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毕业设计代引霞3稿

学号20120608050904

密级________________

兰州城市学院本科毕业论文

社区健身器材的结构分析与改造

学院名称：

培黎工程技术学院

专业名称：

机械设计制造及其自动化

学生姓名：

代引霞

指导教师：

王新雁

二○一四年五月

BACHELOR'SDEGREETHESIS

OFLANZHOUCITYUNIVERSITY

Thecommunityfitnessequipmentstructureanalysisandmodification

College：

Thebailieengineeringinstituteoftechnology

Subject：

Mechanicaldesignmanufacturingandautomation

Name：

DaiYinxia

Directedby：

WangXinyan

May2014

郑重声明

本人呈交的学位论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。

尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。

本学位论文的知识产权归属于培养单位。

本人签名：

日期：

摘要

社区户外健身器材给那些无处锻炼身体的人们提供了健身的场地和器材，但由于我国户外健身活动还处于刚刚起步阶段，很多社区健身器材还存在设计不合理，不科学，不安全等诸多问题。

面对目前社区户外健身器材在设计及使用方面所存在的问题，我们需要对户外健身器材的使用人群，使用环境及使用状况进行分析研究，提出对户外健身器材更合理的设计方案。

本文通过对部分小区的户外健身器材进行实际调查，分析总结出户外健身器材由于设计不合理存在的种种问题，并结合我国户外健身器材的有关规定为户外健身器材的再设计寻找突破口。

本课题将老年人作为户外健身器材设计再改造的定位人群,根据他们的生理、心理、行为等特征，结合老年人喜爱的漫步机存在的问题，从器材的造型、色彩、材质及安全性等方面进行改进设计。

将机械设计、人机工程学等理论知识结合到漫步机的再设计中，并协调健身器材与环境的关系，设计出人们更好使用的健身器材。

关键词：

社区健身器材；老年人；人机工程；造型色彩

ABSTRACT

Communityoutdoorfitnessequipmentforpeoplewhohavenoexercisefitnessvenuesandequipment,outdoorfitnessactivitiesbutbecauseourcountryisstillinitsbeginningstage,stillexistalotofcommunityfitnessequipmentdesignisunreasonable,unscientific,manyproblemsarecongruent.Inthefaceofthecurrentcommunityoutdoorfitnessequipmentinthedesignanduseoftheexistingproblems,weneedtouseofoutdoorfitnessequipment,environmentandsituationanalysis,putforwardmorereasonabledesignschemeforoutdoorfitnessequipment.

Inthispaper,throughpracticalinvestigationwascarriedoutonthepartoftheareaofoutdoorfitnessequipment,analysissummeduptheoutdoorfitnessequipmentduetotheunreasonabledesignproblems,andcombinedwiththerelevantprovisionsoftheoutdoorfitnessequipmentinChinaforoutdoorfitnessequipmentanddesignofthebreach.Thistopictotheelderlyasoutdoorfitnessequipmentdesigntotransformthepositioningofthecrowd,accordingtotheirphysical,psychologicalandbehaviorcharacteristics,combinedwiththeproblemsoftheoldfavoritewalkingmachine,fromtheequipmentofmodelling,colour,materialandsafetytoimprovethedesign.Combinationofmechanicaldesign,ergonomicsandothertheoreticalknowledgetowalkingmachinedesign,andcoordinatetherelationshipbetweenthefitnessequipmentandenvironment,designabetterpeopleusefitnessequipment.

