新型折疊健身車的設(shè)計(jì)方案

1、<p>　　新型折疊健身車的設(shè)計(jì)方案</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p>　　1-1 研究動機(jī) </p><p>　　每天能養(yǎng)成規(guī)律的運(yùn)動習(xí)慣和適當(dāng)?shù)男蓍e娛樂，可以促進(jìn)體適能、減少各種心血管疾病，不但對身體有好處，更可提高工作效率，達(dá)到事半功倍的效果。其中，有氧運(yùn)動可以改善心肺耐力與減少身體脂肪，并適

2、當(dāng)提升肌力與肌耐力。有氧運(yùn)動是指在運(yùn)動時(shí)，呼吸是成規(guī)律性的呼氣、吸氣，肌肉是呈現(xiàn)規(guī)律性的緊張、放松相互交替，長期從事有氧運(yùn)動可使肌肉線條修長、勻稱，如︰慢跑、健走、騎腳踏車等運(yùn)動皆是有氧運(yùn)動，而有氧運(yùn)動除了可加強(qiáng)心肺功能外，并可促進(jìn)人體新陳代謝。 </p><p>　　老年人因骨骼機(jī)能的退化，慢跑、健走時(shí)下肢容易承受來自地面的沖擊力，造成一般影響行走能力之膝關(guān)節(jié)炎及體關(guān)節(jié)炎，以上兩種皆會使關(guān)節(jié)疼痛及變形，進(jìn)而影響

3、正常步態(tài)。體關(guān)節(jié)炎產(chǎn)生之不正常步態(tài)情形為上半身過度向患側(cè)側(cè)移及另一側(cè)骨盆向下掉，如圖 1.1 所示；膝關(guān)節(jié)炎產(chǎn)生之不正常步態(tài)情形為步速變慢、步長縮短、兩腳步寬變寬、兩腳站立期與擺蕩期皆增長。另外，腳踏車的兩輪設(shè)計(jì)對老年人產(chǎn)生害怕與不安心感以致于容易產(chǎn)生跌跤的危險(xiǎn)。 </p><p>　　健身器材的種類很多，小至重量訓(xùn)練用的沙包、啞鈴，大至直立式固定腳踏車，皆屬于健身器材，甚至像機(jī)械構(gòu)造復(fù)雜的跑步機(jī)、橢圓機(jī)等，都?xì)w

4、納于健身器材的范圍中，也因?yàn)榇蟊姷男枨笤絹碓蕉啵屛覀兏泻芏鄼C(jī)會接觸到這些健身器材的機(jī)會。其中，橢圓機(jī)的運(yùn)動過程中沒有撞擊地面所產(chǎn)生的沖擊力，這對關(guān)節(jié)不適的人而言，是相當(dāng)適合的低沖擊性運(yùn)動器材。又如跑步機(jī)、橢圓機(jī)等運(yùn)動器材只限于室內(nèi)使用，且價(jià)格昂貴、體積太大，使得一般家庭室內(nèi)無法有擺放空間。所以本項(xiàng)目將針對現(xiàn)有橢圓機(jī)的步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)做完整的收集以及分析，設(shè)計(jì)出具橢圓步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的新型折疊健身車，以達(dá)到橢圓機(jī)原本健身的功能及改善其缺點(diǎn)。

5、</p><p>　　1-2 橢圓機(jī)相關(guān)研究 </p><p>　　橢圓機(jī)主要能以全身性運(yùn)動，平滑順暢地模擬跑步或是走路，并且減少跑步及走路時(shí)來自地面的沖擊力，對于剛開始使用健身器材的人們而言，是非常不錯(cuò)的選擇。針對橢圓運(yùn)動機(jī)搜集及分析現(xiàn)有專利，歸納出其設(shè)計(jì)需求及設(shè)計(jì)限制，再經(jīng)由系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)程序，根據(jù)功能需求合成并評估可行的新型橢圓運(yùn)動機(jī)構(gòu)想，選定新型構(gòu)想后，配合所訂定的需求運(yùn)動曲線，合

6、成出新型橢圓運(yùn)動機(jī)各參數(shù)尺寸，完成新型橢圓運(yùn)動機(jī)的運(yùn)動設(shè)計(jì)。其新型橢圓運(yùn)動機(jī)的特性有︰一、腳踏板位置的曲線為近似橢圓形的封閉曲線，其跨距長與高度符合一般人的跨步距離；二、曲柄的位置在使用者前方，使用者可以更自由的伸展運(yùn)動；三、所有桿件皆為連桿，沒有滾子或滑件所造成的噪音及磨損的問題。歸納國外有關(guān)橢圓運(yùn)動機(jī)結(jié)構(gòu)專利資料，配合人體行走軌跡，以數(shù)學(xué)推導(dǎo)方式進(jìn)行改良式；六連桿橢圓運(yùn)動機(jī)，使其運(yùn)動軌跡最佳化，并根據(jù)文獻(xiàn)計(jì)算后得到的數(shù)據(jù)，作為橢圓運(yùn)

7、動機(jī)的尺寸需求與限制︰橢圓軌跡長軸長 475mm～525mm、長短軸比值為3，為了得到類似于登山的效果，橢圓長軸角度上揚(yáng) 10°，手握桿擺動角度約40°，手握把擺動距離約384mm。以10位成年男女進(jìn)行攝影拍攝分析，觀察行走時(shí)腳跟的軌跡變</p><p>　　21-3 研究目的 </p><p>　　本研究將針對大眾利用橢圓機(jī)的步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，結(jié)合腳踏車的構(gòu)造，設(shè)計(jì)出一

8、臺能健身、休閑、代步且方便的新型折疊健身車，提供其規(guī)律的運(yùn)動和適當(dāng)?shù)男蓍e娛樂，以提高人們對生活的質(zhì)量與樂趣。其步態(tài)是以人體最自然行走的方式，搭配橢圓機(jī)的步態(tài)驅(qū)動方式，減少地面對下肢的沖擊力。三輪式的車身設(shè)計(jì)，在于改善騎腳踏車時(shí)跌跤的危險(xiǎn)。 </p><p><b>　　3</b></p><p>　　第二章 設(shè)計(jì)步驟 </p><p>　　2

9、-1 研究方法與步驟 </p><p>　　為滿足大眾需求和設(shè)計(jì)考量，新型折疊健身車的研發(fā)，從產(chǎn)品開發(fā)與工程設(shè)計(jì)的程序來進(jìn)行設(shè)計(jì)。整個(gè)設(shè)計(jì)流程如下圖所示，包括：一. 需求的確認(rèn)與任務(wù)的界定、二. 概念設(shè)計(jì)的產(chǎn)出、三. 具體設(shè)計(jì)的建構(gòu)、四. 模型的細(xì)部設(shè)計(jì)、以及五.原型機(jī)的實(shí)作與測試等。其方法與步驟如下</p><p>　　步驟一、需求的確認(rèn)與任務(wù)的界定 </p>&l

10、t;p>　　首先是收集有關(guān)橢圓運(yùn)動機(jī)、步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)等相關(guān)的學(xué)術(shù)論文、技術(shù)報(bào)告、參考書目、以及專利文獻(xiàn)，并進(jìn)一步整理與分析。其次，進(jìn)行市場的調(diào)查與分析，一般產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之所以被市場放棄的重要因素，主要在于缺少使用者之需求與意見的考量。再者，規(guī)劃和理清設(shè)計(jì)需求與限制，透過文獻(xiàn)研究與市場分析來認(rèn)識問題、定義問題，以規(guī)劃和理清設(shè)計(jì)需求與限制，并確立設(shè)計(jì)的目標(biāo)和規(guī)范。最后，訂定功能規(guī)格，將設(shè)計(jì)規(guī)范與產(chǎn)品特點(diǎn)轉(zhuǎn)化成量化的功能規(guī)格表</p&

