王友朋

（北京市潞河中学,北京,101100)

新型多连杆足式椭圆仪健身代步车的研究

王友朋

（北京市潞河中学,北京,101100)

本文中的“多连杆足式椭圆仪健身代步车”，基于椭圆仪物理模型的设计思想，通过将仿生机械腿创新设计替代传统的行走方式，实现休闲健身和行走代步相结合以及代步应用行走方式的创新，增强健身安全性的同时提高娱乐性。本文注重“椭圆机构与运动磨损”的数据理论分析，以及针对不同的使用人群，如何采用合适的尺寸数据来保证器材的稳定性。研究过程中使用了Solidworks建模软件完成整机方案建模，引入了人因工程学的概念，采用动态物理分析等研究方法。

椭圆仪；机械腿；人因工程学；健身器；动态分析

0 引言

在研究“椭圆机”领域的论文中，机械结构少有创新，多为在原有基础上加以细节的改进，市场上所销售的椭圆机类型也相对单一，少有整体运动模式的突破，同时领域内权威创新性论文并非很多，本文作者将“椭圆仪”“机械腿结构”“健身器”有机结合起来。

1 椭圆机的定义及基本原理

当人体慢走、快走或跑步时，脚踝的运动轨迹近似于椭圆，而椭圆仪（又称椭圆机）则是应用这样的原理，通过一定的连杆结构，在外力的驱动下，踏板可以以一个完整的椭圆轨迹进行运动。同时，当椭圆仪整体开始运动后，踏板所形成的椭圆轨迹会来引导使用者脚步进行近似椭圆运动，这便使机器的运动规律，与人的自然跨步相互吻合，从而让人体以最舒适的方式进行运动，消耗能量，达到减肥健身的目的。利用这样的原理制作的几何机械便可以称为椭圆机。

在椭圆仪与人体运动步态轨迹高度拟合的基础上，本研究中两个重点研究机构“椭圆机”、“足式结构”对适用人体进行健身过程中的安全性、稳定性、舒适性、娱乐性起到了关键性的作用。

2 适用人群与针对性调整结构

该健身对以下三类人群可以起到最佳的运动健身效果。

(1)婴幼儿、学龄前学步使用；

(2)中老年运动健身、腿部术后康复；

(3)希望减缓生活的快节奏，让自身得到释放，同时希望以一种新颖的方式来健身运动的年轻人。

在适应以上三种适用人群的设计基础上，考虑到了个体的差异性，因此在设计时考虑到了可调节性的部件结构，具体体现在了中杠杆踏板滑轨锁死设计、双模式把手的锁死固定等方面。

本研究的健身器因为有着提高运动高效性、便捷性以及增强健身趣味性、艺术观赏性的设计理念以及希望在更多环境下得到实际应用的想法，所以在设计中将多功能操作模式加入进来。

3 多功能操作特征

3.1 立地式和运动式

传统椭圆仪健身器极大多数为立地式的运动模式，使用者只能通过踩踏踏板同时双手摇动把手，来进行协调运动，从而达到健身的目的。但是这种方式只能固定不动地重复循环，容易感到枯燥无味，降低运动效率。因此本健身器在这方面采用到的多功能设计可以拥有两种健身模式，一种是类似于传统的立地式，另外一种是运动式。

3.2 传统摇摆式与转向式

这两种模式表现在把手与机体的配合上，传统摇摆模式是在配合立地式运动模式使用的，保留了传统椭圆机的健身模式，手部摇摆的健身方式有利于调动全身肌肉一起运动，提高运动效率。增强的本设计的应用面，使普适性更强。为了针对不同年龄、不同生理条件的适用人群，能够科学、舒适地使用本健身器，同时也考虑到整体的重心平衡调节，所以作者在设计脚踏板时采用了可调节踩踏板的设计方式。

4 数据采集

多连杆足式椭圆仪健身代步车（如图1(a）(b)所示)的杆件数据主要以传统立地式的椭圆机构健身器为模板，进行等比例缩放和适当调整来配合本设计的功能和正常使用。数据采集过程中，选择多个实物进行多次测量，取得大体相似但细节上稍有改动的不同款式椭圆机尺寸，在取得相近款式椭圆仪健身器的平均尺寸后即获得原始尺寸，经过适度修改与调整后，在保证运动规律依然符合人因工程学的基础上获得本设计中主要杆件的具体尺寸。

图1 多连杆足式椭圆仪健身代步车

5 设计特点及其实用意义

椭圆仪结构与机械腿结合的实际意义。

(1)椭圆机构的运动与多组机械腿的运动都具有节奏性、规律性以及运动的和谐性，两者相互结合有利于突出健身器的工业艺术性，并对人因工程学当中的机械对人的心理影响有着一定的作用。

(2)结合两种机械结构的运动特征，椭圆机构可以有效地保护人体在运动过程中的健康，同时减少可能发生的运动损伤损伤；机械腿可以有效限制运动的最高速度，同时使运动具有节奏性，应用在健身方面上具有一定的创新意义，两者相互结合相互补充，而并非机械地结合在一起，双方的特点都有利于提高本健身器在市场当中的竞争优势。

(3)两者均属于几何机械结构，相互结合有利于批量生产、问题检修以及后期的维护操作。

本器材的使用活动范围较传统的立地式椭圆机而言广泛很多，传统立地式椭圆机只能固定在小区娱乐场、健身房或者若家庭有条件的话购置的家用椭圆机，这些都是无法进行移动的，导致运动场所一成不变，容易造成运动枯燥，降低娱乐性和健身效果。本研究中的健身器由于它的体积相对而言有所缩小，具有可活动性的特点，所以既可以在家中固定运动，也可以在室外进行代步、健身活动，甚至若家中活动范围允许可以再家中进行一定范围内的活动，，可移动和便捷性的使用特点也提高了产品的可迁移性，这样在搬家等需要远距离转移机体的活动就会方便很多。

6 总结

本研究是以多连杆椭圆仪足式健身代步车为研究对象进行系统化地前期分析，中期对比、学习、修改，后期整合、完善、结题的完整性研究。所研究设计并进行模拟分析的健身代步车，以椭圆仪结构、多连杆多组足式机械腿结构、车架设计作为重点研究结构，在运动整体结构上有所创新，在运动过程中具有运动高效性、安全性、配合流畅性的特点，在整体结构的特点上有着便捷性、稳定性、灵活性。完成了将传统立地式椭圆机走出固定场所的预期目标，并且新型健身器能够极大地增强健身运动的娱乐性，提高运动者的健身热情，从而提升运动效率，对于幼儿、老人、患者初愈等相关人群也有着一定的辅助和康复作用，达到了设计目标。

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[5]武永强.基于人因工程学的双椭圆机设计方法研究[D].湖北，武汉理工大学，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