Dispositivo eletromecnico para equipamentos de atividade física

  • Número do pedido da patente:
  • PI 1100489-4 A2
  • Data do depósito:
  • 16/02/2011
  • Data da publicação:
  • 21/05/2013
Inventores:
  • Classificação:
  • A63B 21/06
    Aparelhos de gin?stica para desenvolvimento ou fortalecimento dos m?sculos ou juntas do corpo pelo trabalho contra uma for?a em sentido contr?rio, com ou sem dispositivos de medi??o; / Pesos manuseados pelo ginasta;
    ;

DISPOSITIVO ELETROMECNICO PARA EQUIPAMENTOS DE ATIVIDADE FÍSICA. A presente invenção refere-se a um dispositivo eletromecânico de rotação capaz de transformar um movimento rotativo em um movimento linear ou vice e versa em uma ligação mecânica, podendo aumentar ou diminuir o raio de atuação, de acordo com a necessidade do usuário. Mais especificamente, esse dispositivo visa à substituição do camos tradicionalmente utilizados em equipamentos para atividade física, por um dispositivo que pode variar o raio entre movimento concêntrico e excêntrico, dessa forma, pode-se variar a força realizada pelo usuário entre um movimento e outro.

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Documento

“DISPOSITIVO ELETROMECÂNICO PARA EQUIPAMENTOS DE

ATIVIDADE FÍSICA”

A presente invenção refere-se a um dispositivo eletromecânico de rotação capaz de transformar um movimento rotativo em um movimento linear 5 ou vice e versa em uma ligação mecânica, podendo aumentar ou diminuir o raio de atuação, de acordo com a necessidade do usuário. Mais especificamente, esse dispositivo visa à substituição do camos tradicionalmente utilizados em equipamentos para atividade física, por um dispositivo que pode variar o raio entre movimento concêntrico e excêntrico, 10 dessa forma, pode-se variar a força realizada pelo usuário entre um movimento e outro.

Normalmente, na atividade física em equipamentos de musculação, o praticante desenvolve uma movimentação cíclica constituída de uma fase concêntrica e uma fase excêntrica.

15    Na fase concêntrica o praticante inicia o ciclo, produzindo um movimento

para vencer uma dada força o que geralmente se traduz no levantamento de pesos ligados por cabos de aço.

Na fase excêntrica o praticante produz um movimento para reter uma dada força o que geralmente se traduz na descida de pesos ligados por cabos 20 de aço. Ao final dessa fase, é possível iniciar-se um novo ciclo de exercício.

De acordo com Colliander e Tesch, no treinamento esportivo, deseja-se que praticante possa trabalhar com cargas maiores na fase excêntrica do que na concêntrica, pois, dessa maneira, esses exercícios são mais eficazes para o ganho de força e hipertrofia. (Colliander, E. B. and P. A. Tesch. Effects of 25 eccentric and concentric muscle actions inresistance training. Acta Physiol Scand. 140:31-39, 1990.)

Foram encontradas, no estado da técnica, algumas patentes que versam sobre o assunto, como por exemplo: o pedido de patente FR2946542, intitulado “Muscle-building appliance offering a load differential between the concentric 30 and eccentric exercise modes", refere-se a um aparelho de musculação que pode variar a carga entre o movimento concêntrico e excêntrico, para isso, utilizam-se macacos pneumáticos. Diferentemente da matéria tratada que

utiliza um dispositivo eletromecânico para mudar o peso das cargas no movimento concêntrico e excêntrico.

O PCT WO 9952600, intitulado “Gym equipment with muscular effort integration device” refere-se a um dispositivo, de ação pneumática, a ser 5 acoplado em equipamentos de ginástica para diminuir a força aplicada pelo usuário, principalmente, no final de uma série de exercícios. Diferentemente da matéria tratada que utiliza um dispositivo eletromecânico para mudar o peso das cargas no movimento concêntrico e excêntrico.

O pedido de patente US 4546971, intitulado “Exercise device”, refere-se 10 a um equipamento para prática de musculação baseado no levantamento de pesos, no qual o usuário pode selecionar, através de alavancas, a quantidade de pesos tanto no movimento concêntrico como no movimento excêntrico. Diferentemente da matéria tratada que varia a força realizada pelo usuário entre o movimento concêntrico e excêntrico através da variação do raio do 15 dispositivo.

Os equipamentos de musculação convencionais utilizam pesos de valores constantes, portanto, não poderá haver variação de peso entre os movimentos concêntrico e excêntrico.

A presente invenção pode ser adaptada, preferencialmente, no lugar do 20 camos tradicional (17), ou desenvolvida em conjunto com os aparelhos convencionais, tais como flexor de joelho (19), extensor de joelho (18), entre outros, vide Figura 3, usados normalmente em academias (treinamento esportivo), possibilitando que esses aparelhos eliminem uma limitação mecânica importante, que é a possibilidade de cargas maiores no trabalho 25 excêntrico (trabalho negativo - força aplicada na direção oposta ao movimento), em relação ao trabalho concêntrico (trabalho positivo - força aplicada na direção do movimento).

A matéria tratada pode trabalhar com várias relações entre a carga excêntrica e a carga concêntrica, sendo que essas cargas podem ser 30 acionadas através de um sistema mecânico, com acionamento externo manual por alavanca, ou eletromecânico, com acionamento automático de um motor.

Breve Descrição das Figuras

A Figura 1 mostra, de forma não limitante, dispositivo eletromecânico com acionamento elétrico fechado.

A Figura 2 mostra, de forma não limitante, dispositivo eletromecânico 5 com acionamento elétrico aberto.

A Figura 3 mostra, de forma não limitante, equipamentos de musculação, flexor de joelhos (19) e extensor de joelhos (18).

A Figura 4 mostra, de forma não limitante, dispositivo eletromecânico com acionamento manual aberto.

10    A Figura 5 mostra, de forma não limitante, dispositivo eletromecânico

com acionamento manual fechado.

A Figura 6 mostra, de forma não limitante, o raio (21) do dispositivo eletromecânico fechado no momento de iniciar o movimento concêntrico e o raio (23) do dispositivo eletromecânico aberto no momento de iniciar o

15 movimento excêntrico.

A figura 7 mostra o gráfico de duração das séries.

A figura 8 mostra o gráfico de comparação entre protocolo e séries no músculo bíceps femural.

A figura 9 mostra o gráfico de Comparação entre protocolo e séries.

20 Descrição Detalhada da Invenção

O dispositivo eletromecânico de rotação capaz de transformar um movimento rotativo em um movimento linear ou vice e versa em uma ligação mecânica, podendo aumentar ou diminuir o raio de atuação, de acordo com a necessidade do usuário.

25    Dispositivo eletromecânico para equipamentos para atividade física visa

substituir o camos tradicional (17), vide figura 1, compreende um sistema eletromecânico expansor que aumenta o valor da medida do raio (a) (21) para (a’) (23) em níveis pré-estabelecidos, preferencialmente, ao longo da ação excêntrica, possibilitando que uma força (F’) (26) feita pelo voluntário seja,

30 preferencialmente, maior na ação excêntrica do que aquela (F) (24) feita durante a ação concêntrica, de acordo com as fórmulas 1 e 2, considerando-se a mesma carga (25), (Vide Figura 6). A comutação dos valores da medida do raio (21 para 23) no dispositivo eletromecânico pode ser feita por meio automático com o uso de um conjunto motor (1) redutor (29) (Figuras 1 e 2) ou por acionamento externo manual por meio de uma alavanca (6) (Figuras 4 e 5)

! Fb = Pa

5    2. F’ b = Pa’

Onde:

F (24), F’ (26) - força a ser aplicada pelo voluntário (N); b (22) - distancia entre ponto de apoio e o ponto de aplicação da força F (mm); P (25) - carga estabelecida noaparelho considerando o peso próprio (N);

10 a (21), a’ (23) - raio (mm).

O dispositivo eletromecânico (20) compreende uma base (2), um disco central (8), um disco expansor (9), ambos contêm pelo menos um orifício (12) substancialmente central e circular para passagem de um eixo que se fixará em um equipamento de musculação (18, 19), Figura 3, um camos (4) conectado a 15 um redutor (29) acoplado a um motor (1) ou a uma alavanca (6) e, também, conectado a uma haste guia (3), esta é fixa ao disco central (8) e, também, conectada a um rasgo (10) do disco expansor (9) por meio de um pino (13) que poderá se mover dentro do rasgo (10), pelo menos mais 7 hastes (7), estas serão fixas ao disco central (8), por um lado, e serão conectados roletes (5), 20 por outro lado, além de serem conectadas a rasgos (10) do disco expansor (9) por meio de pinos (13) que poderão se mover dentro dos rasgos (10).

