專利名稱：多功能航天健身器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多功能航天健身器，屬于工程技術和運動器械研究領域。
背景技術：
隨著我國航天技術的發(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，就會感到生活習慣不 適應。為此，對航天員的生活須采取各種措施為航天員設計緊身服裝，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，身體質量中心上移。人體的感受器感到體液增加，機體通過體液調節(jié)系統減少體 液，出現體液轉移反射性多尿，導致水鹽從尿中排出，血容量減少；出現心血管功能降低征 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。 2.失重時，出現頭暈、惡心，腹部不適，體位翻轉等運動病癥狀，稱為航天運動病， 又稱航天適應綜合征。發(fā)生率約占航天員總數的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重對骨骼肌肉的剌激減弱或消 失，血液供應減少，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。美國是航天技術發(fā)展歷史最長，技 術最先進的國家，宇宙飛船上的太空健身器的發(fā)展也經歷了多個階段。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練動作；但是在太空失重條件下，常規(guī)的各種訓練動作， 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)明基于力學中作用力與反作用力原理，依據人體工學原理和運動醫(yī)學的相關要求， 利用高強度彈力帶由弱至強的力量變化，結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 現各種身體力量訓練的目的。另外，為了適應神舟飛船拱形船艙、減少占用空間，同時要滿 足應力支撐點的需要，應力金屬架上部設計成曲形，整個金屬架固定于飛船的拱形機艙側 壁，最大程度上減少了占用空間。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種具有多功能訓練模式、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的，其特征在于 1.該健身器由可拆裝式應力金屬架、各種拉力器和固定腳環(huán)組成。應力金屬架由 支撐桿Zl和Z2、應力曲桿Ql和Q2、應力橫桿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力橫桿Y1相互連 接，應力曲桿Ql和Q2下部與豎直設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，以承受各種力量訓練時的作用力。拉力器利用高強度彈力帶伸縮力和 依據人體工學原理設計的各種鍛煉姿勢設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，固定于應力橫桿Y1、 Y2和底座；下肢拉力器XI和X2，固定于應力橫桿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；根據人體工學原理，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、并結合運動醫(yī)學理論和方法，設計了上肢、
腰背和下肢三類健身模式和12種訓練動作，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調完成規(guī)定動作。這樣， 除力量練習之外，運動神經系統的調節(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)上肢訓練模式；上肢屈伸a、上肢屈伸b、上肢前壓、前臂上抬、上肢側上擺和上 肢側下擺； (2)腰、腹、背部肌肉訓練模式；軀體反推、軀體前壓；
(3)下肢訓練模式蹲起、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)及應力金屬架 側視圖；圖3:上肢訓練動作； 圖4 :腰腹訓練動作； 圖5 :下肢訓練動作
具體實施例方式(1)上肢訓練模式；上肢屈伸a、上肢屈伸b、上肢前壓、前臂上抬、上肢側上擺和上
肢側下擺，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節(jié)進行鍛 煉，不僅有效預防肌肉廢用性萎縮，避免鈣質流失，提高循環(huán)系統的應激適應性，而且本發(fā)明 設計的鍛煉動作能夠輔助身體平衡系統，有效緩解由于失重造成的平衡系統的不適應。
本發(fā)明人通過查閱大量文獻，利用工程力學、人體工學和運動醫(yī)學相關知識，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、現有技術中沒有公開過可拆裝式、由榫頭和管腔嵌合形成的應力金屬架；
2、現有技術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、現有技術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)明設計了上肢、腰腹和下肢三類模式、12種力量訓練動作；這些訓練動作是利用作用力 與反作用力原理，通過不斷修改應力金屬架的結構、彈力拉力器的長度和直徑，并通過實際 訓練動作的實驗不斷調整、改進而形成的，這樣選擇能夠獲得如此的效果是本領域技術人 員無法預料的。 因此選擇合適的材料和設計適當結構的可拆裝式應力支架和多種規(guī)格的拉力器， 以配合實現在失重環(huán)境下各種身體訓練動作的成功完成，需要付出創(chuàng)造性的勞動；
4、與現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使用，這樣設計能 夠獲得與健身器ARED接近的身體鍛煉效果是本領域技術人員無法預料的。
權利要求
一種多功能航天健身器，其特征在于該健身器由應力金屬架、拉力器和固定腳環(huán)組成，在太空失重狀態(tài)下，力量訓練利用作用力與反作用力原理，應力金屬架為組裝式，由支撐桿Z1和Z2、應力曲桿Q1和Q2、應力橫桿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力橫桿Y1相互連接，應力曲桿Q1和Q2下部與豎直設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，以承受各種力量訓練時的作用力。
2. 根據權利要求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人體工學原理設計的各種鍛煉姿勢設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. 根據權利要求1和2所述的航天健身器，其特征在于根據人體工學原理，結合航天醫(yī)學中失重對人體生理機能的影響，利用運動醫(yī)學理論和方法，如圖3-5所示包括三類健身模式和12種訓練動作(1) 上肢訓練模式上肢屈伸a、上肢屈伸b、上肢前壓、前臂上抬、上肢側上擺和上肢側下擺；(2) 腰、腹、背部肌肉訓練模式軀體反推、軀體前壓；(3) 下肢訓練模式蹲起、交替蹬踏、下肢上抬、下肢下擺。
4. 使用權利要求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) 上肢訓練模式；(2) 腰、腹、背部肌肉訓練模式；(3) 下肢訓練模式。
5. 使用權利要求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所示下述訓練動作中的一種或多種上肢屈伸、上肢側上擺、上肢側下擺、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，力量訓練利用作用于反作用力原理，應力金屬架為組裝式，由支撐桿、應力曲桿、應力橫桿，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)，承受各種力量訓練時的作用力。進一步利用高強度彈力帶伸縮力和依據人體工學原理設計的各種鍛煉姿勢設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，根據人體工學原理，結合航天醫(yī)學中失重對人體生理機能的影響，利用運動醫(yī)學理論和方法，設計了三類健身模式，成功實現了重力環(huán)境下的多種訓練動作。
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)先權日2009年12月16日
發(fā)明者段曉川 申請人:段曉川