ITTO20110010U1 - Attrezzatura per esercizi ginnici - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del modello di utilità dal titolo:

“ATTREZZATURA PER ESERCIZI GINNICI”

La presente innovazione è relativa ad un’attrezzatura per esercizi ginnici appositamente studiata per essere utilizzata in ambito domestico, per poter eseguire i più importanti esercizi di potenziamento muscolare con sovraccarico. In particolare, essa permette di eseguire i seguenti esercizi di body-building, tra i quali:

1) Panca orizzontale

2) Lat machine

3) Pulley

4) Lento avanti per le spalle,

e molti altri, con in più la possibilità di regolare il carico di lavoro, da pochi kg fino ad un massimo pari circa al peso stesso dell’atleta, senza il bisogno di utilizzare dischi in ghisa, molle o altri carichi esterni, ma semplicemente agendo su una manopola di regolazione.

Le sue peculiarità, rispetto ad attrezzature già esistenti sul mercato, del tipo multifunzionale, sono:

a) Dimensioni e peso contenuti, facile trasportabilità;

b) Sicurezza intrinseca di funzionamento;

c) Massima semplicità di utilizzo.

Il principio di funzionamento dell’attrezzatura secondo l’innovazione consiste nell’utilizzo del peso stesso dell’atleta, il quale viene direttamente convertito in un carico di lavoro, da utilizzarsi per lo svolgimento dei normali esercizi ginnici. Esternamente l’attrezzatura si presenta come un piano di appoggio in legno, rivestito ad un cuscino, e presenta dimensioni molto simili agli STEP attualmente in commercio.

Per poter effettuare gli esercizi, (figura 1) l’operatore deve appoggiarsi sul pianale (1), (sdraiato o seduto), appoggiando i piedi su una pedana (2), in modo da essere completamente sollevato dal pavimento, e impugnare una barra (3) (oppure una coppia di manopole), collegata agli occhielli laterali (4). Durante l’esercizio, nel sollevare la barra (come ad esempio per esercitare una spinta di panca orizzontale), l’operatore dovrà lavorare contro un carico statico resistente, il quale sarà attivo durante tutta la durata del movimento, e potrà essere regolato tramite una manopola.

Esempio

Come esempio introduttivo parliamo quindi dell’esercizio di panca orizzontale: in questo caso la (figura 2) rappresenta le due posizioni dell’atleta all’inizio ed alla fine di una distensione su panca orizzontale;

nella posizione di partenza, quindi, egli si sdraia sul pianale e afferra la barra il movimento di distensione, come si può notare, impone come conseguenza il sollevamento della parte superiore dell’attrezzatura, e quindi dell’atleta stesso; la particolare cinematica dell’attrezzatura ha in pratica il compito di tradurre il lavoro di spinta compiuto dall’operatore, in un lavoro compiuto dall’attrezzatura nel sollevare lui stesso da terra.

Per una semplice equazione di equilibrio, si ricava che il lavoro compiuto dall’atleta per spingere la barra verso l’alto è pari a quello necessario per spostare le masse verso l’alto:

doveFè la spinta in Kg effettuata, mentre la Massa è la somma dei pesi, in kg, dell’operatore e della parte di attrezzatura che si solleva con esso.

Come vedrà più avanti, in realtà la forza F così calcolata è una media della spinta di trazione effettuata durante tutto l’arco del movimento.

La particolarità di questa attrezzatura consiste nel fatto che è possibile variare la corsa Z di sollevamento, a parità di corsa di spinta, agendo su una manopola di regolazione.

Ciò consente quindi di effettuare vari esercizi, con carico variabile, in modo da personalizzare la propria tabella di allenamento.