11、gt;<p>　　步驟二、概念設(shè)計(jì)的產(chǎn)出 </p><p>　　在概念設(shè)計(jì)階段中，我們將根據(jù)上述所得到的設(shè)計(jì)需求與限制、功能規(guī)格，著手進(jìn)行新型折疊健身車的概念設(shè)計(jì)與分析選優(yōu)。首先將上步驟所建立的系統(tǒng)功能分解為三輪式車身、可調(diào)式步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、三種使用模式的多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等次功能，因這些次功能組成較具體、明確的能量、材料、及訊號流程，并輔以步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)等技巧，可初步找到可能的技術(shù)解決方法；再由次功能的解

12、決方法組合成次系統(tǒng)及系統(tǒng)：再者，將解決方案組合稍加具體設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)配置、重要零組件規(guī)格、重要功能組件之設(shè)計(jì)參數(shù)找出來，以技術(shù)、市場、及成本考量選擇暫時(shí)的最佳設(shè)計(jì)方案，并撰寫概念設(shè)計(jì)的報(bào)告。</p><p><b>　　5</b></p><p>　　本研究主要以大眾為設(shè)計(jì)考量，發(fā)展出一套設(shè)計(jì)方法，以研發(fā)出新型折疊健身車，然后進(jìn)行分析選優(yōu)、制作原型機(jī)，并進(jìn)行實(shí)作與測試。

13、因此，本章首先建立一套新型折疊健身車的設(shè)計(jì)程序，再根據(jù)其流程，建立設(shè)計(jì)規(guī)范和概念設(shè)計(jì)，而整體的具體設(shè)計(jì)與實(shí)作和測試則于第三章介紹</p><p>　　步驟三、具體設(shè)計(jì)的建構(gòu) </p><p>　　本步驟主要在于將概念設(shè)計(jì)的最佳解決方案具體化，包括整個(gè)新型折疊健身車等模型的建構(gòu)，并確認(rèn)系統(tǒng)配置、重要零組件規(guī)格、重要功能組件的設(shè)計(jì)參數(shù)和其供應(yīng)來源。在此具體設(shè)計(jì)步驟，主要進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)以及實(shí)體模型

14、的建構(gòu)工作，其中含有零件建構(gòu)、組合件裝配、與工程圖制作。此步驟的方法是以運(yùn)用 CAD/CAE 的 Solid Works 軟件來進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。因 Solid Works 采參變數(shù)合并運(yùn)用并以特征化的方式進(jìn)行實(shí)體模型的建構(gòu)工作，其中含有零件建構(gòu)、組合件裝配、及工程圖制作等三部份基本模塊，所有幾何資料透過單一資料庫可以達(dá)到雙向的資料溝通與傳遞更新，完全符合同步工程的設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　6

15、</b></p><p>　　步驟四、模型的運(yùn)動仿真與細(xì)部設(shè)計(jì)</p><p>　　本步驟是將上步驟所建構(gòu)的新型折疊健身車的實(shí)體模型 ， 采Solid Works進(jìn)行其運(yùn)動模擬、檢查錯(cuò)誤、干涉，消除設(shè)計(jì)缺點(diǎn)、及降低成本。 </p><p>　　步驟五、原型機(jī)的實(shí)作與測試 </p><p><b>　　1. 實(shí)作<

16、/b></p><p>　　將Solid Works軟件建構(gòu)之實(shí)體模型的所有零件制作成工程圖，進(jìn)行加工、組裝，制作出新型折疊健身車的原型機(jī)，并建立詳細(xì)的零件圖及材料表和撰寫生產(chǎn)、組裝、操作說明文件。</p><p><b>　　2. 測試 </b></p><p>　　當(dāng)新型健身車實(shí)作完成后，本研究將就下列項(xiàng)目進(jìn)行測試。 </p&

17、gt;<p>　?。?1）驅(qū)動能力：主要是針對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行測試，觀察使用者是否可以無礙地驅(qū)動前進(jìn)、驅(qū)動動作是否順暢等。 </p><p>　?。?2）最大速度：測試折疊健身車前進(jìn)時(shí)的最大速度。 </p><p>　　（ 3）爬坡能力：測試折疊健身車于爬坡時(shí)的最大角度。 </p><p>　　（ 4）剎車性能：主要在測試折疊健身車剎車性能，觀察在各種速度

18、之剎車的時(shí)間及距離，及所需施加于剎車裝置力量是否適當(dāng)。 </p><p>　?。?5）轉(zhuǎn)向性能：主要在測試轉(zhuǎn)向難易度，觀察在各種行進(jìn)速度的轉(zhuǎn)向動作是否順暢、及轉(zhuǎn)向操作的難易度等。 </p><p>　　（ 6）舒適度：主要在測試折疊健身車行駛時(shí)，所產(chǎn)生的振動于使用上的舒適程度是否恰當(dāng)，以及各種人機(jī)接口是否符合人因工程設(shè)計(jì)。 </p><p>　?。?7）穩(wěn)定度：測試

19、折疊健身車于前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、及剎車時(shí)健身車的穩(wěn)定情形。 尤其，在各種顛簸路面、速度的轉(zhuǎn)彎、剎車時(shí)是否有翻覆的疑慮。 </p><p>　?。?8）安全性：測試折疊健身車的安全性，檢查其結(jié)構(gòu)是否堅(jiān)固及可承載之重量，并檢視各運(yùn)動桿件，運(yùn)動時(shí)是否對人體有危險(xiǎn)性。 </p><p><b>　　7</b></p><p>　　2-2 設(shè)計(jì)規(guī)范 </

20、p><p>　　根據(jù)第一章對橢圓機(jī)的步態(tài)驅(qū)動之文獻(xiàn)研究的結(jié)果，本項(xiàng)目開發(fā)的新型折疊健身車，其目的主要是結(jié)合現(xiàn)有橢圓機(jī)以及自行車的優(yōu)點(diǎn)與市場優(yōu)勢，并將其提升到完善的境界，以實(shí)現(xiàn)更便利、更舒適、以及新型健身車的出現(xiàn)。 新型折疊健身車是針對腳踏車的外型構(gòu)造，結(jié)合橢圓機(jī)的步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，目的在改善跑步機(jī)、健身踏步車、橢圓機(jī)等運(yùn)動器材只限于室內(nèi)使用，且價(jià)格昂貴、體積太大等缺點(diǎn)，但仍須保留自行車其操作簡便、可移植性、及具有很好的轉(zhuǎn)

21、向系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。因此，以下將對新型折疊健身車確立設(shè)計(jì)規(guī)范和特點(diǎn)并撰寫量化的功能規(guī)格表(表 2.1)： </p><p>　?。?1）穩(wěn)定安全的三輪式車身—增加安全感及穩(wěn)定平衡性，讓使用者不會感到害怕與不安心感。 </p><p>　?。?2）可調(diào)式步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)—要能省力且需符合人體自然步態(tài)，能長時(shí)間操作，不會造成運(yùn)動傷害；并且步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要簡單、維修要容易、操控要簡易。+ </p

22、><p>　?。?3）三種使用模式的多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)—轉(zhuǎn)向操控要直接且位移要明確，并提供三種不同的使用情境。 </p><p><b>　　表2.1</b></p><p>　　根據(jù)上訴的設(shè)計(jì)規(guī)范與功能規(guī)格，新型折疊健身車分為三輪式車身、可調(diào)式驅(qū)動機(jī)構(gòu)、多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行其概念設(shè)計(jì)，以產(chǎn)出健身車的概念設(shè)計(jì)。</p><p>&

23、lt;b>　　8</b></p><p>　　2-3 概念設(shè)計(jì) </p><p>　　1. 穩(wěn)定安全的三輪式車身 </p><p>　　為考慮騎乘的安全和穩(wěn)定性，是以三輪方式進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)。其前輪是兩輪設(shè)計(jì)，具有輪距調(diào)整器，可依路況或個(gè)人喜好，調(diào)整兩輪寬度，窄者騎乘較靈活且可適應(yīng)小巷道或田間小路，寬則增加其穩(wěn)定性。前輪亦具有特殊機(jī)構(gòu)設(shè)

