CN105747640A - 人体工程学座椅 - Google Patents

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张明辉
姚利宏
王喜明
张源
高敏
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Abstract

本发明提供了一种人体工程学座椅,其包括:底座支撑架,所述底座支撑架上连接有座板;背板,其枢接于所述底座支撑架,所述背板与所述底座支撑架之间连接有能够调整所述背板角度的连杆机构;位移调整机构,所述座板和所述背板上分别连接有所述位移调整机构。本发明的人体工程学座椅,能够在使用过程中让使用者的背部、骨盆、尾椎、腰椎肌肉与座椅产生紧密的联系,从而使使用者保持稳定的坐姿,减少使用者在久坐过程中的疲劳感以及麻木酸痛感;另外,通过该人体工程学座椅还可采集不同人体的坐姿及坐型及人坐后不同骨骼的受力及座椅的靠背和座面形变情况。

Description

人体工程学座椅
技术领域
本发明有关于一种座椅,尤其有关于一种测试人体背部及臀部受力状态并兼具普通座椅功能的人体工程学座椅。
背景技术
椅子是我们日常生活中不可缺少的用具,据英国《卫报》报道,现在全球的劳动者当中,有多达59%的人需要整天坐在办公室里工作。这些久坐的人群因长时间保持坐姿,当脊柱得不到必要的支持时,人体的腰部会因为长期的弓弯而造成椎间盘、椎骨还有肌腱的负荷,进而导致慢性肌肉疲劳,从而产生酸痛感;如果椎间盘压力太大容易导致椎间盘突出;如果压迫到神经,就很容易产生麻痹感,这些问题给办公人群或者久坐的人群带来了极大的困扰。
为了解决这些问题,现有技术的椅子为了达到舒适度,已经在人体背部、腰部以及臀部做了很多与椅子外形曲线相拟合的研究,为座椅设计了支撑人体腰部以及肩部的弧度、以及与人体臀部轮廓接近的座面弧度。但是,其不足之处在于,这些研究整体上看来还是处于二维的研究状态,当人坐于座椅上时,座椅不能够与人体的臀部、骨盆、尾椎及腰椎肌肉产生紧密的联系,从而使人产生不稳定感和疲劳感。而事实上,人体是一个三维的立体结构,虽然我们的人体大的骨骼由肌肉紧紧包裹,但是每个部位甚至是关节都存在自己的形状、尺寸以及体积,而不是一个简单的二维平面,座椅的设计应该围绕人体的结构展开,让座椅去贴近人的需求,而不是让人去适应座椅的结构。故此类椅子在一定程度上不能很好的满足人们对座椅实际使用时对舒适度的需求。
有鉴于上述座椅设计存在的一些漏洞,发明人基于人体工程学以及人体解剖学的学习,积极创新研究,优化一般现有的椅子的结构或者形态,使其在被使用时,更好的满足使用者的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种人体工程学座椅,能够在使用过程中让使用者的背部、骨盆、尾椎、腰椎肌肉与座椅产生紧密的联系,从而使使用者保持稳定的坐姿,减少使用者在久坐过程中的疲劳感以及麻木酸痛感;另外,通过该人体工程学座椅还可采集不同人体的坐姿及坐型及人坐后不同骨骼的受力及座椅的靠背和座面形变情况。
本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现:
本发明提供一种人体工程学座椅,所述人体工程学座椅包括:
底座支撑架,所述底座支撑架上连接有座板;
背板,其枢接于所述底座支撑架,所述背板与所述底座支撑架之间连接有能够调整所述背板角度的连杆机构;
位移调整机构,所述座板和所述背板上分别连接有所述位移调整机构。
