Proyecto Fin de Carrera Ingeniería...
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1 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería Industrial Análisis cinemático de un ciclista en función del factor Q de la bicicleta Autor: Pablo Sánchez Romero Tutor: Víctor Chaves Repiso Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación Escuela Técnica Superior de Ingenieros Universidad de Sevilla Sevilla Marzo de 2016
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Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería Industrial
Análisis cinemático de un ciclista en función del
factor Q de la bicicleta
Autor: Pablo Sánchez Romero
Tutor: Víctor Chaves Repiso
Departamento de Ingeniería Mecánica y Fabricación
Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla
Sevilla Marzo de 2016
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Proyecto Fin de Carrera
Ingeniería Industrial
Análisis cinemático de un ciclista en función
del factor Q de la bicicleta
Autor:
Pablo Sánchez Romero
Tutor:
Victor Chaves Repiso
Profesor Titular
Departamento de Ingeniería Mecánica
Escuela Técnica Superior de Ingenieros
Universidad de Sevilla Sevilla, 2016
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Proyecto Final de Carrera: Análisis cinemático de un ciclista en función del factor Q de
la bicicleta
Autor: Pablo Sánchez Romero
Tutor: Victor Chaves Repiso
El tribunal nombrado para juzgar el proyecto arriba indicado, compuesto por los
siguientes miembros:
Presidente/a:
Vocales:
Secretario/a:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Sevilla, 2016
El secretario del tribunal
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i. Agradecimientos
No podía (ni quería) dejar escapar la oportunidad de agradecer a todos
aquellos que han contribuido en mayor o menor medida, consciente o no de ello, a la
realización de este proyecto. A todos aquellos que han aportado algo para hacerlo
posible, por simple que desde vuestro punto de vista pudiera parecer, os doy las
gracias. He de deciros que para mí toda aportación ha sido de gran ayuda, hasta la
más mínima explicación o el más breve aporte, ya sea teórico o práctico, de
biomecánica, computación, catálogos comerciales, anatomía, ciclismo o cualquier
otra materia de las muchas sobre las que este proyecto trata.
Y por supuesto sería imposible pasar de este apartado sin agradecer a mi
familia todo el apoyo recibido durante todos estos años, sin ellos nunca habría
llegado hasta aquí.
Gracias, sin vosotros no hubiese sido posible.
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Índice de Contenido
i. Agradecimientos ................................................................................................................... 7
ii. Índice de Ilustraciones .......................................................................................................... 9
iii. Justificación ........................................................................................................................ 12
iv. Objetivo .............................................................................................................................. 15
1. Introducción ........................................................................................................................ 16
1. El factor Q
2. Medida del cuadro
3. Pedalier
4. Bielas
5. Pedales
6. Planos y ejes de movimiento del cuerpo humano
7. Biomecánica básica de la rodilla
2. Descripción del montaje ..................................................................................................... 32
3. Medidas del sujeto .............................................................................................................. 34
4. Toma de datos ..................................................................................................................... 35
5. Colocación de los marcadores ............................................................................................ 37
6. Resultados experimentales ................................................................................................. 42
7. Interpretación de resultados y discusión: ........................................................................... 43
1. Tobillos. Eje Frontal
2. Tobillos. Eje Sagital
3. Tobillos. Eje Vertical
4. Rodillas. Eje Frontal
5. Rodillas. Eje Sagital
6. Rodillas. Eje Vertical
7. Pelvis. Eje Frontal
8. Pelvis. Eje Sagital
9. Pelvis. Eje Vertical
8. Discusión ............................................................................................................................ 68
9. Resumen y conclusiones: ................................................................................................... 69
10. Bibliografía: ........................................................................................................................ 69
11. ANEXO I. Datos de mediciones......................................................................................... 73
1. Con pedales automáticos y con separadores
2. Con pedales automáticos sin separadores
3. Con pedales simples sin separadores
4. Con pedales simples con separadores
12. ANEXO II. Diseño Cálculo y construcción de piezas separadoras .................................. 135
1. Introducción
2. Inforrmación del modeloç
3. Propiedades del estudio
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4. Geometría del estudio
5. Propiedades del material
6. Sustituciones de propiedades
7. Cargas
8. Restricciones
9. Información de mallado
10.Resultados
11.Optimizaciones
12.Conclusión
13.Advertencia
13. ANEXO III. Catálogos ..................................................................................................... 141
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Índice de Figuras
Figura 1. Factor Q (Biomecánica) .................................................................................. 18
Figura 2. Factor Q (Fabricantes de bicicletas) ................................................................ 18
Figura 3. Eje de pedalier solidario a la biela .................................................................. 21
Figura 4. Cazoletas de pedalier ...................................................................................... 22
Figura 5. Cajas de pedalier ............................................................................................. 23
Figura 6. Eje de pedal ..................................................................................................... 25
Figura 7. Planos del cuerpo ............................................................................................ 27
Figura 8. Ejes principales del cuerpo [14] ...................................................................... 28
Figura 9. Tabla de ángulos de la rodilla en ciclistas [6] ................................................. 30
Figura 10. Rodillo isométrica ......................................................................................... 32
Figura 11. Rodillo alzado ............................................................................................... 32
Figura 12. Rodillo planta ................................................................................................ 33
Figura 13. Rodillo perfi .................................................................................................. 33
Figura 14. Esquema de medias ....................................................................................... 33
Figura 15. Pieza separadora frontal ................................................................................ 34
Figura 16. Pieza separadora perspectiva......................................................................... 34
Figura 17. Montaje separador ......................................................................................... 34
Figura 18. Montaje separador i ....................................................................................... 34
Figura 19. Pantalla Nexus ............................................................................................... 35
Figura 20. Cámara .......................................................................................................... 36
Figura 21. Cámara trípode .............................................................................................. 36
Figura 22. Cámaras pared ............................................................................................... 36
Figura 23. Esquema general Nexus ................................................................................ 37
Figura 24. Esquema de colocación de marcadores VICON NEXUS [22] ..................... 38
Figura 25. Marcadores pierna ......................................................................................... 39
Figura 26. Marcadores Espalda ...................................................................................... 39
Figura 27. Marcadores Cuerpo ....................................................................................... 39
Figura 28. Marcadores Tobillo ....................................................................................... 39
Figura 29. Gráficas cuantitativas de colocación de marcadores ..................................... 41
Figura 30. Variación en función de la fatiga .................................................................. 42
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ii. Justificación Durante los últimos años, se ha observado un importante incremento en el
número de usuarios de bicicletas, bien sea para la práctica deportiva,
rehabilitación o simplemente como medio de transporte urbano. Es este un medio
alternativo a los vehículos con motor de combustión, por tanto libre de emisiones,
y por tanto, puesto la gran aceptación que tiene en la población, es una magnífica
solución para combatir el sedentarismo dentro de la misma. Según se desprende
del informe “Cifras Sector Ciclismo”, presentado por AMBE (Asociación de Marcas
y Bicicletas de España) [1], en los últimos cinco años el sector ha aumentado sus
ventas a pesar de la crisis económica y estiman que en su conjunto, las unidades
vendidas han crecido una media de 10 por ciento anual, sumando más de un millón
de unidades vendidas en España en 2013, y más de un millón y medio en
2014. Estos buenos resultados se deben principalmente al creciente uso de la
bicicleta por parte de la población española.
Estas cifras también están respaldadas por el informe anual de la Industria
Europea de la Bicicleta, Componentes y Accesorios[2], que aunque la venta en
España sea solo un 5% del total europeo, y aún estando muy lejos del 20% alemán
o 10% holandés, ya coloca a España en el Top 3 Europeo.
Ante tal aumento de la demanda de usuarios de bicicleta, resulta inevitable,
como en cualquier otro caso, replantear y buscar soluciones a la problemática
asociada al respecto, como por ejemplo puede ser, la evolución y aplicación de la
tecnología y los materiales a las protecciones, la mejora misma de materiales para
la aplicación a nuevos modelos y prototipos, la optimización y mejora de los
métodos de fabricación, la adaptación de la tecnología a los nuevos requerimientos
que puedan surgir o el estudio de lesiones producidas por el uso debido, o
indebido de la bicicleta como medio de transporte y como vehículo deportivo no
profesional. Es en este último punto, donde vamos a intentar enfocar nuestro
estudio, dado que “las lesiones de rodilla pueden afectar a todo tipo de ciclistas,
tanto profesionales como amateurs” [3, 4] y más concretamente en las reacciones,
los efectos y las consecuencias en el correcto funcionamiento de la biomecánica del
tren inferior, producido como consecuencia de la variación los distintos ángulos
que las 3 articulaciones poseen en sus 9 grados de libertad (3 en cada articulación)
La actual tendencia en ciclismo es a disminuir la distancia entre los pies en la secuencia de pedaleo [5, 6], esta distancia es conocida en ciclismo y por los fabricantes de bicicletas como factor Q, más adelante, en el apartado 1.1 se expone de forma clara y detallada el significado de este término. La tendencia de reducción del factor Q, busca aumentar la eficiencia en el movimiento [5, 6], sin embargo debido a las actuales configuraciones de bielas y platos [1], no es posible reducir dicha distancia, más de lo que está, debido a la falta de espacio físico del mecanismo de bielas y platos. De nuevo remarcamos la singularidad del ciclismo de alta competición [6], y aunque no excluyamos el mismo en este proyecto, cabría de nuevo destacar la focalización sobre modelos amateur, que es la población
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sobre la que se está realizando este estudio. A medida que nos acercamos al ciclismo de alta competición, encontramos de manera cada vez más desarrollada y más precisa, la adaptación personalizada de la bicicleta al sujeto que va montado sobre ella, tal es el caso, que en modelos de alta competición, la bicicleta se fabrica en función de los parámetros del atleta, es lo que comúnmente denominaríamos un modelo hecho a medida. Como cualquier otro parámetro susceptible de modificación, el factor Q, se adapta a los requerimientos del atleta en cada caso, y como se cita anteriormente, hay una tendencia a estrechar dicha distancia, para aumentar el rendimiento del pedaleo, lo cual influye en un factor tan importante a la hora de montar en bicicleta como es el equilibrio. No es ningún descubrimiento que a medida que un sujeto acerca los puntos de apoyo entre sí, gana en altura y rigidez, pero pierde la capacidad de auto-equilibrarse, esto mismo puede verse en cualquier deporte que requiera una mínima coordinación y equilibrio, como por ejemplo el surf, el snowboard, el esquí, el ballet, la gimnasia…
En el ciclismo amateur, el equilibrio es un factor fundamental, dado que es muy común que discurra en un entorno urbano, con obstáculos, y con situaciones poco previsibles lo cual requiere unas condiciones de equilibrio y control sobre la bicicleta superiores a las que se dan en competición. Es por este motivo por lo que en ciclismo urbano se sacrifica la eficiencia de pedaleo, que por otro lado, y aunque no tengamos evidencias, podemos suponer que será muy inferior a la ganada en el ciclismo de alta competición; en aras de la consecución de un mayor grado de equilibrio y por tanto de control sobre la bicicleta. Es por este hecho, y basándonos en diversas publicaciones [7] [8], por el cual se plantea que la angulación de la rodilla influye notable y decisivamente en procesos de dolor en la articulación de la rodilla.
