新型多連桿足式橢圓儀健身代步車的研究

王友朋

（北京市潞河中學,北京,101100)

新型多連桿足式橢圓儀健身代步車的研究

王友朋

（北京市潞河中學,北京,101100)

本文中的“多連桿足式橢圓儀健身代步車”，基于橢圓儀物理模型的設計思想，通過將仿生機械腿創新設計替代傳統的行走方式，實現休閑健身和行走代步相結合以及代步應用行走方式的創新，增強健身安全性的同時提高娛樂性。本文注重“橢圓機構與運動磨損”的數據理論分析，以及針對不同的使用人群，如何采用合適的尺寸數據來保證器材的穩定性。研究過程中使用了Solidworks建模軟件完成整機方案建模，引入了人因工程學的概念，采用動態物理分析等研究方法。

橢圓儀；機械腿；人因工程學；健身器；動態分析

0 引言

在研究“橢圓機”領域的論文中，機械結構少有創新，多為在原有基礎上加以細節的改進，市場上所銷售的橢圓機類型也相對單一，少有整體運動模式的突破，同時領域內權威創新性論文并非很多，本文作者將“橢圓儀”“機械腿結構”“健身器”有機結合起來。

1 橢圓機的定義及基本原理

當人體慢走、快走或跑步時，腳踝的運動軌跡近似于橢圓，而橢圓儀（又稱橢圓機）則是應用這樣的原理，通過一定的連桿結構，在外力的驅動下，踏板可以以一個完整的橢圓軌跡進行運動。同時，當橢圓儀整體開始運動后，踏板所形成的橢圓軌跡會來引導使用者腳步進行近似橢圓運動，這便使機器的運動規律，與人的自然跨步相互吻合，從而讓人體以最舒適的方式進行運動，消耗能量，達到減肥健身的目的。利用這樣的原理制作的幾何機械便可以稱為橢圓機。

在橢圓儀與人體運動步態軌跡高度擬合的基礎上，本研究中兩個重點研究機構“橢圓機”、“足式結構”對適用人體進行健身過程中的安全性、穩定性、舒適性、娛樂性起到了關鍵性的作用。

2 適用人群與針對性調整結構

該健身對以下三類人群可以起到最佳的運動健身效果。

(1)嬰幼兒、學齡前學步使用；

(2)中老年運動健身、腿部術后康復；

(3)希望減緩生活的快節奏，讓自身得到釋放，同時希望以一種新穎的方式來健身運動的年輕人。

在適應以上三種適用人群的設計基礎上，考慮到了個體的差異性，因此在設計時考慮到了可調節性的部件結構，具體體現在了中杠桿踏板滑軌鎖死設計、雙模式把手的鎖死固定等方面。

本研究的健身器因為有著提高運動高效性、便捷性以及增強健身趣味性、藝術觀賞性的設計理念以及希望在更多環境下得到實際應用的想法，所以在設計中將多功能操作模式加入進來。

3 多功能操作特征

3.1 立地式和運動式

傳統橢圓儀健身器極大多數為立地式的運動模式，使用者只能通過踩踏踏板同時雙手搖動把手，來進行協調運動，從而達到健身的目的。但是這種方式只能固定不動地重復循環，容易感到枯燥無味，降低運動效率。因此本健身器在這方面采用到的多功能設計可以擁有兩種健身模式，一種是類似于傳統的立地式，另外一種是運動式。

3.2 傳統搖擺式與轉向式

這兩種模式表現在把手與機體的配合上，傳統搖擺模式是在配合立地式運動模式使用的，保留了傳統橢圓機的健身模式，手部搖擺的健身方式有利于調動全身肌肉一起運動，提高運動效率。增強的本設計的應用面，使普適性更強。為了針對不同年齡、不同生理條件的適用人群，能夠科學、舒適地使用本健身器，同時也考慮到整體的重心平衡調節，所以作者在設計腳踏板時采用了可調節踩踏板的設計方式。

