FR2875140A1 - Training and rehabilitation method for improving sports gesture of athlete, involves loading personalized knee kinematics model and parameters relative to type of physical exercise in order to force knee to follow preset movement - Google Patents

Training and rehabilitation method for improving sports gesture of athlete, involves loading personalized knee kinematics model and parameters relative to type of physical exercise in order to force knee to follow preset movement Download PDF

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Abstract

The method involves generating a personalized knee kinematics model (70) from parameters representing degree of freedom of articulation of the knee. The model and parameters relative to type of physical exercise are loaded during utilization of a physical exercise apparatus (2) for generating a personalized control protocol (P2) to control primary and secondary units of the apparatus to force the knee to follow a predetermined movement. An independent claim is also included for a personalisable training and rehabilitation system for improving sports gesture.

Description

Méthode et système d'entraînement et rééducation personnalisable pourMethod and training system and customizable rehabilitation for

l'amélioration de pestes sportifs par utilisation d'un modèle de cinématique du qenou La présente invention se rapporte au domaine des appareils d'exercices physiques offrant une contre-réaction à un mouvement donné. L'invention concerne plus particulièrement une méthode d'entraînement et de rééducation personnalisable pour l'amélioration de gestes sportifs par utilisation d'un modèle de cinématique du genou ainsi qu'un système d'entraînement et rééducation par mise en oeuvre d'une telle méthode.  The present invention relates to the field of exercise apparatus offering a counter-response to a given movement. The invention more particularly relates to a customizable training and rehabilitation method for improving sports gestures using a kinematic model of the knee as well as a training and rehabilitation system by implementing such a method.

io Les études les plus récentes montrent que l'articulation du genou fait l'objet d'un nombre de blessures de plus en plus élevé. Il s'agit d'un souci majeur pour les médecins qui souhaitent minimiser les blessures répétitives de cette articulation. Les pathologies entourant l'articulation du genou ont des répercussions sur la carrière des sportifs. Les athlètes de haut niveau se trouvent parfois obligés d'interrompre leurs entraînements et du coup leurs compétitions, avec des conséquences économiques et sportives importantes. Ces sportifs s'entraînent plusieurs fois par jour et répètent les mêmes gestes de façon intensive. L'articulation du genou subit les mêmes contraintes répétées (appui sur le sol, contact avec l'adversaire, déséquilibre...) pouvant engendrer des pathologies souvent graves.  The most recent studies show that the knee joint is subject to an increasing number of injuries. This is a major concern for physicians who wish to minimize the repetitive injuries of this joint. The pathologies surrounding the knee joint have repercussions on the career of athletes. High-level athletes are sometimes forced to interrupt their training and thus their competitions, with significant economic and sporting consequences. These athletes train several times a day and repeat the same gestures intensively. The knee joint undergoes the same repeated constraints (support on the ground, contact with the opponent, imbalance ...) that can lead to often serious pathologies.

Il est connu dans l'art antérieur, par le document FR 2 834 220, un appareil de rééducation médico-sportive permettant grâce à des capteurs d'enregistrer les efforts fournis par l'utilisateur par rapport au dossier de l'appareil, et d'établir des caractéristiques de l'effort fourni aptes à être comparées avec celles de l'effort demandé. Il n'est toutefois pas permis d'adapter les efforts à fournir en fonction des traumatismes/pathologies d'un patient. Ce type d'appareil ne permet pas de faire jouer un rôle vraiment actif à un utilisateur désirant optimiser son entraînement ou sa rééducation (en efficacité et en durée).  It is known in the prior art, from the document FR 2 834 220, a medical-sports rehabilitation device allowing sensors to record the efforts provided by the user with respect to the back of the device, and establish characteristics of the effort provided that can be compared with those of the effort required. However, it is not allowed to adapt the efforts to provide according to the trauma / pathologies of a patient. This type of device does not allow to play a really active role to a user wishing to optimize his training or rehabilitation (efficiency and duration).

D'une manière générale, ce type d'appareil connu comprend deux éléments distincts: un siège et un système motorisé muni d'un bras sur lequel va se rattacher la jambe de l'utilisateur qui doit être alignée manuellement avec l'axe de rotation du genou. Le genou est ainsi considéré comme un système mécanique à un seul degré de liberté, ce qui ne permet pas d'envisager des modes d'entraînement personnalisés, tenant compte de la particularité de l'utilisateur. Ces machines peuvent être parfois utilisées pour le diagnostic des anomalies au niveau du genou en constatant, par exemple, une chute brusque de force pour certains angles articulaires. Néanmoins, elles sont surtout utilisées pour le mode d'entraînement "isocinétique" durant lequel on analyse la force du patient en fonction de l'angle du genou avec des vitesses de io mouvement constante.  In general, this type of known apparatus comprises two distinct elements: a seat and a motorized system provided with an arm on which will be attached the user's leg which must be manually aligned with the axis of rotation knee. The knee is thus considered as a mechanical system with a single degree of freedom, which does not allow to consider personalized training modes, taking into account the particularity of the user. These machines can sometimes be used to diagnose knee anomalies, for example, by noting a sharp drop in force at certain joint angles. Nevertheless, they are mainly used for the "isokinetic" training mode during which the patient's force is analyzed as a function of the knee angle with constant movement speeds.

Il a été constaté par les inventeurs que les sportifs de très haut niveau, les plus adroits et entraînés dans leur discipline, adoptent un geste plus naturel et plus précis. Le geste accomplis au niveau de l'articulation du genou est mieux maîtrisé, et se caractérise notamment par un type de trajectoire spécifique. Les appareils d'exercices physiques existants ne permettent pas de corriger de la meilleure manière possible les gestes sportifs.  It was found by the inventors that athletes of the highest level, the most skilful and trained in their discipline, adopt a more natural and precise gesture. The gesture performed at the level of the knee joint is better controlled, and is characterized in particular by a specific type of trajectory. Existing exercise machines do not allow to correct in the best possible way the sports gestures.

La présente invention a donc pour objet de supprimer un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en définissant une méthode d'entraînement et de rééducation spécifiquement adaptée pour solliciter le genou en fonction d'un modèle personnalisé et permettant à son utilisateur d'améliorer les mouvements de l'articulation du genou de façon adaptée à ses besoins.  The present invention therefore aims to remove one or more disadvantages of the prior art by defining a training and rehabilitation method specifically adapted to solicit the knee based on a personalized model and allowing the user to improve the movements of the knee joint in a way adapted to his needs.

A cet effet, l'invention concerne une méthode personnalisable d'entraînement et de rééducation pour l'amélioration de gestes sportifs, permettant la personnalisation d'un appareil d'exercices physiques du type comprenant au moins un organe mobile principal articulé relié à un moyen moteur ou freineur pour produire une contre-réaction à un mouvement déterminé du genou et une pluralité d'organes secondaires pour contraindre le genou à adopter un mouvement se traduisant par des informations mesurées suivant une trajectoire étroitement délimitée, l'appareil utilisant un équipement informatique doté de moyens de mémorisation, de moyens interactifs de saisie et d'affichage permettant la saisie de paramètres d'adaptation à un utilisateur de l'appareil d'exercices physiques, et d'un module logiciel de commande permettant de contrôler l'appareil d'exercices physiques, méthode caractérisée en ce qu'elle comprend: - une étape préalable de mémorisation d'un modèle générique de la cinématique complète du genou humain, ledit modèle générique prenant en compte une première série de paramètres représentatifs de degrés de liberté de l'articulation du genou, lors d'une première utilisation de l'appareil d'exercices physiques par un utilisateur, une première étape de commande par le module logiciel de moyens d'asservissement d'un ensemble de motorisation des organes lo principaux et secondaires pour solliciter les os formant l'articulation du genou, associée à une seconde étape réalisée par des moyens capteurs pour collecter des mesures permettant le calcul des paramètres de ladite première série de paramètres, - une étape de génération d'un modèle de la cinématique du genou is personnalisé à partir de la première série de paramètres calculés, - lors d'utilisations ultérieures de l'appareil d'exercices physiques par l'utilisateur, une étape de chargement du modèle personnalisé et d'une seconde série de paramètres relatifs au type d'exercice physique suivie d'une étape de génération d'un protocole de pilotage personnalisé de l'appareil d'exercices physiques, le module logiciel de commande utilisant le protocole de pilotage personnalisé pour contrôler les organes principaux et secondaires de façon à forcer le genou à suivre un mouvement assurant que les différents paramètres correspondent chacun à une trajectoire bien délimitée.  For this purpose, the invention relates to a customizable method of training and rehabilitation for the improvement of sports movements, allowing the personalization of a physical exercise device of the type comprising at least one articulated main movable member connected to a means motor or braking device for producing a feedback against a determined movement of the knee and a plurality of secondary members to constrain the knee to adopt a movement resulting in information measured along a narrowly defined path, the apparatus using computer equipment with storage means, interactive input and display means for entering adaptation parameters to a user of the exercise machine, and a control software module for controlling the apparatus of physical exercises, characterized in that it comprises: - a preliminary step of memorizing a model g of the complete kinematics of the human knee, said generic model taking into account a first series of parameters representative of degrees of freedom of the knee joint, during a first use of the exercise machine by a user, a first step of control by the software module servo means of a motorization assembly of the main and secondary organs lo to solicit the bones forming the knee joint, associated with a second step performed by sensor means to collect measurements enabling the parameters of said first set of parameters to be calculated, - a step of generating a model of the kinematics of the knee is personalized from the first set of calculated parameters, - during subsequent uses of the device of exercise by the user, a step of loading the customized model and a second set of parameters relating to the type of physical exercise followed by a step of generating a personalized exercise device control protocol, the control software module using the personalized control protocol to control the main and secondary organs so to force the knee to follow a movement ensuring that the different parameters each correspond to a well-defined trajectory.

De manière avantageuse, l'invention offre donc la possibilité de s'adapter réellement à la morphologie du genou et d'aboutir à une véritable approche personnalisée de rééducation, de prévention et d'aide à l'amélioration du geste sportif. C'est dans ce cadre que s'inscrit la contribution scientifique des travaux menés par les inventeurs. Cette machine tient compte de tous les degrés de liberté du genou et d'un dimensionnement en adéquation.  Advantageously, the invention therefore offers the possibility of actually adapting to the morphology of the knee and resulting in a truly personalized approach to rehabilitation, prevention and help to improve the sporting gesture. It is within this framework that the scientific contribution of the work carried out by the inventors is inscribed. This machine takes into account all degrees of freedom of the knee and adequate sizing.

Selon une autre particularité de l'invention, l'étape de collecte de mesures comprend une pluralité de mesures réalisées par des capteurs magnétiques de mesure de la cinématique des os de l'articulation du genou, ces capteurs étant solidaires d'un dispositif d'attache en contact avec des zones du genou pour lesquelles le mouvement relatif de la peau et des masses musculaires par rapport aux os est minimum.  According to another particularity of the invention, the measurement collection step comprises a plurality of measurements made by magnetic sensors for measuring the kinematics of the bones of the knee joint, these sensors being integral with a device of attachment in contact with areas of the knee for which the relative movement of the skin and muscle masses relative to the bones is minimum.

Selon une autre particularité, la méthode selon l'invention comporte une étape de sélection utilisant lesdits moyens interactifs pour sélectionner un modèle de courbe de force appliqué par l'organe moteur ou freineur en fonction d'un angle articulaire dudit organe mobile parmi une pluralité de modèles préalablement stockés dans les moyens de mémorisation, l'angle articulaire de io l'organe mobile correspondant à un angle d'articulation d'au moins un genou de l'utilisateur.  According to another feature, the method according to the invention comprises a selection step using said interactive means for selecting a force curve model applied by the motor or braking member as a function of an articular angle of said movable member among a plurality of models previously stored in the storage means, the articular angle of the movable member corresponding to an articulation angle of at least one knee of the user.

