FR3136679A1 - Dispositif d’aide à l’entraînement physique - Google Patents
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Abstract
Dispositif d’aide (1) à l’entraînement physique comprenant : - une base rigide (2) définissant un premier logement fermé (3) par un couvercle (4), - un socle (8) en un matériau polymère élastique reposant sur la base (2) et fixé à celle-ci, le socle (8) présentant, du côté opposé à la base (2), une paroi d’appui (9) formant une surface d’entraînement, la paroi d’appui (9) définissant avec le reste du socle (8) un deuxième logement (10) situé au-dessus du premier logement (3) et séparé de celui-ci par le couvercle (4) de la base (2), - un capteur de pression (11) disposé à l’intérieur du deuxième logement (10) en contact avec la paroi d’appui (9) du socle (8), le capteur de pression (11) étant apte à générer un signal en réponse à un effort exercé sur la paroi, - un système de gestion électronique (16) du capteur de pression (11) disposé à l’intérieur du premier logement (3) et connecté au capteur de pression (11). Figure de l’abrégé : 1
Description
L’invention se rapporte à un dispositif d’entraînement physique permettant de mesurer l’effort lorsque l’on appuie la main ou le pied dessus.
Ces dernières années, de plus en plus de personnes décident de réaliser des séances de sport à leur domicile en suivant divers programmes ou vidéos trouvés sur internet. Ainsi de nombreux dispositifs ont été développés pour aider les utilisateurs à réaliser une activité physique à la maison que ce soit dans le cadre d’une rééducation, d’un entraînement ou encore d’un jeu. L’utilisateur peut ainsi aménager l’espace avec les dispositifs existants et être guidé lors de la séance.
Un de ces dispositifs correspond à une pluralité de dalles interactives configurées pour communiquer avec une application mobile pendant une session d’entraînement. Les dalles interactives sont séparées et permettent de mesurer l’effort fourni par le joueur lorsqu’il exerce une pression dessus avec la main ou le pied. Un modèle de dalles interactives est présenté dans le document WO2017025972. Les dalles décrites dans ce document comprennent une base et un socle formant un logement, le logement comprenant un capteur de pression ainsi qu’un émetteur Bluetooth® pour envoyer les informations mesurées par le capteur. Toutes les informations sont envoyées à un récepteur qui est une application mobile qui va analyser les données et présenter les informations à l’utilisateur.
Bien que pratiques, les dalles interactives existantes comprennent cependant un socle dur qui présente des problèmes de sécurité et peut entraîner des blessures chez les utilisateurs. En outre, les capteurs utilisés sont relativement coûteux à fabriquer, ce qui augmente le coût de la dalle.
Ainsi, il existe un besoin pour un dispositif d’entraînement compact permettant d’exercer une pression des mains et des pieds sans risque de blessure tout en protégeant le système électronique lors de l’entraînement de l’utilisateur. Il existe aussi un besoin pour un dispositif d’entraînement qui permette de mesurer avec précision la pression exercée sur lui, mais qui soit simple à réaliser et à monter, et peu coûteux.
A cet effet, l’invention concerne un dispositif d’aide à l’entraînement physique comprenant :
- une base rigide définissant un premier logement fermé par un couvercle,
- un socle en un matériau polymère élastique reposant sur la base et fixé à celle-ci, le socle présentant, du côté opposé à la base, une paroi d’appui formant une surface d’entraînement, la paroi d’appui définissant avec le reste du socle un deuxième logement situé au-dessus du premier logement et séparé de celui-ci par le couvercle de la base,
- un capteur de pression disposé à l’intérieur du deuxième logement en contact avec la paroi d’appui du socle, le capteur de pression étant apte à générer un signal en réponse à un effort exercé sur la paroi,
- un système de gestion électronique du capteur de pression disposé à l’intérieur du premier logement et connecté au capteur de pression.
Ainsi, dans cet agencement le dispositif d’entraînement est suffisamment souple grâce au socle pour permettre une pression des mains et des pieds sans risque de blessure. La présence du premier logement permet également de protéger le système de gestion électronique du capteur sans impacter la sensibilité du capteur qui est placé dans le deuxième logement. Le dispositif d’entraînement est également compact ce qui permet de le déplacer facilement et de le positionner même dans les espaces restreints.
Par « matériau polymère élastique », on entend un matériau élastique capable de revenir à sa forme initiale suite à une déformation. Typiquement, un matériau est dit élastique lorsqu’il se rétracte en 1 minute à moins de 1,5 fois sa longueur d'origine après avoir été étiré à température ambiante (18 à 29 °C) à deux fois sa longueur d’origine et maintenu pendant 1 minute avant libération.
