论文部分内容阅读
摘 要：针对传统划船机运动轨迹过于机械，缺乏划船的实感的缺点，设计了一种船体可转动划船机。本划船机结构包括由水槽、船体、支撑柱组成的划船机本体，包含信息采集组件、信息发送组件的船桨，和显示组件。船体和支撑柱采用球铰连接，信息发送组件和显示组件之间通讯采用GPRS网络。本划船机可以在有限的条件下模拟出水中划船的环境，对人的动作产生相应反馈，做出旋转及左右颠簸等动作，更增加了使用的乐趣和实感。
关键词：划船机；球铰连接；GPRS网络
1 划船机简介
划船运动是一项兼具趣味性和流畅性的体育健身运动[1]。但划船往往只能在水面上进行，划船机模拟划船运动，将此运动搬到了陆地上，解决了这个问题，大大推动了划船运动的发展。划船机也因此受到了人们的青睐，成为了健身者的宠儿，也是全球最受欢迎的十大健身器材之一。
自从1968年北欧芬兰唐特力发明全球第一台单缸液压划船器，其诞生代表了现代意义上真正的家用。随着市场需求的不断变化，划船机也在不断发展，传统划船机主要分为以下几种：重力划船机、摇摆划船机、拉杆划船机、磁阻划船机和水阻划船机。
很明显，传统划船机是通过机械臂连动的方式来达到让使用者完成划船动作的目的，运动轨迹过于机械，缺乏划船的实感。而现有的带有感应功能的船桨多为专业训练使用，虽然功能比较全面，但是造价较高。
2 船体可转动划船机
针对上文提出的问题，本文着重于提高趣味性[2]，设计了一种船体可转动划船机。
2.1 划船机本体
水槽中设置固定的船体，并与水槽底部支撑柱球铰连接。由于球铰连接的特性与水对船桨的作用力，本划船机可以在有限的条件下模拟出水中划船的环境，对人的动作产生相应反馈，做出旋转及左右颠簸等动作，更增加了使用的乐趣和实感。水槽侧面底部和上部分别设置排水口和进水口，进水口内侧设置有浮球阀。水槽顶部设置有橡胶垫则起到对使用人员和船体的保护作用。
2.2 船桨
握杆设置有手柄和握套，方便划船人采用正确的姿势使用船桨，内部设置有电池及信息采集组件，外侧设置有开关，其中信息采集组件由电阻应变器、信息采集模块和信息发送模块构成。电阻应变器作为受力采集的媒介，安装在握杆与桨板的连接处，这个位置是划船动作进行时船桨最易产生弹性形变的位置，从而使得采集组件更容易采集信息。信号采集完毕后，由信息发送模块将数据以特定的格式传送给显示组件处理并显示。
2.3 信号传输
信号通讯可考虑以下几种方式：有线通信、无线基站、蓝牙、GPRS网络等。
有线通信通信需要利用金属导线、光纤等有形媒质，考虑本设计中，电阻应变器安装在桨面处，为了避免导线所引起的不必要的扰乱，本设计将不采取有线通信的方式。
若采用无线WIFI通讯方式，普通路由器的信号强度限制了划船机必须置于室内，若采用无线基站以拓宽信号范围，将较大地提高划船机的成本价格。
对于蓝牙通讯，虽然其传输速度同样较快，但其较短的传输距离同样限制了划船机的使用。
对于GPRS网络，其广阔的通信范围可以满足本划船机的设计特点，而传输速度虽然较慢，但不会降低划船机显示组件的灵敏度。
综上，GPRS网络是本划船机信息发送模块与显示组件间的最佳通讯方式。
2.4 显示组件
信息采集模块采集到数据后，由信息发送模块将数据以特定的格式通过GPRS网络传送给显示组件。显示组件按特定的方式解析报文。其处理步骤为：
（1）程序开始，记录开始时间；
（2）判断接收到的报文格式是否正确，若否则抛弃本条报文，等待下一条报文；
（3）若报文格式正确，定位至报文头，在特定的字节读取出力、速度、加速度、方向等值；
（4）根据当前时间与程序开始时间，计算出划船持续时间；
（5）根据步骤3、4所得值，求出前进距离、消耗卡路里等值；
（6）显示器显示数据并等待下一条报文。
根据电文处理流程，设计出相应的显示画面。
其中有两个按钮，点击“开始”按钮时程序开始处理数据并计时，点击“结束”按钮时，程序停止处理。左侧分别有3个数据区：时间、计时数据、挥动次数，分别显示了运动开始/持续时间，运动时的即时数据如速度、加速度、力、方向和消耗卡路里，最后一个数据区则记录了船桨在左右区域划动的次数。在小船左右有两个灯，对应当前前进方向，即当小船向左前进时，左侧的灯将闪烁。
3 总结
本文针对传统划船机运动轨迹过于机械，缺乏划船的实感的缺点设计了一种船体可转动划船机，提高了使用时的趣味性和实感：（1）采用水槽+船体的结构，船体与水槽采用球铰连接，模拟出真实的划船体验，提高划船机使用的实感；（2）船桨采用电阻应变器作为受力的采集媒介，造价低廉；（3）通讯采用GPRS网络，在不受场地限制的同时能够保证一定的灵敏度；（4）显示界面美观友好。
本设计实际操作使用灵活、可靠，且制作成本低廉，具备一定市场推广使用价值。
参考文献
[1]孙波亮，孔建益，桂慧.一种新型节能划船健身器的设计与制造[J].机械设计与制造，2011，（2）：32-34.
