WO1999011330A1

WO1999011330A1 - Mecanisme de charge pour machine de musculation

Info

Publication number: WO1999011330A1
Application number: PCT/FR1998/001898
Authority: WO
Inventors: Frédéric TOUZEY
Original assignee: Touzey Frederic
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1998-09-04
Publication date: 1999-03-11
Also published as: AU9165798A; FR2767707B1; FR2767707A1

Abstract

Mécanisme de charge (A) pour appareil de musculation, ce mécanisme (A) comprenant un bâti (1), un bras (3) articulé au bâti pour pivoter dans le plan vertical, une masse réglable (9) en position le long du bras (3), un lien de manoeuvre (16) en pivotement du bras (3) et des moyens d'attelage pour des accessoires (E, F) de musculation, caractérisé en ce que le bâti (1) est formé par deux cadres parallèles verticaux et entretoisés (1a, 1b), en ce que le bras (3) est disposé entre les deux cadres et articulé au bâti sensiblement à mi-hauteur de ce dernier et en ce que le lien de manoeuvre (16) s'étend entre un point de sa fixation au bras (3) situé entre les deux extrémités de ce bras (3) et une première poulie (14) d'enroulement portée par le bâti, les moyens d'attelage des accessoires de musculation (E, F) comprenant un lien (19) de traction relié à une seconde poulie (15) d'enroulement liée directement en rotation à la première poulie (14) d'enroulement.

Description

Mécanisme de charge pour machine de musculation.

L'invention concerne un appareil utilisable notamment pour le développement ou la rééducation musculaire et, plus précisément, la partie de cet appareil qui s'oppose à l'énergie à développer par l'utilisateur au cours des exercices.

Les appareils de ce type ont pour principe d'utiliser un travail musculaire pour déplacer, contrôler ou s'opposer au déplacement du point d'application d'une force déterminée ou pour dissiper ce travail sous forme de frottement .

La force en question est généralement celle engendrée par la gravité sur une masse. Ainsi les appareils les plus communs comportent-ils une masse mobile guidée verticalement, attelée à un lien (câble, courroie ou chaîne) , lequel lien possède à son extrémité utile pour l'opérateur un instrument de préhension (poignée, harnais...). Entre la masse et l'extrémité de préhension, le câble peut passer sur des poulies de renvoi réglables en position le cas échéant, pour que la direction dans laquelle la force musculaire doit s'exercer soit adaptée à la position de l'opérateur et à l'exercice musculaire qu'il souhaite réaliser. Cette transmission peut également comprendre des éléments de démultiplication. Le réglage de l'effort musculaire à développer consiste à modifier la masse. Il demande d'accéder directement aux masses utilisées qui doivent se présenter sous forme d'un jeu de plusieurs masselotteε. Par ailleurs, si l'on veut procéder à un réglage fin, il faut disposer d'un grand nombre de masselotteε pour pouvoir réaliser un grand nombre de combinaisons. Enfin, dans de tels appareils, la manipulation des masselottes est parfois délicate et source d'accidents (voir US-A-4 511 137) .

Il existe également d'autre appareils fondés sur le déplacement d'une masse pesante, qui comprennent un bâti supportant un bras pivotant dans le plan vertical sur au plus 90°. Une masse est portée par le bras et est réglable en position le long de celui-ci de façon que le couple exercé par le poids de la masse sur le bras soit réglable (voir US-A-3 306 611, US-A-3 573 865 ou US-A-4 650 185) .

Dans tous ces appareils il convient de pouvoir disposer d'une course minimale (de l'ordre du mètre) à l'endroit du point d'application de l'effort musculaire. On comprend que si cette course minimale est disponible au niveau même du bras pivotant, la transmission sera la plus simple possible donc la plus robuste et la plus économique.

On dispose de la course disponible à l'extrémité du bras si, comme dans le document US-A-4 650 185, ce bras est suffisamment long. Dans ce cas, le couple maximal à vaincre dépend uniquement de la valeur de la masse qu'il faut prévoir importante car les exigences des utilisateurs, notamment en cas de musculation, sont élevées. Cette masse occupe nécessairement un certain volume dont les dimensions viennent augmenter la longueur du bras le long duquel la masse coulisse, donc l'encombrement général du dispositif. En outre, comme la masse doit être importante, elle demande de mettre en oeuvre une structure importante pour la soutenir et des moyens puissants donc coûteux (moteurs électriques, vis-écrous surdimensionnées ...) pour en déplacer la position le long du bras en fonction de la demande de l'utilisateur.

