基本信息
- 項目名稱：
- 基于人機工程的新型爬行鍛煉機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 在物質水平突飛猛進的今天，人們對健身和運動的需求愈加明顯，對健身器械的要求不僅是能夠實現(xiàn)簡單的身體鍛煉，還要能夠對身體進行調節(jié)和預防一些疾病。該爬行鍛煉機通過四個爬步帶——兩個上肢和兩個下肢爬步帶的連續(xù)運動，手掌和腳底分別與爬步帶接觸，使用戶在上面實現(xiàn)多種爬行鍛煉。該設備具有廣泛的實用性和適用性，可用于多種人群；應用場所也比較廣泛，例如：家庭的日常鍛煉，醫(yī)院的康復治療，健身會所等。
- 詳細介紹：
- 1.1研發(fā)背景 隨著人類社會的不斷發(fā)展和當前人們生活節(jié)奏的不斷加快，各種由于缺少運動和長期不良姿態(tài)引發(fā)的身體問題愈加嚴重地干擾著人們的生活，如頸椎病、冠心病、腰椎病等。巴西著名專家卡爾旺博士對各種爬行動物進行了詳細的觀察研究，發(fā)現(xiàn)爬行動物很少有動脈硬化、腰椎病、冠心病、痔瘡、下肢靜脈曲張等疾病。科學研究發(fā)現(xiàn)：人在站著運動或工作中，由于脊柱受垂直的力比較大，時間長了自然會導致頸椎出現(xiàn)問題，逐步演變?yōu)轭i椎??；人在站立或直立行走時，由于大腦所處位置高于心臟，給心臟的供血帶來了很大的壓力，從而引發(fā)很多的危害，例如：短暫缺氧，頭暈乏力等；同時由于心臟的供血壓力比較大，也極易引起心臟上的一些問題。通過實際試驗研究，綜合醫(yī)學和生理學，發(fā)現(xiàn)爬行是一種很全面的全身運動，可有效地減少和治愈一些由于長時間站立或直立運動引發(fā)的疾病，彌補人類直立行走后身體其他部位得不到鍛煉之不足。爬行使人在活動中回到原始動作姿勢，頭部和心臟處于等高位置；爬行時，內臟向下壓迫胸、腹前壁，使呼吸肌得到了鍛煉，呼吸器官的功能也得到了改善，胸式呼吸和腹式呼吸負荷都比較均衡；；肺內的氣體交換充分，血液中的氧量增多，從而使新陳代謝增強；支撐頭部重量的頸、背部肌肉群也得到了鍛煉，改善了脊柱的姿勢，使全身的血液回流通暢，有利于對身體各器官的血液供應；身體重量分散到四肢，可大大減輕腰椎的垂直負重，腹部和腰部肌肉明顯變得結實，彈性也大大增強；爬行運動可矯正脊柱歪斜，防治腰肌勞損、腰椎部疾病、坐骨神經痛、下肢靜脈曲張、上臂肌肉萎縮、消化不良等病，對關節(jié)炎等疾患也有療效；爬行的長處在于脊柱及腹的運動強度都比較大，可同時進行腰腹運動。 2011年4月20日中央電視臺中文國際頻道《中華醫(yī)藥》欄目組又對爬行鍛煉的好處做了進一步的闡述。有資料說，直立姿勢的時候，脊柱擔負著身體60%以上的重量，成為身體的薄弱環(huán)節(jié)。而人體血液的70%，在這種情況下也是低于心臟位置的，這樣不利于血液回流到心臟的。而頭部位于身體的最高處，也是極易缺血的，所以不少生理學家認為冠心病、高血壓、還有脊椎病等等都與直立有關系。但是當爬行的時候，他讓身體的頭部和心臟有垂直方向變成了一個水平方向，重心降低了，這樣血液回流心臟以及上達頭部就變得比較舒暢了。心臟的供血量增加了，胸悶、心慌等等這樣一些狀態(tài)自然就會有所改善了。欄目組介紹的爬行鍛煉的好處： （一） 頭部供血量增加了，記憶力就容易增強，也有利于改善視力，防止頭發(fā)變白。（二）此外，爬行因為把身體重量分散到了四肢，使得頸椎、腰椎的負擔也大大減輕了，這樣就有利于防治各種頸椎病變的。（三）爬行時，腹部器官的受力方向也發(fā)生了改變，這樣可以減少內臟的壓力，增強內臟功能，腸胃功能也會因此而增強，自然就有利于緩解便秘了。 1.2 需求特征 隨著人們健康理念的不斷增強，很多群體對在任何時間、任何空間、進行全面而有用的健身需求越來越迫切。但由于設計理念和關鍵技術的原因，健身器材和健身方法還存在著嚴重的局限性。式樣不同，功能各異的健身器材層出不窮，但是否能夠最大限度的緩解身體由于缺乏運動而引起的各類疾病的發(fā)生還沒有準確的定論。