[2]尹兵.户外健身器材的人性化设计研究[D].吉林大学，2008.
（作者单位：上海理工大学出版印刷与艺术设计学院新闻传播学专业）
关键词：划船机；球铰连接；GPRS网络
1 划船机简介
划船运动是一项兼具趣味性和流畅性的体育健身运动[1]。但划船往往只能在水面上进行，划船机模拟划船运动，将此运动搬到了陆地上，解决了这个问题，大大推动了划船运动的发展。划船机也因此受到了人们的青睐，成为了健身者的宠儿，也是全球最受欢迎的十大健身器材之一。
自从1968年北欧芬兰唐特力发明全球第一台单缸液压划船器，其诞生代表了现代意义上真正的家用。随着市场需求的不断变化，划船机也在不断发展，传统划船机主要分为以下几种：重力划船机、摇摆划船机、拉杆划船机、磁阻划船机和水阻划船机。
很明显，传统划船机是通过机械臂连动的方式来达到让使用者完成划船动作的目的，运动轨迹过于机械，缺乏划船的实感。而现有的带有感应功能的船桨多为专业训练使用，虽然功能比较全面，但是造价较高。
2 船体可转动划船机
针对上文提出的问题，本文着重于提高趣味性[2]，设计了一种船体可转动划船机。
2.1 划船机本体
水槽中设置固定的船体，并与水槽底部支撑柱球铰连接。由于球铰连接的特性与水对船桨的作用力，本划船机可以在有限的条件下模拟出水中划船的环境，对人的动作产生相应反馈，做出旋转及左右颠簸等动作，更增加了使用的乐趣和实感。水槽侧面底部和上部分别设置排水口和进水口，进水口内侧设置有浮球阀。水槽顶部设置有橡胶垫则起到对使用人员和船体的保护作用。
2.2 船桨
握杆设置有手柄和握套，方便划船人采用正确的姿势使用船桨，内部设置有电池及信息采集组件，外侧设置有开关，其中信息采集组件由电阻应变器、信息采集模块和信息发送模块构成。电阻应变器作为受力采集的媒介，安装在握杆与桨板的连接处，这个位置是划船动作进行时船桨最易产生弹性形变的位置，从而使得采集组件更容易采集信息。信号采集完毕后，由信息发送模块将数据以特定的格式传送给显示组件处理并显示。
2.3 信号传输
信号通讯可考虑以下几种方式：有线通信、无线基站、蓝牙、GPRS网络等。
有线通信通信需要利用金属导线、光纤等有形媒质，考虑本设计中，电阻应变器安装在桨面处，为了避免导线所引起的不必要的扰乱，本设计将不采取有线通信的方式。
若采用无线WIFI通讯方式，普通路由器的信号强度限制了划船机必须置于室内，若采用无线基站以拓宽信号范围，将较大地提高划船机的成本价格。
对于蓝牙通讯，虽然其传输速度同样较快，但其较短的传输距离同样限制了划船机的使用。
对于GPRS网络，其广阔的通信范围可以满足本划船机的设计特点，而传输速度虽然较慢，但不会降低划船机显示组件的灵敏度。
综上，GPRS网络是本划船机信息发送模块与显示组件间的最佳通讯方式。
2.4 显示组件
信息采集模块采集到数据后，由信息发送模块将数据以特定的格式通过GPRS网络传送给显示组件。显示组件按特定的方式解析报文。其处理步骤为：
（1）程序开始，记录开始时间；
（2）判断接收到的报文格式是否正确，若否则抛弃本条报文，等待下一条报文；
（3）若报文格式正确，定位至报文头，在特定的字节读取出力、速度、加速度、方向等值；
（4）根据当前时间与程序开始时间，计算出划船持续时间；
（5）根据步骤3、4所得值，求出前进距离、消耗卡路里等值；
（6）显示器显示数据并等待下一条报文。
根据电文处理流程，设计出相应的显示画面。
其中有两个按钮，点击“开始”按钮时程序开始处理数据并计时，点击“结束”按钮时，程序停止处理。左侧分别有3个数据区：时间、计时数据、挥动次数，分别显示了运动开始/持续时间，运动时的即时数据如速度、加速度、力、方向和消耗卡路里，最后一个数据区则记录了船桨在左右区域划动的次数。在小船左右有两个灯，对应当前前进方向，即当小船向左前进时，左侧的灯将闪烁。
3 总结
本文针对传统划船机运动轨迹过于机械，缺乏划船的实感的缺点设计了一种船体可转动划船机，提高了使用时的趣味性和实感：（1）采用水槽+船体的结构，船体与水槽采用球铰连接，模拟出真实的划船体验，提高划船机使用的实感；（2）船桨采用电阻应变器作为受力的采集媒介，造价低廉；（3）通讯采用GPRS网络，在不受场地限制的同时能够保证一定的灵敏度；（4）显示界面美观友好。
本设计实际操作使用灵活、可靠，且制作成本低廉，具备一定市场推广使用价值。
参考文献
[1]孙波亮，孔建益，桂慧.一种新型节能划船健身器的设计与制造[J].机械设计与制造，2011，（2）：32-34.
[2]尹兵.户外健身器材的人性化设计研究[D].吉林大学，2008.
（作者单位：上海理工大学出版印刷与艺术设计学院新闻传播学专业）