ES2885831T3

ES2885831T3 - Aparato de ejercicio ergométrico estacionario

Info

Publication number: ES2885831T3
Application number: ES17704522T
Authority: ES
Inventors: Milan Bacanovic
Original assignee: Wattbike IP Ltd
Current assignee: Wattbike IP Ltd
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2017-01-11
Publication date: 2021-12-15
Anticipated expiration: 2037-01-11
Also published as: CA3010766A1; TWI718229B; JP2019501002A; EP3402579B1; DK3402579T3; CY1125685T1; US20190046834A1; US11565149B2; TW201738542A; CN108883334A; PT3402579T; PL3402579T3; US20220080255A1; NZ745142A; ZA201805335B; AU2017208029A1; EP3402579A1; RU2729088C1; BR112018014162A2; GB201600466D0

Abstract

Un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) que comprende: una unidad de accionamiento accionable con el pie que incluye elementos de accionamiento accionables alternativamente en forma de pedales (18) montados mediante bielas de pedal (20) en lados opuestos de una rueda motriz (22); un volante de inercia (24) acoplado a la rueda motriz (22) a través de un mecanismo de engranaje (26); incluyendo el volante de inercia (24) una llanta magnética (38); un dispositivo de frenado (40) en forma de uno o más imanes permanentes montados para ser movidos por medio de un motor (42) hacia y fuera de la llanta magnética (38) del volante (24) para ajustar selectivamente una fuerza de frenado aplicada al volante (24) por medio de los uno o más imanes permanentes; una unidad de medición (58) para medir, en uso, al menos una de las fuerzas de accionamiento aplicadas a través de la unidad accionamiento y el par relacionado con ella; un dispositivo de medición (66) para medir, en uso, la cadencia; un módulo de mando (72) conectado a la unidad de medición (58), al dispositivo de medición (66) y al motor (42) del dispositivo de frenado (40); y un módulo de comunicaciones (74) conectado al módulo de mando (72) y configurado para recibir señales de mando y transmitir esas señales de mando al módulo de mando (72) y configurado para transmitir señales de retroalimentación recibidas del módulo de mando (72) que informan del rendimiento del usuario, en el que el módulo de mando (72) está configurado para calcular un perfil de rendimiento predeterminado al recibir los datos de las características de rendimiento en forma de señales de mando procedentes del módulo de comunicaciones (74), en el que el módulo de mando (72) está configurado para recibir mediciones de la unidad de medición (58) y del dispositivo de medición (66) y para utilizar dichas mediciones para calcular la potencia desarrollada por el usuario y para comparar la potencia desarrollada por el usuario con el perfil de rendimiento predeterminado a fin de determinar la potencia que se necesitaría desarrollar en la cadencia medida del usuario y para controlar el motor (42) de manera que se muevan el o los imanes permanentes con respecto a la llanta magnética (38) del volante de inercia (24) para ajustar la fuerza de frenado aplicada por el o los imanes permanentes y, de este modo, ajustar las mediciones recibidas de la unidad de medición (58) y del dispositivo de medición (66) para ajustar la potencia desarrollada por el usuario calculada por el módulo de mando (72) para que se ajuste al perfil de rendimiento predeterminado.

Description

DESCRIPCIÓN

Aparato de ejercicio ergométrico estacionario

La invención se refiere a un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario.

La invención también se refiere a un procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario y a un programa informático o producto de programa informático.

Un dispositivo de ejercicio conocido se describe en el documento WO 2006/102529 A2, que se refiere a un dispositivo o sistema de ejercicio que incorpora un miembro giratorio para resistir las fuerzas de entrada aplicadas por un usuario, y más particularmente a una disposición de control de resistencia para su uso en dicho dispositivo o sistema de ejercicio. Otro dispositivo de ejercicio es conocido por el documento US 2010/0035726 A1que se refiere a un sistema, un procedimiento y un aparato para una estación de cardio-fitness con capacidad de realidad virtual. Finalmente, el documento US 8641 581 B2 da a conocer un aparato de ejercicio ergométrico y estacionario con accionamiento manual.

Según un primer aspecto de la invención se proporciona un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario según la reivindicación 1.

En el contexto de la invención, el término "cadencia" se refiere al ritmo de pedaleo de un usuario, que suele calcularse en términos del número de revoluciones de las bielas del pedal por minuto.

Se apreciará que la provisión de un dispositivo de frenado que incluye uno o más imanes permanentes movibles en relación con una llanta magnética de un volante de inercia proporciona un mecanismo por el cual es posible aplicar una fuerza destinada a resistir la rotación del volante. Mientras que el tamaño de la fuerza magnética proporcionada por el o cada imán permanente permanece constante, la capacidad de mover el o cada imán permanente hacia y lejos del volante permite variar y ajustar el tamaño de la fuerza de frenado aplicada al volante y, por tanto, la fuerza que resiste la rotación del volante.

El uso de un motor para impulsar el movimiento del o de cada imán permanente en relación con la llanta magnética del volante facilita la operación remota del dispositivo de frenado y elimina la necesidad de que un usuario ajuste manualmente la posición del o de cada imán permanente en relación con la llanta magnética del volante. Esto, a su vez, permite variar y ajustar inmediatamente el tamaño de la fuerza de frenado aplicada al volante de inercia en respuesta a las mediciones de la unidad de medición y del dispositivo de medición, y permite ajustar regularmente la posición del dispositivo de frenado en relación con ruédala llanta magnética del volante de inercia durante el uso del dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario.

El uso de uno o más imanes permanentes es particularmente ventajoso, ya que el solicitante ha descubierto que el tamaño de la fuerza magnética disponible de un imán permanente por unidad de masa es significativamente mayor que el que puede lograrse mediante el uso de un electroimán.

En consecuencia, es posible aumentar fácilmente el tamaño de la fuerza magnética disponible del dispositivo de frenado mediante la inclusión de imanes permanentes adicionales que son relativamente pequeños en tamaño. Esto, a su vez, aumenta en gran medida la flexibilidad de la disposición de frenado resultante, ya que permite la creación de una gama mucho mayor de fuerza de frenado disponible a partir de la interacción entre el dispositivo de frenado y la llanta magnética del volante. A su vez, el uso de uno o más imanes permanentes permite crear una disposición más potente, y más ligera, que la que puede conseguirse mediante el uso de un electroimán.

El uso de uno o más imanes permanentes también reduce el consumo de energía requerido por el dispositivo en comparación con una disposición de frenado que implica el uso de un electroimán. La potencia total requerida por el motor, el módulo de mando y el módulo de comunicaciones es tal que el dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario puede ser alimentado por medio de una batería en lugar de una fuente de energía mayor, como una toma de corriente, que casi seguramente sería necesaria para alimentar un dispositivo que utilice un electroimán capaz de producir el mismo rango de fuerza de frenado.

La provisión de un módulo de mando configurado de la manera descrita anteriormente también permite a un usuario establecer un perfil de rendimiento predeterminado para un programa de entrenamiento o ejercicio particular. El módulo de mando, a su vez, recoge y compara los datos en tiempo real con el perfil de rendimiento predeterminado y controla el motor para ajustar la fuerza de frenado aplicada al volante de inercia, de modo que afecte a la resistencia a la rotación del volante, y por tanto a la resistencia al pedaleo, experimentada por un usuario en tiempo real. Como se ha indicado anteriormente, mediante un ajuste adecuado de la posición del dispositivo de frenado con respecto a la llanta magnética del volante, el módulo de mando es capaz de afinar las mediciones recibidas de la unidad de medición y del dispositivo de medición para ajustar el o los parámetros de rendimiento calculados por el módulo de mando para que se ajusten al perfil de rendimiento predeterminado.

En su forma más simple, el perfil de rendimiento predeterminado puede establecerse para asegurar que un usuario opere el dispositivo a desarrollo de potencia constante. Esto puede lograrse utilizando las mediciones de cadencia y fuerza y/o par para calcular la potencia real desarrollada por el usuario, comparando la potencia calculada con el valor de potencia establecido y controlando el motor para aumentar o disminuir la fuerza de frenado de modo que el usuario tenga que aplicar una fuerza mayor o menor a los pedales para lograr el desarrollo de potencia requerido a la misma cadencia.

En este modo de funcionamiento, el módulo de mando puede ajustar la fuerza de frenado a medida que cambia la cadencia del usuario para aumentar o disminuir la fuerza de frenado aplicada al volante magnético y, por lo tanto, requerir que el usuario aumente o disminuya la fuerza de accionamiento aplicada a los pedales para mantener la misma potencia.