在优选的实施方式中,所述连杆机构包括能够水平移动地连接在所述底座支撑架上的斜支架,所述斜支架枢接于所述背板。
在优选的实施方式中,所述底座支撑架上设置有滑槽,所述斜支架上连接有滑杆,所述斜支架通过所述滑杆在所述滑槽内滑动。
在优选的实施方式中,所述背板枢接于所述底座支撑架的枢接端与所述滑杆之间连接有可调整长度的调节带。
在优选的实施方式中,所述调节带包括带扣端和自由端,所述自由端设有多个调整孔,所述调节带通过所述带扣端连接于所述自由端的调整孔内而固定缠绕于所述滑杆和所述枢接端之间。
在优选的实施方式中,所述斜支架为两个,两个所述斜支架分别设置在所述背板与所述底座支撑架的两侧。
在优选的实施方式中,所述位移调整机构包括多个管体,多个所述管体可垂直移动地穿设在所述座板或所述背板上。
在优选的实施方式中,所述管体为中空管体,所述管体内穿设有弹性绳,所述弹性绳穿出所述管体的一端连接于所述座板的上表面或所述背板的正面,所述弹性绳穿出所述管体的另一端连接于所述座板的下表面或所述背板的后面。
在优选的实施方式中,所述底座支撑架包括长方形的框架本体,所述框架本体的四个端角处分别连接有支腿。
在优选的实施方式中,所述支腿的底端通过螺杆连接有高度调节螺帽。
本发明的人体工程学座椅的特点及优点是:该人体工程学座椅主要是为了让使用者在座椅使用的过程中保持腰椎微微前突的自然生理弯曲的状态,保护使用者的腰椎。在使用过程中让使用者的臀部、骨盆、尾椎、腰椎肌肉与座椅产生紧密的联系,从而使使用者保持稳定的坐姿,减少使用者在久坐过程中的疲劳感以及麻木酸痛感。另外,通过设置在座板和背板上的位移调整机构还可采集不同人体的坐姿及坐型及人坐后不同骨骼的受力及座椅的靠背和座面形变情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的人体工程学座椅的结构示意图。
图2为本发明的人体工程学座椅去掉位移调整机构的结构示意图。
图3为本发明的人体工程学座椅的支腿榫卯结构示意图。
图4为本发明的人体工程学座椅的支腿局部放大图。
图5为本发明的人体工程学座椅的框架本体的俯视示意图。
图6为本发明的人体工程学座椅的座板或背板的结构示意图。
图7为本发明的人体工程学座椅的位移调整机构的结构示意图。
图8为本发明的弹性绳应变-应力的线性关系图。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示,本发明提供一种人体工程学座椅,其包括底座支撑架1、背板2和位移调整机构3,其中:底座支撑架1连接有座板4;背板2枢接于所述底座支撑架1,所述背板2与所述底座支撑架1之间连接有能够调整所述背板角度的连杆机构5;所述座板4和所述背板2上分别连接有所述位移调整机构3。
具体是,底座支撑架1包括长方形的框架本体11,该框架本体11的四个端角处分别连接有支腿12。框架本体11包括两个水平且相互平行设置的长板111,两个长板111的端部之间分别连接有一个短板112;支腿12的上端连接于长板111与短板112的连接端角处,在本实施例中,支腿12的上端通过榫卯结构分别与长板111和短板112连接,请参阅图3所示,支腿12的上端侧壁上设有榫卯凹槽121,长板111或短板112的端部设有插入该榫卯凹槽121的榫卯凸部122,进一步的,当长板111或短板112通过榫卯凸部122固定于榫卯凹槽121内后,如图4所示,通过塞角螺丝123固定连接榫卯凸部122和支腿12,本发明采用榫卯结构可以使座椅承受较大的荷载,这种连接方式可以有效的限制各个零件向周围扭动,最主要的就是这种结构便于拆装运输。