FR2747469A1 - Force measuring unit for force applied by human foot onto surface e.g. during sporting activity - Google Patents

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Abstract

The unit has a surface(3) to which the force is applied which is suspended from a support(6) in contact with the ground. The unit contains several pressure sensors(8,9,10) designed to measure the vertical, lateral and tangential forces applied to the surface(3). The surface(3) is a motorised endless belt(E) on at least two rollers(1,2) which presses against a sole plate(5a). The whole is mounted in a frame(5) and is suspended from the support(6) so as free from ground contact. The sensors(8) are mounted on the edges of the sole plate(5a), the sensors(9) between the support side frames and the belt roller supports and the sensors(10) between the support frame ends and the belt frame.

Description

Dispositif de mesure des efforts exercés par au moins une jambe sur une surface. Device for measuring the forces exerted by at least one leg on a surface.

L'invention se rattache au secteur technique des appareils d'analyse et de mesure à usage médical biomécanique notamment, et à usage sportif. The invention relates to the technical sector of analysis and measurement devices for biomechanical medical use in particular, and for sports use.

Dans le cas d'une rééducation fonctionnelle, il est souvent important de connaître soit les efforts appliqués par chacune des jambes, lors d'une marche naturelle, soit les efforts appliqués simultanément par les deux jambes. In the case of functional rehabilitation, it is often important to know either the forces applied by each of the legs, during a natural walk, or the forces applied simultaneously by the two legs.

Pour tenter de mesurer les efforts d'appui appliqués lors du déplacement d'un individu, on a proposé d'équiper des tapis roulants de différents capteurs d'efforts. Généralement, les capteurs sont disposés entre la sole, sur laquelle glisse la bande du tapis et la structure dudit châssis. Ces dispositions permettent de mesurer essentiellement les efforts d'appui verticaux mais ne peuvent, en aucun cas, permettre de mesurer des efforts tangentiels, compte-tenu du frottement exercé par le tapis sur la sole. In an attempt to measure the support forces applied during the movement of an individual, it has been proposed to equip treadmills with different force sensors. Generally, the sensors are arranged between the floor, on which the strip of the belt slides and the structure of said chassis. These provisions make it possible to essentially measure the vertical support forces but cannot, in any case, make it possible to measure tangential forces, taking into account the friction exerted by the belt on the sole.

Pour résoudre le problème posé de pouvoir mesurer les efforts verticaux et tangentiels, en ayant pour objectif de s'affranchir totalement des frottements, il est apparu nécessaire d'isoler du sol, la partie recevant le tapis roulant. To resolve the problem posed of being able to measure the vertical and tangential forces, with the aim of completely eliminating friction, it appeared necessary to isolate from the ground, the part receiving the treadmill.

Une solution technique apte à résoudre ce problème, est décrite dans la demande de brevet FR 9501692 dont le demandeur de la présente est également titulaire. A technical solution capable of solving this problem is described in patent application FR 9501692, of which the applicant here is also the holder.

Selon cette demande de brevet, le tapis roulant présente une structure rigide recevant les différents éléments du tapis pour son entrainement, cette structure étant portée par des capteurs de mesure de force multi-directionnelles qui sont solidaires d'une plaque commune d'appui au sol. Il en résulte que les forces de frottement du tapis sur son support et de tous les éléments d'entrainement, sont des forces internes qui, en aucun cas, ne sont appliquées aux capteurs d'appuis portant la structure. According to this patent application, the treadmill has a rigid structure receiving the various elements of the belt for its training, this structure being carried by multi-directional force measurement sensors which are integral with a common support plate on the ground . As a result, the friction forces of the mat on its support and of all the drive elements are internal forces which, in no case, are applied to the support sensors carrying the structure.

Cette solution technique répond parfaitement au problème posé, de pouvoir mesurer les différents efforts verticaux et tangentiels. This technical solution responds perfectly to the problem posed, of being able to measure the different vertical and tangential forces.