Le matériau polymère élastique formant le socle peut être choisi parmi du caoutchouc, du caoutchouc synthétique (aussi appelé « EPDM » pour « Ethylène Propylène Diène Monomère »), du polypropylène (PP), du polyéthylène (PE), du poly(styrène-butadiène-styrène) (SBS), du poly(styrène-éthylène-butadiène-styrène) (SEBS), de l’acide polylactique, du silicone, du polyuréthane, et un élastomère thermoplastique. L’élastomère thermoplastique (aussi appelé « TPE ») comprend typiquement un composant élastomère et un composant rigide (généralement un bloc thermoplastique). Un élastomère thermoplastique peut être un mélange physique de polymères ou encore un copolymère bloc (polyamides, polyéther-esters, polystyroles, polyuréthanes). Les élastomères thermoplastiques qui sont des mélanges physiques de polymères peuvent être des mélanges de polyoléfines, tels que les mélanges PP/EPDM (PP : polypropylène) ou des mélanges vulcanisés dynamiquement. Les élastomères thermoplastiques qui sont des copolymères blocs peuvent être des copolymères à blocs styréniques (SBC), des copolymères à blocs polyamide/élastomère (COPA), des copolymèrse à blocs polyéther ester/élastomère (COPE) et des copolymères à blocs polyuréthane/élastomère (TPU). Le composant élastomère peut être du polybutadiène, du poly(éthylène-co-alcène), du polyisobutylène, du poly(oxyéthylène), du poly(ester), du polysiloxane ou n'importe quel élastomère, tandis que le composant rigide (thermoplastique) peut être du polystyrène, du poly(méthacrylate de méthyle), de l'uréthane, de l'ionomère - poly(éthylène-co-acide acrylique) (sel de sodium, de Mg ou de Zn), du monomère éthylène-propylène-diène et des fluoropolymères.
Typiquement, le matériau polymère élastique formant le socle peut présenter une dureté Shore A, mesurée selon la norme ISO 48-4:2018, de 40 à 90 points, notamment de 60 à 85 points ou compris dans un intervalle défini par deux quelconques des limites précédentes. En particulier, on pourra mesurer la dureté Shore A stabilisée dont la mesure est prise après 3 secondes d’application d’une force. On rappelle que la dureté Shore A est une échelle de mesure de 0 à 100 et dont les valeurs varient typiquement de 25 à 95 points.
Avantageusement, le capteur de pression est un capteur de pression en matériaux polymères comprenant deux parties conductrices en matériau polymère conducteur électrique, séparées par au moins un espace libre. Le dispositif d’aide comprend alors également un circuit électrique associé au capteur, connecté au système de gestion électronique et connecté électriquement aux parties conductrices, ce circuit électrique étant fermé et générant un signal lorsque les parties conductrices sont en contact au travers dudit au moins un espace libre et ouvert lorsque les parties conductrices ne sont pas en contact. Notamment ce signal peut être proportionnel à la force exercée sur le capteur.
L’utilisation de matériaux polymères, et notamment exclusivement de matériaux polymères, et l’agencement utilisé pour réaliser le capteur de pression permet une simplicité de réalisation tout en présentant un avantage économique par rapport aux capteurs de pression classiques utilisant des inserts métalliques. De plus, son principe peut être utilisé pour réaliser diverses formes de capteur.
En particulier, les deux parties conductrices peuvent être séparées par au moins une partie isolante électriquement. L’une des parties conductrices et isolantes est alors avantageusement en un matériau polymère élastique.
Avantageusement, le matériau polymère conducteur peut comprendre une matrice en matériau polymère isolant à laquelle on a ajouté une charge conductrice. Le matériau polymère isolant de la matrice peut être choisi parmi du caoutchouc, du caoutchouc synthétique (aussi appelé « EPDM » pour « Ethylène Propylène Diène Monomère »), du polypropylène (PP), du polyéthylène (PE), du poly(styrène-butadiène-styrène) (SBS), du poly(styrène-éthylène-butadiène-styrène) (SEBS), du silicone, de l’acide polylactique (PLA), du polyuréthane et un élastomère thermoplastique, notamment tel que précédemment défini. Au moins l’une des parties conductrices est avantageusement en matériau polymère isolant élastique. Il présente alors une dureté Shore A mesurée selon la norme 48-4:2018 de 40 à 90 points, de préférence de 60 à 85 points. En particulier, on pourra mesurer selon la norme ISO 48-4:2018 la dureté Shore A stabilisée dont la mesure est prise après 3 secondes d’application d’une force.
La charge conductrice peut comprendre des poudres et/ou des fibres, qui peuvent être métalliques ou contenir (ou être formées par) du carbone (noir de carbone, graphite, ou similaire). Le taux de la charge conductrice dans la matrice polymère pourra être choisi de manière à obtenir un matériau polymère conducteur présentant une résistivité électrique suffisamment faible pour assurer un bon fonctionnement du capteur et suffisamment élevée pour permettre une détection d’un changement de tension ou de résistance provoqué par une variation de la surface de contact entre les parties conductrices. Typiquement, le matériau polymère conducteur pourra présenter une résistivité électrique d’au plus 106Ohm.cm et d’au moins 102Ohm.cm.
Lorsque les deux parties conductrices sont séparées par au moins une partie isolante électriquement, cette dernière peut être en un matériau polymère élastique ou non, qui peut être choisi parmi l’un des matériaux polymères élastiques isolants listés ci-dessus. Il pourra être identique ou non à la matrice de matériau polymère isolant du matériau polymère conducteur. Typiquement, un matériau polymère isolant présente une résistivité électrique d’au moins 108Ohm.cm.