Existen una amplia variedad de publicaciones [9, 10] en los que se exponen
de forma detallada todas y cada una de las posibles lesiones de rodilla provocadas
por el uso de la bicicleta. Las más comunes suelen ser tendinitis en los ligamentos
de la rodilla y el entorno de la misma provocadas por una exposición al
movimiento de forma continua y prolongada haciendo un uso incorrecto de la
ergonomía del ciclismo [11, 12]. Sin embargo, en muy pocos de estos estudios se
busca la causa raíz de este tipo de lesiones, las cuales en muchos casos se catalogan
como dolor.
En este proyecto se busca una de las posibles causa raíz de este tipo de
dolencias, un uso inadecuado de la ergonomía de la bicicleta, y por consiguiente las
reacciones inusuales en las articulaciones. Para ello estudiaremos la variación de
los ángulos en determinadas situaciones.
Centrando un poco más, el objeto de estudio, será la variación de los
ángulos de las articulaciones del tren inferior(tobillos, rodilla y cadera), en función
de la separación de los pies durante la secuencia de pedaleo, que como veremos
más adelante y con una terminologíamástécnica, guarda una relación directa y
sobre la que muy pocos autores han centrado su atenciónadía de hoy [13]. Aunque
afortunadamente, y debido a la gran pasión que despierta cada díamás el deporte
de la bicicleta, parece que cada vez más autores se están preocupando en indagar
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en este aspecto, que según parece, guarda una estrecha relación con el correcto
funcionamiento de la rodilla, y como consecuencia con el bienestar del usuario y la
ausencia de dolor en dicha articulación.
Cabe hacer mención que el uso de pedales convencionales y la consecuente libertad o no-fijación del pie al pedal, puede dar lugar a deslizamientos entre ambos, lo cual haría que el efecto en la rodilla no fuese tan acusado como es de esperar, de todos modos, se valorará dicha afirmación en el análisis de resultados, ya que tendremos también datos de medidas con pedales automáticos, los cuales sí que evitan el movimiento y el deslizamiento en gran medida.
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iii. Objetivo Como bien se anuncia previamente, el objetivo a lo largo de este proyecto,
será determinar y analizar mediante métodos de captación, procesado y análisis de
imagen, así como de otros métodos auxiliares, la variación de los distintos ángulos
que proporciona cada grado de libertad a la articulaciones de tobillo, rodilla y
cadera, la variación de los mismos en función de la distancia o separación
existente entre los pies (más adelante se proporcionará una versión más amplia y
formal del término, esta medida se conoce como factor Q) en el proceso depedaleo.
Se intercalarán además experiencias con pedal automático y con pedal de apoyo
simple, para comparar ambas situaciones.
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1. Introducción Antes de comenzar con el proyecto en sí, se dotará al lector de una cultura
básica para definir ciertos conceptos, que nos ayudarán en primer lugar a
introducirnos en el mundo de la biomecánica con una terminología adecuada, y en
segundo lugar a la asimilación del contenido del texto que aquí se expone:
1. El factor Q
Prácticamente inexplorado en literatura científica, el Factor Q describe
la distancia horizontal entre los pedales de la bicicleta y determina la
posición lateral de los pies a lo largo del eje del pedal [4] Dicha distancia
puede darnos de forma aproximada, una idea del tamaño de dicha
estructura ósea, o dicho de otra forma, de la talla de una persona, por
supuesto en función del sexo yde algún parámetro más como sus
característicasétnicas y antropomórficas, a pesar de que según algunos
autores no hay ningún método simple para predecir un factor Q
autoseleccionado [10]. Pero el término que nos proporciona la biomecánica
no es el que no interesa realmente, sino el que surgió en la década de
1990[4], el cual puso en auge las investigaciones de Grant Petersen, un
afamado diseñador de bicicletas que trabajó en Bridgestone Cycle USA,
conocido por sus diseños en los cuales primaba la velocidad y la
disminución de peso. Petersen fue uno de los precursores de la biomecánica
en el ciclismo, en la medida que comenzó a utilizar el “factor Q de la
bicicleta” (además de muchos otro parámetros) como la distancia entre las
caras externas de las bielas medidas en planta y en perpendicular al cuadro,
lo cual se parece bastante a la definición que la biomecánica nos
proporciona para el caso de la cadera. Anteriormente este factor era
conocido como “tread”(como es lógico por la fecha de publicación, este
término, no tiene ningún otro equivalente cercano o lógico traducido al
castellano, dado que la investigación en este campo, no ha sido un objeto de
valor hasta hace unos años).
Desde que Petersen consolidase este término, practicamente todos los
fabricantes de bicicletas tomaron dicho parámetro como un factor de diseño
para sus modelos. Aun así, cabría destacar que esta distancia no es la misma
que la proporcionada por la descripción de la biomecánica [14].
El dato que los fabricantes proporcionan es la distancia entre las caras
externas de las bielas ya montadas sobre el pedalier. En la Figura 2 se puede
ver de forma clara y precisa la definición gráfica de este término.
Aun así, esta definición tampoco refleja la distancia real o efectiva que
un ciclista soporta entre sus pies cuando se encuentra pedaleando, dado
que al valor proporcionado por el fabricante, habría que añadir la distancia
entre la cara externa de la biela y el punto a lo largo del eje, donde se sitúa
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el centro del pedal. En algunos casos esta medida se aproxima mediante la
mitad de la longitud del eje del pedal en cada lado, que al fin y al cabo es la
distancia de un solo pedal. Así, midiendo la distancia entre los puntos
medios de los ejes de los pedales, sí obtendríamos una visión realista de la
distancia que un ciclista tiene entre sus pies cuando se haya pedaleando
encima de la bicicleta. A esta distancia, a la distancia entre los puntos
medios de los ejes de los pedales, medida en perpendicular al plano que
forma el cuadro de la bicicleta la denominamos factor Q funcional, que
volviendo a los orígenes del término, guarda un gran parecido en valor
nominal con el utilizado por la biomecánica general o clásica.
De forma general, en el ciclismo no profesional, es la persona la que se
adapta al factor Q proporcionado por los prototipos distribuidos por los
distintos fabricantes, pudiendo ajustar en mayor o menor medida dicho
factor a base de afinar en la adquisición de componentes como pedalier, o
pedales. Todo lo contrario que en el caso profesional, en el que
prácticamente en la totalidad de los casos, la bicicleta está hecha a medida
para adaptarla a las dimensiones biométricas del sujeto.
Después de dejar presente este aspecto, se exponen de manera
orientativa en el siguiente punto los factores que pueden influir en la
variación del factor Q, aunque no obstante daremos un rango de valores
considerados comunes en las bicicletas de entorno no profesional:
Hace unos 50 años el CONI (Comité Olimpico Nacional Italiano)
determinó que la distancia de las crestas ilíacas de un ciclista tipo mide
unos 260 mm de media, y así se estableció esta distancia como modelo de
factor Q. En nuestro caso el factor elegido para la experimentación es de
267 mm
En la Figura 1, la línea roja pretende definir un plano paralelo al plano
del cuadro de la bicicleta y conteniendo el extremo de la cadera o el punto
medio del pie. Puede darnos una perspectiva más clara de lo que el factor Q
representa.
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Figura 1. Factor Q (Biomecánica)
Figura 2. Factor Q (Fabricantes de bicicletas)
A continuación veremos qué factores pueden influir en la media de
dicho factor y en la medida de lo posible, acotaremos el rango de valores
que determinarán dicho factor:
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2. Medida del cuadro (Los fabricantes lo determinan “Talla” o “Size”):
Existen varias medidas de cada fabricante y modelo para adaptar el
producto comercial al usuario. Como es lógico, se utilizará una talla mayor
o menor, en función de la altura del sujeto. Lo más común es encontrar 3 o 4
tallas por modelo de bicicleta, aunque no es extraño encontrar medidas
intermedias o incluso por encima o debajo del rango habitual. Como es
lógico cada marca tiene sus propias medidas y número de tallas, así que
bajo un punto de vista objetivo no tiene sentido entrar a valorar las diversas
tallas de cada fabricante dado que para cada una de ellas, existirá
prácticamente una configuración para alcanzar la medida requerida en
cada parámetro configurable y por tanto variable en biomecánica.
Este parámetro no va a influir lo más mínimo en la medida que
buscamos, si bien existen varias medidas de la caja de pedalier, es la medida
del eje (siempre y cuando exista, en función del sistema utilizado) la que va
determinar la posible separación que pudiese haber entre los pies al
pedalear.
3. Pedalier
La caja de pedalier es la parte cilíndrica del cuadro donde va integrado el
pedalier, y este último, es la pieza o conjunto de piezas que se encarga de
separar la parte fija de la bici, y la parte móvil. Encontramos dos grande
grupos en una primera clasificación de este elemento, sistemas para
cuadros con caja de pedalier con rosca y sin ella. Refiriéndonos siempre a la
caja de pedalier. A partir de esta característica comenzaremos nuestra
clasificación.
5.1 Sistemas de pedalier para cuadros roscados
En base a la clasificación ya hecha, podemos encontrar dos tipos de
sistemas, los compactos o carretes, en los cuales el conjunto viene ya
integrado en un cilindro estanco, y los de cazoletas, compuestos por dos
piezas cilíndricas las cuales entran roscadas cada una a un lado del cuadro y
harán las veces de rodamiento, o de alojamiento para los mismos.
Como es lógico y debido a la antigüedad de este sistema, hay distintos
tipos de roscas, las cuales estaban establecidas como estándares en sus
lugares de procedencia hace casi un siglo. A modo de interés se enumeran
los siguientes estándares:
-El BSC (British Standard Cycle), BSA o estándar Inglés, que se ha
convertido en una norma internacional ISO y es el más común. Dos medidas
para el ancho: 68 mm (el más normal) o 73 mm y 1,37″ (34,8 mm) de
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diámetro, con un paso de rosca de 24 hilos por pulgada, 1,06 mm por hilo y
rosca inversa en el lado derecho, es decir, sentido de apriete contrario a las
agujas del reloj. En ciertos casos se puede montar un pedalier de 73 mm en
una caja de pedalier de 68 mm utilizando arandelas espaciadoras, pero no a
la inversa. También hay sistemas pedalier compatibles 68/73.
