專利名稱：多功能航天健身器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多功能航天健身器，屬于工程技術(shù)和運動器械研究領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國航天技術(shù)的發(fā)展，載人神舟系列飛船的巨大成功，中國人的足跡開始進 入太空。但是航天員在太空環(huán)境中執(zhí)行任務(wù)受到各種環(huán)境因素的制約，特別是太空失重狀 態(tài)影響巨大。人長期生活在地面有重力的環(huán)境里，一旦進入失重環(huán)境，就會感到生活習(xí)慣不 適應(yīng)。為此，對航天員的生活須采取各種措施為航天員設(shè)計緊身服裝，因為肥大的衣服會 漂浮起來；對座艙中的物品加以固定，避免自由漂浮。失重狀態(tài)下對航天員最大的影響是生 理機能的影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面 1.心血管功能改變。失重時人體的流體靜壓喪失，血液和其他體液不像重力條件 下那樣慣常地流向下身。相反，下身的血液回流到胸腔、頭部，航天員面部浮腫，頭脹，頸部 靜脈曲張，身體質(zhì)量中心上移。人體的感受器感到體液增加，機體通過體液調(diào)節(jié)系統(tǒng)減少體 液，出現(xiàn)體液轉(zhuǎn)移反射性多尿，導(dǎo)致水鹽從尿中排出，血容量減少；出現(xiàn)心血管功能降低征 候，如心輸出量減少、立位耐力降低等，返回地面后短時對重力不適應(yīng)。 2.失重時，出現(xiàn)頭暈、惡心，腹部不適，體位翻轉(zhuǎn)等運動病癥狀，稱為航天運動病， 又稱航天適應(yīng)綜合征。發(fā)生率約占航天員總數(shù)的1/3 1/2。 3.骨鹽代謝素亂。失重會引起人體的骨無機鹽代謝素亂，經(jīng)尿排出的鈣磷增加， 鈣的排出量每月約六克左右。脫鈣的原因是適宜載荷垂直負(fù)重對骨骼肌肉的剌激減弱或消 失，血液供應(yīng)減少，骨細胞營養(yǎng)改變，破骨細胞功能增強，成骨細胞功能減弱，分解過程大于 合成過程。骨鹽的喪失引起骨質(zhì)疏松，而且持續(xù)時間很長。 4.失重引起的肌肉變化，主要表現(xiàn)在對抗重力的肌群張力減弱，甚至萎縮。原因是 抗重力肌不需做功，出現(xiàn)廢用性萎縮。 因此，克服失重環(huán)境對航天員身體健康的損害，是保證航天計劃和任務(wù)完成的必 要前提。而體育鍛煉是克服以上不利影響的重要手段。美國是航天技術(shù)發(fā)展歷史最長，技 術(shù)最先進的國家，宇宙飛船上的太空健身器的發(fā)展也經(jīng)歷了多個階段。美國宇航員使用的 第一部健身器只是一根橡皮繩裝置，于1965年搭乘"雙子座4"號飛船進入太空。拉動這根 橡皮繩需要70磅(約合32公斤)力量。上世紀(jì)70年代，"天空實驗室"號空間站的健身 器是一部腳踏車，這部腳踏車加強了對下肢的鍛煉。1996年，俄羅斯"和平"號空間站上安 裝了一臺跑步機，俄美兩國宇航員利用它鍛煉身體。2008年，在空間站上安裝了新健身器 ARED，是利用真空壓力幫助宇航員健身，宇航員可以鍛煉身體上部和下部。
國際空間站上使用的太空健身器雖然功能越來越多，新健身器可以鍛煉身體的多 個部位，但是均避免不了設(shè)備占用空間大、重量大、造價昂貴的缺點。2008年的新健身器 ARED，體積更為龐大。這對于我國的神舟系列載人飛船相對狹小的機艙空間來講，均不適 合。而且，可承載重量的局限性，也不適合安裝健身器ARED。因此，研制一種適合在狹小空 間使用，又能夠充分鍛煉身體多個部位的新型太空健身器，是非常必要的，也是保證我國航