Avantageusement, les parties conductrices sont deux couches conductrices en matériau polymère conducteur électrique séparées par une grille en matériau polymère électriquement isolant, l’une des couches reposant sur le couvercle, l’autre étant en contact avec la paroi d’appui du socle. L’une au moins des parties conductrices ou la grille isolante est alors en matériau polymère élastique. Le matériau polymère électriquement isolant est de préférence un matériau polymère rigide, non élastique, par exemple en polypropylène, en acide polylactique (PLA) ou autre.
Cet agencement du capteur, consistant en un empilement de couches, présente l’avantage d’être simple à réaliser.
Dans une autre variante, les parties conductrices sont séparées l’une de l’autre par deux parties électriquement isolantes, les parties conductrices et électriquement isolantes sont en matériau polymère élastique et forment les parois d’un élément tubulaire creux, ledit élément tubulaire étant disposé en serpentin ou en spirale sur le couvercle en un matériau électriquement isolant ou sur un support en un matériau électriquement isolant reposant sur le couvercle, l’élément tubulaire étant en contact avec la paroi d’appui du socle, l’une de ses parties conductrices s’étendant en regard de cette dernière.
Cet agencement du capteur présente l’avantage d’être économique, un seul capteur de longueur appropriée étant nécessaire pour recouvrir la surface du couvercle avec une quantité de matériau réduite.
L’élément tubulaire peut être constitué sur toute sa longueur d’un premier matériau polymère conducteur électrique et d’un deuxième matériau polymère isolant électrique, le premier matériau polymère formant deux parties conductrices de l’élément tubulaire s’étendant au moins partiellement en regard l’une de l’autre, le deuxième matériau polymère formant deux parties électriquement isolantes s’étendant entre les deux parties conductrices afin de les isoler électriquement. Le premier matériau polymère présente alors de préférence une première dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4:2018, le deuxième matériau polymère présente une deuxième dureté shore A mesurée selon la norme 48-4:2018, et la deuxième dureté shore A est supérieure de la première dureté shore A d’au moins 10 points, optionnellement de 10 à 20 points. Ceci peut permettre d’éviter un contact entre les parties conductrices lorsque l’élément tubulaire est agencé en spirale ou en serpentin.
Avantageusement, le capteur de pression est apte à générer un signal proportionnel à l’effort exercé sur la paroi d’appui du socle.
Avantageusement, le dispositif d’aide comprend une couche de matériau polymère élastique logée entre le capteur de pression et le socle en matériau souple et en contact avec le capteur de pression et la paroi d’appui du socle.
L’ajout d’une couche de matériau polymère élastique entre le socle et le capteur permet d’accentuer la souplesse du dispositif pour prévenir les risques de blessures sans nuire à la détection des efforts reçus.
Avantageusement, le socle du dispositif est fixé à la base par emboîtement. Cela permet un montage simple du dispositif, sans outil.
Avantageusement, le couvercle est une paroi plane permettant ainsi un meilleur support du capteur dans le dispositif.
Avantageusement, le socle définit avec la base au moins un troisième logement latéral s’étendant sur au moins une partie de la périphérie de la base et en ce que le dispositif comprend au moins une diode à électroluminescence connectée au système de gestion disposée à l’intérieur du troisième logement.
L'ajout d’une diode à électroluminescence à l’intérieur du troisième permet une signalisation lumineuse du dispositif à l’utilisateur pour signaler par exemple qu’il faut appuyer sur le dispositif ou que le détecteur a détecté une pression.
Avantageusement, le système de gestion comprend un dispositif d’alimentation en électricité, un système de traitement du signal généré par le capteur, et optionnellement un système de communication distant avec un ordinateur, un téléphone portable, une montre ou une tablette.
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de plusieurs modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatifs, en référence aux figures suivantes :
La représente un dispositif d’aide à l’entraînement 1 de forme générale circulaire. Cependant la forme du dispositif n’est pas limitée et peut prendre la forme d’un parallélépipède par exemple.
Le dispositif d’aide à l’entrainement 1 permet de mesurer l’effort lorsque l’on appuie la main ou le pied dessus. Mais aussi avec tout autre partie du corps tel que le coude et le genou. Le dispositif peut également mesurer l’effort lorsque l’on appuie avec un accessoire d’entrainement qui peut être par exemple une raquette ou encore un vélo.
Le dispositif 1 comprend tout d’abord une base rigide 2 définissant un premier logement 3 fermé par un couvercle 4. La base rigide 2 est de préférence réalisée en matériau polymère rigide tel que de l’acide polylactique, du polypropylène, du polycarbonate ou autre. Tout autre matériau rigide, à savoir non déformable, peut être envisagé. On préfèrera néanmoins utiliser un matériau polymère.
La base rigide 2 comprend une paroi latérale 5 et une paroi de fond 6. Cette paroi de fond 6 est ici une paroi horizontale plane pouvant être posée sur une surface. Dans cet exemple, un cylindre 25, de la même hauteur que la paroi latérale 5, est fixé à la paroi fond 6 et placé au centre de celle-ci.