La capacidad por parte del módulo de mando de supervisar el rendimiento del usuario por referencia a las mediciones obtenidas del dispositivo de medición y de la unidad de medición significa que el módulo de mando es capaz de reajustar la posición del dispositivo de frenado con respecto a la llanta magnética del volante de inercia durante el funcionamiento continuado del dispositivo de ejercicio con vistas a crear una fuerza de frenado que permita al usuario alcanzar el desarrollo de potencia requerido a una cadencia cómoda.

La capacidad de controlar la potencia desarrollada por un usuario puede ser particularmente beneficiosa para propósitos médicos y de laboratorio en evaluaciones donde la importancia principal es que el usuario produzca desarrollo de potencia constante y la cadencia y/o fuerza aplicada a los pedales es de menor importancia para los propósitos de completar la evaluación.

Se apreciará que el perfil de rendimiento predeterminado puede adaptarse para crear varios efectos. Por ejemplo, en otro modo de funcionamiento, el perfil de rendimiento puede establecerse para definir una relación entre la potencia desarrollada y la cadencia para un engranaje concreto. Esto daría lugar a una relación curvilínea entre la potencia desarrollada y la cadencia.

En este modo de funcionamiento, el módulo de mando puede volver a utilizar las mediciones de cadencia y fuerza y/o par para calcular la potencia real desarrollada por el usuario y comparar estos valores con una relación curvilínea particular entre la potencia y la cadencia. El módulo de mando puede entonces accionar el motor para acercar o alejar el dispositivo de frenado de la llanta magnética del volante de inercia, con el fin de aumentar o reducir la fuerza de frenado y, por consiguiente, reducir o aumentar la fuerza requerida por el usuario para mantener la cadencia y lograr así la potencia correspondiente a dicha cadencia en el perfil de rendimiento predeterminado. La provisión de un módulo de comunicaciones conectado al módulo de mando y configurado para recibir señales de comando y transmitir señales de retroalimentación que informan el rendimiento del usuario, permite que el dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario sea conectado a un dispositivo externo con el propósito de proporcionar una interfaz de usuario.

Se prevé, por ejemplo, que el módulo de comunicaciones pueda conectarse a un teléfono inteligente, una tableta, un reloj inteligente u otro dispositivo informático que ejecute una aplicación configurada para comunicarse con el módulo de comunicaciones y permitir así que un usuario introduzca datos con el fin de crear un perfil de rendimiento predeterminado. También podría conectarse a dicho dispositivo para permitir la creación de una visualización de las señales de retroalimentación en una pantalla del dispositivo. La interfaz podría, por ejemplo, mostrar las mediciones de cadencia y/o fuerza. También podría mostrar, o alternativamente, uno o más parámetros de rendimiento calculados por el módulo de mando a partir de las mediciones obtenidas del dispositivo de medición y de la unidad de medición.

Para garantizar mediciones precisas y en tiempo real, la unidad de medición puede estar configurada para medir continuamente, en uso, al menos una de las fuerzas de accionamiento aplicadas a través de la unidad de accionamiento y el par relacionado con ellas. Por continuo, se entiende que la unidad de medición pueda medir la fuerza aplicada a través de la unidad de accionamiento y/o el par relacionado con ella hasta 100 veces por segundo. En tales realizaciones, dicha monitorización continua de la fuerza de accionamiento y/o del par relacionado con ella permite al módulo de mando recalcular continuamente uno o más parámetros de rendimiento para compararlos con el perfil de rendimiento predeterminado. En consecuencia, el módulo de mando puede controlar el motor para permitir el ajuste continuo de la fuerza de frenado aplicada por el dispositivo de frenado.

En las realizaciones en las que el módulo de mando está configurado para calcular la potencia desarrollada por un usuario, la unidad de mando puede estar configurada para calcular la potencia desarrollada por un usuario una vez por cada revolución de las bielas del pedal. En tales realizaciones, el módulo de mando puede calcular la potencia sobre la base de que

potencia = fuerza x velocidad

Esto permite que el módulo de mando controle el motor para ajustar el movimiento del o de cada imán permanente de una manera dinámica y sensible.

Al calcular la potencia, el módulo de mando puede calcular la velocidad por referencia a la cadencia medida y a la distancia recorrida por revolución de las bielas del pedal. La distancia recorrida por cada revolución de las bielas del pedal puede ser preestablecida dentro del módulo de mando según una serie de engranajes preestablecidos. En tales realizaciones, el módulo de mando puede estar configurado para aumentar la fuerza de frenado aplicada al volante cuando el usuario selecciona un engranaje superior, y viceversa, con el fin de simular la resistencia adicional que experimentaría un ciclista al cambiar de engranajes en una bicicleta real. Del mismo modo, el módulo de mando puede estar configurado para aumentar la distancia recorrida por revolución de las bielas del pedal de forma incremental con cada engranaje, desde el más bajo hasta el más alto, y viceversa.

En una realización particularmente preferente, la distancia recorrida por revolución aumenta de forma incremental desde un mínimo de 2,790m en un engranaje inferior, engranaje 1, hasta un máximo de 10,258m en engranaje superior, engranaje 22. En dicha realización, se apreciará que un usuario que opere el dispositivo de ejercicio en el engranaje 1 a una cadencia de 60 revoluciones por minuto equivaldría a una velocidad de 2,790 ms-1.

Con el fin de permitir que un usuario cambie hacia arriba y hacia abajo a través de los engranajes, el dispositivo de ejercicio puede incluir botones incluidos en el manillar con el fin de permitir que el usuario se mueva fácilmente hacia arriba y hacia abajo a través de los engranajes como si estuviera montando una bicicleta real. Estos botones pueden conectarse directamente al módulo de mando para proporcionar la señal requerida. Alternativamente, los botones pueden estar configurados para enviar señales de comando al módulo de comunicaciones para su posterior transmisión al módulo de mando.

En las realizaciones principales de la invención se prevé que el módulo de mando pueda ser programado para incluir una serie de perfiles de rendimiento predeterminados entre los que un usuario podría seleccionar antes de comenzar un programa de entrenamiento. El módulo de mando está configurado para calcular el perfil de rendimiento predeterminado al recibir los datos de las características de rendimiento en forma de señales de mando procedentes del módulo de comunicaciones.

Por ejemplo, un usuario puede introducir una serie de parámetros de ciclismo que, a su vez, se comunican al módulo de mando a través del módulo de comunicaciones y permiten que el módulo de mando calcule un perfil de rendimiento predeterminado a medida basado en los parámetros de ciclismo seleccionados.

Se prevé que los datos de las características de rendimiento puedan incluir información relativa a uno o más parámetros de ciclismo estático seleccionados del grupo que consiste en el ángulo de inclinación de la superficie de ciclismo, la resistencia a la rodadura entre el neumático de la bicicleta y la superficie de ciclismo, la masa del ciclista, la masa de la bicicleta y la potencia desarrollada por el ciclista.

También se prevé que los datos de las características de rendimiento puedan incluir información relativa a uno o más parámetros de ciclismo dinámico seleccionados del grupo que consiste en la resistencia del aire creada por los cambios en la velocidad del viento, la resistencia del aire creada por los cambios en la altitud y la resistencia del aire creada por el uso de un ventilador.

En tales realizaciones, el módulo de mando puede estar configurado para calcular los efectos de cualquier parámetro de ciclismo seleccionado sobre la fuerza de arrastre que un ciclista experimentaría montando en bicicleta en esas condiciones y para calcular un perfil de rendimiento predeterminado teniendo en cuenta la fuerza de arrastre adicional. El módulo de mando podría, por ejemplo, generar un perfil de rendimiento predeterminado basado en la potencia desarrollada frente a la cadencia calculada para tener en cuenta la fuerza de arrastre que se experimentaría como resultado de los parámetros de ciclismo seleccionados. Esto permitiría al módulo de mando controlar el motor y, por lo tanto, controlar el movimiento del dispositivo de frenado en relación con la llanta magnética del volante de inercia para crear la fuerza de arrastre necesaria y simular así diversas condiciones de ciclismo.

Se apreciará que mediante la selección apropiada de los parámetros de ciclismo, un usuario podría crear señales de comando que instruyan al módulo de mando para simular un número infinito de combinaciones de condiciones de ciclismo. Por ejemplo, el módulo de mando podría simular un ciclista ligero montando una bicicleta ligera en una superficie de velódromo; el mismo ciclista y la misma bicicleta en una pista de tierra; el mismo ciclista y la misma bicicleta en una superficie inclinada 5°; el mismo ciclista y la misma bicicleta en una superficie inclinada -5° con un viento de espalda de 16,1 km/h (10 millas por hora). El módulo de mando también podría, por ejemplo, simular un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario que tenga un ventilador con rejillas de ventilación en una carcasa exterior del ventilador que pueda ajustarse para adoptar varias posiciones y así afectar y controlar la corriente de aire que viaja a través del ventilador al accionar los pedales para impulsar la rotación del ventilador.

