ITUB20159480A1 - System for the calculation of a threshold value of the power developed by a user during the performance of a gymnastic exercise and method of operation of said system. - Google Patents
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Description
Sistema per il calcolo di un valore di soglia della potenza sviluppata da un utente durante lo svolgimento di un esercizio ginnico e metodo di funzionamento di detto sistema. System for calculating a threshold value of the power developed by a user during the performance of a gymnastic exercise and method of operation of said system.
La presente invenzione riguarda un sistema per il calcolo di un valore di soglia della potenza sviluppata da un utente durante lo svolgimento di un esercizio ginnico. The present invention relates to a system for calculating a threshold value of the power developed by a user during the performance of a gymnastic exercise.
La presente invenzione riguarda anche un metodo di funzionamento di detto sistema. The present invention also relates to a method of operation of said system.
Più dettagliatamente l'invenzione concerne un sistema ed un metodo del tipo detto, studiato e realizzato in particolare per determinare il valore di soglia di potenza ed il valore di soglia di frequenza cardiaca, che un utente può raggiungere durante l'esecuzione di un esercizio ginnico su una macchina ginnica del tipo spinning bike, eid osimulatore o cicloergometro o simili, ma che può essere usato per qualsiasi macchina ginnica nella quale sia necessario determinare i parametri fisiologici suindicati. More in detail, the invention relates to a system and a method of the above type, studied and implemented in particular for determining the power threshold value and the heart rate threshold value, which a user can reach during the execution of a gymnastic exercise. on an exercise machine of the type spinning bike, eid or simulator or cycle ergometer or the like, but which can be used for any exercise machine in which it is necessary to determine the physiological parameters indicated above.
Nel seguito la descrizione sarà rivolta ad un sistema ed un metodo di funzionamento relativi ad una spinning bike, ma è ben evidente come la stessa non debba essere considerata limitata a questo impiego specifico. In the following the description will be addressed to a system and a method of operation related to a spinning bike, but it is very clear that the same should not be considered limited to this specific use.
Com'è ben noto attualmente esistono dispositivi ed opportuni algoritmi per il calcolo della frequenza cardiaca di soglia massima di un utente, che esegue un esercizio, al fine di ottenere determinati risultati in termini di allenamento e miglioramento delle proprie capacità fisiche. As is well known, there are currently devices and suitable algorithms for calculating the maximum threshold heart rate of a user, who performs an exercise, in order to obtain certain results in terms of training and improvement of his own physical abilities.
Detti dispositivi ed algoritmi prevedono che l'utente inserisca nel sistema di controllo della macchina ginnica alcuni dati personali quali l'età, il peso, l'altezza e simili. In alternativa, per macchine meno avanzate, occorre fornire detti dati al personale addetto. Said devices and algorithms require the user to enter some personal data such as age, weight, height and the like into the control system of the exercise machine. Alternatively, for less advanced machines, it is necessary to provide said data to the assigned personnel.
Inoltre, detti dispositivi ed algoritmi di tipo noto, sono basati su test fisici che sottopongono l'utente ad un elevato sforzo per un intervallo di tempo predefinito, in genere venti minuti, ciò implicando un elevato dispendio di energie, al quale spesso gli utenti non intendono sottoporsi. Furthermore, said devices and algorithms of known type are based on physical tests which subject the user to a high effort for a predefined time interval, generally twenty minutes, this implying a high expenditure of energy, to which users often do not intend to undergo.
Tra l'altro, l'utente con tale sistema deve fornire propri dati personali sui quali potrebbe desiderare una certa riservatezza. Among other things, the user with this system must provide their personal data on which they may wish to have some confidentiality.
Inoltre, i test ai quali sono sottoposti gli utenti comportano uno sforzo elevato, tale da essere potenzialmente anche rischioso per un utente. Furthermore, the tests to which users are subjected involve a high effort, such as to be potentially even risky for a user.
