健騎機(jī)是社區(qū)健身常見的器械之一，它能夠增強(qiáng)人體的心肺功能，活動(dòng)全身主要關(guān)節(jié)，發(fā)展上下肢和腰背部力量，還能通過運(yùn)動(dòng)按摩內(nèi)臟增強(qiáng)消化系統(tǒng)功能。

1、健騎機(jī)的結(jié)構(gòu)分析

健騎機(jī)系力量、有氧復(fù)合器械類。人們用它可以做全向運(yùn)動(dòng)，從而增強(qiáng)上、下肢的肌力和胸部肌肉，并能鍛煉腰腹部肌肉和按摩內(nèi)臟，增強(qiáng)消化系統(tǒng)和心臟功能。其簡(jiǎn)單易學(xué)，適用年齡廣泛，尤其適于14-75,人群使用。具體操作方法為：人坐在座板上，雙手拉動(dòng)手柄、同時(shí)雙腳踩動(dòng)踏腳，作往返運(yùn)動(dòng)。注意，鍛煉時(shí)動(dòng)作幅度不宜過大，速度不能過快。

圖1為健騎機(jī)的實(shí)物模型。對(duì)其進(jìn)行分析可知，健騎機(jī)主要有四個(gè)部分組成。分別是：1坐墊，2支撐架，3連接件，4把手及腳架。這四個(gè)部分之間分別以銷釘進(jìn)行連接，通過對(duì)把手和腳架施力，帶動(dòng)健騎機(jī)運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)健身功能。

圖1 健騎機(jī)的實(shí)物模型

以下是通過Pro/E建立起來的健騎機(jī)總體模型和各個(gè)零件的模型圖：

圖2 坐墊

圖3支撐架

圖4連接件

圖5把手及腳架

圖6建立的裝配體

2、健騎機(jī)的建模過程

利用Pro/E建立健騎機(jī)的過程如下：

（1）Pro/E的TOP，F(xiàn)RONT，RIGHT三個(gè)面作為模型空間定位的基準(zhǔn)面，基準(zhǔn)坐標(biāo)系。建立以上每個(gè)實(shí)體特征時(shí)，都利用基準(zhǔn)特征作為參考，然后根據(jù)需要再另外建立新的基準(zhǔn)面。

（2）通過對(duì)每一個(gè)零件的分析，建立拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合這些基礎(chǔ)實(shí)體特征和倒角、拔模等工程特征。使用surface菜單下的各種選項(xiàng)，如merge（融合曲面，包括：join（連接）、intersect（相交）、trim（修剪曲面）、extend（延伸曲面）等，對(duì)曲面進(jìn)"修剪、編輯，完成模型的初步設(shè)計(jì)。

（3）對(duì)建立好的模型進(jìn)行添加材質(zhì)和渲染處理，以便將來在室內(nèi)外安裝時(shí)與周圍的環(huán)境和諧、統(tǒng)一，即達(dá)到強(qiáng)身健體的鍛煉作用，又美化環(huán)境，令人有心曠神怡的感覺。

以把手和坐墊的建模過程為例（如圖5）：

打開Pro/E，新建零件，不使用缺省模板，選擇mmns_part_solid，確定。

A首先在FRONT平面草繪一條與RIGHT平面成20o夾角的68cm的直線，然后對(duì)其掃描成直徑6.5cm的圓柱1。

圖7 68cm直接的草繪

B新建一個(gè)以A步驟圓柱中心線為基準(zhǔn)軸線，與FRONT平面成左傾20°角的一個(gè)平面DIM1，在DIM1上草繪把手，然后掃描生產(chǎn)直徑為3.5cm的圓柱。

圖8g手的草繪

C新建一個(gè)與DIM1平行的在DIM1右端6cm的平面DIM2。在DIM2上，在以（圓柱1）的中心線為基準(zhǔn)線，與（圓柱1）的頂端距離41cm的地方草繪一個(gè)長(zhǎng)6.5cm，寬4cm的矩形，然后掃g到（圓柱1）的表面上，生成一個(gè)突塊1。在新生成的突塊1上拉伸實(shí)體形成如圖所示的銷釘。

圖9基準(zhǔn)平面DIM2的建立

D在離圓柱1頂端46cm的地方新建一個(gè)與DIM1平面成左傾23°角的平面DIM4，然后向右平移14cm，形成平面DIM5，在DIM5上草繪、拉伸實(shí)體生成突塊2.

圖10基準(zhǔn)平面DIM5的建立

E以圓柱1的底端圓軸線為中心線，新建一個(gè)與FRONT成左傾75°角的平面DIM3，然后草繪、掃描成腳架。

圖11基準(zhǔn)平面DIM3的建立

3、生成虛擬樣機(jī)

隨著計(jì)算機(jī)三<技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械零件及機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，零部件如何裝配、加工、各零部件是否發(fā)生干涉，可視化設(shè)計(jì)等方面能否實(shí)現(xiàn)，都具有很實(shí)際的意義。虛擬裝配技術(shù)就是在虛擬設(shè)計(jì)環(huán)境下，來完成三維實(shí)體模型的最終設(shè)計(jì)。它是按照一定的約束條件或連接方式，將各零件組織成一個(gè)整體并能<足功能的過程。