Con referencia a los parámetros del ciclismo dinámico mencionados anteriormente, se apreciará que la fuerza de arrastre experimentada por un ciclista en tales condiciones variará en función de la velocidad como resultado de la dinámica de fluidos.

En consecuencia, en las realizaciones particularmente preferentes, el módulo de mando puede estar configurado para calcular la velocidad real de una bicicleta basándose en la cadencia medida por el dispositivo de medición y la distancia recorrida por revolución de las bielas de los pedales, como se ha indicado anteriormente.

En otras realizaciones de este tipo, el módulo de mando puede estar configurado para utilizar las mediciones recibidas del dispositivo de medición para calcular la velocidad de rotación del volante de inercia. Se apreciará que la velocidad de rotación del volante proporcionará un valor indicativo de la velocidad real de una bicicleta.

En cualquier caso, el módulo de mando puede estar configurado para utilizar la velocidad calculada con el fin de ajustar el perfil de rendimiento predeterminado para reflejar el efecto de la velocidad del usuario en uno o más parámetros de ciclismo dinámico empleados en el cálculo del perfil de rendimiento predeterminado.

Se prevé que para introducir los parámetros de ciclismo seleccionados, un usuario conectará idealmente un dispositivo externo, como un teléfono inteligente, una tableta, un reloj inteligente u otro dispositivo informático al módulo de comunicaciones del dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario.

En las realizaciones de la invención, dicha conexión puede lograrse por medio de una conexión por cable. En tales realizaciones, un cable de datos, como un cable USB, puede conectarse entre enchufes del dispositivo externo y el módulo de comunicaciones.

En otras realizaciones de la invención, dicha conexión puede lograrse mediante la inclusión en el módulo de comunicaciones de una radio configurada para recibir señales de comando y transmitir señales de retroalimentación a través de un protocolo de comunicaciones inalámbricas. La radio podría, por ejemplo, estar configurada para formar un enlace de comunicaciones emparejado con un dispositivo externo mediante un enlace de comunicaciones BLUETOOTH ® o ANT+ ®.

Se apreciará que podrían utilizarse otros protocolos de comunicaciones inalámbricas para crear un enlace de comunicaciones inalámbricas entre el módulo de comunicaciones y un dispositivo externo, como un teléfono inteligente, una tableta, un reloj inteligente u otro dispositivo informático, dependiendo de la funcionalidad disponible del dispositivo externo y de la funcionalidad de radio incluida en el módulo de comunicaciones.

Se prevé que, en las realizaciones particularmente preferentes, el dispositivo externo puede incluir datos relativos a una ruta ciclista que podrían utilizarse para generar señales de comando para simular una ruta ciclista específica. Los datos pueden referirse, por ejemplo, a una etapa concreta del Tour de Francia o al recorrido de una carrera olímpica en carretera.

En tales realizaciones, el módulo de mando puede estar configurado para generar un perfil de rendimiento predeterminado basado en las señales de mando relativas a las características de la ruta elegida. Estas características pueden incluir el ángulo de inclinación, la resistencia a la rodadura entre el neumático de la bicicleta y la superficie de la misma y la altitud. También podrían incluir la velocidad y la dirección del viento, así como otras características meteorológicas, en caso de que el usuario decida simular las condiciones exactas de un recorrido previamente registrado a lo largo de la ruta elegida.

Durante la simulación, el módulo de mando calcula la potencia desarrollada por el usuario, de acuerdo con los procedimientos descritos anteriormente, y la compara con el perfil de rendimiento predeterminado con el fin de determinar el desarrollo de potencia que sería necesario en la cadencia medida del usuario. De este modo, el módulo de mando puede ajustar la fuerza de frenado aplicada al volante de inercia para sintonizar las mediciones recibidas de la unidad de medición y del dispositivo de medición con el fin de alcanzar la potencia requerida y simular así la resistencia al pedaleo que experimentaría el usuario a esa cadencia, en la marcha elegida y en la posición del recorrido alcanzada por el usuario.

Se apreciará que los datos relativos a la ruta elegida podrían proporcionarse en forma de una única transmisión desde el dispositivo externo a través del módulo de comunicaciones. Sin embargo, también se aprecia que los datos podrían transmitirse continuamente desde el dispositivo externo al módulo de mando, a través del módulo de comunicaciones, durante la simulación de la ruta elegida para permitir el suministro de más datos y facilitar así el ajuste continuo del perfil de rendimiento predeterminado con el fin de proporcionar una simulación más detallada y precisa.

En cualquier caso, el módulo de mando puede transmitir señales de retroalimentación a través del módulo de comunicaciones de vuelta al dispositivo externo que permite al dispositivo externo seguir el progreso del usuario a lo largo de la ruta elegida. Esto podría traducirse en una señal en el dispositivo externo que permitiera a éste generar una imagen de vídeo que permitiera al usuario visualizar su recorrido a lo largo de la ruta elegida.

Para controlar el movimiento del o de cada imán permanente en relación con bórdela llanta magnética del volante de inercia, el o de cada imán permanente puede ser montado en un elemento de yugo conectado al motor para conducir el movimiento del yugo hacia y lejos de la llanta magnética del volante y así conducir el movimiento del o de cada imán permanente hacia y lejos de la llanta magnética del volante.

Se prevé que en las realizaciones de la invención el volante de inercia puede estar formado de acero con un inserto de cobre proporcionado alrededor de un borde exterior para crear una sección de llanta magnética.

En realizaciones particularmente preferentes, el volante de inercia puede incluir un par de elementos de rueda montados en un eje común para su rotación. En tales realizaciones, cada uno de los elementos de la rueda incluye una llanta magnética y el dispositivo de frenado incluye dos conjuntos de imanes permanentes, cada uno de los conjuntos de imanes permanentes está montado para el movimiento junto con el otro conjunto de imanes permanentes hacia y lejos de la llanta magnética de un respectivo uno de los elementos de la rueda.

Como se ha indicado anteriormente, un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario según la invención requiere la inclusión de una unidad de medición para medir la fuerza de accionamiento aplicada a través de la unidad de accionamiento y/o el par relacionado con ella. En realizaciones particularmente preferentes, el dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario incluye una unidad de medición para medir la fuerza de accionamiento aplicada a través de la unidad de accionamiento. En tales realizaciones, la unidad de medición incluye un brazo aplicado a una cadena del mecanismo de tracción, presionando el brazo ligeramente el lado de la cadena y la unidad de medición incluye además un sensor de medición para medir la fuerza de restauración aplicada por el mecanismo de tracción al brazo.

Para calcular las señales de retroalimentación indicativas del rendimiento del usuario, el módulo de mando puede estar configurado para calcular y emitir continuamente en forma de señales de retroalimentación al módulo de comunicaciones el progreso temporal de la fuerza de accionamiento y/o el par motor relacionado, así como las variables derivadas del mismo, sobre la base de las mediciones entregadas al módulo de mando por la unidad de medición.

Para medir la cadencia, el dispositivo de medición puede incluir un par de piezas sensoras fijadas a la rueda motriz y al menos un sensor colocado en una ubicación estacionaria respecto a la rueda motriz.

En otras realizaciones de este tipo, el dispositivo de medición puede incluir un par de sensores colocados en ubicaciones estacionarias con respecto a la rueda motriz y al menos una pieza de sensor fijada a la rueda motriz. En cualquier caso, la o cada pieza del sensor es móvil con la rueda motriz en relación con el o cada sensor en la operación de la unidad por medio de la cual el o cada sensor detecta una pieza del sensor que pasa y es por lo tanto capaz de calcular la velocidad de rotación de la rueda motriz y por lo tanto la cadencia o velocidad de pedaleo del usuario.

Mediante un posicionamiento adecuado de la o cada pieza de sensor y del o cada sensor, el o cada sensor detecta una pieza de sensor que pasa cuando la rueda dentada está situada en una de dos posiciones angulares específicas, estando las posiciones situadas a 180° de distancia y correspondiendo a posiciones en movimiento de alternancia de carga entre los elementos de accionamiento alternativamente operables.

Preferiblemente la o cada pieza del sensor es un imán y el o cada sensor es un sensor de campo magnético.

