IT201800007356A1 - “dispositivo per esercizio fisico” - Google Patents

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Description

“DISPOSITIVO PER ESERCIZIO FISICO”
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo per esercizio fisico avente una superficie camminabile senza fine, e più particolarmente ad un tapis roulant avente un nastro senza fine motorizzato.
I tapis roulant più semplici sono di solito a motore, con la velocità del nastro regolabile dall’utente. Altri tapis roulant motorizzati più sofisticati, che non richiedono all'utente di regolare manualmente la velocità del nastro, possono essere classificati in due tipi. Il primo tipo regola la velocità del nastro in funzione delle funzioni biologiche dell'utente mentre il secondo tipo regola la velocità del nastro in funzione della posizione dell'utente rispetto al tapis roulant.
La varietà più comune del primo tipo controlla automaticamente la velocità del nastro in funzione della frequenza cardiaca dell'utente, v. ad es. U.S.3.518.985.
I tapis roulant del secondo tipo consentono all'utente di regolare la velocità del nastro semplicemente cambiando il proprio passo, simulando così più da vicino le condizioni naturali. Si veda ad es. FR 1.565.617, U.S.1.919.627 e U.S. No.4.708.337.
In FR 1.565.617 ci sono sensori posti ai lati del I tapis roulant per rilevare la posizione dell'utente. Ogni sensore è costituito da una fotocellula. U.S.1.919.627 implementa un controllo automatico basato sulla posizione del corpo dell'utente rispetto ad un sensore elettrostatico fissato al tapis roulant. In U.S. No.4.708.337 la cinghia è azionata da un motore controllato automaticamente dalla posizione del corpo dell'utente rilevata da un sensore a ultrasuoni montato sul pannello di controllo.
Tuttavia tutti questi modelli hanno il grande svantaggio di simulare solo approssimativamente lo sforzo di una camminata o corsa reale. È un fatto che la stessa distanza percorsa senza tapis roulant comporta un dispendio energetico molto maggiore, perché il tapis roulant agevola troppo la falcata e l’atleta non deve spostare il proprio peso in avanti ma solo sollevarlo temporaneamente.
Scopo principale dell’invenzione è migliorare questo stato dell’arte.
Altro scopo principale dell’invenzione è realizzare un dispositivo per esercizio fisico avente una superficie camminabile senza fine, più particolarmente un tapis roulant avente un nastro senza fine motorizzato, che simuli più fedelmente le condizioni di una corsa o camminata su terraferma.
Questi ed altri scopi sono raggiunti da un dispositivo secondo la rivendicazione 1; altre vantaggiose caratteristiche tecniche sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.
Un primo aspetto dell’invenzione è un metodo per gestire un dispositivo per esercizio fisico comprendente
un nastro senza fine per realizzare una pista su cui un utente può camminare o correre, un motore elettrico per far scorrere il nastro,
con le fasi di
controllare la coppia motrice applicata dal motore elettrico al nastro in modo che la coppia motrice sia proporzionale alla componente della forza, o alla coppia, che l’utente imprime sul nastro per avanzare sul nastro.
Un altro aspetto dell’invenzione è un dispositivo per esercizio fisico comprendente:
un nastro senza fine per realizzare una pista su cui un utente può camminare o correre, un motore elettrico per far scorrere il nastro,
un sensore per generare un segnale elettrico indicativo della componente della forza o indicativo della coppia che l’utente imprime sul nastro per avanzare sul nastro,
un circuito elettronico configurato per
leggere il segnale del sensore, e
controllare la coppia motrice applicata dal motore elettrico al nastro in modo che la coppia motrice sia proporzionale a detta componente di forza o a detta coppia impressa dall’utente.
Il motore viene preferibilmente controllato solo in funzione della sola componente di forza ovvero coppia, scaricata dall’utente sul nastro, che è responsabile del moto in avanti per camminare o correre (la forza peso viene ad es. trascurata perché ortogonale al moto).
Per valutare la coppia o forza impressa dall’utente si misura ad es. la componente vettoriale di forza che egli imprime sul nastro, componente della quale – in particolare - il peso è solo una parte. Al peso si somma la forza dinamica generata dai muscoli delle gambe e si determina così il vettore di spinta totale.
La forza peso dell’utente preferibilmente viene misurata per valutare solo, o anche, lo sforzo fisico e/o le effettive calorie consumate.
Per valutare la coppia impressa dall’utente sul nastro preferibilmente si misurala coppia impressa su un rullo o su un asse che supporta il nastro, tramite ad es. un torsimetro rotante o un generico sensore di coppia.
Una variante prevede di controllare il motore misurando solo il peso della persona, cioè la forza impressa sul nastro diretta verso il basso. Siccome tra peso e forza di spinta tangenziale c’è abbastanza proporzionalità, dal peso si può calcolare o stimare indirettamente la forza o coppia impressa sul nastro.
La coppia del motore, essendo proporzionale a detta forza o coppia impressa dall’utente, restituisce al nastro (e al piede) una forza proporzionale a quella impressa dall’utente.