Schema costruttivo:

I principali elementi costitutivi dell’attrezzatura secondo l’innovazione sono elencati di seguito, con le rispettive figure:

A) Basamento

(fig3) È la base dell’attrezzatura; è costituito da una coppia di basi di appoggio in legno (a1), da un telaio in tubolare saldato (a2) e da due piastre (a3) sulle quali vengono saldati due perni (a4), sui quali si impernia la restante parte di struttura (vedi capitolo successivo “Principio di funzionamento”); la struttura metallica porta anteriormente un binario (a5) di guida per una coppia di rotelle.

B) Forcella

(fig4) Costituita da una coppia di travi (b1) unite ad una estremità da un perno imbullonato (b2) al centro del quale è calettata una coppia di rotelle (b3) montate su cuscinetto; ogni trave porta, saldata internamente, una coppia di guide (b5) scanalate; ogni barra porta, al centro e posteriormente, due perni saldati (b4) e (b6).

C) Crociera

(fig5) Formata come la forcella da tue travi (c1), fissate tra loro da una traversa (c3) imbullonata; ogni trave porta ad una estremità una rotella (c2). Ogni trave porta inoltre una coppia di scodelle saldate portacuscinetto, montate in centro e posteriormente, (c4) e (c5).

D) Vasca

(fig6) In lamiera piegata la quale porta tre serie di boccole simmetriche (d1, d2 e d3) per cuscinetto; la vasca è imbullonata al pianale E e si muove solidalmente con esso;.

E )Pianale

(fig7) E’ costituito da una coppia di profilati rettangolari (e1), uniti da una lamiera piegata (e3); ogni profilato porta internamente una guida scanalata (e2); ogni trave presenta un perno, (e4), necessario per montare la spalliera, ed un secondo perno (e5) per la camma di guida (vedi dopo); sopra questa struttura è avvitato un pianale in legno (e6) sul quale si appoggia il cuscino (e7). Un’ asola (e8) praticata su pianale e cuscino rende accessibile dall’alto la manopola (h3) di regolazione del carico di lavoro (vedi oltre fig. 9).

F) Camma

(fig8) Composta da due camme laterali (f1) a chiocciola imperniate su un albero (f2) al centro del quale si fissa tramite una coppia di spine un rocchetto (f3).

L’albero (f2) è montato su cuscinetti, che sono incastrati nelle boccole (d1) della vasca; esso quindi si muove solidalmente con il telaio superiore; sul rocchetto è avvolta una cinghia (f4), il cui estremo libero è avvolto intorno al bilanciere (g1, vedi fig 9).

G) Bilanciere

(fig9) Formato da un elemento a settore circolare in lamiera (g1), al quale è fissato un albero (g2); tale elemento è imperniato sulla vasca, per tramite dei due perni (g3), sulle boccole (d3), e può ruotare intorno ad essi; sull’elemento circolare è avvolto il secondo estremo della cinghia (f4),

H) Slitta

(fig9) Formata da una boccola (h1), alla quale vengono fissate sui lati due rotelle (h2), e sulla quale viene montata una Staffa fornita di manopola (h3); l’operatore, tramite la manopola (h3), può sbloccare la slitta e farla scorrere lungo l’albero (g2), per poi bloccarla spingendo la manopola verso il basso. Questa operazione consente di variare l’interasse tra le rotelle (h2) e il perno (g3), con conseguente diversa cinematica del sistema (vedi più avanti: “Principio di funzionamento”).

I) Spalliera

(fig10) Composta da un telaio centrale (i1) e da una coppia di bracci (i2) imperniati e liberi di ruotare sulle staffe (i3); sulla spalliera e sui bracci sono montate delle rotelle di rinvio (i4), l’ultima rotella è inoltre montata su di uno snodo (i5); lungo i bracci viene fatta passare una fune (i6), la quale da un lato è avvolta sulle camme (f1), dall’altro, passando attraverso le pulegge (i4), termina con una coppia di occhielli; due ulteriori rotelle (i7) fanno da guida per il passaggio del cavo (vedi par. successivo “principio di funzionamento”): la spalliera è imperniata in corrispondenza delle stesse, sui perni (e4) saldati al telaio; essa quindi può ruotare verso l’alto, e si muove solidalmente con il telaio stesso; la rotazione dei bracci viene bloccata grazie ad un perno, che si inserisce in alcuni fori praticati sulle staffe (i3); il funzionamento della spalliera verrà analizzato oltre.