Selon une autre particularité, la méthode selon l'invention comprend une étape de paramétrage utilisant le modèle de courbe de force sélectionné pour paramétrer une courbe de force ou de vitesse désirée en fonction dudit angle articulaire en tenant compte de l'utilisateur de l'appareil d'exercices physiques, la courbe de force ou de vitesse désirée étant stockée dans un fichier à la disposition du module logiciel de commande.  According to another feature, the method according to the invention comprises a parameterization step using the selected force curve model to set a desired force or speed curve according to said articular angle taking into account the user of the device exercise, the desired force or velocity curve being stored in a file available to the control software module.

Selon une autre particularité, le protocole de pilotage personnalisé inclut lors d'utilisations ultérieures de l'appareil d'exercices physiques une fonction de commande des moyens d'asservissement dudit ensemble de motorisation de façon à imposer une contre-réaction de l'organe mobile principal suffisante pour que le mouvement déterminé soit réalisé avec la force ou la vitesse désirée correspondant à la courbe de force ou de vitesse désirée.  According to another particular feature, the personalized control protocol includes, during subsequent uses of the exercise machine, a function for controlling the servocontrol means of said motorization assembly so as to impose a feedback of the movable member. sufficient for the determined movement to be performed with the desired force or speed corresponding to the desired force or velocity curve.

Selon une autre particularité, le protocole de pilotage personnalisé prévoit des paramètres représentatifs de six degrés de liberté pour paramétrer via lesdits organes principaux et secondaires la trajectoire permise pour le genou.  According to another particularity, the custom control protocol provides parameters representative of six degrees of freedom for parameterizing via said primary and secondary organs the path allowed for the knee.

Selon une autre particularité, le module logiciel commande suivant le protocole de pilotage personnalisé un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires comprenant six axes, l'étape de collecte des mesures étant réalisée par les moyens capteurs pour obtenir des mesures représentatives respectivement d'informations sur la force, la vitesse et l'accélération des os sollicités.  According to another particularity, the software module controls, according to the personalized control protocol, a set of motorization of the main and secondary organs comprising six axes, the step of collecting the measurements being carried out by the sensor means to obtain respectively representative measurements of information on the strength, speed and acceleration of the bones required.

Selon une autre particularité, le modèle générique est obtenu par utilisation d'une modélisation biomécanique du genou reproduisant la s géométrie de toutes les composantes articulaires du genou et l'interaction entre ces composantes, et exploitation de résultats d'une étape d'évaluation fonctionnelle du genou incluant l'acquisition non invasive de la cinématique 3D des composantes de l'articulation.  According to another particularity, the generic model is obtained by using a biomechanical modeling of the knee reproducing the geometry of all the articular components of the knee and the interaction between these components, and exploiting the results of a functional evaluation step knee including non-invasive acquisition of 3D kinematics of joint components.

L'invention permet ainsi, par utilisation d'un modèle biomécanique io personnalisé du genou, l'acquisition et l'analyse de gestes sportifs ainsi que la prise en compte des contraintes et leur quantification à partir de données expérimentales, de sorte que le modèle personnalisé de la cinématique du genou obtenu est réaliste.  The invention thus makes it possible, by using a personalized biomechanical model of the knee, to acquire and analyze sports gestures as well as to take constraints into account and to quantify them from experimental data, so that the model Customized knee kinematics obtained is realistic.

Selon une autre particularité, une étape d'enregistrement de caractéristiques de l'effort fourni par l'utilisateur est réalisée par les moyens capteurs pour permettre l'enregistrement d'une courbe de force en fonction de l'angle articulaire de l'organe mobile.  According to another particularity, a step of recording characteristics of the force supplied by the user is carried out by the sensor means to enable the recording of a force curve as a function of the articular angle of the movable member. .

Selon une autre particularité, l'étape de paramétrage est complétée par une étape de sélection d'un intervalle d'angles articulaires de façon à limiter la trajectoire dans un intervalle excluant des positions articulaires indésirables.  According to another particularity, the parameterization step is completed by a step of selecting an interval of articular angles so as to limit the trajectory in a range excluding undesirable articular positions.

Selon une autre particularité, les modèles de courbe de force en fonction de l'angle articulaire de l'organe mobile sont chacun obtenus lors d'une étape d'enregistrement de caractéristiques de l'effort fourni par un sportif modèle associé à un type déterminé de discipline sportive, l'étape de paramétrage comprenant la saisie par les moyens interactifs d'un coefficient de réduction tenant compte de l'utilisateur de l'appareil d'exercices physiques pour abaisser l'intensité de la force du modèle de courbe de force et obtenir la courbe de force désirée.  According to another particularity, the force curve models as a function of the articular angle of the movable member are each obtained during a step of recording characteristics of the effort provided by a model sportsman associated with a given type. of sports discipline, the parametering step comprising the interactive means of a reduction coefficient taking into account the user of the exercise machine to lower the force intensity of the force curve model and obtain the desired force curve.

Selon une autre particularité, la première étape de commande par le module logiciel des moyens d'asservissement de l'ensemble de motorisation comprend le pilotage en temps réel d'un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires à six degrés de liberté de façon à solliciter les os de l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté, la première série de paramètres prise en compte par le modèle générique étant représentative du comportement des os de l'articulation du genou selon les six degrés de liberté.  According to another particularity, the first step of control by the software module of the control means of the motorization assembly comprises the real-time control of a motorization assembly of the main and secondary organs with six degrees of freedom so as to apply the bones of the knee joint according to each of the degrees of freedom, the first set of parameters taken into account by the generic model being representative of the behavior of the bones of the knee joint according to the six degrees of freedom.

Selon une autre particularité, l'étape de collecte de mesures est réalisée par l'intermédiaire de capteurs magnétiques et au moins un capteur de force.  According to another particularity, the step of collecting measurements is performed by means of magnetic sensors and at least one force sensor.

Selon une autre particularité, une étape d'étalonnage, comprenant l'actionnement du moyen moteur pour solliciter l'organe mobile principal en l'absence d'effort de l'utilisateur, est réalisée par un moyen capteur pour io mesurer le poids du ou des membres de l'utilisateur servant à réaliser le mouvement déterminé du genou, une étape dite de compensation de gravité étant réalisée pour retrancher le poids de ces membres de la force mesurée par les moyens capteurs, afin d'afficher par lesdits moyens interactifs une force représentative de l'effort effectif de l'utilisateur.  According to another particularity, a calibration step, comprising the actuation of the motor means for biasing the main movable member in the absence of user effort, is performed by a sensor means for measuring the weight of the or members of the user used to perform the determined movement of the knee, a so-called gravity compensation step being performed to reduce the weight of these members of the force measured by the sensor means, to display by said interactive means a force representative of the actual effort of the user.

Un autre objet de la présente invention est de supprimer un ou plusieurs des inconvénients de l'art antérieur en définissant un système d'entraînement et de rééducation personnalisable permettant d'adapter les efforts à fournir en fonction de l'articulation de l'utilisateur et de ses besoins.  Another object of the present invention is to eliminate one or more of the disadvantages of the prior art by defining a customizable training and rehabilitation system making it possible to adapt the efforts to be provided according to the articulation of the user and of his needs.

A cet effet, l'invention propose un système d'entraînement et de rééducation personnalisable pour l'amélioration de gestes sportifs, comprenant un appareil d'exercices physiques du type incluant au moins un organe mobile principal articulé relié à un moyen moteur ou freineur pour produire une contre-réaction à un mouvement déterminé, un équipement informatique doté d'un module logiciel de commande pour contrôler l'appareil d'exercices physiques et de moyens interactifs de saisie et d'affichage permettant la saisie de paramètres d'adaptation à un utilisateur de l'appareil d'exercices physiques, caractérisé en ce que l'appareil d'exercices physiques comprend en outre une pluralité d'organes secondaires pour contraindre le genou à adopter une trajectoire étroitement délimitée et en ce que le module logiciel de commande comprend: - des moyens de calcul agencés pour utiliser d'une part un modèle générique de la cinématique complète du genou humain prenant en compte une première série de paramètres représentatifs de degrés de liberté de l'articulation du genou, et calculer d'autre part une première série de paramètres à partir de mesures de moyens capteurs, - des moyens de pilotage de moyens d'asservissement d'un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires pour solliciter les os formant l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté pris en compte par le modèle générique, - des moyens de génération utilisant la première série de paramètres obtenue par les moyens de calcul pour générer un modèle personnalisé io de la cinématique du genou, les moyens interactifs étant agencés pour déclencher une phase d'acquisition de données de personnalisation par les moyens de calcul et les moyens de pilotage du module logiciel de commande ou pour déclencher la sélection puis le chargement du modèle personnalisé ainsi qu'une seconde série de paramètres relatifs au type d'exercice physique à effectuer, les moyens de pilotage du module logiciel de commande étant prévus pour utiliser un protocole de pilotage de l'appareil d'exercices physiques adapté en fonction de la sélection du modèle personnalisé et de la seconde série de paramètres pour contrôler les organes principaux et secondaires de façon à forcer le genou à suivre une trajectoire bien délimitée.  To this end, the invention proposes a customizable training and rehabilitation system for improving sports movements, comprising a physical exercise apparatus of the type including at least one articulated main movable member connected to a motor or braking means for counter-reaction to a determined movement, computer equipment with a control software module for controlling the exercise machine and interactive input and display means for inputting adaptation parameters to a computer. user of the exercise machine, characterized in that the exercise machine further comprises a plurality of secondary members for constraining the knee to adopt a closely delimited path and that the control software module comprises : calculating means arranged to use on the one hand a generic model of the complete kinematics of the human knee taking into account mpte a first series of parameters representative of degrees of freedom of the knee joint, and calculate on the other hand a first series of parameters from measurements of sensor means, - means for controlling servo means of a motor assembly of the main and secondary organs for biasing the bones forming the knee joint according to each of the degrees of freedom taken into account by the generic model, - generation means using the first set of parameters obtained by the calculation means for generate a personalized model io of the kinematics of the knee, the interactive means being arranged to trigger a personalization data acquisition phase by the calculation means and the control means of the control software module or to trigger the selection and then the loading the custom model and a second set of parameters related to the type of physical exercise at e ffectuer, the control module of the control software module being provided to use a control protocol of the physical exercise device adapted according to the selection of the personalized model and the second set of parameters to control the main and secondary organs so as to force the knee to follow a well-defined path.

Selon une autre particularité, les capteurs comprennent des capteurs de mesure de la cinématique des os de l'articulation du genou solidaires d'un dispositif d'attache en contact avec des zones du genou pour lesquelles le mouvement relatif de la peau et des masses musculaires par rapport aux os est minimum.  According to another particularity, the sensors comprise sensors for measuring the kinematics of the bones of the knee joint secured to an attachment device in contact with areas of the knee for which the relative movement of the skin and muscle masses compared to bones is minimum.

Selon une autre particularité, les moyens de pilotage du module logiciel de commande sont agencés pour commander un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires comprenant six axes, les moyens capteurs comprenant des capteurs de force, de vitesse et d'accélération des os sollicités.  According to another particularity, the control module of the control software module is arranged to control a motorization assembly of the main and secondary organs comprising six axes, the sensor means comprising sensors for force, speed and acceleration of the stressed bones.

Selon une autre particularité, l'ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires est du type à six degrés de liberté pour solliciter via les commandes des moyens de pilotage du module logiciel de commande les os de l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté, les moyens de génération de modèles personnalisés de la cinématique du genou du module prenant en compte par l'intermédiaire de ladite première série de paramètres le comportement des os de l'articulation du genou selon les six degrés de liberté.  According to another feature, the motorization assembly of the main and secondary members is of the type with six degrees of freedom for soliciting via the control means of control of the control software module the bones of the knee joint according to each of the degrees of freedom, means for generating personalized models of the kinematics of the knee of the module taking into account, through said first set of parameters, the behavior of the bones of the knee joint according to the six degrees of freedom.