Il controllo di coppia motrice applicata dal motore elettrico al nastro è aperto a molte varianti, tutte incluse nel concetto inventivo generale del metodo o del dispositivo.
Secondo una prima variante preferita, la coppia motrice è regolata per trasmettere al nastro una forza o coppia equiversa a detta forza o coppia generata dall’utente. In questo modo il motore assiste la falcata, che viene facilitata (condizione utile ad es. per anziani o disabili o durante terapie di recupero degli arti inferiori).
Secondo una seconda variante preferita, la coppia motrice è regolata per trasmettere al nastro una forza o coppia avente verso opposto a quello di detta forza o coppia generata dall’utente. In questo modo il motore si oppone alla falcata, e simula ad es. una salita o la reale risposta di un terreno.
Preferibilmente in queste varianti il circuito elettronico è configurato per, o il microprocessore è programmato per, eseguire il controllo del motore secondo la logica suddetta.
Per semplificare la rilevazione, si rileva una forza impressa dall’utente lungo una direzione parallela a quella di scorrimento del nastro e/o una direzione parallela a quella del piano di appoggio su cui è posato il dispositivo.
Ad es. si rileva detta forza in un punto posto tra il dispositivo e il pavimento, e/o
sul e/o sotto la superficie del nastro, e/o
sulle scarpe dell’utente.
Preferibilmente il motore elettrico è un motore a flusso assiale.
Il sensore può essere realizzato in molti modi. Ad es. con
una o più celle di carico piazzate tra il dispositivo e il pavimento, e/o
una o più celle di carico piazzate sul e/o sotto il nastro, e/o
una o più celle di carico piazzate nelle scarpe dell’utente e comunicanti col circuito elettronico ad es. con mezzi radio wireless.
Ogni cella di carico può essere sostituita ad es. anche con un estensimetro o con un sensore di pressione.
Il circuito elettronico è preferibilmente un microprocessore, ma è possibile implementarlo anche con una scheda a componenti discreti. Il microprocessore è programmabile e consente ampia libertà per implementare funzioni intelligenti.
Preferibilmente il dispositivo comprende un filtro passa-basso per filtrare il segnale generato dal sensore prima di inviarlo al circuito elettronico. Il sensore verosimilmente emette un segnale impulsivo con picchi in corrispondenza degli istanti di appoggio del piede, mentre il segnale sarà minore o nullo quando l’utente è “in volo” sopra il nastro. Il filtro è configurato ad es. per livellare il segnale e/o per estrarne la media o comunque per restringere il segnale a valori meno fluttuanti. Si può anche usare ad es. un rivelatore di picco.
Il filtro si può realizzare nel dominio digitale programmando il microprocessore.
Preferibilmente il dispositivo comprende un’interfaccia utente, come ad es. un touch-screen o una pulsantiera, configurata per rilevare una selezione dell’utente volta a regolare il valore di una costante di proporzionalità fra la coppia motrice trasmessa al nastro e la forza generata dall’utente. Il circuito elettronico può rilevare la selezione dell’utente e secondo la costante di proporzionalità regola la coppia motrice del motore trasmessa al nastro. Come detto, la costante di proporzionalità può essere positiva o negativa.
Un altro aspetto dell’invenzione è un programma che, quando caricato in un processore, esegue una o ciascuna attività o fase di metodo come sopra definite.
Ulteriori vantaggi risulteranno chiari dalla descrizione seguente, che si riferisce ad un esempio di realizzazione preferito in cui:
- la figura 1 mostra uno schema di tapis roulant.
Un tapis roulant 10 è illustrato schematicamente in fig.1, e comprende un telaio di base 14 su cui sono montati due rulli 12 che sostengono un noto nastro senza fine 16 sul quale un utente U può appoggiare i piedi P nell’atto della camminata o della corsa sul posto.
Il telaio di base 14 poggia su un pavimento T tramite piedini 18, sui o nei o sotto i quali sono montate una o più celle di carico 22.
Almeno uno dei due rulli 12 è accoppiato con un motore elettrico 30 per ricevere moto rotatorio e spostare il nastro 16.
Il motore elettrico 30 è controllato da un microprocessore 40 attraverso noti stadi elettronici di potenza (non mostrati), ad es. un inverter. Le frecce in fig.1 indicano linee di segnale.
Il microprocessore 40 è collegato anche alle celle di carico 22, per leggerne i segnali emessi, e ad una (opzionale) interfaccia utente di ingresso dati 50, ad es. un touch-screen.
Tramite l’interfaccia utente 50 l’utente può programmare una costante di proporzionalità utile per regolare il funzionamento del tapis roulant 10.
Le celle 22 sono installate in modo da emettere un segnale indicativo della forza che un piede P dell’utente U esercita sul nastro 16 durante l’esercizio. Della forza misurata non interessa il peso dell’utente U, ma solo la componente F parallela alla superficie del nastro 16 e/o alla superficie del pavimento T. Si può anche misurare una forza diversa o in punti diversi, ed estrarne o calcolarne la componente F parallela alla superficie del nastro 16 e/o alla superficie del pavimento T.
