主办单位: 共青团中央   中国科协   教育部   中国社会科学院   全国学联  

承办单位: 四川大学     

基本信息

项目名称:
斗牛士健身车的创新设计与制造
小类:
机械与控制
简介:
该健身车与普通自行车最大不同之处,在于将后叉架固定创新设计为后叉架与后轮轮毂外伸悬臂杆件铰接。经过机构创新设计后,骑行该健身车时手部、臀部、脚部的姿态不停变化,实现了全身参与运动健身的目的,同时具有较好的娱乐性与趣味性。该产品可应用于室外健身或作为小区健身器材使用。
详细介绍:
目前市场上的健身车特点:1.通过骑行对腿部和腰腹的肌肉进行锻炼;2.通过改变飞轮的转动惯量或摩擦片调节运动强度,具有功耗显示,占地面积小;3.健身功能单一,机身固定难以实现户外运动,骑行状态始终如一,缺乏趣味性等。 基于普通自行车,结合能实现复杂轨迹输出的齿轮连杆机构,以及紧张刺激的斗牛比赛,创新设计了一款斗牛士健身车。它与普通自行车最大的不同之处在于,将普通自行车后叉架固定结构创新设计为后叉架与后轮轮毂外伸悬臂梁铰接。根据设计思路,为保证整车的可运动性,将后叉架与座椅铰接,同时支承驱动链轮的杆件可绕后轮轴相对转动。设置四个档位调节运动强度,换档方便。由于结构改变导致骑行难度增加,为增加骑行平稳性,采用双后轮结构;为避免蹬踏中踏板或脚部与前后轮、地面产生运动干涉,采用两级链轮驱动以变换踏板位置。在骑行过程中,骑行者臀部上下、前后颠簸,为增加骑行舒适性采用弹簧约束的可前后摇摆坐垫。 主要特点:可室内外骑行,也可将后轮支起作为社区的健身器使用,在用力蹬踏骑行时由于手部、臀部和腿部等关键部位在不停地变化,犹如骑在公牛身上,上下前后颠簸,具有一定的刺激感,全身参与锻炼,是一款集健身与趣味性一体的健身器材。

作品图片

  • 斗牛士健身车的创新设计与制造
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

作品设计、发明目的: 设计并制造一款集健身与趣味性一体的斗牛士健身车。 基本思路: 基于普通自行车,结合能实现复杂轨迹输出的齿轮连杆机构,拟合紧张刺激的斗牛比赛,创新设计了一款斗牛士健身车。 创新点: 1.在蹬踏骑行时犹如骑在愤怒公牛身上,上下前后颠簸,具有一定刺激感,全身参与锻炼,是一款集健身与趣味性一体的健身器材; 2.在机构仿真的基础上,采用双链轮传动避免运动干涉; 3.四个档位实现骑行难度可调; 4.采用双后轮结构,增加了骑行平稳性; 5.采用可前后摇摆坐垫,增加了骑行舒适性; 6.公牛车身造型,将产品功能与外型设计完美结合; 7.对该车身机构进行了优化设计和运动学分析,验证了设计理念,同时将基于三级组的机构分析知识应用于产品的实际研究分析。 技术关键: 1,基于普通自行车的车身结构,创新设计为能实现全身参与运动,拟合斗牛过程的健身机械; 2,进行机构运动仿真,获得合理结构尺寸,验证设计理念 3,对外伸悬臂杆件进行创新设计与数控加工,实现四个不同骑行强度档位的便利调整; 4,对双后轮及轴进行设计与强度校核,保证骑行安全性和平稳性; 5,将座垫创新设计为与支撑板铰接,并可前后摆动,增加前后弹簧约束,实现骑行过程坐姿调整和改善骑行舒适性。 主要技术指标: 该健身车能实现全身参与健身锻炼,可通过四个档位调节健身强度,骑行过程拟合斗牛过程上下、前后颠簸的特点。

科学性、先进性

科学性: 1,该机构为包含一个三级组的六杆机构组成,使用了牛顿拉普森方法求解该机构的运动学,进行机构的运动仿真,验证了设计的合理性与科学性。 2,为满足产品使用的强度要求,运用相关机械专业知识进行分析计算,进行材料选择,使构件强度达到使用要求。 先进性: 斗牛士健身车骑行时拟合了驾奴公牛的感受,健身部位全面,趣味性高,骑行难度可调,制造成本低,具有一定的市场推广与使用价值。

获奖情况及鉴定结果

作品所处阶段

实物产品完成制造

技术转让方式

作品可展示的形式

实物产品,视频

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

使用说明: 1,骑行方法与普通自行车基本相同。 2,骑行强度调节即换挡方法:取下后叉架与外伸悬臂杆件连接处螺母和套圈,使后叉架在外伸悬臂杆件的槽内滑动,调节后叉架推到合适档位,将套圈推入定位槽中,用螺母旋紧固定即可。 作品的技术特点与优势: 经过市场调查和专利检索,目前还没有相似功能和结构的健身车。 健身的部位不局限于下半身,由于骑行过程中手部、臀部、脚部位姿均不断变化,因此身体的每个部位都可以得到充分的锻炼,健身效果明显。 设计的公牛车身造型,使产品的外形与功能较好的融合在一起,骑行时拟合了驾奴公牛的特点,具有一定的趣味性。 骑行难度可调,使用场地室内室外均可,能满足广大群众的健身需要,并且制造成本较低,具有一定的市场使用与推广价值。

同类课题研究水平概述

1.市场现有产品调查 目前市场上的健身车无论是国产的还是进口的,均通过调节飞轮的转动惯量或摩擦片调节运动强度。骑健身车能通过腿部蹬踏,压缩血液流动、锻炼腿部和腰腹的肌肉,从而达到健身的效果。 现有健身车具有运动强度可调、功耗显示、占地面积小等优点,但也具有一些不足,如健身功能单一、机身固定难以实现户外运动、骑行状况始终如一、趣味性差等。 2.本产品机构中三级杆组的分析 高级别杆组(常见的如Ⅲ级组和Ⅳ级组)的求解不同于Ⅱ级组,它是多参数、高次甚至是超越方程组。解决高级别杆组非线性方程组的位置问题的常用方法有: 1,牛顿迭代及其改进算法。运用该方法求解一组非线性的、甚至含超越函数的方程组, 求解过程需要进行系数矩阵的求逆, 而且多种因素都直接影响迭代过程的收敛性。 2,杆长逼近法。该方法是早期对高级别杆组的一种有效的分析方法,通过化Ⅲ级组非线性方程组为多个Ⅱ级组的线性方程组求解的方法,使用杆长条件作为二维搜索精度判断,杆长逼近的过程带有试凑的性质, 收敛速度不快,精度要求较高时计算量较大,有时得不到精确解。 3,虚拟机构法。它是一种将高级杆组分解为两个Ⅱ级机构的方法, 使问题的求解工作量加大。与杆长逼近法原理类似,变非线性方程求解为二维空间搜索,但是如果要求精度较高时计算量较大,并且有舍弃误差积累。 4,遗传算法、粒子群优化算法、免疫算法、神经网络算法等新一代优化算法。该类计算方法一般可获得较好的全局最优解,已经形成了比较完善的求解理论,收敛速度也比较满意,但编制程序较为复杂。 本作品机构模型为包含一个三级组G3-PR-RR-RR的六杆机构,采用牛顿-拉普森方法对该机构进行了分析求解和运动仿真,验证了设计理念,同时为该产品的结构参数选取、运动干涉等提供了有利支持。
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