数据拟合和压力传感监测的新型座椅的制作方法

1.本发明涉及座椅技术领域，更具体的说，本发明涉及一种数据拟合和压力传感监测的新型座椅。


背景技术：

2.在当前社会中，随着社会环境工作压力的日益增加，大众普遍的工作时间越来越长，久坐座椅以及各种不正确的坐姿等情况致使人们身体疲劳甚至受到损害的问题日渐严重起来。本项目旨在以我队负责人已申请的新型可调节座椅的专利为基础，通过人机工程学原理完善座椅各方面的数据，并对数据进行拟合得到曲线和模型，从而使该研究能达到满足人体最舒适的标准的意义。继而通过加入主要的压力传感检测系统，实现实时分析使用者是否存在长时间久坐或者对身体躯干有损的不良坐姿等情况,这一步之后利用物联网技术实现座椅与手机的数据互通，从而实时提醒座椅，上的人需要调整坐姿或离开座椅进行运动和休息，并通过每个阶段性时间统计出的数据给出坐姿调整及身体改善建议，这一方向能有效的减轻人们因坐姿不良及长时间久坐等方面带来的身体危害，使人们的工作生活更加健康化。


技术实现要素：

3.本发明旨在于解决现有技术中座椅存在长时间久坐或者对身体躯干有损的不良坐姿等情况的技术问题。
4.本发明的目的与功效，由以下具体技术手段所达成：
5.数据拟合和压力传感监测的新型座椅，包括座椅部、倚靠部、移动部，座椅部与倚靠部旋转连接，座椅部下端设有移动部，座椅部上端以及倚靠部靠近座椅部上端一侧均滑动设置伸缩连接机构，座椅部上端通过伸缩连接机构连接有座板，倚靠部通过伸缩连接机构连接靠背，靠背与座板内均安装有压力传感器，座板底部设有无线通信设备，无线通信设备用于将压力数据传输给无线设备，无线设备控制伸缩连接机构进行座板、靠背的角度位置调整；伸缩连接机构包括平板和伸缩杆，平板与伸缩杆垂直固定，座板与靠背上端设有滑槽，平板内侧一端活动设置于滑槽内。
6.优选的，座板包括座板主体和承载板，座板主体上端活动设置承载板，承载板底部与承载板上端之间连接有复位弹簧，承载板与座板主体之间设有伸缩充气机构，承载板中心设有网垫。
7.优选的，伸缩充气机构包括固定管、连接管、伸缩囊和充气气囊，座板主体上端固定安装有固定管，固定管外侧设有充气气囊，且充气气囊与固定管连通，固定管上端套设有套管，套管上端连接有连接管，连接管上端设有伸缩囊，伸缩囊内部上下端之间连接有拉簧，连接管上端固定有底板，底板上端设有清洁部件，清洁部件为柔性吸水材质，套管外侧设有排气孔，固定管与连接管配合开合排气孔。
8.优选的，靠背包括靠背主体、内垫和外垫，靠背主体靠近座板一侧依次连接有内
垫、外垫，内垫与外垫之间安装有顶珠，靠背主体内部设有纵向移动的按摩机构。
9.优选的，按摩机构包括：丝杆、移动块和摆臂，丝杆旋转设置于靠背主体内，移动块套设在丝杆上端，丝杆旋转能够带动移动块上下移动，移动块外侧旋转设置有摆臂，摆臂靠近内垫一端设有按摩块。
10.优选的，移动块内部设为空腔，空腔转动设有驱动轴，驱动轴贯穿至移动块的外侧固定有固定块，摆臂对应固定块设有贯穿槽，固定块摆动带动摆臂摆动，固定块与贯穿槽连接有伸缩设备，伸缩设备伸缩推动摆臂前后移动。
11.优选的，内垫与外垫之间的间隙内设有过气通道靠背主体上端设有气泵，气泵与过气通道的一端开口连接。
12.优选的，顶珠内设为空心状，顶珠上下端设有贯穿的孔，顶珠内部转动设置有导轮，顶珠与外垫之间连接有吸汗条，吸汗条一端贯穿至外垫外侧。
13.优选的，移动部包括支架和万向轮，万向轮安装在支架下端，万向轮带有刹车机构。
14.有益效果：