另外,请配合参阅图1和图2所示,支腿12与长板111、短板112连接后形成的内侧角落部分由塞角124固定,塞角124用螺丝125固定连接在支腿12上;在本发明中,支腿12的底端通过螺杆126连接有高度调节螺帽127,通过调节螺杆126旋入高度调节螺帽127的深度,可调节支腿12的长度,从而达到调整底座支撑架1的框架本体11的水平度和高度的目的,该螺杆126和高度调节螺帽127的设计,可以解决因各种人群的身高不一致,而致使需要的座板4高度不同的问题。
座板4大体呈长方形板状,其固定连接于框架本体11内的一端,也即座板4的两侧连接在框架本体11的两个长板111之间,座板4的一端连接于短板112。
框架本体11的中部枢接有门形支架21,门形支架21的两个自由端211可转动地连接在框架本体11的两个长板111上。在本实施例中,通过螺钉穿设在门形支架21与长板111上实现门形支架21可转动地设置。
背板2大体呈长方形板状,其固定连接在门形支架21内,从而背板2可在门形支架21的带动下相对框架本体11可转动地设置。该背板2的前侧面朝向座板4设置。
本发明的座板4和背板2采用镶嵌结构置于框架本体11和门形支架21中,无需连接件连接,且稳定不易活动,从而也可以达到方便拆装的目的。
连杆机构5设置在门形支架21与框架本体11之间,其位于背板2的后侧面,通过该连杆机构5可实现对门形支架21转动角度的调整,同时兼具固定支撑门形支架21的作用。在本发明中,连杆机构5包括能够水平移动地连接在底座支撑架1上的斜支架51,斜支架51例如通过螺钉等连接件枢接于背板2,从而斜支架51、底座支撑架1和背板2三者之间形成一个三角形稳定支撑结构,有利于背板2的稳定。在本发明的一具体实施例中,斜支架51为两个,两个斜支架51分别设置在背板2与底座支撑架1的两侧,也即,两个斜支架51分布在底座支撑架1的两侧,每个斜支架51连接在同侧的底座支撑架1和门形支架21之间,通过两个斜支架51可更加稳固地实现对安装在门形支架21上的背板2角度的调整和支撑目的。
在本发明中,在底座支撑架1上设置有滑槽13,该斜支架51上连接有滑杆511,斜支架51通过滑杆511在滑槽13内滑动。在本实施例中,在底座支撑架1的两个长板111上分别设有一个滑槽113,设置于底座支撑架1两侧的两个斜支架51的底端之间通过滑杆511相连,两个斜支架51的顶端分别枢接于门形支架21的两侧。
进一步的,背板2枢接于底座支撑架1的枢接端与滑杆511之间连接有可调整长度的调节带52。在门形支架21的两个枢接于长板111的自由端211之间连接有固定杆212,该固定杆212的两端穿过框架本体11的两个长板111后与门形支架21的两个自由端211相枢接。调节带52连接在固定杆212和滑杆511之间,其用于调节固定杆212与滑杆511之间的距离并进行固定,以此达到控制门形支架21的倾角大小的目的。在本发明的一实施例中,在固定杆212和滑杆511之间连接有两个调节带52,以更好地调整和固定滑杆511与固定杆212之间的相对位置。
在本发明中,如图5所示,该调节带52包括带扣端521和自由端522,自由端522设有多个调整孔(图中未示出),在本实施例中,调节带52由五金扣和连接在五金扣上的布带形成,该调节带52可通过其带扣端521连接于自由端522的不同调整孔内而固定缠绕于滑杆511和枢接端之间,也即,该调节带52缠绕固定于滑杆511和固定杆212之间,从而相对固定滑杆511与固定杆212之间的距离,达到调整背板2角度的目的。使用者可根据自己的需求,用调节带52固定门形支架21和斜支架51之间的距离,既能达到稳定座椅背板2的效果,又能调整背板2倾角的大小,从而保证坐姿的舒适度。
