王鵬偉，孫曉普

（山西嘉世達(dá)機(jī)器人技術(shù)有限公司，山西 太原 030006）

1.跑步機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 基本組成

跑步機(jī)其基本組成包括有電動(dòng)機(jī)、基架、滾筒以及控制臺(tái)等部分，各部分經(jīng)設(shè)計(jì)安裝，良好構(gòu)成了完整的多功能跑步機(jī)[1-2]。支架結(jié)構(gòu)放置于家庭地面上，使用螺栓零件將基架做以連接，而基架進(jìn)行收放操作便是根據(jù)螺栓零件完成，將螺栓定軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，便能帶動(dòng)基架做出抬起/放下等模式的應(yīng)用。基架收放還需要借助氣壓桿零件，氣壓桿可在基架運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生作用力，支撐起整個(gè)基架重力，讓基架收放過(guò)程保持較大安全性?；苌习惭b了前后兩種軸體，前軸滾筒利用軸承結(jié)構(gòu)將自身固定在軸體上，而后軸滾筒則是加裝螺釘零件，當(dāng)跑步機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，前軸可不斷收緊，后軸則能沿著基架限定出的軌道做水平循環(huán)運(yùn)動(dòng)，由此完成了跑步帶的滾動(dòng)[3]。跑步機(jī)使用電力能源啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)，通過(guò)速度傳感器來(lái)完成皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)跑步帶移動(dòng)，用戶可由控制臺(tái)操控跑步速度。圖1展示了跑步機(jī)的基本結(jié)構(gòu)組成。

圖1 跑步機(jī)的整體結(jié)構(gòu)組成

1.2 輔助器材

理論上看，在跑步機(jī)支架上可進(jìn)行多功能設(shè)計(jì)，比如帶有可裝卸的支架，讓支架結(jié)構(gòu)附帶不同器材，由此實(shí)現(xiàn)不同功能。首先，可為練臂用戶提供支架上的啞鈴，而根據(jù)用戶鍛煉需求不同，可以選擇配置不同重量規(guī)格的啞鈴部件，讓用戶自選3KG至15KG之間的重量[4]。其次，可為練腹用戶附帶仰臥起坐部件，用戶能以基架作為水平面按需做仰臥起坐運(yùn)動(dòng)，鍛煉腹部肌肉。最后，將跑步機(jī)可裝卸支架附帶振動(dòng)按摩器，采用振動(dòng)器部件和按摩帶連接，按摩帶便可在控制中緊密貼合用戶身體各部位，讓用戶在按摩時(shí)舒緩鍛煉疲勞，緊致肌肉。

2.跑步機(jī)人機(jī)工程優(yōu)化

家用設(shè)計(jì)的跑步機(jī)設(shè)備，需要和健身房所用設(shè)備做以區(qū)分，更多考慮家庭用戶的人機(jī)工程學(xué)特征，以此為依據(jù)，不斷優(yōu)化跑步機(jī)設(shè)計(jì)中的各要素。本文對(duì)電動(dòng)機(jī)、支架等跑步機(jī)各部分做以細(xì)致層面的優(yōu)化設(shè)計(jì)分析，探究?jī)?yōu)化后的各部分能為家庭用戶帶來(lái)何種需求上的滿足。

2.1 電動(dòng)機(jī)

跑步機(jī)的電能傳導(dǎo)動(dòng)力過(guò)程由電動(dòng)機(jī)完成，可以說(shuō)電動(dòng)機(jī)為跑步機(jī)設(shè)備最為核心、重要的部件之一，電動(dòng)機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)需要考慮家庭應(yīng)用跑步機(jī)的實(shí)際所需馬力情況。首先，要理解電動(dòng)機(jī)馬力大小的區(qū)分，并不一定馬力越大則跑步機(jī)性能越好，家庭使用選擇適合居家使用的馬力便可，否則馬力過(guò)大將會(huì)造成樓層振動(dòng)幅度過(guò)大現(xiàn)象，由此產(chǎn)生噪音危害，不利于健身需求的落實(shí)及鄰里關(guān)系保持。其次，優(yōu)化后的電動(dòng)機(jī)類型選擇直流模式，該種電動(dòng)機(jī)能完成更高的使用效率，并且不會(huì)發(fā)出較大噪音，使用壽命也更高，更加適宜家用。據(jù)了解，市面上常用跑步機(jī)為適宜慢跑或者老年用戶使用的2HP及以下（1.5、1.75）馬力數(shù)值，和適宜一般用戶人群使用的2.5、3HP馬力數(shù)值[5]。