3天員健康所必需的。 在重力環(huán)境下的各種健身器，由于有自身重力支撐(或啞鈴的重量)，在鍛煉時不 需要附加支撐點就能夠完成各種訓(xùn)練動作；但是在太空失重條件下，常規(guī)的各種訓(xùn)練動作， 如仰臥起坐、俯臥撐等鍛煉動作無法進行(鵬鈴也失去了重量)，需要外加支撐點才能夠完 成。本發(fā)明基于力學(xué)中作用力與反作用力原理，依據(jù)人體工學(xué)原理和運動醫(yī)學(xué)的相關(guān)要求， 利用高強度彈力帶由弱至強的力量變化，結(jié)合支撐曲桿和橫桿所提供的外部著力點，以不 銹鋼為材料制成應(yīng)力金屬架，并以彈力帶制成不同長度和不同伸縮力的各種拉力器，以實 現(xiàn)各種身體力量訓(xùn)練的目的。另外，為了適應(yīng)神舟飛船拱形船艙、減少占用空間，同時要滿 足應(yīng)力支撐點的需要，應(yīng)力金屬架上部設(shè)計成曲形，整個金屬架固定于飛船的拱形機艙側(cè) 壁，最大程度上減少了占用空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有多功能訓(xùn)練模式、拆裝簡易和輕便的適用于神舟
載人飛船狹小空間使用的航天員健身器。本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的，其特征在于 1.該健身器由可拆裝式應(yīng)力金屬架、各種拉力器和固定腳環(huán)組成。應(yīng)力金屬架由 支撐桿Zl和Z2、應(yīng)力曲桿Ql和Q2、應(yīng)力橫桿Y1、Y2和Y3，以及固定底座組成，各金屬桿連 接以榫頭嵌入管腔加螺絲固定，支撐桿和底座有用于固定飛船艙壁的螺絲孔。如圖l所示， 其中應(yīng)力曲桿Q1和Q2上部向外即使用者方向彎曲，在靠近頂端處通過應(yīng)力橫桿Y1相互連 接，應(yīng)力曲桿Ql和Q2下部與豎直設(shè)置且相互平行的支撐桿Zl和Z2連接，支撐桿Zl和Z2垂 直固定在固定底座上，所述拉力器以固定鉤連接于應(yīng)力橫桿Yl 、 Y2或Y3以及底座上，固定 腳環(huán)套在底座桿上，以承受各種力量訓(xùn)練時的作用力。拉力器利用高強度彈力帶伸縮力和 依據(jù)人體工學(xué)原理設(shè)計的各種鍛煉姿勢設(shè)計成具有不同長度和不同伸縮力的各種拉力器， 拉力器由固定鉤、彈力繩和把手組成，種類包括上肢拉力器S1和S2，固定于應(yīng)力橫桿Y1、 Y2和底座；下肢拉力器XI和X2，固定于應(yīng)力橫桿Y2和底座；肩背拉力器J，固定于支撐桿
Zl和Z2 ;各規(guī)格拉力器長度和直徑如圖2所示；根據(jù)人體工學(xué)原理，考慮在失重狀態(tài)下的
身體鍛煉的各種動作需要作用力反方向支撐點、并結(jié)合運動醫(yī)學(xué)理論和方法，設(shè)計了上肢、
腰背和下肢三類健身模式和12種訓(xùn)練動作，能夠達到鍛煉身體大部分肌肉群的目的。另一 方面，在支撐點與作用力方向有一定平行錯位的情況下，機體為了完成動作不僅使用作用 力方向的肌肉群，而且其他部位的肌肉群需要貢獻較大的力量以協(xié)調(diào)完成規(guī)定動作。這樣， 除力量練習(xí)之外，運動神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)平衡的能力也得到了鍛煉。 使用上述航天健身器進行的健身方法，其特征在于所述方法包括如下健身模式和 動作中的一種或多種 (1)上肢訓(xùn)練模式；上肢屈伸a、上肢屈伸b、上肢前壓、前臂上抬、上肢側(cè)上擺和上 肢側(cè)下擺； (2)腰、腹、背部肌肉訓(xùn)練模式；軀體反推、軀體前壓；