位移调整机构3设置在座板4和背板2上,其是本发明的关键机构,当人体坐在本发明的人体工程学座椅上后,通过该位移调整机构3可实现在使用过程中让使用者的背部、骨盆、尾椎、腰椎肌肉与座椅产生紧密的联系,从而使使用者保持稳定的坐姿,减少使用者在久坐过程中的疲劳感以及麻木酸痛感;另外,通过该位移调整机构3还可采集不同人体的坐姿及坐型及人坐后不同骨骼的受力及应变情况。
该位移调整机构3包括多个管体31,多个管体31可垂直移动地穿设在座板4或背板2上。具体是,在安装多个管体31前需要在座板4和背板2上分别用钻孔机打孔,例如,如图6所示,在座板4和背板2上沿水平和竖直方向分别打多排多列的穿孔32,该穿孔32为圆孔,其直径为1.1cm,两两相邻的穿孔32之间圆心距离为20mm,多个穿孔32紧密排列在座板4和背板2上。在座板4和背板2上设置多个整齐且紧密排列的管体31的主要目的在于后期的使用过程中,人体坐于座板4和后背靠于背板2时,能够整体感觉很平滑。
管体31大体为圆柱体形,其为中空管体,在本实施例中,管体31的直径为10mm,长度为100mm,如图7所示,管体31内穿设有弹性绳33,该弹性绳33穿出管体31的一端连接于座板4的上表面或背板2的正面,该弹性绳33穿出管体31的另一端连接于座板4的下表面或背板2的后面。该弹性绳33的力度要适中,弹性绳33的直径小于管体31的直径,将弹性绳33从管体31的一端穿至另一端,然后将带有弹性绳33的管体31穿入座板4或背板2中所设的穿孔32中,最后将弹性绳33的两端用钉枪固定于座板4的正面和背面、以及背板2的正面和背面,一孔一管,直至布满整个座板4和背板2。
当人体处于坐姿时,设置在座板4和背板2上的多个管体31可实现自动根据人体臀部和背部各个部位或者关节的形状以及体压分布,合理调节其在座板4和背板2上各个点的下陷和拉伸程度,以保持人体脊柱正常的弯曲状态和稳定盆骨。也即,当人体处于坐姿时,设于座板4和背板2上面的管体31,会因人体的压力而向下拉伸,且人体是一个三维立体的结构,虽然人体各个部位有肌肉紧紧的包裹,但是,事实上人体各个部位都有自己的形状、体积等,且人体各个部位的体压分布各有差异。就人体臀部而言,坐骨结节处所受的压力最大,然后从坐骨结节周围递减,直至大腿根部体压减至最低。所以,座板4上的管体31会根据人体臀部具体的体压分布而进行拉伸,直至拉伸后的所有管体31能够稳定人体盆骨,保证人体坐姿的稳定;当使用者在久坐过程中进行姿势的转换时,由弹性绳33固定的管体31会再一次根据人体具体的与座板4接触的骨骼进行调整,保证坐姿的舒适性,这样能够在一定程度上缓解因座板4和人体臀部曲线不相拟合而造成的久坐麻木甚至疼痛。而就人体脊柱而言,人体脊柱体压主要分布在腰椎的第3-4节,肩胛的体压主要分布在胸椎的第5-6节处,当人体后背靠于背板2时,该背板2上面的管体31也会根据脊柱具体的形态进行拉伸,调整与人体脊柱最佳的拟合状态,保证背部的舒适性,缓解背部疲劳。
位移调整机构3的多个管体31可以定量的测定人的体型,可以准确的测试人体坐在椅子上的尺寸变形,测试原理为管体31会根据人的坐型不同而移动,通过管体31相对座板4或背板2移动的位移的计算可以获得并计算出人的体型及人体坐在椅上后的受力点及位移及力值,通过计算可以得知人体骨骼的受力情况,因此可以进一步改进和提高人在座椅上的舒适程度。