2.2 跑步帶

跑步帶結(jié)構(gòu)其作用較為單一，無(wú)論是在跑步功能下，還是在輔助多功能下，跑步帶都是作為運(yùn)動(dòng)平面來(lái)完成整個(gè)跑步機(jī)功能設(shè)計(jì)過(guò)程的。不過(guò)針對(duì)家用跑步機(jī)類型，仍要將跑步帶設(shè)計(jì)的更為人性化，避免影響用戶健身體感。首先，跑步帶長(zhǎng)度需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，用戶跑步應(yīng)邁得開(kāi)步子，如果跑步帶長(zhǎng)度較小，則較易發(fā)生跌倒危害，如果跑步帶過(guò)長(zhǎng)，則浪費(fèi)材料之余，還會(huì)影響跑步機(jī)整體運(yùn)輸環(huán)節(jié)，不利于售賣[6]。此時(shí)根據(jù)人機(jī)工程學(xué)的運(yùn)動(dòng)工學(xué)做以長(zhǎng)度推算，將跑步帶長(zhǎng)度設(shè)計(jì)優(yōu)化為1400 mm，便可最大限度均衡跑步帶長(zhǎng)度引發(fā)的問(wèn)題。其次，分析跑步帶寬度，以18-60歲為目標(biāo)用戶對(duì)象，則可根據(jù)肩寬、運(yùn)動(dòng)幅度等數(shù)據(jù)，從百分位數(shù)的第95位數(shù)值403mm基礎(chǔ)上加設(shè)余量，最終將跑步帶寬度設(shè)定為420 mm[7]。

跑步機(jī)的跑帶是由底紗和橡膠組成的，正反面使用不同的材質(zhì)，反面摩擦力小，正面摩擦力大。底紗主要為網(wǎng)狀尼龍織物，可以非常有效的防止跑帶發(fā)生變形，延長(zhǎng)跑帶的使用壽命，加大跑帶底層的耐磨性，并且非常好的減少摩擦。正面摩擦力一方面可以從材料本身摩擦系數(shù)提升，另一方面可以在表面增加不同的紋理從而增加防滑。

2.3 基架

基架的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是其他設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。支架的設(shè)計(jì)、滾簡(jiǎn)的選擇、前后罩的設(shè)計(jì)都是依據(jù)基架的尺寸和形狀設(shè)計(jì)的，所以首先要考慮基架的設(shè)計(jì)。而基架的尺寸又由跑步帶決定。相關(guān)計(jì)算是將電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)度和跑步帶設(shè)計(jì)長(zhǎng)度相加，則400 mm+1400 mm，基架設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1800 mm[8]。而基架寬度數(shù)值則是將跑步帶寬度和左右踏板條寬度相加，基架兩邊的左右踏條，能夠?yàn)橛脩籼峁┳銐虻陌踩确盼恢?。踏條的寬度參考GB/T10000，根據(jù)16-80歲年齡組的第95百分位數(shù)，足寬為103 mm，加上設(shè)計(jì)余量，將踏條的寬度設(shè)計(jì)為150 mm，則W基架=420+300=720 mm。另外，將跑步機(jī)的外部基架設(shè)計(jì)成雙層結(jié)構(gòu)，踏板條上層設(shè)為粗糙材質(zhì)，可起到減震、防滑作用。

2.4 支架

跑步機(jī)支架部分在設(shè)計(jì)時(shí)，因功能上的多元性，可將其分成基本支架與多功能輔助支架，兩類支架也采用螺栓零件做以連接。其中基本支架分為扶手、儀表盤支架等，多功能輔助支架按照用戶需求進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)（比如啞鈴、電動(dòng)按摩機(jī)械等）。扶手的優(yōu)化設(shè)計(jì)在支架設(shè)計(jì)中是重要部分，因?yàn)榉鍪钟袃蓚€(gè)不可替代作用，其一為手扶防止跑步意外發(fā)生、其二為雙臂曲撐運(yùn)動(dòng)時(shí)防止用戶摔落。

