La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'exercice physique muni d'un afficheur, par exemple un écran, un écran d'affichage en trois dimensions, un casque ou des lunettes comportant au moins un écran d'affichage. La présente invention a, notamment, trait aux appareils utilisés pour la rééducation fonctionnelle, aux appareils utilisés pour la proprioception et le postural ainsi qu'aux appareils de maintien en forme utilisés dans les salles de gymnastique, entre autres. Elle concerne, en particulier, un appareil de rééducation à plaque vibrante et/ou oscillante muni de vérins électromagnétiques, un tapis de marche, un vélo de salle d'entraînement, une barre d'exercice, un simulateur d'escaliers, un rameur, un vélo elliptique....

Dans les salles de gymnastique ou de fitness, il existe aujourd'hui des appareils disposant d'un écran d'affichage de paramètres de fonctionnement (frein appliqué, pente, ...) et/ou de résultats obtenus (distance parcourue, pouls, calories consommées, vitesse ...). Cependant, ces informations n'ont qu'un intérêt limité pour l'utilisateur d'un tel appareil.

La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.

A cet effet, la présente invention vise, selon un premier aspect, un dispositif d'exercice physique pour un utilisateur, qui comporte :

- une partie mécanique en mouvement sur laquelle l'utilisateur effectue un exercice physique, la difficulté à réaliser ledit exercice physique dépendant d'une valeur de paramètre mécanique de la partie mécanique ;

- au moins un capteur de mesure d'une valeur d'un paramètre physiologique de l'utilisateur pour fournir un signal représentatif de l'état physiologique de l'utilisateur ;

- un circuit électronique d'estimation de déplacements virtuels successifs de l'utilisateur correspondant aux mouvements de la partie mécanique ;

- un moyen de génération d'images adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les déplacements successifs du point de vue virtuel correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur et

- au moins un moyen d'affichage d'images adapté à afficher les images générées et

- un moyen de commande d'au moins une valeur de paramètre mécanique dont dépend la difficulté à réaliser l'exercice physique, en fonction d'au moins une valeur de paramètre physiologique.

Grâce à ces dispositions, l'utilisateur peut être plongé dans un environnement virtuel, ce qui le motive à poursuivre l'exercice physique. Parallèlement, lorsque son état physiologique est en dehors d'un état cible, la difficulté à réaliser l'exercice physique est modifiée afin de retourner dans l'état visé. Par exemple, si la fréquence cardiaque de l'utilisateur est supérieure à une bande de fréquences prédéterminée, la difficulté de l'exercice est réduite par action sur un paramètre de la partie mécanique, par exemple une pente ou une vitesse pour un tapis ou un frein pour un vélo ou un rameur. Inversement, si la fréquence cardiaque est en dessous de cette bande de fréquence, la difficulté de l'exercice est augmentée.

Selon des caractéristiques particulières, le moyen de génération d'image est adapté à générer des images différentes pour des difficultés d'exercice différentes, les images générées dépendant ainsi de l'état physiologique de l'utilisateur.

Selon des caractéristiques particulières, la partie mécanique en mouvement est mise en mouvement, au moins partiellement, par les efforts musculaires de l'utilisateur, la difficulté de l'exercice dépendant d'un frein agissant sur la partie mécanique.

Grâce à ces dispositions, l'utilisateur peut commander les déplacements successifs représentés par les images affichées, en réalisant des mouvements qui correspondent à ces déplacements.

Selon des caractéristiques particulières, la partie mécanique en mouvement comporte un tapis mis en mouvement par un moteur et par un moyen de commande de l'inclinaison du tapis, la difficulté de l'exercice dépendant d'une inclinaison de la partie mécanique et de la vitesse du tapis.

Grâce à ces dispositions, l'exercice est rendu plus facile ou plus difficile, en fonction de l'état physiologique de l'utilisateur en modifiant la vitesse du tapis et/ou l'inclinaison du tapis.

Selon des caractéristiques particulières, le circuit d'estimation de déplacements fournit un signal représentatif d'une position virtuelle estimée de l'utilisateur.

Cette position virtuelle est utilisée pour calculer les images générées.

Selon des caractéristiques particulières, la partie mécanique comporte un moyen de commande de changement de direction, le dispositif comportant, en outre :

- au moins un capteur de mesure des mouvements de l'utilisateur sur le moyen de commande pour fournir un signal représentatif de mouvements de changement de direction ;

- un circuit électronique d'estimation de changement de direction de l'utilisateur correspondant aux dits mouvements de changement de direction recevant, en entrée, les signaux représentatifs des mouvements de changement de direction et fournissant un signal représentatif d'une estimation de changement de direction ;

le moyen de génération d'images étant adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les directions successives du point de vue virtuel correspondent aux changements de direction estimés.

L'utilisateur peut ainsi suivre un chemin ou visiter un paysage virtuel, voire jouer dans ce paysage virtuel. Selon des caractéristiques particulières, le circuit électronique d'estimation de changement de direction de l'utilisateur combine les signaux représentatifs des mouvements de l'utilisateur et les signaux représentatifs de changements de direction ;

le moyen de génération d'images étant adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les directions successives et les déplacements successifs du point de vue correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur et aux changements de direction estimés.

Selon des caractéristiques particulières, le dispositif d'exercice objet de l'invention comporte au moins un actionneur adapté à mettre en mouvement au moins un point de contact de l'utilisateur avec le dispositif et un circuit de commande dudit actionneur pour que le mouvement dudit point de contact corresponde à une valeur dépendant de la position virtuelle courante de l'utilisateur.

La sensation de réalité est ainsi renforcée.

Selon des caractéristiques particulières, le mouvement du point de contact comporte un mouvement angulaire, la valeur dépendant de la position virtuelle étant une inclinaison.

L'utilisateur peut ainsi ressentir les effets d'une côte, une pente latérale ou une descente représentée sur les images affichées.

Selon des caractéristiques particulières, le mouvement du point de contact comporte un mouvement de vibration, la valeur dépendant de la position virtuelle étant une vibration.

L'utilisateur peut ainsi ressentir l'état de surface d'un terrain virtuel sur lequel il se déplace.

Selon des caractéristiques particulières, le dispositif comporte une caméra adaptée à prendre des images de l'utilisateur et le moyen de génération d'images est adapté à générer une image comportant un avatar représentatif de la posture de l'utilisateur captée par ladite caméra.

Grâce à ces dispositions, l'utilisateur, le dispositif lui-même muni d'un moyen de recommandation de correction de défauts de posture ou l'entraîneur peuvent corriger les défauts de posture ou de mouvement en fonction de ce qu'il voit affiché.

Selon des caractéristiques particulières, le dispositif comporte une caméra adaptée à prendre des images de l'utilisateur et le moyen de génération d'images est adapté à générer une image comportant un avatar représentatif de la posture de l'utilisateur captée par ladite caméra et un avatar représentatif d'une posture idéale de l'utilisateur, les deux dits avatars étant représentés conjointement dans les images affichées.

Selon des caractéristiques particulières, l'unité centrale est adaptée à déterminer la position du centre de gravité de l'utilisateur, à la comparer à un ensemble de positions acceptables et à émettre un message d'anomalie si la position du centre de gravité de l'utilisateur ne se trouve pas dans une position acceptable. Grâce à ces dispositions, les défauts de position de mouvement de l'utilisateur peuvent être détectés et corrigés et l'on peut ainsi suivre la progression de l'utilisateur.

Selon des caractéristiques particulières, l'unité centrale est adaptée à déterminer une asymétrie de mouvements de l'utilisateur, à la comparer à un ensemble de niveaux d'asymétrie acceptables et à émettre un message d'anomalie si l'asymétrie est en dehors des niveaux acceptables.

Grâce à ces dispositions, les défauts de symétrie de mouvement de l'utilisateur peuvent être détectés et corrigés.

Selon des caractéristiques particulières, l'unité centrale est adaptée à faire afficher au moins un mannequin virtuel sur un écran, à déterminer si la position de l'utilisateur correspond à la position du mannequin virtuel et à émettre un message d'anomalie si la position de l'utilisateur ne correspond pas à la position du mannequin virtuel affiché.

Grâce à ces dispositions, le déclenchement de l'exercice physique est sécurisé.

Selon des caractéristiques particulières, la position du mannequin virtuel est une position de départ d'un exercice physique, l'unité centrale étant adaptée à ne déclencher le commencement de l'exercice physique qu'une fois que la position de l'utilisateur correspond à la position du mannequin.

Grâce à ces dispositions, l'utilisateur ou l'entraîneur peut corriger la position de son corps en fonction de ce qu'il voit affiché et le déclenchement de l'exercice physique est sécurisé.

Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un dispositif d'exercice physique pour un utilisateur, qui comporte :

- une partie mécanique en mouvement sur laquelle l'utilisateur effectue un exercice physique,

- au moins un capteur de mesure d'une valeur d'un paramètre physiologique de l'utilisateur pour fournir un signal représentatif de l'état physiologique de l'utilisateur ;

- un circuit électronique d'estimation de déplacements virtuels successifs de l'utilisateur correspondant aux mouvements de la partie mécanique ;

- un moyen de génération d'images adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les déplacements successifs du point de vue virtuel correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur, des images générées étant différentes pour des valeurs de paramètres physiologiques différentes et

- au moins un moyen d'affichage d'images adapté à afficher les images générées. Grâce à ces dispositions, on fait varier, selon l'état physiologique de l'utilisateur, la difficulté apparente, par l'intermédiaire des images générées, de l'exercice. En commandant, parallèlement, la difficulté de l'exercice en fonction d'un paramètre de fonctionnement de la partie mécanique, on obtient les mêmes effets que pour le premier aspect de la présente invention.

Les caractéristiques particulières de ce deuxième aspect de l'invention comportent les caractéristiques particulières du premier aspect de l'invention.

D'autres avantages, buts et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins dans lesquels :

- la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de l'invention ;

- la figure 2 représente, schématiquement, une plaque vibrante et/ou oscillante du dispositif illustré en figure 1 , avec deux vérins à des hauteurs différentes ;

- la figure 3 est un bloc diagramme montrant l'agencement des éléments du dispositif de rééducation selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention ;

- la figure 4 est un diagramme des déplacements déphasés des trois vérins lorsqu'ils sont soumis à une oscillation permettant un mouvement oscillant rotatif de la plaque ;

- la figure 5 est un diagramme du déplacement d'un vérin soumis simultanément à un mouvement de vibration sinusoïdal et à un mouvement d'oscillation sinusoïdal,

- la figure 6 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes mises en œuvre dans un mode de réalisation particulier d'un premier procédé objet de l'invention,

- la figure 7 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes mises en œuvre dans un mode de réalisation particulier d'un deuxième procédé objet de l'invention,

- la figure 8 représente, schématiquement et en élévation, un dispositif à barre d'entraînement objet de la présente invention,

- la figure 9 représente, sous forme d'un logigramme, des étapes mises en œuvre dans un mode de réalisation particulier d'un troisième procédé objet de l'invention,

- la figure 10 représente, schématiquement, un tapis de marche objet de la présente invention,

- la figure 1 1 représente, schématiquement, un vélo de salle d'entraînement objet de la présente invention,

- la figure 12 représente, schématiquement, un rameur objet de la présente invention et

- la figure 13 représente, schématiquement, des échanges d'information entre différents systèmes mis en œuvre dans des modes de réalisation du dispositif objet de la présente invention.

Dans toute la description, on utilise, indifféremment les termes de « moteur électrique », d' « actionneur » ou de « vérin électromagnétique » lorsque le moteur électrique est linéaire. Cependant, bien que chaque moteur électrique linéaire soit préférentiellement un vérin électromagnétique, l'invention s'étend aux autres moteurs brushless.

Dans toute la description, on utilise indifféremment les termes d'unité centrale, d'ordinateur, de microprocesseur, de microcontrôleur, de téléphone intelligent ou de tablette informatique, ces différents éléments ayant la fonction principale d'exécuter les instructions d'un programme conservé en mémoire.

En référence à la figure 1 , un dispositif de rééducation comprend un socle 10 supportant une plaque vibrante et/ou oscillante 12, ici en position horizontale, sur laquelle monte l'utilisateur, par exemple un patient. Bien que la plaque 12 puisse avoir des dimensions quelconques, il est préférable qu'elle ait au minimum une longueur d'environ un mètre et une largeur d'environ 60 cm, de sorte qu'un utilisateur de forte corpulence puisse sans difficulté, placer son dos dessus, en position couchée.

L'utilisateur qui est debout sur la plaque 12 se maintient dans cette position en tenant les poignées 14 et 16 d'un volant fixé au montant 18 fixé lui-même au socle 10.

Comme illustré en figures 2 et 3, des vérins 20, 22 et 24, sous-jacents à la plaque 12 et donc pas visibles sur la figure 1 , permettent le soulèvement de la plaque verticalement selon une amplitude comprise, de préférence, entre 50 mm et 100 mm.

Les vérins 20, 22 et 24 sont des vérins électromagnétiques. Ces vérins électromagnétiques 20, 22 et 24 sont des moteurs linéaires en position verticale dont les déplacements linéaires sont réalisés sans avoir recours à des réducteurs mécaniques et donc sans pièce d'usure. Le moteur est composé de deux pièces, la partie mobile (en anglais « slider ») et la partie fixe (ou « stator »). La partie mobile comprend des aimants montés dans un tube. La partie fixe comprend les bobinages du moteur, le guidage de la partie mobile et un microprocesseur intégré assurant les fonctions de mesure de position et de commutation.

Ce type de vérins présente l'avantage de ne pas comporter de pièce mécanique pour encaisser les efforts longitudinaux qui sont uniquement dus aux champs magnétiques. En outre, ils fournissent des accélérations importantes (quelques dizaines de g), ce qui permet d'obtenir un temps de réponse très court lorsqu'une commande est reçue.

On note que la plaque 12 comporte principalement une plaque d'acier d'une épaisseur, par exemple comprise entre 1 cm et 1 ,5 cm, suffisante pour éviter sa déformation lorsqu'elle est soumise à des accélérations importantes comme il a été mentionné précédemment. La plaque 12 comporte, de préférence, une couche supérieure en matière plastique souple destinée à procurer un amortissement bénéfique pour l'utilisateur, et une couche inférieure rigide également en matière plastique du même type mais comportant des nervures pour accroître sa rigidité. Selon un mode de réalisation préféré, trois vérins électromagnétiques 20, 22 et 24 sont utilisés. Dans ce cas, ils forment un triangle, préférentiellement isocèle. Préférentiellement, l'un des côtés de ce triangle relie deux vérins 20 et 22 placés à l'avant de la plaque 12, de manière symétrique par rapport à l'axe longitudinal de la plaque 12. Il va de soi qu'un nombre de vérins différent de trois pourrait être utilisé. Il est ainsi possible d'utiliser quatre vérins disposés selon un rectangle, ou d'utiliser deux vérins, un couché et un vérin debout.

A noter qu'un vérin ne peut pas supporter de force latérale. Il ne peut donner que de la force axiale. Pour conserver la fiabilité du vérin, et garder la stabilité du plateau, il convient de rajouter un guidage central placé sous le plateau, entre les vérins. Ce guidage central peut être un coussin d'air à pression variable, ou un axe mécanique, par exemple de type cardan, ou une rotule.

La position des deux vérins 20 et 22 à l'avant de la plaque 12 est illustrée schématiquement en figure 2. Le vérin 20 a sa partie mobile (« slider ») plus sortie de sa partie fixe (« stator ») que le vérin 22, ce qui permet d'obtenir une position inclinée de la plaque 12. La commande du déplacement de la partie mobile à l'extérieur puis à l'intérieur de la partie fixe du vérin 20, selon une certaine fréquence, par exemple 30 hertz, permet de faire vibrer la plaque 12 à cette fréquence.

Un bloc diagramme général du dispositif objet de l'invention est illustré sur la figure 3. Un ordinateur 30 comportant un écran tactile 32 et un clavier 34 est à la disposition de l'opérateur, par exemple un kinésithérapeute. On note que l'opérateur peut commander le fonctionnement de l'ordinateur 30 à l'aide d'une télécommande (non représentée).

L'ordinateur 30 est relié à une unité de commande 36 qui transforme les signaux qu'elle reçoit de la part de l'ordinateur 30 en signaux électriques qui sont transmis aux trois vérins 20, 22 et 24. Ces signaux électriques, en commandant le déplacement des parties mobiles des vérins à des fréquences déterminées, permettent le soulèvement de la plaque

12 de façon à obtenir des mouvements non oscillants, des oscillations et/ou des vibrations de la plaque 12.

On note que l'ordinateur 30 permet de multiples fonctions, en particulier de sélectionner les différentes fréquences utilisables, la durée de chaque exercice, le temps de pause entre deux exercices. Il permet également de changer les fréquences ou les amplitudes en cours d'exercice.

Comme mentionné précédemment, une caractéristique du dispositif est l'utilisation de vérins électromagnétiques. Ce type de vérins permet d'obtenir un soulèvement de la plaque 12 d'une amplitude déterminée et selon une fréquence déterminée. En outre, chaque vérin étant commandé indépendamment des autres, il est possible d'obtenir n'importe quel mouvement de vibration ou d'oscillation de la plaque 12. Chaque vérin peut être commandé de manière à soulever la plaque dans le but d'obtenir un mouvement d'oscillation de la plaque. Ce mouvement est défini comme un mouvement de soulèvement de la plaque suivi de son abaissement selon une faible fréquence, inférieure à 1 Hz. Par exemple, avec une fréquence égale à un tiers de Hertz, chaque vérin se soulève et s'abaisse en trois secondes. Dans ce cas, si le mouvement de chaque vérin est déphasé de 120 ° par rapport au mou/ement de chacun des deux autres, la plaque suit un mouvement d'oscillation rotatif d'une période de trois secondes. Les mouvements correspondants des vérins 20, 22 et 24 sont illustrés sur la figure 4 par les trois sinusoïdes A, B et C.