La capacidad de identificar las posiciones en movimiento de la alternancia de la carga permite al dispositivo de medición identificar los tiempos de la alternancia de la carga entre los elementos de accionamiento alternativos. En tales realizaciones, el módulo de mando puede estar configurado además para recibir señales del dispositivo de medición que identifican los tiempos de alternancia de carga entre los elementos de accionamiento que se pueden accionar alternativamente y, utilizando los tiempos de alternancia de carga identificados por el dispositivo de medición, para repartir las variables calculadas sobre la base de las mediciones recibidas de la unidad de medición alternativamente a una extremidad derecha o a una extremidad izquierda de un usuario.

Esta información puede ser transmitida a través del módulo de comunicaciones a un dispositivo externo para mostrar una POLAR VIRW TM que ilustra el rendimiento y la técnica de pedaleo del usuario con referencia específica a las extremidades derecha e izquierda del usuario y, por lo tanto, permite al usuario determinar las áreas en las que su rendimiento y/o técnica de pedaleo podrían requerir mejoras.

En un segundo aspecto de la invención se proporciona un procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario según la reivindicación 11.

Los datos de las características de rendimiento pueden incluir información relativa a uno o más parámetros de ciclismo estático seleccionados del grupo que consiste en el ángulo de inclinación o la superficie de ciclismo, la resistencia a la rodadura entre el neumático de la bicicleta y la superficie de ciclismo, la masa del ciclista, la masa de la bicicleta, la selección de la marcha y la potencia desarrollada por el ciclista.

Los datos de las características de rendimiento pueden incluir información relativa a uno o más parámetros de ciclismo dinámico seleccionados del grupo que consiste en la resistencia del aire creada por los cambios de velocidad del viento, la resistencia del aire creada por los cambios de altitud, la resistencia del aire creada por un ventilador.

Preferiblemente, el procedimiento incluye además la etapa de calcular la velocidad de rotación del volante de inercia utilizando las mediciones recibidas del dispositivo de medición y la etapa de ajustar el perfil de rendimiento predeterminado en respuesta a la velocidad calculada para reflejar el efecto de la velocidad en uno o más parámetros de ciclismo dinámico.

Según un tercer aspecto de la invención, se proporciona un programa informático o un producto de programa informático que contiene un código de programa informático que, cuando se ejecuta en un ordenador o procesador y memoria, realiza el procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario descrito anteriormente.

A continuación se describirán realizaciones preferentes de la invención, a modo de ejemplos no limitativos, con referencia a los dibujos adjuntos en los que:

La figura 1 muestra un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario según una realización de la invención;

La figura 2 muestra un dispositivo de medición del aparato de ejercicio ergométrico estacionario mostrado en la figura 1;

La figura 3 muestra una unidad de medición del aparato de ejercicio ergométrico estacionario mostrado en la figura 1;

La figura 4 muestra un mecanismo de engranaje que conecta una rueda motriz con un volante de inercia del dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario mostrado en la figura 1;

La figura 5 muestra un dispositivo de frenado y un conjunto de volante de inercia del aparato de ejercicio ergométrico estacionario;

Las figuras 6 y 7 muestran un módulo de mando y un motor dispuestos para controlar el movimiento del dispositivo de frenado en relación con una llanta magnética de los elementos del volante de inercia del conjunto del volante de inercia;

La figura 8 ilustra una POLAR VIRW ™ ejemplar; y

Las figuras 9 y 10 son representaciones esquemáticas de la unidad de medición mostrada en la figura 3. En la figura 1 se muestra un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario 10 según una realización de la invención.

El dispositivo de ejercicio 10 puede utilizarse, por ejemplo, como máquina de ejercicio en casa, como dispositivo de entrenamiento en un estudio de fitness o para su uso en el deporte de élite. También puede utilizarse en el ámbito médico para evaluación.

El dispositivo de ejercicio 10 tiene un cuadro similar al de una bicicleta 12 con un asiento 14 y un manillar 16. Las posiciones del asiento 14 y del manillar 16 son ajustables pero están pensadas para ser fijas durante un ciclo de entrenamiento. En la zona de los pies, por debajo del asiento 14, el aparato de ejercicio 10 incluye una unidad de accionamiento accionable con el pie que incluye elementos de accionamiento alternativos en forma de pedales 18. Los pedales 18 están montados a través de las bielas de los pedales 20 a los lados opuestos de una rueda motriz 22 por medio de un eje de pedal 23 (Figura 9) que se extiende a través de la rueda motriz 22.

Un conjunto de volante de inercia 24 está acoplado a la rueda motriz 22 a través de un mecanismo de engranajes 26. En la realización mostrada en la figura 1, el conjunto de volante 24 incluye un par de elementos de volante 26, como se muestra en la figura 5, montados en un eje común 28 para su rotación.

El mecanismo de engranajes 26 incluye una cadena 30 que se extiende alrededor de la rueda motriz 22 y una rueda de piñón 32 (Figura 2). El accionamiento de los pedales 18 acciona la rotación del eje del pedal, que a su vez acciona la rotación de la rueda motriz 22. La rueda motriz 22 acciona la rotación de la rueda de piñón 32 por medio de la cadena 30, que a su vez acciona un eje que se extiende a través de la rueda de piñón 32 y a través de una rueda de plato 34 para accionar la rotación de la rueda de plato 34.

La rueda de plato 34 acciona la rotación del eje común 28 del conjunto de volante de inercia 24 mediante una correa 36 (figura 4) estirada de forma que se extiende alrededor de la rueda de plato 34 y del eje común 28.

Cada uno de los elementos del volante de inercia 26 está montado en el eje común 28 para girar con él y está formado de acero pero incluye un inserto de cobre para formar una sección de llanta magnética 38 (Figura 6). Un dispositivo de frenado 40 que incluye una pluralidad de imanes permanentes está montado para el movimiento por medio de un servomotor 42 hacia y fuera de las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante de inercia 26. El movimiento de los imanes permanentes hacia y fuera de las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante 26 varía un frenado generado por la atracción magnética entre los imanes permanentes y las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante 26. Por consiguiente, al mover los imanes permanentes con respecto a las llantas magnéticas 38, es posible ajustar una fuerza de frenado aplicada a las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante 26 y, por lo tanto, ajustar la resistencia a la rotación de los elementos del volante 26 creada por la atracción magnética entre las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante 26 y los imanes permanentes.

Como se muestra en las Figuras 5 a 7, los imanes permanentes están montados de manera que forman dos conjuntos de imanes permanentes 44a, 44b soportados en un yugo 46, estando cada conjunto de imanes permanentes 44a, 44b montados en lados opuestos del yugo 46 para el movimiento hacia y fuera de la llanta magnética 38 de uno de los respectivos elementos del volante de inercia 26.

Con el fin de impulsar el movimiento del yugo 46, éste está montado en un primer extremo de un eje roscado 48 que se extiende a través de una abertura roscada formada en un soporte 50 montado en el cuadro tipo bicicleta 12. El eje roscado 48 está fijado en un segundo extremo dentro de una rueda motriz 52, que a su vez está acoplada a un eje motriz 54 del servomotor 42 mediante una correa de transmisión 56.

El funcionamiento del servomotor 42 acciona la rotación del eje motriz 54, que a su vez acciona la rotación de la rueda motriz 52 por medio de la correa de transmisión 56. El encaje del eje roscado 48 dentro de la abertura roscada formada en el soporte 50 provoca el movimiento longitudinal del eje roscado 48 hacia dentro y fuera de la abertura roscada, hacia y fuera de los elementos del volante de inercia 26. El sentido de marcha del eje roscado 48, y por tanto del yugo 46, depende del sentido de giro del eje motriz 54 del servomotor 42 y por tanto del sentido de giro del eje roscado 48.

El dispositivo de ejercicio 10 incluye una unidad de medición 58 (Figura 2) para medir, en uso, al menos una de las fuerzas de accionamiento aplicadas a través de la unidad de accionamiento y el par relacionado con ella. Más concretamente, la unidad de medición 58 incluye un brazo 60 fijado al cuadro de la bicicleta 12. Una deslizadera 62, preferiblemente de material plástico, está unida al brazo 60 para presionar contra un borde exterior de la cadena 30 que se extiende alrededor de la rueda motriz 22 y la rueda de piñón 32.

En la realización mostrada en la figura 2, la deslizadera 62 presiona la cadena 30 ligeramente hacia dentro. En otras realizaciones, la deslizadera 62 podría estar situada hacia el interior de la cadena para presionar la cadena 30 ligeramente hacia el exterior.