Alla luce di quanto sopra, è, pertanto, scopo della presente invenzione quello di fornire un sistema ed un algoritmo per determinare il valore di soglia della potenza sviluppata da un utente ed un valore di soglia di frequenza cardiaca, sottoponendo l'utente ad uno sforzo graduale nel tempo. In light of the above, it is therefore an object of the present invention to provide a system and an algorithm for determining the threshold value of the power developed by a user and a heart rate threshold value, subjecting the user to an effort gradually over time.
Un altro scopo dell'invenzione è quello di effettuare il calcolo dei valori di soglia di potenza e di frequenza cardiaca senza utilizzare dati personali dell'utente. Another object of the invention is to perform the calculation of the power and heart rate threshold values without using the user's personal data.
Forma pertanto oggetto specifico della presente invenzione un sistema per il calcolo di un valore di soglia della potenza sviluppata da un utente durante lo svolgimento di un esercizio ginnico su una macchina ginnica passiva, del tipo comprendente una unità di resistenza, comprendente: mezzi sensori per la rilevazione della velocità di rotazione di detta unità di resistenza e unità logica di controllo, collegata operativamente a detti mezzi sensori, equipaggiata con un software, in modo da eseguire le seguenti fasi: Therefore, the specific object of the present invention is a system for calculating a threshold value of the power developed by a user during the performance of a gymnastic exercise on a passive exercise machine, of the type comprising a resistance unit, comprising: sensor means for the detection of the rotation speed of said resistance unit and logic control unit, operatively connected to said sensor means, equipped with software, so as to perform the following steps:
(A) acquisire i dati rilevati da detti mezzi sensori per un intervallo di tempo di durata prestabilita in cui detto utente svolge l'esercizio ginnico ad una velocità media di circa 70-100 giri al minuto; (A) acquiring the data detected by said sensor means for a time interval of predetermined duration in which said user performs the gymnastic exercise at an average speed of about 70-100 revolutions per minute;
{B) calcolare la potenza media sviluppata da detto utente su detta macchina ginnica durante detta fase (A); {B) calculating the average power developed by said user on said exercise machine during said phase (A);
(C) acquisire i dati rilevati da detti mezzi sensori per un intervallo di tempo avente una durata temporale prestabilita ed inferiore alla durata temporale dell'intervallo di tempo di detta fase (A), in cui detto utente svolge l'esercizio ginnico ad una velocità superiore a quella di 70-100 giri al minuto, corrispondente alla velocità più alta raggiungibile da detto utente stesso; (C) acquiring the data detected by said sensor means for a time interval having a predetermined time duration and less than the time duration of the time interval of said phase (A), in which said user performs the gymnastic exercise at a speed higher than that of 70-100 revolutions per minute, corresponding to the highest speed that can be reached by said user;
<D) calcolare la potenza media sviluppata da detto utente su detta macchina ginnica durante detta fase (C); e D) calculating the average power developed by said user on said exercise machine during said step (C); And
(E) calcolare una media pesata FTP mediante coefficienti predeterminati di detti valori di potenza media calcolati in dette fasi {B) e {D). (E) calculating a weighted average FTP by means of predetermined coefficients of said average power values calculated in said steps {B) and {D).
Ulteriormente secondo l'invenzione, il calcolo eseguito in detta fase (E) viene effettuato secondo la seguente formula: Further according to the invention, the calculation performed in said step (E) is carried out according to the following formula:
FTP =-<a>qxlOO FTP = - <a> qxlOO
mx^-xlOoj mx ^ -xlOoj
dove a è la potenza media calcolata in detta fase {B); b è la potenza media calcolata in detta fase (D); m e q sono coefficienti fissi prestabiliti. where a is the average power calculated in said phase {B); b is the average power calculated in said phase (D); m and q are fixed predetermined coefficients.
Preferibilmente secondo l'invenzione, detto sistema può comprendere una unità di memorizzazione dei dati acquisiti in dette fasi (A) e (C) e calcolati in dette fasi {B) e (D). Preferably according to the invention, said system can comprise a storage unit of the data acquired in said steps (A) and (C) and calculated in said steps (B) and (D).
Ancora secondo l'invenzione, detta fase {D) comprende una prima sottofase (DI) di misurazione della frequenza cardiaca dell'utente. Still according to the invention, said phase {D) comprises a first sub-phase (D1) for measuring the user's heart rate.