Toutefois, cette solution nécessite d'employer des capteurs spécifiques aptes à mesurer les trois composantes orthogonales d'une force dynamique agissant dans une direction quelconque.However, this solution requires the use of specific sensors capable of measuring the three orthogonal components of a dynamic force acting in any direction.

A partir de cette constatation selon laquelle il est nécessaire d'isoler du sol la partie recevant le tapis roulant, il a été conçu et mis au point une nouvelle solution technique permettant d'utiliser des capteurs de mesures de forces de conception classique. Based on this observation that it is necessary to isolate from the ground the part receiving the treadmill, it has been designed and developed a new technical solution allowing the use of force measurement sensors of conventional design.

Pour résoudre un tel problème, il a été conçu et mis au point un dispositif de mesure des efforts exercés par au moins une jambe sur une surface. Selon l'invention, la surface est isolée du sol en étant suspendue à un organe support d'appui au sol en étant assujettie à plusieurs capteurs de forces aptes à mesurer les efforts verticaux, latéraux et tangentiels exercés sur ladite surface. To solve such a problem, it has been designed and developed a device for measuring the forces exerted by at least one leg on a surface. According to the invention, the surface is isolated from the ground by being suspended from a support member for supporting the ground by being subject to several force sensors capable of measuring the vertical, lateral and tangential forces exerted on said surface.

Avantageusement, la surface est un tapis roulant motorisé comprenant au moins deux rouleaux entrainés par un moteur et sur lesquels est tendu le tapis, en appui sur une plaque constituant la sole, l'ensemble étant monté dans une structure qui est suspendue à l'organe support pour ne pas être en appui au sol. Advantageously, the surface is a motorized conveyor belt comprising at least two rollers driven by a motor and on which the belt is stretched, bearing on a plate constituting the sole, the assembly being mounted in a structure which is suspended from the member. support so as not to be on the ground.

Pour résoudre le problème posé d'isoler du sol, l'ensemble du tapis roulant, ce dernier est suspendu à l'organe support par l'intermédiaire de tringles articulées. To solve the problem of isolating the entire treadmill from the ground, the latter is suspended from the support member by means of articulated rods.

Compte-tenu du problème posé d'utiliser des capteurs de mesure de force de conception classique
- les capteurs, pour mesurer les efforts verticaux, sont disposés entre le tapis et la sole que présente la structure ou bien sont disposés au niveau de l'accrochage des tringles de suspension sur l'organe support.
Given the problem posed of using force measurement sensors of conventional design
- The sensors, to measure the vertical forces, are arranged between the belt and the floor that the structure presents or are arranged at the attachment of the suspension rods to the support member.

- les capteurs, pour mesurer les efforts latéraux, sont disposés entre les bords latéraux du tapis considérés perpendiculairement aux axes d'entrainement des rouleaux et une partie fixe de l'organe support,
- les capteurs, pour mesurer les efforts tangentiels sont disposés au niveau des bords transversaux du tapis considérés parallèlement au sens d'entrainement des rouleaux, en combinaison avec une partie fixe de l'organe support.
the sensors, for measuring the lateral forces, are arranged between the lateral edges of the belt considered perpendicular to the drive axes of the rollers and a fixed part of the support member,
- The sensors, to measure the tangential forces are arranged at the transverse edges of the belt considered parallel to the direction of drive of the rollers, in combination with a fixed part of the support member.

Un autre problème que se propose de résoudre l'invention, est de pouvoir mesurer les efforts verticaux, latéraux et tangentiels, en séparant les appuis exercés par la jambe droite de ceux exercés par la jambe gauche. Another problem which the invention proposes to solve is to be able to measure the vertical, lateral and tangential forces, by separating the supports exerted by the right leg from those exerted by the left leg.

Pour résoudre un tel problème, le tapis est en deux parties parallèles et séparées, entrainées chacune par un moteur de manière à constituer deux ensembles indépendants correspondant à chacune des jambes. Chacun des ensembles est suspendu aux deux côtés latéraux de l'organe support. To solve such a problem, the mat is in two parallel and separate parts, each driven by a motor so as to constitute two independent assemblies corresponding to each of the legs. Each of the assemblies is suspended from the two lateral sides of the support member.