-El estándar Italiano, menos popular pero todavía utilizado por
ciertas marcas. La caja del pedalier mide 70 mm de ancho y 36 mm de
diámetro, con un paso de rosca de 24 hilos por pulgada, 1,06 mm por hilo y
apriete normal en ambos lados.
Además de estos dos, hay muchos otros que no son tan ampliamente
utilizados:
-Estándares francés y suizo. Estos estándares no se usan de forma
comercial, pero dada la creciente utilización de modelos antiguos sobre
todo por los amantes de la moda “vintage” o modelos “fixie”, aún se puede
encontrar alguno aunque sean de fabricación artesanal. Tienen 35 mm de
diámetro y 1 mm por hilo de paso de rosca, que en el caso del suizo es
inverso en el lado derecho.
Para este tipo de cuadros, normalmente se usan pedaliers compactos
llamados frecuentemente “carrete” por su similitud con un carrete
fotográfico y los sistemas de cazoletas.
Normalmente los compactos difieren respecto al tipo de eje de
pedalier, existen muchos sistemas específicos, podríamos dedicar un
capítulo exclusivamente a esta pieza, dada su variedad, pero para hacernos
una idea los tipos más usuales son:
Eje de cuadradillo (el clásico, menos sólidos que los sistemas más
modernos pero siguen siendo muy habituales en el mercado en gamas bajas
y medias. Son estancos y longevos y los hay de buena calidad). Hay dos
estándares: ISO y JIS. El ISO es empleado a menudo por fabricantes
europeos. El cuadradillo tiene un ancho de 12,5 mm. El JIS, estándar japonés
de marcas como Shimano, tiene un ancho de 12,63 mm. La diferencia es
mínima, pero suficiente para generar posibles problemas de compatibilidad
con el juego de pedalier platos/biela. Es posible montar un juego de
pedalier ISO en un eje de pedalier JIS, pero no a la inversa, ya que
tendremos una holgura mínima que acabará generando deformaciones en la
pieza como consecuencia de la fricción metálica.
Eje Isis. Parecido al de cuadradillo, pero con eje estriado.
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Eje Octalink. Eje estriado de 8 ranuras, un estándar propio de
Shimano.
5.2 Sistemas para cuadros no roscados
Básicamente este tipo de sistemas se componen de una parte fija, un
eje móvil, y unos rodamientos entre las dos anteriores. Aunque como
sucede con cada pieza de la bicicleta, hay una gran variedad de sistemas
y modelos, en la actualidad el sistema más extendido es el BB30:
Pedalier con rodamientos externos: El eje es independiente del
cartucho del pedalier, ya que es solidario a la biela del lado de los platos.
Prácticamente cada marca tiene un estándar con una pequeña
característica, pero básicamente son todos los sistemas iguales
Biela y eje solidarios: Es la última tendencia en cuanto a pedalier se
trata, este sistema permite la disminución de peso dado el menor empleo
de material y la alta calidad de los mismos, como no podía ser de otra
manera esta subida de calidad se refleja en un aumento notable del
precio. Este sistema consta de un eje normalmente hueco (aunque no
tiene por qué), solidario a una de las bielas (normalmente la derecha)
introducidos en el hueco del cuadro, los cuales hacen las veces de caja de
pedalier y eje del mismo. Cabría remarcar que el eje hueco corresponde
siempre a una caja de pedalier con rodamientos externos, pero no sucede
lo mismo a la inversa. En la Figura 3 se muestran un pedalier con eje
solidario a la biela y en la Figura 4 unos rodamientos externos
(cazoletas):
Figura 3. Eje de pedalier solidario a la biela
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Figura 4. Cazoletas de pedalier
5.3 Caja de pedalier
Una característica importante y prácticamente la única importante
en lo que a este estudio concierne a la hora de elegir el conjunto de
pedalier es la longitud del eje (en los tipos normales, ya que en algunos
sistemas la longitud es única). Es decir, por poner un ejemplo, no basta
con saber que necesitamos un pedalier de cuadradillo de 68 mm, ya que
este es el ancho del cartucho que va montado en la caja del pedalier, sino
que debemos elegir también la longitud del eje. Su elección está
determinada por la caja de pedalier, el conjunto plato/biela y la línea de
cadena deseada. Una medida de eje muy común es la de 113 mm, pero se
da solo como referencia, ya que como se verá en los catálogos
comerciales existe una gran variedad, casi tantas como configuraciones
posibles. A continuación se muestran varias cajas de pedalier de distintos
fabricantes para dar una idea del elemento a tratar:
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Figura 5. Cajas de pedalier
Existen algunos otros estándares propios de algunas marcas,
reservados a modelos de carretera de muy alta gama, utilizados en
programas deportivos de élite. Por razones obvias, la información sobre
este tipo de diseños es bastante escasa e inaccesible, lo cual nos hace casi
imposible proporcionar más información al respecto. Y dada la generalidad
de este proyecto, tampoco sería representativa la información, dado que se
trata de casos con piezas hechas a medida, las cuales buscan afinar al
máximo la integración del sujeto con la bicicleta.
4. Bielas:
Es la pieza que conecta el pedal con el eje de pedalier. Hay varias
formas de elegir el tamaño adecuado de biela para cada sujeto, pero dado
que para cada uso de la bicicleta (cross, pista, contrareloj, descenso,
travesía, rehabilitación médica o deportiva…) se utiliza un tipo o longitud de
esta pieza característica, por tanto a la hora de seleccionar dicho
componente o la dimensión del mismo, pondremos especial atención al uso
y en función del mismo tomaremos un método de cálculo característico.
La medida más común utilizada por ciclistas no profesionales en un
tipo de ciclismo mixto, son 170 para tallas de cuadro pequeñas y 172,5 para
cuadros grandes. Con estas medidas, estableceríamos una bicicleta
polivalente o estándar. Teóricamente, para cada medida de altura del sujeto,
debería corresponder una longitud de biela, pero la diferencia es tan
pequeña entre las distintas medidas existentes en el mercado, que hace casi
universales las medidas dadas anteriormente.
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Como se ha dicho anteriormente, para cada uso específico se tomará
una longitud de biela. Es por eso, y dado la escasa aportación de la biela al
factor Q, o más bien, la escasa aportación de la variación de la longitud de
biela a la variación del factor Q, por lo que este elemento no va a tener una
relevancia notable.
5. Pedales:
Conjunto de dos piezas paralelas entre sí y perpendiculares con
respecto al plano del cuadro. Al ser paralelas las roscas de ambos pedales
serán cada una en una dirección. Concretamente el pedal derecho tendrá
rosca a derechas (sentido anti-horario), y el pedal izquierdo rosca a
izquierdas (sentido horario).
Existen infinidad de tipos de pedales, pero para el estudio que aquí
nos concierne, distinguiremos entre pedales de apoyo simple y pedales
automáticos o calas, aunque dentro de las calas también podríamos hacer
un estudio de mercado para este producto, dada la inmensa variedad de
sistemas de anclaje, nuevamente, cada marca o fabricante tiene un sistema
propio.
Los pedales clásicos o simples se caracterizan por tener una
superficie de apoyo bastante más amplia que en caso opuesto, es decir, el
pie tiene un apoyo simple, sin ningún tipo de anclaje o sujeción a la hora de
pedalear, lo que se traduce en giros y desplazamientos permitidos entre el
pie y el pedal.
Los pedales automáticos, se caracterizan por incluir al pie como un
cuerpo solidario al pedal, de forma que se eliminen deslizamiento, rotación
o se pierda el vínculo entre ambos elementos, lo que hace muchísimo más
efectiva la transmisión de fuerza del sujeto al sistema de propulsión, dado
que además de transmitir el empuje compresivo casi sin pérdidas, permite
simultáneamente realizar una tracción con la pierna opuesta a la que
trabaja a compresión.
Dado que este proyecto busca el determinar los ángulos de variación
de las articulaciones de forma general entre una población tipo,
realizaremos medidas con ambos tipos de pedales, dado que, aun siendo
una inmensa minoría, cada vez más usuarios se decantan por sistemas
pedales automáticos o anclajes para los pedales.
La longitud de eje de rotación de los pedales, está casi establecido
como un estándar, aunque nadie se atreva a denominarlo como tal, y añado
el casi, puesto que existen determinados modelos, los cuales han sido
lanzados en los últimos años con un eje un poco mayor que el estándar. En
los catálogos técnicos se ofrece información técnica sobre los productos que
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ofrece cada marca y sus modelos de largo de eje especial, este cuenta con un
eje 4 mm más largo que el resto, para satisfacer las necesidades de algunos
usuarios tales como ciclistas de caderas anchas, con pies grandes, talones
girados hacia el interior, o zapatillas de horma ancha. El estándar para esta
pieza es de 70 mm en su longitud efectiva. En la figura 6 se puede ver de
forma más precisa la descripción de esta medida de un pedal estándar:
Dado la creciente demanda de material para ciclismo y la
especialización en algunos casos, en el último año, hay al menos un
fabricante que ya ofrece ejes de distinto largo. Se pueden consultar algunos
catálogos técnicos online en las direcciones web que aparecen en la
bibliografía [26,27].
Figura 6. Eje de pedal
6. Planos y ejes de movimiento del cuerpo humano
Antes de entrar a conocer la biomecánica de la rodilla, y de cualquier
articulación en general, es necesario determinar ciertos sistemas que nos
ayudarán a la unificación y estandarización de los distintos movimientos que
dicha articulación llevará a cabo.
Hay varias acepciones para la designación de planos y ejes en biomecánica,
lógicamente, en función del autor, nosotros tomaremos los que por uso están
más extendidos [15]. También, dependiendo del autor y del objeto de estudio,
se pueden definir ejes globales, asociados a todo el cuerpo y referenciados al
centro de masa del mismo, o en el caso de hacer un estudio de una articulación
específica, se toman ejes locales, con origen en el centro de la articulación.
26
Existen tres planos de referencia con respecto a la posición anatómica, que son los siguientes con sus respectivas características. También suelen denominarse “cortes” al dividir al elemento anatómico en 2 mitades [14].
Plano frontal o coronal: Sería aquel plano que pasaría paralelo a la frente cortando al sujeto en 2 mitades y con respecto al mismo se presentan las siguientes caras o vistas.
Vista ventral o anterior: Nos referiríamos a la parte delantera del elemento anatómico. Por ejemplo veríamos desde la mitad hacia el pecho del elemento anatómico. Vista dorsal o posterior: Nos referiríamos a la parte trasera del elemento anatómico. Por ejemplo veríamos desde la mitad hacia la espalda del elemento anatómico.