15.1、通过加入主要的压力传感检测系统，实现实时分析使用者是否存在长时间久坐或者对身体躯干有损的不良坐姿等情况，这一步之后利用物联网技术实现座椅与手机的数据互通，从而实时提醒座椅上的人需要调整坐姿或离开座椅进行运动和休息，并通过每个阶段性时间统计出的数据给出坐姿调整及身体改善建议，这一方向能有效的减轻人们因坐姿不良及长时间久坐等方面带来的身体危害，使人们的工作生活更加健康化。
16.2、承载板有压力的情况下，承载板带动连接管以及套管往下移动，进而使得固定管上端的塞块密封管道口，同时套管挤压充气气囊，通过固定管将空气导入伸缩囊，伸缩囊膨胀变大，顶起承载板，同时拉簧拉伸，在固定管与连接管配合的情况下，排气孔进行排气，网垫能够将汗渍流入清洁部件，人离开椅子后，压力消失，承载板无压力，固定管没有密封管道口，拉簧处于收紧的状态，拉簧收紧则会使得底板与承载板下端挤压海绵，进而将海绵中吸收的汗渍挤出至座板主体内，通过排废管排出。
17.3、当卡齿与限位齿啮合时，固定块摆动带动摆臂摆动，通过按摩块可以起到按摩作用，电动推杆收缩时推动摆臂前后移动，按摩块起到敲锤的作用，通过顶珠起到穴位按摩的作用，通过丝杆可以调节按摩机构的位置。
18.4.当气泵启动后可以吹入过气通道，然后驱动导轮转动，负压使得吸汗条 25的汗液快速导入过气通道，进而使得吸汗条可以快速大量的进行吸汗作用，汗液通过过气通道导出。
附图说明：
19.图1为本发明的数据拟合和压力传感监测的新型座椅示意图。
20.图2为本发明的靠背剖视示意图。
21.图3为本发明的图2中a处放大示意图。
22.图4为本发明的图2中b处放大示意图。
23.图5为本发明的座板剖视示意图。
24.图6为本发明的图5中c处放大示意图。
25.图7为本发明的移动块俯视示意图。
26.图8为本发明的模型示意图。
27.图1
‑
8中：座椅部1、倚靠部2、移动部3、座板4、座板主体41、承载板42、网垫421、靠背5、靠背主体51、内垫52、外垫53、顶珠54、伸缩连接机构6、平板61、伸缩杆62、丝杆7、移动块8、摆臂9、按摩块91、平衡块92、驱动电机10、气泵11、驱动轴12、贯穿槽13、固定块14、卡齿141、限位齿15、电动推杆16、伸缩充气机构17、固定管171、套管172、连接管173、伸缩囊174、拉簧175、充气气囊176、排气孔177、排废管18、插板19、插槽20、复位弹簧21、底板22、清洁部件23、导轮24、吸汗条25、过气通道26。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
29.参照图1
‑
8，数据拟合和压力传感监测的新型座椅，包括座椅部1、倚靠部2、移动部3，座椅部1与倚靠部2通过转轴旋转连接，转轴外接旋转气缸，座椅部 1下端固定安装有移动部3，移动部3包括支架和万向轮，支架下端安装有带刹车机构的万向轮，便于移动和锁止，座椅部1上端设有横向的滑槽，倚靠部2 靠近座椅部1上端一侧设有纵向的滑槽，滑槽内均滑动设置伸缩连接机构6，伸缩连接机构6包含有平板61以及伸缩杆62，平板61滑动设置于滑槽内，平板 61另一侧垂直安装伸缩杆62，伸缩杆62为液压气缸，座椅部1上端通过伸缩连接机构6连接有座板4，倚靠部2通过伸缩连接机构6连接靠背5，靠背5与座板4内均安装有压力传感器，压力传感器用于监测座椅的压力数据情况，座板4底部设有无线通信设备，无线通信设备与压力传感器电性连接，无线通信设备将压力传感器的数据上传至无线设备，无线设备为手机，无线设备控制伸缩连接机构6进行座板4、靠背5的角度位置调整，各个需电设备均外接电源。