但一些較為成熟的技術可為新的設計提供靈感，如現(xiàn)有的跑步機技術已比較成熟，相對穩(wěn)定的跑步機技術為解決爬行的穩(wěn)定性提供了技術支持?！盎谌藱C工程的新型爬行鍛煉機”借鑒前人對人機工程學、仿生學、爬行運動和跑步機技術設計的研究成果制作，它既適合于多種人群做全面的健身運動，又能夠有效地避免或緩解某些職業(yè)病，對現(xiàn)代社會的進步有積極的意義。 1.3 現(xiàn)有爬行的背景技術 目前在國內外對于爬行健身的研究是比較多的，很多醫(yī)生、專家、學者都對爬行健身的優(yōu)點和效果做了一些比較系統(tǒng)的研究，在爬行運動的科學性和可實踐性方面都做出了堅實的理論支持。在實踐過程中，很多人都對此提出和設計了一些簡易的爬行鍛煉器，但遺憾的是目前市場上并沒有一款專門針對于爬行運動的健身器。通過科技查新，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)已公布的發(fā)明和實用新型專利、公開發(fā)表的論文中涉及的爬行健身器材較多的都是完全依據仿生學原理，例如爬行時必須是左手右腳或右手左腳這樣的交替方式，這樣的設計對爬行就有了較多的限制，對機器而言就是去了靈活性和適用性；另外，一些爬行器大多都采用手柄和腳板的方式，在爬行時，身體的重量主要依靠腳和手腕來支撐，一旦機器運行不穩(wěn)極易造成手腕受傷，此外利用手柄和腳板的方式進行爬行還極大的限制了爬行鍛煉的適用人群范圍，一些老人和手臂力量較小的人就很不適合或者無法利用這種爬行鍛煉機械。除了這些手柄、腳踏板式的爬行鍛煉機外，一些研究者還設計了一些輔助爬行的設備，但也因諸多不盡人意之處無法面向市場。 綜上分析，目前市場上爬行鍛煉設備缺乏的原因如下：一是技術的不成熟，二是人們還沒有完全認識到爬行鍛煉的好處。“基于人機工程的新型爬行鍛煉機”具有技術穩(wěn)定、使用方便、適用性強等特點，在日常運動鍛煉中必將更為普遍，具有更為廣闊的市場前景和經濟效益。 1.4 設計方案 在人機學的設計準則中，要求本鍛煉機主要滿足這樣的一些設計理念：使用安全性、結構簡單合理、外觀美觀優(yōu)雅、一體化設計完備等。依據仿生學原理和人們的爬行習慣，該鍛煉機布置有四個觸點，分別為兩個前肢接觸點、兩個下肢接觸點。在仿生學原理的基礎上，對觸點的運動方式做出一些創(chuàng)新和改動，就是四個觸點可以按照自己的需求進行個性化的轉換和聯(lián)動，打破了資料中人們爬行鍛煉的純仿生，那手腳不許是左右前后相對交替的模式，新模式下更易提高的協(xié)調性和運動的同步性?，F(xiàn)有資料中設計研究的爬行鍛煉設備或輔助性設備大都采用手柄，腳板的觸點方式。該方式在很大程度上阻礙了爬行鍛煉機走進人們的日常鍛煉。為提高鍛煉機的安全性和適用性，觸點設計采用目前比較成熟的跑步帶技術，使人與鍛煉機的接觸，主要是四肢與四條相對獨立但又可聯(lián)動的步帶。這樣不僅增加了人體與鍛煉機接觸面積，而且降低身體的重心，有助于提高運動的安全性能?；谌藱C工程的新型爬行鍛煉機有四個相對獨立且有相互關聯(lián)的爬步帶，每個爬步帶都有獨立的動力裝置，以滿足不同時期不同人群的鍛煉需要。其中下肢接觸的兩個爬步帶固定固定于支板板上，上肢接觸的兩個爬步帶通過剪式抬升機構固定于支板，以實現(xiàn)對人體爬行姿態(tài)最佳效果的調整。用于固定四個爬步帶的支板，通過電機、頂桿的抬升裝置可以實現(xiàn)鍛煉時的坡度調節(jié)。用于固定四塊爬步帶的支板與底架之間采用液壓推桿元件，通過底架上的折疊機構，可以使鍛煉機在不用時，方便折疊，節(jié)省空間。傳動爬步帶的設計主要參考目前相對成熟的跑步機中的步帶技術。傳動帶主要通過驅動電機帶動帶輪，通過傳動帶帶動橡膠步帶繞于之上的滾筒，進而通過滾筒的轉動帶動步帶的運動，位于步帶另一端纏繞的滑動件除了減小阻力，帶動步帶旋轉外，在滾動件兩端設置的螺栓張緊裝置還有利調節(jié)步帶的松緊程度，改變了依靠專門的張緊輥來調整松緊程度的需要。同時，減輕了一整個裝置的質量，更利于實現(xiàn)本鍛煉機的一體化設計。 