Plano sagital: Sería aquel plano que pasaría justamente por la mitad del
elemento anatómico, dividiendo a este en 2 mitades iguales. Estaríamos
hablando de un corte que pasa por puntos como la nariz y el ombligo.
Distinguiríamos 2 porciones.
Porción medial o interna: Nos referiríamos a la parte más próxima a la línea media del cuerpo, en definitiva a la línea que ha realizado el corte. Porción lateral o externa: Nos referiríamos a la parte más alejada de la línea media del cuerpo, en definitiva lejos de la línea que ha realizado el corte.
Plano trasversal: Sería aquel plano que esta paralelo al suelo y divide el
cuerpo en 2 mitades y con respecto al mismo se presentan varias porciones.
Porción craneal, superior, cefálica, o proximal (este último término reservado únicamente para las extremidades). Porción caudal, inferior, podálica o distal (este último término reservado únicamente para las extremidades).
Puesto que el movimiento que aquí se plantea es si no en su totalidad, sí en
gran medida un movimiento rotacional, nos será de gran ayuda la introducción
de unos ejes de rotación asociados a los planos definidos anteriormente:
Eje Sagital o Antero-posterior: Se extiende horizontalmente desde la parte
posterior a la parte anterior del cuerpo. Lo determina la intersección del
plano Sagital y Horizontal
Eje Frontal o Transversal: Se extiende horizontalmente de izquierda a
derechas. Lo determina la intersección de los planos Horizontal y Frontal
Eje vertical: Eje vertical que recorre el cuerpo de forma axial. Intersección
de los planos Sagital y Frontal
27
A continuación, en las siguientes ilustraciones puede verse claramente los
planos y ejes descritos anteriormente [15, 16]:
Figura 7. Planos del cuerpo
28
Figura 8. Ejes principales del cuerpo [14]
Dado que nuestro estudio será de articulaciones concretas y a nivel
local, los ejes serán a nivel local, estableciendo un sistema de referencia en
cada articulación tomando como eje principal en cada caso, los ejes de
referencia o principales de cada articulación.
7. Biomecánica básica
Como probablemente ya habrá intuido el lector, se hará el estudio del
miembro inferior durante el ciclismo, basándose en los resultados del
movimiento de las tres articulaciones existentes en el mismo. Estas
articulaciones son cadera, rodilla y tobillo. Aunque desde el punto de vista
ingenieril, sería extremadamente osado, asegurar o rechazar que la
funcionalidad de alguna de las tres articulaciones prevalece sobre el resto,
vamos a centrar este apartado fundamentalmente en la biomecánica de la
rodilla, puesto que es a esta articulación, a la que infinidad de autores han
dedicado cientos de artículos y estudios sobre el dolor y las lesiones de los
cuerpos tendinoso en la misma durante el proceso, o debido a la práctica
del ciclismo [4, 7, 9, 10].
Irremediablemente habrá que recurrir al estudio cinemático de cadera y
tobillo, para argumentar la cinemática de la rodilla, dado que las tres
29
articulaciones pertenecen a un mismo miembro y están obligadas a
moverse en sintonía. Aunque por la razón ya expuesta,
“La articulación de la rodilla desde el punto de vista mecánico es
sorprendente, dado que realiza dos funciones que pueden ser contradictorias”
[17, 18]
La rodilla constituye uno de los elementos más complejos del cuerpo
humano, debido a su diseño. Esencialmente es una articulación dotada de
un solo sentido de libertad de movimiento: la flexión-extensión, o rotación
en torno a su eje transversal; pero de manera accesoria posee otros dos
grados de libertad: la rotación interna/externa, y la rotación o movimiento
de abducción/aducción, que solo aparece cuando la rodilla está flexionada.
Con todo lo anterior y lo que se expondrá a continuación, la rodilla
consigue sus 2 objetivos básicos: amplia libertad de movimientos y total
estabilidad, sobre todo en extensión completa; posición en la que soporta
grandes presiones, debidas al peso del cuerpo y la longitud de los brazos de
palanca. [8]
Puesto que el objeto de nuestro estudio es la determinación de los
ángulos anómalos o perjudiciales en las articulaciones del tren inferior, y
por consiguiente en la rodilla, se presupone como punto de partida
necesario, el conocimiento del normal funcionamiento de dicha articulación.
En la siguiente tabla se muestra los resultados de un estudio previo [6] en
los que se proporcionan rangos de valores aceptables en los cuales las
articulaciones del tren inferior desarrollaría un funcionamiento en
condiciones normales durante el pedaleo en una bicicleta, separando dos
situaciones: ciclistas profesionales y aficionados:
30
Figura 9. Tabla de ángulos de la rodilla en ciclistas [6]
EEM: Error Estándar de la Media ROM: Rango de movimiento, de sus siglas en inglés
Como se puede ver en cualquier estudio biomecánico de la rodilla, a
continuación se extraen rangos de los ángulos considerados como normales de la
rotación (Flexión/Extensión o rotación principal) de la rodilla, estos valores
podrán dar una idea de si lo valores obtenidos son razonables o no:
Flexión/Extensión: Tomando como referencia la posición recta o
alineada con el cuerpo de la extremidad (cuando el tobillo está más
alejado de la nalga), la posible rotación llevada a cabo en el movimiento
de flexión(acercamiento del pie a la nalga por la parte posterior de la
pierna), generalmente está estrechamente ligada a la postura de la
cadera y los grupos musculares que unen ambas articulaciones, pero de
forma aproximada la rodilla puede rotar activamente un ángulo de entre
120º y 140º, dependiendo de si la cadera está en extensión o flexión
respectivamente.
Así mismo es capaz de alcanzar los 160-170º de forma pasiva, este es
el límite permitido por las estructuras musculares y óseas del muslo y la
pantorrilla, permitiendo así el contacto del talón con la nalga.
Rotación sobre el eje Vertical: Frente a la posición de equilibrio o
referencia, que sería la que el pie apunta hacia el frente, o como se puede
encontrar en otras publicaciones, ligeramente rotado hacia la cara
31
externa del pie, existe la posibilidad de rotación interna y externa. La
externa, la que se lleva a cabo con el movimiento de abducción del pie,
esta rotación es posible hasta unos 40º, pero depende en gran medida
de la flexión de la rodilla, ya que cuando dicha flexión es de unos 30º la
rotación no puede ir más allá de 30º o 35º. La otra posibilidad es la
rotación interna, llevada a cabo mediante el movimiento de aducción del
pie, es decir, cuando la punta del pie tiende hacia el plano sagital, esta
rotación está en torno a 30º.
Estos valores corresponden a situaciones de rotación activa, ya que
son las funcionales y las que nos interesan para nuestro estudio.
Rotación sobre el eje Sagital: Esta rotación sería la que llevaría a
cabo la rodilla si miramos al sujeto de frente. Se suele denominar
automática, ya que se lleva a cabo de forma involuntaria, sobre todo al
final de la extensión y el comienzo de la flexión. Lógicamente el valor de
este ángulo variará mucho en función de la estructura muscular del
sujeto. Este movimiento se conoce como de abducción/aducción de la
rodilla.
Dado el objeto de este estudio, intentaremos aislar la biomecánica de
la rodilla y en la medida de lo posible escoger aquellas partes que puedan
resultar más interesantes para nuestro estudio. Es así, que al aumentar el
factor Q, o dicho de otra forma, al separar los pies, la forma que la pierna
tiene de adecuarse a dicho desplazamiento son infinitas, sin embargo
describiremos las dos más extremas, entiéndase que en función de la
estructura ósea o muscular y teniendo en cuenta la condición física, cada
sujeto se tenderá más a un externo u otro, pero siempre contendrá una
combinación de ambos movimientos de adaptación.
El primero es manteniendo la parte superior de la pierna en la postura
natural que tendría en un pedaleo con un factor Q convencional y al alejar el
pie del plano sagital, la rodilla realizaría un giro en el eje sagital, lo cual
conllevaría una inclinación del eje frontal de la misma, además de una
flexión en el eje sagital del tobillo bastante pronunciada. Con esto se deduce
que al mantener la postura que la pierna tiene en el pedaleo con un factor Q
convencional la adaptación la llevan a cabo la rodilla y el tobillo.
El segundo caso vendría proporcionado cuando la parte superior de
la pierna se desplaza en el plano horizontal, aumentando el ángulo de la
pelvis o el ángulo que formarían ambas piernas entre sí. En este caso, la
pelvis realiza un desplazamiento lateral para adaptar la estructura de la
pierna a la nueva situación, y tiende a que el tobillo mantenga el eje frontal
invariante (sin rotación) con respecto al eje sagital, aunque esta nueva
32
situación introduzca una nueva rotación en el eje vertical. Este movimiento
provocaría una torsión en la parte inferior de la extremidad, arrastrando en
sus extremos al tobillo y a la rodilla, obligándolos a solidarizarse con dicha
torsión, es por tanto que tanto el tobillo como la rodilla se encontrarían
sometidos a una rotación sobre el eje vertical correspondiente.
Tal y como se ha expuesto anteriormente, la rodilla lleva a cabo una
serie de movimientos para adecuar su morfología a la nueva situación de
aumento del factor Q, dicha adaptación no es sino una conjunción de los dos
casos expuestos más arriba que conlleva una mayor o menor proporción de
uno u otro en función de la longitud total de la pierna, estructura ósea, masa
y estructura muscular, longitud y elasticidad de los cuerpos tendinosos,
condición física etc.
2. Descripción del montaje A continuación vamos a determinar el montaje de la bicicleta y accesorios
utilizados en la toma de datos, así como las medidas características que se han
tomado en la adaptación de la bicicleta al sujeto.
Las medidas se han llevado a cabo en una bicicleta de carretera sobre un
rodillo. En las Figuras 10 a 13 se muestra alguna imagen del montaje.
Figura 10. Rodillo isométrica
Figura 11. Rodillo alzado
33
Figura 12. Rodillo planta
Figura 13. Rodillo perfil
Se puede observar en la Figura 14 las medias características de nuestro
montaje.
