張記豪，吳建美，鄭鳳雷

(安徽三聯(lián)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

目前，人類常用的鍛煉方法有很多，跑步就是最常用的鍛煉方法之一，不僅可以提升人們的身體素質(zhì)，而且能夠鍛煉心肺功能，且不需要其他器具，對于環(huán)境也沒有苛刻的要求。由于生活環(huán)境的改變和工作條件的限制，人們越來越傾向于選擇更加特殊的訓(xùn)練裝置來進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。水下跑步也是其中的一種鍛煉方式，筆者所研究的水下康復(fù)訓(xùn)練裝置可適用于三大人群，包括：康復(fù)人員、訓(xùn)練人員和一些老人。此裝置在康復(fù)訓(xùn)練的過程中相對于普通的訓(xùn)練裝置，其優(yōu)勢為：產(chǎn)生的負(fù)面影響較小，有著更加智能化的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)、更加放心的安全措施、更加高效的訓(xùn)練方式。

近年來，水下訓(xùn)練裝置在運動康復(fù)領(lǐng)域越來越受到關(guān)注，雖然它不能直接治愈傷病，但它提供了受傷后依然能維持體能和重建肌肉力量的有效方法。因為人體在水中做運動時，水所提供的浮力和黏度有利于人們進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練。靜水壓力有助于支撐身體，保持平衡，從而提供了一個安全的鍛煉環(huán)境。同時它的適用范圍也很廣，從跟腱炎、足底筋膜炎、髂脛束綜合征、踝關(guān)節(jié)扭傷、前交叉重建術(shù)后、骨折術(shù)后等運動康復(fù)訓(xùn)練到日常力量訓(xùn)練和減重訓(xùn)練都可以使用[1]。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

水下康復(fù)訓(xùn)練裝置在國內(nèi)外都有著很大的研究意義和廣闊的市場，目前，具有代表性的國外水下康復(fù)裝置是健之杰水下訓(xùn)練裝置。旗下的水下訓(xùn)練裝置，可依據(jù)個體的要求，合理、自由地控制水下訓(xùn)練裝置速率大小的9個檔位，當(dāng)感覺速度滿足不了使用者的鍛煉需求，還可以自由控制阻力噴嘴增添跑步阻力，阻力噴嘴噴發(fā)出來的水泡能夠?qū)∪夂完P(guān)節(jié)起到按摩的作用。經(jīng)過一個階段的運動后，使用健之杰水下訓(xùn)練裝置配置的強(qiáng)力按摩水槍對身體局部進(jìn)行按摩，可以減緩疲勞感，放松神經(jīng)，使得身體快速地進(jìn)行循環(huán)代謝，達(dá)到更好的康復(fù)效果。不僅如此，傷患者在康復(fù)過程中，也可以通過適當(dāng)?shù)陌茨涌炜祻?fù)。目前，國內(nèi)在水下實現(xiàn)康復(fù)的手段是進(jìn)行水下健美操，主要是在水下完成各種動作，還有水下調(diào)理，通過水的流動、熱能的按摩、發(fā)汗作用，利用強(qiáng)力的高沖水壓，對頭、頸背等特定身體部位進(jìn)行按摩，能夠起到放松、鎮(zhèn)靜的良好效用[2]。但這些手段主要是針對一般人士做簡單的健康調(diào)理而設(shè)計的。

目前，水下訓(xùn)練裝置主要是針對健身人群設(shè)計的，而對于待康復(fù)人群及年邁人群使用而言，防護(hù)性能較低，因此，此產(chǎn)品在市場上不便于推廣應(yīng)用；而且現(xiàn)有技術(shù)上的訓(xùn)練裝置是多位一體的緊密連接的形式，不方便拆解也不能滿足所有人的訓(xùn)練需求，其底座構(gòu)造十分復(fù)雜不便于拆裝，更不便于對底座進(jìn)行水平調(diào)節(jié)，而且必須要有一個大型的水池才能實現(xiàn)水下跑步訓(xùn)練，所以價格昂貴，適用范圍較小，一般僅適用于私人會所和私人別墅。然而，筆者所研究的水下康復(fù)訓(xùn)練裝置構(gòu)造獨立，可自由升降扶手高度，使用方便，對環(huán)境條件要求低，適用范圍較廣，目前在國內(nèi)市場還未普及。

2 設(shè)計思案

2.1 水下康復(fù)訓(xùn)練裝置總體設(shè)計方案

水下康復(fù)訓(xùn)練裝置不僅需要實現(xiàn)訓(xùn)練裝置在水下的運動連貫性，實現(xiàn)水下跑步的功能，還需要實現(xiàn)機(jī)械部分在水下保持平衡，并做到減震、抗壓的效果[3]。并在水下應(yīng)有數(shù)據(jù)收集和檢測系統(tǒng)，將運動相關(guān)信息反饋到主屏幕讓使用者根據(jù)自己的實時數(shù)據(jù)去做康復(fù)訓(xùn)練。為此筆者設(shè)計了一種特殊的水下康復(fù)訓(xùn)練裝置，如圖1所示。

該水下康復(fù)訓(xùn)練裝置的組成主要有四大部分，包括：箱體、跑步帶以及可拆卸的扶手組件和支撐組件。包括5個系統(tǒng)，分別為軟件系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)和感知系統(tǒng)。其中控制系統(tǒng)必須保證執(zhí)行機(jī)構(gòu)運動時的穩(wěn)定性，尤其是水下運動時的穩(wěn)定性，其結(jié)構(gòu)緊湊保證了運作時實現(xiàn)功能的可靠性。

注：1.撐底件；2.箱體；3.平面臺；4.邊側(cè)蓋；5.跑步帶；6.橫桿；7.扶手裝置；8.豎桿；9.驅(qū)動裝置；10.動力源；11.減震裝置；12.變速機(jī)構(gòu)；13.主動軸。

2.2 主體機(jī)械部分

水下康復(fù)訓(xùn)練裝置的主體機(jī)械部分也稱為總骨架，它將各個機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能模塊結(jié)合在一塊。

2.2.1 箱體。箱體是一些機(jī)械零件的支撐座和四周起到密封作用的玻璃板組合而成。本設(shè)計箱體為一矩形體，下方密封性能良好，里面用來盛水，箱體壁強(qiáng)度和剛度較高且材質(zhì)輕盈[4]，其里面有用來放置跑步帶的容置腔。

2.2.2 跑步帶及跑步帶框架。跑步帶框架包含邊側(cè)蓋條、里框條、支撐框架、定位板、主動軸、從動軸。跑步帶覆卷在跑步帶框架上并且將其安裝在容置腔的內(nèi)部，跑步帶的寬度一般≥800 mm。跑步帶框架的兩邊都安裝有防護(hù)蓋，防護(hù)蓋上安裝了可以拆解的支撐零件，支撐零件上還設(shè)計了定位孔，豎桿可插入在定位孔內(nèi)。

跑步帶框架的兩側(cè)都安裝了防護(hù)蓋，防護(hù)蓋在水平方向有設(shè)定的長度，其既可以起到保護(hù)防護(hù)帶的作用，同時也可為使用者暫時提供站立和休息的場所。

容置腔內(nèi)對應(yīng)邊側(cè)蓋設(shè)計有平臺面，平臺面對稱安裝在跑步帶的兩側(cè)并靠近邊側(cè)蓋，平臺面的高度與邊側(cè)蓋的高度相同，所以使得人們可以獲得更大程度的休息空間。

2.2.3 可拆卸的扶手裝置?？刹鹦兜姆鍪盅b置主要包括橫桿、豎桿、筒狀結(jié)構(gòu)、鎖定件、芯體、卡接結(jié)構(gòu)、承接臺、手持部、卡接部、鎖定槽、安裝孔、開口、鎖定孔、球狀卡接端、旋擰端和彈簧。

所設(shè)計的扶手裝置方便拆卸，位于在跑步帶的兩側(cè)。該扶手裝置包括了一些桿類支撐零件和連接部件；橫桿和豎桿連接的地方設(shè)置有供豎桿局部插入的裝配孔；橫豎桿連接的地方設(shè)有連接部件，連接部件插入裝配孔后安裝在筒狀機(jī)構(gòu)內(nèi)；連接部件包括了手持部、卡接部，卡接部可通過插入開口以卡接。

