基于人機(jī)工程學(xué)的劃船器設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真分析

蔣培均

依據(jù)人機(jī)工程學(xué)知識(shí)理論所設(shè)計(jì)的劃船器，質(zhì)量性能更加穩(wěn)定，功能更加豐富便利，能夠更好的滿足體育健身愛(ài)好者的使用需求。隨著我國(guó)全民體育鍛煉的熱潮的逐漸興起，此類(lèi)型的劃船器將擁有著巨大的市場(chǎng)空間。

1 基于人機(jī)工程學(xué)的劃船器設(shè)計(jì)

1.1 人體參數(shù)

劃船器的設(shè)計(jì)主要是滿足人們健身等需求，必須要以準(zhǔn)確了解人體尺寸信息為前提，這樣才能為客戶(hù)的使用提供便利。只有精確掌握人體的各項(xiàng)參數(shù)，才能為劃船器的外觀尺寸、結(jié)構(gòu)比例等合理設(shè)計(jì)打下良好基礎(chǔ)。劃船器的設(shè)計(jì)需要結(jié)合人體尺寸的均值和標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)進(jìn)行，必要情況下可以就我國(guó)人體尺寸的均值和標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)據(jù)予以收集整理，并做好人體參數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

1.2 零件設(shè)計(jì)

（1）座墊架設(shè)計(jì)

按照人機(jī)工程學(xué)知識(shí)來(lái)分析，劃船器座墊架，特別是座位，必須要滿足人體實(shí)際尺寸的要求。通常來(lái)講，該零件部位的設(shè)計(jì)都會(huì)根據(jù)參考數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)進(jìn)行座墊架的設(shè)計(jì)。

（2）主架設(shè)計(jì)

劃船器的主架與地面直接接觸，首先要確保劃船器主架處于靜止?fàn)顟B(tài)，則需要保證主架中的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)車(chē)架內(nèi)飛輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)人體在踩踏腳踏板，坐墊前后移動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)充分運(yùn)動(dòng)。因此，主架部位主要采用閉環(huán)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主架要有良好的穩(wěn)定性，并且導(dǎo)軌與水平面角度成2°，讓底座具備更好的穩(wěn)定性。

2 劃船器三維模型與運(yùn)動(dòng)仿真

2.1 劃船器的三維模型

SolidWorks是市場(chǎng)上常用的三維建模軟件，支持拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、放樣等多種功能，為三維建模工作的順利完成提供了可靠的技術(shù)保障。

（1）踏板三維模型的構(gòu)建

踏板的外觀尺寸（長(zhǎng)、寬、高）分別為70㎜、150㎜、30㎜。該結(jié)構(gòu)部位的三維模型的構(gòu)建，首先要踏板的截面圖草繪出來(lái)，并詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)尺寸信息，再對(duì)拉伸深度進(jìn)行修改，在上述工作完成后單擊“確定”按鈕，最后再將長(zhǎng)寬結(jié)合位置的圓角進(jìn)行過(guò)度處理，點(diǎn)擊保存即可。

（2）后支撐三維模型的構(gòu)建

劃船器的后支撐結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)軌、座墊架、后底腳支撐及底腳等。首先，針對(duì)各個(gè)零件逐一進(jìn)行三維建模，然后按照相關(guān)要求來(lái)完成零件的裝配，最后得出相應(yīng)的實(shí)體模型圖。

（3）主架三維模型的構(gòu)建

劃船器的主架結(jié)構(gòu)主要由空心鋼組成，首先，分別按照繪制草圖、拉伸、抽空的方法流程來(lái)完成零件的三維建模，然后再按照相關(guān)要求來(lái)進(jìn)行零件的組裝，最后得出該結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型圖。

另外，關(guān)于傳動(dòng)軸組件、把手、拉盤(pán)的三維建模，與上述的操作流程大致相似，不再做逐一的論述。

2.2 劃船器的運(yùn)動(dòng)仿真

開(kāi)展劃船器的運(yùn)動(dòng)模擬仿真，首先要將完成設(shè)計(jì)的零部件進(jìn)行統(tǒng)一的匹配。該項(xiàng)工作的基本流程是，先建立一個(gè)裝配體，采用自上而下的順序來(lái)開(kāi)展裝配建模，做后得出效果圖。當(dāng)實(shí)體效果圖生成后，最后將各個(gè)零部件來(lái)進(jìn)行合理的組裝配適。具體的操作分為以下步驟：

第一，打開(kāi)SW軟件中保存的三維效果圖，在“設(shè)計(jì)樹(shù)”下方一欄中點(diǎn)擊“動(dòng)畫(huà)”按鈕，進(jìn)入仿真編輯頁(yè)面;

第二，單擊“馬達(dá)”按鈕，保持默認(rèn)的名稱(chēng)旋轉(zhuǎn)馬達(dá)1，將設(shè)置馬達(dá)位置、旋轉(zhuǎn)方向等參數(shù)填寫(xiě)完成。先后點(diǎn)擊“相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件”“速度”等。

第三，以相同的操作步驟來(lái)完成定義線性馬達(dá)2的操作，座墊架在導(dǎo)軌上的滑行方向選為默認(rèn)。

第四，打開(kāi)主菜單，先后點(diǎn)擊“視圖”“顏色和外觀”按鈕，打開(kāi)“外觀編輯器”頁(yè)面，在點(diǎn)擊“從模型”按鈕，將窗口中出現(xiàn)的零件模型顏色對(duì)應(yīng)選擇為黃色、紅色和藍(lán)色。

第五，打開(kāi)動(dòng)畫(huà)菜單頁(yè)面，將各個(gè)馬達(dá)的終止時(shí)間設(shè)置為一致，在時(shí)間軸上面編輯每個(gè)馬達(dá)的開(kāi)始時(shí)間、運(yùn)動(dòng)時(shí)間、完成時(shí)間等信息參數(shù)。

第六，將之前準(zhǔn)備好的仿真人體模型配合到已經(jīng)安裝好的劃船器模型中去，配合好裝配關(guān)系。

第七，在通過(guò)點(diǎn)擊動(dòng)畫(huà)菜單內(nèi)開(kāi)始按鈕，此時(shí)劃船器就會(huì)按照之前設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)起來(lái)，從人體模型手拉劃船器拉手，隨著座墊架在導(dǎo)軌上前后滑動(dòng)，主架內(nèi)飛輪不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，仿真人體模型腿部來(lái)回彎曲伸直，很形象的模擬出人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)的各個(gè)動(dòng)作與位置，這時(shí)就可以觀察到模型整體的運(yùn)動(dòng)軌跡及速度情況。

（作者單位：南通鐵人運(yùn)動(dòng)用品有限公司）