(3)下肢訓(xùn)練模式蹲起、交替蹬踏、下肢上抬、下肢下擺。


圖1 :多功能航天健身器；圖2 :拉力器(彈力帶直徑08和12咖)及應(yīng)力金屬架 側(cè)視圖；圖3:上肢訓(xùn)練動作； 圖4 :腰腹訓(xùn)練動作； 圖5 :下肢訓(xùn)練動作
具體實施例方式(1)上肢訓(xùn)練模式；上肢屈伸a、上肢屈伸b、上肢前壓、前臂上抬、上肢側(cè)上擺和上
肢側(cè)下擺，見圖3 :可以鍛煉上肢肱二頭肌、三角肌、肱三頭肌、斜方肌和背闊肌等。
(2)腰、腹、背部肌肉訓(xùn)練模式；軀體反推、軀體前壓，見圖4 :可以鍛煉胸大肌、腹
直肌、上背肌群和腰部。 (3)下肢訓(xùn)練模式蹲起、交替蹬踏、下肢上抬、下肢下擺，見圖5。可以鍛煉縫匠 肌、股肉長肌、骨肉側(cè)肌和小腿部肌肉群。 通過本發(fā)明制成的太空健身器，可以對航天員上肢、腰腹和下肢肌肉和關(guān)節(jié)進行鍛 煉，不僅有效預(yù)防肌肉廢用性萎縮，避免鈣質(zhì)流失，提高循環(huán)系統(tǒng)的應(yīng)激適應(yīng)性，而且本發(fā)明 設(shè)計的鍛煉動作能夠輔助身體平衡系統(tǒng)，有效緩解由于失重造成的平衡系統(tǒng)的不適應(yīng)。
本發(fā)明人通過查閱大量文獻，利用工程力學(xué)、人體工學(xué)和運動醫(yī)學(xué)相關(guān)知識，考慮 到我國神舟飛船的可承載重量和空間的限制，開發(fā)出具有多功能訓(xùn)練模式、拆裝簡易和輕 便的適用于神舟載人飛船狹小空間使用的航天員健身器。與現(xiàn)有太空健身器相比，本發(fā)明 具有如下顯著區(qū)別和有益效果 1、現(xiàn)有技術(shù)中沒有公開過可拆裝式、由榫頭和管腔嵌合形成的應(yīng)力金屬架；
2、現(xiàn)有技術(shù)中采用橡皮繩的太空拉力器只有一根，而且動作形式單一；本發(fā)明采 用不同長度和不同粗細的彈力繩作為多種訓(xùn)練動作、不同力量強度的拉力器，可鍛煉身體 大部分肌肉群； 3、現(xiàn)有技術(shù)中沒有公開過在失重狀態(tài)下完整的、多部位的太空鍛煉動作模式，本 發(fā)明設(shè)計了上肢、腰腹和下肢三類模式、12種力量訓(xùn)練動作；這些訓(xùn)練動作是利用作用力 與反作用力原理，通過不斷修改應(yīng)力金屬架的結(jié)構(gòu)、彈力拉力器的長度和直徑，并通過實際 訓(xùn)練動作的實驗不斷調(diào)整、改進而形成的，這樣選擇能夠獲得如此的效果是本領(lǐng)域技術(shù)人 員無法預(yù)料的。 因此選擇合適的材料和設(shè)計適當(dāng)結(jié)構(gòu)的可拆裝式應(yīng)力支架和多種規(guī)格的拉力器， 以配合實現(xiàn)在失重環(huán)境下各種身體訓(xùn)練動作的成功完成，需要付出創(chuàng)造性的勞動；
4、與現(xiàn)有的太空健身器相比(2008年美國最新式的ARED)，本發(fā)明的健身器具有 可拆裝方便、重量輕、需要空間狹小的特點，適合在我國神舟飛船機艙內(nèi)使用，這樣設(shè)計能 夠獲得與健身器ARED接近的身體鍛煉效果是本領(lǐng)域技術(shù)人員無法預(yù)料的。
權(quán)利要求
