跑步機設計的調(diào)查和研究

羅臻

摘 要：隨著城市生活壓力不斷增大，人們的身體素質(zhì)呈現(xiàn)大幅下降趨勢，肥胖成為當今社會不可忽視的健康“殺手”，跑步機的普及成為人們在有限空間內(nèi)和有限環(huán)境條件內(nèi)提高身體素質(zhì)減脂減重的首選器具。本文闡述了跑步機設計流程，提出跑步機設計過程中的注意事項，分析跑步機與使用者之間相互關(guān)系的合理性。

關(guān)鍵詞：跑步機；設計；結(jié)構(gòu)；人性化

健身房從國外引進到普及只經(jīng)歷了短短三十余年，其發(fā)展尤為迅猛，伴隨其發(fā)展而興起的就是健身器材制造產(chǎn)業(yè)。跑步機作為健身房必備器材被各廠家爭相生產(chǎn)，紛紛自己的創(chuàng)立品牌。這里值得注意的是，我國雖然是跑步機的生產(chǎn)大國和消費大國，但器材生產(chǎn)企業(yè)多以生產(chǎn)零部件或以成為知名品牌的“加工廠”為主要經(jīng)營方式的，國內(nèi)跑步機產(chǎn)品在人性化、創(chuàng)新性、舒適性方面尚存在欠缺。本文描述了跑步機的設計流程，通過對跑步機設計中存在問題的分析，力求設計出更加貼心、人性化的跑步機。

1 跑步機種類

按功能可將跑步機分為兩類：單功能跑步機和復合功能（多功能）跑步機

1.1 單功能跑步機

所謂單功能跑步機，指僅提供跑步運動的單一功能跑步機。該類型跑步機功能單一，多用于例如減肥中心、家庭等環(huán)境。單功能跑步機從結(jié)構(gòu)上又分為滾筒式跑步機和平板式跑步機。滾筒式跑步機主要傳動構(gòu)建由一個滾輪組成，使用者雙腿根據(jù)滾輪的往復運動而做前后交替運動，已到達跑步的效果，滾筒式跑步機噪音大，機械結(jié)構(gòu)簡單，現(xiàn)已被市場淘汰。平板式跑步機取代了滾筒式跑步機出現(xiàn)于市場。平板式跑步機設計更為合理，由設置在頭尾的雙電動機作為動力源，平板塑膠履帶作為連接雙電動機的連接件和供用戶踩踏的功能件，用戶只需調(diào)整適合的運行速度，即可如在平地上跑步。

1.2 復合功能（多功能）跑步機

復合功能（多功能）跑步機是除跑步功能外累加其他功能跑步機，累加功能例如仰臥起坐機、推舉器等。該類產(chǎn)品優(yōu)點在于能夠提供更多種類的運動，但缺點是體積龐大、使用過程繁復、條件制約性多等缺點，且價格較平板式跑步機更高。

1.3 按動力系統(tǒng)劃分可分為：機械自動力跑步機和電動跑步機兩種

機械自動力跑步機的動力源是人體自身。傳動方式是依靠將摩擦力轉(zhuǎn)化為動力驅(qū)動的。利用鞋底與傳送帶之間產(chǎn)生摩擦，將摩擦力轉(zhuǎn)化為動力使跑步機運轉(zhuǎn)。該類跑步機能夠消耗運動者更多的能量，且價格便宜、占用空間小、易于收置，缺點是由于其動力來源是使用者本身，則使用者在使用過程中需使用更大的力氣，用力不當容易造成腰部、腿部的損傷。電動跑步機是目前市場上的主流款式，因其更加適合人的跑步速度和運動規(guī)律受市場歡迎，但此款跑步機也存在安全風險，例如，由于是機械電控，電動機運行速率是恒定不變的，但人體能量是有限的，人體能量耗盡時在飛速運轉(zhuǎn)的跑步機上容易發(fā)生偏差，出現(xiàn)速率差，導致使用者跟不上發(fā)動機速率而發(fā)生摔倒的危險。

1.4 按使用環(huán)境分為：家用和商用兩種

家用跑步機要求跑步機噪音小、不擾民、減震好、體積小、價格實惠、色彩明度和純度適中。商用跑步機多用于健身俱樂部使用，外形多為商務感或運動感，體積較為龐大，功能齊全，價格昂貴，能適應高強度的使用。

