一種便于倒立和引體向上的雙人健身運動器材

鄧亮 李恒達 王豪杰

（1、3.溫州市工業科學研究院 浙江 溫州 325000；2.溫州市創意設計有限公司 浙江 溫州 325000 ）

1、引言

近年來，健身作為一種保持健康的生活方式，已經被越來越多的人所接受和追求。隨著人們健身意識的不斷增強和生活方式的改變，健身已成為現代人生活中的重要組成部分。在現代都市生活中，隨著人們的工作壓力增大和生活節奏的加快，很多人缺乏運動，身體素質下降，從而導致一系列的健康問題。當今社會，腦力勞動者越來越多，人們越來越習慣久坐，導致體能水平下降，肥胖率越來越高，在年輕人中也有上升趨勢，國家面臨著健康危機。健身活動是日常生活方式所必需的，它能改善身體健康，提高生活品質。因此，健身運動被視為改善身體健康的重要手段之一。

隨著社會的進步，人們生活水平的提高，人們的生活方式發生了改變，對生活質量有更高的追求，對健康也更加重視，進行鍛煉的時間也相應增多。經過調查發現，室內健身器材還普遍存在很多問題，包括忽視了對健身者的感受和安全，缺少系統的健身器材人機工程理論指導，沒能和健身者之間建立融洽的匹配關系，沒能實現對健身者全方位的關懷，這就影響了健身者的健身效果。

健身器材作為健身運動的重要組成部分，也在不斷發展和創新。倒立和引體向上是常見的健身訓練項目，可以幫助人們鍛煉核心肌群、提高肌肉力量和增強身體平衡能力，具有廣泛的適用性。然而，由于這些運動需要較強的肌肉力量和協調能力，對于許多初學者來說，這些動作往往比較困難，需要長時間的練習和指導，而且容易受到重力的限制，訓練難度較大。為了解決這一問題，本文介紹了一種便于倒立和引體向上的雙人健身運動器材，該器材采用了電機助力智能調節方式，并且擁有有氧、力量以及康復等多種訓練模式，適合不同人群的需求，可為用戶提供更加全面、安全、有效的健身體驗，提高身體素質和健康水平。

2、器材設計與功能特點

2.1、器材設計

該雙人健身器材設計簡潔，美觀大方，色彩對比明顯，運動感很強，主要由鋼架、電機、電控系統、控制面板和地墊等組成，其外觀效果如圖1 所示。其中，鋼架由高強度鋼材焊接而成，具有穩定性和承重能力。電機是機械傳動系統的動力源，它將電能轉化為機械能，驅動整個系統運轉。電控系統由多個傳感器和控制器組成，可以實時監測用戶的運動狀態和姿勢，并控制電機的轉速和轉向。控制面板可以根據用戶的需求和能力水平進行智能調節，包括傾斜角度、倒立角度、引體向上次數等參數。地墊采用地毯橡膠，經特殊工藝制成，具有防滑、安全、無毒、環保、防損、耐候性強、可用水清洗等特點，是用戶站立和躺臥的基礎，可以提供舒適的支撐和保護。

圖1 器材外觀效果圖

健身器材整體結構簡單，由兩個平衡支架和一個橫杠構成，其核心結構如圖2 所示。平衡支架采用了高強度鋼材框架，兩個支架之間通過一個橫杠相連。底部為長方形的弧形基座，比單獨的圓管立柱更加穩固。每個支架都有兩個調節螺栓，可以根據用戶身高和重量進行調節。橫杠上裝有兩個手柄和一個觸摸屏，手柄用于進行引體向上運動，觸摸屏用于控制器材的智能調節功能。該器材注重運動部件的結構設計，按照運動部件與固定桿件的擠夾間隙、相對運動間隙的要求，避免出現擠夾間隙的運動結構不合格問題，保護運動者安全。

圖2 器材核心結構圖

該器材能夠滿足用戶的多種健身需求。首先，該器材采用電機助力智能調節方式，可根據不同人群的運動強度需求進行調整。具體來說，該電機能夠根據用戶的運動狀態自動調整運動阻力，以保證用戶的運動效果。此外，該電機還具有自動停止功能，當用戶停止運動時，電機也會自動停止運轉，以確保用戶的安全。用戶能夠通過控制面板上的按鈕，輕松調節器材的傾斜度和難度，同時還能根據自身身高和體重，智能調節電機的力量大小，讓用戶在倒立和引體向上訓練中更加自由、舒適和安全；其次，該器材還具有多種訓練模式，包括有氧、力量和康復訓練模式，能夠滿足不同用戶的健身需求。例如，用戶可以選擇有氧訓練模式，通過長時間、低強度的運動，增強心肺功能和耐力；也可以選擇力量訓練模式，通過短時間、高強度的運動，增強肌肉力量和爆發力；還可以選擇康復訓練模式，幫助人們在身體受傷或手術恢復后進行安全、有效的康復訓練。