Dans l’exemple, le couvercle 4 est fixé à la base 2 via un cylindre creux 7 de forme complémentaire au cylindre 25. Dans l’exemple, le cylindre creux 7 est vissé sur le cylindre 25, il pourrait toutefois être simplement emboîté sur ce dernier. Ce système de fixation présente l’avantage de renforcer le couvercle en son centre, ce qui peut permettre de réaliser un couvercle plus fin. Bien entendu, d’autres modes de fixation du couvercle à la base peuvent être prévus. Le manchon et le cylindre pourraient être omis et le couvercle pourrait être emboité directement sur la base, en reposant par exemple sur un méplat de la paroi latérale 5.
Comme la base 2, le couvercle 4 est également de préférence réalisé en matériau polymère rigide tel que de l’acide polylactique, du polypropylène ou du polycarbonate.
Le couvercle 4 forme ainsi une paroi fermant le premier logement 3. De préférence, tel que représenté dans ce mode de réalisation, le couvercle 4 est une paroi plane.
Le dispositif d’entraînement 1 comprend également un socle 8 en un matériau souple reposant sur la base 2 et fixé à celle-ci. Le socle 8 est réalisé en un matériau polymère élastique, tel que du polyuréthane thermoplastique aussi appelé du TPU.
Le socle 8 peut être fixé à la base 2 par un adhésif, à l’aide de vis ou par emboîtement. Préférentiellement, le socle 8 du dispositif est fixé à la base 2 par emboîtement pour un montage simple et rapide.
Le socle 8 présente, du côté opposé à la base 2, une paroi d’appui 9 formant une surface d’entraînement. La paroi d’appui 9 définit avec le reste du socle un deuxième logement 10 situé au-dessus du premier logement 3 et séparé de celui-ci par le couvercle 4 de la base 2. Dans l’exemple, le socle 8 présente une paroi latérale 8a qui s’étend en regard de la paroi latérale 5 de la base 2 lorsque le socle 8 est assemblé à la base 2. La paroi latérale 8a du socle peut par exemple être emboîtée sur le bord du fond 6 de la base 2.
Disposé à l’intérieur du deuxième logement 10, le dispositif d’entraînement 1 comprend un capteur de pression 11 en contact avec la paroi d’appui 9 du socle 8, le capteur de pression 11 étant apte à générer un signal en réponse à un effort exercé sur la paroi du socle 8. Par exemple, le capteur de pression est apte à générer un signal proportionnel à l’effort.
Dans un mode de réalisation alternatif, le dispositif d'entraînement 1 comprend une couche de matériau polymère élastique logée entre le capteur de pression 11 et le socle 8 en matériau polymère élastique et en contact avec le capteur de pression 11 et la paroi d’appui 9 du socle 8. Cette couche comble ainsi un espace entre le capteur de pression 11 et le socle 8. Cette couche en matériau élastique est par exemple en un matériau polymère élastique, par exemple choisi parmi la liste susmentionnée, éventuellement sous forme d’une mousse.
Enfin, le socle 8 définit également avec la base 2 au moins un troisième logement latéral 12 s’étendant sur la périphérie de la base 2. Ce troisième logement 12 est ici défini entre la paroi latérale 8a du socle 8 et la paroi latérale 5 de la base 2. Le dispositif 1 peut alors comprendre au moins une diode à électroluminescence (non représentée) disposée à l’intérieur du troisième logement 12 pour illuminer le dispositif 1. On choisira alors de préférence un matériau polymère transparent ou translucide pour le socle 8, ou le socle pourra présenter sur sa paroi latérale 8a des parties transparentes ou translucides.
Au sein du deuxième logement 10, le capteur de pression 11 est un capteur de pression en matériaux polymères comprenant deux parties conductrices en matériau polymère conducteur électrique, dont au moins une en matériau polymère conducteur élastique, séparées par au moins un espace libre et connectées électriquement à un circuit électrique associé au capteur. Ce circuit électrique est fermé et génère un signal lorsque les parties conductrices sont en contact au travers dudit au moins un espace libre et ouvert lorsque les parties conductrices ne sont pas en contact.