其中，座板4包括座板主体41和承载板42，座板主体41上端活动设置承载板 42，座板柱体41为盒体状，上端四周均设有插槽20，承载板42下端设有对应插槽20的插板19，插板19与插槽20插拔连接，插板19插入插槽20内与插槽 20底部连接有复位弹簧，承载板42与座板主体41之间设有伸缩充气机构17，承载板42中心设有网垫421，座板主体41外侧下端连接有排废管18，伸缩充气机构17具体结构为：包括固定管171、连接管173、伸缩囊174和充气气囊 176，座板主体41上端固定安装有固定管171，固定管171外侧套设有充气气囊 176，且充气气囊176与固定管171连通，固定管171上端套设有套管172，套管172上端一体连接有连接管173，套管172内部设有呈锥形的管道，固定管 171上端设有密封套管172上端管道口的塞块，连接管173上端设有伸缩囊174，伸缩囊174顶部与承载板42底部固定，伸缩囊174内部上下端之间连接有拉簧 174，连接管173上端固定有底板22，底板22上端设有清洁部件23，清洁部件 23为海绵，套管172外侧设有排气孔177，承载板42无压力的情况下，固定管 171没有密封管道口，拉簧175处于收紧的状态，拉簧175收紧则会使得底板 22与承载板42下端挤压海绵，进而将海绵中吸收的汗渍挤出至座板主体41内，通过排废管18排出，当承载板42有压力的情况下，承载板42带动连接管173 以及套管172往下移动，进而使得固定管171上端的塞块密封管道口，同时套管172挤压充气气囊176，通过固定管171将空气导入伸缩囊174，伸缩囊174 膨胀变大，顶起承载板42，同时拉簧175拉伸，在固定管171与连接管172配合的情况下，排气孔177进行排气，网垫421能够将汗渍流入清洁部件23。
30.其中，靠背5包括靠背主体51、内垫52和外垫53，靠背主体51靠近座板4一侧依次连接有内垫52、外垫53，内垫52与外垫53之间安装有顶珠54，靠背主体51内部设有纵向移动的按摩机构，按摩机构具体结构为：包括：丝杆7、移动块8和摆臂9，丝杆7旋转设置于靠背主体51内，且平行设置两组，靠背主体51内部上端安装有去驱动电机10，驱动电机10与丝杆7之间通过同步带传动连接，移动块8套设在丝杆7上端，并且与丝杆7螺纹连接，丝杆7旋转能够带动移动块8上下移动，移动块8外侧旋转设置有摆臂9，摆臂9靠近内垫 52一端设有按摩块91，摆臂9另一侧固定有平衡块92，移动块8内部设为空腔，空腔转动设有驱动轴12，驱动轴12贯穿至移动块8的外侧固定有固定块14，摆臂9对应固定块14设有贯穿槽13，固定块14嵌合配套的滑动设置于贯穿槽 13中，固定块14呈圆形块，固定块14与贯穿槽13左侧连接电动推杆16，固定块14右侧设有卡齿141，贯穿槽13对应卡齿141连接有限位齿15，当卡齿 141与限位齿15啮合时，固定块14摆动带动摆臂9摆动，通过按摩块91可以起到按摩作用，电动推杆16收缩时推动摆臂9前后移动，按摩块91起到敲锤的作用，通过顶珠54起到穴位按摩的作用，通过丝杆7可以调节按摩机构的位置。
31.其中，内垫52与外垫52之间的间隙内设有过气通道26靠背主体51上端设有气泵11，气泵11与过气通道26的一端开口连接，顶珠54内设为空心状，顶珠 54上下端设有贯穿的孔，顶珠54内部转动设置有导轮24，顶珠54与外垫53 之间连接有吸汗条25，吸汗条25一端贯穿至外垫53外侧；当气泵11启动后可以吹入过气通道，然后驱动导轮24转动，负压使得吸汗条25的汗液快速导入过气通道26，进而使得吸汗条25可以快速大量的进行吸汗作用，汗液通过过气通道26导出。
32.1.通过实验数据得出人体最舒适的椅背曲线数据：
33.1.1如下方表格所示，抽样各年龄段坐姿参数统计表(单位：mm)
34.[0035][0036]
1.2椅子各位置曲线拟合
[0037]
观测得到一组点列(x
i
，y
i