On note que l'amplitude de soulèvement des vérins est préférentiellement comprise entre 50 mm et 100 mm, par exemple égale à 70 mm.

Un autre mouvement possible de chaque vérin est un mouvement de vibration qui consiste à faire soulever et abaisser le vérin d'une très faible amplitude selon une fréquence comprise entre 20 Hz et 40 Hz, de façon à ce que la plaque soit soumise à ce même mouvement de vibration. Ce mouvement de vibration peut être combiné au mouvement d'oscillation précédent. Dans ce cas, le mouvement du vérin pour une fréquence de vibration de 30 Hz et une amplitude de cinq mm, superposé à une fréquence d'oscillation de un tiers de Hz et une amplitude de 70 mm, est illustré par la courbe D en figure 5.

Une particularité du vérin électromagnétique utilisé est le fait qu'il dispose d'un capteur de position permettant à l'unité de commande 36, non seulement de connaître à tout instant la position de la partie mobile du vérin, mais également de déterminer l'intensité du courant à envoyer au vérin. En effet, lorsqu'une charge est appliquée sur un vérin par l'intermédiaire de la plaque 12, par exemple quand un patient monte sur la plaque 12, la partie mobile a tendance à s'abaisser sous l'action de la force de pesanteur appliquée à la plaque 12. Mais cet abaissement est infinitésimal grâce à la régulation mise en jeu du fait qu'instantanément le capteur de position capte cette variation infinitésimale de position et la transmet à l'unité de commande 36 qui accroît l'intensité du courant fourni au vérin, de manière à ce que la plaque 12 ne s'abaisse pas. On note que l'intensité du courant est proportionnelle à la force appliquée au vérin.

L'opérateur, par exemple un kinésithérapeute, règle alors l'amplitude de mouvement et la fréquence de vibration de chaque vérin de façon indépendante en fonction du travail que doit effectuer l'utilisateur.

L'amplitude de mouvement de chaque vérin étant ainsi réglée, les vérins sont alors relevés et descendus sous la commande de l'unité de commande 36 selon une fréquence déterminée par l'opérateur en fonction du traitement à appliquer, de façon à ce que la plaque 12 effectue un mouvement vibrant et/ou oscillant. Ainsi, dans le cas d'un patient ayant une jambe malade, deux des trois vérins restent immobiles et le troisième vérin, au dessus duquel le patient a placé sa jambe à rééduquer, est soumis à une vibration de fréquence supérieure à 25 Hz, et préférentiellement, inférieure à 40 Hz.

Dans le cas d'un patient ayant besoin de rééduquer ses chevilles, un vérin reste immobile et les deux autres vérins sont soumis à un mouvement d'oscillation déphasé de 180 ° l'un par rapport à l'autre.

Enfin, dans le cas d'un travail de proprioception d'un patient, les trois vérins sont soumis à la combinaison d'un mouvement d'oscillation et d'un mouvement de vibration pour que la plaque effectue un mouvement oscillant rotatif en même temps qu'elle est soumise à une vibration.

On note que l'amortissement de la plaque 12 est un paramètre important. Dans la mesure où le temps de réponse du mouvement du vérin à la suite d'une commande est très faible comme il a été mentionné précédemment, cet amortissement est réalisé simplement. Il suffit en effet que les signaux de commande, générés par l'unité de commande 36 et transmis aux vérins 20, 22 et 24, soient de forme sinusoïdale, ce qui est facile à obtenir pour l'homme du métier.

L'état physiologique de l'utilisateur est déterminé par l'ordinateur 30 en fonction de capteur de valeurs de paramètres physiologiques 40, 45 et/ou 50. Le capteur 40 est portée par l'utilisateur. Il peut s'agir, par exemple, d'un cardio-fréquencemètre, d'un actimètre, d'un moyen de mesure de glycémie ou d'oxygénation du sang.

Le capteur 45 est intégré dans le dispositif, par exemple au niveau des mains de l'utilisateur. Il peut ainsi mesurer la fréquence cardiaque de l'utilisateur, la pression qu'il exerce, avec ses mains, sur le dispositif et le nombre de mains en contact avec le dispositif. Le capteur 50 est intégré au dispositif, en dessous de la plaque vibrante. Par exemple, ce capteur est intégré à au moins un vérin électromagnétique.

En fonction d'au moins une valeur de paramètre physiologique, un moyen de commande commande au moins une valeur de paramètre mécanique, ici l'amplitude et/ou la fréquence des vibrations, dont dépend la difficulté à réaliser l'exercice physique.

Ainsi, l'utilisateur est plongé dans un environnement virtuel, ce qui le motive à poursuivre l'exercice physique. Parallèlement, lorsque son état physiologique est en dehors d'un état cible, la difficulté à réaliser l'exercice physique est modifiée afin de retourner dans l'état visé. Par exemple, si la fréquence cardiaque de l'utilisateur est supérieure à une bande de fréquences prédéterminée, la difficulté de l'exercice est réduite par action sur un paramètre de la partie mécanique. Inversement, si la fréquence cardiaque est en dessous de cette bande de fréquence, la difficulté de l'exercice est augmentée. Préférentiellement, un moyen de génération des images affichées est adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les déplacements successifs du point de vue virtuel correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur, des images générées étant différentes pour des valeurs de paramètres physiologiques différentes.

Le dispositif qui vient d'être décrit permet la rééducation fonctionnelle des patients présentant des problèmes de l'appareil locomoteur. Dans ce but, l'opérateur, généralement un kinésithérapeute, règle alors le mouvement de chaque vérin, c'est-à-dire la forme de son mouvement (généralement sinusoïdale), son amplitude et sa fréquence de déplacement, de façon indépendante en fonction du travail que doit effectuer l'utilisateur pour corriger son problème. Ainsi, dans le cas d'un patient ayant une jambe malade, il est important de contrôler la façon dont le patient reporte son poids sur la jambe valide. Le moyen envisagé pour observer ce transfert de charge consiste à imposer au patient la position des pieds et à déterminer la position du centre de gravité de l'ensemble « plaque + patient ». En effet, si le patient reporte son poids sur une jambe, il rapproche le centre de gravité de celle-ci. Il est donc important de déterminer la position du centre de gravité. Comme le courant nécessaire à un vérin pour maintenir une charge en position est proportionnel à la force que le vérin déploie comme il a été mentionné précédemment, chaque vérin est capable d'effectuée une « pesée » grâce à la mesure du courant nécessaire à maintenir la charge en position. Par conséquent, en mesurant l'intensité du courant nécessaire à chaque vérin pour équilibrer la charge qui lui est directement appliquée par l'intermédiaire de la plaque, il est facile de déterminer la position instantanée du centre de gravité et donc la façon dont le patient effectue le transfert de son poids d'une jambe sur l'autre. Eventuellement, un filtre temporel permet d'éliminer les effets temporaires.

L'opérateur peut voir immédiatement, sur l'écran 32, que le centre de gravité de l'utilisateur n'est pas au centre de la cible. Il peut ainsi visionner la force d'appui des jambes, et dire à l'utilisateur quelle est la jambe à rééduquer et sur laquelle il doit fournir ses efforts pour rétablir de bons appuis et ramener le centre de gravité au centre de la cible. A noter que, lorsque la plaque 12 est mise en action selon un mouvement oscillant rotatif, l'utilisateur est déséquilibré et doit, par la pression de ses jambes, travailler en contractions musculaires afin de rester en équilibre au centre de la plaque alors que son centre de gravité est déporté quelque peu à cause de son problème.

Par conséquent, l'inclinaison de la plaque vibrante et/ou oscillante peut être réglée avec précision. Il en est également de la vitesse du mouvement rotatif de la plaque. Ainsi, un utilisateur en début de rééducation supporte une inclinaison très faible, avec une vitesse de rotation faible. Ces données sont augmentées au fur et à mesure de l'évolution de la rééducation de l'utilisateur. Normalement, en fin de traitement, si celui-ci a été efficace, l'utilisateur se mettra facilement debout en équilibre sur la plaque, et les capteurs indiqueront un centre de gravité revenu au centre de la plaque.

L'ordinateur 30 peut faire l'analyse de la capacité du muscle à se contracter, pour chaque utilisateur, afin de régler exactement la force de vibration nécessaire en fonction de la réceptivité musculaire propre à chaque individu (« biofeedback »). Ainsi, avec une fréquence de 35 hertz, le muscle de la cuisse d'un individu donné se contracte très fortement (il est alors inutile d'augmenter la fréquence sous peine de tétanisation du muscle), alors que pour la même fréquence, le muscle de la cuisse d'un autre individu ne se contractera que faiblement, d'où la nécessité d'augmenter pour lui la fréquence pour obtenir un travail optimal.

L'ordinateur 30 permet d'analyser les masses corporelles de chaque utilisateur (bio- impédancemétrie) : masse grasse, masse maigre (les muscles), masse d'eau. Cette fonction permet à l'utilisateur de suivre, au fur et à mesure des séances, les progrès qu'il fait (perte de graisse et gain de masse musculaire, etc.).