L) Pedana

(fig11) Una pedana di appoggio (l1); essa scorre su due guide saldate al

telaio, e viene bloccata in posizione tramite due perni di fermo (l2);

Principio di funzionamento:

Qui di seguito viene descritto il principio di funzionamento dettagliato: si vedano

le figure 12,13, 14, 15 e 16;

a) L’atleta si pone sul piano di appoggio, con i piedi appoggiati alla pedana, in modo che il suo peso venga a gravare totalmente sulla struttura dell’attrezzatura;

b) Durante l’esercizio, l’atleta pone in trazione i due occhielli, e quindi la fune (i6) ad essi collegata;

c) Questa fune in acciaio (o kevlar) durante la trazione costringe le camme (f1) a ruotare intorno al proprio asse, ovvero intorno al perno fissato alla vasca (d1);

d) La camma durante la rotazione trascina con se il rocchetto (f3), il quale avvolge intorno ad esso la cinghia piatta (f4), la quale all’altro capo è impegnata sul settore di camma circolare (g1);

e) La rotazione del rocchetto obbliga quindi, per mezzo della cinghia, il bilanciere a ruotare intorno al proprio asse (g3), il quale è incernierato in una seconda coppia di cuscinetti montati sulla vasca (d3);

f) Il bilanciere ruotando spinge verso il basso l’ancora (H), la quale è costretta a scorrere lungo l’albero (g2) ed è bloccata in posizione dalla manopola (h3);

g) La rotazione della slitta fa sì che le rotelle (h2), vincolate a scorrere lungo le guide (b5) ricavate nella forcella, obblighino la stessa a ruotare intorno ai punti di cerniera (d2);

h) A seguito di questo movimento anche la crociera, incernierata alla forcella in corrispondenza dei perni (b4,c4), dovrà ruotare intorno al suo fulcro, ricavato nei perni del basamento (a4), mentre le due coppie di rotelle folli (b3,c2) scorreranno lungo le guide del telaio (e2) e del basamento (a5);

i) Come ultima conseguenza il telaio E si solleverà quasi parallelamente a se stesso, di una quota che sarà conseguente alla distanza di sollevamento dei due occhielli (i6) ed alla distanza, misurata lungo l’albero (g2), tra il centro di rotazione del bilanciere ed il centro della rotella (h2) (che qui chiamiamo “L”);

Analisi del cinematismo

Prima di affrontare lo studio analitico della cinematica e statica dell’attrezzatura, operiamo le seguenti approssimazioni (si veda la figura 17):

a) consideriamo i Bracci B e C (ovvero le lunghezze di forcella e crociera) uguali, ed ipotizziamo che l’incernieramento sia realizzato in corrispondenza della mezzeria di tali bracci; in realtà non è così per ragioni di “package” meccanico e semplificazione costruttiva, ma si può comunque procedere a tale semplificazione;

b) consideriamo il raggio delle rotelle R4 pari a zero; in questo modo assimiliamo le travi a delle rette senza spessore.

Come ulteriore prima approssimazione (che dopo verrà corretta) consideriamo la camma F1 come un disco a diametro costante e raggio R_1.

Per iniziare, poniamo il riferimento per i calcoli solidale al Telaio “E ”;

Dall’analisi dello schema di figura 15 e 16, si ricava che:

dove con L si indica l’interasse tra il centro della rotella (h2) e il centro di rotazione del bilanciere (g3);

Facendo il rapporto si ottiene:

Il sollevamento dell’attrezzatura Z dipende dall’ angolo α

in cui B è la lunghezza totale del braccio crociera (e forcella);

Come si è visto prima, uguagliando il lavoro compiuto dell’operatore nel tirare il cavo a quello compiuto dall’attrezzatura per sollevarsi, se c è la corsa imposta dall’atleta ai due occhielli terminali (i6), si ha che, per uno spostamento infinitesimaledc:

ovvero, il lavoro compiuto dall’utilizzatore per spingere gli occhielli è pari a quello compiuto dalla struttura per sollevare se stessa con l’atleta, di una altezza dZ; W è il peso totale che viene sollevato e F è la forza applicata dall’atleta.

La rotazione della camma centrale,Ω, è direttamente collegata alla corsadc:

Il rapporto di trasmissione, ovvero il fattore di riduzione del carico all’utilizzatore:

dZ si ricava derivando la (d)

dα/dΩsi ricava derivando l’equazione (c)

Posto

Si ottiene dalla (c):

Combinando la (e), la (b) e la (c) si ricava infine:

l

Σ

Ponendo su foglio elettronico le equazioni (l) e (f) e assegnando i valori dimensionali corretti, si ottiene la seguente curva, che riporta in ordinate la Forza effettiva richiesta all’operatore F, e in ascisse la Corsa da far compiere alla fune;

Si è supposto un peso totale W di operatore più parte superiore dell’attrezzatura (ovvero di tutta la parte che si solleva) pari a 80+20 = 100 Kg. Si sono poste le seguenti condizioni a progetto:

; _ ; _ ; _ ;

Come si vede, in questo caso il carico varia da 78 kg circa all’inizio della fase di spinta, per poi scendere durante tutta la fase di sollevamento fino ad un valore minimo di 55 kg; il valore medio è pari a: 70,1 Kg;

Se regolassimo L su valori inferiori, cosa succederebbe? Proviamo ponendo L variabile da 10 mm a 190 mm, con passi di 10 mm;

Come si vede, l’andamento delle linee è simile, ma il valore medio è decrescente.

Ciò consente all’operatore, agendo sulla manopola h2 ( vedi figura) di selezionare il carico di lavoro MEDIO adeguato alle proprie esigenze;

Resta un problema:

l’andamento delle curve è sempre decrescente: ciò non è molto consigliabile, in quando durante la prima fase di movimento le articolazioni sono più sollecitate, ed un carico troppo elevato potrebbe arrecare dei danni; sarebbe opportuno che il carico fosse massimo a metà circa della corsa di sollevamento;

Per questo motivo, si è intervenuti sulla camma F1, la quale è stata ridisegnata in modo da presentare un raggio tangente alla fune decrescente, dall’inizio alla

fine della corsa, in modo costante: si parte quindi da un raggio massimo all’inizio del movimento, per ridurlo via via; la camma assume un aspetto “a chiocciola”;

Ipotizzando quindi un range di valori tra 120 e 85 mm, le curve risultanti, a parità degli altri fattori, sono:

Come si vede ora l’andamento è più lineare e leggermente crescente: si tenga presente inoltre che la maggior parte degli esercizi richiede una corsa di lavoro inferiore ai 500 mm, il che esclude le zone a rapido decadimento del carico (presenti soprattutto nei carichi medi).

Comunque, si può prevedere di utilizzare camme con profili più o meno “spinti”

in funzione della tipologia di allenamento, per atleti professionisti o semplici appassionati; in pratica, sarà come avere più macchine in una!

Il progetto attuale prevede un profilo ad andamento parabolico, ottimizzato in modo da rendere il diagramma leggermente più piatto.

Schemi di utilizzo – La spalliera

La spalliera (figura 18,190,20,21 ) può essere configurata in diverse posizioni, in modo da rendere possibile l’esecuzione di molteplici esercizi.

Infatti, sia la spalliera stessa (i1) può ruotare intorno ai perni (i7), sia i bracci (i2) possono ruotare rispetto alla spalliera stessa intorno alle staffe (i3); le posizioni di spalliera e bracci si bloccano poi utilizzando dei perni sfilabili.