Sc: 560 mm
h: 160
Rs: 58
Hs: 770 mm
Ats: 74º
L: 72,5 mm
Factor Q: 267 mm
A parte de la configuración establecida para la bicicleta, se han incluido
unas piezas separadoras, para adaptar entre los pedales y las bielas y así, aumentar
el factor Q desde los 267 mm normales de la configuración actual de la bicicleta
hasta los 367 mm, medida la cual no es normal encontrarla en una configuración
típica, pero se ha proporcionado dicho valor para hacer más notables los efectos
buscados. Para más detalles, se incluye un anexo II del diseño, el cálculo y la
construcción de las mismas en el apartado pertinente. Seguidamente se muestra
una imagen de dicha pieza:
Figura 14. Esquema de medias
34
Figura 15. Pieza separadora frontal
Figura 16. Pieza separadora perspectiva
En las siguientes Figuras 17 y 18 se muestran como quedan las piezas separadoras
montadas en la bicicleta y con los pedales puestos
Figura 17. Montaje separador
Figura 18. Montaje separador i
3. Medidas del sujeto Para el correcto funcionamiento del software Nexus de la compañía Vicon
(se detallarán las características de la herramienta en el siguiente punto), así como
para tener una buena caracterización del sujeto, será necesario proporcionar en la
interfaz de Vicon Nexus una serie de medidas:
Serán las siguientes:
Height: Altura del sujeto: 1830mm
LegLength: Es la distancia desde un lado de la pelvis hasta el centro del
eje de la rodilla por el interior de esta: 1040mm
35
AsisTrocanterDistance: Desde el eje de la rodilla anterior hasta la
prominencia del tobillo por dentro de la pierna: 46 mm
KneeWidtch : La anchura del eje de la rodilla: 110mm
AnkleWidth: La anchura del tobillo. Tanto para el ancho de la rodilla
como del tobillo es aconsejable usar un calibre para medir: 80 mm
A continuación, se muestra cómo quedarían las medidas introducidas en el programa:
Figura 19. Pantalla Nexus
4. Toma de datos Las mediciones de laboratorio se llevan a cabo mediante sesiones de
Motion capture, para ello nos valdremos de la ayuda de la herramienta Nexus 2.1,
un software desarrollado por la empresa VICON, en colaboración con la
Universidad de Oxford.
En el proceso de toma de datos, se recogen imágenes en 2D, datos de
movimientos en un medio predefinido, es decir en un volumen de captura
mediante cámaras de video. Estos datos se almacenan digitalmente y se procesan
36
como imágenes en 3D para su visualización y post-procesado, todo ello gracias al
software de Vicon. [22]
Vicon Nexus se compone de un software de captación y análisis y un hardware
compuesto por:
Cámaras de infra-rojos: se encargan de captar la posición y trayectoria de
los marcadores en un mapa 2D que posee cada cámara en particular.
Figura 20. Cámara
Figura 21. Cámara trípode
Figura 22. Cámaras pared
BUS de datos: responsable de la transmisión de información entre las cámaras y
la unidad central de cálculo.
Unidad central de control: recoge los datos captados por las cámaras (2D), y
compone una imagen en 3D capaz de reproducir el movimiento real del sujeto
objeto de estudio.
En la siguiente imagen se muestra un esquema del sistema global con todos sus
elementos, el cual nos puede dar una visión general bastante amplia del montaje:
37
Figura 23. Esquema general Nexus
Con los resultados (datos numéricos, de posición, velocidad y aceleración de
los marcadores), el sistema es capaz de obtener la cinemática, y con el protocolo de
cálculo de tren inferior “Plug-in Gait” se podrá obtener datos de cinemática, y con
esto tener gráficas de los ángulos de las articulaciones del tren inferior.
5. Colocación de los marcadores Los marcadores son elementos reflectantes que proporcionan puntos de
referencia, y que colocados en puntos concretos del cuerpo, dan al sistema de
captación una distancia entre los mismos, para interpretar el movimiento.
La colocación de los marcadores, está impuesta por el fabricante del
programa de medida (Vicon) en función del protocolo de cálculo que se pretenda
usar. No obstante, la correcta colocación es bastante complicada si no se cuenta
con un experto en fisiología o colocación de estos marcadores, y como no podía ser
de otro modo, la repetitividad [5, 13], será un factor decisivo, el cual influirá
notablemente en los resultados finales.
A continuación se muestra los datos proporcionados por el fabricante para
una correcta colocación de los marcadores. A parte de una descripción textual, la
imagen de la guía del programa puede darnos de forma bastante intuitiva una idea
del punto aproximado de colocación del marcador.
38
Figura 24. Esquema de colocación de marcadores VICON NEXUS [22]
Ahora pasamos a describir brevemente la colocación exacta de cada par de
marcadores (L y R) que se han utilizado para las mediciones de laboratorio en este
proyecto:
L/RASI
Situado directamente sobre la espina iliaca superior anterior derecha/izquierda
L/RPSI
Sobre la espina iliaca superior posterior derecha/izquierda.
L/RTHI
Coloca el marcador a una altura de 1/3 de la distancia del muslo, justo debajo de
donde cae la mano estando de pie, aunque la altura no es crítica.
L/RKNE
Localizado en el epicóndilo lateral derecho/izquierdo de la rodilla.
L/RTIB
Similar al marcador del muslo, esta vez localizado a un 1/3 de la tibia para
determinar la alineación entre la rodilla y el tobillo.
L/RANK
Localizado en el maléolo lateral a lo largo de la línea imaginaria que pasa a
través del eje trans-maleolar.
39
L/RTOE
Colocado sobre el segundo metatarso, en el la mitad entre el final del dedo y el
final.
L/RHEE
Puesto en el calcáneo a la misma altura que el marcador del dedo del pie.
Para ilustrar de forma gráfica el contenido teórico anterior, se muestran algunas
fotos de algunas de las sesiones de medida en el laboratorio:
Figura 25. Marcadores pierna
Figura 26. Marcadores Espalda
Figura 27. Marcadores Cuerpo
Figura 28. Marcadores Tobillo
Como en todo estudio científico/técnico es necesario controlar en la medida
de lo posible todas, o al menos, el máximo de variables posibles, que puedan
afectar a la medida. A continuación veremos como la colocación de los marcadores
va a jugar un papel decisivo a la hora de realizar la toma de datos para nuestro
estudio en el laboratorio, dependiendo de este paso, en gran medida el éxito o el
fracaso de la medida realizada por la distorsión producida y en la desviación típica
o estándar. En las figuras siguientes se exponen las curvas de tres días con distinta
40
colocación de los marcadores. En estas curvas, se muestra de forma cualitativa y
para que el lector pueda tener una imagen general, la variación entre curvas de
distintos días en forma, valor e incluso fase de avance del marcador en función de
los grados recorridos por la biela. Aunque no aparezca explícitamente, los valores
del eje horizontal van desde 0º a 360º, es decir, en sí representan una vuelta
completa de biela, tomando como 0º la posición en la que la biela izquierda está en
su punto más alto.
Como se puede observar en la Figura 29, las medidas llevadas a cabo en
distintos días, y por consiguiente con una colocación distinta de los marcadores,
tienen bastante dispersión entre una y otra, ya no solo en cuanto a los valores, los
cuales pueden variar en función de la calibración de las cámaras, sino en la forma
de la curva, lo cual nos puede dar una idea de cuan deficiente es una medida con
respecto a otras. Por ello vamos a evitar siempre y cuando se posible, cualquier
desviación con respecto a las indicaciones del fabricante. Y por supuesto, vamos a
fijar en la medida de lo posible la colocación del marcador entre distintas sesiones.
Para ello una vez alcanzada una posición correcta del marcador, se procederá a
dibujar una marca en el sitio del marcador con un rotulador de tinta permanente.
Se considerará una medida válida, y por tanto una colocación adecuada del
marcador aquella que a través de la experiencia, consiga dispersiones bajas entre
medidas de distintos días.
41
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(i)
Figura 29. Gráficas cuantitativas de colocación de marcadores
Además de varianza en la colocación de marcadores, otro factor que varía
notablemente las medidas, es el grado de fatiga del ciclista. Como se puede ver en
la siguiente gráfica de un estudio realizado a una amplia población de ciclistas
durante sesiones de medida de distinta duración [17]:
-20
-10
0
10
20
30
40
Ankle X
-20
-15
-10
-5
0
5
10
Ankle Y
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
Ankle Z
0
20
40
60
80
100
120
Knee X (Flex)
-25
-20
-15
-10
-5
0
Knee Y (Rot)
-5
0
5
10
15
20
25
30
Knee Z (Abd)
-6
-4
-2
0
2
4
6
Pelvis Hip Y
-6
-4
-2
0
2
4
6
Pelvis & Hip Z
0
10
20
30
40
Pelv & Hip X
42
Figura 30. Variación en función de la fatiga
Así, y una vez quedando patente la influencia de la fatiga física en la
variación de las curvas, cabe remarcar que las medidas llevadas a cabo durante
este estudio, no superan en ningún caso los 30 o 40 segundos, con lo cual
podríamos despreciar para esta serie de medidas el susodicho factor de fatiga.
Para evitar la variabilidad en la medida de lo posible, y tomar valores
representativos, se han realizado medidas de cinco días distintos, y con los datos
se ha obtenido la media y la desviación típica de las curvas. Es por tanto el
conjunto de datos proporcionados, una combinación de valores de varios ensayos
Resultados experimentales
Una vez establecidos todas las bases para realizar adecuadamente, la
preparación del equipo, colocación de marcadores y la toma de datos
satisfactoriamente vamos a llevar a cabo una serie de mediciones, de las que se
obtienen los siguientes resultados de forma gráfica.
Los datos han sido tratados para adecuarlos al análisis, dicho tratamiento
ha sido posible gracias a herramientas como Microsoft Excel, Visual Basic for
Applications, Matlab o Microsoft Acces. Para más información sobre el tratamiento
de datos, pueden hacer su consulta en [email protected]
Los datos se representan gráficamente, en estas gráficas se expondrán la
evolución de los ángulos a lo largo de dos vueltas de biela (720º), tomando 0º en el
punto más alto de la biela izquierda. Todas Las gráficas de todos los ensayos
pueden encontrarse en el Anexo 1. Datos de mediciones
43
6. Interpretación de resultados A continuación se expone la interpretación de los resultados de las medidas
llevadas a cabo. Se han recopilado los datos de las medidas de 5 días distintos (en
cada gráfica cada día se representa como Exp. seguido de un número), a los cuales
mediante tratamiento de datos, se les ha calculado la curva media y una banda de
desviación estándar superior e inferior en cada caso.