L'ordinateur permet d'enregistrer, de sauvegarder et de mettre à jour toutes les données physiques du patient, afin de calculer de façon individuelle ses risques ou ses performances.

L'ordinateur permet également d'afficher instantanément sur l'écran, au moment de la réalisation de l'exercice, les données cardiaques, musculaires et posturales du patient. Ainsi, le système de réalité virtuelle va définir s'il y a danger pour le patient à continuer un exercice qui serait trop intense pour lui. Exemple : si la fréquence cardiaque est supérieure aux normes médicales en fonction de l'âge du patient, le dispositif réduira automatiquement sa vitesse, ou son inclinaison, ou sa vibration afin de mettre le patient hors de danger, jusqu'à l'arrêt possible du dispositif si les paramètres physiologiques du patient ne reviennent pas à la normale.

L'ordinateur et le système de réalité virtuelle peuvent optimiser le geste sportif en analysant l'exercice du patient pour l'amener à faire le geste parfait dont l'exemple est donné par vidéo et capteurs installés dans le système.

On note que des vérins électromagnétiques, par exemple deux vérins, tels que ceux décrits ci-dessus, pourraient être également fixés au socle 10 du dispositif, mais de façon décalée par rapport aux vérins destinés à faire vibrer et/ou osciller la plaque 12 de manière à faire vibrer et/ou osciller le montant 18 du dispositif. Le patient se tenant aux poignées 14 et 16, il sera ainsi soumis à des oscillations et/ou vibrations par l'intermédiaire de ses mains, dans le but de rééduquer le haut du corps. De la même façon que précédemment, chaque vérin est alors commandé indépendamment des autres.

Dans les modes de réalisation exposés ci-dessus, il est proposé de remplacer :

- des vérins électriques, - des vibrateurs et/ou

- des capteurs de détection du centre de gravité

par des moteurs linéaires et, plus particulièrement, par des vérins électromagnétiques.

On décrit, ci-dessous et en regard de la figure 6, un mode de réalisation d'un procédé de sécurisation du dispositif.

Au cours d'une étape 105, l'utilisateur, l'entraîneur ou le kinésithérapeute effectue une sélection d'un exercice à réaliser, parmi les programmes d'exercices accessibles, en mémoire locale ou à distance sur internet.

Au cours d'une étape 1 10, on récupère et on affiche, sur un écran visible par l'utilisateur et/ou par un tiers, la position de départ de l'exercice, sous forme d'un personnage virtuel, ou mannequin positionné sur un dispositif d'exercice schématisé.

Au cours d'une étape 1 15, on capte une image de l'utilisateur, en utilisant la caméra intégrée au dispositif ou positionné en regard du dispositif.

Au cours d'une étape 120, on détermine la position de l'utilisateur, y compris ses membres et on affiche, sur l'écran utilisé lors de l'étape 1 10, un avatar (personnage schématisé représentatif de l'utilisateur) ayant la même position que l'utilisateur sur le dispositif d'exercice, préférentiellement en regard (superposé ou juxtaposé) du mannequin dans la position de départ visée.

Au cours d'une étape 125, on détermine si les positions de l'avatar et du mannequin se correspondent, avec une tolérance.

Si non, au cours d'une étape 130, on maintient à l'arrêt le dispositif (c'est-à-dire que les vérins gardent leur position) et on affiche les différences de position qui sont en dehors de la tolérance. Par exemple, le tronc et/ou des membres de l'utilisateur sont représentés en vert lorsque leur position est conforme à celle du mannequin et, sinon, en rouge.

Si le résultat de l'étape 125 est positif, c'est-à-dire si l'utilisateur est dans la bonne position, au cours d'une étape 135, on affiche une information indiquant un démarrage imminent du dispositif. Par exemple, un compte-à-rebours de cinq secondes est affiché. Puis, au cours d'une étape 140, on démarre l'exercice en mettant en œuvre les vérins et on retourne à l'étape 1 15.

Lors des itérations suivantes de la séquence d'étape 1 15 à 140, on met en œuvre une tolérance plus importante car l'utilisateur réagit à l'exercice pratiqué. Cette tolérance est cependant choisie pour qu'une déstabilisation de l'utilisateur soit détectée.

On décrit, ci-dessous et en regard de la figure 9, un mode de réalisation d'un procédé de détermination du centre de gravité de l'utilisateur (éventuellement associé à une partie du dispositif) qui utilise le système de régulation des moteurs linéaires. On rappelle que le moteur linéaire envisagé est un moteur à aimant permanent ; les moteurs sont régulés par une électronique capable de les contrôler, au cours d'une étape 410 et au cours d'un exercice physique précédemment sélectionné, en :

- position,

- vitesse et/ou

- accélération.

Pour effectuer cette régulation, les grandeurs physiques observées, au cours d'une étape 415, sont :

- la position,

- le courant et/ou

- la tension.

Théoriquement, il existe des relations linéaires entre :

- le courant et la force exercée par le moteur et

- la tension et la vitesse de déplacement du moteur.

En mesurant le courant absorbé par chaque moteur, on estime la charge qu'il soutient, au cours d'une étape 425.

En comparant les courants absorbés par chacun des trois moteurs, on calcule la position du centre de gravité de la charge soutenue par les trois moteurs au cours d'une étape 430.

Dans des modes de réalisation, pour affiner le résultat, on met en œuvre des facteurs correctifs établis lors d'étalonnages, au cours de l'étape de normalisation 420.

Au cours de l'étalonnage, étape 405, les résultats calculés sont comparés à des résultats prédéterminés. Le dispositif est donc en mesure de comparer ses résultats aux résultats attendus et de déterminer les valeurs numériques de facteurs de correction. Pour effectuer cet étalonnage, des charges étalons sont placées sur des repères marqués sur le plateau du dispositif.

Ainsi le calculateur central de la machine, après avoir réalisé des cycles prédéterminés :

- de positionnement,

- de déplacement et/ou

- d'accélérations

peut comparer le résultat des mesures et les résultats théoriques attendus et ainsi déterminer des facteurs de correction mis en œuvre au cours de l'étape 420.

On note que, compte tenu des puissances de calcul actuellement disponibles et de la fréquence maximum de déplacement à réguler lors de vibration (60hz), il est envisageable d'utiliser un processeur double cœur ARM-DSP (Digital Signal Processing) (marque déposée) unique pour piloter l'ensemble du dispositif. Ce processeur est chargé :

- de communiquer avec les moyens de configurations externes,

- d'effectuer les mesures relatives aux trois moteurs et

- de piloter l'électronique de puissance des trois moteurs.

Selon le procédé décrit ici, l'acquisition et la mesure du courant sont effectuées, au cours de l'étape 415, à l'aide d'un échantillonnage haute fréquence et traité par le processeur (partie DSP) qui effectue une estimation du courant moyen (équivalent à un courant continu).

On note que, du fait que l'objectif est de déterminer le centre de gravité, au cours de l'étape 430, et non pas la masse appliquée à chaque vérin, il n'est pas nécessaire de connaître de façon précise la force appliquée à chacun d'entre eux. Il suffit donc que les mesures relatives à chacun des vérins soient équilibrées. Les paramètres établis lors de l'étalonnage permettent de corriger les erreurs relatives de chacun des trois systèmes, au cours de l'étape 420.

Afin de pouvoir en mesurer de façon très fine le courant, qui est la grandeur physique déterminante, préférentiellement, on met en œuvre, au cours de l'étape 415 :

- une bonne bande passante et

- une grande sensibilité,

pour ne pas grever trop le coût de revient du système. La mesure par « shunt » peut suffire, associée à un conditionnement de qualité.

Par exemple, au cours de l'étape 415, l'acquisition du signal et sa conversion analogique/numérique sont effectuées par un convertisseur d'au moins 16 bits à une fréquence d'échantillonnage d'au moins un million d'échantillons par seconde.

Ainsi, il est possible de déterminer les informations statiques du courant sans négliger les phénomènes de fréquence élevées.

Les phénomènes parasites de hautes fréquences qui peuvent être dus à la régulation du système sont pris en compte.

Compte tenu de la bande passante du système, il est envisageable d'extraire les informations (équivalent) statiques du courant mais aussi des informations dynamiques permettant de connaître et contrôler l'énergie transmise au patient par les vibrations du système.

Au cours d'une étape 435, on compare la position du centre de gravité de l'utilisateur avec la position attendue pour la phase en cours de l'exercice et on détermine si la position de l'utilisateur est correcte, en tenant compte d'une tolérance.

Si la position est correcte, on retourne à l'étape 415 pendant que l'exercice physique se poursuit. Si la position n'est pas correcte, au cours d'une étape 440, on affiche la différence de position ainsi que des recommandations destinées à l'utilisateur. Puis, on retourne à l'étape 415 pendant que l'exercice physique se poursuit.

Les vérins électromagnétiques peuvent être associés à une projection en deux ou trois dimensions (« 3D »), par exemple un écran, un écran d'affichage en trois dimensions, un casque ou des lunettes comportant au moins un écran d'affichage, pour simuler, en réalité virtuelle, le relief du terrain censé être parcouru. Cette simulation est, préférentiellement, couplée aux mouvements réalisés par la plaque 12. Par exemple, on simule le déplacement d'un véhicule roulant sur lequel l'utilisateur serait debout et ressentirait les bosses et vibrations liées au terrain rencontré.