Selon une autre particularité, les moyens capteurs comprennent au moins un capteur de force, le module logiciel de commande étant agencé pour lo initier l'actionnement du moyen moteur pour solliciter l'organe mobile et déclencher une mesure, par des moyens d'enregistrement des mesures du capteur de force, du poids du ou des membres de l'utilisateur, des moyens logiciels de compensation de gravité étant prévus pour retrancher le poids de ces membres de la force mesurée par le capteur de force et permettre audits moyens interactifs d'afficher une force représentative de l'effort effectif de l'utilisateur.  According to another feature, the sensor means comprise at least one force sensor, the control software module being arranged to initiate the actuation of the motor means for biasing the movable member and triggering a measurement, by means of recording means. measurements of the force sensor, the weight of the user's member (s), gravity compensation software means being provided to reduce the weight of these members of the force measured by the force sensor and to enable interactive means of displaying a force representative of the actual effort of the user.

Avantageusement, l'invention permet donc de tenir compte du poids des membres de façon à obtenir des modèles et des suivis fiables, quel que soit le type de morphologie de l'utilisateur.  Advantageously, the invention therefore makes it possible to take account of the weight of the members so as to obtain reliable models and follow-ups, whatever the type of morphology of the user.

L'invention, avec ses caractéristiques et avantages, ressortira plus clairement à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs dans lesquels: la figure 1 représente un diagramme d'étapes pouvant être réalisées selon le processus de personnalisation de l'invention; la figure 2A représente une vue schématique d'un appareil d'exercices physiques utilisé dans l'invention; la figure 2B représente une vue schématique d'un système selon l'invention; - la figure 3 montre des courbes de force où la charge est contrôlée en 30 fonction de l'angle articulaire; la figure 4 représente un diagramme d'étapes pouvant être réalisées selon le processus de personnalisation de l'invention; - la figure 5 représente une fenêtre de sélection pour paramétrer une séance d'entraînement; - la figure 6 montre une fenêtre affichée par les moyens interactifs du système lors d'une séance d'entraînement.  The invention, with its features and advantages, will emerge more clearly on reading the description given with reference to the accompanying drawings given by way of non-limiting examples in which: FIG. 1 represents a diagram of steps that can be carried out according to FIG. process of personalization of the invention; Fig. 2A is a schematic view of a physical exercise apparatus used in the invention; Figure 2B shows a schematic view of a system according to the invention; FIG. 3 shows force curves where the load is controlled as a function of the articular angle; FIG. 4 represents a diagram of steps that can be performed according to the personalization process of the invention; FIG. 5 represents a selection window for setting up a training session; FIG. 6 shows a window displayed by the interactive means of the system during a training session.

En référence à la figure 2B, l'appareil d'exercices physiques (2) comprend un siège permettant d'immobiliser l'extrémité du membre à faire travailler, par exemple les chevilles, par l'intermédiaire de repose-pied ou moyens de maintien analogues. La partie de membre précédant l'articulation, par exemple la cuisse, peut être bloquée par un dispositif de sangles (non io représenté). Un axe de rotation (B1) est prévu par exemple dans le siège pour former un bras ou organe mobile articulé (21). Le dispositif de sangles ou dispositif fonctionnellement équivalent permet de maintenir l'axe de rotation de l'articulation, constituée par exemple par le genou, au voisinage de l'axe de rotation de l'organe articulé (21) de l'appareil (2). D'autres éléments réglables de maintien peuvent naturellement être envisagés pour ajuster la position du genou. En outre, un capteur de position (24) est disposé à proximité de l'axe de rotation (B1) de l'organe articulé (21) pour déterminer l'angle articulaire (6) défini, dans l'exemple de la figure 2B, comme l'angle compris entre l'horizontale et la position de l'organe articulé (21) supportant les membres (4). Plus généralement, cet angle articulaire (0) de l'organe mobile (21) correspond sensiblement à l'angle d'articulation d'au moins un membre (4) de l'utilisateur. Il s'agit dans l'exemple de la figure 2B de l'angle de rotation du genou de l'utilisateur.  Referring to Figure 2B, the exercise machine (2) comprises a seat for immobilizing the end of the member to work, for example the dowels, via footrest or holding means like. The limb portion preceding the joint, for example the thigh, may be blocked by a strap device (not shown). An axis of rotation (B1) is provided for example in the seat to form an arm or articulated movable member (21). The strap device or functionally equivalent device makes it possible to maintain the axis of rotation of the articulation, constituted for example by the knee, in the vicinity of the axis of rotation of the articulated member (21) of the apparatus (2). ). Other adjustable holding members can of course be considered to adjust the position of the knee. In addition, a position sensor (24) is disposed near the axis of rotation (B1) of the articulated member (21) to determine the articular angle (6) defined in the example of Figure 2B , as the angle between the horizontal and the position of the articulated member (21) supporting the members (4). More generally, this joint angle (0) of the movable member (21) substantially corresponds to the hinge angle of at least one member (4) of the user. This is in the example of Figure 2B of the rotation angle of the knee of the user.

Le système d'entraînement et de rééducation comprend, en référence à la figure 2B, un appareil d'exercices physiques (2) du type incluant au moins un organe mobile principal (21) articulé relié à un moyen moteur (600) ou freineur pour produire une contre-réaction à un mouvement déterminé et un équipement informatique (1) doté d'un module logiciel (10) de commande pour contrôler l'appareil d'exercices physiques (2). Des moyens interactifs (11) de saisie et d'affichage sont prévus pour permettre la saisie de paramètres d'adaptation à un utilisateur de l'appareil d'exercices physiques (2), le système selon l'invention étant personnalisable. De plus, le système d'entraînement et io de rééducation offre la possibilité à un utilisateur d'améliorer certains gestes sportifs effectués avec les membres inférieurs.  The training and rehabilitation system comprises, with reference to FIG. 2B, a physical exercise apparatus (2) of the type including at least one articulated main movable member (21) connected to a motor means (600) or braking device for producing feedback against a determined movement and computer equipment (1) having a control software module (10) for controlling the exercise machine (2). Interactive means (11) for inputting and displaying are provided to enable the input of adaptation parameters to a user of the exercise machine (2), the system according to the invention being customizable. In addition, the training and rehabilitation system offers the user the possibility of improving certain sporting actions performed with the lower limbs.

Dans un mode de réalisation de l'invention, l'appareil d'exercices physiques (2) est doté d'un siège entièrement automatisé qui s'adapte à la morphologie de l'utilisateur. Pour cela, il est prévu des moyens d'inclinaison du dossier et d'avancée (200) du dossier ainsi que des réglages de la position des membres inférieurs lorsque l'utilisateur est assis sur le siège. Les réglages sont automatiques et par exemple mémorisés d'une séance à l'autre. Durant les entraînements réalisés avec l'appareil d'exercices physiques (2) il est tenu io compte, en plus du mouvement principal de rotation, d'un déplacement transversal et un déplacement longitudinal qui existe autour du genou, ce qui autorise un réglage plus précis.  In one embodiment of the invention, the exercise machine (2) has a fully automated seat that adapts to the morphology of the user. For this, there is provided means for reclining the backrest and forward (200) of the backrest as well as adjustments of the position of the lower limbs when the user is sitting on the seat. The settings are automatic and for example memorized from one session to another. During training with the exercise machine (2), in addition to the main rotational movement, a transverse movement and a longitudinal movement around the knee are also provided, which allows for more adjustment. specific.

En référence avec la figure 2B, l'appareil d'exercices physiques (2) comprend en plus de l'organe mobile principal (21) une pluralité d'organes secondaires (22) pour contraindre le genou à adopter un mouvement se traduisant par des informations mesurées suivant une trajectoire étroitement délimitée. Ces organes secondaires (22) comprennent par exemple des moyens de réglage (221, 222, 223) de la position des cuisses, mollets, chevilles et du niveau de hauteur du genou. Ces organes secondaires (22) peuvent également inclure des moyens d'attache et de maintien (2210, 2220, 2230) en une position déterminée du genou. En outre, dans un mode de réalisation de l'invention, ces organes secondaires (22) peuvent comprendre des moyens de modification de trajectoire de l'organe mobile principal (21). Ces moyens de modification de trajectoire forment avec l'organe mobile principal (21) un ensemble polyarticulé qui correspond au modèle biomécanique représentatif de la cinématique d'un genou humain.  With reference to FIG. 2B, the physical exercise apparatus (2) comprises in addition to the main movable member (21) a plurality of secondary members (22) for constraining the knee to adopt a movement resulting in information measured along a narrowly defined path. These secondary members (22) comprise, for example, adjusting means (221, 222, 223) for the position of the thighs, calves, ankles and the height level of the knee. These secondary members (22) may also include fastening and holding means (2210, 2220, 2230) at a predetermined position of the knee. In addition, in one embodiment of the invention, these secondary members (22) may comprise means for modifying the trajectory of the main movable member (21). These path modification means form with the main movable member (21) a polyarticulate assembly that corresponds to the biomechanical model representative of the kinematics of a human knee.

En référence à la figure 2A, il est prévu par l'exemple un ensemble de motorisation (6) des organes principaux et secondaires (21, 22) autorisant des déplacements du genou selon six axes (Al, A2, A3, BI, B2, B3). Cet ensemble (6) inclut, en plus de l'articulation de l'organe mobile (21), une double articulation du fauteuil de l'appareil (2) permettant des rotations selon un axe vertical (B3) et selon un axe horizontal (B2) orthogonal à l'axe (BI) de flexion 2875140 Il de l'articulation du genou. En outre, des réglages en translation de la position du genou sont permis grâce aux de moyens de réglage (221, 222, 223) illustrés à la figure 2A. Un ajustement latéral de la position du genou peut être réalisé selon un axe (Al) parallèle à l'axe (BI) de flexion de l'articulation du genou par des moyens (223) de maintien des cuisses. Dans un mode de réalisation de l'invention, ces mêmes moyens peuvent aussi servir à l'ajustement de la position du genou selon l'axe horizontal (A2) orthogonal à l'axe (BI) de flexion. La position du dossier du fauteuil peut en outre être ajusté selon ce même axe horizontal (A2) par des moyens d'avancée (200) du dossier du fauteuil pour io ajuster le genou. En référence à la figure 2A, des moyens (222) de maintien et d'ajustement de la position des mollets et chevilles, ainsi que des moyens (221) de positionnement du pied permettent également de déplacer le genou selon un axe (A3) parallèle à l'organe mobile principal (21) de l'appareil (2). Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens de réglage (200, 221, 222, 223) du fauteuil peuvent être contrôlés par l'ensemble de motorisation (6).  With reference to FIG. 2A, there is provided, by way of example, a motorization assembly (6) of the main and secondary members (21, 22) permitting movements of the knee along six axes (Al, A2, A3, BI, B2, B3). This assembly (6) includes, in addition to the articulation of the movable member (21), a double articulation of the chair of the apparatus (2) allowing rotations along a vertical axis (B3) and along a horizontal axis ( B2) orthogonal to the axis (BI) flexion 2875140 It of the knee joint. In addition, adjustments in translation of the position of the knee are allowed thanks to adjustment means (221, 222, 223) illustrated in Figure 2A. A lateral adjustment of the position of the knee may be performed along an axis (Al) parallel to the axis (BI) of flexion of the knee joint by means (223) for maintaining the thighs. In one embodiment of the invention, these same means can also be used to adjust the position of the knee along the horizontal axis (A2) orthogonal to the flexion axis (BI). The position of the chair backrest can also be adjusted along the same horizontal axis (A2) by means of advance (200) of the back of the chair to io adjust the knee. With reference to FIG. 2A, means (222) for maintaining and adjusting the position of the calves and ankles, as well as means (221) for positioning the foot, also make it possible to move the knee along a parallel axis (A3). to the main movable member (21) of the apparatus (2). In one embodiment of the invention, the adjustment means (200, 221, 222, 223) of the chair can be controlled by the motor assembly (6).

Dans l'exemple de la figure 2B, un moyen moteur (600) de l'ensemble de motorisation (6) tel qu'un moto-réducteur ou équivalent est relié par l'intermédiaire d'un mécanisme de liaison/entraînement à l'organe mobile articulé (21) de l'appareil d'exercices physiques (2). Un ensemble constitué d'un bras de levier (61) et d'un bras de poussée (62) peut être utilisé comme moyen de liaison, permettant notamment de produire une contre-réaction à un mouvement déterminé de l'utilisateur. Ce type de moyen moteur (600) permet d'atteindre un effort permanent supérieur à 2000 N avec une vitesse angulaire pouvant aller jusqu'à 400 /s.  In the example of FIG. 2B, a motor means (600) of the motor assembly (6) such as a geared motor or the like is connected by means of a link / drive mechanism to the articulated movable member (21) of the exercise machine (2). An assembly consisting of a lever arm (61) and a push arm (62) can be used as a connecting means, in particular to produce a feedback to a determined movement of the user. This type of motor means (600) makes it possible to achieve a permanent force greater than 2000 N with an angular velocity of up to 400 / s.