En el caso de que la cadena 30 esté bajo tensión, como resultado de una fuerza de accionamiento aplicada a los pedales 18 por un usuario, entonces un componente tangencial de la fuerza actúa sobre la deslizadera 62 como una fuerza de restauración que es proporcional a la tensión de la cadena 30 y por lo tanto a la fuerza de accionamiento. La flexión elástica del brazo 60 se mide mediante una tira de medición del estiramiento 64.

Se apreciará que, puesto que la fuerza de recuperación es proporcional a la tensión de la cadena 30, y por tanto a la fuerza de accionamiento, que las mediciones de la fuerza de recuperación pueden utilizarse para calcular el tamaño de la fuerza de accionamiento aplicada a los pedales 18 durante el funcionamiento del dispositivo de ejercicio 10. Del mismo modo, dado que se conoce la longitud de cada una de las bielas de los pedales 20, se pueden utilizar las mediciones de la fuerza de recuperación para calcular el par aplicado a la rueda motriz 22 por medio de los pedales 18.

Para calibrar la medición de la fuerza, se fija una masa de tamaño conocido a uno de los pedales 18 y se bloquean los elementos del volante de inercia 26 o la rueda de plato 34 para impedir su rotación. La fuerza medida por medio de la unidad de medición 58 en estas condiciones permite calibrar la unidad de medición 58 comparando la fuerza restauradora con la fuerza conocida aplicada por la masa conocida fijada al pedal 18.

En esta realización, la unidad de medición 58 está configurada para medir continuamente la fuerza de accionamiento aplicada a través de la unidad de accionamiento durante el funcionamiento del dispositivo de ejercicio 10. Por continuo, se entiende que la unidad de medición 58 mida la fuerza aplicada a través de la unidad accionamiento hasta 100 veces por segundo.

El dispositivo de ejercicio 10 también incluye un dispositivo de medición 66 (Figura 3) para medir la cadencia durante el funcionamiento del dispositivo de ejercicio 10.

Se apreciará que, en el contexto del ciclismo, la cadencia se refiere al ritmo de pedaleo o número de revoluciones de las bielas 20 por minuto (RPM).

El dispositivo de medición 66 del dispositivo de ejercicio 10 mostrado en la figura 1 se ilustra esquemáticamente en las figuras 9 y 10 e incluye un par de piezas sensoras 68 montadas en la rueda motriz 22 y un par de sensores 70 colocados en ubicaciones estacionarias en el cuadro tipo bicicleta 12.

Las piezas sensoras 68 y los sensores 70 están posicionados uno respecto al otro de tal manera que, al girar la rueda motriz 22, cada una de las piezas sensoras 68 pasa por uno de los sensores 70 respectivos fijados al cuadro tipo bicicleta 12, de tal manera que cada pieza sensora 68 se detecta sólo una vez por ciclo de rotación de la rueda motriz 22 y es detectada por el mismo sensor 70 en cada ciclo de rotación de la rueda motriz 22. Esto se consigue variando la distancia radial de las piezas del sensor en el eje del pedal de la rueda motriz 22. Más concretamente, una de las piezas sensoras 68 está situada a una distancia radial mayor del eje del pedal en la rueda motriz 22 que la otra de las piezas sensoras 68. Del mismo modo, colocando los sensores 70 en el cuadro de la bicicleta 12 de manera que estén situados en lugares correspondientemente espaciados con respecto al eje del pedal, cada sensor 70 detecta sólo una de las piezas sensoras 68 durante la rotación de la rueda motriz 22.

Las posiciones relativas de las piezas sensoras 68 y de los sensores 70 también se eligen de tal manera que una pieza sensora 68 se mueve en alineación con un sensor 70 respectivo a intervalos de 180° y de tal manera que la posición en movimiento de la rueda motriz 22 en el punto en que cada una de las piezas sensoras 68 se mueve en alineación con el sensor 70 respectivo corresponde a una posición en movimiento de alternancia de carga entre los pedales 18.

En consecuencia, durante cada revolución completa de la rueda motriz 22, las piezas sensoras 68 y los sensores 70 generan dos señales a intervalos de 180°. El tiempo entre estas señales puede utilizarse para calcular la velocidad de rotación de la rueda motriz 22 y, por tanto, la velocidad de pedaleo, también denominada cadencia.

Del mismo modo, dado que las señales se generan a intervalos de 180° y corresponden a puntos en los que hay una alternancia de carga en términos de un usuario que cambia la fuerza de accionamiento de un pedal a otro, las señales generadas por las piezas sensoras 68 que pasan por los sensores 70 pueden interpretarse como indicativas de un tiempo de alternancia de carga.

En la realización ilustrada en las Figuras 9 y 10 las piezas sensoras 68 son imanes y los sensores 70 son sensores de campo magnético. En otras realizaciones se prevé que se puedan emplear otras piezas sensoras y sensores. También se prevé que en otras realizaciones se pueda cambiar el número de piezas sensoras 68 o el número de sensores 70. En una de estas realizaciones, una pieza sensora 68 puede estar fijada a la rueda motriz 22 y los sensores 70 pueden estar montados en el cuadro de la bicicleta 12 en lugares fijos, de manera que la pieza sensora 68 pasa por cada uno de los sensores 70 a intervalos de 180°. En dicha realización, la pieza sensora 68 y los sensores 70 se sitúan de nuevo una con respecto al otro de forma que la pieza sensora 68 se mueve en alineación con cada uno de los sensores 70, durante la rotación de la rueda motriz 22, en una posición en el movimiento de la rueda motriz 22 correspondiente a una alternancia de carga entre los pedales accionables por el pie 18.

En otra de estas realizaciones, un par de piezas sensoras 68 pueden estar fijadas a la rueda motriz 22 y un sensor 70 puede estar montado en el cuadro de la bicicleta 12 en un lugar fijo, de manera que cada una de las piezas sensoras 68 pase por el sensor 70 a intervalos de 180°. En dicha realización, las piezas sensoras 68 y el sensor 70 se sitúan de nuevo unas con respecto al otro, de manera que el sensor 70 detecta una de las piezas sensoras 68 respectivas, durante la rotación de la rueda motriz 22, en una posición en el movimiento de la rueda motriz 22 correspondiente a una alternancia de carga entre los pedales accionables con el pie 18.

Con el fin de cotejar los datos recogidos por medio de la unidad de medición 58 y el dispositivo de medición 66, el aparato de ejercicio 10 incluye un módulo de mando 72 (figura 5).

El módulo de mando 72 es preferiblemente un dispositivo programable conectado a la unidad de medición 58 y al dispositivo de medición 66 para recibir señales indicativas de la fuerza de accionamiento aplicada durante el funcionamiento del dispositivo de ejercicio a la cadena 30, y la velocidad de rotación de los pedales junto con los tiempos de alternancia de carga entre los dos pedales 18.

El módulo de mando 72 está configurado para utilizar las mediciones recibidas de la unidad de medición 58 y del dispositivo de medición 66 para calcular uno o más parámetros de rendimiento. Estos parámetros de rendimiento pueden incluir la cadencia, la potencia, la velocidad de rotación del volante de inercia, la fuerza de accionamiento aplicada a los pedales y otras variables derivadas de los mismos.

Esos parámetros de rendimiento pueden ser transmitidos desde el módulo de mando 72 a un módulo de comunicaciones 74 para su posterior transmisión a una interfaz de usuario (no mostrada) conectada al módulo de comunicaciones 74. Sin embargo, el módulo de mando 72 también está configurado para comparar al menos uno o más de los parámetros de rendimiento calculados con un perfil de rendimiento predeterminado.

Dependiendo de los resultados de la comparación, que se discutirán con más detalle a continuación, el módulo de mando 74 está conectado al servomotor 42 y está configurado para controlar el servomotor 42 de manera que mueva los dos conjuntos de imanes permanentes 44a, 44b con respecto a las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante de inercia 26. Ajustando las posiciones relativas de los dos conjuntos de imanes permanentes 44a,44b con respecto a las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante 26, el módulo de mando 72 ajusta la fuerza de frenado aplicada por los dos conjuntos de imanes permanentes 44a, 44b. Esto, a su vez, afecta a la resistencia a la rotación de los elementos del volante de inercia 26 y, por tanto, afecta a las mediciones obtenidas a través de la unidad de medición 58 y el dispositivo de medición 66. Por lo tanto, mediante un control adecuado del servomotor 42, el módulo de mando 72 es capaz de ajustar las mediciones recibidas de la unidad de medición 58 y del dispositivo de medición 66 para ajustar el o los parámetros de rendimiento calculados por el módulo de mando para que se ajusten al perfil de rendimiento predeterminado.