2 分析跑步機設計中存在的問題

2.1 人性化設計

人性化設計是指在設計過程當中，根據(jù)人的行為習慣、人體的生理結(jié)構(gòu)、人的心理情況、人的思維方式等等，在原有設計基本功能和性能的基礎(chǔ)上，對使用的產(chǎn)品進行優(yōu)化和革新，提供用戶舒、安全的使用體驗。

下面以電動跑步機為例分析跑步機設計中存在的問題

2.2 親和力

市場上的跑步機多采用灰色、黑色、白色三種色彩為主，色彩單一，加之多用塑料和金屬材料，顯現(xiàn)出冷漠化的感覺；少數(shù)跑步機雖采用鮮亮顏色目的也只是為了多人眼球，增加產(chǎn)品關(guān)注度，應以用戶對于色彩的直接感觸為設計的出發(fā)點。

2.3 安全性

如何能夠?qū)崿F(xiàn)跑步機速率的智能化（即根據(jù)跑步者的身體狀態(tài)自動調(diào)整參數(shù)）；履帶兩側(cè)連接部位的契合值；如何減少跑步帶對膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的作用力等，這些問題直接到關(guān)系使用者的人身安全。

2.4 信息傳遞

使用者不能對跑步機控制面板上的信息產(chǎn)生認知障礙，必須合理設計控制面板上按鍵、數(shù)字、圖案、燈光的布局。

2.5 適用人群與功能選擇

跑步機是否能夠滿足弱勢群體（老年人、兒童、孕婦、殘障人士）的需求和使用要求，并在使用過程中不會產(chǎn)生信息交流障礙。

3 跑步機設計

整體設計尺寸：跑步機的設計尺寸應符合《中國成年人人體尺寸》（GB 10000-1988）中分別給出T 不同年齡段第1， 5， 10，50， 90， 95， 99 百分位的人體尺寸。根據(jù)使用者的年齡、性別、種族、地區(qū)等因素，跑步機設計的數(shù)值范圍選取18 一60 歲年齡組的第5 百分位數(shù)和第95 百分位數(shù)，這項數(shù)值的選取較為全面的滿足絕大多數(shù)的使用者群體。以該數(shù)值為限，對跑步機進行設計。

3.1 跑步平板塑膠傳送帶

跑步帶的設計必須以人肩膀的寬度和運動步幅作為依據(jù)，再加上運動時身體的偏移量，一般尺寸為：長1300mm—1500mm，寬450mm—500mm。材料上采用彈性好，易拉伸，環(huán)境耐侯性好的材料，可選用內(nèi)含經(jīng)緯紗的pvc材料，并做防滑紋路處理，厚度必須達到1.6mm國家標準。

3.2 扶手設計

跑步機扶手必須適應人雙臂的自然放置動作，扶手太高，肩部和頸部出現(xiàn)疲勞；太低容易發(fā)生傾倒和腰椎勞損。參數(shù)：H max=H1（立姿肘高）+H2{底座高=h1（底座自身高度）+h2（距地面高度）}+X（修正量）=1096+200+25=1321mm，以P50人及尺寸標準，數(shù)值減為1250mm。扶手上應包裹吸汗用的中密度海綿。扶手弧度要適應人自然狀態(tài)和運動狀態(tài)下的抓握習慣，過大或過小會導致抓握的不舒適感；扶手的直徑也要適合人的抓握尺寸。

3.3 核心處理器

核心處理器可根據(jù)用戶運動時的狀態(tài)調(diào)整跑步機的各項參數(shù)已達到與用戶的最高配合度，并實時監(jiān)控用戶的身體狀況，計算出最佳運動方案和參數(shù)。

3.4 控制面板界面

控制面板的功能分區(qū)為：控制區(qū)、信息顯示區(qū)。控制區(qū)以控制按鍵為主，根據(jù)使用頻率、人的使用習慣和認知程度進行合理布局；信息顯示區(qū)是連接用戶與跑步機信息交換的紐帶，用戶對哪些信息的關(guān)心程度最高，哪些信息會對用戶造成干擾，需要在設計時對信息進行取舍。