L'équipement informatique (1) utilisé dans l'invention comporte une interface homme machine avec des moyens interactifs (11) de saisie et d'affichage. Un écran tactile peut être prévu pour accéder à des modes d'utilisation de l'appareil d'exercices physiques (2), préalablement définis et autorisés par un spécialiste (médecin, kinésithérapeute). Cet équipement informatique (1) est doté de moyens de mémorisation (12) et d'un module logiciel (10) de commande permettant de contrôler l'appareil d'exercices physiques (2). Afin de permettre une personnalisation des modes d'utilisation de l'appareil (2) d'exercices physiques (2), les moyens interactifs (11) sont agencés pour permettre la saisie de paramètres d'adaptation à l'utilisateur et la sélection d'un modèle de travail parmi une pluralité de modèles (3) stockés dans les moyens de mémorisation (12).  The computer equipment (1) used in the invention comprises a man-machine interface with interactive means (11) for inputting and displaying. A touch screen may be provided to access modes of use of the exercise machine (2), previously defined and authorized by a specialist (doctor, physiotherapist). This computer equipment (1) is provided with memory means (12) and a software module (10) for controlling the exercise machine (2). In order to allow a personalization of the modes of use of the apparatus (2) of physical exercises (2), the interactive means (11) are arranged to allow the input of adaptation parameters to the user and the selection of one of a plurality of models (3) stored in the storage means (12).

Le modèle de travail peut comporter une courbe de force en fonction de l'angle articulaire (0) de l'organe mobile articulé (21). La force à atteindre peut ainsi être ajustée avec un modèle de courbe de force appliqué par l'organe moteur (600) ou freineur de l'appareil (2). Dans un mode de réalisation de l'invention, une fenêtre de sélection (100) est affichée sur l'écran tactile pour proposer un choix de modèles (3) répertoriés par discipline sportive.  The working model may comprise a force curve as a function of the articular angle (0) of the articulated movable member (21). The force to be attained can thus be adjusted with a force curve model applied by the driving member (600) or braking device (2). In one embodiment of the invention, a selection window (100) is displayed on the touch screen to provide a choice of models (3) listed by sport.

En référence à la figure 1, l'invention propose une amélioration des gestes sportifs en utilisant un modèle générique (7) de la cinématique complète du genou humain, ce modèle générique étant préalablement mémorisé lors d'une étape préalable de mémorisation dans les moyens de mémorisation (12).  With reference to FIG. 1, the invention proposes an improvement of the sports gestures by using a generic model (7) of the complete kinematics of the human knee, this generic model being previously memorized during a prior memory step in the means of memorizing (12).

Ce modèle générique (7) prend en compte une première série de paramètres représentatifs de degrés de liberté de l'articulation du genou.  This generic model (7) takes into account a first series of parameters representative of degrees of freedom of the knee joint.

Dans le domaine de l'évaluation de la cinématique du genou et du calcul des déformations ligamentaires, la géométrie 3D des os peut être obtenue à partir de coupes tomodensitométriques (CT Scan) grâce à un logiciel de reconstruction adapté. Ce type de modélisation géométrique nécessite un grand nombre d'images tomographiques et correspond à un modèle statique.  In the field of evaluation of knee kinematics and calculation of ligament deformities, the 3D geometry of the bones can be obtained from CT scans using adapted reconstruction software. This type of geometric modeling requires a large number of tomographic images and corresponds to a static model.

Le modèle générique (7) utilisé dans l'invention correspond à un modèle informatique biomécanique et réaliste de l'articulation du genou, qui permet d'étudier les contraintes et d'analyser les mouvements des os et ligaments sollicités. Un tel modèle (7) peut résulter de l'acquisition et l'analyse de gestes sportifs et de la prise en compte des contraintes et leur quantification à partir de données expérimentales. Un tel modèle générique (7) s'obtient par exemple en premier lieu par une modélisation biomécanique du genou reproduisant la géométrie de toutes les composantes articulaires du genou et l'interaction entre ces composantes, et en second lieu par l'exploitation de résultats d'une étape d'évaluation fonctionnelle du genou incluant l'acquisition non invasive de la cinématique 3D des composantes de l'articulation.  The generic model (7) used in the invention corresponds to a biomechanical and realistic computer model of the knee joint, which makes it possible to study the constraints and to analyze the movements of the bones and ligaments required. Such a model (7) can result from the acquisition and analysis of sports gestures and the taking into account of constraints and their quantification from experimental data. Such a generic model (7) is obtained, for example, firstly by biomechanical modeling of the knee reproducing the geometry of all the articular components of the knee and the interaction between these components, and secondly by exploiting the results of a functional knee evaluation step including the non-invasive acquisition of the 3D kinematics of the joint components.

Une séance de travail peut typiquement être découpée en deux phases principales avec le système selon l'invention. En référence à la figure 1, la première phase consiste par exemple en une personnalisation instrumentée du modèle de genou pour le cas à traiter. La seconde phase correspond à l'application d'un exercice personnalisé issu des modèles (3) stockés dans les moyens de mémorisation (12), cet exercice étant également paramétré d'après la physiologie personnalisée du genou visé et les modalités envisagées par le thérapeute ou l'entraîneur sportif aux commandes du système. L'interface homme machine sert de pupitre de commande du système d'entraînement et de rééducation. Cette interface permet de lancer, visualiser et contrôler les principales tâches du système.  A work session can typically be divided into two main phases with the system according to the invention. With reference to FIG. 1, the first phase consists, for example, in instrumented personalization of the knee model for the case to be treated. The second phase corresponds to the application of a personalized exercise derived from the models (3) stored in the memory means (12), this exercise also being parameterized according to the personalized knee physiology and the modalities envisaged by the therapist. or the sports trainer at the controls of the system. The human machine interface serves as a control panel for the training and rehabilitation system. This interface makes it possible to launch, visualize and control the main tasks of the system.

Lors d'une première utilisation de l'appareil d'exercices physiques (2) par un utilisateur, une première étape (400) de commande est effectuée parle module logiciel (10) pour commander des moyens d'asservissement (60) d'un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires (21, 22) pour solliciter les os formant l'articulation du genou. Cette première étape (400) de commande est associée à une seconde étape (42) réalisée par des moyens capteurs (23, 24, 25) pour collecter des mesures permettant le calcul (43) des paramètres de la première série représentatifs de degrés de liberté de l'articulation du genou.  During a first use of the exercise machine (2) by a user, a first control step (400) is performed by the software module (10) to control servo means (60) of a motor assembly of the main and secondary organs (21, 22) for soliciting the bones forming the knee joint. This first control step (400) is associated with a second step (42) performed by sensor means (23, 24, 25) for collecting measurements allowing the calculation (43) of the parameters of the first series representative of degrees of freedom. of the knee joint.

La première étape (400) de commande des moyens d'asservissement (60) de l'ensemble de motorisation comprend le pilotage en temps réel d'un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires (21, 22) à six degrés de liberté de façon à solliciter les os formant l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté, la première série de paramètres prise en compte par le modèle générique (7) étant représentative du comportement des os formant l'articulation du genou selon les six degrés de liberté. Le module logiciel (10) de commande dispose d'au moins un protocole de personnalisation (P1) pour contrôler l'appareil d'exercices physiques (2) selon un mode progressif d'acquisition de mesures, qui permet d'identifier les paramètres caractéristiques du comportement du genou de l'utilisateur.  The first step (400) for controlling the servocontrol means (60) of the motorization assembly comprises the real-time control of a motorization assembly of the main and secondary members (21, 22) with six degrees of freedom of movement. the first set of parameters taken into account by the generic model (7) being representative of the behavior of the bones forming the knee joint according to the six degrees of freedom. freedom. The control software module (10) has at least one personalization protocol (P1) for controlling the exercise machine (2) in a progressive measurement acquisition mode, which makes it possible to identify the characteristic parameters of the user's knee behavior.

Le module logiciel (10) de commande inclut par exemple des moyens de calcul (15) utilisant le modèle générique (7) qui permettent de calculer la première série de paramètres à partir de mesures des moyens capteurs (23, 24, 25). Ces capteurs (23, 24, 25) permettent notamment de mesurer des informations caractéristiques de la cinématique des os de l'articulation du genou. Les capteurs (23, 24) utilisés pour l'observation du genou sont par exemple solidaires d'un dispositif d'attache en contact avec des zones du genou pour lesquelles le mouvement relatif de la peau et des masses musculaires par rapport aux os est minimum. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'étape (42) de collecte de mesures est réalisée par l'intermédiaire de capteurs magnétiques et au moins un capteur de force (25). II peut être prévu parmi les moyens capteurs (23, 24, 25) des capteurs de force, de vitesse et d'accélération des os sollicités. Les moyens interactifs (11) peuvent être agencés pour déclencher la phase d'acquisition de données de personnalisation.  The control software module (10) includes, for example, calculation means (15) using the generic model (7) which make it possible to calculate the first series of parameters from measurements of the sensor means (23, 24, 25). These sensors (23, 24, 25) notably make it possible to measure information characteristic of the kinematics of the bones of the knee joint. The sensors (23, 24) used for the observation of the knee are for example integral with an attachment device in contact with areas of the knee for which the relative movement of the skin and muscle masses relative to the bones is minimum . In one embodiment of the invention, the step (42) of collecting measurements is performed by means of magnetic sensors and at least one force sensor (25). It can be provided among the sensor means (23, 24, 25) sensors force, speed and acceleration of the bones requested. The interactive means (11) can be arranged to trigger the personalization data acquisition phase.

Dans l'exemple de la figure 2B, des moyens d'asservissement (60) d'un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires (21,2) sont contrôlés par des moyens de pilotage (13) du module logiciel (10) de commande pour solliciter les os formant l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté pris en compte par le modèle générique (7). Le module logiciel (10) de commande est doté en outre de moyens de génération (14) utilisant la première série de paramètres obtenue par les moyens de calcul (15) pour générer un modèle personnalisé (70) de la cinématique du genou.  In the example of FIG. 2B, servocontrol means (60) of a motorization assembly of the main and secondary members (21, 2) are controlled by control means (13) of the software module (10). command to solicit the bones forming the knee joint according to each of the degrees of freedom taken into account by the generic model (7). The control software module (10) is furthermore provided with generating means (14) using the first set of parameters obtained by the calculation means (15) for generating a personalized model (70) of the kinematics of the knee.

En référence à la figure 4, une étape (44) de génération d'un modèle (70) de la cinématique du genou personnalisé à partir de la première série de paramètres calculés peut donc être effectuée, le modèle personnalisé (70) étant stocké dans les moyens de mémorisation (12), par exemple dans un fichier de personnalisation. Lors d'utilisations ultérieures de l'appareil d'exercices physiques (2) par l'utilisateur, le modèle personnalisé (70) pourra être chargé lors d'une étape (51) de chargement. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, cette dernière étape inclut également le chargement d'une seconde série de paramètres relatifs au type d'exercice physique. Selon le type d'exercice choisi, un mouvement déterminé devra être réalisé, dont l'amplitude peut être mesurée grâce au capteur de position (24). Le capteur de force (25), par exemple du type à jauge de contraintes, est également prévu (à l'extrémité du membre articulé) pour permettre l'obtention d'informations sur s l'effort musculaire développé par l'utilisateur. Des capteurs logiques peuvent aussi être prévus pour garantir la sécurité de l'utilisateur (fins de course, arrêts d'urgence et détecteurs de proximité).  With reference to FIG. 4, a step (44) of generating a model (70) of the personalized knee kinematics from the first set of calculated parameters can therefore be performed, the personalized model (70) being stored in the storage means (12), for example in a personalization file. During subsequent uses of the exercise machine (2) by the user, the customized model (70) can be loaded during a loading step (51). In a preferred embodiment of the invention, this last step also includes the loading of a second series of parameters relating to the type of physical exercise. Depending on the type of exercise chosen, a determined movement will have to be made, the amplitude of which can be measured by means of the position sensor (24). The force sensor (25), for example of the strain gauge type, is also provided (at the end of the articulated member) to allow obtaining information on the muscle effort developed by the user. Logic sensors can also be provided to ensure the safety of the user (limit switches, emergency stops and proximity sensors).

Après l'étape (51) de chargement du modèle personnalisé (70) et de la seconde série de paramètres, un protocole de pilotage personnalisé (P2) de io l'appareil d'exercices physiques (2) est généré pour permettre de commander de façon adaptée les organes principaux et secondaires (21, 22) selon les besoins de l'utilisateur. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens interactifs (11) sont agencés pour déclencher la sélection puis le chargement du modèle personnalisé (70) et de la seconde série de paramètres relatifs au type d'exercice physique à effectuer. Le protocole de pilotage personnalisé (P2) adapté en fonction de la sélection par les moyens interactifs (11) du modèle personnalisé (70) et de la seconde série de paramètres est par exemple stocké lors de l'étape (52) de génération dans une mémoire spécifique (121) rassemblant une pluralité de protocoles de pilotage personnalisés. Les moyens de pilotage (13) du module logiciel (10) de commande sont prévus pour utiliser le protocole de pilotage personnalisé (P2) et exercer une série de commandes pour contrôler les organes principaux et secondaires (21, 22) de façon à forcer le genou à suivre un mouvement assurant que les différents paramètres correspondent chacun à une trajectoire bien délimitée.  After the loading step (51) of the customized model (70) and the second set of parameters, a personal driving protocol (P2) of the exercise machine (2) is generated to enable control of adapted the main and secondary organs (21, 22) according to the needs of the user. In one embodiment of the invention, the interactive means (11) are arranged to trigger the selection and then the loading of the personalized model (70) and the second set of parameters relating to the type of physical exercise to be performed. The customized control protocol (P2) adapted according to the selection by the interactive means (11) of the personalized model (70) and the second set of parameters is for example stored during the generation step (52) in a specific memory (121) gathering a plurality of custom control protocols. The control means (13) of the control software module (10) are designed to use the personalized control protocol (P2) and to perform a series of commands for controlling the main and secondary organs (21, 22) in order to force the knee to follow a movement ensuring that the different parameters each correspond to a well-defined trajectory.

Pour cela, le protocole de pilotage personnalisé (P2) prévoit des paramètres représentatifs de six degrés de liberté pour paramétrer via lesdits organes principaux et secondaires la trajectoire permise pour le genou lors d'une étape (53) de commande personnalisée. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'ensemble de motorisation (6) des organes principaux et secondaires (21, 22) est du type à six degrés de liberté pour solliciter via les commandes des moyens de pilotage (13) du module logiciel (10) de commande les os formant l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté, les moyens de génération (14) de modèles personnalisés de la cinématique du genou du module logiciel (10) prenant en compte par l'intermédiaire de ladite première série de paramètres le comportement des os de l'articulation du genou selon les six degrés de liberté.  For this, the custom control protocol (P2) provides parameters representative of six degrees of freedom to set via said primary and secondary organs the path allowed for the knee during a step (53) of personalized control. In one embodiment of the invention, the motorization assembly (6) of the main and secondary members (21, 22) is of the six-degree of freedom type for soliciting, via the controls, control means (13) for the module. software (10) controls the bones forming the knee joint according to each of the degrees of freedom, the means (14) for generating customized models of the kinematics of the knee of the software module (10) taking into account via said first set of parameters behavior of bones of a knee joint according to six degrees of freedom.

En référence à la figure 3, un paramètre de la seconde série peut spécifier pour un modèle de travail une courbe de force en fonction de l'angle articulaire (0). Un modèle de courbe de force sélectionné (30) peut correspondre à une courbe de force musculaire particulière, résultant d'un entraînement particulier réalisé par un sportif modèle, par exemple un champion d'une discipline sportive. En général, l'entraînement sportif sur le terrain permet de développer des qualités spécifiques une courbe spécifique d'un sport ou d'un type de discipline qui se traduisent par une courbe de force spécifique au sport concerné. En référence avec la figure 4, les modèles (3) de courbe de force en fonction de l'angle articulaire (0) peuvent être chacun obtenus lors d'une étape (80) d'enregistrement de caractéristiques de l'effort. Chaque courbe enregistrée peut être modélisée pour être utilisée ultérieurement comme modèle (3) paramétrable, puis enregistrée avec la pluralité de modèles (3) dans les moyens de mémorisation (12). Dans un mode de réalisation, la modélisation des courbes enregistrées destinées à servir de modèle peut être du type polynomial avec un degré de polynôme allant de 2 à 4 par exemple. Au troisième degré, une courbe de force enregistrée en fonction de l'angle articulaire (0) peut ainsi être modélisée suivant la formule F= K + a e + b02 + c03, où F représente la force, K une constante qui peut être nulle, a, b et c des coefficients paramétrables pour obtenir une courbe désirée (31, 32).  With reference to FIG. 3, a parameter of the second series can specify for a working model a force curve as a function of the articular angle (0). A selected force curve model (30) may correspond to a particular muscle strength curve resulting from a particular training carried out by a model athlete, for example a champion of a sporting discipline. In general, sport training in the field makes it possible to develop specific qualities, a specific curve of a sport or a type of discipline that results in a specific force curve for the sport concerned. With reference to FIG. 4, the force curve models (3) as a function of the joint angle (0) can each be obtained during a step (80) of recording characteristics of the force. Each recorded curve can be modeled for later use as a parameterizable model (3) and then recorded with the plurality of models (3) in the storage means (12). In one embodiment, the modeling of the recorded curves intended to serve as a model can be of the polynomial type with a degree of polynomial ranging from 2 to 4 for example. In the third degree, a curve of force recorded as a function of the joint angle (0) can thus be modeled according to the formula F = K + ae + b02 + c03, where F represents the force, K a constant which can be zero, a, b and c are parameterizable coefficients to obtain a desired curve (31, 32).

Les modèles (3) peuvent en outre être répartis en une catégorie masculine et une catégorie féminine. Une seule de ces catégories peut par exemple être accessible après une étape de sélection du sexe de l'utilisateur par les moyens interactifs (11) sur le menu affiché sur l'écran par le module logiciel de commande (10).  Models (3) can also be divided into a male and a female category. Only one of these categories can for example be accessible after a step of selecting the sex of the user by the interactive means (11) on the menu displayed on the screen by the control software module (10).

L'utilisation de tels modèles (3) peut avantageusement s'appliquer dans un nouveau mode d'entraînement ou rééducation, que l'on appelle physiocinématique, au cours duquel le renforcement musculaire est réalisé selon une courbe de force imposée, où la charge est contrôlée en fonction de l'angle articulaire (0). La vitesse angulaire de l'organe mobile principal (21) peut dépendre de l'effort appliqué, grâce à l'utilisation de moyens d'asservissement du moyen moteur (600). Un variateur de vitesse peut être par exemple utilisé pour permettre un contrôle de la puissance du moyen moteur (600). Les paramètres de vitesse angulaire, de force et de position angulaire peuvent être contrôlés pour que l'effort demandé à l'utilisateur soit personnalisé en fonction de ses besoins.  The use of such models (3) can advantageously be applied in a new mode of training or rehabilitation, which is called physiokinematics, during which the muscle reinforcement is performed according to an imposed force curve, where the load is controlled according to the joint angle (0). The angular velocity of the main movable member (21) may depend on the force applied, thanks to the use of servo means of the motor means (600). For example, a variable speed drive can be used to control the power of the motor means (600). The parameters of angular velocity, force and angular position can be controlled so that the effort required from the user is personalized according to his needs.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le module logiciel de io commande (10) comporte des moyens de transformation de données (non représentés) tenant compte des paramètres d'adaptation entrés par l'utilisateur ou le praticien pour paramétrer une courbe de force désirée (31, 32) à partir d'un modèle de courbe de force sélectionné (30). Les moyens interactifs (11) permettent la saisie d'un coefficient de réduction fonction de l'utilisateur. Les moyens de transformation de données sont par exemple agencés pour prendre en compte ce coefficient de réduction pour abaisser l'intensité de la force (30) du modèle de courbe de force et paramétrer la courbe de force désirée (31, 32), comme illustré à la figure 3. En outre, les moyens de transformation de données permettent de sélectionner un intervalle (5) d'angles articulaires de façon à prohiber des positions articulaires (0) indésirables, comme illustré en figure 3. Un angle maximal et un angle minimal peuvent être paramétrés par défaut.  In a preferred embodiment of the invention, the control software module (10) comprises data transformation means (not shown) taking into account the adaptation parameters entered by the user or the practitioner to set up a curve. desired force (31, 32) from a selected force curve model (30). The interactive means (11) allow the input of a reduction coefficient depending on the user. The data transformation means are, for example, arranged to take into account this reduction coefficient in order to lower the intensity of the force (30) of the force curve model and to parameterize the desired force curve (31, 32), as illustrated. In FIG. 3, the data transformation means make it possible to select an interval (5) of articular angles so as to prohibit undesirable articular positions (0), as illustrated in FIG. 3. Maximum angle and angle minimum can be set by default.

En référence avec la figure 3, les moyens de mémorisation (12) sont aptes à stocker la courbe de force désirée (31, 32) dans un fichier d'utilisation (120) à la disposition du module logiciel (10) de commande. Les moyens d'asservissement (60) prévus entre le module logiciel (10) de commande et l'ensemble de motorisation (6) comprennent un variateur de vitesse et sont reliés aux moyens de pilotage (13) du module logiciel (10) de commande. Le module logiciel (10) de commande peut se servir des données du fichier d'utilisation (120) représentatives de la courbe de force désirée (31, 32) pour commander les moyens d'asservissement (60) de façon à imposer une contre- réaction de l'organe mobile (21) dont l'intensité correspond aux données de la courbe de force désirée (31, 32).  With reference to FIG. 3, the storage means (12) are able to store the desired force curve (31, 32) in a utilization file (120) available to the control software module (10). The servo-control means (60) provided between the control software module (10) and the drive unit (6) comprise a variable speed drive and are connected to the control means (13) of the control software module (10). . The control software module (10) can use data from the utilization file (120) representative of the desired force curve (31, 32) to control the servo means (60) so as to impose a counterbalance. reaction of the movable member (21) whose intensity corresponds to the data of the desired force curve (31, 32).

Dans le mode de réalisation de la figure 2B, un ou plusieurs capteurs de force (25) sont disposés sur une partie intermédiaire du bras mobile (21), par exemple entre les repose-pied et le bras mobile (21). Des moyens d'enregistrement des mesures du capteur de force (25) sont prévus pour permettre d'afficher sur un écran des moyens interactifs (11) des données de force représentatives de l'effort effectif de l'utilisateur. Pour cela, le module logiciel (10) de commande doit initier l'actionnement du moyen moteur (600) io pour solliciter l'organe mobile (21) et déclencher une mesure et une mémorisation du poids du ou des membres (4) de l'utilisateur qui vient de s'installer sur l'appareil (2). Des moyens logiciels de compensation de gravité (non représentés) sont prévus pour retrancher le poids de ces membres (4) de la force mesurée par le capteur de force (22) en cours d'exercice. Ceci permet d'afficher sur l'écran des moyens interactifs (11) une force représentative de l'effort effectif de l'utilisateur.  In the embodiment of Figure 2B, one or more force sensors (25) are disposed on an intermediate portion of the movable arm (21), for example between the footrest and the movable arm (21). Means for recording the measurements of the force sensor (25) are provided for displaying on a screen interactive means (11) force data representative of the actual effort of the user. For this, the software module (10) control must initiate the actuation of the motor means (600) to solicit the movable member (21) and trigger a measurement and storage of the weight or limbs (4) of the user who has just settled on the device (2). Software gravity compensation means (not shown) are provided to subtract the weight of these members (4) from the force measured by the force sensor (22) during exercise. This makes it possible to display on the screen interactive means (11) a force representative of the actual effort of the user.

Lesdits moyens d'enregistrement utilisent avantageusement les mesure des moyens capteurs (23, 24, 25) pour stocker des caractéristiques de l'effort fourni par un utilisateur et ainsi permettre l'enregistrement d'une courbe de force en fonction de l'angle articulaire (A) de l'organe mobile (21). Le système informatique de l'invention permet donc d'obtenir les modèles (3) pouvant servir à un utilisateur lambda. Des moyens sont prévus pour permettre d'afficher une fenêtre de sélection (100) par classification en discipline sportive sur l'écran tactile des moyens interactifs (11) et proposer un choix de modèles (3) adapté au profil sportif de l'utilisateur.  Said recording means advantageously use the measurements of the sensor means (23, 24, 25) to store characteristics of the force supplied by a user and thus allow the recording of a force curve as a function of the joint angle (A) the movable member (21). The computer system of the invention thus makes it possible to obtain the models (3) that can be used by a lambda user. Means are provided to enable a selection window (100) to be displayed by sporting discipline classification on the interactive means (11) touch screen and to propose a choice of models (3) adapted to the user's sport profile.

La figure 4 récapitule une succession d'étapes pouvant être réalisées grâce au système selon l'invention.  FIG. 4 summarizes a succession of steps that can be carried out thanks to the system according to the invention.

Tout d'abord chacun des modèles (3) paramétrables est obtenu lors d'une étape (80) d'enregistrement, une phase consécutive de modélisation de la courbe enregistrée pouvant être réalisée de manière automatique ou manuellement. L'utilisateur de l'appareil d'exercices physiques (2) procède, avant de commencer une séance d'entraînement, à une étape (81) de sélection utilisant lesdits moyens interactifs (11) pour sélectionner dans la fenêtre de sélection (100) le modèle de courbe (30) approprié pour sa discipline sportive. La courbe sélectionnée (30) du modèle de départ s'affiche alors sur une fenêtre suivante (100'). Comme représenté à la figure 3, l'utilisateur peut paramétrer à l'aide des moyens interactifs (11) un coefficient de réduction lors d'une étape (82) de paramétrage sur la fenêtre (100') affichée sur l'écran. Ce coefficient de réduction tient compte par exemple des capacités ou des pathologies de l'utilisateur de l'appareil d'exercices physiques (1) pour abaisser l'intensité de la force de la courbe modélisée sélectionnée (30) et obtenir la courbe de force désirée (31, 32). Cette dernière est stockée dans le fichier (120) pour pouvoir être appelée de nouveau par l'utilisateur lors d'une séance ultérieure. Naturellement la courbe ainsi enregistrée peut être modifiée une nouvelle fois. Dans des variantes de réalisation, la forme du pic de la courbe sélectionnée (30) peut également être modifiée. Un module de déformation de la courbe activé par un curseur déplaçable dans la fenêtre (100') peut être prévu pour cela.  First of all each of the parameterizable models (3) is obtained during a recording step (80), a consecutive modeling phase of the recorded curve can be performed automatically or manually. The user of the exercise machine (2) proceeds, before starting a training session, to a selection step (81) using said interactive means (11) to select in the selection window (100) the curve model (30) appropriate for its sports discipline. The selected curve (30) of the starting model is then displayed on a following window (100 '). As shown in FIG. 3, the user can set, using interactive means (11), a reduction coefficient during a parameterizing step (82) on the window (100 ') displayed on the screen. This reduction coefficient takes into account, for example, the abilities or pathologies of the user of the exercise machine (1) for lowering the intensity of the force of the selected modeled curve (30) and obtaining the force curve desired (31, 32). The latter is stored in the file (120) to be able to be called again by the user at a later session. Naturally the curve thus recorded can be modified again. In alternative embodiments, the peak shape of the selected curve (30) can also be modified. A deformation module of the curve activated by a movable cursor in the window (100 ') can be provided for this.

Comme illustré à la figure 4, l'étape (82) de paramétrage peut être complétée par une étape (83) de sélection d'un intervalle (8) d'angles articulaires de façon à prohiber des positions articulaires (A) indésirables. On comprend que le mode de personnalisation de l'appareil selon l'invention permet de corriger une courbe de force musculaire anormale (à cause d'une séquelle d'un traumatisme ancien) et de l'amener à un niveau normal (correspondant à la courbe obtenue avec le membre (4) avant ou sans séquelle).  As illustrated in FIG. 4, the parameterizing step (82) may be completed by a step (83) for selecting an interval (8) of joint angles so as to prohibit undesirable articular positions (A). It will be understood that the method of personalization of the apparatus according to the invention makes it possible to correct an abnormal muscle strength curve (due to a legacy of old trauma) and to bring it to a normal level (corresponding to the curve obtained with the limb (4) before or without sequelae).

Avant de débuter les exercices physiques, l'utilisateur est soumis à une étape (800) d'étalonnage réalisée à l'aide du capteur de force (25) pour mesurer le poids du ou des membres (4) servant à réaliser le mouvement déterminé des exercices. Une étape (85) de compensation de gravité est réalisée pour retrancher le poids de ces membres (4) de la force mesurée par le capteur de force (25), les moyens interactifs (11) affichant alors une force représentative de l'effort effectif de l'utilisateur. Dans un mode de réalisation de l'invention, cet étalonnage (800) et la compensation de gravité (84) sont réalisés de manière systématique avant toute mesure des capteurs (23, 24, 25).  Before beginning the physical exercises, the user is subjected to a calibration step (800) performed using the force sensor (25) to measure the weight of the member or members (4) used to perform the determined movement exercises. A step (85) of gravity compensation is performed to subtract the weight of these members (4) from the force measured by the force sensor (25), the interactive means (11) then displaying a force representative of the actual effort of the user. In one embodiment of the invention, this calibration (800) and the gravity compensation (84) are performed systematically before any measurement of the sensors (23, 24, 25).

Lors de la séance d'exercices physiques, une étape (85) de commande réalisée par le module logiciel (10) de commande permet de commander les moyens d'asservissement (60) du moyen moteur (600), de façon à imposer une contre-réaction de l'organe mobile (21) articulé suffisante pour que le mouvement déterminé soit réalisé avec la force et la vitesse désirée. La vitesse du mouvement peut être déterminée par un capteur de rotation. Dans un mode de réalisation, le capteur de position (24) est accompagné d'un capteur de io rotation. Ainsi, on peut être certain que l'effort effectivement fourni va correspondre à la courbe de force (31, 32) ou de vitesse désirée. Une étape (80') d'enregistrement de caractéristiques de l'effort fourni par l'utilisateur peut être effectuée grâce aux moyens capteurs (24, 25) pour permettre l'enregistrement d'une courbe de force en fonction de l'angle articulaire (9) de l'organe mobile (21). Ainsi, les courbes d'enregistrement collectées pendant les séances d'entraînement peuvent permettre de visualiser l'évolution d'un utilisateur. Les moyens de mémorisation (12) sont aptes à stocker automatiquement de telles courbes dans un fichier associé à l'utilisateur.  During the physical exercise session, a control step (85) carried out by the control software module (10) makes it possible to control the servocontrol means (60) of the motor means (600), so as to impose a counter -action of the articulated movable member (21) sufficient for the determined movement is achieved with the desired force and speed. The speed of movement can be determined by a rotation sensor. In one embodiment, the position sensor (24) is accompanied by a rotation sensor. Thus, it can be certain that the effort actually provided will correspond to the desired force (31, 32) or speed curve. A step (80 ') for recording the characteristics of the effort provided by the user can be performed by means of the sensor means (24, 25) to enable the recording of a force curve as a function of the joint angle (9) of the movable member (21). Thus, the recording curves collected during the training sessions can be used to visualize the evolution of a user. The storage means (12) are able to automatically store such curves in a file associated with the user.

Le mouvement demandé, dont les caractéristiques de force ou de vitesse sont mesurées, est défini par une amplitude déterminée de l'angle de rotation et le sens du mouvement. Par exemple, une force musculaire exercée vers le haut fera travailler les quadriceps, tandis qu'une force exercée vers le bas fera travailler les ischiojambiers. En outre, on peut envisager différents modes d'entraînement (M) en modifiant la nature du mouvement. Dans le mode de réalisation de la figure 5, le mode et le type de mouvement spécialisé (40) à faire travailler peuvent être sélectionnés dans la fenêtre (100) grâce aux moyens interactifs (11) de saisie et d'affichage. Pour cela, des moyens d'accès (105) à une liste de sélection sont par exemple prévus dans les moyens interactifs (11).  The requested movement, whose force or speed characteristics are measured, is defined by a determined amplitude of the angle of rotation and the direction of movement. For example, an upward muscular force will work the quadriceps, while a downward force will work the hamstrings. In addition, one can consider different modes of training (M) by changing the nature of the movement. In the embodiment of FIG. 5, the mode and the type of specialized movement (40) to be worked can be selected in the window (100) by interactive means (11) for inputting and displaying. For this, access means (105) to a selection list are for example provided in the interactive means (11).

Par sélection dans la liste proposée pour les modes d'entraînement (M), un mode isocinétique peut par exemple être choisi, un tel mode étant obtenu en pratique pour un mouvement de vitesse constante avec des conditions sur la force musculaire à exercer. La liste peut proposer une pluralité d'autres modes (M) parmi lesquels: le mode conduit , obtenu pour un mouvement de vitesse constante sans condition sur la force musculaire à exercer; le mode isotonique qui s'obtient lorsqu'une charge pesante constante est simulée; - le mode physiocinétique , dans lequel la simulation d'une charge pesante constante est fonction de la position angulaire; - le mode assisté , dans lequel la vitesse est fonction des réactions d'effort du patient, un moteur étant prévu pour assister le mouvement vers le haut contre la gravité et le poids des jambes; - le mode étirement , dans lequel une charge pesante est simulée pour créer un déplacement à faible vitesse jusqu'à l'obtention de l'équilibre avec la tension musculaire; - le mode isométrique qui s'obtient pour un effort exercé dans une position maintenue constante.  By selection from the list proposed for the training modes (M), an isokinetic mode may for example be chosen, such a mode being obtained in practice for a constant speed movement with conditions on the muscular force to be exerted. The list may propose a plurality of other modes (M) among which: the driven mode, obtained for a constant speed movement without condition on the muscular force to be exerted; the isotonic mode that is obtained when a constant heavy load is simulated; the physiokinetic mode, in which the simulation of a constant heavy load is a function of the angular position; - the assisted mode, in which the speed is a function of the patient's stress responses, an engine being provided to assist the upward movement against the gravity and the weight of the legs; - the stretching mode, in which a heavy load is simulated to create a low-speed motion until it reaches equilibrium with muscle tension; the isometric mode that is obtained for a force exerted in a position kept constant.

La nature de l'effort musculaire pourra être de type "concentrique" lorsque le muscle est moteur ou "excentrique" lorsque le muscle est résistant. La configuration de l'entraînement peut être réalisée de manière précise en utilisant la fenêtre de sélection (100) illustrée à la figure 5. L'utilisateur ou le praticien peut paramétrer une définition ou un titre (9) de l'entraînement et choisir un effort d'entraînement élémentaire (90). Le paramétrage comprend en outre la sélection du mode d'entraînement souhaité (isocinétique, physiocinétique, etc.), de la nature (K) de l'effort (concentrique ou excentrique) et du ou des membres (41) à solliciter (membres droit+gauche par exemple).  The nature of the muscular effort can be of "concentric" type when the muscle is motor or "eccentric" when the muscle is resistant. The training configuration can be carried out accurately using the selection window (100) illustrated in FIG. 5. The user or the practitioner can set a definition or a title (9) of the training and choose a elementary training effort (90). The parameterization furthermore comprises the selection of the desired training mode (isokinetic, physiokinetic, etc.), the nature (K) of the effort (concentric or eccentric) and the member or limbs (41) to be solicited (right limbs). + left for example).