Le document US-A-3 573 865 illustre un appareil dans lequel par construction le levier pesant n'a qu'une faible amplitude de débattement. Cet appareil comporte donc une transmission démultipliée par des jeux d'engrenages qui est complexe pour disposer d'une course utile acceptable. Outre que cette transmission fragilise l'appareil, elle exige de mettre un bras pivotant de grande dimension pour que les demandes élevées d'effort résistant aux entraîne- ments de musculation puissent être satisfaites. L'encombre- ment de l'appareil devient alors rédhibitoire .

Dans un second type d'appareil une poulie est calée sur l'axe de pivotement du bras ; il convient alors, pour disposer de l'amplitude de course nécessaire au niveau même du bras, d'installer une poulie de grand diamètre pour disposer d'une circonférence d'environ quatre mètres car le débattement du bras est limité au plus à 90°. Il s'agit là d'une mesure également inadéquate sur le plan de l'encombrement. C'est pourquoi, dans ce cas, la course nécessaire est obtenue par démultiplication par exemple à engrenages comme illustré par le document US-A-3 306 611. Ces mécanis^¬ mes sont extrêmement fragiles et sujets à une usure importante car tous les effets sont concentrés au niveau de l'axe de pivotement du bras pesant, du palier qui le supporte et des roues dentées mises en oeuvre.

Le nombre important des appareils existants pour musculation ou la rééducation, la limite d'emploi de chacun d'eux du fait même de leur conception (au stade de laquelle la spécialisation dans l'usage a été introduite), leur encombrement important... ne sont pas satisfaisants pour les professionnels qui les tiennent à disposition des utilisateurs dans des locaux spécialement destinés à la gymnastique et/ou à l'entraînement. En effet ces professionnels souhaitent rentabiliser au mieux l'espace qu'ils offrent à leur clientèle avec un matériel peu encombrant homogène, d'entretien facile et de coût relativement bas. Il existe donc un besoin aujourd'hui son satisfait d'un matériel standardisé à partir duquel de nombreuses possibilités d'utilisations spécifiques peuvent être offertes de manière simple.

Par l'invention on répond à ce besoin en proposant un mécanisme de création d'un effort résistant simple d'encombrement minimal pour des caractéristiques mécaniques optimales et adaptable à la plupart des applications demandées par les utilisateurs. A cet effet, l'invention a donc pour objet un mécanisme de charge pour appareil de musculation, ce mécanisme comprenant un bâti, un bras articulé au bâti pour pivoter dans le plan vertical, une masse réglable en position le long du bras, un lien de manoeuvre en pivotement du bras et des moyens d'attelage pour des accessoires de musculation. Selon l'invention, le bâti est formé par deux cadres verticaux parallèles et entretoisés, le bras étant disposé entre les deux cadres et articulé au bâti sensiblement à mi-hauteur de ce dernier tandis que le lien de manoeuvre s'étend entre un point de sa fixation au bras situé entre les deux extrémités de ce bras et une première poulie d'enroulement portée par le bâti, les moyens d'attelage des accessoires de musculation comprenant un lien de traction relié à une seconde poulie d'enroulement liée directement en rotation à la première poulie d'enroulement .

On comprend que grâce à ces mesures, l'effort à appliquer sur le lien de manoeuvre est inférieur au poids de la masse lorsque celle-ci est comprise entre l'articulation du bras et le point de fixation du lien de manoeuvre au bras tandis que cet effort est supérieur à ce poids lorsque la masse est située au-delà de ce point de fixation, en direction de l'extrémité libre du bras. C'est ainsi qu'avec un bras dont la longueur est inférieure à un mètre, une masse de l'ordre de 60 à 70 kg, et un point de fixation situé par exemple entre le tiers et les deux tiers de la longueur du bras à partir de son articulation, on dispose d'un appareil d'encombrement minimal avec un poten- tiel d'adaptation maximum. En effet il est possible d'obtenir aisément, en jouant sur le diamètre des poulies, le compromis idéal entre le maximum d'efforts musculaires à développer et la course la plus adaptée pour chaque travail musculaire envisagé. Le dispositif selon l'inven- tion est donc aisément adaptable à de nombreuses situations d' usage .