Dans un premier mode de réalisation, selon la , le capteur de pression 11 est un capteur se présentant sous la forme d’une plaque dans lequel les parties conductrices sont deux couches conductrices 13 et 14 en matériau polymère électriquement conducteur séparées par une grille 15 en matériau polymère électriquement isolant, l’une des couches 14 reposant sur le couvercle 4, l’autre 13 étant en contact avec la paroi d’appui 9 du socle 8. La couche 14 reposant sur le couvercle 4 peut être une plaque formée d’un matériau polymère conducteur rigide ou élastique. Il peut s’agir d’un caoutchouc conducteur ou de tout autre matériau polymère conducteur, tandis que la couche 13 en contact avec la paroi d’appui 9 du socle 8 peut être également une plaque formée d’un matériau polymère conducteur élastique, (caoutchouc conducteur ou autre matériau conducteur). A noter que la couche 13 pourrait être en matériau polymère rigide ou élastique et la couche 14 en matériau polymère élastique, mais ce n'est pas préféré. Il est en effet préférable que la couche 13 soit en un matériau polymère plus souple (plus élastique) que celui de la couche 14 pour une meilleure détection des déformations subies par la paroi d’appui 9 sous l’effet d’une pression exercée sur le socle 8. La grille isolante 15 quant à elle est de préférence en un matériau polymère rigide ayant des propriétés isolantes, par exemple en acide polylactique ou tout autre polymère rigide isolant. La grille isolante peut avoir une épaisseur de l’ordre du millimètre, par exemple de 0,5 à 5 mm, préférentiellement 0,5 à 2 mm. L’épaisseur de la grille et/ou les dimensions des mailles de la grille pourront être choisies en fonction de la sensibilité recherchée du capteur : plus l’épaisseur de la grille est élevée, plus la pression à exercer sur la couche 13 doit être élevée pour que cette couche entre en contact avec la couche 14. De manière similaire, plus les dimensions des mailles de la grille sont grandes, plus la pression à exercer sur la couche 13 doit être faible pour que cette couche entre en contact avec la couche 14.
Le circuit électrique 26 est connecté électriquement aux parties conductrices 13, 14 du capteur. Ce circuit électrique 26 est ainsi fermé et génère un signal lorsque les parties conductrices 13, 14 sont en contact au travers des mailles de la grille (suite à l’exercice d’une pression suivant une direction rapprochant les parties conductrices jusqu’à ce qu’elles se touchent) et ouvert lorsque les parties conductrices 13, 14 ne sont pas en contact.
Le circuit électrique 26 comporte trois fils conducteurs électriques : deux fils conducteurs 27, 28 reliés chacun à l’une des parties conductrices 13, 14, dont l’un est un fil conducteur 27 relié à la borne positive de l’alimentation électrique du dispositif d’alimentation 17 et l’autre est un fil conducteur 28 relié à la borne négative de l’alimentation électrique du dispositif d’alimentation 17. Le circuit électrique comprend un troisième fil conducteur 29 de mesure qui relie l’une des parties conductrices, ici la partie conductrice 14, au système de gestion 16, lequel est également relié au pôle négatif de l’alimentation électrique du dispositif d’alimentation 17 par un fil conducteur 33.
Dans un deuxième mode de réalisation, selon la , le capteur de pression 11 est un capteur tubulaire dans lequel les parties conductrices sont reliées l’une de l’autre par des parties électriquement isolantes en matériaux polymère, les parties conductrices et électriquement isolantes formant les parois d’un élément tubulaire creux, cet élément tubulaire étant disposé en serpentin ou en spirale sur le couvercle 4 en un matériau électriquement isolant ou sur un support en un matériau électriquement isolant reposant sur le couvercle, l’élément tubulaire étant en contact avec la paroi d’appui du socle.
Tel que représenté , l’élément tubulaire est constitué sur toute sa longueur d’un premier matériau polymère conducteur électrique et d’un deuxième matériau polymère isolant électrique. Le premier matériau polymère forme deux parties conductrices 30a, 30b de l’élément tubulaire s’étendant en regard l’une de l’autre. Le deuxième matériau polymère s’étend entre les deux parties conductrices 30a, 30b afin de les isoler électriquement. Le deuxième matériau polymère forme ainsi deux parties électriquement isolantes 31a, 31b, chacune s’étendant entre deux parties conductrices 30a, 30b afin de les séparer. En outre, le premier matériau polymère présente une première dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4:2018, le deuxième matériau polymère présente une deuxième dureté Shore A mesurée selon la norme 48-4:2018, et la deuxième dureté Shore A est supérieure de la première dureté Shore A d’au moins 5 points, optionnellement de 5 à 50 points, tel que précédemment expliqué.
Le premier matériau polymère élastique conducteur peut comprendre une matrice en un matériau polymère élastique isolant et une charge conductrice. La matrice du premier matériau polymère et le deuxième matériau polymère élastique peuvent être un matériau polymère isolant élastique tel que précédemment décrit.
Chaque matériau polymère élastique peut présenter une dureté Shore A mesurée selon la norme ISO 48-4:2018 qui est de 5 à 95 points, de préférence de 60 à 90 points, davantage de préférence de 70 à 90 points. En particulier, on pourra mesurer selon la norme ISO 48-4:2018 la dureté Shore A stabilisée dont la mesure est prise après 3 secondes d’application d’une force.
Le capteur tubulaire est conçu pour présenter une longueur assez longue, typiquement supérieure à 10-20 cm et pouvant atteindre 2 à 5 mètres. Il peut ainsi être agencé en spirale ou en serpentin sur le couvercle. La cavité de l’élément tubulaire présente typiquement une dimension interne minimale, mesurée dans un plan perpendiculaire à la direction longitudinale du capteur, de 0,1 mm à 3 mm, de préférence de 0,3 à 2,5mm.
En général, l’épaisseur de l’élément tubulaire, définie comme l’épaisseur de matériau s’étendant depuis une face interne de l’élément tubulaire définissant la cavité jusqu’à une face externe de l’élément tubulaire et mesurée en section transversale, peut être de 0,4 à 10mm, de préférence de 0,4 à 6 mm.
L’invention n’est pas limitée à une forme spécifique de la section de l’élément tubulaire. On pourrait notamment prévoir un élément tubulaire de section transversale trapézoïdale, ovoïde ou autre. Un méplat peut notamment être prévu sur une face externe de l’élément tubulaire, le long d’une partie conductrice, pour faciliter son positionnement sur le couvercle, le méplat pouvant alors reposer sur le couvercle.
Les parties conductrices et isolantes de l’élément tubulaire peuvent en outre être définies de la manière suivante :
(i) chaque partie électriquement isolante 31a, 31b s’étend sur une longueur de la périphérie de l’élément tubulaire, mesurée dans un plan transversal à la direction longitudinale de l’élément tubulaire, qui est de 0,5 à 3 fois une épaisseur minimale de l’élément tubulaire, et/ou
(ii) chaque partie électriquement isolante 31a, 31b s’étend sur une longueur de la périphérie de l’élément tubulaire, mesurée dans un plan transversal à la direction longitudinale de l’élément tubulaire, qui est de 0,2 à 6 fois une dimension minimale de la cavité.
Le capteur élastomère tubulaire peut être assemblé au couvercle ou à un support isolant reposant sur le couvercle, par un ou plusieurs des moyens suivants : des agrafes, des brides, de la colle, une bande adhésive, notamment une bande adhésive double face et/ou une bande adhésive repositionnable, une bande de type Velcro®, emboîtement de l’élément tubulaire dans une rainure du couvercle ou du support, couture et fusion.
Le capteur tubulaire est connecté à un circuit électrique similaire à celui décrit en référence à la .
Le dispositif d’entraînement 1 comprend également un système de gestion électronique 16 connecté au capteur de pression 11 par le circuit électrique 26. Tel que représenté , le système de gestion 16, situé au sein du premier logement, comprend un dispositif d’alimentation 17 en électricité et un système de traitement du signal 20 généré par le capteur.
Le dispositif d’alimentation peut être par exemple une batterie. On pourra par exemple utiliser une batterie Lithium-ion de 3,7 V et 250 mAh. La recharge de la batterie est typiquement gérée par une carte électronique (non représentée) avec une prise micro USB par exemple.
Le système de traitement du signal 20 peut être un microcontrôleur qui va permettre de gérer tous les périphériques. On pourra par exemple utiliser un microcontrôleur ESP32®. Le système de traitement 20 du signal est notamment raccordé au capteur de pression 11 par le circuit électrique 26. Pour cela, le couvercle présente une ouverture permettant aux fils x et y de passer du premier au deuxième logement. Le microcontrôleur peut être alimenté par la batterie, par exemple après conversion de la tension de 3,7 Volts en 5 Volts par un convertisseur 18. Une ouverture peut pour cela être aménagée dans la paroi latérale de la base rigide. L’ouverture étant adaptée pour faire passer un fil et le brancher. Le dispositif d’alimentation 17 peut également permettre d’alimenter au moins une diode à électroluminescence 23, en utilisant, si nécessaire, un second convertisseur de tension 19 convertissant par exemple du 3,7V en 12V (ou du 5V en 12V en reliant le convertisseur 19 au convertisseur 18).
Le système de traitement 20 mesure la réponse du capteur de pression 11 sur une des entrées du convertisseur analogique-numérique (CAN 12bits = 4096 valeurs) et contrôle les entrées de la diiode à électroluminescence via un signal modulation par largeur d’impulsion (aussi appelé MLI ou Pulse Width Modulation en anglais) envoyé sur des transistors. On pourra en particulier utiliser un CAN présentant une résolution plus ou moins élevée pour une sensibilité plus ou moins importante de la mesure. Par exemple, un CAN 12 bits permet de fournir un signal numérique de 0 à 212=4095. Lorsque le CAN mesure une tension en entrée maximale, le signal numérique émis par le CAN sera de 4095. Pour toute valeur de tension intermédiaire entrant dans le CAN, le signal numérique émis aura donc une valeur comprise entre 0 et 4095. La tension mesurée par le CAN sera d’autant plus élevée que la surface de contact des parties conductrices sera grande.
Le circuit électrique génère un signal (i) représentatif de la valeur d’une tension mesurée entre les parties conductrices ou un signal (ii) représentatif de la valeur d’une résistance mesurée entre les parties conductrices. Ce signal est détecté par le système de traitement, notamment par un convertisseur analogique-numérique intégré au système de traitement. En particulier, lorsque les parties conductrices entrent en contact l’une avec l’autre, l’intensité du signal généré par le circuit électrique va augmenter au fur et à mesure que la surface de contact entre les parties conductrices augmente. Autrement dit, l’intensité du signal est proportionnelle à la surface en contact des parties conductrices et par conséquent à la tension mesurée entre les parties conductrices du capteur de pression. Cette relation entre l’intensité du signal généré et la surface de contact des parties conductrices résulte du fait que les parties conductrices présentent une résistivité électrique suffisamment élevée pour que le changement de tension provoqué par une variation de la surface de contact entre les parties conductrices puisse être détecté par le système de traitement. Les matériaux polymères conducteurs ont en général une résistivité volumique de 106Ohm.cm ou moins. Des matériaux polymères conducteurs utilisables dans la présente invention peuvent présenter une résistivité volumique de 102Ohm.cm à 106Ohm.cm.