On décrit, ci-après, des perfectionnements permettant de réaliser des modes de réalisation particuliers du dispositif objet de l'invention.

En vue d'un contrôle total de la cinématique du dispositif, pour contrôler toutes les parties actives des machines, l'ordinateur 30 contrôle et commande les paramètres suivants de chaque vérin :

- position,

- vitesse,

- force,

- vibration,

- accélération,

- énergie et

- puissance.

En vue d'un coaching intégré adapté à l'utilisateur, on associe au dispositif un moyen de mémorisation d'un identifiant d'un utilisateur et des exercices qu'il a déjà réalisé, ainsi que d'une synthèse des mesures effectuées au cours de ces exercices. Sur cette base, l'ordinateur 30 définit la date recommandée et/ou le contenu recommandé d'une prochaine séance d'exercices. L'utilisateur peut ainsi utiliser le dispositif de façon optimale.

Le dispositif peut aussi intégrer de moyens audio et vidéo pour transposer les mouvements faits par l'utilisateur dans un environnement virtuel réaliste.

Des vérins électromagnétiques, tels que ceux décrits ci-dessus, peuvent également être adaptés sur un tapis de marche ou de course, un vélo de salle d'entraînement, un rameur, un simulateur d'escalier, associé à une projection en trois dimensions (« 3D ») sur un écran, pour simuler, en réalité virtuelle, le déplacement correspondant aux mouvements de l'utilisateur, en position et en direction et le relief du terrain censé être parcouru. Les figures 10 à 12 décrivent de tels modes de réalisation.

On décrit, ci-dessous, d'autres aspects de la présente invention.

Dans le cas du tapis d'entraînement de course à pied, la présente invention améliore les aspects suivants : 1 / Position : inclinaison

La partie du dispositif faisant dérouler le tapis d'entraînement est, dans son entièreté, placé sur des vérins qui peuvent l'incliner dans toutes les positions jusqu'à une inclinaison donnée, par exemple 15 degrés. Les mouvements réalisés comportent, comme exposé ci- dessus, des mouvements non oscillants, des oscillations et des vibrations.

Ainsi, l'utilisateur en situation de course se retrouve confronté aux cas habituellement rencontrés lors d'une course en milieu naturel : montées, descentes et dévers latéraux. Cette position relative entre l'utilisateur et le plan du tapis, qui peut évoluer au cours du temps, permet de simuler un parcours réel, voire de recréer un parcours existant. En dehors de l'exercice physique, cette approche permet de se préparer à un parcours ou de se mesurer à d'autres athlètes disposant de la même machine.

Il devient possible de créer :

- des compétitions entre athlètes séparés par des distances importantes,

- l'enregistrement de données des courses (temps, parcours, ...) pour pouvoir déterminer sans contestation un gagnant,

- des courses pour lesquelles les participants se confrontent de façon différée. Chaque participant pouvant choisir ses concurrents dans une base partagée.

21 Rotation du tapis

Afin de se rapprocher au maximum de la situation d'une course pour laquelle le parcours est agrémenté de virages, dans des modes de réalisation on fait effectuer au tapis une rotation autour d'un axe vertical. L'information du rayon de rotation est celui qui correspond à la visualisation 3D de l'environnement dans lequel se déplace le coureur. Deux stratégies de rotation peuvent être adoptées :

- rotation pendant que le coureur n'est pas en contact avec le tapis (propre de la course) ; dans ce cas, l'analyse de la course à l'aide de capteurs ou de la vidéo permet au calculateur de ne bouger que lorsque le coureur ne touche pas le tapis ou

- rotation lente lorsque le coureur est toujours en contact avec le tapis (propre à la marche).

3/ Vitesse :

Au cours du parcours la vitesse du tapis peut évoluer afin :

- de prendre en compte les nouvelles difficultés liées au profil du terrain (pentes et dévers),

- d'imposer des objectifs de vitesse et d'accélération imposés par le « coach intégré » et

- d'adapter la vitesse de déroulement du tapis à la vitesse du coureur à l'aide de capteurs qui identifient la position du coureur sur le tapis. La vitesse du tapis s'adapte au rythme du coureur, qui peut vraiment adopter des stratégies de course. Dans ce cas, le tapis ajuste sa vitesse de façon à ce que le coureur soit situé au milieu du tapis. Ce contrôle permet de diminuer la taille du tapis pour pouvoir en envisager la rotation :

o si le coureur est plus en avant, le tapis accélère jusqu'à ce que le coureur soit au milieu et

o si le coureur est plus en arrière, le tapis ralenti jusqu'à ce que le coureur soit au milieu.

4/ Environnement virtuel réaliste :

L'environnement virtuel réaliste est constitué grâce à la mise en œuvre :

- d'une caméra 3D,

- d'un moyen de visualisation d'un espace 3D et

- d'un moyen de représentation sonore 3D

intégrés au dispositif.

Grâce à l'affichage, le coureur visualise, de manière coordonnée avec ses pas, un espace réel issu :

- soit du monde réel (réalisé à l'aide d'enregistrements réels vidéos et sonore),

- soit d'un monde virtuel conçu de toutes pièces à l'aide d'outils informatiques ouvrant la porte à une évolution au sein de scénarios créatifs.

Grâce à ce système, le coureur peut se voir évoluer au sein du parcours et être enregistré (lui ou son avatar) sur ce parcours et entrer en compétition avec d'autres participants. Ces compétitions peuvent avoir lieu :

- en temps réel : les coureurs courent en même temps mais partagent un espace de course virtuel commun sur lequel ils évoluent en même temps en compétition. Ils peuvent se voir lorsqu'ils sont à proximité, se dépasser, jouer de stratégies pour gagner.

- en temps différé : les coureurs courent contre des concurrents qui on déjà effectué la course et qui lancent des défis à qui veut bien les relever.

Le son stéréophonique, voire en trois dimensions, permet :

- d'évoluer parmi les bruits naturels enregistrés,

- d'entendre la course des concurrents proches le poursuivant ou le précédant et d'en tenir compte dans la stratégie de course avant même de les avoir vus à l'écran.

On décrit, ci-dessous, en regard de la figure 7, des étapes mises en œuvre pour que l'utilisateur soit plongé dans un environnement virtuel réaliste, favorable à son attention et à sa motivation pour poursuivre l'exercice.

Au cours d'une étape 205, l'utilisateur, l'entraîneur ou le kinésithérapeute effectue une sélection d'un exercice à réaliser, parmi les programmes d'exercices accessibles, en mémoire locale ou à distance sur internet. Au cours d'une étape 210, on récupère et on affiche, sur un écran visible par l'utilisateur et/ou par un tiers, un environnement de départ de l'exercice, sous forme d'un monde virtuel. La position des vérins est adaptée à cet environnement.

Au cours d'une étape 215, on effectue une estimation de la distance parcourue par l'utilisateur par rapport au tapis d'entraînement. A cet effet, dans des modes de réalisation, on considère que l'utilisateur s'est déplacé à la vitesse de déroulement du tapis. Dans d'autres modes de réalisation, on met en œuvre au moins un capteur de position de l'utilisateur sur le tapis (par exemple au moins une caméra ou au moins un capteur à émission et réception d'un rayonnement électromagnétique, par exemple de lumière). La différence de position depuis la dernière capture de position de l'utilisateur est alors déduite de la distance parcourue par le tapis d'entraînement.

Au cours d'une étape 220, on actualise l'affichage de l'environnement virtuel. Préférentiellement, entre deux captures de positions de l'utilisateur, on effectue une extrapolation de la distance parcourue par l'utilisateur, par rapport au tapis. Préférentiellement, l'image de l'environnement virtuel dépende d'au moins une masure d'état physiologique de l'utilisateur et de la difficulté de l'exercice.

Au cours d'une étape 225, on mesure l'état physiologique de l'utilisateur par au moins un capteur porté par l'utilisateur ou intégré dans le dispositif.

Au cours d'une étape 230, on actualise la difficulté de l'exercice, ici l'inclinaison ou la vitesse du tapis, en commandant un mouvement d'un moteur d'entraînement du tapis ou des vérins, en fonction de la distance parcourue par l'utilisateur, d'au moins une mesure d'état physiologique de l'utilisateur et du programme de l'exercice, en correspondance avec l'image affichée.

Au cours d'une étape 235, on actualise les oscillations et vibrations du tapis, qui font partie de la difficulté de l'exercice, en commandant des mouvements oscillants ou des vibrations des vérins, en fonction de la distance parcourue par l'utilisateur, d'au moins une mesure d'état physiologique de l'utilisateur et du programme de l'exercice, en correspondance avec l'image affichée.

Puis, on retourne à l'étape 215.