Il sera avantageux que l'une des deux poulies ait un profil de came calculé pour corriger les variations de couple au cours du débattement angulaire du bras à position fixe de la masse sur le bras. En effet, on comprend que le débattement du bras induit une variation sinusoïdale de la valeur du couple qu'engendre le poids de la masse autour de l'articulation du bras ,- de même les différentes orientations que prend le câble au cours de ce même débattement par rapport au bras à son point de fixation sur le bras introduit une variation dans le couple à développer au cours d'un débattement. Une poulie en forme de came soit liée au lien de traction soit, de préférence, liée au lien de manoeuvre, permettra de corriger ces variations afin de rendre, par exemple, uniforme l'effort à exercer sur le lien de traction tout au long d'un débattement du bras.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après d'un de ses modes de réalisation. II sera fait référence aux dessins annexés parmi lesquels :

- la figure 1 est une vue générale schématique d'un appareil de musculation conforme à l'invention,

- la figure 2 représente par une vue en coupe un mécanisme de charge de l'appareil selon l'invention,

- la figure 3 illustre une variante de réalisation partielle des figures précédentes.

L'appareil de musculation représenté à la figure 1 comprend un mécanisme de charge A associé à un poste de musculation B qui est ici représenté comprenant un banc C avec un repose-pieds D, l'utilisateur étant assis sur le banc, les pieds contre le repose-pieds et agissant sur un couple de poignées E relié au mécanisme de charge A. Le couple de poignées E est à l'extrémité d'un câble F dont l'autre extrémité constitue le câble de traction selon l'invention comme cela sera dit ultérieurement.

En regard des figures 1 et 2 , il sera décrit plus précisément le mécanisme de charge qui est mis en oeuvre dans l'appareil de musculation de l'invention. Ce mécanisme comprend un bâti 1 formé par deux cadres la et lb verticaux parallèles et entretoisés . Ces deux cadres portent à rai- hauteur des traverses horizontales lç_ et ld. Un bras 3 est disposé entre les deux cadres la et lb en étant articulé au bâti 1 par l'intermédiaire d'un axe d'articulation 2 situé au voisinage de l'une de ses extrémités 4. Le bras 3 est constitué par une poutre de section carrée ou rectangulaire soit sous forme de caisson ouvert en partie supérieure comme illustré à la figure 1 soit sous la forme d'un tube comme illustré à la figure 2. L'axe d'articulation 2 peut être soudé au fond 3a du tube ou du caisson et est monté tourillonnant dans des paliers portés par les traverses lç_ et ld du bâti 1. Les traverses le et ld sont à un niveau tel que le bras 3 peut pivoter pour moitié de son amplitude (45° environ) sous ce niveau et pour moitié au dessus de celui-ci. Cette disposition est intéressante dans l'optique de réduire le plus possible l'encombrement de l'appareil pour des performances données. Une vis 5 s'étend à l'intérieur de la poutre creuse 3 en étant montée tournante dans des paliers 6 d'extrémité de cette poutre. Par son extré- mité voisine de l'extrémité 4 du bras 3, la vis 5 est accouplée par un mécanisme de transmission 7 à un moteur 8 fixé au fond 3a de la poutre. Cette disposition du moteur comme illustré aux figures 1 et 2 permet également de gagner en encombrement longitudinal de l'ensemble articulé autour de l'axe 2.

Une masse 9 équipée de deux roues 10 est montée pour rouler à l'intérieur du bras 3 sur la face interne de son fond 3a. La masse 9 est percée et, à l'un des débouchés de ce perçage 11, cette masse est équipée d'un écrou 12 avec lequel la vis 5 peut coopérer à la manière d'un système vis/écrou. Les roues 10 sont disposées sensiblement dans la partie médiane de la masse 9 de manière que lorsque la poutre 3 est horizontale, la masse 9 est sensiblement en équilibre sur l'axe de l'essieu que forment ces roues 10. La disposition décrite en ce qui concerne la masse, la vis et la poutre est celle qui est préférée car elle met en oeuvre un minimum de moyens pour obtenir un coulissement correct de la masse le long du bras avec un moteur 8 de puissance modérée, donc peu coûteux. Bien entendu le moteur 8 est à double sens de marche pour pouvoir déplacer la masse 9 dans les deux sens le long du bras 3. Le bâti 1 comporte en partie supérieure une poulie de renvoi 13, une première poulie d'enroulement 14 et une deuxième poulie d'enroulement 15. Les poulies 13 et 14 sont montées entre les deux cadres la et lb mais à l'extérieur du volume balayé par le bras 3 lors de son débattement tandis que, de manière préférée, la poulie 15 est montée à l'extérieur du bâti 1. La poulie 14 et la poulie 15 sont ici directement accouplées l'une à l'autre en étant calées sur le même axe. Selon que l'on souhaite privilégier soit l'amplitude du travail musculaire soit la force maximale à développer lors de ce travail musculaire, on pourra accoupler à une poulie 14 donnée l'une d'un jeu de poulies 15 de diamètres différents . Il sera également possible de mettre en place des couples de poulies 14 et 15 appariées de manière prédéterminée pour créer des caractéristiques particulières d'effort musculaire à développer.