24、計(jì)，可適于顛頗的路面，故其不但安全舒適，因其穩(wěn)定平衡佳，不需任何機(jī)構(gòu)即可隨時(shí)隨地停放，具較高的機(jī)動性和便利性。亦適合孩童使用，故可符合全家運(yùn)動休閑娛樂的生活要求，能促進(jìn)家庭和諧，享受天倫之樂。</p><p>　　2. 可調(diào)式橢圓步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu) </p><p>　　本設(shè)計(jì)的驅(qū)動系統(tǒng)是四連桿之橢圓步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是模擬人行走時(shí)的運(yùn)動步態(tài)軌跡，良好的設(shè)計(jì)可以提供腳部與手部作近似慢

25、跑的動作，可進(jìn)行全身性運(yùn)動，同時(shí)可避免地面對下肢的沖擊力，可減少膝關(guān)節(jié)損傷，是有效的有氧適能訓(xùn)練方式，適合作心肺耐力、肌力訓(xùn)練、以及戶外活動。 本設(shè)計(jì)的步態(tài)軌跡是利用步態(tài)微調(diào)器來進(jìn)行每隔 45度之8個(gè)位置的調(diào)整，及可調(diào)位置的踏板設(shè)計(jì)，用以改變驅(qū)動者的跨距和步態(tài)軌跡，以配合使用者的習(xí)慣。</p><p>　　3. 三種使用模式的多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng) </p><p>　　本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)，創(chuàng)

26、造出定點(diǎn)、定軌跡、代步等三種使用模式，不但能在室內(nèi)做運(yùn)動，也可到戶外進(jìn)行休閑、購物等活動。其中，定點(diǎn)、定軌跡的模式時(shí)，健身車即是一種橢圓機(jī)的運(yùn)動方式，以手腳并用之慢跑運(yùn)動動作，以驅(qū)動橢圓步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。在定點(diǎn)或室內(nèi)時(shí)可以用支撐架撐起整個(gè)后輪，讓使用者在操作時(shí)能夠穩(wěn)固且不會搖晃，在原地進(jìn)行運(yùn)動、復(fù)健等活動。在戶外或較大的空間時(shí)，轉(zhuǎn)向角度控制器可以固定龍頭的轉(zhuǎn)向角度形成直線或各種圓周運(yùn)動之戶外定軌跡橢圓機(jī)模式的健身運(yùn)動，使用者不會感到枯燥乏味

27、。支撐架在移行時(shí)須提至上方轉(zhuǎn)換為一置物架，其是利用撥桿把支撐架卡槽的定位銷拉起，以調(diào)整支架控制機(jī)構(gòu)來進(jìn)行切換。代步模式則健身車為一腳踏車的騎乘方式，以雙腳踩踏橢圓步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，雙手時(shí)操控龍頭的方向與轉(zhuǎn)向，可以較舒適的驅(qū)動方式進(jìn)行騎乘，可符合全家運(yùn)動休閑娛樂的生活要求。其中，轉(zhuǎn)向把手具有特殊的接頭設(shè)計(jì)，可以簡便地隨插即用的進(jìn)行轉(zhuǎn)向桿與手桿間切換。</p><p><b>　　9</b><

28、/p><p><b>　　2-4 結(jié)論 </b></p><p>　　本研究提出一套系統(tǒng)化之新型折疊健身車的設(shè)計(jì)程序來進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)其流程，首先透過文獻(xiàn)研究與市場分析來規(guī)劃和厘清設(shè)計(jì)需求與限制，并訂定新型折疊健身車的設(shè)計(jì)規(guī)范，其設(shè)計(jì)規(guī)范歸納有︰﹙1﹚穩(wěn)定安全的三輪式車身、﹙2﹚可調(diào)式的步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、﹙3﹚三種使用模式的多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。根據(jù)上述的設(shè)計(jì)規(guī)范，分別進(jìn)行產(chǎn)出其概

29、念設(shè)計(jì)。穩(wěn)定安全的三輪式車身是以三輪方式進(jìn)行車身結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，不但舒適安全，又因穩(wěn)定性佳，不需其它的固定機(jī)構(gòu)就可隨時(shí)停放，因此具有很好的便利性與機(jī)動性?？烧{(diào)式橢圓步態(tài)機(jī)構(gòu)是模擬人自然的運(yùn)動步態(tài)軌跡，提供腳部與手部作近似慢跑的動作，進(jìn)行全身性的運(yùn)動，而步態(tài)軌跡是利用步態(tài)微調(diào)器來進(jìn)行八個(gè)位置的調(diào)整，只需小工具即可做到，另外還有可調(diào)位置的踏板，拆裝容易且不須任何手工具，用以改變使用者的跨距和步態(tài)軌跡。三種使用模式的多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要提供定

30、點(diǎn)、定軌跡、代步等三種使用模式，不但能在室內(nèi)做運(yùn)動，也可到戶外進(jìn)行休閑等購物活動，利用轉(zhuǎn)向角度控制器及支撐架來進(jìn)行切換。以上概念設(shè)計(jì)可作為新型折疊健身車具體設(shè)計(jì)與細(xì)部設(shè)計(jì)的依據(jù)及參考。 </p><p>　　第三章 具體設(shè)計(jì)與實(shí)作測試</p><p>　　3-1 三輪式車身 </p><p>　　自行車是省能源、無污染的代步工具，更是愉悅心靈的運(yùn)動休閑器材，其具

31、有廉價(jià)、靈巧、省時(shí)、省地、健身等優(yōu)點(diǎn)，特別是可促進(jìn)心肺功能、增強(qiáng)肌肉耐力等健身復(fù)健的功能，廣受人們喜愛，但也容易造成膝、足踝等的運(yùn)動傷害。橢圓機(jī)在國內(nèi)是一個(gè)年輕的運(yùn)動器材，其設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是模擬人行走時(shí)的運(yùn)動軌跡，良好的設(shè)計(jì)可以提供腳部與手部模擬各種不同的動作，可進(jìn)行全身性運(yùn)動，同時(shí)可避免地面對下肢的沖擊力，是有效的有氧適能訓(xùn)練工具。但只限于室內(nèi)運(yùn)動。新型折疊健身車是以橢圓機(jī)的驅(qū)動方式結(jié)合自行車的移行功能，使其可以避免運(yùn)動傷害、不限室內(nèi)或

32、戶外、不限時(shí)間、自由自在、隨心所欲地進(jìn)行有氧健身運(yùn)動。為考慮騎乘的安全和穩(wěn)定性，是以三輪方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性設(shè)計(jì)，其前輪是兩輪設(shè)計(jì)，故其不但安全舒適，因其穩(wěn)定平衡佳，不需任何機(jī)構(gòu)即可隨時(shí)隨地停放，具較高的機(jī)動性和便利性。亦適合大眾使用，故新型折疊健身車可符合全家運(yùn)動休閑娛樂的生活要求，能促進(jìn)家庭和諧，享受天倫樂。 </p><p>　　整臺健身車的構(gòu)造主要是由一腳踏車車架、車架后端的后輪及支撐架、車架前端的可調(diào)高

33、度的轉(zhuǎn)向龍頭、隨插即用的轉(zhuǎn)向把手以及向下延伸至前兩小輪、固定于車架前端并位于龍頭后方的步態(tài)微調(diào)器，及二組裝于車架兩側(cè)以供使用者踩踏并驅(qū)動后輪的可調(diào)感應(yīng)踏板，如圖 3.1 所示。 </p><p><b>　　11</b></p><p>　　具體設(shè)計(jì)主要在于將概念設(shè)計(jì)的最佳解決方案具體化，包含整個(gè)模型的建構(gòu)，并確認(rèn)系統(tǒng)配置、重要零組件規(guī)格、重要功能組件的設(shè)計(jì)參數(shù)和