Pro/E的裝配模式提供了并行的、自下而上的、自上而下的產(chǎn)品開發(fā)方法。所謂自下而上的設(shè)計(jì)模式，即先在零件模塊中構(gòu)造各個(gè)零件的三維模型，然后在裝配模塊中建立零部件之間的連接關(guān)系，這種連接關(guān)系的建立是通過零部件之間建立約束關(guān)系來確定零部件在產(chǎn)品中的位置。在虛擬裝配中，零部件的幾何體是被裝配利用，而不是復(fù)制到裝配中。基于Pro/E具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)的特性，不管如何編輯零部件，整個(gè)裝配依然保持關(guān)聯(lián)性，如果修改整個(gè)零部件，則引用它的裝配件自動(dòng)更新，反映零部件的最新變化。

進(jìn)行零件裝配時(shí)，最重要的步驟就是對(duì)零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束，在Pro/E中建立裝配關(guān)系是用面和面配合、平面和基準(zhǔn)面對(duì)齊，坐標(biāo)系各個(gè)軸相互對(duì)齊等約束命令將所有的零部件按要求裝配在一起。

健騎機(jī)的模型主要用到銷釘?shù)倪B接方式，裝配比較簡(jiǎn)單，主要就是注意各零件裝配的先后和各個(gè)銷釘配合問題。裝配好以后的虛擬樣機(jī)就是如整體圖3.1-5所示。

4、基于Pro/E的健騎機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真

基于Pro/E的健騎機(jī)的模型已經(jīng)建立，接下來主要確定模型運(yùn)動(dòng)仿真的機(jī)構(gòu)組成和初步動(dòng)態(tài)仿真分析。

4.1機(jī)構(gòu)組件的確定

在Pro/E的組件頁(yè)面下，在菜單-應(yīng)用程序-機(jī)構(gòu)中（如圖12）對(duì)健騎機(jī)模型的連接、電動(dòng)機(jī)、分析等進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。

圖12機(jī)購(gòu)界面

（1）電動(dòng)機(jī)選擇把手和腳架的A-2連接為ServoMotor1，初始角設(shè)置預(yù)覽位置為-180deg，模采用余弦，把振幅設(shè)置為100，其余默認(rèn)。如下圖13所示。

圖13伺服電動(dòng)機(jī)的確認(rèn)和定義

（2）右鍵點(diǎn)擊圖12分析，在彈出的對(duì)話框中，選擇類型、終止時(shí)間、幀頻、最小間隔如下圖14所示。

圖14分析界面

（3）最后點(diǎn)擊運(yùn)行，機(jī)構(gòu)則會(huì)顯示運(yùn)動(dòng)軌跡

4.2運(yùn)動(dòng)仿真分析

4.2.1仿真動(dòng)畫的生成

在確定了4.1中幾個(gè)步驟之后，點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入回放界面，繼續(xù)點(diǎn)p按鈕，進(jìn)入動(dòng)畫界面，如圖15所示。點(diǎn)擊捕獲，設(shè)置輸出工作目錄，生成MPG格式的文件，便是運(yùn)動(dòng)仿真的效果視頻了。

圖15動(dòng)畫界面

4.2.2仿真分析

在動(dòng)畫生成之后，便要對(duì)健騎機(jī)模型進(jìn)行仿真分析了。由于在使用健騎機(jī)的時(shí)候，我們是雙手緊握手柄，同時(shí)雙腳踩動(dòng)踏腳，做往返運(yùn)動(dòng)。從運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫可以看出在健騎機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要是把手和腳架這2個(gè)主運(yùn)動(dòng)點(diǎn)以及坐墊這個(gè)副運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因此在仿真分析時(shí)，我們就選取這3個(gè)點(diǎn)為參考點(diǎn)選取Pro/E的笛卡爾坐標(biāo)為零點(diǎn)。

（1）點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入測(cè)量結(jié)果界面，點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入測(cè)量定義界面，在這里面設(shè)定類型、點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸以及評(píng)估方法，分別對(duì)measure1，measure2，measure3（如圖16所示）進(jìn)行定義：

圖16運(yùn)動(dòng)分析中點(diǎn)的確定

（2）點(diǎn)擊應(yīng)用、確定，回到測(cè)量結(jié)果界面，點(diǎn)擊則生成下圖所示各點(diǎn)的位置/時(shí)間變化曲線。

圖17點(diǎn)measure1的X方向位置變化曲線

圖18點(diǎn)measure2在X方向上的位置變化曲線

圖19點(diǎn)measure3在Y方向上的位置變化曲線

其中各個(gè)參數(shù)的最大、最下值如圖20所示：

參數(shù)名稱

最大

最小

measure1：MDX

-20.872555（t_min=0.75000）

4.562005(t_max=0.25000)

measure2：MDX

-40.027296 ( t_min=0.25000)

-11.548490(t_max=0.75000)

measure3：MDX

54.411203( t_min=0.25000)

73.835309(t_max=0.75000)

圖20 3個(gè)點(diǎn)的最大、最小值

由以上各圖和表可以看出模型中，把手的移動(dòng)范圍為25mm左右，腳架的移動(dòng)范圍為30mm左右，而坐墊的移動(dòng)范圍為20mm左右，由于比例為1:10，它們的實(shí)際移動(dòng)范圍則分別是25cm、30cm、20cm，再結(jié)合大部分人體的身體比例，此模型已經(jīng)可以讓人起到很-的鍛煉作用了。

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