)，i＝1，2，3......，m采取多项式逼近拟合法，假设可以用n次多项式来拟合，那么，要确定系数a0、a1、 a2，......，an，使得为最小。对f 求n 1个偏导数，k＝0，1，...，n并令其为0，得到一个线性方程组，解方程即可求出系数。
[0038]
2.依照所得到的数据，通过数学建模的方法确立出曲线及模型。
[0039]
2.1模型基本假设
[0040]
根据模型的需要提出如下假设：
[0041]
(1)座椅可顺应工作姿势在一定范围内自动地调节a和靠背倾角，使不同状态下都能较为舒适，如图8所示。
[0042]
a：靠背与水平面夹角110
°
[0043]
b:与座面倾角相对应的背部位置
[0044]
c：后倾角度7
‑
11
°
[0045]
d：前倾角度0
‑5°
[0046]
e：座位基准点；
[0047]
(2)模型各项数据以上方表格数据表中女性(18～55岁)第5百分位数到男性(18～60岁)第95百分位数为上下浮动区间。
[0048]
(3)模型术语以标准文件《gb/t14774
‑
1993工作椅一般人类工效学要求》为依据。
[0049]
(4)初步仅对各部分长度做优化建模。
[0050]
(5)模块各部分均视为光滑曲线。
[0051]
2.2模型符号说明
[0052]
i:模块集合{1,2,3}，即{靠背、座椅、移动}
[0053]
j:位置集合{1,2,3,4},即设计图中的四个关键位置，移动部3中的第4个位置跟第3个位置在空间上是对称的。
[0054]
r
ij
:模块i位置j的曲线极坐标方程，i∈i,j∈j
[0055]
a
ij
:模块i位置j的曲线极坐标方程参数下限，i∈i,j∈j
[0056]
β
ij
:模块i位置j的曲线极坐标方程参数上限，i∈i,j∈j
[0057]
x
ij
:模块i位置j的主干部分长度，i∈l,j∈j
[0058]
y
ij
:模块i位置j的可调节部分长度,i∈i,j∈j
[0059]
l
ij
:模块i位置j的长度下限,i∈i,j∈j
[0060]
u
ij
:模块i位置j的长度上限，i∈i,j∈j
[0061]
c
ij
:模块i位置j的长度舒适度系数，i∈i,j∈j
[0062]
f
ij
:模块i位置j的长度舒适度函数,i∈i,j∈j
[0063]
w
ij
:模块i位置j的长度美观度系数,i∈l,j∈j
[0064]
g
ij
:模块i位置j的长度美观度系数,i∈i,j∈j
[0065]
d
ij
:模块i位置j的长度安全度系数,i∈l,j∈j
[0066]
s
ij
:模块i位置j的长度安全度函数,i∈i,j∈j
[0067]
b(x,y):人体背部平滑曲线方程
[0068]
t(x,y):人体臀部平滑曲线方程
[0069]
z(x,y):人体足部到平滑曲线方程
[0070]
说明:各系数可通过抽样调查以及实际测量通过shaply或层次分析等方法计算得出，各函数可通过实际测量建立函数方程求解。
[0071]
2.3模型建立
[0072]
目标是使得椅子舒适、美观、安全达到最佳平衡
[0073]
max(数值越大越舒适)
[0074]
max(数值越大越美观)
[0075]
min(数值越小越安全)
[0076]
三个模块共同约束
[0077]
各个位置长度计算
[0078][0079]
各个位置长度范围
[0080]
l
ij
≤x
ij
≤u
ij
，i∈i,j∈j
[0081]
依靠部约束,靠背曲线尽量与人体背部曲线最大差值在限定范围σ内
[0082]
|b(x,y)
‑
r
ij
|≤σ，i＝1,j＝1,4
[0083]
座椅部约束,座椅曲线尽量与人体臀部曲线最大差值在限定范围σ内
[0084]