34、其供應(yīng)來源。在此具體設(shè)計(jì)步驟，包括尺寸設(shè)計(jì)與干涉的檢查與消除，并進(jìn)行實(shí)體模型的建構(gòu)工作，其中含有零件建構(gòu)、組合件裝配、與工程圖制作。此步驟的方法是以運(yùn)用 CAD/CAE的Solid Works軟件來進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。 </p><p>　　圖 3.1 三輪式車身的具體設(shè)計(jì)</p><p>　　輪距調(diào)整器，可依路況或個(gè)人喜好，調(diào)整兩輪寬度，主要是由調(diào)整滑塊在滑軌上作移動，調(diào)整兩輪的間距后，以鎖

35、緊螺絲固定，窄者可適應(yīng)小巷道或田間小路，寬則增加其穩(wěn)定性。前輪亦有避震器，可適合于顛頗路面且安全舒適，如圖3.2 所示。 </p><p><b>　　12</b></p><p>　　3.2 輪距調(diào)整器的具體設(shè)計(jì)</p><p>　　3-2 步態(tài)驅(qū)動系統(tǒng) </p><p>　　本設(shè)計(jì)的驅(qū)動系統(tǒng)是利用橢圓機(jī)的步態(tài)驅(qū)動

36、機(jī)構(gòu)，其設(shè)計(jì)主要是模擬人行走時(shí)的運(yùn)動步態(tài)軌跡，良好的設(shè)計(jì)可以提供腳部與手部近似慢跑的動作，可進(jìn)行全身性的運(yùn)動，同時(shí)可避免因慢跑時(shí)來自地面對下肢的沖擊力，可減少膝關(guān)節(jié)損傷， 是一種有效的有氧健身訓(xùn)練方式，適合大眾作心肺耐力、肌力訓(xùn)練、以及戶外活動。本設(shè)計(jì)的步態(tài)軌跡主要是利用步態(tài)微調(diào)器來進(jìn)行8個(gè)位置的調(diào)整，及可調(diào)整位置的腳踏板設(shè)計(jì)，用以改變驅(qū)動者的跨距和步態(tài)軌跡，以配合個(gè)人的使用習(xí)慣，如圖 3.3 所示。步態(tài)微調(diào)器(圖 3.4)是由螺絲將手

37、桿支點(diǎn)座固定在車架的中柱桿，把8 面游戲桿軸配置在上方，兩端由手游戲桿接合，使用者只要調(diào)整好就可以把內(nèi)六角螺鎖緊將手桿外蓋固定。</p><p><b>　　13</b></p><p>　　圖 3.3 步態(tài)驅(qū)動的具體設(shè)計(jì)</p><p>　　14圖 3.4 步態(tài)微調(diào)器的具體設(shè)計(jì)</p><p>　　可調(diào)式踏板的構(gòu)造

38、是由腳踏板、踏板固定座、踏板柱、踏板固定勾、內(nèi)六角螺絲、蝶型螺絲所組成，使用者要調(diào)整適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)將蝶螺絲解開，再把腳踏板放置于腳踏桿上面的U 型槽，再將蝶型螺絲鎖緊踏板固定勾即可，如圖3.5 所示</p><p>　　圖 3.5 可調(diào)式踏板的具體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　15</b></p><p>　　3-3 多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng) &l

39、t;/p><p>　　健身車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，主要是以轉(zhuǎn)向龍頭直接操控，經(jīng)由轉(zhuǎn)向桿讓前兩輪進(jìn)行運(yùn)動與轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向操控簡單而明確，轉(zhuǎn)彎時(shí)也不會有輪胎打滑的問題產(chǎn)生，大幅提升行駛時(shí)的安全性。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由隨插即用的轉(zhuǎn)向把手、可調(diào)高度的轉(zhuǎn)向龍頭、轉(zhuǎn)向角度控制器、轉(zhuǎn)向桿、轉(zhuǎn)向長管、兩小輪組成，如圖3.6所示，其中，利用轉(zhuǎn)向把手經(jīng)由轉(zhuǎn)向桿、轉(zhuǎn)向長管以直接操控前兩輪以達(dá)到轉(zhuǎn)向的功能。</p><p>　　圖 3.6

40、 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　16</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以創(chuàng)造出定點(diǎn)、定軌跡、代步等三種使用模式，不但能在室內(nèi)做運(yùn)動，也可以到戶外進(jìn)行休閑、購物等活動。其中，定點(diǎn)模式時(shí)(圖 3.7)，步行車是一種橢圓機(jī)的運(yùn)動方式，以手腳并用的運(yùn)動動作，驅(qū)動橢圓步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。在定點(diǎn)或室內(nèi)時(shí)可以用支撐架撐起整個(gè)后輪，讓使用者在操作時(shí)能

41、夠穩(wěn)固且不會搖晃，在原地進(jìn)行復(fù)健等活動。另外，定軌跡模式(圖 3.8)也就是在戶外或較大的空間時(shí)，利用轉(zhuǎn)向角度控制器固定龍頭的轉(zhuǎn)向角度形成直線或各種圓周 運(yùn)動之戶外定軌跡橢圓機(jī)模式的健身運(yùn)動，讓使用者不會枯燥乏味。 </p><p><b>　　圖3.7定點(diǎn)模式</b></p><p><b>　　17</b></p><p&

42、gt;<b>　　圖3.8定軌跡模式</b></p><p>　　轉(zhuǎn)角度控制器(圖 3.9)是用手拉動固定銷經(jīng)由彈簧的作用讓固定條緊壓固定在轉(zhuǎn)向桿的齒輪來進(jìn)行固定的動作，不需要任何手工具就可以輕松的讓使用者進(jìn)行圓周或直線上的運(yùn)動情境。(a)固定狀態(tài)</p><p><b>　　b)</b></p><p><b>

43、;　　松</b></p><p><b>　　開</b></p><p><b>　　狀</b></p><p><b>　　態(tài)</b></p><p>　　圖 3.9 轉(zhuǎn)角度控制器</p><p>　　支撐架在移行時(shí)須提至上方轉(zhuǎn)換為一置物

44、架，其是利用撥桿把支撐架卡槽的定位銷拉起，以調(diào)整支架控制機(jī)構(gòu)來進(jìn)行切換，如圖 3.10 所示。 </p><p>　　圖 3.10 支撐架與支架控制機(jī)構(gòu)</p><p>　　代步模式(圖3.11)則健身車為一腳踏車的騎乘方式，以雙腳踩踏橢圓步踏驅(qū)動機(jī)構(gòu)，雙手操控龍頭的方向與轉(zhuǎn)向，可以較舒適的驅(qū)動方式進(jìn)行騎乘，可符合全家運(yùn)動休閑娛樂的生活要求。其中，轉(zhuǎn)向把手具有特殊的接頭設(shè)計(jì)，利用把手的鎖

45、緊套可以簡便地隨插即用的進(jìn)行轉(zhuǎn)向桿與手游戲桿間切換，如圖 3.12 所示。</p><p>　　圖 3.11 代步模式</p><p><b>　　20</b></p><p>　　圖3.12 隨插即用的轉(zhuǎn)向把手設(shè)計(jì)</p><p>　　3-4 實(shí)作測試與改良設(shè)計(jì) </p><p>　　經(jīng)由前

46、三節(jié)的過程得到新型折疊健身車的具體設(shè)計(jì)，本小節(jié)將其建構(gòu)為實(shí)體模型，進(jìn)行細(xì)部設(shè)計(jì)并繪制成工程圖，以利加工制作出原型機(jī)。</p><p>　　3-4-1 實(shí)作 </p><p>　　依照健身車的具體設(shè)計(jì)(圖3.13)，以 Solid Works 軟件所繪制的立體組合圖，再將健身車的所有零件轉(zhuǎn)換制作成工程圖(圖3.14)、立體圖(圖3.15)，以利現(xiàn)場加工人員依照圖面尺寸，來進(jìn)行各零件的加工。

47、圖 3.16 為步行車的零件明細(xì)圖，其明細(xì)如表 3.1 所示，最后，依照各零件的相關(guān)位置來進(jìn)行原型機(jī)的組裝，并進(jìn)行測試。 </p><p><b>　　21</b></p><p>　　圖 3.13 健身車的具體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　22</b></p><p>　　圖 3.14 模