La Figura A79 muestra los resultados de varios días y la línea media de
todos ellos, el Figura A80 muestra esta media obtenida previamente, y las bandas
de desviación. Dichas bandas son el resultado de sumar y restar la desviación
típica en cada punto. Como se puede apreciar en estos gráficos, existe una
dispersión de entre 0º y 10º, y la amplitud máxima de dicha dispersión está muy
localizada en los mínimos, lo cual para una amplitud de casi 100º supone un
máximo en torno a un 10% el cual tenemos localizado. Se ha escogido esta pareja,
pero podría haber sido cualquier otra pareja que represente la dispersión de los
ángulos en torno al eje frontal de la rodilla o tobillo, las gráficas que representan
dichos valores pueden encontrarse en el Anexo 1. Datos de mediciones
Figura A1.Cálculo de la curva media
0
20
40
60
80
100
120
140
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
44
Figura A2. Media y desviación típica
A continuación, en las Figuras A81 a A84 se exponen parejas de gráficas con
gran dispersión
Como se puede extraer del análisis visual de las gráficas, la dispersión es
similar a la obtenida en el eje frontal, una en torno a 10º y otra en torno a 12º de
forma casi constante a lo largo de la curva, y además en estos casos la amplitud de
la medida es de 12º y 20 º respectivamente, lo cual introduce un error del 60% en
el mejor de los casos. Como ya habrá supuesto el lector, los datos aquí expuestos
rechazan cualquier razonamiento de base científica ya que la incertidumbre
introducida en los cálculos es muy elevada.
Figura A3. Cálculo de la curva media
0
20
40
60
80
100
120
140
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
45
Figura A4. Media y desviación típica
Figura A5. Cálculo de la curva media
Figura A6. Media y desviación típica
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
46
Existen algunos otros casos que también presentan una desviación típica
bastante ajustada, pero en esos casos las variaciones entre una medida y otra
también son muy parecidas, por lo que cualquier pequeña variación falsearía los
datos. A continuación, en las Figuras A121 y A122 se exponen algunos ejemplos.
Como se puede observar en estas gráficas representadas en las figuras
citadas en el párrafo anterior, y aun haciendo referencia al eje frontal, que como
dijimos antes guarda una dispersión notablemente más baja que el resto de ejes, la
dispersión en este caso es de 1º o 2º, pero la oscilación es también de ese orden, lo
cual introduce una incertidumbre del 100% en algunos de los puntos
Figura A7. Cálculo de la curva media
Figura A8. Media y desviación típica
Al igual que el caso anterior, en las Figuras A123 y A124 se observa una
dispersión máxima de 3º, pero puesto que la variación de la curva media está en
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
47
torno a 1º, esta medida es completamente inaceptable para el análisis de
resultados
Figura A9. Cálculo de la curva media
Figura A10. Media y desviación típica
En el caso de las Figuras A125 y A126, el ratio dispersión- oscilación no es
tan severo como el caso inmediatamente anterior a este, pero aun así, y teniendo
una baja dispersión, 4º de máxima, y puesto que la amplitud de la curva es también
de unos 4º, no podemos aceptar como resultado válido para el análisis estas
gráficas.
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
48
Figura A11. Cálculo de la curva media
Figura A12. Media y desviación típica
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
49
7. Comparación de resultados para dos valores distintos del factor Q
A continuación se procede a la comparación de resultados de un mismo día,
se ha elegido comparar los datos de un día representativo, es decir, un día cuyos
resultados tienen una forma similar a la media, y el nivel en torno al cual se
mueven las curvas, coincide con la mayoría de las curvas de distintos días.
Se presentarán 9 grupos de 4 gráficos cada uno. Estos grupos contendrán 2
gráficas de cada pierna (L, Izquierda y R derecha por sus siglas en inglés), y de cada
pareja una gráfica con una medición con pedal automático y otra con pedal simple,
cada una de las gráficas compararán las curvas de las mediciones con piezas
separadoras (+Q) y sin las mismas (-q), lo cual hará posible comprar situaciones
con distinto factor Q.
Dado que los marcadores permanecen en la misma posición para las 4
experiencias suponemos como único error el de la calibración de la máquina,
eliminando así la variación de medidas debida a la colocación de los marcadores.
Aunque las gráficas pueden encontrarse en el anexo de resultados se muestran en
este apartado también para comodidad del lector:
1. Tobillos. Eje Frontal
Se observa en 3 de las 4 gráficas (Figuras A145, A163 y A164), como el
tobillo lleva a cabo una rotación en torno al eje frontal más amplia en el caso en el
que el pie se aleja del plano del mismo nombre (mayor factor Q).
Cabe hacer mención que en el Figura A146 existe una distorsión de manera
periódica (Máximo de la curva “SIN Cala +Q” entre 270º y 360º) en el caso del
pedaleo con la pieza separadora, la experiencia en el laboratorio nos indica que
puede tratarse de cualquier elemento fisiológico como músculos o tendones, los
cuales llevan a cabo un movimiento brusco debajo de la piel, y el resultante
movimiento “en escalón” del marcador. Se puede extraer de la gráfica, en la cual se
representa el movimiento libre del pie en el ciclo de pedaleo, que el movimiento
natural del pie en el caso de pedaleo con separadores es a rotar menos que en el
caso sin separadores, aunque la interpretación más plausible es que debido a la
irregularidad la curva contiene saltos impropios de dicha medida, es decir, esta
medida es errónea debido a la colocación del marcador del tobillo.
50
Figura A13
Figura A14
Figura A15
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-5
0
5
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15
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-25
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-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-20
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0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
51
Figura A16
2. Tobillos. Eje Sagital
Teniendo en cuenta la diferencia de valores en el eje vertical de los gráficos,
se estima oportuno poner en alerta al lector sobre la discrepancia en la calibración
en ambas piernas, además de la diferencia de amplitudes, la cual puede derivar del
primer supuesto. Una vez hecha dicha aclaración y con la cautela oportuna, el
resultado que se puede extraer de los gráficos es que al aumentar el factor Q, el
tobillo se inclina hacia el interior del cuerpo, disminuyendo así el valor del ángulo
determinado por el eje sagital, es este un resultado lógico, dado que a medida que
separamos los pies entre sí, si queremos mantener las plantas paralelas al suelo, es
necesario inclinar el pie. Tras la obtención de estos resultados y con el
convencimiento del comportamiento lógico de los mismos, se podría asegurar que
a medida que aumente el factor Q, el ángulo del tobillo en torno al eje sagital
disminuye.
Se aprecia claramente en las Figuras A147 y A165 el efecto del pedal
automático, en la medida que mantiene el pie paralelo al pedal, o al menos, varía
menos que en el caso de la experiencia con pedales simples, los cuales se reflejan
en las Figuras 148 y 166. La variación puede deberse a que entre el pie y la bota de
ciclismo hay cierto juego, no es completamente un vínculo fijo.
-20
-15
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0
5
10
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30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
52
Figura A17
Figura A18
Figura A19
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0
2
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
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2
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
53
Figura A20
3. Tobillos. Eje Vertical
Se puede extraer tras visualizar esta serie de gráficas cómo en las Figuras
A149 y A167 de los casos con pedales automáticos, se deduce que el ángulo sería
invariante con la variación del factor Q tenida en cuenta en este estudio. Lo cual es
bastante lógico, al anclar la bota al pedal ambos ángulos deberían ser iguales en
todo instante, o al menos lo más similares posibles. Esto sucede porque el anclaje
de la bota al pedal restringe el movimiento por encima del giro lo que evita que el
pie se despegue del pedal o lo que es lo mismo, que el eje vertical del tobillo
permanezca más rígido frente a la perdida de normalidad con respecto al plano del
pedal. En función del tipo de pedal y de la calidad del mismo, el giro está más o
menos restringido (un pequeño margen).
En la Figura A149 se observa la curva –q por encima de +Q casi en la
totalidad de la medida, pero para ilustrar el siguiente caso centremos nuestra
atención en el entorno de 180º. El efecto de la desviación en esta gráfica es debido
a un menor desplazamiento de la pelvis, lo cual hace que la adaptación tenga que
ser soportada por el resto de articulaciones, se puede comprobar la menor
adaptación de la pelvis en la Figura A159. También se observa como en la Figura
A153 la rodilla lleva a cabo una liberación del vínculo, disminuyendo el ángulo, lo
que refuerza aún más, lo enunciado al principio del párrafo.
No ocurre así con el caso de los pedales simples, se observa como los
valores de +Q están casi en la totalidad del tiempo por debajo (aunque en la Figura
A168 se vea por encima, realmente es por debajo, dada la simetría de los ángulos)
del opuesto, confirmando así, la obligatoriedad que ejercen los pedales
automáticos a llevar esta postura.
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
54
Cabe citar también el desplazamiento en vertical de las curvas de la pierna
derecha, normalmente, los valores típicos son los expuestos en las Figuras A149 y
A150, y se sospecha que este error haya podido producirse por una desviación de
calibración o medición del sistema. Nuevamente producida probablemente por un
error en la colocación de los marcadores, aun así, la amplitud de la oscilación es
bastante similar en valor absoluto, lo cual puede servirnos para llevar a cabo
nuestras comparaciones.
Figura A149
Figura A150
-10
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0
5
10
15
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30
35
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
55
Figura A21
Figura A22
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
56
4. Rodillas. Eje frontal
Según se observa en este grupo de gráficas en las figuras A151, A152, A169
y A170, el movimiento en el eje frontal de la rodilla es prácticamente invariante en
el ambos casos, es decir, la rotación en el eje frontal de la rodilla es la misma
independientemente de la separación de los pies. Por supuesto se puede ver el
error de medida producido en la gráfica 170, la falta de regularidad en torno a
600º es un error, en una situación normal, la gráfica seguiría en la tónica normal
que tienen las otras 3 gráficas del grupo y sí misma anterior al escalón.
Figura A23
Figura A24
0
20
40
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80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
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40
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
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Figura A25
Figura A26
0
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
58
5. Rodillas. Eje Sagital
Nótese como la pierna izquierda aporta unos valores mucho más regulares
y por consiguiente mucho más fiables que la derecha, este tipo de irregularidades
puede deberse a la colocación del marcador, o a la introducción de ruido indeseado
en los captadores ópticos, en esta ocasión todo apunta a que el problema viene
dado por la segunda causa expuesta, dado que cuando es debido a colocación de
marcadores, se observa cierta regularidad con “escalones” como ya hemos visto
anteriormente en otras gráficas y no variaciones de alta frecuencia como en se ve
en las Figuras A171 y A172. Centraremos nuestra atención por tanto en las Figuras
A153 y A154 para hacer los comentarios pertinentes.