KeyWords:

Thecommunityfitnessequipment;middle-agedpeople;ergonomics;shape&color

第一章社区健身器材概论

1.1社区健身器材简介

1.1.1社区健身器材的定义

健身，顾名思义，就是使身体健康。

健身器材是指用于提高身体素质、增加身体机能、进行形体运动锻炼、体育基础训练和一般康复锻炼的专用器材。

户外健身器材通称为全民健身路径，更确切和更科学地说，它是指在户外安装固定、供人们进行健身运动锻炼的器材和设施。

例如：

在公园、广场和居民社区等户外场地安装的各类健身型的太极揉推器、扭腰器、太空漫步机、健骑机等。

1.1.2社区健身器材的种类及特点

（1）力量型器械

力量型器械是一些可以锻炼身体某些部位力量的器械。

我们常见的练习力量的器械有单杠（图1-1）、哑铃（图1-2）。

（图1-1）（图1-2）

单杠锻炼时要双手抓住单杠,双腿弯曲,上身保持直立,腿与上身成九十度，然后由身体摆动，屈伸，回环，转体，腾越，换握，空翻等动作来完成运动。

单杠运动有效的对人们的肌肉和身体运动协调能力进行了锻炼。

哑铃运动要充分掌握动作的运动轨迹、呼吸状态、肌肉的发力过程三个部分。

它的使用方法多种多样，可单手握铃练习也可双手同时握铃练习，锻炼者可根据不同的需要以及自身的具体情况选择不同的练习方法。

长期坚持练习哑铃，可以修饰肌肉线条，增加肌肉耐力，经常做重量偏大的哑铃练习，可以使肌肉结实，强壮肌纤维，增加肌力。

（2）弹跳型器械

竖立的高度牌，水平的横梁都是有助于双腿弹跳的器材，这些器材采用助跑或原地跳跃，有助于保持腿部的弹跳能力。

如梅花桩（图1-3），太空漫步机（图1-4）。

（图1-3）（图1-4）

梅花桩的主要功能是提高身体的平衡能力和协调性，是一种智力型器材。

从第一个梅花桩开始，左右脚分别依次走完11个梅花桩，不能重复即算成功。

漫步机使用时，需双手握把，两脚分别踏于左右踏板上，两脚前后自然摆动，进行漫步动作。

它的结构构造简单集散步、跑步、滑雪等运动功能于一体，通过两脚的前后运动和手臂推拉的协调配合，使锻炼者的腿部、腰部、臂部、髋部、胸部、背部得到充分的锻炼，同时还提高了锻炼者的心血管系统能力，它是一种全身有氧运动。

（3）灵敏型器械

灵敏型器械可以练习人们手脚、头脑的反应能力以及四肢和大脑的协调能力。

如脚踩梅花桩、双手转动转盘（图1-5）

（图1-5）

在双手转动转盘训练时，锻炼者需双手握住转盘，两脚稳定地站在底盘上，慢慢的扭动腰部进行运动，这项运动可以增强人们的全身肌肉运动，强化心肺功能。

（4）柔韧型器械

柔韧型器械是对人们身体进行柔韧性，拉伸性锻炼的运动器械。

压腿架和肋木（图1-6）都可以牵拉韧带或者悬垂举腿，可以提高关节的柔韧性。

（图1-6）

肋木运动可以增强上肢、肩部、背部、腹部肌肉群力量，提高身体协调能力。

拉伸腿部韧带，伸展腰部，消除下肢和腰部疲劳。

（5）耐力型器械

耐力型运动又称有氧运动，是运动中最主要和最基本的运动。

它主要用于心血管、呼吸、内分泌等系统的慢性疾病的康复和预防，有改善和提高心血管、呼吸、内分泌等系统的功能。

在健身、健美运动中，耐力型运动是保持全面身心健康、保持理想体重的有效运动方式，耐力型器械类似于跑步机（图1-7）。

（图1-7）

1.2社区健身器材的优缺点

社区健身器材装点着现代化城市，为全民健身提供了随时随地的便利，使人们可以很方便地进行户外有氧运动锻炼身体。

户外健身器材目标群体是大众，它的广普性使其具有简单、易学、见效快的特点。

社区健身器材为社区居民提供了锻炼的条件和休闲交流的场所，这些器材更受人们的欢迎和喜爱，人们认为社区健身器材是生活重要的一部分。

近年来，随着我国全民健身运动的深入发展，健身器材的生产及制造业发展迅猛，但由于没有形成系统的、全面的规范性标准，使得许多企业各行其是，互相仿制，有些产品设计不合理，达不到锻炼效果，有的甚至适得其反。

加强我国户外健身器材的人性化设计研究，使之缩小与我国潜在健身群体的生理和心理距离，是户外健身运动在我国普及发展的关键所在。

以下是对现有户外健身器材在人性化设计方面所存在的几点问题分析:

首先，器材在造型上的指示性不够，在一定程度上造成了使用者的心理障碍。

造型因素作为传达各种信息的符号，构成了现代设计中的产品语言。

造型语言不仅可以使产品发挥它的认知功能，而且可以发挥它的审美功能，给人以亲切温馨的感受和对生活意义的领悟。

健身器材造型语言的运用是实现器材与使用者之间对话的途径，这种对话诉诸于直觉的方式，以器材自身功能与使用者潜在的期望为终极目标。

一个缺乏必要信息传递的健身器材，无法为使用者所理解，也无法正常发挥它的使用功能。

而现有的户外健身器材在造型上没有明确的引导性，不能很好的传递使用信息。

人们通过健身器材本身的造型还难以了解和掌握这件器材的特点和使用方法，还必须去学习和领悟，给人们的健身带来阻碍。

其次，在形态、色彩等外观要素上，现有器材带给人们的语意是冰冷、庞大、繁杂、而且笨重的，那一堆堆裸露的铁块让人望而却步，也让人立刻联想到锻炼的艰辛，难以鼓足勇气去进行持久的练习。