首先計(jì)算支架扶手高度。以人機(jī)工程學(xué)理論作為輔助支持，判斷用戶群體的立姿肘高度為男士1096mm，女士1023mm。此時(shí)進(jìn)行扶手最大高度算法，男士為1096+基架離地高度200+余量25，計(jì)算數(shù)值為1321mm，女士同理算得為1248mm[9]。此時(shí)將支架扶手設(shè)備設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)模式，用戶可根據(jù)需求在1240-1325之間進(jìn)行扶手高度調(diào)節(jié)，以此獲得更舒適的體感。

其次計(jì)算支架角度。電子顯示器在支架結(jié)構(gòu)上，能夠讓用戶清楚看到跑步各項(xiàng)數(shù)據(jù)，為給用戶創(chuàng)造良好觀看體感，需將支架角度做以計(jì)算。據(jù)理論分析，用戶在看顯示器的時(shí)候會(huì)適當(dāng)?shù)皖^，視線會(huì)下移30°左右，這樣人眼良好視區(qū)在-20°到-60°范圍區(qū)間內(nèi) ，此時(shí)電子顯示器角度和水平面應(yīng)保持在30°到70°范圍[10]。此時(shí)獲得中間范圍，將用戶視覺(jué)中心位于35°到50°，可為用戶提供最佳視覺(jué)效果。圖2為視覺(jué)分析。

圖2 視覺(jué)分析

經(jīng)調(diào)研分析，目前大部分用戶在進(jìn)行地面健身時(shí)手機(jī)都不離身，主要是用來(lái)視聽(tīng)音樂(lè)、課程、新聞等音頻內(nèi)容，其次可以做健身記錄。因此，根據(jù)不同的手機(jī)尺寸大小，我們可以為用戶提供可自動(dòng)調(diào)節(jié)長(zhǎng)寬尺寸的手機(jī)支架，用來(lái)代替一體的電子顯示屏屏幕。通過(guò)wifi、藍(lán)牙等無(wú)線連接，將跑步機(jī)數(shù)據(jù)同步于手機(jī)APP端，這樣不僅可以節(jié)約成本，同時(shí)軟、硬件結(jié)合也大大提升用戶體驗(yàn)。

另外由于市場(chǎng)趨勢(shì)，大部分用戶住房需求都在110平米左右的中小戶型，室內(nèi)空間小也是非常大的痛點(diǎn)，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)跑步機(jī)時(shí)，可以考慮基架與支架的折疊收納，同時(shí)底部四角增加輔輪，便于用戶收納或換位時(shí)移動(dòng)。

2.5 前后罩

該優(yōu)化設(shè)計(jì)后的跑步機(jī)設(shè)備，在選擇前后罩材質(zhì)時(shí)，使用ABS塑料材料制成的安全罩，并利用傳動(dòng)、執(zhí)行等機(jī)構(gòu)將安全罩和跑步機(jī)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分離。隔斷后的跑步機(jī)總體結(jié)構(gòu)變得完整，且極大保證了用戶家中跑步的安全性，并可通過(guò)不同顏色、工藝和簡(jiǎn)約的造型來(lái)改善跑步機(jī)外觀，讓跑步機(jī)更易受到當(dāng)下市場(chǎng)消費(fèi)者接納。跑步機(jī)前罩結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)為，前后罩結(jié)構(gòu)在安裝時(shí)，以結(jié)構(gòu)基架作為設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，由此衍生出能卡在基架上的前后罩結(jié)構(gòu)，更方便跑步機(jī)整體安裝及部分維修階段的及時(shí)拆/裝罩操作。

3.結(jié)語(yǔ)

科技發(fā)展之下，人類健身所需設(shè)備品質(zhì)需求逐漸提高，更多用戶在選擇家用跑步機(jī)時(shí)，將選擇更多功能展示，移動(dòng)方便，可折疊收納且擁有較高使用舒適程度的簡(jiǎn)約跑步機(jī)風(fēng)格，以此滿足日益增長(zhǎng)的物質(zhì)享受心理需求。通過(guò)將電動(dòng)機(jī)、跑步帶、基架、支架、前后罩等結(jié)構(gòu)做以人機(jī)工程學(xué)下的相關(guān)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案，能增加用戶跑步行為的舒適程度，并為用戶提供了更多的功能選擇，所以采用人機(jī)工程學(xué)進(jìn)行跑步機(jī)設(shè)計(jì)，有其必要性，將更容易設(shè)計(jì)出符合當(dāng)代人健身心理的家用跑步機(jī)設(shè)備。