El movimiento aquí descrito es el correspondiente al movimiento de la
rodilla que acompaña al movimiento de abducción o aducción del pie, Como se
puede extraer de la biomecánica de miembro inferior,
Se puede deducir de este grupo de gráficas cómo los valores para un mayor
factor Q, proporcionan valores ligeramente inferiores de dicho ángulo, o dicho de
otro modo, al aumentar el factor Q (desplazar el pie hacia fuera, sin movimiento de
abducción o aducción), la rodilla se adecua al desplazamiento del pie combinando
los dos casos descritos en la introducción de este texto en la parte de biomecánica
de la rodilla. Todo ello en la medida de lo posible, dado que la variación en este
plano no es un grado de libertad principal de la articulación. Esto hace que se dé
una postura forzada, variando el giro con respecto al eje sagital en torno a 5º. Se
puede observar como esta diferencia de ángulo desaparece en el Figura A153,
correspondiente al caso de pedales automáticos, lo cual nos indica cómo o cuán
forzada esta la rodilla pedaleando en dicha situación a medida que se aumenta el
factor Q.
Figura A27
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-25
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-15
-10
-5
00 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
59
Figura A28
Figura A29
Figura A30
-35
-30
-25
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-15
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00 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-25
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00 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
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00 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
60
6. Rodillas. Eje Vertical
Este conjunto de 4 gráficos (Figuras A155, A156, A173 y A174) refleja de manera bastante clara la escasa variabilidad del ángulo en torno al eje vertical. Podríamos asegurar con cierta seguridad que este ángulo no sufre una variación notable con el aumento introducido del factor Q.
Figura A31
Figura A32
-10
-5
0
5
10
15
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-10
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0
5
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15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
61
Figura A33
Figura A34
-5
0
5
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-5
0
5
10
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25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
62
7. Pelvis. Eje Frontal
Según muestran las gráficas, el pedaleo con mayor factor Q mantiene la “rotación” frontal de la cadera en torno a valores menores, aunque la falta de periodicidad en la Figura A175 no deje apreciar esta afirmación con gran facilidad debido al falseo de los datos por la inclusión de ruido. Pero sí se puede observar en las Figuras A157, A158 y A176. En resumen el menor nivel representa como se fuerza la postura para llegar al pedal, esto hace que tengamos que inclinar la cadera hacia delante la cadera para no despegar el pie del pedal.
Figura A35
Figura A36
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
15
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17
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20
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0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
63
Figura A37
Figura A38
8. Pelvis. Eje Sagital
Por norma general sería imposible sacar cualquier conclusión de estos
datos, o al menos confiar en esas conclusiones debido a la falta de regularidad y
por tanto de fiabilidad. Los resultados esperados serían una curva sinusoidal
debida al balanceo lateral de la cadera que se haya apoyada en el sillín,
probablemente la falta de regularidad y el ruido que se puede ver en la gráfica
estén provocados por este apoyo tan próximo y ante la inexistencia de grupos
musculares grandes capaces de absorber las vibraciones. Por supuesto tampoco se
descarta una colocación deficiente de los marcadores, ya que todas las gráficas de
la pelvis presentan las mismas características.
Por norma general, se aprecia un nivel mayor de la curva con mayor factor
Q en el caso con pedales automáticos (Hay que tener en cuenta la simetría de
14,5
15
15,5
16
16,5
17
17,5
18
18,5
19
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
15
16
17
18
19
20
21
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
64
ángulos. Un avance positivo del ángulo en una de las piernas, se traduce en
negativo en la pierna contraria)
Figura A39
Figura A40
-2
-1
0
1
2
3
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
65
Figura A41
Figura A42
9. Pelvis. Eje Vertical
Como se puede ver en este grupo de gráficas en las Figuras A161, A162,
A179 y A180, los valores de las curvas +Q están algunos grados por encima que la
curva de valores de –q, por supuesto en la pierna izquierda, en la derecha (medida
en sentido opuesto o con signo negativo a esta) están por debajo. Esto demuestra
lo afirmado en el apartado de biomecánica básica, el aumento del ángulo de la
pelvis en el caso del aumento del factor Q.
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
66
Figura A43
Figura A44
Figura A45
-5
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-3
-2
-1
0
1
2
3
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
67
Figura A46
En cualquier caso, si el lector precisa de un análisis más amplio puede
encontrar toda la información analizada durante este proyecto de investigación en
el anexo I de este proyecto
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
68
8. Discusión A la luz de los resultados obtenidos de la interpretación de las gráficas, se
observa claramente el efecto de la conjunción de las dos posibles adaptaciones
biomecánicas extremas de las articulaciones al movimiento de la pierna frente a una
variación del factor Q.
Como bien se ha deducido de las gráficas en el apartado anterior, queda
corroborada la afirmación biomecánica que anuncia que la adaptación del miembro
inferior a una situación de ampliación del factor Q, es soportada mediante la variación
de los ángulos funcionales de las articulaciones en el ciclo de pedaleo. En el momento
que la cadera rota sobre el eje sagital (Ver gráficos 159 y 161 ) y se aproxima al pedal,
la adaptación deja de estar soportada por las tres articulaciones, pelvis, rodilla y tobillo,
para centrarse especialmente en el tobillo (Ver Figura A149) y ligeramente en la rodilla
(Ver Figura A153). Aun así el hecho de aumentar el factor Q, requiere por simple física
una adaptación, una desviación de las condiciones óptimas de la ergonomía de la
bicicleta-sujeto. Inicialmente el objetivo de este proyecto era determinar
cuantitativamente la adaptación y por tanto, variación de los ángulos de la rodilla ante la
situación expuesta, y podemos concluir dicho proyecto afirmando el cambio de dicho
ángulo, aunque ante la dificultad de recoger medidas certeras debido al problema de la
colocación de los marcadores, será imposible dar un valor de dicha desviación. Queda
propuesto para futuras investigaciones la misión de cuantificar dicha variación.
69
9. Resumen y conclusiones: 1. Tras comparar los resultados obtenidos con resultados encontrados en la
literatura actual, se puede concluir que aunque con cierta desviación, los datos
obtenidos son aceptables para el estudio, además el hecho de no cambiar los
marcadores de sitio durante todas la mediciones, hace que aunque realmente no
estén situados en el punto deseado, la desviación sea la misma y constante para
todas las medidas.
2. Se puede afirmar con total seguridad, y tras limitar y/o descartar la
inclusión de otro tipo de elemento que pueda dar lugar a la inclusión de errores en
la medida, que para futuras mediciones, y para una correcta medición con el
dispositivo VICON NEXUS es necesaria la presencia en todo momento de un
especialista en anatomía o fisionomía que controle la posición de los marcadores
instalados en el cuerpo. Aunque se ha intentado controlar en la medida de lo
posible y en todo momento la invariabilidad de la posición de los marcadores, el
estudio estadístico muestra como una pequeña desviación en la posición del
marcador, puede dar lugar a una gran dispersión de medidas.
3. De los datos obtenidos en una de las sesiones de medida en el laboratorio,
se puede extraer lo siguiente:
-Una variación del factor Q, fuerza a una postura antinatural de la
rodilla en la secuencia de pedaleo (Véase la interpretación de resultados), lo que
podría dar lugar a lesiones de tipo tendinosas y dolor en la zona de la articulación
de la rodilla y o tobillo, al someter a estas articulaciones a trabajo con elementos
no comunes o inusuales, lo cual puede dar lugar a una descompensación que
podría dar lugar a la inflamación por mala práctica
4. Se propone para estudios futuros en este campo, y sabiendo de algunas
de las carencias de este sistema de medida:
- La inclusión en el grupo de trabajo de una persona especialista en la
colocación de marcadores.
-El estudio para una población de varios sujetos.
-Un estudio estadístico más avanzado que permita reducir junto con
las demás medidas la dispersión en los resultados obtenidos.
-La cuantificación de la desviación de los ángulos cuando se amplía el
factor Q.
5.-Se observa tras un estudio general de las gráficas aportadas en el proyecto,
que muchas de las gráficas poseen una forma similar (misma tendencia, irregularidades
similares, posición de máximos y mínimos…), aunque con un desplazamiento vertical
entre ellas (offset). Por ello, tras estudiar los pros y contras de del desplazamiento
70
vertical de las curvas, cabría la posibilidad de encontrar alguna situación en la que las
curvas representen en la realidad y al unificar los centros de oscilación se reducirían las
bandas de desviación notablemente. Esto aportaría fiabilidad a los resultados aunque el
tratamiento de los datos, sería bastante complejo, y en él habría que poner especial
atención a la no inclusión de errores más elevados,
71
10. Bibliografía: [1] Informe anual AMBE (Asociación de Marcas y Bicicletas de España)
[2] Informeanual “Cofederation of the European Bicycle Industry”
[3] Wanich, Hodgkins, Columbier, Mursaki & Kenedy 2007.
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72
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[20] B.X. Disley&F.-X. Li.Research in Sport Medicine, 22:12-22, 2014. Metabolic
and Kinematic Effects of Self-Selected Q FactroDuring Bike Fit
[21] A. Villaroya , A. Alonso , M.A. Franco , N. Ramirez-Escudero , I. García , B. Calvo . Sensibilidad a la colocación de los marcadores en el modelo convencional de análisis cinemático de la marcha. Biomecánica, 15 (1), 2007, pp. 42-48
[22] Vicon Plug-in Gait Product Guide—Foundation Notes Revision 2.0 March
2010. www.vicon.com
[23] M. Latarjet, L. Ruiz.Anatomía Humana. 4ª edición. Madrid. Ed: Panamericana. 2004
[24] Netter, F.H.Atlas de anatomía humana. 5ª edición. Barcelona. Ed: ElselvierMasson. 2011.
[25] Pabst, R. y Putz, R. Sobotta, Atlas de anatomía humana. 22ª edición. Ed: Panamericana. 2002
[26] https://www.crankbrothers.com/product/view
[27] http://si.shimano.com/#categories
73
11. ANEXO I. Datos de mediciones En el siguiente reporte de datos se mostrará parejas de gráficas, en primer
lugar una gráfica en la que se muestra la media con una banda de +/- desviación
típica, la cual, puede darnos una idea de cuan fiable son los datos expuestos. A
continuación se muestra una gráfica que contiende las experiencias de los cinco
días con la media en cada caso, y a continuación.
Tendremos cuatro grandes grupos de gráficas:
-Con Calas y Con Separadores
-Con Calas Sin Separadores
-Pedales Simples Sin Separadores
-Pedales Simples Con Separadores
Las gráficas representan la evolución de los ángulos en torno a cada eje y en
función de la articulación a lo largo de dos vueltas de biela (720º), representados
en el eje X en todos los casos. El eje vertical representa en todos los casos ángulos
sexagesimales. Se toma como ángulo 0º,360º y 720º la posición vertical de la biela
izquierda cuando el pedal está en su punto más alto, es decir cuando apunta la
biela hacia arriba.