Avantageusement, l'organe support, apte à permettre la suspension du tapis pour l'isoler du sol, est constitué par un portique.  Advantageously, the support member, capable of allowing the suspension of the mat to isolate it from the ground, consists of a gantry.

L'invention est exposée, ci-après plus en détail à l'aide des dessins annexés, dans lesquels
La figure 1 est une vue de face du tapis suspendu à un portique.
The invention is explained below in more detail with the aid of the accompanying drawings, in which
Figure 1 is a front view of the carpet suspended from a gantry.

La figure 2 est une vue de côté correspondant à la figure 1. Figure 2 is a side view corresponding to Figure 1.

La figure 3 est une vue correspondant à la figure 2, dans le cas où le tapis est en deux parties séparées. Figure 3 is a view corresponding to Figure 2, in the case where the carpet is in two separate parts.

La figure 4 est une vue en plan correspondant à la figure 3. FIG. 4 is a plan view corresponding to FIG. 3.

Selon l'invention, le dispositif de mesure des efforts est établi à partir d'un tapis roulant motorisé (E) de tout type connu et approprié. According to the invention, the force measurement device is established from a motorized conveyor belt (E) of any known and appropriate type.

Pour l'essentiel, ce tapis comprend deux rouleaux (1) et (2) sur lesquels est tendue une bande sans fin (3). Cette bande (3) est en appui sur une plaque ou sole (5a) disposée entre les deux rouleaux (1) et (2) et dont la surface de contact avec ladite bande, est traitée pour améliorer le glissement. Essentially, this belt comprises two rollers (1) and (2) on which is stretched an endless band (3). This strip (3) is supported on a plate or sole (5a) disposed between the two rollers (1) and (2) and the contact surface of which with said strip is treated to improve sliding.

L'un des rouleaux au moins (1) est entrainé positivement en rotation par un moteur (4) à vitesse constante ou variable. At least one of the rollers (1) is positively rotated by a motor (4) at constant or variable speed.

L'ensemble est monté sur une structure rigide (5), laquelle peut avantageusement être complétée par des barres de soutien et autres. De même, l'ensemble du tapis peut être équipé de tout système d'indication visuelle et de contrôle des efforts fournis.The assembly is mounted on a rigid structure (5), which can advantageously be supplemented by support bars and the like. Similarly, the entire mat can be equipped with any visual indication and effort control system provided.

Selon l'invention, l'ensemble du tapis motorisé, tel que défini et quelle que soit sa forme de réalisation, est suspendu à un élément suport d'appui au sol sous forme d'un portique (6). Par exemple, la structure rigide (5) du tapis est suspendue au portique (6) par l'intermédiaire de tringles (7) articulées en (7a) et (7b) pour permettre, à l'ensemble du tapis, d'être soumis à des déplacements multidirectionnels par rapport au portique (6) qui constitue une partie fixe. According to the invention, the entire motorized conveyor, as defined and whatever its embodiment, is suspended from a support element bearing on the ground in the form of a gantry (6). For example, the rigid structure (5) of the carpet is suspended from the gantry (6) by means of rods (7) articulated in (7a) and (7b) to allow the entire carpet to be subjected multidirectional movements relative to the gantry (6) which constitutes a fixed part.

L'ensemble du tapis est assujetti à plusieurs capteurs de force (8) (9) (10) aptes à mesurer les efforts verticaux, latéraux et tangentiels. The entire belt is subject to several force sensors (8) (9) (10) capable of measuring the vertical, lateral and tangential forces.

Les capteurs (8), pour la mesure des efforts verticaux, peuvent par exemple être disposés entre le tapis (3) et la sole (5a) de la structure rigide (5). Ou bien, les capteurs (8) sont disposés au niveau de l'accrochage (7a) des tringles de suspension (7), avec le portique (6). The sensors (8), for measuring the vertical forces, can for example be arranged between the mat (3) and the sole (5a) of the rigid structure (5). Alternatively, the sensors (8) are arranged at the hooking (7a) of the suspension rods (7), with the gantry (6).

