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Desenvolvimento de uma plataforma de força para análise tridimensional da força aplicada pelo ciclista

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Desenvolvimento de uma plataforma de força para análise tridimensional da força aplicada pelo ciclista

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Título Desenvolvimento de uma plataforma de força para análise tridimensional da força aplicada pelo ciclista
Autor Nascimento, Jussan da Silva Bahia
Orientador Balbinot, Alexandre
Data 2014
Nível Graduação
Instituição Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Escola de Engenharia. Curso de Engenharia Elétrica.
Assunto Engenharia elétrica
[en] Bicycling
[en] Biomechanics
[en] Instrumentation
[en] Strain gage load cells
Resumo Este trabalho consiste no desenvolvimento de uma plataforma de força, utilizando cé-lulas de carga, para medir as componentes tridimensionais da força atuante na pedivela duran-te a pedalada. O projeto da célula de carga é baseado em uma pedivela de alumínio comercial na qual foram cimentados 24 extensômetros (12 em cada braço da pedivela) de 350,6 ± 0,6 Ω e de 120,2 ± 0,2 Ω. Primeiramente, foram realizadas simulações estáticas e dinâmicas via elementos finitos no SolidWorksTM 2011 para analisar o comportamento da pedivela. Em se-guida, cada braço da pedivela foi instrumentado com três pontes de Wheatstone. A partir dos dados obtidos com o módulo de aquisição NI-9237 da National Instruments, durante o ensaio de deformação, projetou-se o circuito condicionador de sinais, dividido em seis canais. Cada canal é composto por dois estágios de amplificação, um filtro Butteworth de segunda ordem, cuja frequência de corte é de 37 Hz, e um estágio de offset. Na saída destes canais é conectado um sistema de transmissão de dados via Bluetooth e de armazenamento dos mesmos via car-tão do tipo SD. Os ensaios de calibração estática apresentaram um erro de linearidade máximo de 0,355 % e 0,605 % para as células de carga esquerda e direita, respectivamente. A incerte-za máxima calculada referente à sensibilidade dos canais é de 2,29 % e à sensibilidade das células de carga é de 1,17 %. Por fim, com o sistema instalado na bicicleta e alimentado por baterias, foi possível observar o comportamento das componentes de força em ensaios reali-zados tanto em laboratório como diretamente em pista.
Abstract This work consists of the development of a force platform, using load cells, to meas-ure the three-dimensional components of the force acting on the crankset during cycling. The design of the load cell is based on a commercial aluminum cranckset in which were cemented 24 strain gages (12 in each cranskset arm) of 350.6 ± 0.6 Ω and 120.2 ± 0.2 Ω. First, were performed static and dynamic simulations through the finite element method in the Solid-WorksTM 2011 to analyze the crankset behavior. Then, each crankset arm was instrumented with three Wheatstone bridges. From the data obtained with the acquisition module NI-9237, during the deformation tests, the signal conditioning circuit was designed and divided into six channels. Each channel consists of two amplification stages, a second order Butteworth filter, whose cutoff frequency is 37 Hz, and an offset stage. In these channels output is connected a system that transmit the data via Bluetooth and store them via SD card type. The static cali-bration tests showed a maximum linearity error of 0.355 % and 0.605 % for the left and right load cells, respectively. The maximum uncertainty calculated referring to sensitivity of chan-nels is 2.29 % and to sensitivity of load cells is 1.17 %. Finally, with the system installed on the bike and powered by batteries, was possible to observe the behavior of the force compo-nents on assays performed in the laboratory and on-track.
Tipo Trabalho de conclusão de graduação
URI http://hdl.handle.net/10183/105052
Arquivos Descrição Formato
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