A la figure 2 une extrémité d'un lien de manoeu^¬ vre 16, passant sur la poulie de renvoi 13, est fixée au bras 3 par l'intermédiaire d'un étrier en U 17 qui détermine la position de ce point de fixation entre l'articulation 2 du bras 3 et son extrémité libre 18. L'autre extrémité du lien de manoeuvre 16 est fixée à la poulie d'enroulement 14 de manière à pouvoir s'y enrouler par- tiellement. La circonférence de cette poulie 14 sera de longueur suffisante pour que l'enroulement et le déroulement du lien 16 autour d'elle correspondant à la variation de la distance séparant la poulie 13 du point de fixation 17 lors du débattement de la poutre 3, s'effectue sur moins d'un tour de cette poulie 14.

Une extrémité d'un lien de traction 19 est fixée à la périphérie de la poulie d'enroulement 15. Le diamètre de cette poulie d'enroulement 15 est tel que, cette poulie 15 étant directement calée sur l'axe de la poulie 14, on puisse enrouler et dérouler de cette poulie une longueur de câble 19 correspondant à l'amplitude du mouvement musculaire que l'on souhaite réaliser. A titre indicatif on a besoin pour la plupart des appareils de musculation d'une amplitude de l'ordre de 80 cm à 1 mètre, ce qui donne une poulie de diamètre compris entre 300 et 400 mm.

Le lien 19 peut être ensuite conduit au moyen de galets de renvoi n'importe où le long d'un des cadres du bâti 1 et à l'extérieur de celui-ci puisque la poulie 15 sera de préférence située à l'extérieur de ce cadre. On peut donc déterminer à volonté le point duquel le câble 19 s'étendra perpendiculairement au bâti pour constituer le câble F des accessoires de musculation comme cela est illustré à la figure 1. En particulier dans certains cas il sera nécessaire qu'il courre à la base du bâti pour par exemple des travaux musculaires relatifs aux jambes alors qu'il pourra être avantageux pour d'autres applications relatives au travail des bras ou des épaules de le faire courir au sommet de celui-ci.

Toute liberté à cet égard est possible compte tenu du fait que le câble 19 s'étendra toujours à l'extérieur du volume balayé par la poutre 3.

On a représenté schématiquement aux figures une poulie 14 en forme d'ellipse. Cette représentation est destinée à illustrer le fait que cette poulie 14 peut être dessinée comme une came de compensation de la variation du couple résistant à l'effort musculaire c'est-à-dire du couple engendré par le mécanisme de la charge lorsque le bras basculant est mis en mouvement. Le mécanisme de charge offre donc en sortie sur le lien 19 un effort résistant constant comme le ferait un mécanisme de charge qui consisterait en des masses à manoeuvrer verticalement.

A la figure 1 on a représenté le lien de manoeuvre 16 fixé à la poutre 3 latéralement à celle-ci. Cette disposition permet de pouvoir gagner en encombrement total du mécanisme de charge notamment en hauteur puisque la position de la poulie 13 pourra être plus basse, toutes choses égales par ailleurs en ce qui concerne le débatte^¬ ment du bras 3. A ce propos on notera que la position préférée de la poulie 13 est telle que lorsque le bras 3 est horizontal, le segment du lien de manoeuvre 16 s 'étendant entre la poulie 13 et le bras est perpendiculaire à celui-ci .

A la figure 3, on a représenté schématiquement un lien 19 qui se divise en deux liens 20 et 21 de manière à fournir aux accessoires de musculation qui y seront raccordés deux efforts résistants parfaitement équilibrés. En fonctionnement, l'utilisateur dans la zone d'exercice C, D (voir figure 1) commande le moteur d'entraînement 8 par un organe de commande non représenté . Le moteur d'entraînement 8 déplace alors, par l'intermédiaire de 1 ' écrou 12 et de la vis 5, la masse 9 le long du bras 3 modifiant ainsi le couple résistant appliqué à la poulie 15. Ce faisant, l'effort musculaire que devra fournir l'utilisateur pour faire pivoter le bras 3 en tirant sur le lien de traction 19 enroulé sur la poulie 15 sera aussi modifié. Une série de capteurs peut être installée le long du bras 3 afin de détecter la position de la masse 9 et communiquer cette information à l'organe de commande qui comprendra alors préférentiellement un afficheur indiquant à l'utilisateur l'effort qu'il devra fournir pour faire pivoter le bras 3.