这种视觉语言，会加重训练时可能产生的厌倦感，因而造成心理隔阂；另外，在色彩上没有处理好与人和环境的关系。

色彩能美化健身器材，又可调节器材的视觉功能，使锻炼者生理感受和心理感觉平衡，满足锻炼者的物质与精神生活的双重需要。

而现在健身器材的色彩可以说是五彩斑斓，缺少一个统一的标准和约束。

人们对色彩的偏好基本没有考虑，并且许多健身器材的色彩和与周围的环境极不协调，形成许多破坏气氛的因素。

第三，户外健身器材的人机因素考虑的不够。

设计的主体是人。

好的设计是从了解人的生理结构开始的。

使用者的感受是对一个设计构思或一件产品的最快、最准确的测试；轻松的操作是能持续的、健康的活动，而不方便、别扭的动作叫人在须臾之间就会感到头痛。

第四，器材的适用性存在许多问题。

器材的适用性包括两方面，一是要针对气候差异，健身器材选用的材料与外表工艺应考虑各地不同需要的适用性。

我国地域辽阔，气候差异较大，各地条件不一，如南方多雨，北方干燥，西北风沙大，东南地区潮湿，有的地方雨带酸性等。

现在许多器材选择的材料没有针对性，不管是不是适应于本地区的气候条件，大多由金属材料制成，金属材料受环境气候的影响较大，且容易腐蚀。

二是要针对不同年龄、不同层次锻炼者，器材以安全、方便、适用为主，能适合不同年龄、不同层次锻炼者的要求，利于锻炼者科学地掌握运动量。

如何开发出多样性、针对性的器材，满足因年龄不同，体质强弱有异的各类群体的健身需求，还有待进一步研究。

第五，户外健身器材缺乏娱乐性。

娱乐性是引起参加身体锻炼活动动机的主要原因。

特别对儿童青少年使用者而言，娱乐性是他们保持锻炼热情和积极性的重要因素。

目前的健身器材中，用于健身锻炼的器材较多，娱乐性的器材相对较少，有些锻炼者厌倦了重复的运动方式，对锻炼不感兴趣，力不从心，想放弃锻炼等，从而影响了锻炼效果。

用于儿童的健身器材娱乐性就更少了，有的社区还没有安装儿童户外健身器材。

以上从不同的角度粗略地分析了目前户外健身器材在人性化设计方面所存在的问题。

如何去解决这些问题，是本课题所要研究的重点。

这还需要通过对健身器材、人性化设计的进一步研究，才能成为最后设计研究的依据。

1.3社区健身器材在国内外的发展

1.3.1社区健身器材在国内的发展

中国改革开放以来，随着经济的高速发展，物质基础日趋雄厚，人们在日趋激烈的竞争生活里越来越重视自身的身体健康状况，健身需求日益强烈，这一现象大大地刺激了健身器材的发展。

从上个世纪80年代中期开始，我国出现了健身器材生产企业，到今天已初具规模，有的甚至成了名牌企业。

从消费布局来看，我国健身器材生产企业虽然在生产上占有全球绝大多数的产值，但是本土消费并不乐观,与欧美等发达国家相比，健身器材产品用于健身运动的人均消费还很低。

我国体育产业发展还受到体育消费制约、产品结构不合理以及产业法规不健全、缺乏有效调控机制的问题。

我国政府于1995年开始实施《全民健身计划纲要》，增加体育锻炼设施是该计划的一个重要内容。

全民健身路径工程是实施全民健身计划的主要物质载体，为现代人追求健康生活提供了一种平台，利国利民。

1997年，国家体育总局决定将体育彩票公益金的60%用于实施全民健身计划，加大全民健身路径工程建设的力度，在全国各地的户外场地，配建了大批健身路径等户外健身器材。

人们在户外进行锻炼，贴近自然，感受自然，心情舒畅，是一种美的享受，深受广大群众的喜爱。

城市的户外健身器材如雨后春笋般出现，不仅反映出了与日俱增的社会服务水平，更重要的是折射出了广大群众对健身的强烈需求。

以往大多数人由于时间或财力方面的制约，让想进行运动健身的人望而却步。

于是，众多户外健身器材的铺设，将全民健身推向千家万户，具有良好的亲民性，群众理直气壮利用健身器材强身健体，完全就是具有中国特色的益事。

随着全民健身计划颁布实施以来，一批以体育健身器材为主打产品的企业也迅速崛起和发展起来。

从1997年开始至今，我国已有近200多个健身器材生产企业先后推出全民健身路径。

我国的户外健身器材同发达国家相比,虽然起步较晚,但发展很快,经历了学习、引进、提高、创新几个阶段,器材的安全性、科学性、适用性、趣味性也在不断提高。

至2001年底，健身路径在全国各地已安装了3万多套，深受广大群众的喜爱，也得到了政府和各级职能部门的充分肯定。

它是大众健身的适用选择，是全民健身工程的一道亮丽的风景线。

虽然户外健身器材在全国迅速发展，但在人性化设计方面还存在许多问题，值得我们去研究和改进。

1.3.2社区健身器材在国外的发展

美国仍旧是世界上最大的单个健身器材消费市场，2007年的销鸣额达到50亿美元，亚太地区则是市场增长最快的区域，年增长率达到5.5%，预计欧洲的健身器材市场在2010年将可以达到34亿美元的市场空间。

2007年全球的健身器材销售中，跑步机的销售额达到24亿3千万美元，漫步机则是销售增长最快的器材，2007年的市场销售领达到9亿6千7百万美元。

第二章人机工程学

2.1人机工程学的的定义

在人机工程学发展的不同历史时期，不同的学者提出过多种关于人机工程学的定义，人机工程学是研究人在某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的因素（研究对象）；研究人和机器及环境的相互作用（研究内容）；研究在工作中、家庭生活中与闲暇时怎样考虑人的健康、安全、舒适和工作效率的学科（研究目的）。