3.5 減震

跑步面的柔軟程度必需適中。過硬的跑步面，對跑步者的關(guān)節(jié)和腔內(nèi)臟器產(chǎn)生強大沖擊力，造成臟器受損或膝關(guān)節(jié)“半月板”損傷；過軟的跑步面，不適合腿部發(fā)力，造成肌肉過度疲勞，可采用階梯式緩沖減震系統(tǒng)或雙重減震系統(tǒng)優(yōu)化反作用力。

3.6 雙邊護板設計

雙邊護板的功能一是提供使用者在緊急情況下的站立，二是防止使用者的雙腳卷入跑步履帶中。雙邊護板應采用高強度耐壓材料，并于表面做防滑處理。

3.7 電動馬達

目前，國家提倡建設能源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，高能耗電動馬達將逐漸被低能耗靜音馬達取代，選擇低能耗靜音馬達能夠降低能源使用和減少噪音污染，優(yōu)化使用環(huán)境。

3.8 底座

底座承載了跑步機自身重量和人在運動時施加的壓力，所以底座材料應選擇抗壓性好、耐磨、質(zhì)量輕的材料，碳纖維材料是很好的選擇，它擁有質(zhì)地輕盈、抗壓能力好、價格適中、絕緣性佳等特點。

3.9 全視角虛擬光影技術(shù)

用戶可根據(jù)該技術(shù)隨意改變周圍環(huán)境，360度全視角設計使用戶在不同的場景中奔跑，體驗不同的運動樂趣。

4 結(jié)語

跑步機設計的好壞之間關(guān)系到用戶在使用過程中的人身安全和使用體驗，目前國內(nèi)跑步機生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)掌握了跑步機的生產(chǎn)技術(shù)，下一步要做的，是如何從用戶的角度出發(fā)，拋棄原有的設計思維模式，將人性化設計和智能化設計的概念引入產(chǎn)品設計中，使跑步機更加貼近用戶，進而推動健身器材產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)自我飛躍。

參考文獻：

[1] 程效軍，朱鯉，劉俊領(lǐng).三維建模中的紋理處理[J].遙感信息.2004（02）：24-26.

[2] 褚彥軍，康鳳舉，高立娥，等.視景仿真的三維模型庫管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)[J].計算機仿真.2004（05）：174-176.

[3] 夏旺盛，黃心淵.3D游戲引擎構(gòu)架概述[J].現(xiàn)代計算機： 專業(yè)版.2003（06）：74-76.

[4] 高月芳，張淮聲，張佑生.基于3D結(jié)構(gòu)和圖象的復雜場景建模繪制[J].計算機工程與應用.2003（10）：100-102.

[5] 羅忠祥 ，莊越挺 ，劉豐 ，等.基于視頻的人體動畫[J].計算機研究與發(fā)展.2003（02）：269-276.

[6] 王玉華，楊克儉，曾梅蘭.面向?qū)ο蠹夹g(shù)在三維虛擬場景建模中的應用研究[J].武漢理工大學學報： 交通科學與工程版.2003（01）：37-40.

[7] 任慶東，趙明輝，李龍，等.場景模型的建立及快速顯示[J].大慶石油學院學報.2002（02）：56-59.

[8] 楊克儉，劉舒燕，陳定方.分布交互三維視景行為-特征建模方法研究[J].計算機輔助設計與圖形學學報.2000（11）：846-850.

[9] 孫勝偉.新型跑步機的設計[J].電子世界.2012（14）：122-123.

[10] 汪星.跑步機簡易心率測量系統(tǒng)設計[J].電子元器件應用.2008（10）：39-41.

[11] 李春麗，竇少兵，楊先軍，等.智能跑步機上虛擬場景的設計與實現(xiàn)[J].儀表技術(shù).2012（09）：46-48.

[12] 孫勝偉.新型跑步機的設計[J].電子世界.2012（14）：122-123.

[13] 徐華文，李文峰.電動跑步機的人機工程設計[J].機械.2004（S1）：17-19.

[14] 李琳，張峰.基于STM32的智能跑步機控制系統(tǒng)設計[J].電子測試.2013（Z1）：66-70.

[15] 吳剛，曹玲芝，崔光照.智能跑步機控制系統(tǒng)設計[J].微電機： 伺服技術(shù).2003（01）：50-51.

[16] 余張元，朱維兵.基于嵌入式技術(shù)的跑步機控制系統(tǒng)設計[J].西華大學學報： 自然科學版.2010，（03）：25-27.