48、型工程圖</p><p><b>　　23</b></p><p><b>　　(a)代步模式</b></p><p>　?。╞）定軌跡模式 </p><p><b>　　（c）定點(diǎn)模式</b></p><p>　　圖 3.15 模型立體

49、圖</p><p><b>　　24</b></p><p>　　圖3.16新型折疊健身車的零件圖</p><p><b>　　25</b></p><p>　　表3.1新型折疊健身車的零件表</p><p><b>　　26</b></p>

50、<p><b>　　測試</b></p><p>　　經(jīng)由上述的實(shí)作過程，得到新型折疊健身車的原型機(jī)，并根據(jù)2-1 節(jié)的測試項(xiàng)目進(jìn)行測試，以了解步行車的各項(xiàng)特性與其性能，并建立資料檔，以做為修正的依據(jù)。測試項(xiàng)目與結(jié)果如下所示︰ </p><p>　　（1）驅(qū)動能力：主要針對健身車驅(qū)動系統(tǒng)來進(jìn)行測試，使用者在踩踏的結(jié)果，可以用很輕松的步伐來驅(qū)動整臺健身車。

51、 </p><p>　?。?）最大速度：此項(xiàng)目主要在測試健身車前進(jìn)的最大速度，步行車前進(jìn)的最大速度為 4.25 km/hr(參見后面說明)。 </p><p>　?。?）爬坡能力：此項(xiàng)目主要在測試健身車于爬坡時(shí)的最大角度，本研究尋找到殘障7度的坡道，很困難地驅(qū)動步行車前進(jìn)，如以人行道上的 2.8 度小型坡道，則可驅(qū)動前進(jìn)。 </p><p>　?。?）剎車性能：此項(xiàng)

52、目主要在測試健身車的剎車性能，步行車于最大速度時(shí)剎車距離 96 cm(參見后面說明)。 </p><p>　?。?）轉(zhuǎn)向性能：此項(xiàng)目主要在測試健身車的轉(zhuǎn)向能力，經(jīng)由測試，步行車的轉(zhuǎn)向操控直接、位移明確，最大轉(zhuǎn)向角度為25度，回轉(zhuǎn)半徑可達(dá)2m，但由于原型機(jī)的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不佳，所以在轉(zhuǎn)彎過度會有傾倒的危險(xiǎn)。 </p><p>　?。?）舒適度：此項(xiàng)目主要在測試健身車使用上的舒適程度是否恰當(dāng)，經(jīng)

53、由測試，驅(qū)動者在使用時(shí)，因避震器的作用，不會有不舒服的感覺。 </p><p>　?。?）穩(wěn)定度：此項(xiàng)目主要在測試代步模式、定軌跡模式、定點(diǎn)模式、及剎車時(shí)健身車的穩(wěn)定情形，經(jīng)由測試，健身車可行駛路寬0.4m的道路且穩(wěn)定度良好。 </p><p>　?。?）安全性：此項(xiàng)目是測試健身車的安全性，經(jīng)由測試，驅(qū)動者在使用時(shí)，并無任何危險(xiǎn)性。 </p><p>　　從以上的測

54、試結(jié)果，我們可得知原型機(jī)的設(shè)計(jì)有些無法滿足原訂的設(shè)計(jì)需求，總共有以下三點(diǎn)︰ </p><p>　　1.原型機(jī)的機(jī)架是以拼裝式制造，機(jī)架前端沒有足夠的空間，會造成上下車的不方便。 </p><p>　　2.前輪轉(zhuǎn)向雖然可以與腳踏車一樣操作簡單，但轉(zhuǎn)向過度會有傾倒的危險(xiǎn)。 </p><p>　　3.驅(qū)動機(jī)構(gòu)是參考小型橢圓機(jī)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，不適合成年人來驅(qū)動，因步態(tài)小而影響到

55、健身車的最大速度，所以前往遠(yuǎn)距離的地點(diǎn)購物，既費(fèi)力又費(fèi)時(shí)。 </p><p><b>　　27</b></p><p>　　3-4-3 改良設(shè)計(jì) </p><p>　　經(jīng)由測試的結(jié)果，本小結(jié)主要針對原型機(jī)的缺失進(jìn)行一些修改，如圖3.17 所示，首先針對步行車整體的外型美觀、空間上進(jìn)行改良而步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的尺寸是以成年人來設(shè)計(jì)，為了讓使用者能以更

56、省力、更輕松的步態(tài)來驅(qū)動健身車，步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)是采用六連桿設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是模擬人快走時(shí)的運(yùn)動步態(tài)軌跡(第四章、第五章作詳細(xì)介紹)。 </p><p>　　圖 3.17 新型折疊健身車</p><p>　　新型折疊健身車的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，采用車輛前輪轉(zhuǎn)向的方式。主要是以轉(zhuǎn)向龍頭直接操控，經(jīng)由轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使讓前兩輪進(jìn)行運(yùn)動與轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向操控簡單而明確，轉(zhuǎn)彎時(shí)也不會有輪胎打滑問題產(chǎn)生，大幅提升行駛時(shí)的

57、安全性。 </p><p>　　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是由隨插即用的轉(zhuǎn)向把手、可調(diào)高度的轉(zhuǎn)向龍頭、轉(zhuǎn)向角度控制器轉(zhuǎn)向桿、轉(zhuǎn)向接頭、傳動桿、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)、兩小輪組成，如圖 3.18 所示，其中，利用轉(zhuǎn)向把手經(jīng)由轉(zhuǎn)向桿、傳動桿、轉(zhuǎn)向臂操控橫拉桿帶動轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)使前兩輪達(dá)到轉(zhuǎn)向的功能，如圖 3.19 所示。</p><p><b>　　28</b></p><p>　　圖

58、 3.18 轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)</p><p><b>　　29</b></p><p>　　健身車之轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需不違反 Ackerman 原理，即步行車在代步模式的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)為三輪行駛的狀態(tài)，龍頭轉(zhuǎn)向時(shí)步行車的前兩輪的轉(zhuǎn)向中心都在大輪的軸心在線，故不違反 Ackerman 原理，步行車轉(zhuǎn)向可保持順暢，如圖 3.20 所示。 </p><p&g

59、t;　　圖3.20 Ackerman 原理</p><p><b>　　3-5 結(jié)論 </b></p><p>　　根據(jù)第二章第三節(jié)健身車的各個(gè)創(chuàng)意特點(diǎn)，來進(jìn)行三輪式的車身設(shè)計(jì)、可調(diào)式步態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)、三種使用模式的多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等三大特點(diǎn)的具體設(shè)計(jì)。經(jīng)由整臺新型折疊健身車實(shí)體模型的建構(gòu)，并針對各系統(tǒng)裝置的細(xì)部尺寸與實(shí)際功能來繪制，這其中也包含了各系統(tǒng)分析與機(jī)構(gòu)干涉的檢

60、查與消除，順利的完成具體設(shè)計(jì)的產(chǎn)出。 </p><p>　　制作原型機(jī)最主要的目的，在于驗(yàn)證健身車的設(shè)計(jì)結(jié)果，是否達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，并經(jīng)由測試過程與結(jié)果了解設(shè)計(jì)的缺失，以做為后續(xù)設(shè)計(jì)的依據(jù)。 </p><p>　　經(jīng)由上述測試過程，將健身車實(shí)體模型的所有零件制作成工程圖，在進(jìn)行加工、組裝，得到健身車的原型機(jī)，進(jìn)行測試，經(jīng)由測試得到以下結(jié)果︰ </p><p>　　(1

61、)驅(qū)動的最大速度 4.25 km/hr。(2) 最大爬行坡道為 2.8 度。(原型機(jī)的步態(tài) 驅(qū)動是參考小型橢圓機(jī)來進(jìn)地設(shè)計(jì)，所以步態(tài)非常小，影響健身車的最大速度以及導(dǎo)致雙腳施力小而無法爬升坡度較大的坡道)。(3)剎車的距離高達(dá)96 cm，主要來自于車體的重量重，剎車時(shí)只有后輪有作用，故造成剎車距離過長。(4)原型機(jī)的前兩輪不是以車輛的轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在轉(zhuǎn)彎時(shí)，前兩輪的軸心線與后輪軸心線的夾角相同，所以轉(zhuǎn)向過度時(shí)，會發(fā)生傾倒的危險(xiǎn)。然而

62、，以上的設(shè)計(jì)缺失不影響健身車一些附屬的功能，并且在改良過的健身車一并獲得解決，以符合其設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。 </p><p><b>　　31</b></p><p>　　第四章 步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)</p><p>　　本章節(jié)的步態(tài)驅(qū)動主要是參考文獻(xiàn)，提出一套系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)程序，以合成出滿足設(shè)計(jì)需求與限制的六連桿機(jī)構(gòu)簡圖，并做為下一章機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)

63、計(jì)之依據(jù)。 </p><p>　　4-1 設(shè)計(jì)程序 </p><p>　　本研究將以六連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，首先進(jìn)行橢圓運(yùn)動機(jī)文獻(xiàn)的收集，以歸納出步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)之機(jī)構(gòu)特性，并訂定出設(shè)計(jì)需求與限制，以圖4.1所示的設(shè)計(jì)程序來進(jìn)行一般化、特殊化、及再生化，系統(tǒng)化合成出所有滿足設(shè)計(jì)需求與限制的六桿七接頭步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。以下說明其設(shè)計(jì)步驟︰</p><p><b&

64、gt;　　步驟一、原始設(shè)計(jì) </b></p><p>　　本步驟是尋找一個(gè)(或者多個(gè))合乎設(shè)計(jì)需求的現(xiàn)有機(jī)構(gòu)，當(dāng)作設(shè)計(jì)的原始機(jī)構(gòu)，并分析此原始機(jī)構(gòu)，歸納出其構(gòu)造特性及設(shè)計(jì)需求與限制。 </p><p>　　分析一個(gè)已有機(jī)械裝置的首要步驟為判認(rèn)其拓樸構(gòu)造。機(jī)械裝置的拓?fù)錁?gòu)造，決定于機(jī)件與接頭的類型及數(shù)目，以及機(jī)件與接頭之間的鄰接和附隨關(guān)系。倘若無法由文獻(xiàn)資料得到原始設(shè)計(jì)，直接跳到

65、步驟三，從一般化鏈目錄尋找符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求的一般化鏈圖譜。</p><p><b>　　步驟二、一般化鏈 </b></p><p>　　任何一個(gè)已有設(shè)計(jì)都可作為原始設(shè)計(jì)，本步驟是選擇可用的既有設(shè)計(jì)作為原始設(shè)計(jì)，以一般化原則與規(guī)則，將其轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的一般化鏈。 </p><p><b>　　32</b></p>

66、<p>　　圖4.1 步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)程序</p><p>　　一般化的目的，是將含有各種類型的機(jī)件和接頭的原始機(jī)械裝置，轉(zhuǎn)化成只含有一般化連桿和一般化接頭的一般化鏈。機(jī)械裝置的組成組件雖各有不同，但均可對應(yīng)轉(zhuǎn)化成只含一般化連桿和一般化接頭的一般化鏈。一般化過程的基礎(chǔ)是建立在一套一般化規(guī)則上，而一般化規(guī)則是根據(jù)所定義的一般化原則導(dǎo)出。經(jīng)由 一般化過程，設(shè)計(jì)者能夠用一種非?；镜姆绞絹硌芯亢捅容^不同的

67、設(shè)計(jì)。許多機(jī)械裝置起初乍看之下并不相同，卻可能具有相同的一般化形式。</p><p>　　步驟三、一般化鏈目錄 </p><p>　　本步驟是運(yùn)用數(shù)目合成理論或圖論，合成出與原始一般化鏈的桿件數(shù)與接頭數(shù)相同的所有可能的一般化鏈。各種一般化鏈的圖譜，可運(yùn)用數(shù)目合成理論，即通過對其相對應(yīng)的連桿類配對進(jìn)行組合來獲得，亦可利用圖論之區(qū)塊的圖譜轉(zhuǎn)換而得到。但一些重要的一般化鏈圖譜都已建成資料庫，可直

68、接由資料庫選用即可。 </p><p><b>　　33</b></p><p>　　步驟四、可行之特殊化鏈 </p><p>　　經(jīng)由特殊化程序，將就步驟四所獲得的每一個(gè)一般化鏈，指定其機(jī)件與接頭類型，以獲得符合設(shè)計(jì)需求與限制的可行特殊化鏈圖譜。 </p><p>　　根據(jù)一定的設(shè)計(jì)需求與限制，在可行的一般化鏈圖譜中分

69、配特定類型的桿件 與接頭的過程，稱為特殊化。一個(gè)一般化鏈，在根據(jù)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行特殊化以后，即稱為特殊化鏈。滿足設(shè)計(jì)限制的特殊化鏈，則稱為可行特殊化鏈。特殊化程序可用于枚舉并計(jì)算出所有可能的非同構(gòu)特殊化鏈。根據(jù)此程序，設(shè)計(jì)者能夠獲得具有特定類型的桿件和接頭的可行特殊化鏈的完整圖譜。一個(gè)一般化鏈可以特殊化為拓樸構(gòu)造不同的各種機(jī)械裝置。 </p><p>　　步驟五、可行機(jī)構(gòu)目錄 </p><p>

70、;　　將可行特殊化鏈圖譜根據(jù)機(jī)械裝置的運(yùn)動與功能要求，一一再生化為與其相對應(yīng)的機(jī)構(gòu)簡圖，以獲得機(jī)構(gòu)圖譜目錄。就圖示而言，再生化是一般化的逆向過程，可通過應(yīng)用一般化規(guī)則的逆向順序來完成。 </p><p>　　4-2 概念設(shè)計(jì) </p><p><b>　　步驟一、原始設(shè)計(jì) </b></p><p>　　本步驟針對橢圓運(yùn)動機(jī)的文獻(xiàn)資料，并從中參

71、考其步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)來進(jìn)行探討及分析，得到步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)具有下列的機(jī)構(gòu)特性</p><p>　　1. 它是一個(gè)具六桿單自由度之平面機(jī)構(gòu)。 </p><p>　　2. 它有一個(gè)機(jī)架，作為步態(tài)驅(qū)動的固定桿。 </p><p>　　3. 它有一個(gè)輸入桿為輸入源，來控制整個(gè)機(jī)構(gòu)做運(yùn)動。</p><p>　　4. 腳踏板的運(yùn)動軌跡為沒有交叉點(diǎn)的封閉

72、曲線。 </p><p>　　5. 手部的運(yùn)動可以是往返搖擺運(yùn)動或封閉曲線運(yùn)動。 </p><p>　　6. 接頭可以是旋轉(zhuǎn)對、滑行對及滾動對。 </p><p>　　7. 兩側(cè)的曲柄以相差 180 度連接。 </p><p>　　8. 同一側(cè)的手跟腳在相同時(shí)間內(nèi)為相反的動作</p><p><b>

73、　　步驟二、一般化鏈 </b></p><p>　　本步驟是選擇文獻(xiàn)中可用的既有設(shè)計(jì)作為原始設(shè)計(jì)，以一般化原則與規(guī)則，將其轉(zhuǎn)化為相對應(yīng)的一般化鏈。 </p><p>　　本研究主要是針對六桿設(shè)計(jì)，所以從現(xiàn)有的文獻(xiàn)選擇六桿步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，再經(jīng)由一般化，如圖 4.2 所示，比對步驟四的可行特殊化鏈，會有相同的設(shè)計(jì)再從中刪除。 </p><p><b>

74、;　　35</b></p><p>　　步驟三、一般化鏈目錄</p><p>　　本研究是采用具有一個(gè)六桿單自由度的一般化鏈，可以直接由一般化鏈目錄尋找符合設(shè)計(jì)要求的六桿一般化鏈圖譜，如圖 4.3 所示。 </p><p>　　圖 4.3 具六桿單自由度之一般化鏈目錄</p><p><b>　　36</b>