O disco central (9) e a base (2) são utilizados para posicionar o dispositivo no mesmo eixo utilizado para o camos tradicional (17).

No início da movimentação do equipamento, na fase concêntrica 25 (Figuras 1 e 4), todo o dispositivo (20) gira em aproximadamente 90° na direção indicada pela seta (11) fazendo com que o cabo de aço (15) que está ligado aos pesos (16) seja enrolado em torno dos roletes (5), formando um círculo de raio (21) conhecido. O momento de torção ou binário gerado pela força no cabo de aço (15) versus esse raio (21) deverá ser equilibrado ou 30 vencido pelo praticante do exercício para que haja a movimentação dos pesos. (Figuras 3 e 6)

Entre o fim da fase concêntrica (11) e o início da fase excêntrica (12), o motor (1) ou a alavanca (6) através do apoio para as mãos (27) é acionado, fazendo com que o camos (4) seja rotacionado. Isso pode ser feito por um redutor (29) que se fixa ao dispositivo mecânico (no caso conjunto motor (1) -5 redutor (29)) através da haste guia (3).

O camos ao ser rotacionado promove a movimentação da haste guia (3), que, através do disco expansor, propicia a movimentação de todas as outras hastes (7). Isso acontece, pois todas as hastes (7), inclusive a haste guia (3), estão conectadas ao disco expansor (9) por meio de pinos (13), que podem 10 deslizar em rasgos (10) desse elemento (9). Assim, o movimento da haste guia (3) obriga ao disco expansor (9) ter um movimento giratório em relação ao disco central (8) do dispositivo eletromecânico. O disco expansor (9), por sua vez, promove o movimento de todas às outras hastes (7). Assim, o raio do círculo formado pelo enrolamento do cabo de aço (15) aumenta (21 para 23), 15 fazendo com que o momento torção ou binário a ser equilibrado ou vencido pelo praticante do exercício também fique maior.

Após esse processo, inicia-se a fase excêntrica do movimento do equipamento, onde todo o dispositivo gira aproximadamente 90° na direção indicada pela seta (12), fazendo com que o cabo de aço (15), que está ligado 20 aos pesos (16), seja desenrolado em torno dos roletes formando um círculo de raio (23) maior do que o raio da fase concêntrica. As figuras 2 e 5 representam o final da movimentação do equipamento na fase excêntrica.

Entre o final da fase excêntrica e o inicio da fase concêntrica o conjunto motor-redutor (1, 29) é acionado novamente fazendo com que o camos (4) seja 25 rotacionado no sentido inverso ao anterior. Isso possibilita que o raio do círculo formado pelo enrolamento do cabo de aço volte ao valor inicial. Assim o praticando está apto a iniciar um novo ciclo de exercícios.

O mecanismo expansor é constituído por hastes (7) presas ao centro no disco central (8) e na base (2) e em cujas extremidades se fixam roletes (5) por 30 onde passa o cabo de aço (15) responsável pela transmissão da força a ser aplicada pelo voluntário para vencer a carga estabelecida no aparelho de

musculação, tais como: flexor de joelho (19), extensor de joelho (18), entre outros.

Quando a alavanca (6) é acionada o camos (4) preso a haste guia propicia o movimento de expansão do conjunto das hastes promovendo o 5 aumento do raio do círculo formado pelo enrolamento do cabo de aço (15) (a, 21 para a’, 23).

O motor (1) é ligado um sistema que compreende o redutor (29) fixado a haste central (3) e rotaciona o camos (4). O funcionamento do motor (1) acontecerá entre as fases concêntrica e excêntricas e poderá ser feito pelo 10 praticante através de uma botoeira ou automaticamente através do uso de fins de curso, instalados no aparelho de musculação.

A alavanca (6) compreende um tubo substancialmente cilíndrico que, por um lado, conecta uma haste (30) com pelo menos um orifício (31) e substancialmente plana para conectar-se ao camos (4) e pelo outro lado 15 conecta-se um apoio para as mãos (27) também substancialmente cilíndrico.