Les capteurs (9), pour la mesure des efforts latéraux, sont disposés entre les bords latéraux parallèles (5b) et (5c) de la structure (5) et une partie fixe du portique (6). Les bords latéraux (5b) et (5c) sont disposés perpendiculairement aux axes d'entrainement des rouleaux (1) et (2) de la bande sans fin (3) du tapis. The sensors (9), for measuring the lateral forces, are arranged between the parallel lateral edges (5b) and (5c) of the structure (5) and a fixed part of the gantry (6). The lateral edges (5b) and (5c) are arranged perpendicular to the drive axes of the rollers (1) and (2) of the endless belt (3) of the belt.

Les capteurs (10), pour la mesure des efforts tangentiels, sont disposés entre les bords transversaux (5d) et (5e) de la structure (5), et une partie fixe du portique (6). Les bords transversaux (5d) (5e) sont disposés parallèlement aux axes d'entrainement des rouleaux (1) et (2). The sensors (10), for measuring the tangential forces, are arranged between the transverse edges (5d) and (5e) of the structure (5), and a fixed part of the gantry (6). The transverse edges (5d) (5e) are arranged parallel to the drive axes of the rollers (1) and (2).

Compte-tenu de ces dispositions, l'ensemble du tapis étant isolé du sol, il est possible de mesurer les différents efforts, notamment verticaux et tangentiels étant donné que l'on s'affranchit totalement des frottements. In view of these provisions, the entire carpet being isolated from the ground, it is possible to measure the various forces, in particular vertical and tangential, given that friction is completely eliminated.

Cette solution technique trouve également une application avantageuse, dans le cas où il est nécessaire de mesurer les efforts verticaux et horizontaux des appuis au sol de plusieurs pas successifs en séparant les appuis exercés par la jambe droite de ceux exercés par la jambe gauche.  This technical solution also finds an advantageous application, in the case where it is necessary to measure the vertical and horizontal forces of the supports on the ground of several successive steps by separating the supports exerted by the right leg from those exerted by the left leg.

Dans ce but, l'ensemble du tapis est en deux parties parallèles et séparées, entrainées chacune par un moteur (4) de manière à constituer deux ensembles indépendants (El) et (E2) correspondant à chacune des jambes. Chacun des ensembles (El) et (E2) est conçu, comme indiqué précédemment, c'est-à-dire essentiellement avec les deux rouleaux (1) et (2), la bande sans fin (3), le tout étant monté sur une structure rigide (5). Les deux ensembles (El) et (E2) sont disposés parallèlement d'une manière quasi jointive, en étant suspendus au portique (6). For this purpose, the entire belt is in two parallel and separate parts, each driven by a motor (4) so as to constitute two independent assemblies (El) and (E2) corresponding to each of the legs. Each of the assemblies (El) and (E2) is designed, as indicated above, that is to say essentially with the two rollers (1) and (2), the endless belt (3), the whole being mounted on a rigid structure (5). The two assemblies (E1) and (E2) are arranged parallel in an almost contiguous manner, being suspended from the gantry (6).

Dans ce but, la structure (5) de l'ensemble (El) est suspendue directement à l'un des côtés latéraux du portique et, à l'autre côté du portique, par l'intermédiaire d'un élément d'accouplement (5f) solidaire de la structure (5) et traversant par exemple l'ensemble (E2). L'ensemble (E2) est suspendu au portique (6), de la même façon que l'ensemble (ex), c'est-à-dire que la structure (5) est suspendue directement à l'un des côtés latéraux du portique et, à l'autre côté de ce portique, par l'intermédiaire d'un élément d'accouplement (5g) traversant l'ensemble (ex).  For this purpose, the structure (5) of the assembly (El) is suspended directly from one of the lateral sides of the gantry and, from the other side of the gantry, by means of a coupling element ( 5f) secured to the structure (5) and passing through, for example, the assembly (E2). The assembly (E2) is suspended from the gantry (6), in the same way as the assembly (ex), that is to say that the structure (5) is suspended directly from one of the lateral sides of the gantry and, on the other side of this gantry, by means of a coupling element (5g) passing through the assembly (ex).