Toute la description du tapis d'entraînement s'applique à un vélo d'entraînement monté sur des vérins électromagnétiques, avec des adaptations minimes. Par exemple, la pente, ou inclinaison, du tapis est remplacée, simultanément, par l'inclinaison du vélo et par le frein appliqué à la rotation du pédalier. On note que le pédalier peut comporter un moteur brushless commandé par l'unité centrale et/ou un moteur linéaire commandé par l'unité centrale, la transformation du mouvement circulaire en mouvement linéaire étant bien connue de l'homme du métier. On note que, dans le cas du tapis d'entraînement, la détermination de la force exercée par l'utilisateur, à chaque pas, est utilisée, dans des modes de réalisation, par le microprocesseur pour déterminer si l'appui sur les deux jambes est équilibré. Préférentiellement, un capteur adapté à déterminer la jambe de l'utilisateur en appui sur la tapis est associé à la mesure de force exercée par l'utilisateur sur le tapis et, après avoir effectuer une moyenne sur un grand nombre de foulées, le microprocesseur détermine si l'une des jambes applique une force plus faible que l'autre, avec une tolérance, et affiche une éventuelle différence pour que l'utilisateur puisse corriger ce défaut de symétrie.

Avant d'exposer le cas d'adaptation de l'invention à une machine de musculation, on note que, dans bon nombre des machines de musculation, la résistance opposée au mouvement du sportif est la résultante :

- de masses (en fonte) pour lesquelles la force d'opposition est constante,

- d'amortisseurs (hydrauliques) qui s'opposent au mouvement et

- de ressorts pour lesquels la force est proportionnelle au déplacement.

Tous les mouvements sont réalisés à l'aide de poulies de renvoi :

- traction de barres vers le bas et

- rotation de palettes autour d'axes verticaux.

La présente invention remplace au moins un de ces systèmes mécaniques passifs par des systèmes actifs (moteurs « bruchless » linéaires ou rotatifs ou, préférentiellement, vérin électromagnétique). Un tel actionneur, contrôlé par un microcontrôleur, pilote l'effort à fournir par le sportif, à chaque instant et/ou en chaque position. Plus que la charge à lever, c'est l'effort à fournir qui est ainsi contrôlé.

En plus de la simulation d'une masse, d'un amortisseur et/ou d'un ressort, le système actif permet de commander la vitesse et le couple (ou la force) du mouvement résultant. Ces paramètres sont pilotés en dynamique et temps réel et peuvent être liés à la position instantanée du système. Il est, par exemple, possible au cours d'un mouvement unique du bras du patient, de réduire l'effort dans une zone du mouvement (correspondant à une zone de douleur par exemple) et d'augmenter l'effort dans une autre zone (pour travailler de façon optimum).

II devient ainsi possible de moduler, de façon dynamique, la valeur de chacun des paramètres au cours de l'effort et donc de travailler très finement chaque groupe musculaire :

- sur la portion du mouvement que l'on désire et

- avec le type de résistance le mieux adapté.

Chaque composante :

- force,

- couple et - vitesse

est contrôlée à chaque instant. Il est ainsi possible de contrôler l'effort musculaire pour chaque position au cours de la course des membres. L'effort à déployer est ainsi adapté à la capacité à l'effort, elle même liée à la position du membre et à l'état physiologique de l'utilisateur mesuré par un capteur porté par l'utilisateur ou intégré au dispositif.

De plus, ce système actif permet de contrôler la résistance opposée au patient à des fréquences élevées (de plusieurs dizaines de hertz). Cette résistance vibrante se traduit donc par une vibration du mouvement, vibration qui augmente l'efficacité du travail.

L'énergie fournie par l'utilisateur est déterminée à partir de la mesure du courant et de la tension instantanés absorbés par le moteur.

Afin d'augmenter l'efficacité des vibrations, la transmission mécanique entre l'élément moteur (rotatif ou linéaire) et le patient ne comporte pas, préférentiellement, d'élément d'amortissement (un câble tendu pouvant être un bon transmetteur).

Les mouvements en translation sont, préférentiellement, effectués à l'aide de moteurs linéaires, voire de vérins électromagnétiques, et les mouvements de rotation, par des moteurs rotatifs. Préférentiellement, on associe un moteur à chaque membre de l'utilisateur. Cette approche permet d'adapter l'exercice à chaque membre et d'en effectuer une évaluation individuelle.

On décrit ci-dessous, en regard de la figure 8, une adaptation de la présente invention à une barre d'exercice qui comporte :

- un châssis rectangulaire 305,

- une partie fixe (« stator ») 310 d'un vérin électromagnétique en appui sur la partie supérieure du châssis 305 et retenu en position par des renforts latéraux 335 reliés au châssis 305,

- une partie mobile (« slider ») 315 du vérin électromagnétique, qui porte une barre

320 munie de poignées 325,

- un tapis de sol sur lequel l'utilisateur appuie son dos,

- un capteur 350 de mesure d'un paramètre physiologique, intégré au dispositif ou porté par l'utilisateur, et

- un ordinateur de contrôle 330 comportant un écran, préférentiellement tactile et les moyens de commande du vérin électromagnétique, comme exposé ci-dessus. Dans des variantes, l'écran de l'ordinateur fait fasse à l'utilisateur.

On décrit, ci-après, l'adaptation de l'invention à une machine de rééducation de l'épaule à couple dépendant de la mesure de l'état physiologique de l'utilisateur. Aujourd'hui, les machines de rééducation de l'épaule à couple constant proposent au patient d'effectuer des efforts mettant en rotation une poignée solidaire d'un axe. Le couple de résistance qui s'oppose au mouvement du patient est réglé par des « sandows » (tendeurs) qui garantissent un couple quasiment constant et indépendant de l'angle de rotation.

Selon un aspect de la présente invention, on réalise cette fonction de façon active, à l'aide d'un moteur rotatif brushless contrôlé entièrement par un système électronique. Ainsi, il devient possible de contrôler indépendamment le couple, la vitesse et l'accélération de la poignée saisie par le patient pour chaque position angulaire, en fonction de la mesure physiologique de l'utilisateur.

Grâce au contrôle en temps réel du moteur, le dispositif peut :

- opposer au patient, non seulement un couple constant mais aussi un couple qui peut être lié à la position angulaire. Ainsi, le praticien peut adapter de façon très fine les efforts que le patient doit exercer en fonction de la position angulaire de son articulation,

- effectuer un contrôle en vitesse et de proposer au patient d'effectuer un effort rotatif pour lequel le moteur sera contrôlé en vitesse de façon à ce que la vitesse de rotation soit constante (isocynétisme),

- affecter le contrôle de la vitesse à la position angulaire instantanée et/ou

- superposer des couples ou vitesses vibratoires aux couples ou vitesses initiaux. Les divers capteurs permettant la régulation du système en position, couple, vitesse et accélération peuvent être utilisés pour quantifier les efforts instantanés exercés par le patient tout au long du mouvement.

On note que tout ce qui est exposé dans la description en regard de l'un des modes de réalisation du dispositif objet de l'invention est destiné à être mis en œuvre pour les autres modes de réalisation.

Comme illustré en figure 10, schématiquement, un mode de réalisation particulier d'un tapis de marche ou de course 500 objet de la présente invention comporte :

- un tapis 505 sur lequel marche l'utilisateur, entourant deux rouleaux 510 et 515, dont l'un est mis en rotation par un moteur 520,

- deux vérins 525 placés en avant, par rapport au sens de marche de l'utilisateur, qui soutiennent, avec un plot arrière axial 526, l'ensemble du dispositif 500, - des rampes latérales 530,

- un clavier 535 de réglage de paramètres d'utilisation,

- une caméra 540 qui observe la posture de l'utilisateur,

- au moins un écran 545 de visualisation d'images virtuelles,

- une télécommande 550,

- un écran secondaire 555,

- un capteur de mesure physiologique 565 porté par l'utilisateur,

- un capteur de mesure physiologique 570 intégré au dispositif, - une unité centrale 560 de mesure et de traitement.

Hormis les vérins 525, la partie mécanique du tapis de marche 500 est de type connu de l'homme du métier. Les vérins 525 peuvent être hydrauliques, pneumatiques, électriques ou électromagnétiques. Comme exposé plus haut, ils permettent de faire monter, descendre ou vibrer, indépendamment, leurs points de support sous le dispositif.

Le clavier 535 et la télécommande 550 permettent à l'utilisateur et à l'entraîneur, respectivement, de commander le dispositif 500.

L'utilisation de la caméra 540 a été exposée ci-dessus, en ce qui concerne la visualisation de la position de l'utilisateur au démarrage d'un exercice et la position du centre de gravité de l'utilisateur, sur chaque écran 545 et 555. La caméra 540 sert aussi à l'insertion d'une image fantôme dans les images affichées sur chaque écran 545 afin que l'utilisateur visualise sa position courante, éventuellement en superposition avec un avatar représentant la position idéale recommandée pour l'exercice en cours.

