Träning och fysisk aktivitet har kommit att bli alltmer av en lärdom i en nutid och framtid som präglas av en allt mindre aktiv livsstil. Opinionen i rapporterade undersökningar och statistik visarpå en tydlig och permanent övergång till en mer flexibel och digital arbetsplats med mindre avsatt kontorstid i veckan. En lösning till problemet är användningen av en multifunktionell träningsmaskin för hemmabruk med möjlighet till träning som kan motsvara ett fulländat helkroppspass. En tydlig majoritet av studier och branschexperter hävdar att marknaden för hemmagym och träningsredskap för hemmabruk kommer att växa. Samtidigt är utbudet av träningsmaskiner påmarknaden för hemmabruk som möjliggör basövningar knapphändig. Projektets mål är att utveckla och konstruera en träningsmaskin som möjliggör effektiv belastande helkroppsträning. Produktutvecklingsprocessen utgörs av ett antal aktiviteter som utförs för att förstå, konstruera och marknadsföra produkter. Den tillämpade produktutvecklingsmetoden utgår från en hybrid av den allmänna produktutvecklingsprocessen enligt Ulrich och Eppinger samt projektmodellen somanvänds vid KTH Södertälje. Träningsmaskinen konstrueras med utgångspunkt i en kombination av ett så kallat power rack, en kubisk ram av stålbalkar som används vid skivstångsövningar, och en kabelmaskin tillämpad för att genomföra de sex vanligaste basövningarna för att uppnå en fullständig helkroppsträning. Ett antal befintliga lösningar på marknaden i kombination med en nyskapande talja implementeras föratt optimera och effektivisera såväl träningen som hemmabruk. Träningsmaskinen lämpar sig som såväl ett substitut som komplement till fria vikter samtidigt som stabiliteten och användarvänligheten förekommande hos kommersiella träningsmaskiner tas tillvara. Slutligen presenteras träningsmaskinen som en prototyp vars avsikt är att påvisa genomförbarheten med denna typ av utformning av träningsmaskin. / Exercise and physical activity have become more of an achieved knowledge in a present and future that is characterized by an increasingly less active lifestyle. The reported trend in surveys shows adistinct and permanent transition to a more flexible and digital workplace with less weekly office hours. One solution to the problem is the use of a multifunctional exercise machine for home use with the possibility of exercise that correspond to a full body workout. A clear majority of studies and experts claim that the market for home gyms and equipment will continue to grow. At the same time, the availability of multifunctional exercise machines on the market for home usage that utilizes compound exercises is scarce. The goal of the project is to develop and design an exercise machine that enables effective whole bodytraining. The product development process consists of several activities that are performed to understand, design and market products. The applied product development method is based on a hybrid of the general product development process according to Ulrich and Eppinger and the project course model used at KTH Södertälje. The exercise machine is designed based on a combination of a power rack, a cubical cage made of steel beams that is used for barbell exercises, and cable machine applied to perform the six most common basic exercises to achieve a complete full body workout. Several existing solutions onthe market in combination with an innovative hoist are implemented to optimize and streamline both training and home use. The exercise machine is suitable as both a substitute and a complement to free weights, while at the same time taking advantage of the stability and user-friendliness of commercial exercise machines. Finally, the exercise machine is presented as a prototype whose intention is to demonstrate the feasibility of this type of exercise machine design.

Currently, there are various training machines that can support training of the muscles while the muscles are lengthened, also known as eccentric training. Training machines that are widely used to train the muscles eccentrically utilize a flywheel to generate load to the user. When training the muscles eccentrically with such a machine, there is a desire to accomplish eccentric overload, which is achieved when the muscles under training are exposed to a very high load during eccentric training of these muscles. To achieve this, the user needs to activate other muscles that are not in the focus of the training or be assisted by another person. In this study, a novel, smart flywheel training machine was developed by implementing electric motor and sensors, which could identify the exercise pattern of the user and help achieve desired eccentric overload. This study focused on how the system performance of such training machine interacting with human beings was affected by various grade of sensor feedback. With an increased resolution of the sensors and a lower sample time, the cost of the system is increased, and it was therefore of interest to study what grade of sensor feedback was required. More exactly, this study evaluated how the system performance was improved when sensor resolution was improved, what resolution and sample time were required for the system to perform correct and safely and last, how noise and disturbances affected the system. The study was conducted in a simulated environment in Matlab and Simulink, and some real tests and experiments were also performed on the existing flywheel training machine. An incremental encoder was implemented in the system and resolution of the encoder, as well as sample time, were tweaked in the simulation to test different combinations of these. The results showed that both resolution and sample time had an impact on the system performance. A higher resolution resulted in a smaller tracking error to some extent, but after a certain value the system became unstable if the sample time was not small enough. Noise and