O rolete (5) pode ser substancialmente circular e compreende, por todo perímetro externo, um sulco (14) para passagem do cabo de aço (15), um orifício substancialmente circular e central para conexão com a haste (7).

O disco expansor (9) pode ser substancialmente circular e compreende 20 um orifício substancialmente central para passagem do mesmo eixo utilizado para o camos tradicional (17) e pelo menos 7 rasgos (10) radiais para encaixar em pelo menos 7 pinos (13). Esses rasgos (10) têm um comprimento tal que permite variar o tamanho do raio (21, 23) do dispositivo eletromecânico (20).

O disco central (8) pode ser substancialmente plano e compreende um 25 orifício substancialmente central (28) para passagem do eixo e pelo menos 8 furos para conexão da haste guia (3) e mais 7 hastes (7).

O Dispositivo Eletromecânico possui meios de variar o raio (21, 22), de forma graduada, de forma a possibilitar a variação o valor da força exercida pelo usuário entre o movimento concêntrico e excêntrico.

Exemplo

Foram analisados dados de 16 voluntárias que completaram todas as etapas da coleta de dados. A TABELA 1 apresenta as características da amostra.

5    Tabela 1: Caracterização da Amostra

Variáveis

Média

Desvio-

Padrão

Valores

Mínimos

Valores

Máximos

Idade (anos)

21,31

2,18

18

26

Massa Corporal

58,93

8

43,7

68,8

(Kg)

Estatura (m)

1,605

0,06

1,48

1,7

Percentual de

24,26

3,84

17,8

31,52

Gordura (%)

Valor de 1RM

37,83

6,94

23,92

46,73

60% de 1 RM

22,7

4,16

14,352

28,038

84% de 1RM

31,78

5,83

20,09

39,25

Na figura 7 estão sendo apresentados os valores de duração média das séries dos protocolos A e B tanto para o músculo bíceps femoral quanto para o gastrocnêmico mediai. Não foi encontrada diferença significativa na duração entre os protocolos realizados, tampouco, entre as séries. Esse resultado era 10 esperado devido ao controle de duração da repetição por meio do metrônomo utilizado durante a execução do exercício. Assim, esperava-se que todos executassem o exercício com duração similar não apresentando diferenças entre os protocolos e entre às séries.

Os dados do músculo bíceps femoral mostraram normalidade e 15 homogeneidade como pode ser visto na TABELA 2. Na figura 8 estão apresentados os valores médios de iEMG do músculo bíceps femoral. Não foi encontrada diferença significativa entre o fator protocolo (p=0,063), mas houve entre fator séries (p=0,002). * Diferenças significativas entres as séries 1, 2 e 3 dos protocolos (p=0,0001; p=0,0001 e p=0,0001) sendo série 1A com série 1B 20 e assim por diante. # Diferenças significativas entre a série do respectivo

protocolo com todas as séries do outro protocolo. A análise de variância mostrou diferenças significativas entre as séries. O post hoc de Tukey mostrou que as diferenças significativas foram encontradas em todas as séries na comparação entre o protocolo A e o protocolo B

5    Tabela 2: Teste de normalidade e homogeneidade (Bíceps Femoral)

Teste de normalidade (Shapiro-Wilk)

Teste de Homogeneidade (Levene)

Série 1A

0,400

Série 2A

0,860

Série 3A

0,120

Série 1B

0,144

0,8520

Série 2B

0,370

Série 3B

0,284

Houve diferenças significativas entre as séries do protocolo A e protocolo B (figura 7). Também foram encontradas diferenças significativas entre as séries 1, 2 e 3 do protocolo B com a série 1 do protocolo A (p=0,0001, p=0,0001 e p=0,0001 respectivamente); séries 1, 2 e 3 do protocolo B com a 10 série 2 do protocolo A (p=0,0001, p=0,0001 e p=0,0001 respectivamente) e entre as séries 1, 2 e 3 do protocolo B com a série 3 do protocolo A (p=0,0029, p=0,0021 e p=0,0001 respectivamente).

Para o músculo gastrocnêmio mediai os dados coletados mostraram normalidade e homogeneidade, como pode ser visto no TABELA 3. Esse 15 músculo não apresentou diferenças significativas entre os protocolos e as séries tanto para a análise de variância como para o post hoc. A Figura 9 apresenta os valores médios da iEMG para o músculo gastrocnêmio mediai.