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摘要：随着社会经济和科技的飞速发展，人们的工作生活方式也跟着改变，电脑等科技产品的使用，改变人们的身体正常体态，长期的积累，必然会对人体健康造成不良的影响。对此，人们想通过适当的健身来进行缓解身体的劳损，改善自身的健康状况，所以家庭使用的小型健身器材由于其便捷性便得到了人们的青睐，其中小型健身椅（仰卧板）使用率最高，但是，传统的仰卧板存在功能单一、占地面积大、不可折叠收纳等问题。本文提出一种多功能仰卧板的设计，直接解决传统仰卧板的现存问题，提高人们的使用舒适度和满意度。

关键词：多功能；仰卧板；健康；收纳

1 引言

习近平总书记在十九大报告中强调，中国特色社会主义进入新时代，我国社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾[1]。社会的不断发展，改变了人们的生活方式和节奏，也改变着人们对于生活定义的认知。快速的发展带给人们财富的同时，也带来了健康问题，全社会性的亚健康问题，一直以来都是人们讨论的热点，显示着老百姓对健康的需求在日益提高，那么如何解决这个问题呢？在众多解决方案当中，运动康养的方式是最受欢迎的，通过运动健身，实现缓解身体机能劳损，预防疾病的产生。当下，经济收入的增加，人们对美好生活的追求、对健康的需求越来越家庭化，越来越趋于个性化发展，老百姓对于健身的认识也是日益普及，由此也极大发展了健身器材。本文基于健身活动趋于家庭化、个性化，设计了一种适于家庭使用，又独具个性特色的多功能小型健身器材，小健身椅即仰卧板。

2 传统的仰卧板

仰卧板，作为最受欢迎的家庭健身器材之一，主要是针对身体腹部的机理进行训练而设计的。其实，在训练过程中，仰卧板不仅可以用来锻炼腹部机理，对背部相关肌肉群以及手臂和腿部肌肉也都有锻炼调整作用，科学合理的使用还有对人体脊椎起到保护的效果[2，3]。

2.1 概述

传统的仰卧板，如图1所示，是指包括前架、后架、支撑杆、脚勾杆、躺板等五部分组成的一个整体装置，使用时，前架和后架是必须固接在一起，其中前架上端部或者是后架的前端部会设置一副支撑杆，以保证整体稳定，而前架的下部还有设置进行仰卧起坐运动时可以勾脚的脚勾杆，且在后架上设有躺板，作为供运动者做相关需要支撑身体的运动姿势来托起身体的平台[4]。即锻炼者仰面躺在躺板上，大腿部放置在支撑杆

上、脚腕部勾在脚勾杆上，反复向上起身，如此便可进行仰卧起坐锻炼。

上述传统的仰卧板，结构较为简单、成本较低、锻炼能获得一定的效果，在早期得到了极大推广。但是，随着人们生活水平的不断提高，对于健身器材结构本身有了更高的要求，传统器材的缺点就逐渐体现出来了。

2.2 存在的不足

经研究发现，虽然传统的健身器材使用范围非常广泛，但是随着人们对健身需求的日益增加，家庭式和个性化的健身器材的需求也不断增加，传统的健身器材已经无法满足当下需求的变化，其不足日益凸显[5，6]。以仰卧板为例，存在下列的不足之处。

1. 不便收纳存放，占用面积大

如图1所示，传统的仰卧板就是前架和后架固接在一起，放置在一定的空间内使用，不使用时就得占用一定面积来存放，对于城市寸土寸金的普通家庭，这是极大的浪费，但是，如果要收纳起来，就必须进行拆卸，使用时再进行组装，相当麻烦。

2. 功能单一，机构无法微调

传统的仰卧板或卧推板只能单一实现仰卧起坐或卧推板的调节和使用功能，功能较少，无法满足当下人们健身需求。还有，为了舒适，有些仰卧板的后架后端部，位于躺板的后方还设有头枕，对锻炼者头部进行支撑，但多为固定状，难以适应不同身高、不同使用习惯的锻炼者的需要。

3. 快递包装成本高

由于传统仰卧板不能折叠，商家发货时包装需要较多的包装材料，成本较高。

3 新型的仰卧板

上述传统仰卧板所存在的不足，也是目前传统健身器材普遍存在的不足，已经限制了健身器材的发展空间，无法满足当下人们的健身需求[6]。本文基于仰卧板现有技术不足的研究，提出设计了一种新型的多功能仰卧板，以解决现有技术中存在的问题。

3.1 整体结构

本文所设计的多功能仰卧板，由可折叠靠垫、可折叠支撑架、弧形固定件、其他连接件等组成，如图2所示。其中靠垫为三段式的可折叠结构，包括第一靠垫、第二靠垫、第三靠垫。支撑架为两段式的可折叠结构，包括钢管结构和连接件。弧形固定件为整体件，上面设置等距通孔，配合卡件用于调节支撑架的支撑角度。

3.1.1 靠垫

如图2所示，靠垫为三段式可折叠结构，第二靠垫和第三靠垫相互靠近设置，而第一靠垫与第二靠垫相互间隔设置，所有靠垫的表层均设置皮层结构。皮层结构可以选用高弹柔软皮层，有利于增加靠垫表面的柔软性。

第一靠垫可作为坐垫，而皮层结构将第二靠垫和第三靠垫的表层相连接，如图3所示，且在相互远离的两端底部设置有粘贴结构，采用魔术贴，如图4所示。在第三靠垫的底部设置带钩状的魔术贴，在第二靠垫的底部设置带绒状的魔术贴，并且带绒贴的魔术贴具有延伸出第二靠垫的长度，以便在将第二靠垫和第三靠垫折叠后，通过带绒状的魔术贴与带钩状的魔术贴相粘贴来进行固定，防止折叠后松散，实现仰卧板的折叠收纳功能，减少健身器材（仰卧板）所占用的空间。

