DISPOSITIVO SENSOR DEL PAR DE PEDALEO QUE UN CICLISTA DESARROLLA CON CADA PIERNA Y APARATO MEDIDOR DE POTENCIA.

1. Un dispositivo sensor del par de pedaleo para bicicletas que mide el par ejercido por la pierna de un ciclista cuando opera un pedal en la dirección del eje de rotación de un pedalier,

que comprende una biela de bicicleta (1) realizada de una sola pieza recta tubular, la cual conecta dicho pedal con dicho eje de pedalier, que tiene un plano de simetría (10) que contiene al eje de rotación del pedalier (3) y al eje de rotación del pedal (4), y al menos una pareja de medidores de deformación (2) fijados en el interior de dicha biela (1) con la función de medir el valor de su momento de flexión en la dirección del eje de rotación del pedalier (3) y estando dichos medidores de deformación conectados mediante cableado (20) a un módulo electrónico (30) que transforma el desplazamiento reproducido por los medidores en una señal eléctrica por medio de una configuración en puente de Wheatstone y envía dichos datos de deflexión medidos a una CPU (35), caracterizado por

- tener la sección transversal de dicha biela (1) cerrada y simétrica con respecto a dicho plano de simetría (10) y es simétrica con respecto al plano que siendo ortogonal a dicho plano de simetría (10) contiene al eje longitudinal principal de dicha biela (7);

- dicha biela (1) está provista de al menos un par de par de agujeros rectos ciegos taladrados (5, 6) respectivamente simétricos respecto al mencionado plano de simetría (10), realizados en el extremo de la biela correspondiente al eje de rotación del pedalier (3), de manera que estos agujeros forman cavidades longitudinales dentro de dicha biela (1) y están realizados formando una sola pieza con la biela (1) anteriormente mencionada, resultando una sección cerrada que disminuye el peso, pero mantiene la rigidez mecánica y el volumen de la biela (1);

- y cada uno de los medidores de deformación (2) pertenecientes a una pareja de ellos, está fijado de manera no desmontable en el interior de la biela (1), en la pared interior dentro del agujero recto ciego taladrado (5, 6), siendo la ubicación de estos medidores de deformación simétrica con respecto al mencionado plano de simetría (10).

2. Un aparato medidor de potencia de pedaleo (40) que comprende un dispositivo sensor del par de pedaleo para cada una de las dos piernas del ciclista, medios para medir o estimar la velocidad angular instantánea del conjunto de bielas y una CPU (35) responsable de integrar y procesar las diferentes señales recibidas procedentes de dichos sensores y medios; siendo la función de dicho aparato medidor de potencia de pedaleo (40) calcular de manera conjunta y por separado la potencia instantánea suministrada por cada pierna del ciclista y enviar estos datos de manera inalámbrica, permitiendo al usuario visualizarlos o guardarlos en su monitor o ciclo computador (50),

caracterizado porque cada uno de los dos dispositivos sensores del par de pedaleo son según la reivindicación 1.

DISPOSITIVO SENSOR DEL PAR DE PEDALEO QUE UN CICLISTA DESARROLLA CON CADA PIERNA Y APARATO MEDIDOR DE POTENCIA

En el sector de las bicicletas, la presente invención se refiere a los instrumentos para medir el par y la potencia que aplica el ciclista con cada una de sus piernas al pedalear, de forma que sirva para analizar la implicación de los distintos grupos musculares y las posibles asimetrías entre

ambas piernas, no sólo en laboratorio, sino también como equipo

autónomo en su propia bicicleta, para mejorar la calidad de sus

entrenamientos y su rendimiento deportivo.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Existen varios sistemas para medir fuerzas o par motor aplicado por el ciclista, y por tanto también capaces de medir la potencia si se conoce la velocidad o la velocidad angular correspondiente.

Los sistemas que se están aplicando en ciclismo obtienen el dato de par, a menudo basándose en el uso de galgas extensiométricas, mediante la medición de la deformación elástica de algún componente de la transmisión ante las solicitaciones que introduce el ciclista al pedalear. El par calculado en el pedalier multiplicado por la velocidad de giro de las bielas supone la medición de la potencia instantánea. Considerando que la velocidad de las bielas es aproximadamente constante en cada revolución, la cadencia de pedaleo es suficiente para estimar los datos de velocidad angular instantánea y por consiguiente para estimar el valor de potencia instantánea como el producto de estos valores de par y velocidad angular.

El componente más común para medir esta deformación elástica y con ello el par suele ser la araña que porta los platos. Otros sistemas miden deformaciones en el eje de pedalier, cadena, buje de la rueda trasera…En el caso de medición en el eje, el dato de par que se obtiene es el correspondiente a una sola de las piernas, la del lado opuesto a los platos.