同時，還配備了智能傳感器和顯示屏，可以實時監測用戶的運動狀態和健康數據，如心率、步數、消耗的卡路里等，用戶可以通過觸摸屏上的菜單查看自己的健康數據，以及設定個人目標和計劃。該產品考慮到不同身高的人群使用，因此可以通過調節橫杠高度，盡可能讓各種身高的人方便鍛煉。

扶手設計是器械設計中的一項重要內容，設計扶手時要避免掌部組織受到壓力，要防止局部血流不暢，而引起麻木。因此，扶手應有較大的接觸面積，并設有扶手保護裝置，不管天氣冷暖，能讓運動者舒適使用，不會對手造成傷害。（1）扶手的直徑：把手的直徑取決于用力大小和手的尺寸，用力抓握的把手直徑可取30-40mm；（2）扶手形狀：正常情況下，圓形截面適合于抓握，與手的接觸面也比較大；（3）扶手的長度：對手握式工具，把手的長度取決于手掌寬度。女性和男性掌寬在70-98mm，較合適的把手長度是105-125mm；（4）扶手的摩擦力：摩擦系數要較大，以便抓得更穩，不會滑動。

健身器材人機工程設計的原則：（1）通用性原則：器材應充分考慮到通用性原則，通過電機助力和訓練模式設置，讓絕大部分人可以使用；（2）實用性原則：該器材操作便捷，易于移動和存放，適合在家庭或健身房中使用；并提倡模塊化設計理念，各部件之間可分拆，方便安裝和維修；（3）安全性原則：無論如何，保護健身者的安全是在設計產品時必須考慮的問題，不能設計出一些超出人們身體極限的器材，更要防止人們使用時存在的安全隱患，特別是針對兒童的一些健身器材；（4）趣味性原則：器材不僅僅為了美體健身，它還具備休閑、娛樂、相互溝通的功能，特別是對于雙人健身運動的器材而言，更要突出它的娛樂性、趣味性。

2.2、功能特點

該器材具有電機助力智能調節方式，用戶能夠通過控制面板設置傾斜角度、倒立角度、引體向上次數等參數，同時還能根據不同的訓練模式進行選擇和調節，其使用方式如圖3 所示。具體功能如下：

圖3 器材使用方式圖

（1）倒立訓練模式。

在倒立訓練模式下，用戶可以進行倒立訓練。電機能夠輔助用戶完成倒立動作，使得用戶在進行倒立訓練時更加安全和穩定。用戶可以通過控制面板設置傾斜角度和倒立角度，逐步提高難度，同時進行核心肌群和脊柱的訓練，達到促進血液循環、減輕脊柱壓力、提高心肺功能等效果。

（2）引體向上訓練模式。

在引體向上訓練模式下，用戶可以進行引體向上訓練。電機能夠輔助用戶完成引體向上動作，使得用戶在進行引體向上訓練時更加安全和穩定。用戶可以通過控制面板設置引體向上次數和難度級別，逐步提高難度，同時進行肱三頭肌和背闊肌等肌群的訓練，達到強化肌肉力量、改善身體比例等效果。

（3）有氧訓練模式。

有氧訓練是指進行長時間的、中等強度的運動，以提高心肺功能，消耗卡路里，增強耐力和體力。在此健身器材中，有氧訓練模式可以通過電機助力智能調節方式進行調整，通過控制面板設置速度、傾斜角度等參數，進行有氧運動訓練，以適應不同人群的運動強度需求，達到提高心肺功能、燃燒脂肪等效果。此外，健身器材上還設置了心率檢測功能，可以幫助用戶掌握自己的心率情況，保證運動效果。

（4）力量訓練模式。

力量訓練是指進行短時間、高強度的運動，以增加肌肉力量和質量。在本健身器材中，通過控制面板設置負重、引體向上次數等參數，用戶可以進行高強度的力量訓練，如慢速的引體向上和靜態倒立等，達到強化肌肉力量、改善身體比例等效果，同時也可以進行多種力量訓練，如深蹲、臥推等。用戶可以根據自身情況和訓練目標選擇適合的訓練模式，進行有針對性的力量訓練。