3.1.2 支撑架

仰卧板的支撑架由包括支撑靠垫的钢管结构和与其相连接的第一连接件、与第一连接件可折叠连接的第二连接件以及与第二连接件可伸缩连接的第三连接件等部件构成，如图5所示，两个支撑架相互交叉并通过转轴活动连接，以便能够调整支撑架的角度。

靠垫的底部采用钢管结构来支撑靠垫，而第二靠垫和第三靠垫底部设置有2根，如图6所示，每根钢管结构分别由位于第二靠垫底部的第二段和位于第三靠垫底部的第三段组成，第二段和第三段是通过卡扣相固定连接，这样在第二靠垫和第三靠垫折叠后，钢管结构也可以通过卡扣相分离，以此方便展开时的固定以及不用时的收纳。

在第二靠垫底部的钢管结构和位于第一靠垫底部的钢管结构相互靠近的端部设置有相互交叉并转动连接的可折叠支撑架，即第一连接件；通过铰接元件与第一连接件实现拆卸连接的机构为第二连接件，第二连接件和第三连接件为可伸缩结构，其中，第三连接件的一部分延伸区段插入第二连接件内，第二连接件和第三连接件的延伸区段通过安全插栓相固定连接。

3.1.3 弧形固定件

本文所设计的仰卧板，在第一靠垫和第二靠垫的下方还设置有向下延伸的弧形固定件，如图7所示，在固定件的弧形结构上间隔设置有多个通孔，在支撑架的第二连接件与固定件相接触的位置设置有卡件，其固定在通孔内且可拆卸。

多功能仰卧板由于采用了弧形结构的能够与支撑架相固定的固定件，从而可以通过固定件上的通孔与支撑架之间的卡扣连接实现靠垫的不同角度调节，从而使得仰卧板和卧推板的功能相结合，实现一物多用的效果。

3.2 新型仰卧板优势说明

本文所设计的多功能仰卧板完全解决了传统仰卧板所存在的不足，如图8所示，在不使用时可以将靠垫折叠，同时钢管结构的第一段和第二段通过卡扣结构分离，并随第二靠垫和第三靠垫相折叠，通过粘贴结构将第二靠垫和第三靠垫的端部相固定，然后将支撑架进行折叠，最后折叠第一靠垫，从而缩小整个仰卧板的尺寸大小，便于收纳和整理，节省了占地空间，同时方便快递寄送且节约包装材料，降低成本。

4 有限元分析及测试说明

4.1 关键部件的有限元分析

本装置的承载部分最为薄弱的是支撑架的弧形固定件和卡件，根据牛顿第三定律可知，力是物体间的相互作用，所以选取弧形固定件来做有限元分析。

在对弧形固定件进行静应力分析之前，先进行材料定义，根据支撑架所受的重力分析计算后，选用普通碳素钢作为板体的材料，其材料屈服力为 220000000 N/m^2。

通过对弧形固定件施加外部载荷，运行静应力分析计算，得到应力云图（如图9所示）、位移云图（如图10所示）和安全系数等相关数据，满足国标要求，运行结果可以看出最大应力点远小于材料的屈服应力；零件产生的的最大位移量不会影响整体的结构，符合设计要求。

4.2 一代样机测试

团队在前期的理论研究的基础上，与健身器材企业合作，选择合适的材料，完成一代样机的制作，如图11所示。然后选取体重在50～150KG之间的10个人，进行每人维持1个小时的车轮运用，监测样机的使用情况，通过对获取的实际数据分析可知，本文所设计的新型多功能仰卧板完全具备预期的功能，满足要求。

5 结论

仰卧板不仅是健美器材，更能舒缓腰肌劳损、背部筋膜劳损[7]。本文通过理论分析，各项数据参数达到预期要求，然后进行一代样机制作，并进行实际测试，获得相关数据，与理论数据对比，找出差距，继续优化，为后续代机的制作奠定一定的基础。

在实际使用过程中发现，新型的多功能仰卧板具有占地面积小、可折叠收纳、便于携带等优势，作为当下人们家庭式健身器材更为合适。

参考文献

[1]http：//www.xinhuanet.com//politics/19cpcnc/2017-10/18/c_1121819978.htm.

[2]一种仰卧起坐装置[P]. 王娜. 中国专利：CN210331533U， 2020-04-17.

[3]一种多功能仰卧板[P]. 郑伟，陈若竹，赖永煊. 中国专利： CN209529994U， 2019-10-25.

[4]仰卧板[P]. 姚谷丰. 中国专利： CN205182098U， 2016-04-27.

[5]徐孟.当智能走进生活，体验别样的运动与激情[J].消费电子，2018（04）：58-63.

[6]杨静.基于OCM-TOPSIS的产品创意设计研究[J].机械设计与制造工程，2017，46（08）：109-113.

[7]蔡燕兰.张豪钦：我们始终都在路上[J].中国房地产金融，2015（09）：96-97.

Abstract： With the rapid development of social economy and science and technology， people's work and life style is also changing. The use of computer and other technology products changes people's normal body posture. Long term accumulation will inevitably cause adverse effects on human health. In this regard， people want to ease the strain of the body and improve their health status through appropriate fitness， so the small fitness equipment for family use has been favored by people because of its convenience. Among them， the use rate of small fitness chair （supine board） is the highest. However， the traditional supine board has the problems of single function， large floor area and non folding storage. This paper presents a design of multifunctional supine board， which can solve the existing problems of traditional supine board directly and improve people's comfort and satisfaction.

Key words： multifunctional; supine board; health; storage