一種多功能航天健身器，其特征在于該健身器由應(yīng)力金屬架、拉力器和固定腳環(huán)組成，在太空失重狀態(tài)下，力量訓(xùn)練利用作用力與反作用力原理，應(yīng)力金屬架為組裝式，由支撐桿Z1和Z2、應(yīng)力曲桿Q1和Q2、應(yīng)力橫桿Y1、Y2和Y3，以及固定底座組成，各金屬桿連接以榫頭嵌入管腔加螺絲固定，如圖1所示，其中應(yīng)力曲桿Q1和Q2上部向外即使用者方向彎曲，在靠近頂端處通過應(yīng)力橫桿Y1相互連接，應(yīng)力曲桿Q1和Q2下部與豎直設(shè)置且相互平行的支撐桿Z1和Z2連接，支撐桿Z1和Z2垂直固定在固定底座上，所述拉力器以固定鉤連接于應(yīng)力橫桿Y1、Y2或Y3以及底座上，固定腳環(huán)套在底座桿上，以承受各種力量訓(xùn)練時的作用力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的航天健身器，其特征在于所述的拉力器利用高強度彈力帶伸縮力和依據(jù)人體工學(xué)原理設(shè)計的各種鍛煉姿勢設(shè)計成具有不同長度和不同伸縮力的各種拉力器，拉力器由固定鉤、彈力繩和把手組成，種類包括上肢拉力器Sl和S2 ;下肢拉力器X1和X2 ;肩背拉力器J。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的航天健身器，其特征在于根據(jù)人體工學(xué)原理，結(jié)合航天醫(yī)學(xué)中失重對人體生理機能的影響，利用運動醫(yī)學(xué)理論和方法，如圖3-5所示包括三類健身模式和12種訓(xùn)練動作(1) 上肢訓(xùn)練模式上肢屈伸a、上肢屈伸b、上肢前壓、前臂上抬、上肢側(cè)上擺和上肢側(cè)下擺；(2) 腰、腹、背部肌肉訓(xùn)練模式軀體反推、軀體前壓；(3) 下肢訓(xùn)練模式蹲起、交替蹬踏、下肢上抬、下肢下擺。
4. 使用權(quán)利要求1或2所述航天健身器進行的健身方法，其特征在于所述方法包括如下健身模式中的一種或多種(1) 上肢訓(xùn)練模式；(2) 腰、腹、背部肌肉訓(xùn)練模式；(3) 下肢訓(xùn)練模式。
5. 使用權(quán)利要求1或2所述航天健身器進行的健身方法，其特征在于所述方法包括如圖3-5所示下述訓(xùn)練動作中的一種或多種上肢屈伸、上肢側(cè)上擺、上肢側(cè)下擺、上肢前壓、前臂上抬、軀體反推、軀體前壓、蹲起、交替蹬踏、下肢上抬、下肢下擺。
6. 權(quán)利要求1或2所述的航天健身器在航天健身運動中的用途。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能航天健身器，其特征在于該健身器由應(yīng)力金屬架、各種拉力器和固定腳環(huán)組成。在太空失重狀態(tài)下，力量訓(xùn)練利用作用于反作用力原理，應(yīng)力金屬架為組裝式，由支撐桿、應(yīng)力曲桿、應(yīng)力橫桿，以及固定底座組裝而成，各金屬桿連接以榫頭嵌入管腔加螺絲固定，再配合固定腳環(huán)，承受各種力量訓(xùn)練時的作用力。進一步利用高強度彈力帶伸縮力和依據(jù)人體工學(xué)原理設(shè)計的各種鍛煉姿勢設(shè)計成具有不同長度和不同伸縮力的上肢、腰腹和下肢拉力器，根據(jù)人體工學(xué)原理，結(jié)合航天醫(yī)學(xué)中失重對人體生理機能的影響，利用運動醫(yī)學(xué)理論和方法，設(shè)計了三類健身模式，成功實現(xiàn)了重力環(huán)境下的多種訓(xùn)練動作。
文檔編號A63B21/055GK101791465SQ20091024481
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月16日
發(fā)明者段曉川 申請人:段曉川