2.2.4 底座撐架組件。底座撐架組件方便拆卸,包含有：支撐框架、支撐本體、定位板、定位件、螺紋調(diào)節(jié)件、支撐墊、隔離螺母、撐底件、定位孔、連接套塞和豎桿。支撐本體在支撐框架的上方；支撐框架的下面設(shè)有一些定位板，定位板與支撐框架之間通過螺栓組連接實現(xiàn)可拆卸式連接；定位板上設(shè)有一些定位件，定位件穿越并伸出一部分在箱體外。支撐架外部輪廓呈現(xiàn)出矩形形狀，支撐架本體由兩個L形的支撐零件組成，且板件直角邊的兩端分別設(shè)有螺紋調(diào)節(jié)件用來調(diào)節(jié)直角邊相互平行。

2.2.5 固定裝置。筒狀機(jī)構(gòu)和連接部件之間還設(shè)計了鎖定裝置,鎖定裝置包含設(shè)置在筒狀機(jī)構(gòu)上的固定孔、連接部件上的固定槽以及穿過固定孔卡設(shè)在固定槽上的固定件。固定件包含：球狀連接端、擰緊端和用以連接球狀連接端和擰緊端的彈簧，擰緊端的外側(cè)與固定孔的內(nèi)側(cè)設(shè)計了互相結(jié)合的螺紋連接裝置，球狀連接端安置在固定槽內(nèi)。

2.3 減震裝置

對應(yīng)的動力源部分設(shè)有減緩震動的裝置，該裝置包括用來固定的板以及用來支撐動力源的板。動力源支承板安裝在支承過渡板的上方，支承板與固定板之間安裝了許多用來連接的零件。

2.4 驅(qū)動裝置

驅(qū)動裝置包含動力源、主動軸和從動軸，動力源通過帶傳動與主動軸連接，主動軸和從動軸安裝在跑步帶框架的兩頭，跑步帶覆卷在主動軸及從動軸上。

2.5 升降裝置

升降椅裝置位于箱體的側(cè)邊，升降椅裝置有升降柱機(jī)構(gòu)和可以上下升降的座椅組成[5]。當(dāng)箱體內(nèi)的水位較高時，使用者可以通過調(diào)節(jié)升降椅裝置降落到訓(xùn)練裝置上，更好地增強(qiáng)了對于患者及年邁者的可使用性，設(shè)計更為合理。

2.6 輔助措施

水下訓(xùn)練裝置除了可以通過規(guī)劃康復(fù)訓(xùn)練方式完成康復(fù)外，還可以在箱體里面滴一些有助于康復(fù)的化學(xué)物質(zhì)。此設(shè)計容納的水中本來就包括有多種微量礦物質(zhì)，如果往水中加入特定含有化學(xué)刺激的介質(zhì)，通過此類化學(xué)性藥劑的刺激能夠增強(qiáng)水下康復(fù)治療的作用并驅(qū)使人們的機(jī)體獲得意想不到的治療效果，并輔助訓(xùn)練裝置以達(dá)到更高的恢復(fù)效果。

3 結(jié)束語

隨著中國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，健身和康復(fù)的方法也越來越多，水下康復(fù)訓(xùn)練裝置的出現(xiàn)使得傳統(tǒng)訓(xùn)練裝置已然不能滿足市場需求了，于是開始向水下康復(fù)訓(xùn)練裝置這一塊的新模式轉(zhuǎn)變。筆者所設(shè)計的水下康復(fù)訓(xùn)練裝置設(shè)計巧妙、結(jié)構(gòu)緊湊更加符合人體康復(fù)訓(xùn)練時的需求，并且本設(shè)計的訓(xùn)練裝置結(jié)構(gòu)上所使用的材料為新型合金材料[5]，強(qiáng)度和剛度均滿足設(shè)計要求，造價成本較以前的更加合理。目前，市場上水下康復(fù)訓(xùn)練產(chǎn)品較少，但其背后的市場需求量也是不可估量的，從而該設(shè)計針對國內(nèi)外研究的不足，提出了一個適用于三大群體的水下康復(fù)訓(xùn)練裝置。由于水下康復(fù)訓(xùn)練裝置是一種技術(shù)含量高的運動訓(xùn)練和恢復(fù)裝置，雖然在國外得到了一定的應(yīng)用，但由于其價錢較前者更加昂貴，需要較多的勞動者去制造所以限制了它在國內(nèi)市場上的應(yīng)用，造成國內(nèi)市場上的應(yīng)用和跟其有關(guān)的研究成果還比較少。因此，有關(guān)水下康復(fù)訓(xùn)練裝置的治療效果還需要進(jìn)一步地進(jìn)行大量實體數(shù)據(jù)分析，通過收集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)來進(jìn)行實證性的研究。