Como se ha indicado anteriormente, el módulo de mando 72 está conectado a un módulo de comunicaciones 74 con el fin de transmitir señales representativas de los parámetros de rendimiento calculados por el módulo de mando 72 a un dispositivo externo para su visualización en una interfaz de usuario.

Además de transmitir señales a un dispositivo externo en forma de señales de retroalimentación que informan del rendimiento del usuario, el módulo de comunicaciones 74 está configurado para recibir señales de comando y transmitir dichas señales al módulo de mando 72.

En la realización mostrada en la Figura 1, el módulo de comunicaciones 74 incluye una radio configurada para recibir señales de comando y transmitir señales de retroalimentación a través del protocolo de comunicaciones inalámbricas conocido como BLUETOOTH®. Esto permite la conexión inalámbrica del módulo de comunicaciones 74 a un dispositivo externo, como un teléfono inteligente, una tableta, un reloj inteligente u otro dispositivo informático.

En otras realizaciones se prevé que se pueda utilizar otro protocolo de comunicaciones inalámbricas, como ANT+®, para crear una conexión inalámbrica de datos entre el módulo de comunicaciones 74 y un dispositivo externo. También está previsto que se pueda utilizar una conexión por cable para conectar el módulo de comunicaciones 74 a un dispositivo externo. El módulo de comunicaciones 74 podría, por ejemplo, estar conectado a un dispositivo externo mediante un cable de transferencia de datos, como un cable USB.

La provisión de un módulo de comunicaciones 74 para facilitar la conexión con un dispositivo externo, como un teléfono inteligente, una tableta, un reloj inteligente u otro dispositivo informático, permite la creación de una interfaz de usuario. Se prevé que el módulo de comunicaciones 74 pueda conectarse a un teléfono inteligente, una tableta, un reloj inteligente u otro dispositivo informático que ejecute una aplicación configurada para comunicarse con el módulo de comunicaciones 74 y, de este modo, permitir que un usuario introduzca datos con el fin de crear un perfil de rendimiento predeterminado.

El módulo de comunicaciones 74 también podría conectarse a dicho dispositivo para permitir la creación de una visualización de las señales de retroalimentación en una pantalla del dispositivo. La interfaz podría, por ejemplo, mostrar las mediciones de cadencia y/o fuerza. También podría mostrar, o alternativamente, uno o más parámetros de rendimiento calculados por el módulo de mando a partir de las mediciones obtenidas de la unidad de medición 58 y del dispositivo de medición 66.

La interfaz también podría mostrar una POLAR VIRW ™ basada en los tiempos de alternancia de carga determinados por el dispositivo de medición 66 y las mediciones de fuerza y otras variables de las mismas calculadas por el módulo de mando 72 en respuesta a las mediciones recibidas de la unidad de medición 58. La creación de una POLAR VIEW ™, que muestra la fuerza contra el tiempo, ilustra el rendimiento y la técnica de pedaleo del usuario con referencia específica a las extremidades derecha e izquierda del usuario. Por lo tanto, crea una impresión visual del rendimiento ciclista del usuario y le permite determinar visualmente las áreas en las que su rendimiento y/o técnica de pedaleo podrían requerir una mejora.

Un ejemplo de una POLAR VIRW ™ se muestra en la Figura 8.

A continuación se describirá el funcionamiento del dispositivo de ejercicio 10.

Durante la operación del dispositivo de ejercicio 10, un usuario impulsa la rotación de los elementos del volante de inercia 26 a través de la operación de los pedales 18. La fuerza de accionamiento resultante aplicada a la cadena que se extiende alrededor de la rueda motriz 22 se mide por medio de la unidad de medición 58 de forma continua, como se ha descrito anteriormente, y las mediciones resultantes se transmiten al módulo de mando 72.

Del mismo modo, la cadencia o el ritmo de pedaleo es medido por el dispositivo de medición 66 y las mediciones resultantes junto con las señales indicativas del tiempo de alternancia de carga entre los pedales 18 se transmiten al módulo de mando 72.

El módulo de mando 72 utiliza las mediciones y señales recibidas del dispositivo de medición 58 y de la unidad de medición 66 y calcula la potencia desarrollada por el usuario.

La unidad de mando 72 calcula preferentemente la potencia del usuario una vez por revolución de las bielas 20 sobre la base de que la potencia = fuerza x velocidad, y la velocidad puede calcularse con referencia a la cadencia medida y a la distancia recorrida por revolución de las bielas 20. Como se ha indicado anteriormente, la distancia recorrida por cada revolución de las bielas del pedal 20 puede ajustarse previamente dentro del módulo de mando según una serie de engranajes preestablecidos. El módulo de mando 72 puede estar configurado para aumentar la fuerza de frenado aplicada al conjunto del volante de inercia 24 al seleccionar el usuario un engranaje superior, y viceversa, con el fin de simular la resistencia adicional que experimentaría un ciclista al cambiar de engranaje en una bicicleta real. Del mismo modo, el módulo de mando 72 puede estar configurado para aumentar la distancia recorrida por revolución de las bielas del pedal 20 de forma incremental con cada engranaje, desde el más bajo hasta el más alto, y viceversa.

En una realización particularmente preferente, la distancia recorrida por revolución aumenta de forma incremental desde un mínimo de 2,790 m en un engranaje inferior, el 1, hasta un máximo de 10,258 m en un engranaje superior, el 22, como se indica en la Tabla 1 siguiente.

Tabla 1

En tales realizaciones, se apreciará que un usuario que opera el dispositivo de ejercicio en el engranaje 1 a una cadencia de 60 revoluciones por minuto equivaldría a una velocidad de 2,790 ms-1.

Con el fin de permitir que un usuario cambie hacia arriba y hacia abajo a través de los engranajes, los botones (no mostrados) pueden ser incluidos en el manillar 16 con el fin de permitir que el usuario se mueva fácilmente hacia arriba y hacia abajo a través de los engranajes como si estuviera montando una bicicleta real. Dichos botones pueden estar conectados directamente al módulo de mando 72 para proporcionar la señal requerida y preferiblemente incluyen un botón para cambiar hacia arriba a través de los engranajes y un segundo para cambiar hacia abajo a través de los engranajes.

En otras realizaciones, los botones pueden estar configurados para enviar señales de comando al módulo de comunicaciones 74 para su posterior transmisión al módulo de mando 72.

La unidad de mando 72 también puede calcular otros parámetros de rendimiento o variables derivables de la fuerza de accionamiento para su transmisión a través del módulo de comunicaciones 74 a un dispositivo externo conectado al módulo de comunicaciones 74 con el fin de proporcionar una interfaz de usuario.

En su forma más simple, el usuario puede crear un perfil de rendimiento predeterminado en el módulo de mando 72, destinado a garantizar que el usuario logre un desarrollo de potencia constante durante el funcionamiento del dispositivo de ejercicio 10. Esto se consigue utilizando las mediciones de cadencia y fuerza para calcular la potencia real desarrollada por el usuario, comparando la potencia calculada con el valor de desarrollo de potencia requerido por el perfil de rendimiento predeterminado y controlando el motor para aumentar o disminuir la fuerza de frenado de modo que el usuario tenga que aplicar una fuerza mayor o menor a los pedales para conseguir el desarrollo de potencia requerido a la misma cadencia.

El usuario también puede seleccionar entre una serie de perfiles de rendimiento predeterminados antes de comenzar un programa de entrenamiento. El usuario podría, por ejemplo, seleccionar un perfil de rendimiento predeterminado que defina una relación curvilínea entre la potencia y la cadencia para un determinado engranaje. A continuación, durante el funcionamiento del dispositivo de ejercicio 10, el módulo de mando 72 utiliza las mediciones de cadencia y fuerza para calcular la potencia real desarrollada por el usuario y compara el valor de potencia calculado junto con la medición de cadencia con la relación curvilínea entre potencia y cadencia definida por el perfil de rendimiento predeterminado.

Al realizar esta comparación, el módulo de mando 72 es capaz de determinar si la potencia real desarrollada por el usuario es mayor o menor que la requerida por el perfil de rendimiento predeterminado para la cadencia medida y opera el servomotor 42 para ajustar las posiciones relativas de los conjuntos de imanes permanentes 44a, 44b con respecto a los elementos del volante de inercia 26 para ajustar la fuerza de frenado aplicada por los conjuntos de imanes permanentes 44a,44b en los elementos del volante 26. Esto, a su vez, aumenta o disminuye la fuerza motriz requerida del usuario para accionar los pedales a la misma cadencia y puede utilizarse para afinar las mediciones obtenidas de la unidad de medición 58 y del dispositivo de medición 66 de modo que la potencia calculada desarrollada por el usuario se ajuste a la potencia requerida por el perfil de rendimiento predeterminado para la cadencia medida.

