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[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生老年人滑下座椅的情況。本文通過查閱有關人在使用劃船器健身時對身體狀態的影響[2-4]，在已有的劃船器[5]的基礎上進行改進，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。

1 機構外形

圖1為該機構的運動簡圖。其中，該機構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 劃船器的機構運動簡圖

2 建立數學方程并輸出運動圖像

因為BPD為剛體，故P點運動狀態與B點運動狀態相同。因此易求得Y、X坐標參數為：

對上述兩式進行求導，得到Y、X的速度參數為：

對上述兩式繼續求導，得到Y、X的加速度參數為：

為驗證上文中利用參數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，通過對比兩次關于Y方向與X方向運動曲線的輸出，發現兩運動曲線一致，驗證了上文利用參數坐標方程所輸出運動曲線的正確性。

3 裝置運動過程及優點

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，即座椅部分在該裝置運動的同時只發生平移運動，并未發生旋轉運動。該裝置的這一特性很好地解決了傳統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 結論及展望

建立戶外劃船器系統模型。并通過靜力分析和運動分析，再通過數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。同時為研究劃船器對人的健身效果，奠定了基礎。本文中所提及的劃船器不能調整座椅的高度與腿部長度，此劃船器在此基礎上可做進一步改造。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節劃船器的“擋位”，這也是該劃船器以后的改造方向之一。