（5）康復訓練模式。

康復訓練是指幫助用戶恢復身體功能，預防或治療運動損傷，適用于因受傷或疾病而需要恢復的人群。在此健身器材中，通過控制面板設置傾斜角度、負重等參數，進行安全、有效的康復訓練，達到預防和緩解相關疾病的效果，如腰椎間盤突出、肩頸痛、膝蓋酸痛等。同時也可以進行多種康復訓練，如下蹲、單腿平衡等。用戶可以根據自身康復情況和醫生建議進行適合的康復訓練，幫助身體恢復健康。

3、實驗測試與評估

為了驗證該雙人健身器材的設計與功能，本文進行了一系列的實驗，并進行了充分的數據統計和分析。該器材的設計與功能，以及健身效果與安全性均得到了充分的驗證和評估。實驗結果表明，該器材能夠滿足用戶的多種健身需求，提高身體各項指標，有效預防和緩解相關疾病，并且能夠有效保證用戶在訓練過程中的安全性。

3.1、設計驗證

為了驗證該器材的穩定性和安全性，我們對其結構進行了強度測試。在該測試中，我們對器材進行了逐級增加的負重測試，從而確定其最大承重能力。測試結果表明，該雙人健身器材的最大承重能力為500kg，足以滿足大多數用戶的使用需求。

同時，我們還對該器材進行了實際使用測試。測試結果表明，該器材的電機助力功能可以有效地輔助用戶完成倒立和引體向上動作，并且能夠根據用戶的需求和能力水平進行智能調節。在使用過程中，用戶可以通過控制面板隨時調整傾斜角度、倒立角度、引體向上次數等參數，以逐步提高訓練難度。

3.2、訓練效果評估

為了評估該器材的訓練效果，我們選擇了一組健身愛好者作為實驗對象，進行了為期12 周的訓練。在訓練過程中，我們根據實驗對象的需求和能力水平，選擇了不同的訓練模式和參數進行訓練，包括倒立訓練、引體向上訓練、有氧訓練、力量訓練和康復訓練等。

經過12 周的訓練，實驗對象的身體指標和體能水平均得到了明顯的改善。其中，體重和BMI 指數均有所下降，身體比例得到了明顯的改善。同時，實驗對象的肌肉力量、心肺功能、協調能力等體能指標也得到了顯著提升。此外，實驗對象的脊柱壓力得到了減輕，身體的柔韌性和平衡能力也得到了提高。

3.3、健身效果與安全性

該器材的訓練效果非常顯著，能夠為用戶提供全面的健身訓練，包括提高心肺功能、增強肌肉力量、改善身體柔韌性和協調性、促進血液循環等。特別是倒立和引體向上訓練，能夠有效鍛煉上肢、背部和腹部肌肉，提高身體平衡性和協調性，還能緩解頸椎和腰椎的疲勞和緊張，預防和緩解相關的疾病。此外，該器材的電機助力智能調節方式，保證了用戶在訓練過程中的安全，可以有效減少意外傷害的發生。

4、結論

通過本文的研究，我們成功地測試與評估了一種便于倒立和引體向上的雙人健身器材，該器材具有電機助力智能調節方式和多種訓練模式功能，可以適應不同人群的運動需求。經過實驗驗證，該器材不僅能夠鍛煉肌肉力量和質量，還能夠提高心肺功能和耐力，同時適用于身體康復訓練。該器材設計獨特，能夠容納兩個人同時進行運動，有助于提高互動性和趣味性；易于使用，具有很高的實用性、穩定性和安全性，能夠滿足用戶的多種不同訓練需求，并且能夠有效地提高用戶的身體指標和體能水平。因此，該器材具有廣泛的應用前景和推廣價值，有望成為健身行業的一項重要創新。

未來，健身器材的設計將會朝著規范化、系統化、人性化的道路發展，將關注以下四個方面：（1）更加關注弱勢群體的健康；（2）在功能完善上，不斷尋求娛樂趣味性；（3）推崇綠色環保、科學發展的設計理念；（4）更加關心、保護健身者，提升器材的安全性、可靠性。

同時，我們將繼續優化該器材的功能和性能，提升其智能化程度，增強用戶體驗感。我們也會推出更多的健身器材和健康管理軟件，以滿足用戶不斷增長的健身需求和健康管理需求。總之，健康是人類最寶貴的財富，健身是一種積極、健康、有益的生活方式，我們希望通過研發設計和技術創新，幫助更多的人擁有健康、快樂、美好的生活。