鄧亮 李恒達(dá) 王豪杰

（1、3.溫州市工業(yè)科學(xué)研究院 浙江 溫州 325000；2.溫州市創(chuàng)意設(shè)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(jīng)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(qiáng)和生活方式的改變，健身已成為現(xiàn)代人生活中的重要組成部分。在現(xiàn)代都市生活中，隨著人們的工作壓力增大和生活節(jié)奏的加快，很多人缺乏運(yùn)動，身體素質(zhì)下降，從而導(dǎo)致一系列的健康問題。當(dāng)今社會，腦力勞動者越來越多，人們越來越習(xí)慣久坐，導(dǎo)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(jī)。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(zhì)。因此，健身運(yùn)動被視為改善身體健康的重要手段之一。

隨著社會的進(jìn)步，人們生活水平的提高，人們的生活方式發(fā)生了改變，對生活質(zhì)量有更高的追求，對健康也更加重視，進(jìn)行鍛煉的時間也相應(yīng)增多。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，室內(nèi)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(tǒng)的健身器材人機(jī)工程理論指導(dǎo)，沒能和健身者之間建立融洽的匹配關(guān)系，沒能實現(xiàn)對健身者全方位的關(guān)懷，這就影響了健身者的健身效果。

健身器材作為健身運(yùn)動的重要組成部分，也在不斷發(fā)展和創(chuàng)新。倒立和引體向上是常見的健身訓(xùn)練項目，可以幫助人們鍛煉核心肌群、提高肌肉力量和增強(qiáng)身體平衡能力，具有廣泛的適用性。然而，由于這些運(yùn)動需要較強(qiáng)的肌肉力量和協(xié)調(diào)能力，對于許多初學(xué)者來說，這些動作往往比較困難，需要長時間的練習(xí)和指導(dǎo)，而且容易受到重力的限制，訓(xùn)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(yùn)動器材，該器材采用了電機(jī)助力智能調(diào)節(jié)方式，并且擁有有氧、力量以及康復(fù)等多種訓(xùn)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(zhì)和健康水平。

2、器材設(shè)計與功能特點

2.1、器材設(shè)計

該雙人健身器材設(shè)計簡潔，美觀大方，色彩對比明顯，運(yùn)動感很強(qiáng)，主要由鋼架、電機(jī)、電控系統(tǒng)、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(qiáng)度鋼材焊接而成，具有穩(wěn)定性和承重能力。電機(jī)是機(jī)械傳動系統(tǒng)的動力源，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動整個系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。電控系統(tǒng)由多個傳感器和控制器組成，可以實時監(jiān)測用戶的運(yùn)動狀態(tài)和姿勢，并控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。控制面板可以根據(jù)用戶的需求和能力水平進(jìn)行智能調(diào)節(jié)，包括傾斜角度、倒立角度、引體向上次數(shù)等參數(shù)。地墊采用地毯橡膠，經(jīng)特殊工藝制成，具有防滑、安全、無毒、環(huán)保、防損、耐候性強(qiáng)、可用水清洗等特點，是用戶站立和躺臥的基礎(chǔ)，可以提供舒適的支撐和保護(hù)。

圖1 器材外觀效果圖

健身器材整體結(jié)構(gòu)簡單，由兩個平衡支架和一個橫杠構(gòu)成，其核心結(jié)構(gòu)如圖2 所示。平衡支架采用了高強(qiáng)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(wěn)固。每個支架都有兩個調(diào)節(jié)螺栓，可以根據(jù)用戶身高和重量進(jìn)行調(diào)節(jié)。橫杠上裝有兩個手柄和一個觸摸屏，手柄用于進(jìn)行引體向上運(yùn)動，觸摸屏用于控制器材的智能調(diào)節(jié)功能。該器材注重運(yùn)動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，按照運(yùn)動部件與固定桿件的擠夾間隙、相對運(yùn)動間隙的要求，避免出現(xiàn)擠夾間隙的運(yùn)動結(jié)構(gòu)不合格問題，保護(hù)運(yùn)動者安全。