D'autres moyens peuvent être mis en oeuvre pour obtenir ces informations : par exemple, on peut procéder au comptage des tours du moteur de manoeuvre de la masse le long du bras pour, et par calcul associé avec le pas de vis, déterminer le bras de levier sur lequel il agit et le couple résistant à vaincre.

Une fois l'effort déterminé, l'utilisateur s' attelant au dispositif d'exercice tire sur le lien de traction F, 19 qui, se déroulant de la poulie 15, entraîne celle-ci en rotation. La poulie 15 communique alors son mouvement à la poulie 14. L'extrémité du câble 16 s 'enrou^¬ lant alors sur la poulie 14 provoque la rotation vers le haut du bras 3 dans un plan vertical . On comprend qu'un profil particulier de la poulie d'enroulement 14 peut être déterminé de façon à compenser les variations du couple résistant exercé sur l'extrémité du lien de traction 19 du fait de la variation de la direction d'application de l'effort de la masse 9 sur le bras 3 et de la variation de la direction d'application de l'effort exercé par le lien de manoeuvre 16 sur le bras 3. Dans la plupart des cas la poulie 14 sera d'un profil circulaire simplement excentrée par rapport à la poulie 15 pour que l'effort résistant soit sensiblement constant, et le diamètre de l'ordre de 200 mm.

L'appareil de l'invention est extrêmement simple de conception. Cette simplicité conduit à une fabrication bon marché et robuste. La forme du capotage de l'appareil tel que représenté en trait mixte à la figure 1 est extrêmement sobre et l'encombrement volumique de ce capotage est très nettement inférieur à celui de tous les appareils présents sur le marché.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.

Claims

REVENDICATIONS

1. Mécanisme de charge (A) pour appareil de musculation, ce mécanisme (A) comprenant un bâti (1), un bras (3) articulé au bâti pour pivoter dans le plan vertical, une masse réglable (9) en position le long du bras (3) , un lien de manoeuvre (16) en pivotement du bras

(3) et des moyens d'attelage pour des accessoires (E, F) de musculation, caractérisé en ce que le bâti (1) est formé par deux cadres parallèles verticaux et entretoisés (la, lb) , en ce que le bras (3) est disposé entre les deux cadres et articulé au bâti sensiblement à mi-hauteur de ce dernier et en ce que le lien de manoeuvre (16) s'étend entre un point de sa fixation au bras (3) situé entre les deux extrémités de ce bras (3) et une première poulie (14) d'enroulement portée par le bâti, les moyens d'attelage des accessoires de musculation (E, F) comprenant un lien (19) de traction relié à une seconde poulie (15) d'enroulement liée directement en rotation à la première poulie (14) d' enroulement .

2. Mécanisme de charge selon la revendication 1, caractérisé en ce que les poulies accouplées (14, 15) sont situées en partie supérieure du bâti.

3. Mécanisme de charge selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'une (14) des deux poulies (14, 15) a un profil de came calculé pour corriger des variations de couple lors du débattement angulaire du bras (3) à position fixe de la masse (9) sur le bras.

4. Mécanisme de charge selon l'une des revendica- tions précédentes, caractérisé en ce que le bras (3) est formé par une poutre en caisson avec au moins un fond (3a) plat, en ce que la masse (9) est logée sans contact dans la poutre (3) , en ce que cette masse est équipée d'un organe de roulement (10) du côté de sa face tournée vers le fond (3a) du caisson (3), et en ce qu'elle est pourvue d'un orifice (11) médian parallèle à l'axe de la poutre, l'un des débouchés de cet orifice étant équipé d'un écrou (12) pour coopérer avec une vis (5) d'entraînement montée à rotation dans la poutre (3) .

5. Mécanisme de charge selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'organe de roulement (10) est situé sensiblement sous la partie médiane de la masse (9) .

6. Mécanisme de charge selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte un moteur (8) d'entraînement en rotation de la vis situé au voisinage de l'extrémité (4) articulée du bras (3) et sous la paroi de fond (3a) du caisson.

7. Mécanisme de charge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lien de traction (19) est divisé en au moins deux branches (20, 21) au-delà de sa liaison avec la seconde poulie (15) d'enroulement .

8. Mécanisme de charge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lien de traction (19) est attelé latéralement au bras (3) pivotant.

9. Mécanisme de charge selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la poulie (15) associée au lien de traction (19) appartient à un jeu de poulies interchangeables .

10. Mécanisme selon l'une des revendications 4 à

8, caractérisé en ce que la poulie (14) associée au lien de manoeuvre (16) a un profil circulaire et est solidaire en rotation de la poulie (15) associée au lien de traction

(19) de manière excentrée.