|t(x,y)
‑
r
ij
|≤σ，i＝2,j＝1,4
[0085]
移动部约束,移动模块曲线与指定美观度最大差值在限定范围σ内
[0086]
|z(x,y)
‑
g
ij
|≤σ，i＝3,j＝2,4
[0087]
其它约束
[0088]
整体美观度达到指定的值g0[0089][0090]
整体舒适度不低于调查平均水平f0[0091][0092]
整体安全值不超过限定标准s0[0093][0094]
上面属于多目标优化模型，各项函数均为可导函数,可以利用多元函数的极值理论进行求解。
[0095]
2.4模型评价
[0096]
模型优点:
[0097]
(1)各项指标均利用函数曲线进行拟合，约束明确；
[0098]
(2)多目标优化模型考虑全面，结果贴近各项标准；
[0099]
(3)紧紧贴近人体实际，具有一定的普适性；
[0100]
模型缺点:
[0101]
(1)大量函数需要进行数据拟合，与实际有出入，会产生一定的误差；
[0102]
(2)仅考虑了一条曲线，缺少空间因素；
[0103]
(3)仅考虑了各个位置的长度因素，其它参数未考虑；
[0104]
2.5模型拓展
[0105]
根据上面的评价，模型在实际的调查测量研究中可做如下改进：
[0106]
(1)多次拟合，实践验证；
[0107]
(2)引入空间曲面方程，将人体曲面与座椅各曲面进行联合建模约束；
[0108]
(3)各个位置加入具体形状参数的约束；
[0109]
(4)结合选择确定的材料对各项参数更进一步的对比优化；
[0110]
3.在已有的模型基础上，加入压力传感检测系统及物联网技术使得所研究的新型座椅能够具有研究目的中提到的功能，并能够实现座椅与手机的实时连接。
[0111]
[0112][0113]
工作原理：
[0114]
通过气缸调节转轴，进而调节倚靠部2与座椅部1的角度，通过平板61在滑槽内的调节，进而调节靠背5、座板4的位置，平板61与滑槽内的连接方式为丝杆传动，通过移动部3可进行移动座椅的位置，通过加入主要的压力传感检测系统，实现实时分析使用者是否存在长时间久坐或者对身体躯干有损的不良坐姿等情况，这一步之后利用物联网技术实现座椅与手机的数据互通，从而实时提醒座椅上的人需要调整坐姿或离开座椅进行运动和休息，并通过每个阶段性时间统计出的数据给出坐姿调整及身体改善建议，这一方向能有效的减轻人们因坐姿不良及长时间久坐等方面带来的身体危害，使人们的工作生活更加健康化，当人坐在承载板42上端时，承载板42受压力挤压，承载板42带动连接管173以及套管172往下移动，进而使得固定管171上端的塞块密封管道口，同时套管172挤压充气气囊176，通过固定管171将空气导入伸缩囊174，伸缩囊174膨胀变大，顶起承载板42，同时拉簧175拉伸，在固定管171与连接管 172配合的情况下，排气孔177进行排气，网垫421能够将汗渍流
入清洁部件 23，人体离开座椅后，承载板42无压力的情况下，固定管171没有密封管道口，拉簧175处于收紧的状态，拉簧175收紧则会使得底板22与承载板42下端挤压海绵，进而将海绵中吸收的汗渍挤出至座板主体41内，通过排废管18排出，通过驱动电机10带动丝杆7转动，调节移动块8的位置，进而调节按摩机构的位置，当卡齿141与限位齿15啮合时，固定块14摆动带动摆臂9摆动，通过按摩块91可以起到按摩作用，电动推杆16收缩时推动摆臂9前后移动，按摩块91起到敲锤的作用，通过顶珠54起到穴位按摩的作用，当气泵11启动后可以吹入过气通道，然后驱动导轮24转动，负压使得吸汗条25的汗液快速导入过气通道26，进而使得吸汗条25可以快速大量的进行吸汗作用，汗液通过过气通道26导出。