圖2 器材核心結(jié)構(gòu)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(jī)助力智能調(diào)節(jié)方式，可根據(jù)不同人群的運(yùn)動強(qiáng)度需求進(jìn)行調(diào)整。具體來說，該電機(jī)能夠根據(jù)用戶的運(yùn)動狀態(tài)自動調(diào)整運(yùn)動阻力，以保證用戶的運(yùn)動效果。此外，該電機(jī)還具有自動停止功能，當(dāng)用戶停止運(yùn)動時，電機(jī)也會自動停止運(yùn)轉(zhuǎn)，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(diào)節(jié)器材的傾斜度和難度，同時還能根據(jù)自身身高和體重，智能調(diào)節(jié)電機(jī)的力量大小，讓用戶在倒立和引體向上訓(xùn)練中更加自由、舒適和安全；其次，該器材還具有多種訓(xùn)練模式，包括有氧、力量和康復(fù)訓(xùn)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(xùn)練模式，通過長時間、低強(qiáng)度的運(yùn)動，增強(qiáng)心肺功能和耐力；也可以選擇力量訓(xùn)練模式，通過短時間、高強(qiáng)度的運(yùn)動，增強(qiáng)肌肉力量和爆發(fā)力；還可以選擇康復(fù)訓(xùn)練模式，幫助人們在身體受傷或手術(shù)恢復(fù)后進(jìn)行安全、有效的康復(fù)訓(xùn)練。

同時，還配備了智能傳感器和顯示屏，可以實時監(jiān)測用戶的運(yùn)動狀態(tài)和健康數(shù)據(jù)，如心率、步數(shù)、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(shù)據(jù)，以及設(shè)定個人目標(biāo)和計劃。該產(chǎn)品考慮到不同身高的人群使用，因此可以通過調(diào)節(jié)橫杠高度，盡可能讓各種身高的人方便鍛煉。

扶手設(shè)計是器械設(shè)計中的一項重要內(nèi)容，設(shè)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(yīng)有較大的接觸面積，并設(shè)有扶手保護(hù)裝置，不管天氣冷暖，能讓運(yùn)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(shù)要較大，以便抓得更穩(wěn)，不會滑動。

健身器材人機(jī)工程設(shè)計的原則：（1）通用性原則：器材應(yīng)充分考慮到通用性原則，通過電機(jī)助力和訓(xùn)練模式設(shè)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(shè)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(hù)健身者的安全是在設(shè)計產(chǎn)品時必須考慮的問題，不能設(shè)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(yùn)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(jī)助力智能調(diào)節(jié)方式，用戶能夠通過控制面板設(shè)置傾斜角度、倒立角度、引體向上次數(shù)等參數(shù)，同時還能根據(jù)不同的訓(xùn)練模式進(jìn)行選擇和調(diào)節(jié)，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(xùn)練模式。

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

（2）引體向上訓(xùn)練模式。

在引體向上訓(xùn)練模式下，用戶可以進(jìn)行引體向上訓(xùn)練。電機(jī)能夠輔助用戶完成引體向上動作，使得用戶在進(jìn)行引體向上訓(xùn)練時更加安全和穩(wěn)定。用戶可以通過控制面板設(shè)置引體向上次數(shù)和難度級別，逐步提高難度，同時進(jìn)行肱三頭肌和背闊肌等肌群的訓(xùn)練，達(dá)到強(qiáng)化肌肉力量、改善身體比例等效果。

（3）有氧訓(xùn)練模式。

有氧訓(xùn)練是指進(jìn)行長時間的、中等強(qiáng)度的運(yùn)動，以提高心肺功能，消耗卡路里，增強(qiáng)耐力和體力。在此健身器材中，有氧訓(xùn)練模式可以通過電機(jī)助力智能調(diào)節(jié)方式進(jìn)行調(diào)整，通過控制面板設(shè)置速度、傾斜角度等參數(shù)，進(jìn)行有氧運(yùn)動訓(xùn)練，以適應(yīng)不同人群的運(yùn)動強(qiáng)度需求，達(dá)到提高心肺功能、燃燒脂肪等效果。此外，健身器材上還設(shè)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(yùn)動效果。

（4）力量訓(xùn)練模式。

力量訓(xùn)練是指進(jìn)行短時間、高強(qiáng)度的運(yùn)動，以增加肌肉力量和質(zhì)量。在本健身器材中，通過控制面板設(shè)置負(fù)重、引體向上次數(shù)等參數(shù)，用戶可以進(jìn)行高強(qiáng)度的力量訓(xùn)練，如慢速的引體向上和靜態(tài)倒立等，達(dá)到強(qiáng)化肌肉力量、改善身體比例等效果，同時也可以進(jìn)行多種力量訓(xùn)練，如深蹲、臥推等。用戶可以根據(jù)自身情況和訓(xùn)練目標(biāo)選擇適合的訓(xùn)練模式，進(jìn)行有針對性的力量訓(xùn)練。