disturbances had a minor impact on the system performance. It was concluded that the best choice of encoder resolution was 0.0314 radians with a sample time of 0.01 ms. Even lower resolution such as 0.628 rad, 0.126 rad or 0.0571 rad with a sample time of 0.1 ms could be allowed and should be considered safe. However, the system might not perform as desired if these alternatives are chosen, although the alternatives might decrease the cost of the system. / I nuläget finns det olika träningsmaskiner som kan stödja träning av muskler där musklerna förlängs, även känt som excentrisk träning. Träningsmaskiner som idag används i stor utsträckning för att träna musklerna excentriskt använder ett svänghjul för att generera träningsmotstånd till användaren. När musklerna tränas excentriskt med en sådan maskin finns det en önskan att åstadkomma excentrisk överbelastning; detta uppnås när musklerna som tränas utsätts för en mycket hög belastning under den excentriska träningsfasen. För att uppnå detta måste användaren aktivera andra muskler som inte står i träningens fokus eller få hjälp av en annan person. I den här studien har en ny, smart, svänghjulsträningsmaskin utvecklats genom att implementera elmotor och sensorer som kan identifiera användarens träningsmönster och hjälpa till att uppnå önskvärd excentrisk överbelastning. Denna studie fokuserade på hur systemprestanda för en sådan träningsmaskin som interagerar med människor påverkades av olika grader av sensoråterkoppling. Med en ökad upplösning av sensorerna och en lägre samplingstid ökar kostnaden för systemet och det var därför av intresse att studera vilken grad av sensoråterkoppling som krävdes. Mer exakt utvärderar denna studie hur systemets prestanda förbättrades när sensorupplösningen var högre och vilken upplösning och samplingstid som krävdes för att systemet skulle fungera korrekt och säkert. Påverkan av brus och störningar på systemet utvärderades också. Studien genomfördes i simuleringsmiljö i Matlab och Simulink och verkliga tester och experiment utfördes på den befintliga svänghjulsträningsmaskinen. En inkrementell pulsgivare (incremental encoder) implementerades i systemet och dess upplösning, såväl som samplingstid, justerades i simuleringen för att testa olika kombinationer av dessa. Resultat visade att både upplösningen och samplingstiden påverkade systemets prestanda. En högre upplösning resulterade i ett mindre reglerfel till en viss del, men efter en viss ökad upplösning blev systemet instabilt om samplingstiden inte var tillräckligt liten. Brus och störningar hade en mindre inverkan på systemprestandan. Slutsatsen var att det bästa valet av pulsgivarupplösning var 0,0314 radianer med en samplingstid på 0,01 ms. Även lägre upplösning såsom 0,628 rad, 0,126 rad eller 0,0571 rad med en samplingstid på 0,1 ms kan tillåtas och bör betraktas som säkert. Systemet kan dock komma att inte fungera som önskat om dessa alternativ väljs, dock kan alternativen sänka kostnaden för systemet.

Nordic SkiCross är en träningsmaskin som produceras av företaget Motiofy, det är en maskin som efterliknar hela kroppens rörelse vid klassisk längdskidåkning. Syftet med denna studie är att utveckla ett magnetiskt motstånd till Nordic SkiCross för att reducera slitage samt att underlätta motståndregleringen. Med ett magnetiskt motstånd kan en kontinuerlig motståndsreglering uppnås. Studien inleddes med att samla bakgrundsfakta kring magnetism och magnetmotstånd för att få en förståelse kring ämnet. Detta visade att Schiebers modell för bromsmoment för en roterande disk i ett magnetiskt fält är den mest fördelaktiga metoden. Vidare studerades den befintliga lösningen för Nordic SkiCross, vilken består av ett bandbromsat svänghjul, för att få en uppfattning över hur mycket motstånd som behöver genereras samt hur snabbt svänghjulet roterar vid användning. Sedan konstruerades en testrigg med ett magnetiskt motstånd där resultatet jämfördes med Schiebers modell. Med hjälp av designprocessen togs ett koncept på ett magnetiskt motstånd fram. Den slutgiltiga lösningen presenterades i en CAD-modell med tillhörande beräkningar för hur motståndet kan regleras. Syftet med studien uppfylldes då ett nytt motstånd har utvecklats. Den magnetiska lösningen uppfyller målen för studien och är kompatibel med Nordic SkiCross. Nästa steg i utvecklingen är att bygga en fysisk prototyp som kan testas i verkligheten. / Nordic SkiCross is a machine by the company Motiofy used for cross-country skiing exercise. The machine replicates the whole-body movement in cross-country skiing. The purpose of this study is to develop a magnetic resistance to Nordic SkiCross to reduce wear and better the user experience when adjusting the resistance. To reach this goal, the study started by gathering information around the topic of magnetism and magnetic breaks in order to gain an understanding of the subject. The study shows that Schieber’s model of breaking torque on rotating disk in stationary magnetic field is the best way to develop a magnetic resistance. A series of experiments had been executed throughout the study. Initially on the existing solution on Nordic SkiCross which consist of a band break that breaks through friction. This gave un understanding of how much braking torque is needed and how fast the flywheel rotates when the machine is used. Thereafter a test rigg was constructed to analyze magnetic resistance and compare this to the theory of Schieber’s model. Using the design process a set of concept solutions on how to construct a magnetic resistance was produced. The final concept is presented in a CAD-model with calculations on how the resistance is regulated. The purpose of the study has been fulfilled since a magnetic resistance that meet the requirements and is compatible with Nordic SkiCross has been constructed. The next step in the development is to build a physical prototype that can be tested in real life.