Le système de traitement peut ainsi être configuré (programmé) pour :
(a) recevoir le signal généré par circuit électrique et déterminer une valeur mesurée (i) de tension, et optionnellement la valeur mesurée (ii) de résistance, et
(b1) déterminer, à partir de la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance, si une pression est exercée sur le capteur élastomère tubulaire, puis générer un signal de détection d’une pression lorsqu’une pression est exercée, ou
(b2) déterminer, à partir à partir de la valeur mesurée (i) de tension ou (ii) de résistance, une information d’amplitude de la pression exercée sur le capteur élastomère tubulaire, puis générer un signal représentatif de l’information d’amplitude de pression.
La détermination de la valeur de résistance mesurée au cours de l’étape (a2) peut comprendre l’utilisation d’une résistance de référence, qui est une résistance physique réelle 32 de valeur connue montée dans le circuit électrique entre le pôle positif du dispositif d’alimentation 17 et l’une des parties conductrices. La valeur de résistance mesurée Rm (qui correspond à la résistance de la partie conductrice à laquelle est connectée le fil conducteur de mesure) est alors déterminée à partir de la valeur Ui de tension mesurée du circuit électrique (tension entre le fil conducteur de mesure 29 et le pôle négatif du dispositif d’alimentation 17), d’une tension d’alimentation U (mesurée entre le fil conducteur 27 et le fil conducteur 28), et de la résistance Rf de la résistance de référence 32. En utilisant la formule d’un pont diviseur de tension Ui = U . Rm/(Rm + Rf), on peut alors déterminer Rm.
L’étape (b1) est généralement mise en œuvre par comparaison de la valeur de tension mesurée ou de la valeur de résistance mesurée avec une valeur seuil. Cette valeur seuil peut être déterminée par expérimentation, en fonction du seuil de détection souhaité, lequel peut varier selon l’utilisation du dispositif d’entrainement. On notera que ce seuil dépendra de la forme et des matériaux du capteur tubulaire élastomère : plus les matériaux seront rigides, plus le seuil sera élevé. En outre, plus l’espace séparant les parties conductrices sera de faibles dimensions, plus le seuil sera faible. On comprend ainsi qu’en choisissant les matériaux et les dimensions de l’espace, l’homme du métier peut réaliser des capteurs présentant différents seuils de détection.
Le système de traitement est alors configuré pour déterminer qu’une pression est exercée sur le capteur élastomère tubulaire lorsque la valeur mesurée est supérieure à la valeur seuil.
L’étape (b2) est généralement mise en œuvre par comparaison de la valeur de tension mesurée ou de la valeur de résistance mesurée avec une pluralité de valeurs de référence, chaque valeur de référence correspondant à une tension mesurée, ou à une résistance mesurée, pour une pression exercée d’une amplitude prédéterminée. Le système de traitement est alors configuré pour déterminer l’information d’amplitude de la pression exercée.
On pourra par exemple établir préalablement une base de données de ces valeurs de référence, typiquement par expérimentation. Cette base de données peut par exemple être établie lors d’une opération de calibration au cours de laquelle on enregistre les signaux générés par le capteur pour différentes amplitudes de pression exercées sur le capteur. Ainsi, la base de données associe, à chaque amplitude de pression exercée, un signal généré par le circuit électrique. Le système de traitement est alors configuré, notamment programmé, pour extraire de cette base de données une information d’amplitude de la pression exercée.
Cette base de données pourra notamment être établie par l’utilisateur.
Alternativement, le système de capteur de déformation peut comprendre uniquement un module de traitement relié directement au circuit électrique, et comprenant un amplificateur opérationnel qui ne laissera passer le courant que lorsque la tension entre les fils conducteurs auxquels il est connecté (fil conducteur 28 et fil conducteur de mesure 29) est supérieure à une valeur seuil. Dans ce mode de réalisation, il n’est pas nécessaire de prévoir une résistance physique réelle 32 dans le circuit électrique.
Optionnellement, le système de gestion 16 comprend également un système de communication distant 22 avec un appareil externe 24 tel qu’un ordinateur, un téléphone portable, une montre ou une tablette. Le système de communication 22 peut être tous systèmes de communication sans fils radio. Préférentiellement ce sera un système Bluetooth®. L’appareil externe 24 présente avantageusement une application permettant de gérer le dispositif d’entraînement (de l’allumer et de l’éteindre) mais également de choisir la séance d’entraînement voulu ou encore d’afficher les données transmises par le système de communication distant du système de gestion. Le système de communication distant 22 est contrôlé par le système de traitement du signal 20.
Dans le cas d’une séance d’entraînement, l’utilisateur peut utiliser plusieurs dispositifs d’entraînement communiquant avec par exemple un téléphone portable au travers d’une application dédiée.
