraîné par le coureur sont obtenus par un signal généré par un moyen du type codeur optique (8) associé à un convertisseur fréquence-tension monté sur l'axe de l'un des moyens de renvoi et d'entrainement du tapis.
  6. Tapis roulant selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que la mesure et le calcul des forces horizontales exercées par le coureur sont obtenus par un signal généré par un moyen (9) du type capteur de force par exemple à jauges de contrainte monté sur la barre de maintien.
  7. Tapis roulant selon l'une quelconque des revendications 3 et 4 caractérisé en ce que la mesure et le calcul du déplacement vertical du coureur sont obtenus par un signal généré par un moyen (10) par exemple du type potentiomètre situé sur l'axe de rotation et d'articulation de la barre de maintien.
  8. Tapis roulant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le tapis est susceptible d'être entrainé par un moteur (16) dont le couple est constant et adapté pour compenser ou pour des valeurs supérieures ou inférieures ou égales aux forces de frottement mécaniques, la vitesse du moteur étant libre et le niveau du couple réglable.
  9. Tapis roulant selon la revendication 8 caractérisé en ce que la valeur du couple moteur est établie pour une valeur compensant les forces de frottement.
  10. Tapis roulant selon la revendication 8 caractérisé en ce que la valeur du couple moteur est établie pour être supérieure aux forces de frottement jusqu'à 2 à 10 fois celles-ci.
  11. Tapis roulant selon la revendication 8 caractérisé en ce que la valeur du couple moteur est établie pour être inférieure aux forces de frottement jusqu'à 2 à 10 fois celle-ci.
EP90420177A 1989-04-14 1990-04-10 Tapis roulant ergométrique perfectionné Expired - Lifetime EP0394146B1 (fr)

Priority Applications (1)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8905283 1989-04-14
FR8905283A FR2645753B1 (fr) 1989-04-14 1989-04-14

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Publication Number Publication Date
EP0394146A1 EP0394146A1 (fr) 1990-10-24
EP0394146B1 true EP0394146B1 (fr) 1993-09-01

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EP90420177A Expired - Lifetime EP0394146B1 (fr) 1989-04-14 1990-04-10 Tapis roulant ergométrique perfectionné

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JP (1) JP2919903B2 (fr)
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CA (1) CA2014395A1 (fr)
DE (1) DE69002995T2 (fr)
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