Les avantages ressortent bien de la description.  The advantages are apparent from the description.

Claims (10)

REVE NDICATIONSREVE NDICATIONS -1- Dispositif de mesure des efforts exercés par au moins une jambe sur une surface, caractérisé en ce que la surface (3) est isolée du sol en étant suspendue à un organe support (6) d'appui au sol en étant assujettie à plusieurs capteurs de forces (8) (9) (10) aptes à mesurer les efforts verticaux, latéraux et tangentiels exercés sur ladite surface (3).-1- Device for measuring the forces exerted by at least one leg on a surface, characterized in that the surface (3) is isolated from the ground by being suspended from a support member (6) bearing on the ground by being subjected to several force sensors (8) (9) (10) capable of measuring the vertical, lateral and tangential forces exerted on said surface (3). -2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface (3) est un tapis roulant motorisé (E) comprenant au moins deux rouleaux (1) et (2) entrainés par un moteur et sur lesquels est tendu une bande sans fin (3), en appui sur une plaque constituant la sole (5a), l'ensemble étant monté dans une structure (5) qui est suspendue à l'organe support (6) pour ne pas être en appui au sol.-2- Device according to claim 1, characterized in that the surface (3) is a motorized conveyor belt (E) comprising at least two rollers (1) and (2) driven by a motor and on which is stretched a strip without end (3), supported on a plate constituting the sole (5a), the assembly being mounted in a structure (5) which is suspended from the support member (6) so as not to be supported on the ground. -3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tapis (E) est suspendu à l'organe support (6) par l'intermédiaire de tringles articulées (7).-3- Device according to claim 2, characterized in that the mat (E) is suspended from the support member (6) by means of articulated rods (7). -4- Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les capteurs (8), pour mesurer les efforts verticaux, sont disposés entre la bande (3) et la sole (5a) que présente la structure (5).-4- Device according to claims 1 and 2, characterized in that the sensors (8), for measuring the vertical forces, are arranged between the strip (3) and the sole (5a) that has the structure (5). -5- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (8), pour mesurer les efforts verticaux, sont disposés au niveau de l'accrochage (7a) des tringles (7) de suspension sur l'organe support (6).-5- Device according to claim 1, characterized in that the sensors (8), for measuring the vertical forces, are arranged at the attachment (7a) of the rods (7) for suspension on the support member (6 ). -6- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (9), pour mesurer les efforts latéraux, sont disposés entre les bords latéraux du tapis considérés perpendiculairement aux axes d'entrainement des rouleaux (1) (2) et une partie fixe de l'organe support (6).-6- Device according to claim 1, characterized in that the sensors (9), for measuring the lateral forces, are arranged between the lateral edges of the belt considered perpendicular to the drive axes of the rollers (1) (2) and a fixed part of the support member (6). -7- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les capteurs (10), pour mesurer les efforts tangentiels sont disposés au niveau des bords transversaux du tapis considérés parallèlement aux axes d'entrainement des rouleaux (1) (2), en combinaison avec une partie fixe de l'organe support (6).-7- Device according to claim 1, characterized in that the sensors (10) for measuring the tangential forces are arranged at the transverse edges of the belt considered parallel to the drive axes of the rollers (1) (2), combination with a fixed part of the support member (6). -8- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le tapis (E) est en deux parties parallèles et séparées, entrainées chacune par un moteur de manière à constituer deux ensembles indépendants (El) et (E2) correspondant à chacune des jambes.-8- Device according to claim 1, characterized in that the carpet (E) is in two parallel and separate parts, each driven by a motor so as to constitute two independent sets (El) and (E2) corresponding to each of the legs . -9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chacun des ensembles (El) et (E2) est suspendu aux deux côtés latéraux de l'organe support.-9- Device according to claim 8, characterized in that each of the assemblies (El) and (E2) is suspended from the two lateral sides of the support member. -10- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe support (6) est constitué par un portique. -10- Device according to claim 1, characterized in that the support member (6) is constituted by a gantry.
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