Les dispositifs d’entraînement étant espacés les uns les autres dans un espace défini par l’utilisateur. Chacun des dispositifs d’entraînement peut alors être configuré pour : fournir un signal lumineux détectable par l’utilisateur, recevoir des instructions de l’application incitant l’utilisateur à exercer une activité physique ou un exercice physique, et transmettre des signaux en réponse à une action de l’utilisateur lors de l’activité physique. L'activité physique comprend par exemple une ou plusieurs des activités suivantes : courir, sauter ou encore toucher un ou plusieurs dispositifs d’entraînement avec les pieds ou les mains.
Dans un mode de réalisation, les dispositifs d’entraînement peuvent être adaptés pour communiquer entre eux. Un dispositif d’entraînement peut être désigné comme dispositif principal et les autres comme des dispositifs affiliés. Son système de gestion peut alors être configuré pour recevoir les signaux de tous les dispositifs affiliés et transmettre des informations à l’application. Dans le cas où ce dispositif n’a plus de batterie alors un autre dispositif d’entrainement peut prendre le relai.
Claims (11)
- Dispositif d’aide (1) à l’entraînement physique comprenant :
- une base rigide (2) définissant un premier logement fermé (3) par un couvercle (4),
- un socle (8) en un matériau polymère élastique reposant sur la base (2) et fixé à celle-ci, le socle (8) présentant, du côté opposé à la base (2), une paroi d’appui (9) formant une surface d’entraînement, la paroi d’appui (9) définissant avec le reste du socle (8) un deuxième logement (10) situé au-dessus du premier logement (3) et séparé de celui-ci par le couvercle (4) de la base (2),
- un capteur de pression (11) disposé à l’intérieur du deuxième logement (10) en contact avec la paroi d’appui (9) du socle (8), le capteur de pression (11) étant apte à générer un signal en réponse à un effort exercé sur la paroi,
- un système de gestion électronique (16) du capteur de pression (11) disposé à l’intérieur du premier logement (3) et connecté au capteur de pression (11). - Dispositif d’aide (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau polymère élastique du socle (8) est choisi parmi du caoutchouc, du caoutchouc synthétique, du polypropylène, du polyéthylène, du poly(styrène-butadiène-styrène), du poly(styrène-éthylène-butadiène-styrène), de l’acide polylactique, du silicone, du polyuréthane et un élastomère thermoplastique.
- Dispositif d’aide (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que
le capteur de pression (11) est un capteur de pression en matériaux polymères comprenant deux parties conductrices en matériau polymère conducteur électrique, séparées par au moins un espace libre,
et en ce qu’il comprend un circuit électrique (26) associé au capteur (11), connecté au système de gestion électronique (16) et connecté électriquement aux parties conductrices, ce circuit électrique (26) étant fermé et générant un signal lorsque les parties conductrices sont en contact au travers dudit au moins un espace libre et ouvert lorsque les parties conductrices ne sont pas en contact. - Dispositif d’aide (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parties conductrices sont deux couches conductrices (13,14) en matériau polymère conducteur électrique séparées par une grille (15) en matériau polymère électriquement isolant, l’une des couches (14) reposant sur le couvercle (4), l’autre (13) étant en contact avec la paroi d’appui (9) du socle (8), au moins une des parties conductrices (13,14) ou la grille (15) étant en matériau polymère élastique.
- Dispositif d’aide (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que les parties conductrices (30a,30b) sont séparées l’une de l’autre par deux parties électriquement isolantes (31a, 31b), les parties conductrices (30a,30b) et électriquement isolantes (31a, 31b) sont en matériau polymère élastique et forment les parois d’un élément tubulaire creux, ledit élément tubulaire étant disposé en serpentin ou en spirale sur le couvercle (4) en un matériau électriquement isolant ou sur un support en un matériau électriquement isolant reposant sur le couvercle (4), l’élément tubulaire étant en contact avec la paroi d’appui (9) du socle (8) l’une de ses parties conductrices s’étendant en regard de cette dernière.
- Dispositif d’aide (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le capteur de pression (11) est apte à générer un signal proportionnel à l’effort exercé sur la paroi d’appui (9) du socle (8).
- Dispositif d’aide (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il comprend une couche de matériau polymère élastique logée entre le capteur de pression (11) et le socle (8) en matériau souple et en contact avec le capteur de pression (11) et la paroi d’appui (9) du socle (8).
- Dispositif d’aide (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le socle (8) du dispositif est fixé à la base (2) par emboîtement.
- Dispositif d’aide (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le couvercle (4) est une paroi plane.
- Dispositif d’aide (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le socle (8) définit avec la base (2) au moins un troisième logement latéral (12) s’étendant sur au moins une partie de la périphérie de la base (2) et en ce que le dispositif (1) comprend au moins une diode à électroluminescence (23) connectée au système de gestion (16) disposée à l’intérieur du troisième logement (12).
- Dispositif d’aide (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le système de gestion (16) comprend un dispositif d’alimentation (17) en électricité, un système de traitement du signal (20) généré par le capteur, et optionnellement un système de communication distant (22) avec un ordinateur, un téléphone portable, une montre ou une tablette.
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