Le celle 22 possono essere sostituite da un qualsiasi sensore in grado di generare un segnale elettrico proporzionale o indicativo della componente della spinta generata dal piede P che, sul pavimento T e senza tapis roulant 10, sposterebbe il corpo dell’utente U in avanti. A questa forza, come spiegato sotto, il dispositivo reagisce generando una forza o coppia proporzionale sul nastro 16.
Nel microprocessore 40 il segnale generato dalle celle 22 viene confrontato in un circuito 42 con un segnale che esprime la costante di proporzionalità immessa con l’interfaccia utente 50. Il confronto ad es. è una sottrazione per generare un termine di errore.
Il risultato del circuito 42 viene processato da uno stadio di guadagno 44 che emette dei segnali di controllo per il motore elettrico 30 affinché esso sviluppi una certa coppia e imponga una forza al nastro senza fine 16 in dipendenza del segnale emesso dal circuito 42.
Preferibilmente, per maggior precisione, il motore elettrico 30 è anche controllato in retroazione grazie ad una linea di segnale 32 che riporta allo stadio 44 un segnale di feedback dal motore elettrico 30.
Come si vede, il microprocessore 40 implementa un controllo retroazionato in cui la costante di proporzionalità immessa con l’interfaccia utente 50 diventa un segnale di riferimento per regolare la coppia impressa dal motore elettrico 30 al nastro senza fine 16. Allora, secondo il valore di tale costante di proporzionalità, il motore elettrico 30 può imprimere al nastro senza fine 16 una forza opposta a quella impressa da un piede P (resistenza alla falcata), o una forza equiversa (assistenza alla falcata).
In un altro esempio di realizzazione, il circuito 42 è un blocco di moltiplicazione, in cui il segnale proveniente dalle celle 22 viene moltiplicato per la costante di proporzionalità. Il risultato della moltiplicazione viene portato in ingresso allo stadio 44 come riferimento di coppia per il motore 30. Lo stadio 44 agirà poi sul motore 30 per fargli sviluppare una coppia che segue il riferimento.
Poiché le celle 22 generano un segnale impulsivo, con picchi aventi cadenza della falcata, è preferibile filtrarlo con un filtro bassa-basso 52, ad es. un filtro digitale realizzato numericamente dentro il microprocessore 40. Così il riferimento di coppia per il motore 30 ha un andamento meno oscillatorio.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per gestire un dispositivo per esercizio fisico (10) comprendente un nastro senza fine (16) per realizzare una pista su cui un utente (U) può camminare o correre, un motore elettrico (30) per far scorrere il nastro, con le fasi di controllare la coppia motrice applicata dal motore elettrico (30) al nastro (16) in modo che la coppia motrice sia proporzionale alla componente della forza (F), o alla coppia, che l’utente imprime sul nastro (16) per avanzare sul nastro (16).
  2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la coppia motrice è regolata per trasmettere al nastro una forza o coppia equiversa a detta forza o coppia generata dall’utente.
  3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la coppia motrice è regolata per trasmettere al nastro una forza o coppia avente verso opposto a quello di detta forza o coppia generata dall’utente.
  4. 4. Dispositivo per esercizio fisico (10) comprendente: - un nastro senza fine (16) per realizzare una pista su cui un utente (U) può camminare o correre, - un motore elettrico (30) per far scorrere il nastro, - un sensore (22) per generare un segnale elettrico indicativo della componente della forza, o indicativo della coppia, che l’utente imprime sul nastro per avanzare sul nastro, - un circuito elettronico (40) configurato per leggere il segnale del sensore, e controllare la coppia motrice applicata dal motore elettrico (30) al nastro (16) in modo che la coppia motrice sia proporzionale a detta componente o detta coppia impressa dall’utente.
  5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui il circuito elettronico (40) è configurato per regolare la coppia motrice in modo da trasmettere al nastro (16) una forza o coppia equiversa a detta forza o coppia generata dall’utente.
  6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 4, in cui il circuito elettronico (40) è configurato per regolare la coppia motrice in modo da trasmettere al nastro (16) una forza o coppia avente verso opposto a quello di detta forza o coppia generata dall’utente.
  7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5 o 6, in cui il sensore (22) è configurato per rilevare una forza impressa dall’utente lungo una direzione parallela (F) a quella di scorrimento del nastro e/o una direzione parallela a quella del piano di appoggio (T) su cui è posato il dispositivo.
  8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5 o 6 o 7, in cui il sensore (22) è posto in un punto posto tra il dispositivo e del piano di appoggio (T), e/o sul e/o sotto la superficie del nastro, e/o sulle scarpe dell’utente.
  9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5 o 6 o 7 o 8, in cui il sensore (22) è una cella di carico, o un estensimetro o un sensore di pressione.
  10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 4 o 5 o 6 o 7 o 8 o 9, comprendente un filtro passabasso per filtrare il segnale generato dal sensore prima di inviarlo al circuito elettronico.
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