（5）康復(fù)訓(xùn)練模式。

康復(fù)訓(xùn)練是指幫助用戶恢復(fù)身體功能，預(yù)防或治療運(yùn)動損傷，適用于因受傷或疾病而需要恢復(fù)的人群。在此健身器材中，通過控制面板設(shè)置傾斜角度、負(fù)重等參數(shù)，進(jìn)行安全、有效的康復(fù)訓(xùn)練，達(dá)到預(yù)防和緩解相關(guān)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(jìn)行多種康復(fù)訓(xùn)練，如下蹲、單腿平衡等。用戶可以根據(jù)自身康復(fù)情況和醫(yī)生建議進(jìn)行適合的康復(fù)訓(xùn)練，幫助身體恢復(fù)健康。

3、實驗測試與評估

為了驗證該雙人健身器材的設(shè)計與功能，本文進(jìn)行了一系列的實驗，并進(jìn)行了充分的數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析。該器材的設(shè)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(jié)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(biāo)，有效預(yù)防和緩解相關(guān)疾病，并且能夠有效保證用戶在訓(xùn)練過程中的安全性。

3.1、設(shè)計驗證

為了驗證該器材的穩(wěn)定性和安全性，我們對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了強(qiáng)度測試。在該測試中，我們對器材進(jìn)行了逐級增加的負(fù)重測試，從而確定其最大承重能力。測試結(jié)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(shù)用戶的使用需求。

同時，我們還對該器材進(jìn)行了實際使用測試。測試結(jié)果表明，該器材的電機(jī)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(jù)用戶的需求和能力水平進(jìn)行智能調(diào)節(jié)。在使用過程中，用戶可以通過控制面板隨時調(diào)整傾斜角度、倒立角度、引體向上次數(shù)等參數(shù)，以逐步提高訓(xùn)練難度。

3.2、訓(xùn)練效果評估

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

經(jīng)過12 周的訓(xùn)練，實驗對象的身體指標(biāo)和體能水平均得到了明顯的改善。其中，體重和BMI 指數(shù)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(xié)調(diào)能力等體能指標(biāo)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(xùn)練效果非常顯著，能夠為用戶提供全面的健身訓(xùn)練，包括提高心肺功能、增強(qiáng)肌肉力量、改善身體柔韌性和協(xié)調(diào)性、促進(jìn)血液循環(huán)等。特別是倒立和引體向上訓(xùn)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(xié)調(diào)性，還能緩解頸椎和腰椎的疲勞和緊張，預(yù)防和緩解相關(guān)的疾病。此外，該器材的電機(jī)助力智能調(diào)節(jié)方式，保證了用戶在訓(xùn)練過程中的安全，可以有效減少意外傷害的發(fā)生。

4、結(jié)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(jī)助力智能調(diào)節(jié)方式和多種訓(xùn)練模式功能，可以適應(yīng)不同人群的運(yùn)動需求。經(jīng)過實驗驗證，該器材不僅能夠鍛煉肌肉力量和質(zhì)量，還能夠提高心肺功能和耐力，同時適用于身體康復(fù)訓(xùn)練。該器材設(shè)計獨特，能夠容納兩個人同時進(jìn)行運(yùn)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(wěn)定性和安全性，能夠滿足用戶的多種不同訓(xùn)練需求，并且能夠有效地提高用戶的身體指標(biāo)和體能水平。因此，該器材具有廣泛的應(yīng)用前景和推廣價值，有望成為健身行業(yè)的一項重要創(chuàng)新。

未來，健身器材的設(shè)計將會朝著規(guī)范化、系統(tǒng)化、人性化的道路發(fā)展，將關(guān)注以下四個方面：（1）更加關(guān)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(huán)保、科學(xué)發(fā)展的設(shè)計理念；（4）更加關(guān)心、保護(hù)健身者，提升器材的安全性、可靠性。

同時，我們將繼續(xù)優(yōu)化該器材的功能和性能，提升其智能化程度，增強(qiáng)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(fā)設(shè)計和技術(shù)創(chuàng)新，幫助更多的人擁有健康、快樂、美好的生活。