本技术涉及一种健身锻炼用品，特别是涉及一种保护腿部关节免遭损伤的跑步设备。
背景技术：
1、跑步锻炼是人们日常健身锻炼最方便、经济并且效果很好的大众健身锻炼方法。然而，对于中老年人来说，普通的路跑以及在跑步机上跑步锻炼对膝关节损伤很大，跑步过程中双脚和地面不断撞击，膝关节和脚踝不仅要承受身体本身的重量，还要经受地面的冲击，这对体形较胖的人群来说导致膝关节损伤的风险更高。所以常规的跑步锻炼对中老年人及其肥胖的人群是不合适的。
2、在现有的跑步机技术中，为了减缓使用者在跑步时对膝关节的损伤所采用的改进技术主要有两点：一是通过增加跑步机底座与地面之间的弹性，二是通过增强跑步机跑板自身的弹性来改善跑步机对使用者膝关节的冲击影响。但是对于中老年人和肥胖人员来说，现有的跑步机技术仍然不能解决跑步时对人体腿部特别是膝关节和脊柱的冲击和不利影响。
技术实现思路
1、本实用新型的目的是设置一种能大大减轻在跑步机上跑步时人体腿部和脊柱压力的跑步设备。
2、本实用新型是通过以下方式实施的：
3、设跑步机的跑道平面与水平面的角度为θ，跑步者人体轴心线与水平面的角度为β，人体轴心线与地面垂直线的角度为α，人体轴心线与跑步机跑道的夹角为δ，将跑步机的跑道与水平面的角度设置为θ＝30°-75°，跑步者人体的背部压在跑步设备的承托体上，人体轴心线或承托体上平面与水平面的角度设置为β＝5°-80°，使用时人体轴心线或承托体上平面与跑步机跑道的夹角设置为δ＝70°-100°，优选为δ＝80°-90°；设人体的重量为w，重量w沿承托体上平面方向的分力为fx，重量w对承托体的正压力为fy，则人体腿部对跑步机的压力，即人体重量w沿承托体上平面方向的分力fx＝w·cosα＝w·sinβ。由此可见，在人体背部有承托支撑的条件下，只要调整人体轴心线与水平面的角度β，以及调整跑步机与水平面的角度θ，就可以降低人在跑步机上跑步时人体腿部和脊柱所受到的冲击作用。
4、所述与保护腿部关节免遭损伤的跑步设备设有两种方案：
5、方案一为承托式结构，该结构由底座、支架机构、承托架机构和重力平衡系统组成。支架机构由跑步机支架、跑步机、支撑杆一和气体弹簧组成。跑步机支架的下端与底座铰接，跑步机支架的下侧面的中部与底座之间设有气体弹簧，跑步机固定在跑步机支架的上侧面上，支架机构或者在跑步机支架下侧面的中部与底座之间通过铰接的方式联接电动推杆，或者油缸或气缸，以实现跑步机支架的自动控制；承托架机构由托架、承托体、气体拉簧、支撑杆二组成，所述托架的下端与跑步设备的底座铰接，托架的下端或者与跑步机支架的下端铰接，在跑步机支架的一个侧边与托架中部之间设有气体拉簧，在托架的上方具有托架横杆，托架横杆上方设有承托体，托架横杆与承托体之间通过轴销铰接，在托架的中部与可以调节长度的支撑杆二铰接，或者在托架中部与底座之间，通过铰接的方式联接电动推杆，或者油缸或气缸，以实现托架的自动折叠和控制。
6、方案二是吊索式结构，该方案由底座、支架机构、上吊架机构、下吊架机构和重力平衡系统组成，该方案是在方案一的结构基础上，取消方案一中的承托体，在跑步机支架的上方增设有与跑步机支架或者与底座铰接的吊架，吊架与跑步机支架之间靠近铰接处设有角度定位支撑，吊架的上端系有吊索、吊索的下端系有吊体、吊体包裹住人体躯干的后腰背和躯干的侧边，托架的上方与吊体之间系有拉绳；方案二吊索式结构或者为取消了下吊架机构后的简化吊索式结构，由底座、支架机构、上吊架机构和重力平衡系统组成，简化吊索式结构取消了托架、托架上方的拉绳、气体拉簧和支撑杆二。
7、所述的承托体由承托机构、安全机构和头部支撑机构三大部分组成。
8、所述承托机构具有左右转动、左右摆动、上下摆动和前后移动功能，本实用新型将承托机构的上述功能分成三个功能区，分别为第一功能区、第二功能区和第三功能区，或者为第a功能区、第b功能区和第c功能区，或者为第i功能区、第ii功能区和第iii功能区，并将第一功能区分成1-3个单元体。承托机构设有四种结构方案：
9、承托机构方案一，方案一的第一功能区具有左右转动和前后移动功能。第一功能区具有1-3个单元体，单元体由托板和导柱导套机构组成，导柱导套机构为市场现有产品，导套连同托板能以导柱为轴心作左右转动，并可以沿导柱作轴向移动，导柱为固定件，导柱两端的导柱座固定在左右摆动体上。
10、在单元体的托板与底板之间，在导柱的两侧各设有一副弹簧柱，弹簧柱一端与底板铰接，弹簧柱的另一端装有滚轮，滚轮能在托板下侧面上的滚道内滚动，弹簧柱的作用是可以保证托板仅能在有限幅度绕导柱作左右转动。
11、承托机构方案一的各单元体或者使用公共导柱轴，各单元体的导柱为空心管结构，空心导柱套在公共导柱轴上，导柱轴两端用轴座固定在左右摆动体上。
12、承托机构方案一的第二功能区，具有左右摆动功能。第二功能区设有左右摆动体和上下摆动体，左右摆动体在上下摆动体的上方，在左右摆动体和上下摆动体的前端，设有滑动副和回转副，滑动副由滑块和导轨组成，导轨两端固定在上下摆动体前端的底板上，滑动副使左右摆动体相对于上下摆动体能作左右移动，在滑块上方与左右摆动体之间设有回转副，装有推力轴承的回转轴设在左右摆动体上，左右摆动体相对于上下摆动体能以回转轴为中心作左右摆动。在左右摆动体的后端与上下摆动体后端的后底板之间设有至少两个滑轮，由于左右摆动体的前端设有滑动副和转动副，所以左右摆动体相对于上下摆动体，在前、后端均可以作左右摆动。
13、承托机构方案一的第三功能区，具有上下摆动功能，第三功能区设有上下摆动体，上下摆动体的中部下侧与跑步设备的托架横杆铰接。
14、承托机构方案二，方案二的第a功能区具有左右转动功能，第a功能区同样设有1-3个单元体，三个单元体纵向之间的距离通过调节相邻单元体之间绳索一的长度来控制，或者使用调节螺栓进行调节，三个单元体的结构均相同。所述单元体设有托板或框架、轴座、回转轴、轴承和轴承座，在托板的下侧设有与托板固定为一体的两个轴座，轴座套在回转轴上，回转轴的两端装有轴承，轴承安装在左右移动体上的轴承座内，托板、两个轴座与回转轴整体能作左右转动。
15、承托机构方案二的第b功能区具有左右移动、前后移动和左右摆动功能，第b功能区设有左右移动体、平面导轨、固定板、纵向滑块和纵向导轨，在左右移动体上，在其前、后的两个侧边，各安装有一个双向平面导轨，左右移动体相对于固定板通过双向平面导轨作左右移动；固定板设在纵向滑块上，纵向导轨安装在上下摆动体上，安装在滑块上的固定板能沿纵向导轨作直线运动。
16、承托机构方案二的第c功能区具有上下摆动功能，第c功能区的结构与方案一的第三功能区结构相同。
17、承托机构方案三，该方案各功能区功能与方案二的相应功能区功能相同。方案三的结构主要是在第ii功能区与方案二的第b功能区不同，第i和第iii功能区的结构与方案二相应功能区的结构相同。
18、所述方案三第ii功能区，设有平面移动体、中心定位轴、滚珠保持架、保持架底座和侧边挡板，平面移动体的上方为第i功能区构件，平面移动体的下侧面与保持架底座的上侧面之间设有滚珠保持架，平面移动体能作相对于保持架底座的平面移动，在平面移动体的中心设有定位轴，在保持架底座上设有中心孔，定位轴限定在保持架底座的中心孔内移动，定位轴的下端设有挡圈，挡圈的外径大于保持架底座中心孔的直径。
19、承托机构方案四，该方案是承托机构方案一、二和三的变形延伸，将方案一、二和三的三个功能区从上到下的排列次序进行调整，每种方案可以变化为至少5种延伸方案。
20、所述承托体的安全机构设置在承托机构任一单元体的托板或框架上。安全机构能够自动固定跑步者躯体。安全机构由压板、扇形齿轮、上夹条、下夹条、压杆、复位弹簧组成，在承托机构托板前端的左、右侧各设有一个扇形齿轮，当人体的背部触压到压板后，压板通过压杆推动扇形齿轮转动，带动与扇形齿轮成一体的下夹条及上夹条向人体中心转动，两侧的夹条同时向躯体中心夹紧；所述安全机构的扇形齿轮或者用回转臂代替，其工作过程同上述扇形齿轮的安全机构工作过程相同。
21、所述承托体的头部支撑机构位于承托机构的前端，头部支撑机构由头部托架和弹力支撑部分组成，弹力支撑部分使头部托架产生抵抗人体头部重力的逆时针方向的力矩，头部托架与托板过渡条通过轴销铰接，头部托架可以上下转动；头部托架或者通过万向节与托板过渡条连接，则头部托架可以作上下转动和左右摆动。
22、所述跑步设备的重力平衡系统设有腿部支撑机构、配重机构和制动机构三部分。腿部支撑机构的回转中心为人体股骨的机械回转中心，配重机构的平衡力矩等于或小于人体腿部重力在腿部支撑机构上产生的力矩，重力平衡系统按腿部支撑机构的设定位置，分上支点式结构和下支点式结构两种方案：
23、重力平衡系统方案一：该方案腿部支撑机构为上支点式结构，所述的上支点式结构由侧面支架、腿部支撑内、外管和腿部托体组成，侧面支架安装在跑步设备托架的左、右侧，在侧面支架的上端设有腿部支撑机构；该方案所述的配重机构设置在侧面支架上，由平衡臂内、外管和配重组成，平衡臂外管与腿部支撑外管为一整体结构，平衡臂外管与腿部支撑外管以两者公共的轴销为中心，可以同时绕轴销转动；该方案的配重机构或者为下置式结构，将配重机构设置在跑步设备的底座上，在腿部支撑外管的轴销处，设有与腿部支撑外管固定为一体的转轮或链轮，平衡臂外管与设在跑步设备底座上的铰接座通过轴销铰接，在轴销的位置设有与平衡臂外管固定为一体的转轮或链轮，在两转轮之间设有过渡轮，上、下转轮之间，通过过渡轮用绳索或链条连结；在两转轮之间或者取消过渡轮，将两个转轮或链轮之间直接用绳索或链条连结；所述制动机构优选方案设置在配重机构与侧面支架之间，制动机构设有拉杆、两根弹簧和滑套，拉杆的上端与配重机构外管的下侧通过轴销铰接，在拉杆的中部设有套在拉杆上的滑套，滑套与侧面支架上的滑套支座通过轴销铰接，在拉杆上位于滑套上段和位于滑套下段分别套有弹簧一和弹簧二；制动机构次选方案设置在腿部支撑机构一侧，即次选方案设置在腿部支撑外管与侧面支架内管之间；制动机构的拉杆或者采用圆弧拉杆，圆弧拉杆的一端与底座铰接，圆弧拉杆中部的滑套与平衡臂外管铰接。
24、重力平衡系统方案二，该方案腿部支撑机构为下支点式结构，所述下支点式腿部支撑机构由圆弧导轨一、滑块一、腿部支撑杆和腿部仿形托体组成，所述圆弧导轨一位于承托体的下方，固定在托架横杆上，腿部支撑杆一端固定在滑块一上，另一端指向人体大腿部下侧，腿部托体为仿形托体结构。该方案的配重机构为圆弧导轨配重机构，由圆弧导轨二、滑块二、过渡轮、导向轮、角度定位支撑和绳索组成，所述圆弧导轨二与圆弧导轨一铰接，一端固定在滑块一上的绳索沿圆弧导轨一，通过过渡轮、导向轮，沿圆弧导轨二与滑块二固定连接，滑块二上固定有配重，在圆弧导轨二与托架横杆之间设有角度定位支撑；重力平衡系统方案二的配重机构或者为圆弧摇臂结构，由圆弧摇臂、配重、制动机构、过渡轮、过渡轮二和绳索组成，所述圆弧摇臂的轴销设在跑步设备底座上，或者设在立杆的下端，立杆固定在底座上，立杆的上端设有过渡轮二，圆弧摇臂上端具有圆弧环，圆弧环上设有配重，一端固定在滑块一上的绳索沿圆弧导轨一，通过过渡轮、过渡轮二沿圆弧环在圆弧环的前端固定；在圆弧摇臂与底座之间设有制动机构。方案二的配重机构或者为组合弹簧结构，由一组主弹簧杆和至少一组副弹簧杆构成，主弹簧杆的弹簧支点位于承托体前端下方、在圆弧导轨一的上止点半径延长线的右侧；副弹簧杆的弹簧支点位于主弹簧杆的弹簧支点左侧。
25、所述的跑步设备可以折叠，折叠时将跑步机支架连同跑步机一起向上抬起，将托架向上抬起，将支撑杆一、支撑杆二向里收折。
26、本实用新型的有益效果是：由于人体采用倾斜式的跑步方案，人体自身的重量通过承托体，分解成沿承托体上平面平行的分力和对承托体的正压力两个分量，这使人在跑步时腿部受到的压力大大减少，从而对跑步者来说起到保护腿部关节，特别是膝关节的作用。同时这种跑步方法由于人体腿部除了有向前的运动外，还有向上的运动分量，跑步者需要不断克服腿部重力做功，因此这种跑步方法人的腿部需要比普通跑步时做更多的功，对健身锻炼的效果更好，本实用新型产品更适用于需要注重保护腿关节的中老年人以及肥胖人员使用，同时也适用于具有腰部疾病，例如腰椎间盘突出患者跑步锻炼使用。