2.2人性化设计概述

人性化设计理念强调，在考虑日新月异的技术发展的同时，更要考虑人们的习俗、生活习惯及生活方式的变化和趋向。

人性化设计理念的中心是以人为中心，也就是以用户为中心。

人性化设计理念的实施手段和方法是灵活多变的，他会伴随产品设计和生产的始末。

人性化是对物而言的，给物赋予人的属性。

理解人性化设计必须理解人性及人性化。

人性是人的自然性和社会性的统一。

人性化就是使事物变得通人情、亲切；给物赋予人性、人格，使其具有人的属性；使人造物变的有人性、人道。

在设计中使用人性化这一概念是有其特定的内涵和外延的，就是在设计文化的范畴中，以提升人的价值，尊重人的自然需要和社会需要，满足人们日益增长的物质和文化需要为主旨的一种设计观念。

人性化设计的定义，即一种关注人性需求的设计，又称人本主义设计。

在设计中首先要考虑的是人的因素，如人机关系、产品使用者的需求动机、使用环境对人的影响等，使人和产品有良好的、适合的互动关系。

人本主义设计要求产品在造型、质地、色彩、结构、尺寸等方面都要符合环境和社会需求，尤其要符合使用者的生理和心理特点，及符合人机工程学的各种要求（如有利于人的身心健康，易于减轻人的疲劳感，增强安全性能和危险状态中的示警能力等），并能满足不同使用者多方面的审美情趣，即在设计中要注意满足人的不同个性和差异性的多方面的需求。

尤其要注意为儿童、老年人和残障者进行体贴、周到和优先的考虑。

总之，人本主义设计的核心思想是使产品符合人性的要求，全面尊重使用者的人格和生理及心理需要，使人们的生活更加方便、舒适和体面。

人性化设计的目的和核心是“关爱人、发展人”。

人性化设计的定义就如同工业设计的定义一样，不是唯一的，也不能精确描述的。

有点像变色龙，会随着环境的变化改变自己的色彩。

不同的时期，不同的环境，不同的人，人性化设计的定义也许会出现不同的见解和看法，但都有一个共同的本质，就是对人的关注。

2.3户外健身器材的人性化设计原则

（1）安全性原则

户外健身器材设计的安全性是指除了保护健身器材本身的功能之外，更为重要的是保证健身器材的安全使用。

即在健身器材的使用过程中发生故障或受到外力影响，导致不正常使用时，或人体部位意外的非正常接触时，均能保护使用环境、设备和人身不受伤害。

实现这一原则要求户外健身器材在设计上，即结构设计安全，无隐患；材料安全，利于环保；工艺安全，对于人体无伤害；器材尺寸安全等等。

（2）可操作性原则

设计户外健身器材的目的是为了让这些健身器材更好地发挥作用，为人用，使健身运动者达到最佳的锻炼效果。

而器材的可操作性是实现这一目标的基础。

户外健身器材设计的可操作性主要是指设计的健身器材应能够使健身运动者进行正常和顺利地操作，不应存在有无法操作、难以操作或难以进行运动控制等不良现象。

（3）舒适性原则

户外健身器材的舒适性主要体现在生理和心理两个方面。

在生理上，要求健身器材操作简单、方便；在保持运动姿势时，要使身体自然放松、不易疲劳；器材的动力接受部分和人体运动依托部分，如推拉把手、扶手、拉环、握持杆件、踏板、座板、座椅等，均应符合人体的自然曲线，使锻炼者感到舒适，无操作件或依托件的尺度超常、握持困难或不适、坐躺困难或不适、运动困难或不适等现象。

同时，应适应大多数使用者的操作性需求。

另一方面，在心理上，要求器材的造型设计稳定牢固，同时要求器材的造型尽量简洁，减少外露的繁杂结构；在器材的色彩搭配上，应改变目前单调的感觉，要带给使用者轻松愉悦的心理感受。

（4）通用性原则

通用性要求健身器材的设计涵盖广泛的个人喜好及能力；要使健身者很容易地做出正确的操作，操作性不宜过于复杂；不论周围状况或使用者感官能力如何，设计应有效地将健身器材相关的必要信息传达给使用者。