4 數據采集

多連桿足式橢圓儀健身代步車（如圖1(a）(b)所示)的桿件數據主要以傳統立地式的橢圓機構健身器為模板，進行等比例縮放和適當調整來配合本設計的功能和正常使用。數據采集過程中，選擇多個實物進行多次測量，取得大體相似但細節上稍有改動的不同款式橢圓機尺寸，在取得相近款式橢圓儀健身器的平均尺寸后即獲得原始尺寸，經過適度修改與調整后，在保證運動規律依然符合人因工程學的基礎上獲得本設計中主要桿件的具體尺寸。

圖1 多連桿足式橢圓儀健身代步車

5 設計特點及其實用意義

橢圓儀結構與機械腿結合的實際意義。

(1)橢圓機構的運動與多組機械腿的運動都具有節奏性、規律性以及運動的和諧性，兩者相互結合有利于突出健身器的工業藝術性，并對人因工程學當中的機械對人的心理影響有著一定的作用。

(2)結合兩種機械結構的運動特征，橢圓機構可以有效地保護人體在運動過程中的健康，同時減少可能發生的運動損傷損傷；機械腿可以有效限制運動的最高速度，同時使運動具有節奏性，應用在健身方面上具有一定的創新意義，兩者相互結合相互補充，而并非機械地結合在一起，雙方的特點都有利于提高本健身器在市場當中的競爭優勢。

(3)兩者均屬于幾何機械結構，相互結合有利于批量生產、問題檢修以及后期的維護操作。

本器材的使用活動范圍較傳統的立地式橢圓機而言廣泛很多，傳統立地式橢圓機只能固定在小區娛樂場、健身房或者若家庭有條件的話購置的家用橢圓機，這些都是無法進行移動的，導致運動場所一成不變，容易造成運動枯燥，降低娛樂性和健身效果。本研究中的健身器由于它的體積相對而言有所縮小，具有可活動性的特點，所以既可以在家中固定運動，也可以在室外進行代步、健身活動，甚至若家中活動范圍允許可以再家中進行一定范圍內的活動，，可移動和便捷性的使用特點也提高了產品的可遷移性，這樣在搬家等需要遠距離轉移機體的活動就會方便很多。

6 總結

本研究是以多連桿橢圓儀足式健身代步車為研究對象進行系統化地前期分析，中期對比、學習、修改，后期整合、完善、結題的完整性研究。所研究設計并進行模擬分析的健身代步車，以橢圓儀結構、多連桿多組足式機械腿結構、車架設計作為重點研究結構，在運動整體結構上有所創新，在運動過程中具有運動高效性、安全性、配合流暢性的特點，在整體結構的特點上有著便捷性、穩定性、靈活性。完成了將傳統立地式橢圓機走出固定場所的預期目標，并且新型健身器能夠極大地增強健身運動的娛樂性，提高運動者的健身熱情，從而提升運動效率，對于幼兒、老人、患者初愈等相關人群也有著一定的輔助和康復作用，達到了設計目標。

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[5]武永強.基于人因工程學的雙橢圓機設計方法研究[D].湖北，武漢理工大學，2006.

New type multi-link foot elliptical instrument fitness walking vehicle research

Wang Youpeng
(Beijing luhe middle school,Beijing,101100)

This paper of the multi-link foot type ellipse instrument fitness walking car ", based on the elliptical machine the design thought of the physical model by using a bionic mechanical innovation design alternatives to traditional way of walking legs, combination of leisure fitness walking and walking and walking walking style of innovation, enhance health security at the same time improve the entertaining. This paper pays attention to "oval institutions and sports wear and tear" theory of data analysis, and the use of different people, how to adopt the suitable size data to ensure the stability of the equipment. Solidworks modeling software is used in the research process to complete the whole project modeling, introduces the concept of human factors engineering, using the methods of dynamic physical analysis.

the elliptical instrument; Mechanical legs; Human factors engineering. Machines; A dynamic analysis