A l'aide de la sélection des entraînements élémentaires (90), le praticien peut créer une ou plusieurs séances d'entraînement type pouvant être mémorisées dans une base de données des moyens de mémorisation (12). A titre d'exemple, pour un entraînement défini par un titre (90) comme force musculaire , plusieurs entraînements élémentaires peuvent être prévus dans la base de données. Un entraînement élémentaire peut ensuite se composer d'un premier nombre (NI) déterminé paramétré pour correspondre au nombre de séries de mouvements à réaliser, chaque série comprenant des répétitions de mouvements spécifiés pour le genou, un second nombre déterminé (N2) étant paramétré pour définir le nombre de répétitions dans une série. Les moyens interactifs (1) de saisie et d'affichage permettent au praticien de créer un nouvel entraînement en assemblant des entraînements élémentaires ou bien reprendre un entraînement existant et le modifier en supprimant ou en ajoutant des entraînements élémentaires. Le système de personnalisation selon l'invention permet donc de modifier aisément les caractéristiques de l'entraînement pour s'adapter aux besoins de l'utilisateur.  Using the selection of the elementary workouts (90), the practitioner can create one or more typical workouts that can be stored in a database of the storage means (12). For example, for a training defined by a title (90) as muscle strength, several elementary training can be provided in the database. An elementary training may then consist of a first determined number (NI) parameterized to correspond to the number of series of movements to be performed, each series comprising repetitions of movements specified for the knee, a second determined number (N2) being parameterized for set the number of repetitions in a series. The interactive means (1) of input and display allow the practitioner to create a new drive by assembling basic training or resume an existing workout and modify it by removing or adding elementary training. The personalization system according to the invention therefore makes it easy to modify the characteristics of the drive to adapt to the needs of the user.

io La configuration de l'entraînement peut également comporter la saisie d'une durée de repos (T) pour espacer les séries (NI) dans le temps. En outre, les positions angulaires extrêmes (emin, emax) peuvent être définies lors de l'étape de paramétrage (82). En mode isocinétique ou en mode conduit , la vitesse peut être paramétrée constante à une valeur déterminée (w). Une charge ou force minimale constante (Fm) peut aussi être définie en paramètre. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'exécution d'une séance d'entraînement débute par l'affichage d'une fenêtre spécifique (101), comme représenté à la figure 6. Un bouton d'interface (S) ou moyen analogue permet le démarrage de la séance. Lors d'une séance, les paramètres sont affichés ainsi que la numérotation (N) de la série en cours.  The training configuration may also include entering a rest period (T) to space the series (NI) over time. In addition, the extreme angular positions (emin, emax) can be defined during the parameterization step (82). In isokinetic or duct mode, the speed can be set to a constant value (w). A constant minimum load or force (Fm) can also be defined as a parameter. In one embodiment of the invention, the execution of a training session begins with the display of a specific window (101), as shown in FIG. 6. An interface button (S) or analogous way allows the start of the session. During a session, the parameters are displayed as well as the numbering (N) of the current series.

L'un des avantages de l'invention est de fournir un mode d'utilisation permettant la réalisation d'un mouvement parfaitement physiologique, qui est le mouvement naturel optimisé pour parvenir au résultat recherché. L'invention met à profit l'utilisation d'images ou de séries d'images pour l'obtention d'informations géométriques 3D précises représentatives de gestes de sportifs modèles et permet une personnalisation de l'entraînement ou de la rééducation par adaptation d'un modèle biomécanique du genou réaliste. L'invention tient compte de tous les degrés de liberté du genou et d'un dimensionnement en adéquation.  One of the advantages of the invention is to provide a mode of use allowing the realization of a perfectly physiological movement, which is the natural movement optimized to achieve the desired result. The invention makes use of the use of images or series of images for obtaining accurate 3D geometric information representative of model sportsmen's gestures and allows a customization of training or rehabilitation by adaptation of a biomechanical model of the realistic knee. The invention takes into account all the degrees of freedom of the knee and adequate sizing.

Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué.  It should be obvious to those skilled in the art that the present invention allows embodiments in many other specific forms without departing from the scope of the invention as claimed.

Claims (19)

REVENDICATIONS 1. Méthode personnalisable d'entraînement et de rééducation pour l'amélioration de gestes sportifs, permettant la personnalisation d'un appareil d'exercices physiques (2) du type comprenant au moins un organe mobile principal (21) articulé relié à un moyen moteur (600) ou freineur pour produire une contre-réaction à un mouvement déterminé du genou et une pluralité d'organes secondaires (22) pour contraindre le genou à adopter un mouvement se traduisant par des informations mesurées suivant une e trajectoire étroitement délimitée, l'appareil (2) utilisant un équipement informatique (1) lo doté de moyens de mémorisation (12), de moyens interactifs (11) de saisie et d'affichage permettant la saisie de paramètres d'adaptation à un utilisateur de l'appareil d'exercices physiques (2), et d'un module logiciel (10) de commande permettant de contrôler l'appareil d'exercices physiques (2), méthode caractérisée en ce qu'elle comprend: is une étape préalable de mémorisation d'un modèle générique (7) de la cinématique complète du genou humain, ledit modèle générique (7) prenant en compte une première série de paramètres représentatifs de degrés de liberté de l'articulation du genou, - lors d'une première utilisation de l'appareil d'exercices physiques (2) par un utilisateur, une première étape (400) de commande par le module logiciel (10) de moyens d'asservissement (60) d'un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires (21, 22) pour solliciter les os formant l'articulation du genou, associée à une seconde étape (42) réalisée par des moyens capteurs (23, 24, 25) pour collecter des mesures permettant le calcul (43) des paramètres de ladite première série de paramètres, - une étape (44) de génération d'un modèle (70) de la cinématique du genou personnalisé à partir de la première série de paramètres calculés, lors d'utilisations ultérieures de l'appareil d'exercices physiques (2) par l'utilisateur, une étape (51) de chargement du modèle personnalisé (70) et d'une seconde série de paramètres relatifs au type d'exercice physique suivie d'une étape (52) de génération d'un protocole de pilotage personnalisé de l'appareil d'exercices physiques (2), le module logiciel (10) de commande utilisant le protocole de pilotage personnalisé pour contrôler les organes principaux et secondaires (21, 22) de façon à forcer le genou à suivre un mouvement assurant que les différents paramètres correspondent chacun à une trajectoire bien délimitée.  1. A customizable training and rehabilitation method for improving sports movements, allowing the personalization of a physical exercise apparatus (2) of the type comprising at least one articulated main movable member (21) connected to a motor means (600) or braking device for producing a counter-reaction to a determined movement of the knee and a plurality of secondary members (22) to constrain the knee to adopt a movement resulting in information measured along a narrowly delimited path, apparatus (2) using computer equipment (1) lo provided with storage means (12), interactive input and display means (11) for inputting adaptation parameters to a user of the apparatus physical exercises (2), and a software module (10) control to control the exercise machine (2), characterized in that it comprises: is a preliminary step of memori a generic model (7) of the complete kinematics of the human knee, said generic model (7) taking into account a first series of parameters representative of degrees of freedom of the knee joint, - during a first use of the exercise machine (2) by a user, a first step (400) of control by the software module (10) servo means (60) of a motorization assembly of the main and secondary organs ( 21, 22) for biasing the bones forming the knee joint, associated with a second step (42) performed by sensor means (23, 24, 25) for collecting measurements allowing the calculation (43) of the parameters of said first set of parameters, - a step (44) of generating a model (70) of the personalized knee kinematics from the first set of calculated parameters, during subsequent uses of the exercise machine (2 ) by the user , a step (51) for loading the personalized model (70) and a second series of parameters relating to the type of physical exercise followed by a step (52) for generating a personalized device control protocol for the device of physical exercises (2), the control software module (10) using the personalized control protocol for controlling the main and secondary members (21, 22) so as to force the knee to follow a movement ensuring that the different parameters correspond each with a well-defined trajectory. 2. Méthode selon la revendication 1, dans laquelle l'étape (42) de collecte de mesures comprend une pluralité de mesures réalisées par des capteurs de mesure de la cinématique des os de l'articulation du genou, ces capteurs étant solidaires d'un dispositif d'attache en contact avec des zones du genou pour lesquelles le mouvement relatif de la peau et des masses musculaires par rapport aux os est minimum.  2. Method according to claim 1, wherein the step (42) for collecting measurements comprises a plurality of measurements made by sensors for measuring the kinematics of the bones of the knee joint, these sensors being integral with a attachment device in contact with areas of the knee for which the relative movement of the skin and muscle masses relative to the bones is minimum. 3. Méthode selon la revendication 1 ou 2, comportant une étape (81) de sélection utilisant lesdits moyens interactifs (11) pour sélectionner un modèle de courbe de force (30) appliqué par l'organe moteur ou freineur en fonction d'un angle articulaire (8) dudit organe mobile (21) parmi une pluralité de modèles (3) préalablement stockés dans les moyens de mémorisation (12), l'angle articulaire de l'organe mobile (21) correspondant à un angle d'articulation d'au moins un genou (4) de l'utilisateur.  3. Method according to claim 1 or 2, comprising a step (81) of selection using said interactive means (11) to select a force curve model (30) applied by the motor or braking member according to an angle articular (8) of said movable member (21) among a plurality of models (3) previously stored in the storage means (12), the articular angle of the movable member (21) corresponding to an articulation angle of at least one knee (4) of the user. 4. Méthode selon la revendication 3, comportant une étape (82) de paramétrage utilisant le modèle de courbe de force (30) sélectionné pour paramétrer une courbe de force (31, 32) ou de vitesse désirée en fonction dudit angle articulaire (A) en tenant compte de l'utilisateur de l'appareil d'exercices physiques (2), la courbe de force (31, 32) ou de vitesse désirée étant stockée dans un fichier (120) à la disposition du module logiciel (10) de commande.  The method of claim 3, including a parameterization step (82) using the force curve model (30) selected to parameterize a desired force (31, 32) or speed curve as a function of said articular angle (A). taking into account the user of the exercise machine (2), the force curve (31, 32) or desired speed being stored in a file (120) available to the software module (10) of ordered. 5. Méthode selon la revendication 4, dans laquelle le protocole de 30 pilotage personnalisé inclut lors d'utilisations ultérieures de l'appareil d'exercices physiques (2) une fonction de commande des moyens d'asservissement (60) dudit ensemble de motorisation (6) de façon à imposer une contre-réaction de l'organe mobile principal (21) suffisante pour que le mouvement déterminé soit réalisé avec la force ou la vitesse désirée correspondant à la courbe (31, 32) de force ou de vitesse désirée.  A method according to claim 4, wherein the custom control protocol includes in subsequent uses of the exercise machine (2) a control function of the servo control means (60) of said motor assembly ( 6) so as to impose a counter-reaction of the main movable member (21) sufficient for the determined movement to be effected with the desired force or speed corresponding to the desired force or velocity curve (31, 32). 6. Méthode selon l'une des revendications 1 à 5, dans laquelle le protocole de pilotage personnalisé (P2) prévoit des paramètres représentatifs de six degrés de liberté pour paramétrer via lesdits organes principaux et secondaires (21, 22) la trajectoire permise pour le genou.  6. Method according to one of claims 1 to 5, wherein the custom control protocol (P2) provides parameters representative of six degrees of freedom to set via said main and secondary organs (21, 22) the path allowed for the knee. 7. Méthode selon l'une des revendications 1 à 6, dans laquelle le module zo logiciel (10) commande suivant le protocole de pilotage personnalisé (P2) un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires (21, 22) comprenant six axes (A1, A2, A3, B1, B2, B3), l'étape de collecte des mesures étant réalisée par les moyens capteurs (23, 24, 25) pour obtenir des mesures représentatives respectivement d'informations sur la force, la vitesse et is l'accélération des os sollicités.  7. Method according to one of claims 1 to 6, wherein the software zo module (10) controls according to the custom control protocol (P2) a motorization assembly of the main and secondary members (21, 22) comprising six axes ( A1, A2, A3, B1, B2, B3), the step of collecting the measurements being carried out by the sensor means (23, 24, 25) to obtain representative measurements respectively of information on the force, the speed and is the acceleration of the solicited bones. 8. Méthode selon l'une des revendications 1 à 7, dans laquelle le modèle générique (7) est obtenu par utilisation d'une modélisation biomécanique du genou reproduisant la géométrie de toutes les composantes articulaires du genou et l'interaction entre ces composantes, et exploitation de résultats d'une étape d'évaluation fonctionnelle du genou incluant l'acquisition non invasive de la cinématique 3D des composantes de l'articulation.  8. Method according to one of claims 1 to 7, wherein the generic model (7) is obtained by using a biomechanical modeling of the knee reproducing the geometry of all the articular components of the knee and the interaction between these components, and exploitation of results of a functional knee evaluation step including non-invasive acquisition of 3D kinematics of joint components. 9. Méthode selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle une étape (80') d'enregistrement de caractéristiques de l'effort fourni par l'utilisateur est réalisée par les moyens capteurs (24, 25) pour permettre l'enregistrement d'une courbe de force en fonction de l'angle articulaire (6) de l'organe mobile (21).  9. Method according to one of claims 1 to 8, wherein a step (80 ') of recording characteristics of the effort provided by the user is performed by the sensor means (24, 25) to enable the recording a force curve as a function of the joint angle (6) of the movable member (21). 10. Méthode selon l'une des revendications 4 à 9, dans laquelle l'étape (82) de paramétrage est complétée par une étape (83) de sélection d'un intervalle (5) d'angles articulaires de façon à limiter la trajectoire dans un intervalle excluant des positions articulaires (6) indésirables.  10. Method according to one of claims 4 to 9, wherein the step (82) of parameterization is completed by a step (83) for selecting an interval (5) of joint angles so as to limit the trajectory in an interval excluding undesirable joint positions (6). 11. Méthode selon l'une des revendications 4 à 10, dans laquelle les modèles (3) de courbe de force en fonction de l'angle articulaire (0) de l'organe mobile sont chacun obtenus lors d'une étape (80) d'enregistrement de caractéristiques de l'effort fourni par un sportif modèle associé à un type déterminé de discipline sportive, l'étape (82) de paramétrage comprenant la saisie par les moyens interactifs (11) d'un coefficient de réduction tenant compte de l'utilisateur de l'appareil d'exercices physiques (1) pour abaisser l'intensité de la force (30) du modèle de courbe de force et obtenir la courbe de force désirée (31, 32).  11. Method according to one of claims 4 to 10, wherein the models (3) of the force curve as a function of the joint angle (0) of the movable member are each obtained during a step (80) for recording the characteristics of the effort provided by a model athlete associated with a specific type of sport, the parameterizing step (82) comprising the interactive input (11) of a reduction coefficient taking into account the the user of the exercise machine (1) for lowering the force intensity (30) of the force curve model and obtaining the desired force curve (31, 32). io  io 12. Méthode selon l'une des revendications 1 à 11, dans laquelle la première étape (400) de commande par le module logiciel (10) des moyens d'asservissement (60) de l'ensemble de motorisation (6) comprend le pilotage en temps réel d'un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires (21, 22) à six degrés de liberté de façon à solliciter les os de is l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté, la première série de paramètres prise en compte par le modèle générique (7) étant représentative du comportement des os de l'articulation du genou selon les six degrés de liberté.12. Method according to one of claims 1 to 11, wherein the first step (400) of the control by the software module (10) servo means (60) of the motor assembly (6) comprises driving in real time a set of motorization of the main and secondary organs (21, 22) to six degrees of freedom so as to solicit the bones of is the knee joint according to each of the degrees of freedom, the first set of parameters taken in account by the generic model (7) being representative of the behavior of the bones of the knee joint according to the six degrees of freedom. 13. Méthode selon l'une des revendications 2 à 12, dans laquelle l'étape (42) de collecte de mesures est réalisée par l'intermédiaire de capteurs magnétiques et au moins un capteur de force.  13. Method according to one of claims 2 to 12, wherein the step (42) for collecting measurements is performed by means of magnetic sensors and at least one force sensor. 14. Méthode selon l'une des revendications 1 à 13, dans laquelle une étape (500) d'étalonnage, comprenant l'actionnement du moyen moteur (600) pour solliciter l'organe mobile principal (21) en l'absence d'effort de l'utilisateur, est réalisée par un moyen capteur (25) pour mesurer le poids du ou des membres (4) de l'utilisateur servant à réaliser le mouvement déterminé du genou, une étape (55) dite de compensation de gravité étant réalisée pour retrancher le poids de ces membres (4) de la force mesurée par les moyens capteurs, afin d'afficher par lesdits moyens interactifs (11) une force représentative de l'effort effectif de l'utilisateur.  14. Method according to one of claims 1 to 13, wherein a calibration step (500) comprising actuating the motor means (600) for biasing the main movable member (21) in the absence of user effort, is performed by a sensor means (25) for measuring the weight of the member (s) (4) of the user used to perform the determined movement of the knee, a step (55) said gravity compensation being performed to subtract the weight of these members (4) from the force measured by the sensor means, to display by said interactive means (11) a representative force of the actual effort of the user. 15. Système d'entraînement et de rééducation personnalisable pour l'amélioration de gestes sportifs, comprenant un appareil d'exercices physiques (2) du type incluant au moins un organe mobile principal (21) articulé relié à un moyen moteur (600) ou freineur pour produire une contre-réaction à un mouvement déterminé, un équipement informatique (1) doté d'un module logiciel (10) de commande pour contrôler l'appareil d'exercices physiques (2) et de moyens interactifs (11) de saisie et d'affichage permettant la saisie de paramètres d'adaptation à un utilisateur de l'appareil d'exercices physiques (2), caractérisé en ce que l'appareil d'exercices physiques (2) comprend en outre io une pluralité d'organes secondaires (22) pour contraindre le genou à adopter une trajectoire étroitement délimitée et en ce que le module logiciel (10) de commande comprend: des moyens de calcul (15) agencés pour utiliser d'une part un modèle générique (7) de la cinématique complète du genou humain prenant en compte une première série de paramètres représentatifs de degrés de liberté de l'articulation du genou, et calculer d'autre part une première série de paramètres à partir de mesures de moyens capteurs (23, 24, 25), des moyens de pilotage (13) de moyens d'asservissement (60) d'un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires (21, 22) pour solliciter les os formant l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté pris en compte par le modèle générique (7), des moyens de génération (14) utilisant la première série de paramètres obtenue par les moyens de calcul (15) pour générer un modèle personnalisé (70) de la cinématique du genou, les moyens interactifs (11) étant agencés pour déclencher une phase d'acquisition de données de personnalisation par les moyens de calcul (15) et les moyens de pilotage (13) du module logiciel (10) de commande ou pour déclencher la sélection puis le chargement du modèle personnalisé (70) ainsi qu'une seconde série de paramètres relatifs au type d'exercice physique à effectuer, les moyens de pilotage (13) du module logiciel (10) de commande étant prévus pour utiliser un protocole de pilotage (P2) de l'appareil d'exercices physiques (2) adapté en fonction de la sélection du modèle personnalisé (70) et de la seconde série de paramètres pour contrôler les organes principaux et secondaires (21, 22) de façon à forcer le genou à suivre une trajectoire bien délimitée.  15. A customizable training and rehabilitation system for improving sports movements, comprising a physical exercise apparatus (2) of the type including at least one articulated main movable member (21) connected to a motor means (600) or braking device for producing feedback against a determined movement, computer equipment (1) provided with a software module (10) for controlling the exercise machine (2) and interactive means (11) for gripping and display for entering adaptation parameters to a user of the exercise machine (2), characterized in that the exercise machine (2) further comprises a plurality of members secondary devices (22) for constraining the knee to adopt a narrowly defined trajectory and in that the control software module (10) comprises: calculating means (15) arranged to use on the one hand a generic model (7) of the complete kinematics of the human knee taking into account a first series of parameters representative of degrees of freedom of the knee joint, and secondly calculating a first series of parameters from measurements of sensor means (23, 24, 25), control means (13) servo means (60) of a motorization assembly of the main and secondary organs (21, 22) for biasing the bones forming the knee joint according to each of the degrees of freedom taken into account by the generic model (7), generation means (14) using the first set of parameters obtained by the calculation means (15) to generate a personalized model (70) of the kinematics of the knee, the interactive means (11) being arranged to trigger a personalization data acquisition phase by the calculation means (15) and the control means (13) of the control software module (10) or to trigger the selection and loading of the personal model nnalisé (70) and a second set of parameters relating to the type of physical exercise to be performed, the control means (13) of the software module (10) control being provided to use a control protocol (P2) of the exercise apparatus (2) adapted according to the selection of the personalized model (70) and the second set of parameters for controlling the primary and secondary organs (21, 22) so as to force the knee to follow a trajectory well defined. 16. Système selon la revendication 15, dans lequel les moyens capteurs (23, 24, 25) comprennent des capteurs de mesure (23) de la cinématique des os de l'articulation du genou solidaires d'un dispositif d'attache en contact avec des zones du genou pour lesquelles le mouvement relatif de la peau et des masses musculaires par rapport aux os est minimum.  16. System according to claim 15, wherein the sensor means (23, 24, 25) comprise measurement sensors (23) of the kinematics of the bones of the knee joint secured to an attachment device in contact with the knee joint. areas of the knee for which the relative movement of the skin and muscle masses relative to the bones is minimum. 17. Système selon la revendication 15 ou 16, dans lequel les moyens de pilotage (13) du module logiciel (10) de commande sont agencés pour commander un ensemble de motorisation des organes principaux et secondaires (21, 22) comprenant six axes (Al, A2, A3, B1, B2, B3), les moyens capteurs (23, 24, 25) comprenant des capteurs de force, de vitesse et d'accélération des os sollicités.  17. System according to claim 15 or 16, wherein the control means (13) of the control software module (10) are arranged to control a motorization assembly of the main and secondary members (21, 22) comprising six axes (Al , A2, A3, B1, B2, B3), the sensor means (23, 24, 25) comprising force, velocity and acceleration sensors of the stressed bones. 18. Système selon une des revendications 15 à 17, dans lequel l'ensemble de motorisation (6) des organes principaux et secondaires (21, 22) est du type à six degrés de liberté pour solliciter via les commandes des moyens de pilotage (13) du module logiciel (10) de commande les os de l'articulation du genou selon chacun des degrés de liberté, les moyens de génération (14) de modèles personnalisés de la cinématique du genou du module logiciel (10) prenant en compte par l'intermédiaire de ladite première série de paramètres le comportement des os de l'articulation du genou selon les six degrés de liberté.  18. System according to one of claims 15 to 17, wherein the motor assembly (6) of the main and secondary members (21, 22) is of the type with six degrees of freedom for soliciting via the controls control means (13). ) of the software module (10) for controlling the bones of the knee joint according to each of the degrees of freedom, the means (14) for generating customized models of the kinematics of the knee of the software module (10) taking into account the intermediate of said first set of parameters the behavior of the bones of the knee joint according to the six degrees of freedom. 19. Système selon l'une des revendications 15 à 18, dans lequel les moyens capteurs (23, 24, 25) comprennent au moins un capteur de force (25) , le module logiciel (10) de commande étant agencé pour initier l'actionnement du moyen moteur (600) pour solliciter l'organe mobile (21) et déclencher une mesure, par des moyens d'enregistrement des mesures du capteur de force (25), du poids du ou des membres (4) de l'utilisateur, des moyens logiciels de compensation de gravité étant prévus pour retrancher le poids de ces membres (4) de la force mesurée par le capteur de force (25) et permettre audits moyens interactifs (11) d'afficher une force représentative de l'effort effectif de l'utilisateur.  19. System according to one of claims 15 to 18, wherein the sensor means (23, 24, 25) comprise at least one force sensor (25), the software module (10) control being arranged to initiate the actuating the motor means (600) for biasing the movable member (21) and initiating a measurement, by means of recording the measurements of the force sensor (25), the weight of the user's limb (s) (4) , gravity compensation software means being provided for subtracting the weight of these members (4) from the force measured by the force sensor (25) and enabling said interactive means (11) to display a force representative of the force the actual user.
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