同时，由于户外健身器材的使用者是社会大众，他们对器材的认识、了解不尽相同，户外健身器材在使用时的错误操作时有发生，应将这些错误操作的动作所导致的不利后果降至最低。

（5）娱乐性原则

在快节奏高压力的生活状态下，人们更倾向于用带有娱乐性的健身方式来释放。

因此在设计户外健身器材时，应充分体现出一定的娱乐功娱乐性是产生参加身体锻炼活动动机的主要原因。

在设计中，可以考虑增加进交流一些可供多人参与或竞争的器材，以便让健身者一起运动健身，增，使健身者的心情愉悦，提高健身积极性。

另外，对儿童青少年使用者而言，娱乐性是他们保持锻炼热情和积极性的重要因素。

设计时采用生动、可爱的形象造型和纯度高、对比鲜明的色彩，以此增加健身器材的娱乐趣味性。

2.4人机工程学在户外健身器材人性化设计中的应用

人与健身器”这个问题，就是“人—机”系统，也即“人体工程学”所涉及到的“人体科学”与“技术科学”问题。

这里主要研究人与健身器协调关系。

在进行健身器材的产品研发和设计时，一般应注重和考虑以下的一些内容：

人体各部尺寸及各类人员的体重；人的操纵姿势及其身体的物理特性；人体各肢体及其相关部位的活动范围；人的动作与节奏；身体的肌力及人体各部的动力；人的运动生理、知觉生理、心理及其反应特性；与人体协调配合的健身器材产品的操纵系统以及各类控制系统的设计协调性；“人—机”操控系统中，人体的能量消耗以及人机功效因素等；对于能够测量相关运动参数、人体运动生理指标（如：

心率、血压）以及能量消耗等指标数据的一类健身器材，还应注意“人—机”之间传感系统的科学设置及相关影响等因素；人体运动的安全问题等。

划船器（图2-1）是模拟划船运动而设计的一款户外健身器材。

它以锻炼臀、腰、腹、背部等肌肉群能力为主。

科学合理的划船器材可以使人体能够尽最大可能舒展开来，进行最有效的运动。

由于人体在进行此类运动过程中，需要多个人体肢节和人体部位协同配合，所以划船器的设计在人机方面需要分别对人体的蹬和手拉等运动姿势研究，进行系统地开发。

充分考虑目标人群的人体尺寸，上下肢的活动范围对器材各力臂的尺寸大小进行定位；考虑目标人群的肌肉力量，同时加大器材本身的承重力。

另外，为保证锻炼者在运动时身体姿势舒适，可以考虑使用靠背式座椅，从而拉近产品与使用者之间的距离，增加使用舒适性的同时，也满足了使用者的生理需求。

图（2-1）

太极推手器（图2-2）是一款以太极拳的基本动作——推手作为基本锻炼形式，以锻炼人体肩关节为主的户外健身器材。

它是人机工程学与传统的强身健体思想相结合的典范。

器材转盘的握持部分特增加了许多按摩凸点，在推手过程中对手掌进行按摩，使人们在运动过程中感到舒适，其人体依托部分的设计满足了大多数人群的操作性需求。

此外，考虑到目标人群运动时身体的姿势及其上肢部位的活动范围，转盘的倾斜角度应控制在约60度，以保证上肢动作轻松自如地操作。

图（2-2）

总之，充分考虑人机工程学因素的健身器材深受广大健身运动者的青睐，使人们更愿意投入到户外健身运动中，也为户外健身器材的发展提供了契机。

人机工程学的重要性将越来越明显地体现在户外健身器材上，这也成为衡量户外健身器材设计科学性的主要标准。

2.5社区健身器材中的色彩设计

产品设计离不开色彩的表达，色彩影响人的感觉，情绪，品味和选择。

它产生美的同时，也产生功能。

色彩是健身器材设计的