75、;</p><p>　　步驟四、可行之特殊化鏈</p><p>　　本步驟是根據(jù)設(shè)計(jì)需求與限制進(jìn)行特殊化程序，設(shè)計(jì)需求與限制是根據(jù)步驟一步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的特性所訂定出來的，而本研究主要針對六連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，所訂定的需求與限制必須滿足于下列12條項(xiàng)目，以作為特殊化程序的依據(jù)： </p><p>　　1.具一個(gè)單自由度的平面機(jī)構(gòu)。 </p><p>　

76、　2.具有一個(gè)固定桿(桿1)當(dāng)作機(jī)架。 </p><p>　　3.有一個(gè)桿當(dāng)做曲柄(桿2)與機(jī)架連接。 </p><p>　　4.有一個(gè)桿作為手握桿(桿3)與機(jī)架連接而形成往復(fù)搖擺運(yùn)動。 </p><p>　　5.有一個(gè)耦桿(桿4)作為輸入桿，其上有一個(gè)腳踏板，為封閉曲線運(yùn)動，不與機(jī)架相連接。 </p><p>　　6.固定桿為雙接頭桿或三接

77、頭桿。 </p><p>　　7.腳踏桿為雙接頭桿或三接頭桿。 </p><p>　　8.手握桿為雙接頭桿或三接頭桿。 </p><p>　　9.曲柄為雙接頭桿。 </p><p>　　10. 接頭不采用復(fù)接頭(減少機(jī)構(gòu)排列的層數(shù))。 </p><p>　　11. 接頭皆采用旋轉(zhuǎn)對(為了減少使用時(shí)的噪音及磨損)。 &l

78、t;/p><p>　　12.各桿皆為連桿。 </p><p>　　在上步驟獲得一般化圖譜后，根據(jù)上述的設(shè)計(jì)需求與限制，依照下列步驟可以找出全部可能的特殊化鏈： </p><p>　　1.對于每一個(gè)一般化鏈，找出全部可能情形下的固定桿。 </p><p>　　2.對于在步驟 1 獲得的每一個(gè)情形，找出桿 2。 </p><p&g

79、t;　　3.對于在步驟 2 獲得的每一個(gè)情形，找出桿 3。 </p><p>　　4.對于在步驟 3 獲得的每一個(gè)情形，找出桿 4。 </p><p>　　根據(jù)特殊化程序，共獲得9個(gè)可行特殊化鏈，如圖4.4所示。</p><p><b>　　37</b></p><p>　　圖 4.4 可行之特殊化鏈</p>

80、;<p><b>　　38</b></p><p>　　步驟五、可行機(jī)構(gòu)目錄 </p><p>　　再生化程序，一般并沒有遵循一定的程序就能得到新的理想結(jié)果。為使其可操行提高，在進(jìn)行再生化程序時(shí)，根據(jù)步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動與功能要求，參考可行之特殊化鏈目錄的收放機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。因此，將圖4.4可行特殊化鏈目錄再生化，獲得與其對應(yīng)的圖4.5六桿單自由度步態(tài)機(jī)構(gòu)目錄。

81、 </p><p>　　圖4.5 六桿單自由度步態(tài)機(jī)構(gòu)目錄</p><p><b>　　39</b></p><p>　　圖4.5 六桿單自由度步態(tài)機(jī)構(gòu)目錄（續(xù)）</p><p><b>　　40</b></p><p><b>　　4-3 結(jié)論 </b

82、></p><p>　　本章主要針對橢圓運(yùn)動機(jī)的步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析，歸納出這些設(shè)計(jì)的構(gòu)造特性，并訂定步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)需求與限制。步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)是根據(jù)具六桿單自由度的一般化鏈圖譜進(jìn)行的，程序過程中設(shè)計(jì)需求與限制訂定是彈性多變的。本研究最后得到9個(gè)具六桿單自由度步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，考慮整臺健身車的配置、構(gòu)造簡單還有后續(xù)找尋快走的步態(tài)軌跡，從中選用圖4.5(a) 作為健身車的步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，但也

83、并非否定其它的機(jī)構(gòu)形式，所以選擇一種較佳 的方案為提供后續(xù)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)的主要依據(jù)與參考。</p><p><b>　　41</b></p><p>　　第五章 步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)</p><p>　　本章節(jié)是根據(jù)第四章步態(tài)驅(qū)動的概念設(shè)計(jì)，最后得到9個(gè)具六桿單自由度步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，從中選用圖4.5(a)做為健身車的步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，其中步態(tài)軌跡是

84、由四連桿產(chǎn)生的耦桿曲線，其余兩桿再決定手握桿，至于手部的運(yùn)動，只需往復(fù)搖擺即可，本章就依照以下步驟進(jìn)行整個(gè)快走步態(tài)軌 </p><p>　　5-1 步態(tài)觀察方法</p><p>　　本節(jié)是采用生物力學(xué)最廣泛應(yīng)用的攝影法，先架設(shè)攝影機(jī)，然后請被攝影者以快走方式左右來回行走數(shù)十次，取其腳跟點(diǎn)的位置距離。拍攝地點(diǎn)為學(xué)校，拍攝人數(shù)以22歲左右10位男生，身高平均170±5 cm，經(jīng)由拍

85、攝后，觀察整個(gè)快走時(shí)的步態(tài)的跨距長度、跨越高度，如圖5.1所示，計(jì)算方法是以實(shí)際地面上的15cm直尺為基準(zhǔn)再對照屏幕上的寸由比例的方式計(jì)算出距離，然后把10位學(xué)生步伐的數(shù)據(jù)，平均計(jì)算后所得出的結(jié)果，如表5.1</p><p>　　(a) 跨距長度(快走一步的距離</p><p><b>　　42</b></p><p>　?。╞） 跨越高度(

86、跨越時(shí)的最高點(diǎn)與地面距離)</p><p>　　圖 5.1 快走時(shí)的步態(tài)的跨距長度、跨越高度</p><p>　　表 5.1 快走時(shí)跨距長度、跨越高度的計(jì)算結(jié)果</p><p><b>　　訂定運(yùn)動需求曲線</b></p><p>　　本小節(jié)主要訂定快走時(shí)的運(yùn)動曲線，以一個(gè)平滑近似淚滴型的步態(tài)軌跡，定為本設(shè)計(jì)的需求曲

87、線，讓使用者在踩踏時(shí)，期望可以得到良好快走的運(yùn)動效果，并且須近似由實(shí)驗(yàn)結(jié)果后所得到的平均數(shù)據(jù)，跨距長度77.42cm、跨越高度31.21cm，如圖5.2所示。</p><p>　　5-3 步態(tài)尺寸合成 </p><p>　　首先我們選用一組可行的四連桿機(jī)構(gòu)(圖5.3)，各尺寸為︰桿 1=1047mm、桿2=336mm、桿3=800mm、桿4=1200mm、a=755mm、b=525mm、

88、c點(diǎn)為踏板點(diǎn)，做為健身車的驅(qū)動來源，當(dāng)然這組四連桿機(jī)構(gòu)尺寸是以圖集搜尋法查閱及參閱過去的學(xué)術(shù)論文選用一組與需求曲線相似的圖形(圖5.4)并且經(jīng)過多次反復(fù)調(diào)整過后，使耦桿曲線更接 近需求曲線，且能夠獲得較適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)尺寸及配置，在使用的軟件方面主要是由Autodesk Inventor Professional 畫出所需求的四連桿機(jī)構(gòu)圖，如圖5.5所示，接下來 把耦桿上的踏板點(diǎn)用軟件內(nèi)的動態(tài)仿真，仿真出所需求的耦桿軌跡圖，如圖5.6所示，再