En la realización mostrada en las figuras, el módulo de mando 72 también está configurado para calcular el perfil de rendimiento predeterminado al recibir los datos de las características de rendimiento en forma de señales de mando del módulo de comunicaciones 74.

Esto permite a un usuario introducir una serie de parámetros de ciclismo en un dispositivo externo conectado al módulo de comunicaciones 74, que a su vez se comunican al módulo de mando 72 a través del módulo de comunicaciones 74, y permiten al módulo de mando 72 calcular un perfil de rendimiento predeterminado a medida basado en los parámetros de ciclismo seleccionados.

Los datos de las características de rendimiento pueden incluir información relativa a uno o más parámetros de ciclismo estático seleccionados del grupo que consiste en el ángulo de inclinación de la superficie de ciclismo, la resistencia a la rodadura entre el neumático de la bicicleta y la superficie de ciclismo, la masa del ciclista, la masa de la bicicleta y la potencia del ciclista.

Los datos de las características de rendimiento también pueden incluir información relativa a uno o más parámetros de ciclismo dinámico seleccionados del grupo que consiste en la resistencia del aire creada por los cambios en la velocidad del viento, la resistencia del aire creada por los cambios en la altitud y la resistencia del aire creada por el uso de un ventilador.

Al recibir esta información del dispositivo externo, en forma de señales de comando recibidas a través del módulo de comunicaciones 74, el módulo de mando 72 está configurado para calcular los efectos de cualquier parámetro de ciclismo seleccionado sobre la fuerza de arrastre que experimentaría un ciclista montando en bicicleta bajo esas condiciones. Esto, a su vez, permite al módulo de mando 72 calcular un perfil de rendimiento predeterminado teniendo en cuenta la fuerza de arrastre adicional.

En la realización particularmente preferente, en la que la distancia recorrida por revolución de las bielas de los pedales 20 está preconfigurada dentro del módulo de mando de acuerdo con la serie de engranajes preconfigurados establecidos en la Tabla 1 anterior, el módulo de mando calcula la potencia adicional necesaria para superar una fuerza de arrastre creada por una masa corporal de usuario de 70 kg que pedalea en una carretera plana sin pendiente y con una resistencia al viento nula de acuerdo con la serie de engranajes preconfigurados y las cifras de cadencia ejemplares, tal como se establece a continuación en la Tabla 2.

Tabla 2

Se apreciará que la fuerza de arrastre que se crearía si el usuario estuviera montando una bicicleta en tales condiciones aumentaría con la cadencia del usuario en cada engranaje y, por tanto, con la velocidad de desplazamiento de la bicicleta.

Ejemplos de la potencia requerida para superar la fuerza de arrastre creciente en los engranajes 1, 10 y 22 para aumentos incrementales de la cadencia, según lo calculado por el módulo de mando, se ilustran en las Tablas 3, 4 y 5 a continuación.

Tabla 3

Tabla 4

Tabla 5

El módulo de mando 72 podría, por ejemplo, generar un perfil de rendimiento predeterminado basado en la potencia desarrollada frente a la cadencia que se calcula para tener en cuenta la fuerza de arrastre que se experimentaría como resultado de los parámetros de ciclismo seleccionados. Esto permitiría al módulo de mando 72 controlar el servomotor 42 y, por lo tanto, controlar el movimiento de los conjuntos de imanes permanentes 44a, 44b en relación con las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante de inercia 26 para crear la fuerza de arrastre requerida y, por lo tanto, simular varias condiciones de ciclismo.

Mediante la selección apropiada de los parámetros de ciclismo, un usuario puede crear señales de comando que instruyan al módulo de mando 72 para simular un número infinito de combinaciones de condiciones de ciclismo. Por ejemplo, el módulo de mando 72 podría simular un ciclista ligero montando una bicicleta ligera en una superficie de velódromo; el mismo ciclista y la misma bicicleta en una pista de tierra; el mismo ciclista y la misma bicicleta en una superficie inclinada 5°; el mismo ciclista y la misma bicicleta en una superficie inclinada -5° con un viento de espalda de 16,1 km/h (10 millas por hora).

El módulo de mando 72 también podría, por ejemplo, simular un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario que tenga un ventilador con rejillas de ventilación en una carcasa exterior del ventilador que pueda ajustarse para adoptar varias posiciones y, por lo tanto, afectar y controlar la corriente de aire que viaja a través del ventilador en la operación de los pedales para impulsar la rotación del ventilador.

Con referencia a los parámetros del ciclismo dinámico mencionados anteriormente, la fuerza de arrastre experimentada por un ciclista en tales condiciones variará en función de la velocidad como resultado de la dinámica de fluidos. En consecuencia, el módulo de mando 72 puede estar configurado para utilizar las mediciones recibidas del dispositivo de medición 58 para calcular la velocidad de rotación de los elementos del volante de inercia 26 o la velocidad equivalente de una bicicleta real que se hace funcionar a la misma cadencia y con la misma fuerza motriz. La velocidad de una bicicleta real podría calcularse, como se ha indicado anteriormente, con referencia a la cadencia medida y a la distancia recorrida por revolución de las bielas del pedal 20.

La velocidad de rotación de los elementos del volante de inercia 26 también es indicativa de la velocidad real de una bicicleta, que también o alternativamente puede ser utilizada por el módulo de mando 72 para ajustar el perfil de rendimiento predeterminado de manera que refleje el efecto de la velocidad del usuario en uno o más parámetros de ciclismo dinámico empleados en el cálculo del perfil de rendimiento predeterminado.

En otras realizaciones, el dispositivo externo puede incluir datos relativos a una ruta ciclista que podrían utilizarse para generar señales de comando para simular una ruta ciclista específica. Los datos pueden referirse, por ejemplo, a una etapa concreta del Tour de Francia o al recorrido de una carrera olímpica en carretera.

En tales realizaciones, el módulo de mando 72 puede estar configurado para generar un perfil de rendimiento predeterminado basado en las señales de mando relativas a las características de la ruta elegida. Estas características pueden incluir el ángulo de inclinación, la resistencia a la rodadura entre el neumático de la bicicleta y la superficie de la misma y la altitud. También podrían incluir la velocidad y la dirección del viento, así como otras características meteorológicas, en caso de que el usuario decida simular las condiciones exactas de un recorrido previamente registrado a lo largo de la ruta elegida.

Durante la simulación, el módulo de mando 72 calcula la potencia desarrollada por el usuario, de acuerdo con los procedimientos descritos anteriormente, y la compara con el perfil de rendimiento predeterminado para determinar el desarrollo de potencia que se requeriría en la cadencia medida del usuario. Esto permite que el módulo de mando 72 controle el servomotor 42 y, por lo tanto, controle el movimiento de los conjuntos de imanes permanentes 44a,44b en relación con las llantas magnéticas 38 de los elementos del volante de inercia 26, con el fin de afinar las mediciones recibidas de la unidad de medición 58 y del dispositivo de medición 66 para lograr el desarrollo de potencia requerido y, por lo tanto, simular la resistencia al pedaleo que experimentaría el usuario a esa cadencia, en el engranaje elegido y en la posición a lo largo de la ruta alcanzada por el usuario.

Se apreciará que los datos relativos a la ruta elegida podrían proporcionarse en forma de una única transmisión desde el dispositivo externo a través del módulo de comunicaciones 74. Sin embargo, también se aprecia que los datos podrían ser transmitidos continuamente desde el dispositivo externo al módulo de mando 72, a través del módulo de comunicaciones 74, durante la simulación de la ruta elegida para permitir el suministro de más datos y así facilitar el ajuste continuo del perfil de rendimiento predeterminado con el fin de proporcionar una simulación más detallada y precisa.

En cualquier caso, el módulo de mando 72 puede transmitir señales de retroalimentación a través del módulo de comunicaciones 74 de vuelta al dispositivo externo que permite al dispositivo externo seguir el progreso del usuario a lo largo de la ruta elegida. Esto podría traducirse en una señal en el dispositivo externo que permitiera a éste generar una imagen de vídeo que permitiera al usuario visualizar su recorrido a lo largo de la ruta elegida.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) que comprende:

una unidad de accionamiento accionable con el pie que incluye elementos de accionamiento accionables alternativamente en forma de pedales (18) montados mediante bielas de pedal (20) en lados opuestos de una rueda motriz (22);

un volante de inercia (24) acoplado a la rueda motriz (22) a través de un mecanismo de engranaje (26); incluyendo el volante de inercia (24) una llanta magnética (38);

un dispositivo de frenado (40) en forma de uno o más imanes permanentes montados para ser movidos por medio de un motor (42) hacia y fuera de la llanta magnética (38) del volante (24) para ajustar selectivamente una fuerza de frenado aplicada al volante (24) por medio de los uno o más imanes permanentes;

una unidad de medición (58) para medir, en uso, al menos una de las fuerzas de accionamiento aplicadas a través de la unidad accionamiento y el par relacionado con ella;

un dispositivo de medición (66) para medir, en uso, la cadencia;

un módulo de mando (72) conectado a la unidad de medición (58), al dispositivo de medición (66) y al motor (42) del dispositivo de frenado (40); y

un módulo de comunicaciones (74) conectado al módulo de mando (72) y configurado para recibir señales de mando y transmitir esas señales de mando al módulo de mando (72) y configurado para transmitir señales de retroalimentación recibidas del módulo de mando (72) que informan del rendimiento del usuario, en el que el módulo de mando (72) está configurado para calcular un perfil de rendimiento predeterminado al recibir los datos de las características de rendimiento en forma de señales de mando procedentes del módulo de comunicaciones (74),

en el que el módulo de mando (72) está configurado para recibir mediciones de la unidad de medición (58) y del dispositivo de medición (66) y para utilizar dichas mediciones para calcular la potencia desarrollada por el usuario y para comparar la potencia desarrollada por el usuario con el perfil de rendimiento predeterminado a fin de determinar la potencia que se necesitaría desarrollar en la cadencia medida del usuario y para controlar el motor (42) de manera que se muevan el o los imanes permanentes con respecto a la llanta magnética (38) del volante de inercia (24) para ajustar la fuerza de frenado aplicada por el o los imanes permanentes y, de este modo, ajustar las mediciones recibidas de la unidad de medición (58) y del dispositivo de medición (66) para ajustar la potencia desarrollada por el usuario calculada por el módulo de mando (72) para que se ajuste al perfil de rendimiento predeterminado.

2. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 1, en el que la unidad de medición (58) está configurada para medir continuamente, en uso, al menos una de las fuerzas de accionamiento aplicadas a través de la unidad de accionamiento y el par relacionado con ella.

3. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 2, en el que la unidad de medición (58) está configurada para medir en uso al menos una de las fuerzas de accionamiento aplicadas a través de la unidad de accionamiento y el par relacionado con ella a una velocidad de al menos 100 veces por segundo.

4. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el módulo de mando (72) está configurado para calcular la potencia desarrollada por un usuario una vez por revolución de las bielas del pedal (20) basándose en la relación que potencia = fuerza x velocidad y basándose en la velocidad calculada en base a la cadencia medida por el dispositivo de medición (66) y una distancia preestablecida recorrida por revolución de las bielas del pedal (20).

5. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (20) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el módulo de mando (72) está configurado para simular una serie de engranajes preestablecidos de manera que se incremente la fuerza de frenado aplicada al volante (24) al seleccionar, en uso, un engranaje superior, y viceversa, y para aumentar una distancia preestablecida recorrida por revolución de las bielas del pedal (20) de manera incremental con cada engranaje, desde el más bajo hasta el más alto, y viceversa.

6. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 5 incluye además botones provistos en el manillar (16) y configurados para enviar señales de comando al módulo de comunicaciones (74) para subir y bajar los engranajes.

7. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 1, en el que los datos de características de rendimiento incluyen información relativa a uno o más parámetros de ciclismo estático seleccionados del grupo que consiste en el ángulo de inclinación de la superficie de ciclismo, la resistencia a la rodadura entre el neumático de la bicicleta y la superficie de ciclismo, la masa del ciclista, la masa de la bicicleta, la selección del engranaje y la potencia desarrollada por el ciclista.

8. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 1 o la reivindicación 7, en el que los datos de las características de rendimiento incluyen información relativa a uno o más parámetros de ciclismo dinámico seleccionados del grupo que consiste en la resistencia del aire creada por cambios en la velocidad del viento, la resistencia del aire creada por cambios en la altitud, la resistencia del aire creada por el uso de un ventilador.

9. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 8, en el que el módulo de mando (72) está configurado para utilizar las mediciones recibidas del dispositivo de medición (66) para calcular la velocidad de rotación del volante de inercia (24) y también está configurado para ajustar el perfil de rendimiento predeterminado en respuesta a la velocidad calculada para reflejar el efecto de la velocidad en uno o más parámetros de ciclismo dinámico.

10. El dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el módulo de mando (72) está configurado para calcular el perfil de rendimiento predeterminado al recibir señales de mando relativas a las características de una ruta ciclista específica.

11. Un procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) que incluye una unidad de accionamiento accionada por el pie con elementos de accionamiento alternativos en forma de pedales (18) montados mediante bielas (20) en los lados opuestos de una rueda dentada (22); un volante de inercia (24) acoplado a la rueda dentada (22) mediante un mecanismo de engranajes (26); incluyendo el volante de inercia (24) una llanta magnética (38); un dispositivo de frenado (40) en forma de uno o más imanes permanentes montados para ser movidos por medio de un motor (42) hacia y fuera de la llanta magnética (38) del volante de inercia (24) con el fin de ajustar selectivamente una fuerza de frenado aplicada al volante (24) por medio de los uno o más imanes permanentes; una unidad de medición (58) para medir, en uso, al menos una de las fuerzas de accionamiento aplicadas mediante la unidad de accionamiento y el par relacionado con ellas; un dispositivo de medición (66) para medir, en uso, la cadencia; un módulo de mando (72) conectado a la unidad de medición (58), al dispositivo de medición (66) y al motor (42) del dispositivo de frenado (40) y un módulo de comunicaciones (74) conectado al módulo de mando (72) y configurado para recibir señales de comando y transmitir dichas señales al módulo de mando (72) y configurado para transmitir señales de retroalimentación recibidas del módulo de mando (72) informando del rendimiento del usuario,

comprendiendo el procedimiento las etapas de:

introducir datos de las características de rendimiento y calcular un perfil de rendimiento predeterminado basado en los datos de las características de rendimiento;

utilizar las mediciones recibidas de la unidad de medición (58) y del dispositivo de medición (66) para calcular una potencia desarrollada por el usuario;

comparar la potencia desarrollada por el usuario con el perfil de rendimiento predeterminado para determinar la potencia que se necesitaría desarrollar en la cadencia medida del usuario; y

controlar el motor (42) para mover el o los imanes permanentes con respecto a la llanta magnética (38) del volante de inercia (24) con el fin de ajustar la fuerza de frenado aplicada por el o los imanes permanentes y, de este modo, ajustar las mediciones recibidas de la unidad de medición (58) y del dispositivo de medición (66) para ajustar la potencia desarrollada por el usuario calculada por el módulo de mando (72) para ajustarse al perfil de rendimiento predeterminado.

12. El procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 11, en el que los datos de características de rendimiento incluyen información relativa a uno o más parámetros de ciclismo estático seleccionados del grupo que consiste en el ángulo de inclinación de la superficie de ciclismo, la resistencia a la rodadura entre el neumático de la bicicleta y la superficie de ciclismo, la masa del ciclista, la masa de la bicicleta, la selección del engranaje y la potencia desarrollada por el ciclista.

13. El procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 11 o la reivindicación 12, en el que los datos de las características de rendimiento incluyen información relativa a uno o más parámetros de ciclismo dinámico seleccionados del grupo que consiste en la resistencia al aire creada por cambios en la velocidad del viento, la resistencia al aire creada por cambios en la altitud, la resistencia al aire creada por un ventilador.

14. El procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 11 que incluye además la etapa de calcular la velocidad de rotación del volante de inercia (24) utilizando las mediciones recibidas del dispositivo de medición (66) y la etapa de ajustar el perfil de rendimiento predeterminado en respuesta a la velocidad calculada para reflejar el efecto de la velocidad en uno o más parámetros de ciclismo dinámico.

15. El procedimiento de funcionamiento de un dispositivo de ejercicio ergométrico estacionario (10) según la reivindicación 11, en el que los datos de las características de rendimiento incluyen información relativa a las características de una ruta ciclista específica.

16. Un programa informático o producto de programa informático que contiene un código de programa informático para hacer que el dispositivo de ejercicio según cualquiera de las reivindicaciones 1-10 realice las etapas del procedimiento de la reivindicación 11