Sin embargo basados en la potencia total producida por el ciclista, se pierde una importante información sobre la biomecánica del pedaleo,

pues interesa saber cuánto se trabaja con cada pierna y la forma en que se hace, por ejemplo si se trabaja durante la subida del pedal o si aplicamos la fuerza de una forma uniforme.

En laboratorios ya trabajan con los datos de cada pierna por separado, normalmente utilizando dos potenciómetros de araña convencionales y dos cadenas, uno para cada una de las piernas del ciclista. También existen sistemas de medida de par y potencia individualizados para cada pierna basados en la instrumentación de los pedales, las bielas o incluso con plantillas en los zapatos del ciclista con sensores de presión, siendo estas últimas muy poco precisas cuando tratamos de saber la fuerza efectiva aplicada en cada pedal.

En los últimos años hay varias marcas líderes en monitorización deportiva en general y en concreto del ciclismo que han mostrado futuros productos de medida de par o de potencia basados en sensores instalados en los ejes de los pedales, como es el caso de Metrigear adquirido por Garmin, líder en soluciones de navegación portátiles que han creado un sistema para medir la potencia de un ciclista pedaleando a través de dos sensores separados que se colocan en los dos ejes del pedal , tal y como se revela en el documento US2010/0024590, y también la empresa Polar en alianza con Look descrito en la patente FR2878328A1.

Considerando que estos sistemas aún no han llegado al mercado pasado el tiempo transcurrido desde que fueran respectivamente anunciados, puede llegarse a intuir la complejidad del sistema de medida basado en los pedales, especialmente considerando que muchas de las fuerzas aplicadas sobre los pedales no son generadoras de par motor y por tanto no generan potencia. Por tanto, resulta lógico pensar que los datos de flexión en el eje de cada pedal obtenidos necesiten de algoritmos de corrección de errores según distintos mapas de uso ya que una fuerza aplicada en el pedal en dirección tangencial al desplazamiento, genera flexión en el eje del pedal y por tanto sí genera par motor; pero momentos aplicados en el pedal y alineados con la biela (por ejemplo por balancear la bicicleta de un lado a otro cuando se pedalea de pie) también generan una flexión en el eje del pedal, pero ésta no se corresponde con una generación de par motor. Por lo expuesto, por la complejidad añadida al reducido espacio, y por su delicada ubicación tan expuesta a posibles golpes, consideramos que estos sistemas de medida ubicados en los pedales no son apropiados para lograr un producto capaz de llegar al mercado y lograr medidas fiables con un producto sólido.

Finalmente, en algunos casos se emplean sistemas que obtienen el par aplicado por el ciclista midiendo la flexión de cada biela en el plano de pedaleo, mediante la colocación de galgas extensiométricas en las bielas. Un problema de estos sistemas es su aparatosidad, o simplemente su exposición a golpes y erosiones, y además, la complejidad añadida en la electrónica necesaria para obtener el par de torsión a partir de datos locales de deformación medido por varios medidores. Por lo tanto, su aplicación se ha centrado en cicloergómetros y bicicletas de laboratorio, como pueden ser las bielas MEP de AIP Studio cuya descripción se puede ver en el documento WO2011030215.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un dispositivo sensor del par de pedaleo formado por una biela instrumentalizada en su interior con el fin de conocer su flexión en el plano de pedaleo y por tanto y de forma directa el par motor que desarrolla cada una de las piernas de un ciclista.

Este dispositivo sensor del par de pedaleo será usado además para la construcción de un aparato medidor de potencia para bicicletas.

Dicho dispositivo sensor del par de pedaleo se basa en una biela simétrica respecto al plano que contiene al eje de pedalier y al eje de pedal. Esta biela dispone de dos agujeros longitudinales respectivamente simétricos respecto de dicho plano, con dichos dos agujeros ejecutados en el extremo de la biela correspondiente al pedalier, de manera que esos agujeros forman dos cavidades longitudinales en el interior de dicha biela.

Estos agujeros alojan uno o varios conjuntos de galgas extensiométricas en sus paredes internas, siendo la disposición de dichas galgas simétrica respecto al plano que contiene al eje de pedalier y al eje del pedal.