Ulteriormente secondo l'invenzione, detta fase (D) comprende una seconda sottofase (D2) di calcolo di un valore massimo di soglia della frequenza cardiaca di detto utente secondo la seguente formula: Further according to the invention, said phase (D) comprises a second sub-phase (D2) for calculating a maximum threshold value of the heart rate of said user according to the following formula:
Fc=(a-m)Xq Fc = (a-m) Xq
dove a è la frequenza cardiaca media misurata in detta prima sottofase (DI). where a is the average heart rate measured in said first sub-phase (DI).
Preferibilmente secondo l'invenzione, detta fase {C) ha una durata temporale inferiore di quattro volte rispetto alla durata temporale di detta fase (A), in particolare detta fase (A) ha una durata temporale di 16 minuti e detta fase (C) ha una durata temporale di 4 minuti. Preferably according to the invention, said phase {C) has a temporal duration that is four times shorter than the temporal duration of said phase (A), in particular said phase (A) has a temporal duration of 16 minutes and said phase (C) has a time duration of 4 minutes.
Forma ulteriore oggetto della presente invenzione un metodo per il calcolo di un valore di soglia della potenza sviluppata da un utente durante lo svolgimento di un esercizio ginnico su una macchina ginnica passiva del tipo comprendente una unità di resistenza, comprendente le seguenti fasi: A further object of the present invention is a method for calculating a threshold value of the power developed by a user during the performance of a gymnastic exercise on a passive exercise machine of the type comprising a resistance unit, comprising the following steps:
{A) Rilevare la velocità di rotazione di detta unità di resistenza per un intervallo di tempo di durata prestabilita in cui detto utente svolge l'esercizio ginnico ad una velocità media di circa 70-100 giri al minuto; {A) Detecting the rotation speed of said resistance unit for a time interval of predetermined duration in which said user performs the gymnastic exercise at an average speed of about 70-100 revolutions per minute;
(B) calcolare la potenza media sviluppata da detto utente su detta macchina ginnica durante detta fase (A); (B) calculating the average power developed by said user on said exercise machine during said phase (A);
(C) rilevare la velocità di rotazione di detta unità di resistenza per un intervallo di tempo avente una durata temporale prestabilita ed inferiore alla durata temporale dell'intervallo di tempo di detta fase (A), in cui detto utente svolge l'esercizio ginnico alla massima velocità raggiungibile da detto utente stesso; (C) detecting the rotation speed of said resistance unit for a time interval having a predetermined time duration and less than the time duration of the time interval of said phase (A), in which said user performs the gymnastic exercise at maximum speed that can be reached by said user;
{D) calcolare la potenza media sviluppata da detto utente su detta macchina ginnica durante detta fase <C); {D) calculating the average power developed by said user on said exercise machine during said phase <C);
(E) calcolare una media pesata FTP mediante coefficienti predeterminati di detti valori di potenza media calcolati in dette fasi {B) e {D). (E) calculating a weighted average FTP by means of predetermined coefficients of said average power values calculated in said steps {B) and {D).
Ulteriormente secondo l'invenzione, il calcolo eseguito in detta fase (E) viene effettuato secondo la seguente formula: Further according to the invention, the calculation performed in said step (E) is carried out according to the following formula:
a to
FTP = -XlOO FTP = -XlOO
<r>b <r> b
mX xlOO mX xlOO
Ka Ka
Dove a è la potenza media calcolata in detta fase (B); b è la potenza media calcolata in detta fase (D); m e q sono coefficienti fissi prestabiliti. Where a is the average power calculated in said phase (B); b is the average power calculated in said phase (D); m and q are fixed predetermined coefficients.
Ancora secondo l'invenzione, detta fase (D) comprende una prima sottofase (DI) di misurazione della frequenza cardiaca dell'utente. Still according to the invention, said phase (D) comprises a first sub-phase (D1) for measuring the user's heart rate.
Preferibilmente secondo l'invenzione, detta fase {D) comprende una seconda sottofase {D2) di calcolo di un valore massimo di soglia della frequenza cardiaca di detto utente secondo la seguente formula: Preferably according to the invention, said phase {D) comprises a second sub-phase {D2) for calculating a maximum threshold value of the heart rate of said user according to the following formula:
Fc= (a - m) X q Fc = (a - m) X q
Dove a è la frequenza cardiaca media misurata in detta prima sottofase (DI). Where a is the average heart rate measured in said first sub-phase (DI).
La presente invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, secondo le sue preferite forme di realizzazione, con particolare riferimento alle figure dei disegni allegati, in cui: la figura 1 mostra un diagramma a blocchi del sistema oggetto della presente invenzione; The present invention will now be described for illustrative but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, with particular reference to the figures of the attached drawings, in which: figure 1 shows a block diagram of the system object of the present invention;
la figura 2 mostra un diagramma a blocchi delle fasi di funzionamento del sistema e del metodo oggetto della presente invenzione; Figure 2 shows a block diagram of the operating phases of the system and of the method object of the present invention;
la figura 3 mostra un grafico di un particolare delle fasi del metodo oggetto della presente invenzione; e figure 3 shows a graph of a detail of the steps of the method object of the present invention; And
la figura 4 mostra un grafico di visualizzazione di dati ottenuti mediante l'esecuzione del metodo oggetto della presente invenzione. Figure 4 shows a graph of visualization of data obtained by carrying out the method object of the present invention.
Nelle varie figure le parti simili verranno indicate con gli stessi riferimenti numerici. In the various figures similar parts will be indicated with the same numerical references.
Il valore di soglia della potenza sviluppabile da un utente che svolge un esercizio su una macchina ginnica, detta anche FTP - Functional Threshold Power, è la potenza massima che un utente riesce a sviluppare in un intervallo di tempo. Tale potenza è misurabile in Watt. The threshold value of the power that can be developed by a user who performs an exercise on an exercise machine, also called FTP - Functional Threshold Power, is the maximum power that a user can develop in a period of time. This power can be measured in Watts.
Il valore "% FTP" è il rapporto tra un valore istantaneo di potenza ed il valore di soglia della potenza, espressa in Watt percentuali. The "% FTP" value is the ratio between an instantaneous power value and the power threshold value, expressed in percentage Watts.
Per quanto riguarda la frequenza, il valore di soglia di frequenza cardiaca di un utente è la frequenza cardiaca massima, alla quale un utente può eseguire un esercizio, Regarding heart rate, a user's heart rate threshold value is the maximum heart rate at which a user can perform an exercise,
Il valore "% FC MASSIMA" è il rapporto tra un valore istantaneo di frequenza cardiaca ed il valore di soglia di frequenza cardiaca, espressa in battiti percentuali. I valori di frequenza cardiaca sono calcolabili solo se è nota l'età anagrafica dell'utente. The "% HR MAX" value is the ratio between an instant heart rate value and the heart rate threshold value, expressed in percentage beats. Heart rate values can only be calculated if the user's age is known.
Facendo riferimento alle figure allegate, il sistema S oggetto della presente invenzione si applica su macchine ginniche passive del tipo comprendente un'unità di resistenza rotante U, per esempio una spinning bike del tipo comprendente un volano in rotazione. With reference to the attached figures, the system S object of the present invention is applied to passive exercise machines of the type comprising a rotating resistance unit U, for example a spinning bike of the type comprising a rotating flywheel.
Il sistema S comprende mezzi di rilevazione 1 diretta ο indiretta della potenza sviluppata dall'utente su detta macchina ginnica, una unità di memoria 2 ed una unità logica di controllo 3. The system S comprises means 1 for direct or indirect detection of the power developed by the user on said exercise machine, a memory unit 2 and a logic control unit 3.
In particolare, detti mezzi di rilevazione 1 diretta o indiretta della potenza sviluppata dall'utente possono essere sensori di rilevazione della coppia sviluppata dal volano U, sensori di velocità di rotazione del volano o sensori di deformazione meccanica di componenti meccanici che compongono l'unità di resistenza, quali estensimetri o torsiometri o sensori magnetici. In particular, said means 1 for direct or indirect detection of the power developed by the user can be sensors for detecting the torque developed by the flywheel U, sensors for the rotation speed of the flywheel or sensors for mechanical deformation of mechanical components that make up the drive unit. resistance, such as strain gauges or torque gauges or magnetic sensors.