Ainsi, dans ce mode de réalisation, le dispositif comporte une caméra 540 adaptée à prendre des images de l'utilisateur, la génération d'images réalisée par l'unité centrale 560 étant adapté à générer une image comportant un avatar représentatif de la posture de l'utilisateur captée par la caméra 540. L'unité centrale 560 est aussi adaptée à déterminer si la position de l'utilisateur correspond à la position de l'avatar de position idéale et à émettre un message d'anomalie si la position de l'utilisateur ne correspond pas à la position du mannequin virtuel affiché. Au début de l'exercice, la position de l'avatar de position idéale est une position de départ de l'exercice physique, l'unité centrale 560 étant adaptée à ne déclencher le commencement de l'exercice physique qu'une fois que la position de l'utilisateur correspond à la position du mannequin.

Préférentiellement, l'unité centrale 560 est aussi adaptée à générer une image comportant un avatar représentatif de la posture de l'utilisateur captée par ladite caméra et un avatar représentatif d'une posture idéale de l'utilisateur, les deux avatars étant représentés conjointement, par exemple en transparence ou par leurs profils, dans les images affichées.

L'unité centrale 560 est, par exemple, un ordinateur, éventuellement muni de multiples processeurs, de manière connue. L'unité centrale 560 reçoit les signaux issus du clavier 535, de la télécommande 550 et de la caméra 540 et commande le moteur 520 et les vérins 525 ainsi que les images affichées sur chaque écran 545 et 555. L'unité centrale 560 constitue aussi les moyens suivants.

Le moyen de mesure des mouvements de l'utilisateur fournit un signal représentatif des mouvements de l'utilisateur. Dans le cas présent, il s'agit de la vitesse du tapis.

Un circuit électronique d'estimation de déplacements virtuels successifs de l'utilisateur correspondant aux mouvements de l'utilisateur. Ce circuit électronique reçoit, en entrée, le signal représentatif des mouvements musculaires de l'utilisateur et fournit un signal représentatif de l'estimation de déplacement. Dans le cas présent, il s'agit d'une distance parcourue entre deux images, c'est-à-dire le produit de la vitesse avec la durée écoulée entre l'affichage de deux images successives.

Puisqu'un tapis de marche ne comporte pas de changement de direction, cette distance est utilisée pour suivre un chemin virtuel dans un monde virtuel, ce chemin pouvant ne pas être en ligne droite. En variante, on prévoit un moyen de commande de changement de direction, par exemple, un commutateur à deux positions permettant à l'utilisateur de choisir l'un de deux chemins, à chaque embranchement virtuel dans le monde virtuel. Le déplacement virtuel suit alors le chemin choisi.

L'unité centrale 560 constitue aussi un moyen de génération d'images qui représentent un monde virtuel dans lequel les déplacements successifs du point de vue virtuel correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur.

Le moteur 520 constitue un actionneur adapté à mettre en mouvement au moins un point de contact de l'utilisateur avec le dispositif. L'unité centrale 560 est adaptée à ce que le mouvement du point de contact corresponde à une valeur dépendant de la position virtuelle courante de l'utilisateur.

Par le biais des vérins 525, le mouvement du point de contact comporte un mouvement angulaire, la valeur dépendant de la position virtuelle étant ainsi une inclinaison. Ainsi, on peut faire ressentir une côte, une descente ou une inclinaison latérale à l'utilisateur.

Par le biais des vérins 525, le mouvement du point de contact comporte un mouvement de vibration, la valeur dépendant de la position virtuelle étant aussi une vibration. Ainsi, si le sol représenté est caillouteux, des vibrations peuvent être ressenties par l'utilisateur alors que si le sol est lisse, ces vibrations sont absentes.

L'unité centrale 560 est aussi adaptée à déterminer la position du centre de gravité de l'utilisateur, à la comparer à un ensemble de positions acceptables et à émettre un message d'anomalie si la position du centre de gravité de l'utilisateur ne se trouve pas dans une position acceptable.

L'unité centrale 560 est aussi adaptée à déterminer une asymétrie de mouvements de l'utilisateur, à la comparer à un ensemble de niveaux d'asymétrie acceptables et à émettre un message d'anomalie si l'asymétrie est en dehors des niveaux acceptables.

L'unité centrale 560 détermine l'état physiologique de l'utilisateur en fonction des mesures effectuées par les capteurs de valeurs de paramètres physiologiques 565 et/ou 570. Le capteur 565 est porté par l'utilisateur. Il peut s'agir, par exemple, d'un cardio- fréquencemètre, d'un actimètre, d'un moyen de mesure de glycémie ou d'oxygénation du sang. Le capteur 570 est intégré dans le dispositif, par exemple au niveau des mains de l'utilisateur. Il peut ainsi mesurer la fréquence cardiaque de l'utilisateur, la pression qu'il exerce, avec ses mains, sur le dispositif et le nombre de mains en contact avec le dispositif.

En fonction d'au moins une valeur de paramètre physiologique, l'unité centrale 570 commande au moins une valeur de paramètre mécanique, ici l'inclinaison et la vitesse du tapis, dont dépend la difficulté à réaliser l'exercice physique.

Ainsi, l'utilisateur est plongé dans un environnement virtuel, ce qui le motive à poursuivre l'exercice physique. Parallèlement, lorsque son état physiologique est en dehors d'un état cible, la difficulté à réaliser l'exercice physique est modifiée afin de retourner dans l'état visé. Par exemple, si la fréquence cardiaque de l'utilisateur est supérieure à une bande de fréquences prédéterminée, la difficulté de l'exercice est réduite par action sur au moins un paramètre de la partie mécanique, en réduisant l'inclinaison et/ou la vitesse du tapis. Inversement, si la fréquence cardiaque est en dessous de cette bande de fréquence, la difficulté de l'exercice est augmentée, en augmentant l'inclinaison et/ou la vitesse du tapis.

Préférentiellement, la nouvelle inclinaison du tapis est représentée dans les images affichées à l'utilisateur. A cet effet, l'unité centrale 560 génère une image représentant un terrain dont l'inclinaison correspond à celle du tapis.

Préférentiellement, un moyen de génération des images affichées est adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les déplacements successifs du point de vue virtuel correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur, des images générées étant différentes pour des valeurs de paramètres physiologiques différentes.

Comme illustré en figure 1 1 , schématiquement, un mode de réalisation particulier d'un vélo de salle d'entraînement 600 objet de la présente invention, comporte :

- un vélo statique 605 sur lequel pédale l'utilisateur, comportant une selle 610 et un pédalier 615,

- un guidon 620,

- deux vérins 625 placés en avant, par rapport au sens de marche de l'utilisateur, qui soutiennent, avec un plot arrière axial 626, l'ensemble du dispositif 600,

- un clavier 635 de réglage de paramètres d'utilisation,

- une caméra 640 qui observe la posture de l'utilisateur,

- au moins un écran 645 de visualisation d'images virtuelles,

- une télécommande 650,

- un écran secondaire 655,

- un capteur de paramètre physiologique 665 porté par l'utilisateur,

- un capteur de paramètre physiologique 670 intégré au dispositif et

- une unité centrale 660 de mesure et de traitement. L'adaptation du mode de réalisation illustré en figure 10 au vélo 600 ne pose pas de difficulté. Le principal élément différent est la présence du guidon 620 muni d'un encodeur (non représenté) qui fournit la position angulaire du guidon à l'unité centrale 660.

De plus, la partie mécanique mobile, pédalier 615 et guidon 620, du dispositif 600 est mise en mouvement par les efforts musculaires de l'utilisateur.

Le guidon 620 constitue un moyen de commande de changement de direction. L'encodeur constitue un capteur de mesure des mouvements de l'utilisateur sur le moyen de commande de changement de direction et fournit un signal représentatif de mouvements de changement de direction.

L'unité centrale 660 constitue un circuit électronique d'estimation de changement de direction de l'utilisateur correspondant aux dits mouvements de changement de direction recevant, en entrée, les signaux représentatifs des mouvements de changement de direction et fournissant un signal représentatif d'une estimation de changement de direction.

Le moyen de génération d'images incorporé à l'unité centrale 660 est adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les directions successives du point de vue virtuel correspondent aux changements de direction estimés.

Préférentiellement, le circuit électronique d'estimation de changement de direction de l'utilisateur combine les signaux représentatifs des mouvements de l'utilisateur et les signaux représentatifs de changements de direction. En effet, dans un vélo, la rotation angulaire est égale au produit de l'orientation du guidon, par rapport à son orientation centrale et de la vitesse du vélo, et donc de son pédalier.

Le moyen de génération d'images est adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les directions successives et les déplacements successifs du point de vue correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur et aux changements de direction estimés.

L'adaptation du mode de réalisation de vélo illustré en figure 1 1 à un vélo elliptique étant aisément à portée de l'homme du métier, un tel vélo elliptique n'est pas représenté ici, dans un souci de concision.

L'unité centrale 660 détermine l'état physiologique de l'utilisateur en fonction des mesures effectuées par les capteurs de valeurs de paramètres physiologiques 665 et/ou 670. Le capteur 665 est porté par l'utilisateur. Il peut s'agir, par exemple, d'un cardiofréquencemètre, d'un actimètre, d'un moyen de mesure de glycémie ou d'oxygénation du sang.

