随着我国经济的发展，人们生活水平的提高，工作节奏日益加快，许多人没有时间或者忽视了对身体的锻炼与调理，导致部分人身体素质下降并且出现一些疾病，为此我们设计了多功能自发电理疗健身一体机，该机具备健身与理疗的双重功能，以满足不同人群的需求.
一、设计思路
多功能自发电理疗健身一体机（ 效果图见图 1） ,该机主要由跑步机 3、旋转牵引床 6、脚踏车机构 15、发电装置 17、MP4 等部分组成。在通过脚踏车锻炼腿部过程中，将机械能转化为电能并储存起来，可以为旋转牵引床、跑步机、MP4 娱乐机构提供电力，使用者可以在此机上进行骑车、跑步、牵引、倒立、扩胸、臂力、仰卧起坐等运动。【图1】
二、结构与功能
（ 一） 发电机装置。发电装置主要由车座 14、脚踏车机构15、蓄电瓶 16、发电机 17 构成，利用变速自行车上的变速器形成三级变速。三个变速档位的传动比分别为： imax =14. 4、i = 11. 5、imin = 8. 21,健身车在三个变速档位匀速转动时外加力分别为： Fmax =80N、F =64N、Fmin =46N,发电机为 JW系列 14V 450W 交流发电机。发电机的额定发电转速为 900~ 1,800r / min,蓄电瓶规格 12V 7AH,脚蹬轮盘半径 7. 5cm.
通过直流电路将交流电转化为直流电后将其输入到 12V7AH 的蓄电瓶。使用者可以根据自身条件调节档位、脚蹬、把手与车座的位置，以便适应不同人群的需要.
（ 二） 床体旋转装置。旋转牵引床主要由床体和旋转机构构成，床体尺寸： 180cm ×74cm ×5cm,旋转机构的动力源为大扭矩蜗轮蜗杆减速电机 直流马达 GW370 12V 120rpm,由蓄电瓶供电。人通过带子固定到床上，床的旋转角度与速度由线控开关控制。为了安全性和舒适度，通过调节变速电机把床的旋转角速度控制为 0. 05rad/s.旋转倒立时受力点是肩部、腰部和腿部，通过线控可以轻而易举地完成旋转、倒立健身。医学研究表明人随床倒立机旋转有如下好处： 倒吊能加速血液的新陈代谢，帮助增加脑部供氧。长期坚持有规律的头足倒立，能给人体带来三大益处： 一是提高智力和反应能力； 二是延缓衰老，增神提志； 三是预防和治疗各种长期直立和劳累带来的疾病。
（ 三） 水平牵引装置。床的水平牵引装置主要由床头活动端、螺杆螺母传动机构组成，螺母与床头移动端固定连接，固定在床体底板上的变速电机与螺杆相连，变速电机带动螺杆转动，螺杆驱动螺母带动床头活动端发生位移，移动速度小于等于 0. 00125 m/s,伸缩范围 0 ~10cm.使用方法： 人躺在床上，头部或上身通过带子固定在床头活动端，下身用带子固定在床体上，使用者通过线控开关调节牵引速度与力度。通过这种方式可以对颈椎或腰椎进行物理牵引治疗，它是保守治疗法中最主要而且疗效较明显的一种方法，它可以限制颈椎活动，减少对受压脊髓和神经根的反复摩擦和不良刺激； 增大椎间隙和椎间孔，减轻甚至解除神经根所受的刺激和压迫； 解除肌肉痉挛，恢复颈脊拄的平衡，降低椎间盘内压，缓冲椎间盘向四周的压力等等。
（ 四） 跑步机装置。将现有的跑步机装置集成在本机上，不改变跑步机的原装配置和原理，电源由本机上的蓄电瓶提供.在跑步机原有的功能上特别添加液晶显示屏、MP4 和 USB 充电口，使之更加人性化。在健身的同时能欣赏音乐、观看视频等，同时也能给手机充电，在跑步的时候可以控制跑步机，电子表也会记录时速、时间、节拍、距离等数据。
（ 五） 仰卧起坐装置。仰卧起坐装置由可折叠的刚性杆连接主框架前端，刚性杆的下端连接四组横向脚架，脚架（ 详见效果图 13 处） 由高密度海绵套包裹，以达到舒适的目的。人平躺在床板上，脚踝放在脚架间做仰卧起坐，运动时可根据年龄、体格适当选用脚架高度并调节床的角度做仰卧起坐运动。
（ 六） 臂力练习装置。整个装置由弹簧、挂钩、拉环（ 详见效果图 9 处） 组成。在拉环处安装 5 个小圆环，通过弹簧再与上面的主框架连接。把床调节到水平位置，人体可以在床上做臂力练习运动，并且可以根据不同需要通过改变弹簧数量以增加或减小运动强度。
（ 七） 扩胸装置。扩胸装置主要由把杆和扭杆弹簧组成（ 详见效果图 8、11 处） ,扭杆弹簧固定至床头的支杆处。为增加其锻炼功能特设水平和竖直把手。把床调节到水平和竖直位置时人分别可以躺在床上或站到跑步机上进行扩胸练习，运动方向： 双手握住水平或竖直把杆向内侧用力。
（ 八） Mp4 及跑步机控制器。Mp4 及跑步机控制器由可折叠的刚性杆、液晶显示屏及主板组成（ 详见效果图 10 处） ,跑步机长 120cm,宽 50cm.刚性杆要求： 可移动其位置和角度，同时可折叠的刚性杆还具有一定的稳固性。人无论是躺在床上还是站到跑步机上都可以听音乐、看电影、充电以达到放松和娱乐的效果。
（ 九） 电路、尺寸及外包装的设计。将发电机产生的电能传输至 12V 7AH 的蓄电瓶中，为保证电量充足，在蓄电瓶上安装充电器，必要时连接外接电源进行充电，蓄电瓶中的电能通过变压和转换供跑步机、床的旋转、牵引以及 mp4 和跑步机控制器使用。在床头处安装线控开关，来自主控制床的旋转和牵引等功能。主框架尺寸： 211cm ×80cm ×195cm.顶棚处使用疏水帆布材料装饰.
三、创新点
可通过线控装置完成旋转、倒立和腰部牵引等理疗操作。可通过练习腿部进行发电，并可以通过调节档位控制难度以适应不同人群。可通过调节床的角度进行不同难度的仰卧起坐运动，以满足不同人群的需要。
四、结语
利用机械原理、机械设计、机械制造、结构优化、人体工程学等多种学科知识，通过对多功能自发电理疗健身一体机的设计、优化和可行性分析，它的性能可以达到预期要求，实现集理疗、健身、娱乐功能于一体，并且能把锻炼身体时产生的机械能以电能的形式储存并利用。
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