La prima configurazione (fig 18) corrisponde principalmente all’esercizio di panca piana;

Se però l’operatore si siede sull’attrezzatura, si possono eseguire esercizi di tipo diverso, ad esempio alzate per le spalle.

Successivamente, ruotando i due bracci di 180 gradi, si può utilizzare l’attrezzatura per effettuare esercizi di rematore e Pulley; (fig 19).

Alzando la spalliera (la quale può essere bloccata in posizione grazie alle camme visibili in figura) si può passare ad eseguire esercizi di trazione come il Lat machine (fig 20), mentre in (fig 21) si vede un caso in cui la spalliera è sollevata, ed i bracci sono aperti, in modo da poter effettuare esercizi di trazione ai cavi laterali.

Gli snodi (i5) posti alle estremità dei bracci consentono di direzionare il carico di lavoro opportunamente, indipendentemente dalla posizione che si assegna alla spalliera ed ai bracci.

Sistema di bloccaggio della slitta sul bilanciere

La figura (22,23) illustra il sistema formato dal Bilanciere e dalla Slitta, già descritto in precedenza (vedi punti “G” e “H” nello schema costruttivo).

Come si è detto, la slitta è in grado di scorrere lungo l’asta saldata alla struttura del bilanciere, in modo da variare l’interasse tra le rotelle (h2) ed il perno di rotazione dello stesso (g3), definito come “L” in precedenza.

Si è studiato un blocco di sicurezza, in modo che la slitta mantenga la sua posizione durante l’esercizio, e non si sganci.

Come si vede dalla figura, la slitta è sormontata da una staffa in lamiera piegata, ad essa solidale (h4), che scorre su una coppia di guide in lamiera (h5); essa porta la manopola (h3), la quale è avvitata e può ruotare intorno al proprio asse; insieme ad essa ruota una staffetta in lamiera (h6).

Quando la struttura (h4) è in posizione abbassata, un lembo di lamiera piegata della stessa si incastra in una delle asole praticate sulla barra (g2), ed impedisce che il canotto possa scorrere.

Se la manopola è orientata come in figura 22 quindi si nota che la staffa (h6), si incastra sotto un’ aletta piegata della slitta; ciò impedisce, esercitando una trazione sulla manopola, che la staffa (h4) si possa sollevare.

La figura 23 invece illustra come, ruotando di 90 gradi la manopola, il dente si disimpegni rendendo così possibile sollevare la manopola con l’incastellatura, e scorrere il canotto lungo l’albero.

Il pianale in legno (e6) presenta un’asola (e8), la quale rende accessibile la manopola (h3) dall’alto, ovvero da parte dell’utilizzatore; una riga graduata in lamiera, fissata allo stesso pianale (e9), consente all’atleta di “leggere” la posizione della manopola, e quindi di poter calcolare in anticipo il proprio carico di lavoro (fig 24).

Si noti infine che, per le geometrie realizzate, se si iniziasse una esercizio con la manopola orientata come in figura 23, la stessa resterebbe incastrata e non potrebbe oltrepassare la riga in lamiera; ciò serve come ulteriore sicurezza, dal momento che obbliga l’atleta ad inserire il blocco meccanico della slitta prima di iniziare una sessione di lavoro.

Risulta, infine, chiaro che all’attrezzatura qui descritta ed illustrata possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall'ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1.- Attrezzatura per esercizi ginnici comprendente una struttura di supporto (a1, a2, a3) fissa ed un elemento di appoggio (1) portato dalla detta struttura di supporto (a1, a2, a3) ed atto a sostenere un utilizzatore nell’esecuzione di esercizi ginnici contro resistenza, caratterizzata dal fatto di comprendere mezzi per convertire almeno una frazione del peso del detto utilizzatore in un carico di lavoro.