劃船器的設計及運動分析

陳鐵日

（沈陽航空航天大學 機電工程學院，遼寧 沈陽 110135）

引言

劃船健身器是近些年多種健身器械中比較受歡迎的健身器械之一。劃船器在健身時，拉動的力量通過四桿機構(gòu)[1]傳遞至各個部位。但是戶外的劃船器座椅和把手的距離存在許多問題，而且座椅在運動中容易偏移導致發(fā)生老年人滑下座椅的情況。本文通過查閱有關(guān)人在使用劃船器健身時對身體狀態(tài)的影響[2-4]，在已有的劃船器[5]的基礎(chǔ)上進行改進，最終設計出了一種新型的健身器械。本文通過使用SolidWorks建立了該劃船器的物理模型，并使用MATLAB[6]對該劃船器的運動進行了動力學模擬[7-9]，為能夠更好地對劃船器進行改進與升級奠定了基礎(chǔ)。

1 機構(gòu)外形

圖1為該機構(gòu)的運動簡圖。其中，該機構(gòu)的等效主動件可視為桿AB或桿CD。裝置的初始位置即為死點位置，初始時Q與桿EF使得整個裝置的位置得到固定。

圖1 劃船器的機構(gòu)運動簡圖

2 建立數(shù)學方程并輸出運動圖像

因為BPD為剛體，故P點運動狀態(tài)與B點運動狀態(tài)相同。因此易求得Y、X坐標參數(shù)為：

對上述兩式進行求導，得到Y(jié)、X的速度參數(shù)為：

對上述兩式繼續(xù)求導，得到Y(jié)、X的加速度參數(shù)為：

為驗證上文中利用參數(shù)坐標方程所輸出的運動曲線是否正確，本文使用了SolidWorks中自帶的運動曲線輸出模塊“SolidWorks Motion”中的“Motion分析”再次輸出了Y方向與X方向的運動曲線，通過對比兩次關(guān)于Y方向與X方向運動曲線的輸出，發(fā)現(xiàn)兩運動曲線一致，驗證了上文利用參數(shù)坐標方程所輸出運動曲線的正確性。

3 裝置運動過程及優(yōu)點

圖2的工作過程1即為該劃船器裝置的初始位置，也是該裝置的上死點位置。當手、腳同時用力時會帶動整個裝置的運動，具體運動過程如圖2所示。該裝置能夠保證在運動的同時上身能夠始終保持未傾斜的狀態(tài)，即座椅部分在該裝置運動的同時只發(fā)生平移運動，并未發(fā)生旋轉(zhuǎn)運動。該裝置的這一特性很好地解決了傳統(tǒng)劃船器在健身過程中，易從座椅上滑下的缺點。

圖2 劃船器工作過程

4 結(jié)論及展望

建立戶外劃船器系統(tǒng)模型。并通過靜力分析和運動分析，再通過數(shù)學建模兒解決了老年人容易從座椅上下滑的缺點。文中檢驗了一種戶外劃船器的動力學性能與設計方案的合理性。能夠縮短制造速度，加快進展周期，為劃船器的廣泛建設提供了理論依據(jù)。同時為研究劃船器對人的健身效果，奠定了基礎(chǔ)。本文中所提及的劃船器不能調(diào)整座椅的高度與腿部長度，此劃船器在此基礎(chǔ)上可做進一步改造。同時將該劃船器的座椅下部安裝磁鐵亦可使得人們可以自主調(diào)節(jié)劃船器的“擋位”，這也是該劃船器以后的改造方向之一。