89、來擷取軟件上的影像取成相片，并匯入AutoCAD 以一比一的方式量測整個(gè)軌跡的跨越高度、跨距長度，所得到的量測結(jié)果，如圖5.7所示。</p><p>　　圖 5.3 可行的四連桿機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　44</b></p><p>　　R1=4.60；R2=1.00；R3=4.00；R4=4.00；Rc=3.34；c=14.70&#

90、176;</p><p>　　圖 5.4 需求曲線相似的圖形</p><p>　　圖 5.5 軟件繪出四連桿機(jī)構(gòu)圖</p><p>　　(a) 執(zhí)行軟件內(nèi)的動態(tài)仿真</p><p>　　(b) 經(jīng)由動態(tài)仿真后所執(zhí)行出來的軌跡</p><p>　　圖 5.6 耦桿軌跡圖</p><p>

91、<b>　　46</b></p><p>　　（a）從 Inventor 影像擷取相片匯入 AutoCAD</p><p>　　(b) 跨越高度、跨距長度的量測結(jié)果放大圖</p><p>　　圖 5.7 跨越高度、跨距長度的量測結(jié)果</p><p>　　由以上的步驟決定出整個(gè)健身車快走的步行軌跡后，接下來另外兩桿合成

92、出手部的運(yùn)動，此步驟我們先以繪出步行車的具體設(shè)計(jì)圖(圖5.8)，直接利用具體設(shè)計(jì)圖在圖上調(diào)整及修改手部的擺動角度，一般人在快走時(shí)，手部運(yùn)動的擺動約為60°，使用者在踩踏步行車時(shí)，當(dāng)腳踏板與完全伸直的手臂距離為120cm(A-C的距離)，此時(shí)手臂可以擺動伸直最大距離為60cm(C-B 的距離)，以獲得手臂良好的舒展，整個(gè)六連桿的尺寸配置圖，各尺寸為︰A=1047mm、B=336mm、C=1200mm、D =258mm、E=743

93、mm、F=362mm、G=168mm、H=302.4mm、I=611.52mm、J=800mm， 如圖 5.9 所示。</p><p>　　(a) 手部運(yùn)動的擺動約為 60°</p><p>　　(b) 手臂位置與踏板及手臂伸長的距離</p><p>　　圖 5.8 健身車的具體設(shè)計(jì)圖</p><p>　　圖 5.9 六連桿的

94、尺寸配置圖</p><p><b>　　5-4 結(jié)論 </b></p><p>　　根據(jù)第四章步態(tài)驅(qū)動系統(tǒng)所產(chǎn)生的9個(gè)可行的機(jī)構(gòu)目錄，從中選其一作為驅(qū)動系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)，首先以攝影法拍攝快走時(shí)步伐的跨距長度、跨越高度，取其腳跟點(diǎn)的位置，然后訂定一個(gè)平滑的步態(tài)軌跡，讓使用者踩踏時(shí)能以一個(gè)較省力的步態(tài)來驅(qū)動整臺步行車，步態(tài)軌跡是用 Inventor 軟件仿真出來，接著以具

95、體設(shè)計(jì)圖找出手部擺動的位置與角度，順利于健身車獲得良好的尺寸配置。</p><p><b>　　49</b></p><p>　　第六章 結(jié)論與建議</p><p>　　本章針對本項(xiàng)目的研究成果作出結(jié)論，并提出未來研究的方向與建議</p><p><b>　　6-1 結(jié)論 </b></p&

96、gt;<p>　　本研究是以新型折疊健身車進(jìn)行系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的研究，所完成的步行車是一創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，它主要是利用橢圓機(jī)的步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，結(jié)合腳踏車的構(gòu)造，讓橢圓運(yùn)動機(jī)提升至戶外的使用境界，以達(dá)到具健身、休閑、代步的新型折疊健身車。它提供其規(guī)律的運(yùn)動和適當(dāng)?shù)男蓍e娛樂及便利性，以提高老年人對生活的質(zhì)量與樂趣。 </p><p>　　綜觀本論文，所獲得的研究結(jié)論如下：</p><p>　　

97、1.新型折疊健身車是一具創(chuàng)新的設(shè)計(jì)概念，結(jié)合一般市面上橢圓運(yùn)動機(jī)的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，同時(shí)享有多種室內(nèi)外的使用情境，本研究提供了一套系統(tǒng)化之健身車與其步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，可提供后續(xù)研究的依據(jù)與參考。 </p><p>　　2. 步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)是步行車最為關(guān)鍵的零組件，本研究參考橢圓運(yùn)動機(jī)之步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的構(gòu)造特性，以創(chuàng)意性機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)程序來進(jìn)行系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)，合成出9個(gè)具六桿單自由度步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，并選擇其一來提供新型折

98、疊健身車設(shè)計(jì)時(shí)的選用與參考，獲得良好的配置效果。 </p><p>　　3. 設(shè)計(jì)出一臺能健身、休閑、代步的新型折疊健身車，經(jīng)由測試結(jié)果，其具有三大特點(diǎn)：(1)穩(wěn)定安全的三輪式車身、(2)可調(diào)式步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)、(3)三種使用模式的多功能轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，符合其設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。 </p><p><b>　　6-2 建議 </b></p><p>　　本

99、研究在此提出以下幾點(diǎn)建議，期望提供后續(xù)研究發(fā)展有所幫助，其建議如下所述： </p><p>　　1. 六桿步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)主要是仿真人快走時(shí)的跨越高度、跨距長度，提供腳部與手部良好的運(yùn)動動作，期望健身車能以步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)去仿真更多的步態(tài)軌跡。 </p><p>　　2.健身車主要是以雙腳踩踏步態(tài)驅(qū)動機(jī)構(gòu)，經(jīng)由曲柄帶動后輪，使整臺健身車前進(jìn)，可加入電助動的功能，讓驅(qū)動者以更省力的方式踩踏，在運(yùn)動至

100、于也能得到更多雙腳肌肉的休息時(shí)間。</p><p><b>　　50</b></p><p>　　3.新型折疊健身車能以產(chǎn)品化的設(shè)計(jì)為考量，導(dǎo)入工業(yè)設(shè)計(jì)的概念，讓使用者在操作時(shí)更舒適方便，成為一個(gè)更完善的設(shè)計(jì)。 </p><p>　　4.針對新型折疊健身車之零組件材料與其負(fù)荷尺寸，可進(jìn)一步使用材料應(yīng)力分析的軟體設(shè)備，選用更耐用、更輕量化的材料，

101、這樣能減少重量及降下低成本。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.柯博仁 六連桿橢圓運(yùn)動機(jī)之運(yùn)動合成與人機(jī)整合動力學(xué)分析 中興大學(xué)機(jī)械工程學(xué)系碩士論文，1995。 </p><p>　　2.郭純甫，正常步態(tài)運(yùn)動機(jī)之機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，逢甲大學(xué)材料與制造工程系機(jī)械工程組碩士論文，2006。</p><

102、;p>　　3. 劉佳玲，適應(yīng)性動作調(diào)整對活動下肢生理負(fù)荷之影響，朝陽科技大學(xué)工業(yè)工程與管理系碩士論文，2004。</p><p>　　4. 林滿妹，橢圓機(jī)運(yùn)動效益評估，朝陽科技大學(xué)工業(yè)工程與管理系碩士論文，2007。</p><p>　　5. 余惠南，立式橢圓軌跡踏步機(jī)，中華民國專利編號第324228號，1998。</p><p>　　6. Rodgers,

103、 R. E., "Crank Assembly For An Exercising Device," U.S. Patent No. 5529555, 1996. </p><p>　　7. Rodgers, R. E., "Stationary Exercise Aparatus," U.S. Patent No.5573480, 1996. <

104、/p><p>　　8.Rodgers, R. E., "Stationary Exercise Aparatus Having A Prefferred Foot Platform Path Alternate Embodiment," U.S. Patent No.5593372, 1997. </p><p>　　9. Rodgers, R. E., "Sta

105、tionary Exercise Aparatus," U.S. Patent No.5683333, 1997. </p><p>　　10. Janine, W. T., Pasero, P. and Barker, P. D., "Stationary Exercise Device," U.S. </p><p>　　11. R