1. Con Calas y Con Separadores:
Figura A47
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
74
Figura A48
Figura A49
Figura A50
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
75
Figura A51
Figura A52
Figura A53
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
76
Figura A54
Figura A55
Figura A56
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
77
Figura A57
Figura A58
Figura A59
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
78
Figura A60
Figura A61
Figura A62
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630
L Pelvis X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
79
Figura A63
Figura A64
Figura A65
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-2
0
2
4
6
8
10
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
89 179 269 359 449 539 629 719
R Ankle X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
80
Figura A66
Figura A67
Figura A68
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
81
Figura A69
Figura A70
Figura A71
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
82
Figura A72
Figura A73
Figura A74
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
83
Figura A75
Figura A76
Figura A77
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z
Exp. 4
MEDIA (µ)
DESV
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
84
Figura A78
Figura A79
Figura A80
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X
Exp. 4
MEDIA (µ)
DESV
-4
-2
0
2
4
6
8
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
1
2
3
4
5
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
85
Figura A81
Figura A82
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
86
2. Con Calas Sin Separadores:
Figura A83
Figura A84
Figura A85
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
87
Figura A86
Figura A87
Figura A88
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
88
Figura A89
Figura A90
Figura A91
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
89
Figura A92
Figura A93
Figura A94
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
90
Figura A95
Figura A96
Figura A97
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
91
Figura A98
Figura A99
Figura A100
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
92
Figura A101
Figura A102
Figura A103
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
93
Figura A104
Figura A105
Figura A106
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
94
Figura A107
Figura A108
Figura A109
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
95
Figura A110
Figura A111
Figura A112
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
96
Figura A113
Figura A114
Figura A115
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
97
Figura A116
Figura A117
Figura A118
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
98
3. Pedales simples Sin Separadores
Figura A119
Figura A120
Figura A121
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
99
Figura A122
Figura A123
Figura A124
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
100
Figura A125
Figura A126
Figura A127
0
20
40
60
80
100
120
140
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
101
Figura A128
Figura A129
Figura A130
-40
-30
-20
-10
0
10
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
102
Figura A131
Figura A132
Figura A133
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
103
Figura A134
Figura A135
Figura A136
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
104
Figura A137
Figura A138
Figura A139
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
105
Figura A140
Figura A141
Figura A142
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
106
Figura A143
Figura A144
Figura A145
0
20
40
60
80
100
120
140
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
107
Figura A146
Figura A147
Figura A148
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
108
Figura A149
Figura A150
Figura A151
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
109
Figura A152
Figura A153
Figura A154
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
110
4. Pedales simples Con Separadores
Figura A155
Figura A156
Figura A157
-30
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
111
Figura A158
Figura A159
Figura A160
-5
0
5
10
15
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
112
Figura A161
Figura A162
Figura A163
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
113
Figura A164
Figura A165
Figura A166
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
114
Figura A167
Figura A168
Figura A169
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
115
Figura A170
Figura A171
Figura A172
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
116
Figura A173
Figura A174
Figura A175
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-15
-10
-5
0
5
10
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
117
Figura A176
Figura A177
Figura A178
-10
-5
0
5
10
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-40
-20
0
20
40
60
80
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-50
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
118
Figura A179
Figura A180
Figura A181
0
20
40
60
80
100
120
140
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
119
Figura A182
Figura A183
Figura A184
-20
-10
0
10
20
30
40
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-10
0
10
20
30
40
50
60
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
120
Figura A185
Figura A186
Figura A187
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
121
Figura A188
Figura A189
Figura A190
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z
Exp. 1
Exp. 2
Exp. 3
Exp. 4
Exp. 5
MEDIA (µ)
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z
MEDIA (µ)
µ+σ
µ - σ
122
5. Gráficas de un día representativo aislado:
A continuación se exponen las gráficas comparativas de una medida singular en
cada eje de rotación de las distintas articulaciones. Se presentará una gráfica por
cada tipo de pedal las cuales agrupan los valores con y sin la pieza separadora en
cada una de ellas.
Figura A191
Figura A192
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
123
Figura A193
Figura A194
Figura A195
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
124
Figura A196
Figura A197
Figura A198
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Ankle Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
125
Figura A199
Figura A200
Figura A201
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
126
Figura A202
Figura A203
Figura A204
-10
-5
0
5
10
15
20
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Knee Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
15
16
17
18
19
20
21
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
127
Figura A205
Figura A206
Figura A207
-2
-1
0
1
2
3
4
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
128
Figura A208
Figura A209
Figura A210
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
L Pelvis Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-20
-10
0
10
20
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
129
Figura A211
Figura A212
Figura A213
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
130
Figura A214
Figura A215
Figura A216
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Ankle Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
0
20
40
60
80
100
120
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
131
Figura A217
Figura A218
Figura A219
-25
-20
-15
-10
-5
00 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-25
-20
-15
-10
-5
00 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
132
Figura A220
Figura A221
Figura A222
-5
0
5
10
15
20
25
30
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Knee Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
14,5
15
15,5
16
16,5
17
17,5
18
18,5
19
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
15
16
17
18
19
20
21
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis X Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
133
Figura A223
Figura A224
Figura A225
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
-1,5
-1
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Y Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z Automatic Pedal
CALA+ Q
Cala -q
134
Figura A226
-6
-4
-2
0
2
4
6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
R Pelvis Z Simple Pedal
SIN Cala -q
SIN Cala +Q
135
12. ANEXO II. Diseño Cálculo y construcción de piezas separadoras. Simulación por elementos finitos, "Separador de pedales"
Autor
Pablo Sánchez Romero
Fecha jueves, 18 de febrero de 2016
Software usado Solid Edge ST(108.00.04.005 x64)
Femap (11.1.2)
Solucionador usado NX Nastran (9)
1. Introducción
El siguiente estudio se emplea como herramienta de confirmación de la integridad y uso bajo condiciones de seguridad para el sujeto que realizará las mediciones de laboratorio con las piezas diseñadas para el proyecto final de carrera “Determinación de la variación de los ángulos de la rodilla en función de la variación del factor Q”
2. Información del modelo
Documento Piezaseparadora para pedales (2)
3. Propiedades del estudio
Propiedad del estudio Valor Nombre del estudio Estudioestático Tipo de estudio Estático lineal Tipo de mallado Tetraédrico Solucionadoriterativo Activado Verificación de geometría de NX Nastran Activado Línea de comandos de NX Nastran Opciones de estudio de NX Nastran Opciones generadas de NX Nastran Opciones predeterminadas de NX Nastran Opción de sólo resultados de superficie Activado
136
4. Geometría del estudio
4.1 Sólidos
Nombre del sólido Material Masa Volumen Peso Pieza intermedia (2) Acero 0,000 kg 0,000 mm^3 0,00 N
5. Propiedades del material
5.1 Acero
Propiedad Valor Densidad 7833,000 kg/m^3 Coeficiente de expansióntérmica 0,000013 /C Conductividadtérmica 0,032 kW/m-C Calorespecífico 481,000 J/kg-C Módulo de elasticidad 199947,953 MPa Coeficiente de Poisson 0,290 Límiteelástico 262,001 MPa Tensión de rotura 358,527 MPa % de elongación 0,000
6. Sustituciones de propiedad
7. Cargas
Nombre de carga
Tipo de carga
Valor de carga Distribución de carga
Opción de dirección de carga
Fuerza 2 Fuerza Fx: 0 N, Fy: 0 N, Fz: -1,1e+003 N
Porentidad Componentes
8. Restricciones
Nombre de restricción
Tipo de restricción
Grados de libertad
Fijo 1 Fijo GRADOS DE LIBERTAD DISPONIBLES: Ninguno
Fijo 2 Fijo GRADOS DE LIBERTAD DISPONIBLES: Ninguno
9. Información de mallado
137
Tipo de mallado Tetraédrico Número total de cuerpos mallados 1 Número total de elementos 22.371 Número total de nodos 33.937 Tamañosubjetivo de malla (1-10) 7
10. Resultados
10.1 Resultados del desplazamiento
Componente de resultados: Traslación total
Extensión Valor X Y Z
Mínima 0 mm 10,667 mm 1,838 mm 6,858 mm
Máxima 0,0389 mm -50,000 mm -0,769 mm -11,975 mm
138
10.2 Resultados de tensión
Componente de resultados: Von Mises
Extensión Valor X Y Z
Mínima 0,0653 MPa -49,500 mm 12,500 mm -0,000 mm
Máxima 257 MPa 3,000 mm -0,000 mm -7,100 mm
Von Mises
10.3 Resultados del factor de seguridad
Componente resultante: Factor de seguridad
Extensión Valor X Y Z
139
Mínima 1,02 3,000 mm -0,000 mm -7,100 mm
Máxima 4,01e+003 -49,500 mm 12,500 mm -0,000 mm
11. Optimizaciones
No hay optimizaciones
12. Conclusión
Se extrae de este estudio de tensiones y deformaciones que la pieza es válida para el propósito para el cual fue diseñada, una carga de 80 Kg. Con un factor de seguridad de 37,5%. En particular, como se puede ver en la ficha de características de carga, se ha probado con una carga de 1100N.
Es condición obligatoria comprobar la rigidez del conjunto en términos de desplazamiento, en el sentido de justificar que el desplazamiento máximo no cambie las condiciones iniciales del montaje considerablemente, y como consecuencia varíen los ángulos medidos. Se comprueba que el desplazamiento máximo de la pieza se da en el extremo y es de 0,0389 mm, lo cual con un cálculo por medio de trigonometría simple y estimando para el material del eje del pedal el mismo módulo de Young de la pieza un desplazamiento máximo de 0.2mm en el
140
extremo. Esto da como resultado una variación de 0.14 mm como máximo en el extremo del pedal.
Tras obtener los desplazamientos máximos en estado de carga del sistema, se extrae que los cálculos son válidos, puesto que el desplazamiento supone un 0.07% del factor Q y un 0.01% de la longitud de la pierna, es este por tanto un valor admisible de desplazamiento
Dado que esta pieza ha sido diseñada y fabricada para el Proyecto Final de Carrera “Determinación de la variación de los ángulos de la rodilla en función de la variación del factor Q”, no serán necesarias más pruebas ni estudios adicionales que aseguren las condiciones de integridad y seguridad.
141
13. ANEXO III. Catálogos
Parámetros de distintas marcas y modelos:
![Trabajo de Fin de Máster Máster en Ingeniería Industrialbibing.us.es/proyectos/abreproy/71444/descargar_fichero/TFM-1444 … · Figura 2. Acumuladores de vapor de la PS10 [7] Figura](https://static.fdocuments.es/doc/165x107/5ebbc1a49ab34b402815f6ec/trabajo-de-fin-de-mster-mster-en-ingeniera-figura-2-acumuladores-de-vapor.jpg)