Le capteur 670 est intégré dans le dispositif, par exemple au niveau des mains de l'utilisateur. Il peut ainsi mesurer la fréquence cardiaque de l'utilisateur, la pression qu'il exerce, avec ses mains, sur le dispositif et le nombre de mains en contact avec le dispositif. En fonction d'au moins une valeur de paramètre physiologique, l'unité centrale 670 commande au moins une valeur de paramètre mécanique, ici le freinage appliqué au pédalier, dont dépend la difficulté à réaliser l'exercice physique.

Ainsi, l'utilisateur est plongé dans un environnement virtuel, ce qui le motive à poursuivre l'exercice physique. Parallèlement, lorsque son état physiologique est en dehors d'un état cible, la difficulté à réaliser l'exercice physique est modifiée afin de retourner dans l'état visé. Par exemple, si la fréquence cardiaque de l'utilisateur est supérieure à une bande de fréquences prédéterminée, la difficulté de l'exercice est réduite par action sur au moins un paramètre de la partie mécanique, en réduisant la force de freinage appliquée au pédalier. Inversement, si la fréquence cardiaque est en dessous de cette bande de fréquence, la difficulté de l'exercice est augmentée, en augmentant la force de freinage appliquée au pédalier.

Préférentiellement, la nouvelle force de freinage est représentée dans les images affichées à l'utilisateur. A cet effet, l'unité centrale 660 génère une image représentant un terrain dont l'inclinaison correspond au freinage du pédalier.

Préférentiellement, un moyen de génération des images affichées est adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les déplacements successifs du point de vue virtuel correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur, des images générées étant différentes pour des valeurs de paramètres physiologiques différentes.

Comme illustré en figure 12, schématiquement, un mode de réalisation particulier d'un rameur objet 700 de la présente invention comporte :

- un siège 705 mobile axialement le long de glissières 725,

- deux rames 720 mobiles autour de leurs axes de rotation 710,

- deux appuis 715 pour les pieds de l'utilisateur,

- un clavier 735 de réglage de paramètres d'utilisation,

- une caméra 740 qui observe la posture de l'utilisateur,

- au moins un écran 745 de visualisation d'images virtuelles,

- un capteur 765 de valeur de paramètre physiologique de l'utilisateur,

- un capteur 770 de valeur de paramètre physiologique de l'utilisateur et

- une unité centrale 760 de mesure et de traitement.

L'adaptation du mode de réalisation illustré en figure 1 1 au rameur 700 ne pose pas de difficulté. Le principal élément différent est la présence de deux encodeurs (non représentés) dans les supports 710 des rames 720, qui fournissent la position angulaire de chaque rame à l'unité centrale 760.

On note que la partie mécanique mobile, siège 705 et rames 710, du dispositif 700 est mise en mouvement par les efforts musculaires de l'utilisateur. Les rames 710 constituent un moyen de commande de changement de direction, comme sur une embarcation réelle. En effet, lorsque les mouvements de l'utilisateur sont asymétriques, l'embarcation change de direction.

Chaque encodeur constitue un capteur de mesure des mouvements de l'utilisateur sur le moyen de commande de changement de direction, le signal représentatif de mouvements de changement de direction étant proportionnel à la différence de quantités de mouvement (produit de l'angle parcouru par la force exercée) sur les deux rames.

L'unité centrale 760 constitue un circuit électronique d'estimation de changement de direction de l'utilisateur correspondant aux dits mouvements de changement de direction recevant, en entrée, les signaux représentatifs des mouvements de changement de direction et fournissant un signal représentatif d'une estimation de changement de direction.

Le moyen de génération d'images incorporé à l'unité centrale 760 est adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les directions successives du point de vue virtuel correspondent aux changements de direction estimés.

Préférentiellement, le circuit électronique d'estimation de changement de direction de l'utilisateur combine les signaux représentatifs des mouvements de l'utilisateur et les signaux représentatifs de changements de direction.

Le moyen de génération d'images est adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les directions successives et les déplacements successifs du point de vue correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur et aux changements de direction estimés.

L'unité centrale 760 détermine l'état physiologique de l'utilisateur en fonction des mesures effectuées par les capteurs de valeurs de paramètres physiologiques 765 et/ou 770. Le capteur 765 est porté par l'utilisateur. Il peut s'agir, par exemple, d'un cardio- fréquencemètre, d'un actimètre, d'un moyen de mesure de glycémie ou d'oxygénation du sang.

Le capteur 770 est intégré dans le dispositif, par exemple au niveau des mains de l'utilisateur. Il peut ainsi mesurer la fréquence cardiaque de l'utilisateur, la pression qu'il exerce, avec ses mains, sur le dispositif et le nombre de mains en contact avec le dispositif.

En fonction d'au moins une valeur de paramètre physiologique, l'unité centrale 770 commande au moins une valeur de paramètre mécanique, ici le freinage appliqué aux rames, dont dépend la difficulté à réaliser l'exercice physique.

Ainsi, l'utilisateur est plongé dans un environnement virtuel, ce qui le motive à poursuivre l'exercice physique. Parallèlement, lorsque son état physiologique est en dehors d'un état cible, la difficulté à réaliser l'exercice physique est modifiée afin de retourner dans l'état visé. Par exemple, si la fréquence cardiaque de l'utilisateur est supérieure à une bande de fréquences prédéterminée, la difficulté de l'exercice est réduite par action sur au moins un paramètre de la partie mécanique, en réduisant la force de freinage appliquée aux rames. Inversement, si la fréquence cardiaque est en dessous de cette bande de fréquence, la difficulté de l'exercice est augmentée, en augmentant la force de freinage appliquée aux rames.

Préférentiellement, la nouvelle force de freinage est représentée dans les images affichées à l'utilisateur. A cet effet, l'unité centrale 760 génère une image représentant un plan d'eau dont l'agitation correspond au freinage du pédalier.

Préférentiellement, un moyen de génération des images affichées est adapté à représenter un monde virtuel dans lequel les déplacements successifs du point de vue virtuel correspondent aux déplacements estimés successifs de l'utilisateur, des images générées étant différentes pour des valeurs de paramètres physiologiques différentes.

La figure 13 représente, schématiquement, des échanges d'information entre différents systèmes mis en œuvre dans des modes de réalisation du dispositif objet de la présente invention.

Les colonnes 805 à 835 représentent, respectivement :

- un serveur sécurisé 805,

un hébergement DMZ 810 (en informatique, une zone démilitarisée, ou DMZ, est un sous-réseau séparé du réseau local et isolé de celui-ci et d'Internet par un pare-feu. Ce sous-réseau contient les machines étant susceptibles d'être accédées depuis Internet,

- internet 815,

- un réseau de systèmes informatiques d'un centre d'exploitation 820,

- internet 825,

- une télécommande 830 sur un réseau local 830, par exemple sans fil et mettant en œuvre le standard WiFi (« Wireless Fidelity » pour fidélité sans fil) et

- un dispositif d'exercice physique objet de la présente invention 835.

Au ours d'une communication 840, un système informatique du centre d'exploitation 820 transmet au serveur sécurisé 805 les informations permettant une ouverture de compte.

Au cours d'une communication 845, la télécommande 830 effectue une demande de synchronisation de compte et de récupération de protocoles.

Au cours d'une communication 850, le serveur sécurisé 805 fournit les informations de synchronisation de compte et de protocoles.

Au cours d'une communication 855, la télécommande 830 effectue une sélection de protocole et son injection dans un dispositif 835 en vue d'un exercice physique d'un utilisateur.

Au cours d'une communication 860, le dispositif 835 requiert les données du monde virtuel auprès du serveur 805. Au cours d'une communication 865, le serveur 805 fournit les données graphiques et, dans le cas d'un jeu, les autres éléments du jeu. Par exemple, un jeu sérieux (en anglais « serious game ») qui comporte l'utilisation de positions de corps de l'utilisateur ou d'efforts musculaires qui lui sont recommandés est transmis par le serveur 805.

Au cours d'une communication 870, le dispositif 835 informe la télécommande 830 de son activité et la télécommande 830 permet le pilotage des paramètres de l'exercice physique.

Au cours d'une communication 875, la télécommande informe périodiquement le serveur 805 de l'activité du dispositif 835.

Au cours d'une communication 880, le centre d'exploitation 820 prend périodiquement connaissance de l'activité des dispositifs 835.

Au cours d'une communication 885, la télécommande 830 vérifie l'état du compte du praticien auprès du serveur 805.

Au cours d'une communication 890, le comité scientifique du centre d'exploitation publie un nouveau protocole et le transmet au serveur 805.

Au cours d'une communication 895, la télécommande 830 récupère les protocoles récents, périodiquement.

Dans toute la description qui précède, on a décrit des vérins. Cependant, la présente invention ne se limite pas à ce type de système de sustentation mais s'étend, au contraire, aux autres types connus de systèmes, tels que des vérins munis de coussins d'air pour amortir les vibrations, les vérins entourant un coussin d'air central, les vérins croisés, ou un coussin d'air central à pression variable, ou un coussin disposé à côté de chaque vérin, ou un cardan mécanique, ou une rotule style cloche, de manière à assurer un guidage pour les vérins pour assurer la stabilité de l'ensemble.