Il sistema comprende, inoltre, una unità di memoria 2 per archiviare i dati misurati da detti mezzi di rilevazione l e i dati elaborati, come verrà descritto in dettaglio in seguito. The system also comprises a memory unit 2 for storing the data measured by said detection means 1 and the processed data, as will be described in detail below.
Detta unità di memoria 2 è collegata a detti mezzi di rilevazione 1. Said memory unit 2 is connected to said detection means 1.
Detto sistema S comprende, inoltre, una unità logica di controllo 3, collegata operativamente con detta unità di memoria 2 e con detti mezzi di rilevazione 1, che determina il valore di FTP sviluppato da un utente in movimento su detta macchina ginnica, sulla base dei dati rilevati da detti mezzi di rilevazione 1 e dei dati memorizzati in detta unità di memoria 2, secondo un algoritmo di calcolo contenuto in detta unità logica di controllo 3. Said system S also comprises a logic control unit 3, operatively connected with said memory unit 2 and with said detection means 1, which determines the FTP value developed by a user moving on said exercise machine, on the basis of the data detected by said detection means 1 and of the data stored in said memory unit 2, according to a calculation algorithm contained in said logic control unit 3.
La determinazione del valore di soglia di potenza massima sviluppabile da un utente durante lo svolgimento di un esercizio ginnico è utile in quanto, durante gli allenamenti collettivi di più utenti guidati da un istruttore, è possibile che ciascun utente richiami dall'unità di memoria della macchina ginnica sulla quale sta effettuando l'esercizio, il valore della propria soglia di potenza. The determination of the maximum power threshold value that a user can develop during the performance of a gymnastic exercise is useful since, during the collective training of several users led by an instructor, it is possible for each user to recall from the memory unit of the machine gymnastic on which you are performing the exercise, the value of your power threshold.
L'algoritmo di funzionamento del sistema oggetto dell'invenzione comprende principalmente una prima fase ed una seconda fase meglio descritta nel seguito. The operating algorithm of the system object of the invention mainly comprises a first phase and a second phase better described below.
Detta prima fase ha una durata temporale predeterminata, tipicamente 16 minuti, durante la quale l'utente svolge un esercizio ginnico ad una intensità corrispondente ad una percezione dello sforzo moderato. Said first phase has a predetermined time duration, typically 16 minutes, during which the user performs a gymnastic exercise at an intensity corresponding to a perception of moderate effort.
Durante detta prima fase la velocità di rotazione (RDM) dell'unità di resistenza rotante U, come il volano, di detta macchina ginnica deve essere mantenuta costante in un intervallo di circa 70-100 RDM. During said first phase the rotation speed (RDM) of the rotating resistance unit U, like the flywheel, of said exercise machine must be kept constant in a range of about 70-100 RDM.
Detta seconda fase ha una durata temporale predeterminata inferiore a quella di detta prima fase di circa quattro volte, tipicamente quindi 4 minuti, durante la quale l'utente svolge l'esercizio ginnico ad una intensità elevata, in genere la più elevata tollerabile dall'utente. Said second phase has a predetermined duration less than that of said first phase by about four times, typically 4 minutes, during which the user performs gymnastic exercise at a high intensity, generally the highest tolerable by the user. .
Il valore di soglia della potenza è funzione predeterminata della potenza media sviluppata in detta prima fase e della potenza media sviluppata in detta seconda fase. The power threshold value is a predetermined function of the average power developed in said first phase and of the average power developed in said second phase.
Detto valore di soglia si calcola mediante la formula seguente: Said threshold value is calculated using the following formula:
a to
FTP = xlOO FTP = xlOO
in cui a è la potenza media di detta prima fase; bè la potenza media di detta seconda fase; m e q sono coefficienti fissi prestabiliti. wherein a is the average power of said first phase; b is the average power of said second phase; m and q are fixed predetermined coefficients.
