Non-circular Chainring Optimization for Handcycling
Translated title
Noncirkulær kædehjulsoptimering til håndcyckling
Author
Juhl, Jonas Østergaard
Term
4. semester
Education
Publication year
2013
Submitted on
2013-08-12
Pages
8
Abstract
Dette projekt havde til formål at optimere den plane form af en ikke‑cirkulær 52‑tands klinge til liggende, in‑phase håndcykling (begge håndtag bevæger sig samtidig). Med en computerbaseret muskuloskeletal model drevet af invers dynamik (beregner ledbelastninger ud fra bevægelse og kræfter) blev kranks vinkelhastighedsprofil optimeret med Complex Method‑algoritmen. Modellen pålagde håndkræfter svarende til et krankmoment, så arbejdet per omdrejning var konstant, og vi optimerede også den glenohumerale abduktionsprofil (skulderleddets udadføring) for at sikre korrekt teknik. Middelkadencen var 100 o/min. Den optimerede form forudsagde en lang varighed af overgangsfasen længst væk fra skuldrene og af trækfasen, hvor kranken havde lav vinkelhastighed omkring 3,4 rad/s. Omvendt blev der forudsagt en kort overgang tættest på skuldrene og en kort skubfase, hvor vinkelhastigheden toppede omkring 16,0 rad/s. I et efterfølgende krydsoverstudie med 10 uerfarne forsøgspersoner sås en signifikant stigning i iltoptagelsen med den ikke‑cirkulære klinge (1844 ml/min ± 173 SD) sammenlignet med en cirkulær klinge (1750 ml/min ± 184 SD) i det sidste minut af en 4‑minutters submaksimal håndcyklingsopgave ved konstant hastighed. En elitehåndcyklist viste ligeledes en signifikant stigning med den ikke‑cirkulære klinge (2189 ml/min ± 131 SD) sammenlignet med den cirkulære (2006 ml/min ± 179 SD) i de sidste 2 minutter af en 6‑minutters submaksimal opgave ved konstant hastighed. Derfor bestod klinge‑designet ikke valideringen.
This project set out to optimize the planar shape of a non‑circular 52‑tooth chainring for lying, in‑phase handcycling (both cranks moving together). Using a computer musculoskeletal model driven by inverse dynamics (estimating joint loads from motion and forces), we optimized the crank’s angular velocity profile with the Complex Method algorithm. The model applied hand forces corresponding to a crank torque that delivered constant work per revolution, and we also optimized the glenohumeral abduction profile (the shoulder joint’s outward movement) to reflect proper technique. Mean cadence was fixed at 100 rpm. The optimized design predicted a long transition when the handles are furthest from the shoulders and a long pull phase, where the crank’s angular velocity dipped to about 3.4 rad/s. In contrast, it predicted a short transition near the shoulders and a brief push phase, where angular velocity peaked at about 16.0 rad/s. To validate the design, a crossover study with 10 inexperienced participants showed a significant increase in oxygen uptake with the non‑circular chainring (1844 ml/min ± 173 SD) versus a circular chainring (1750 ml/min ± 184 SD) during the last minute of a 4‑minute submaximal handcycling bout at constant speed. One elite handcyclist likewise showed a significant increase with the non‑circular chainring (2189 ml/min ± 131 SD) compared with the circular chainring (2006 ml/min ± 179 SD) during the last 2 minutes of a 6‑minute submaximal bout at constant speed. Therefore, the chainring design did not pass experimental validation.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords