一种便于倒立和引体向上的双人健身运动器材

邓亮 李恒达 王豪杰

（1、3.温州市工业科学研究院 浙江 温州 325000；2.温州市创意设计有限公司 浙江 温州 325000 ）

1、引言

近年来，健身作为一种保持健康的生活方式，已经被越来越多的人所接受和追求。随着人们健身意识的不断增强和生活方式的改变，健身已成为现代人生活中的重要组成部分。在现代都市生活中，随着人们的工作压力增大和生活节奏的加快，很多人缺乏运动，身体素质下降，从而导致一系列的健康问题。当今社会，脑力劳动者越来越多，人们越来越习惯久坐，导致体能水平下降，肥胖率越来越高，在年轻人中也有上升趋势，国家面临着健康危机。健身活动是日常生活方式所必需的，它能改善身体健康，提高生活品质。因此，健身运动被视为改善身体健康的重要手段之一。

随着社会的进步，人们生活水平的提高，人们的生活方式发生了改变，对生活质量有更高的追求，对健康也更加重视，进行锻炼的时间也相应增多。经过调查发现，室内健身器材还普遍存在很多问题，包括忽视了对健身者的感受和安全，缺少系统的健身器材人机工程理论指导，没能和健身者之间建立融洽的匹配关系，没能实现对健身者全方位的关怀，这就影响了健身者的健身效果。

健身器材作为健身运动的重要组成部分，也在不断发展和创新。倒立和引体向上是常见的健身训练项目，可以帮助人们锻炼核心肌群、提高肌肉力量和增强身体平衡能力，具有广泛的适用性。然而，由于这些运动需要较强的肌肉力量和协调能力，对于许多初学者来说，这些动作往往比较困难，需要长时间的练习和指导，而且容易受到重力的限制，训练难度较大。为了解决这一问题，本文介绍了一种便于倒立和引体向上的双人健身运动器材，该器材采用了电机助力智能调节方式，并且拥有有氧、力量以及康复等多种训练模式，适合不同人群的需求，可为用户提供更加全面、安全、有效的健身体验，提高身体素质和健康水平。

2、器材设计与功能特点

2.1、器材设计

该双人健身器材设计简洁，美观大方，色彩对比明显，运动感很强，主要由钢架、电机、电控系统、控制面板和地垫等组成，其外观效果如图1 所示。其中，钢架由高强度钢材焊接而成，具有稳定性和承重能力。电机是机械传动系统的动力源，它将电能转化为机械能，驱动整个系统运转。电控系统由多个传感器和控制器组成，可以实时监测用户的运动状态和姿势，并控制电机的转速和转向。控制面板可以根据用户的需求和能力水平进行智能调节，包括倾斜角度、倒立角度、引体向上次数等参数。地垫采用地毯橡胶，经特殊工艺制成，具有防滑、安全、无毒、环保、防损、耐候性强、可用水清洗等特点，是用户站立和躺卧的基础，可以提供舒适的支撑和保护。

图1 器材外观效果图

健身器材整体结构简单，由两个平衡支架和一个横杠构成，其核心结构如图2 所示。平衡支架采用了高强度钢材框架，两个支架之间通过一个横杠相连。底部为长方形的弧形基座，比单独的圆管立柱更加稳固。每个支架都有两个调节螺栓，可以根据用户身高和重量进行调节。横杠上装有两个手柄和一个触摸屏，手柄用于进行引体向上运动，触摸屏用于控制器材的智能调节功能。该器材注重运动部件的结构设计，按照运动部件与固定杆件的挤夹间隙、相对运动间隙的要求，避免出现挤夹间隙的运动结构不合格问题，保护运动者安全。

图2 器材核心结构图

该器材能够满足用户的多种健身需求。首先，该器材采用电机助力智能调节方式，可根据不同人群的运动强度需求进行调整。具体来说，该电机能够根据用户的运动状态自动调整运动阻力，以保证用户的运动效果。此外，该电机还具有自动停止功能，当用户停止运动时，电机也会自动停止运转，以确保用户的安全。用户能够通过控制面板上的按钮，轻松调节器材的倾斜度和难度，同时还能根据自身身高和体重，智能调节电机的力量大小，让用户在倒立和引体向上训练中更加自由、舒适和安全；其次，该器材还具有多种训练模式，包括有氧、力量和康复训练模式，能够满足不同用户的健身需求。例如，用户可以选择有氧训练模式，通过长时间、低强度的运动，增强心肺功能和耐力；也可以选择力量训练模式，通过短时间、高强度的运动，增强肌肉力量和爆发力；还可以选择康复训练模式，帮助人们在身体受伤或手术恢复后进行安全、有效的康复训练。

同时，还配备了智能传感器和显示屏，可以实时监测用户的运动状态和健康数据，如心率、步数、消耗的卡路里等，用户可以通过触摸屏上的菜单查看自己的健康数据，以及设定个人目标和计划。该产品考虑到不同身高的人群使用，因此可以通过调节横杠高度，尽可能让各种身高的人方便锻炼。

扶手设计是器械设计中的一项重要内容，设计扶手时要避免掌部组织受到压力，要防止局部血流不畅，而引起麻木。因此，扶手应有较大的接触面积，并设有扶手保护装置，不管天气冷暖，能让运动者舒适使用，不会对手造成伤害。（1）扶手的直径：把手的直径取决于用力大小和手的尺寸，用力抓握的把手直径可取30-40mm；（2）扶手形状：正常情况下，圆形截面适合于抓握，与手的接触面也比较大；（3）扶手的长度：对手握式工具，把手的长度取决于手掌宽度。女性和男性掌宽在70-98mm，较合适的把手长度是105-125mm；（4）扶手的摩擦力：摩擦系数要较大，以便抓得更稳，不会滑动。

健身器材人机工程设计的原则：（1）通用性原则：器材应充分考虑到通用性原则，通过电机助力和训练模式设置，让绝大部分人可以使用；（2）实用性原则：该器材操作便捷，易于移动和存放，适合在家庭或健身房中使用；并提倡模块化设计理念，各部件之间可分拆，方便安装和维修；（3）安全性原则：无论如何，保护健身者的安全是在设计产品时必须考虑的问题，不能设计出一些超出人们身体极限的器材，更要防止人们使用时存在的安全隐患，特别是针对儿童的一些健身器材；（4）趣味性原则：器材不仅仅为了美体健身，它还具备休闲、娱乐、相互沟通的功能，特别是对于双人健身运动的器材而言，更要突出它的娱乐性、趣味性。

2.2、功能特点

该器材具有电机助力智能调节方式，用户能够通过控制面板设置倾斜角度、倒立角度、引体向上次数等参数，同时还能根据不同的训练模式进行选择和调节，其使用方式如图3 所示。具体功能如下：

图3 器材使用方式图

（1）倒立训练模式。

在倒立训练模式下，用户可以进行倒立训练。电机能够辅助用户完成倒立动作，使得用户在进行倒立训练时更加安全和稳定。用户可以通过控制面板设置倾斜角度和倒立角度，逐步提高难度，同时进行核心肌群和脊柱的训练，达到促进血液循环、减轻脊柱压力、提高心肺功能等效果。

（2）引体向上训练模式。

在引体向上训练模式下，用户可以进行引体向上训练。电机能够辅助用户完成引体向上动作，使得用户在进行引体向上训练时更加安全和稳定。用户可以通过控制面板设置引体向上次数和难度级别，逐步提高难度，同时进行肱三头肌和背阔肌等肌群的训练，达到强化肌肉力量、改善身体比例等效果。

（3）有氧训练模式。

有氧训练是指进行长时间的、中等强度的运动，以提高心肺功能，消耗卡路里，增强耐力和体力。在此健身器材中，有氧训练模式可以通过电机助力智能调节方式进行调整，通过控制面板设置速度、倾斜角度等参数，进行有氧运动训练，以适应不同人群的运动强度需求，达到提高心肺功能、燃烧脂肪等效果。此外，健身器材上还设置了心率检测功能，可以帮助用户掌握自己的心率情况，保证运动效果。

（4）力量训练模式。

力量训练是指进行短时间、高强度的运动，以增加肌肉力量和质量。在本健身器材中，通过控制面板设置负重、引体向上次数等参数，用户可以进行高强度的力量训练，如慢速的引体向上和静态倒立等，达到强化肌肉力量、改善身体比例等效果，同时也可以进行多种力量训练，如深蹲、卧推等。用户可以根据自身情况和训练目标选择适合的训练模式，进行有针对性的力量训练。

（5）康复训练模式。

康复训练是指帮助用户恢复身体功能，预防或治疗运动损伤，适用于因受伤或疾病而需要恢复的人群。在此健身器材中，通过控制面板设置倾斜角度、负重等参数，进行安全、有效的康复训练，达到预防和缓解相关疾病的效果，如腰椎间盘突出、肩颈痛、膝盖酸痛等。同时也可以进行多种康复训练，如下蹲、单腿平衡等。用户可以根据自身康复情况和医生建议进行适合的康复训练，帮助身体恢复健康。

3、实验测试与评估

为了验证该双人健身器材的设计与功能，本文进行了一系列的实验，并进行了充分的数据统计和分析。该器材的设计与功能，以及健身效果与安全性均得到了充分的验证和评估。实验结果表明，该器材能够满足用户的多种健身需求，提高身体各项指标，有效预防和缓解相关疾病，并且能够有效保证用户在训练过程中的安全性。

3.1、设计验证

为了验证该器材的稳定性和安全性，我们对其结构进行了强度测试。在该测试中，我们对器材进行了逐级增加的负重测试，从而确定其最大承重能力。测试结果表明，该双人健身器材的最大承重能力为500kg，足以满足大多数用户的使用需求。

同时，我们还对该器材进行了实际使用测试。测试结果表明，该器材的电机助力功能可以有效地辅助用户完成倒立和引体向上动作，并且能够根据用户的需求和能力水平进行智能调节。在使用过程中，用户可以通过控制面板随时调整倾斜角度、倒立角度、引体向上次数等参数，以逐步提高训练难度。

3.2、训练效果评估

为了评估该器材的训练效果，我们选择了一组健身爱好者作为实验对象，进行了为期12 周的训练。在训练过程中，我们根据实验对象的需求和能力水平，选择了不同的训练模式和参数进行训练，包括倒立训练、引体向上训练、有氧训练、力量训练和康复训练等。

经过12 周的训练，实验对象的身体指标和体能水平均得到了明显的改善。其中，体重和BMI 指数均有所下降，身体比例得到了明显的改善。同时，实验对象的肌肉力量、心肺功能、协调能力等体能指标也得到了显著提升。此外，实验对象的脊柱压力得到了减轻，身体的柔韧性和平衡能力也得到了提高。

3.3、健身效果与安全性

该器材的训练效果非常显著，能够为用户提供全面的健身训练，包括提高心肺功能、增强肌肉力量、改善身体柔韧性和协调性、促进血液循环等。特别是倒立和引体向上训练，能够有效锻炼上肢、背部和腹部肌肉，提高身体平衡性和协调性，还能缓解颈椎和腰椎的疲劳和紧张，预防和缓解相关的疾病。此外，该器材的电机助力智能调节方式，保证了用户在训练过程中的安全，可以有效减少意外伤害的发生。

4、结论

通过本文的研究，我们成功地测试与评估了一种便于倒立和引体向上的双人健身器材，该器材具有电机助力智能调节方式和多种训练模式功能，可以适应不同人群的运动需求。经过实验验证，该器材不仅能够锻炼肌肉力量和质量，还能够提高心肺功能和耐力，同时适用于身体康复训练。该器材设计独特，能够容纳两个人同时进行运动，有助于提高互动性和趣味性；易于使用，具有很高的实用性、稳定性和安全性，能够满足用户的多种不同训练需求，并且能够有效地提高用户的身体指标和体能水平。因此，该器材具有广泛的应用前景和推广价值，有望成为健身行业的一项重要创新。

未来，健身器材的设计将会朝着规范化、系统化、人性化的道路发展，将关注以下四个方面：（1）更加关注弱势群体的健康；（2）在功能完善上，不断寻求娱乐趣味性；（3）推崇绿色环保、科学发展的设计理念；（4）更加关心、保护健身者，提升器材的安全性、可靠性。

同时，我们将继续优化该器材的功能和性能，提升其智能化程度，增强用户体验感。我们也会推出更多的健身器材和健康管理软件，以满足用户不断增长的健身需求和健康管理需求。总之，健康是人类最宝贵的财富，健身是一种积极、健康、有益的生活方式，我们希望通过研发设计和技术创新，帮助更多的人拥有健康、快乐、美好的生活。