1.5 設備優(yōu)勢 隨著人們生活節(jié)奏的加快和對健康理念認識的逐步加深，在日常的運動和鍛煉中更加注重效果，在日常的辦公場所、生活場所和娛樂健身會所，人們對能夠全面健身且可以有效緩解工作壓力、減少職業(yè)性脊椎病的爬行鍛煉機的需求會不斷地提高?！盎谌藱C工程的新型爬行鍛煉機”正是提供這樣的服務，并具有如下的優(yōu)勢： ■科學性：該設備是在醫(yī)學、生理學、仿生學和機械設計理論的充分論證下設計制作的，無論是作用機制和作用效果都有科學的依據。爬行的好處現(xiàn)已有醫(yī)學和身理學上的充分論證，我們的設備就是在此基礎上設計制作的，再者我們立足于現(xiàn)在比較成熟的跑步機技術，避開了目前出現(xiàn)在資料上的一些設備的不足，結合“人機工程學”設計制作的“基于人機工程的新型爬行鍛煉機”在具有完備的科學性的基礎上又具有一定的新穎性 ■結構簡單：該新型爬行鍛煉機利用電機帶動四個爬步帶的連續(xù)運動，手掌和腳底分別與爬步帶接觸，該設備還可以使用戶在上面實現(xiàn)多種爬行鍛煉模式，例如：左上肢和右下肢同步運動，右上肢和左下肢同步運動；上肢不動，下肢做運動；上肢同步運動，下肢同步運動。通過靈活的轉換和聯(lián)動，使四個爬步帶可以按照個體需求進行不同肢體的運動和實現(xiàn)不同的運動方式，在結構簡單的基礎上滿足了多方式的爬行運動。 ■適用性強：新型爬行鍛煉機采用了高度集成的一體化設計，采用多檔級調速設置和主被動運行模式，擴大和強化了該新型爬行鍛煉機的適用范圍。多檔級調速和主被動運行模式使該鍛煉機可用于多種人群；高度集成的一體化設計可使設備適用于多種場合，諸如：家庭、辦公場所、醫(yī)院康復治療中心和健身會所等。 ■廣闊的市場性：當前市場上還沒有用于爬行鍛煉的設備或機械，基于人機工程的新型爬行鍛煉機有著很大的發(fā)展空間，即可健身又可以預防或治愈一些疾病的設計理念，使得該鍛煉機械能在較短的時間內贏得多種人群的市場。以上海市為例：2011年3月、4月我們對上海市閔行區(qū)、徐匯區(qū)、浦東新區(qū)和寶山區(qū)的800個個人、350個家庭、100家公司、20家醫(yī)院和30家健身會所以問卷形式進行了調研，調研結果發(fā)現(xiàn)：55%的人愿意試用、21%的人愿意購買本設備、20%的家庭、30%的公司、10%的醫(yī)院和20%的健身會所愿意試用或購買本設備。由此可知該“基于人機工程的新型爬行鍛煉機”有著廣闊的市場前景和良好的經濟效益。
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作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術關鍵和主要技術指標
- 一、設計的目的人在爬行時，上下肢和腰腹部的肌肉群均需參與運動，這對全面發(fā)展身體素質，提高身各關節(jié)的靈活性有積極的作用。爬行時脊柱及腹的運動強度都比較大，可同時進行腰腹運動；并且胸式呼吸和腹式呼吸負荷都比較均衡；頸部運動也較大，可彌補人類直立行走后身體其他部位得不到鍛煉之不足。而設計本新型爬行鍛煉機的目的正是為了使人在活動中回到原始動作姿勢，使頭部和心臟的位置降低，使全身的血液回流通暢，有利于對身體各器官的血液供應；也是為了彌補該類健身產品在國內外市場上的空白。二、設計的基本思路本爬步機的設計思路是通過四個爬步帶——兩個上肢和兩個下肢爬步帶的連續(xù)運動，手掌和腳底分別與爬步帶接觸，使用戶在上面實現(xiàn)多種爬行鍛煉模式。三、創(chuàng)新點 1．爬行鍛煉的概念設計 2．設計的首創(chuàng)性和獨創(chuàng)性 3．基于人機工程的理念設計 4．多檔級變速基礎上的聯(lián)動轉換 5．多方式運動組合和多用途轉換四、技術關鍵爬步機設計的技術關鍵是通過四個爬步帶的連續(xù)運動和非同步運動之間的轉換，設置切實有效保護裝置，在運動中防止使用者在運動中因各種原因導致的意外。五、主要技術指標 1．輸出功率：連續(xù)輸出功率1.5-2.0Hp。 2．承載重量50-150kg。 3．速度范圍：0-8Km/h。 4．坡度調節(jié)：0-30°。 5．有效爬步帶面積：前步帶：2*600*800mm 后步帶：2*600*1200mm