Para funcionar, esta biela instrumentalizada está necesariamente conectada a un módulo electrónico cuya misión es transformar la deformación de las galgas extensiométricas, que reproduce la deformación de la propia biela, en una señal eléctrica. Debido a la disposición simétrica de las galgas en esta biela instrumentalizada, y una vez conectadas eléctricamente en configuración opuesta, se consigue que sólo en el caso de mediciones de deformaciones opuestas haya una señal de salida. De esta manera, esta configuración de las galgas sólo responde a las deflexiones de la biela en la dirección de trabajo de la biela, es decir, la dirección ortogonal al eje longitudinal de la biela incluida en el plano de simetría, dando valores nulos para todos los otros esfuerzos de la biela: esfuerzos de tracción-compresión, de torsión (a lo largo de su eje longitudinal) y desviación lateral (normal al plano de simetría) , obteniendo directamente desde el módulo electrónico una señal de salida lineal que es proporcional al valor del momento de flexión de la biela según su dirección de trabajo. Y debido a que esta dirección es, por la propia naturaleza geométrica de la biela, prácticamente coincidente con el eje de pedalier, el momento de flexión medido por el dispositivo sensor de acuerdo con la invención se aproxima con precisión al par ejercido por la pierna del ciclista en el eje de pedalier.

Esto elimina la necesidad de correcciones electrónicas o de programación computacional, que tienen algunos de los sistemas de medición de par incluidos en la técnica anterior, para transformar los datos recogidos por los sensores correspondientes, ya que en el caso de la presente invención, dicho valor de deflexión se obtiene sin más conversión que la homotecia necesaria para cambiar las unidades de datos medidos, tras un proceso de calibración previa para este dispositivo sensor de par de pedaleo.

Los problemas técnicos existentes en el Estado de la Técnica anterior que resuelve el dispositivo sensor de par de pedaleo de acuerdo con la invención se derivan de esta configuración geométrica y son tanto estructurales como funcionales. Estructuralmente porque utiliza una biela convencional en uso y proporciones para alojar las galgas extensiométricas, manteniendo así el peso y...

1) Un dispositivo sensor del par de pedaleo para bicicletas que mide el par ejercido por la pierna de un ciclista cuando opera un pedal en la dirección del eje de rotación de un pedalier, que comprende una biela de bicicleta (1) realizada de una sola pieza recta tubular, la cual conecta dicho pedal con dicho eje de pedalier, que tiene un plano de simetría (10) que contiene al eje de rotación del pedalier (3) y al eje de rotación del pedal (4) , y al menos una pareja de medidores de deformación (2) fijados en el interior de dicha biela (1) con la función de medir el valor de su momento de flexión en la dirección del eje de rotación del pedalier (3) y estando dichos medidores de deformación conectados mediante cableado (20) a un módulo electrónico (30) que transforma el desplazamiento reproducido por los medidores en una señal eléctrica por medio de una configuración en puente de Wheatstone y envía dichos datos de deflexión medidos a una CPU (35) , caracterizado por -tener la sección transversal de dicha biela (1) cerrada y simétrica con respecto a dicho plano de simetría (10) y es simétrica con respecto al plano que siendo ortogonal a dicho plano de simetría (10) contiene al eje longitudinal principal de dicha biela (7) ; -dicha biela (1) está provista de al menos un par de par de agujeros rectos ciegos taladrados (5, 6) respectivamente simétricos respecto al mencionado plano de simetría (10) , realizados en el extremo de la biela correspondiente al eje de rotación del pedalier (3) , de manera que estos agujeros forman cavidades longitudinales dentro de dicha biela (1) y están realizados formando una sola pieza con la biela (1) anteriormente mencionada, resultando una sección cerrada que disminuye el peso, pero mantiene la rigidez mecánica y el volumen de la biela (1) ; -y cada uno de los medidores de deformación (2) pertenecientes a una pareja de ellos, está fijado de manera no desmontable en el interior de la biela (1) , en la pared interior dentro del agujero recto ciego taladrado (5, 6) , siendo la ubicación de estos medidores de deformación simétrica con respecto al mencionado plano de simetría (10) .

2) Un aparato medidor de potencia de pedaleo (40) que comprende un dispositivo sensor del par de pedaleo para cada una de las dos piernas del

ciclista, medios para medir o estimar la velocidad angular instantánea del conjunto de bielas y una CPU (35) responsable de integrar y procesar las diferentes señales recibidas procedentes de dichos sensores y medios; siendo la función de dicho aparato medidor de potencia de pedaleo (40) calcular de manera conjunta y por separado la potencia instantánea suministrada por cada pierna del ciclista y enviar estos datos de manera inalámbrica, permitiendo al usuario visualizarlos o guardarlos en su monitor o ciclo computador (50) ,

caracterizado porque cada uno de los dos dispositivos sensores del par de pedaleo son según la reivindicación 1.