Diseño y evaluación experimental de un mecanismo de fuerza constante para máquinas de acondicionamiento muscular.: Aplicación al ejercicio de press de banca
- Autores: Silvia Sánchez Salinas
- Directores de la Tesis: Javier López Martínez (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Almería ( España ) en 2022
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Design and experimental evaluation of a constant force mechanism for bodybuilding machines.: Application to the bench press exercise
- Tribunal Calificador de la Tesis: José Manuel García-Manrique Ocaña (presid.), Alejandro López Martinez (secret.), Alejandro Rincón Casado (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Tecnología de Invernaderos e Ingeniería Industrial y Ambiental por la Universidad de Almería
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: riUAL
- Resumen
- español
En el entrenamiento de la fuerza y la resistencia, se buscan patrones de movimiento de la carga y la activación muscular que se adapten al objetivo del entrenamiento. Tradicionalmente, se emplean máquinas con masa móvil (pesas) como sistema de carga.
Una característica de este tipo de máquinas es la aparición de fuerzas de inercia debidas a la aceleración de la masa móvil, lo que hace que la fuerza que ejerce el deportista pueda ser muy variable a lo largo del ejercicio.
En esta Tesis Doctoral se propone el diseño de una máquina de acondicionamiento muscular para la realización del ejercicio de press de banca en el que el patrón de fuerza que tenga que realizar el deportista sea lo más constante posible durante la ejecución del ejercicio, independientemente de la velocidad de ejecución del mismo, evitando en la medida de lo posible la presencia de fuerzas de inercia.
Para ello se propone el uso de un mecanismo de fuerza constante como medio de carga en la máquina de musculación. Los mecanismos de fuerza constante están diseñados para mantener un valor de fuerza sensiblemente constante en el eslabón de entrada durante un amplio rango de la carrera del mecanismo. En este trabajo se desarrolla un mecanismo de fuerza constante patentado por la Universidad de Almería, el cual está basada en el uso de levas, resortes y rodillos, para conseguir la característica de fuerza constante. Partiendo del diseño conceptual descrito en la citada patente, se ha dimensionado, fabricado y evaluado experimentalmente un prototipo del mecanismo.
Una vez validado el prototipo, se han dimensionado y fabricado dos unidades del mecanismo de fuerza constante para su implementación en una máquina de acondicionamiento muscular tipo Smith. Esta máquina Smith modificada se ha empleado para evaluar y comparar el ejercicio de press de banca realizado con los dos sistemas de carga: con peso libre y con el mecanismo de fuerza constante. Los resultados muestran diferencias significativas en las curvas de fuerza entre ambos sistemas de carga. Con el sistema de carga propuesto, la curva de fuerza se mantiene más estable, reduciéndose sustancialmente la caída de la fuerza en la fase de frenado, a diferencia del peso libre.
Para el estudio del ejercicio de press de banca se propone además un modelo matemático multicuerpo, con el cual se ha obtenido el valor de los parámetros más significativos del ejercicio, como son los pares articulares, la fuerza resultante ejercida por el deportista y la potencia requerida. Estos parámetros han sido comparados en la realización del ejercicio empleando el sistema de carga tradicional (peso libre) y empleando el nuevo sistema de carga propuesto. Para profundizar en el estudio del ejercicio de press de banca, se propone un modelo de optimización paramétrica que ha permitido conocer el reparto de pares articulares óptimo (hombro y codo) durante la ejecución del ejercicio y con base a unos requerimientos de ejecución determinados. En concreto, se han estudiado dos objetivos distintos en la realización del entrenamiento: ganar resistencia y realizar el ejercicio de la forma más segura posible, evitando sobrecargas.
- English
In strength and endurance training, the patterns of load movement and muscle activation should be adapted to the training objective. Traditionally, machines with moving mass (weights) are used as loading systems. One of the characteristics of this type of machine is the presence of inertial forces due to the acceleration of the moving mass, which means that the force exerted by the athlete can be highly variable throughout the exercise.
This Doctoral Thesis proposes the design of a bench press bodybuilding machine so that the force pattern to be exerted by the athlete is as constant as possible during the execution of the exercise, regardless of the execution speed, avoiding the presence of high inertial forces. To this end, the use of a constant force mechanism as the loading device in the bodybuilding machine is proposed. Constant force mechanisms are designed to maintain a constant force value at the input link throughout a wide range of the mechanism stroke.
This work details the development of a constant force mechanism patented by the University of Almer´ıa which is based on the use of cams, springs and rollers to achieve the constant force characteristic. A prototype of the mechanism has been designed, manufactured and experimentally evaluated on the basis of the conceptual design described in the referred patent.
Once the prototype was validated, two units of the constant force mechanism were sized and manufactured for implementation in a Smith-type bodybuilding machine. This modified Smith machine has been used to evaluate and compare the bench press exercise performed with the two loading systems: free weight and constant force mechanism. The results show significant differences in the force curves between both loading systems. With the proposed loading system, the force curve remains more constant than in the free weight system, substantially reducing the force drop in the braking phase.
For the study of the bench press exercise, a multibody model is also proposed, which provided the value of the most significant parameters of the exercise, such as the joint torques, the resultant force exerted by the athlete, and the required power. These parameters have been compared in the performance of the exercise using the traditional loading system (free weight) and using the new proposed loading system. To further study the bench press exercise, a parametric optimization model was proposed in order to determine the optimal distribution of joint torques (shoulder and elbow) during the performance of the exercise together with the assumption of certain execution requirements. Specifically, this research focuses on two different training objectives:
to gain resistance, and to perform the exercise in the safest possible way, avoiding overloads.
- español