科學性、先進性
- 科學性： 1. 爬行健身可將全身重量分散到四肢，以減輕身體各部位，尤其是頸椎、腰椎的負擔大大減輕。對防治腰椎部疾病、腰肌勞損以及多種頸、肩、脊柱病有一定的療效。 2. 人體直立時，心臟要推動血液循環(huán)，就要克服血液的重力影響。與此相比，爬行時由于心臟及其以上部位位置的降低，有利于全身的血液循環(huán)，對防治心血管疾病有積極作用。 3．爬行時頭部經常得以下垂，血流量增加，能有效地改善大腦的血液循環(huán)可刺激大腦，阻止和延緩腦細胞的退化過程，對預防老年癡呆癥十分有益。 先進性：現(xiàn)已公布的發(fā)明和實用新型專利、公開發(fā)表的論文中涉及的爬行健身器材較多的都是采用手柄和腳板的方式，在爬行時，身體的重量主要依靠腳和手腕來支撐，一旦機器運行不穩(wěn)極易造成手腕受傷。我們的先進性在于參考跑步機的傳動方式，將爬行的觸點設置為步帶形式，為鍛煉者提供更為平穩(wěn)均勻的受力接觸點。
獲獎情況及鑒定結果
- 在2011年3月23日，基于人機工程的新型爬行鍛煉機在教育部科技查新工作站（Z14）完成了科技查新，并獲得相關的科技查新報告。查新結論：在國內外公開發(fā)表的文獻中，未見與委托課題類似的基于人機工程學的有四個相互獨立的爬步帶組成的新型爬行鍛煉機的課題。因此，該查新項目的研究內容具有新穎性。
作品所處階段
- 運行測試階段
技術轉讓方式
- 專利權轉讓
作品可展示的形式
- 實物 圖紙 現(xiàn)場演示 圖片
使用說明,技術特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術性說明,市場分析,經濟效益預測
- 當前市場上還沒有用于爬行鍛煉的設備或機械，基于人機工程的新型爬行鍛煉機有著很大的發(fā)展空間，即可健身又可以預防或治愈一些疾病的設計理念，使得該鍛煉機械能在較短的時間內贏得多種人群的市場。以上海市為例：2011年3月、4月我們對上海市閔行區(qū)、徐匯區(qū)、浦東新區(qū)和寶山區(qū)的800個個人、350個家庭、100家公司、20家醫(yī)院和30家健身會所以問卷形式進行了調研，調研結果發(fā)現(xiàn)：55%的人愿意試用、21%的人愿意購買本設備、20%的家庭、30%的公司、10%的醫(yī)院和20%的健身會所愿意試用或購買本設備。由此可知該“基于人機工程的新型爬行鍛煉機”有著廣闊的市場前景和良好的經濟效益。
同類課題研究水平概述
- 經國內外文獻搜索和科技查新，確定這方面的資料及其稀少，只找到與國內實用新型專利相似的幾項、我們以專利進行比較說明。(專利名稱：一種爬步機，專利申請?zhí)枺?00820035717.x，2009年2月25日授權，授權公告號：CN201197864X)。 該專利介紹：一種爬步機，設有個機架，機架上設有個臺面，在臺面上布置有一左一右兩個腳踏板和左一右一兩個手柄，兩個腳踏板和兩個手柄通過連桿與設在臺面下的傳動裝置相接。所述傳動裝置包括兩個與左右手柄連接的曲柄滑塊機構和兩個與左右腳踏板連接的曲柄滑塊機構，左右腳踏板和左右手柄分別通過連桿與所述曲柄滑塊機構的滑塊固定連接。提供了一種專用于爬行鍛煉的設備，通過電機帶動兩個腳踏板和兩個手柄做前后移動，模仿動物的爬行和跑的動作，左手與右腳聯(lián)動，右手與左腳聯(lián)動。采用兩個腳踏板和兩個手柄的方式布置，其左手與右腳聯(lián)動，右手與左腳聯(lián)動。采用手柄的缺陷是：爬行動作時，手部有時需與地面脫離，手柄的設置恰恰是這個動作的障礙；手柄具有一定的高度，鍛煉時易損傷關節(jié)。腳踏板的設置也具有上述的缺陷。除了這些手柄、腳踏板式的爬行鍛煉機外，一些研究者還設計了一些輔助爬行的設備，但也因諸多不盡人意之處無法面向市場。