Se l'utente indossa la fascia cardiaca durante dette prima e seconda fase, è possibile anche determinare il valore di soglia della frequenza cardiaca, oltre la quale l'utente non deve compiere l'esercizio ginnico, mediante la formula seguente: If the user wears the heart belt during these first and second phases, it is also possible to determine the threshold value of the heart rate, beyond which the user must not perform the gymnastic exercise, using the following formula:
Fc=(a-m)Xq Fc = (a-m) Xq
in cui a è la frequenza cardiaca media misurata da detta fascia cardiaca in detta seconda fase. wherein a is the average heart rate measured by said heart band in said second phase.
Sullo schermo di visualizzazione (non mostrati nelle figure) di cui è dotata detta macchina ginnica è possibile visualizzare cinque livelli differenti di %FTP, selezionabili dall'utente prima di iniziare lo svolgimento di un esercizio ginnico. On the display screen (not shown in the figures) with which this exercise machine is equipped, it is possible to display five different levels of% FTP, which can be selected by the user before starting a gymnastic exercise.
I livelli sono i seguenti: The levels are as follows:
- primo livello: viene visualizzato con il colore blu, corrisponde ad un recupero attivo in cui FTP < 55% e Fc< 60%; - first level: it is displayed in blue, it corresponds to an active recovery in which FTP <55% and Fc <60%;
secondo livello: viene visualizzato con il colore verde, corrisponde ad un lavoro di resistenza in cui 55% < FTP < 75% e 61% < F0< 70%; second level: it is displayed in green, it corresponds to a resistance work in which 55% <FTP <75% and 61% <F0 <70%;
- terzo livello: viene visualizzato con il colore giallo, corrisponde ad un lavoro medio in cui 76% < FTP < 90% e 71% < Fc< 80%; - third level: it is displayed in yellow, it corresponds to an average job in which 76% <FTP <90% and 71% <Fc <80%;
- quarto livello: viene visualizzato con il colore giallo, corrisponde ad un lavoro di soglia lattacida in cui 91% < FTP < 105% e 81% < Fc< 90%; e - fourth level: it is displayed in yellow, it corresponds to a lactacid threshold work in which 91% <FTP <105% and 81% <Fc <90%; And
- quinto livello: viene visualizzato con il colore rosso e comprende due sotto livelli: un primo livello di consumo massimo di ossigeno (V02max) in cui 106% < FTP < 120% e 91% < Fc< 100%; un secondo di capacità aerobica in cui 121% < FTP < 150%. - fifth level: it is displayed in red and includes two sub-levels: a first level of maximum oxygen consumption (V02max) in which 106% <FTP <120% and 91% <Fc <100%; one second of aerobic capacity where 121% <FTP <150%.
Una volta determinato il valore di soglia della potenza, l'utente può impostare il programma di allenamento al livello compatibile con il suo stato di forma fisica scegliendo una percentuale del valore di soglia della potenza a cui desidera allenarsi. Once the power threshold value has been determined, the user can set the training program to the level compatible with his or her fitness state by choosing a percentage of the power threshold value at which he wishes to train.
Inoltre, ripetendo periodicamente l'algoritmo, l'utente può monitorare i suoi miglioramenti. Furthermore, by repeating the algorithm periodically, the user can monitor its improvements.
Come è evidente dalla descrizione sopra riportata, il sistema e l'algoritmo oggetto della presente invenzione consentono all'istruttore di impostare allenamenti collettivi allo stesso livello per tutti gli utenti, specificando la stessa percentuale del valore di soglia della potenza per ciascun utente. As is evident from the above description, the system and the algorithm object of the present invention allow the instructor to set collective training sessions at the same level for all users, specifying the same percentage of the power threshold value for each user.
La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, secondo le sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportate dagli esperti del ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate . The present invention has been described for illustrative, but not limitative purposes, according to its preferred embodiments, but it is to be understood that variations and / or modifications may be made by those skilled in the art without thereby departing from the relative scope of protection, such as defined by the attached claims.
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