本发明的座板4高度以及背板2高度可根据使用者的需求自由调节,当人体接近“躺”的姿势时,座板4的高度可适度增高,另,只需在座板4上固定更多的可上下活动拉伸的管体31,这样能够使人体臀部和腰部得到更多的支撑。
本发明的人体工程学座椅,其底座支撑架1、背板2、座板4、门形支架21等主体结构可采用木质材料制成,当然,在其他的实施例中,底座支撑架1、背板2、座板4、门形支架21等主体结构也可用其他材料,在此不作限制。另外,固定杆212、滑杆511、管体31为钢管,当然也可使用其他材料的管材。
本发明旨在提供一种设计合理、轻松舒适、方便操作、背倾角可适度调整、便于拆装搬运、且框架结构以及钢管都便于拆装,便于搬运,且闲置时可立于墙面,节省空间,并能实现人体臀部以及背部与座椅座面和椅背的三维拟合的人体工程学座椅。该人体工程学座椅主要是为了让使用者在座椅使用的过程中保持腰椎微微前突的自然生理弯曲的状态,保护使用者的腰椎。在使用过程中让使用者的臀部、骨盆、尾椎、腰椎肌肉与座椅产生紧密的联系,从而使使用者保持稳定的坐姿,减少使用者在久坐过程中的疲劳感以及麻木酸痛感。另外,通过设置在座板4和背板2上的位移调整机构3,一方面,可获取座椅曲面结构与人体的拟合曲线,并验证其是否能够稳定人体盆骨及使人体脊柱保持正常的生理弯曲;另一方面,当人体处于坐姿时,可获得人体与座椅曲面接触时合理的体压分布,以采集不同人体的坐姿及坐型及人坐后不同骨骼的受力及座椅的靠背和座面形变情况,并可以测量不同人体的骨骼尺寸。
当人体处于站立状态时,人体的脊柱是成“S”形的自然弯曲状态,而我们的颈部和腰部也是处于自然的弯曲,这就是我们人体正常的生理弯曲。但是,当人体由站姿转换成坐姿的时候,人体下肢得到了放松,骨盆向后方倾转,因而使背部下端的骶骨也倾转,使脊柱由正常的S形向拱形变化,使人体脊柱的椎间盘受很大的压力,尤其是第三腰椎和第四腰椎受到的压力最大。因此,久坐不活动的人群会因此让腰椎承受很大的压力,且弯腰坐姿比直立坐姿所承受的压力要多很多,久而久之会造成一些脊柱疾病,脊柱的损害对人们的日常生活以及身体健康有非常大的影响。
本发明的人体工程学座椅在作为普通座椅使用时,可有效改善此问题。当人体处于坐姿状态时,会产生不一样的体压分布。坐姿状态下支撑人体稳定的事实上是人体臀部的两块像三角一样较大的骨头,在人体解剖学中,我们称之为“坐骨结节”,坐骨结节处局部的皮肤也比较厚实,此时,人体处于坐姿时会相对比较舒适,但是,如果人体重量过于集中在坐骨处,会阻碍坐骨处血液的循环,造成麻木和疼痛。久坐于座面,体压主要是分布在人体臀部、腰椎及肩胛处,臀部承受的体压属坐骨处承受的压力最大,然后由坐骨向周围递减,直至大腿体压会减至最低。而腰椎和肩胛处的体压主要是分布在腰椎的第3-4节,肩胛的体压主要是分布在胸椎的第5-6节处。因此,人体处于坐姿时,一旦这几个主要的部位得不到必要的支撑,会使人产生不稳定感,从而产生肌肉的疲劳。所以说,本发明座椅的位移调整机构3可与人体臀部、骨盆、尾椎、腰椎产生紧密联系,能够让使用者保持稳定的坐姿,减少疲劳感。
本发明的人体工程学座椅在作为实验用座椅时,可用来测量坐姿时人体的背部和臀部的三维曲面结构和体压分布。具体是,通过多个管体31及其弹性绳33在座板4或背板2上发生的位移变化来测量。在实验过程中需要计算弹性绳33的弹性系数,然后根据管体位移发生的形变量计算背部和臀部的体压分布。
在计算弹性绳33的弹性系数时,通过选取不同质量的木材为实验提供所需的质量。通过胡克定律以求得弹性绳33的弹性系数。试验选取的物体重量与弹性绳33发生的变形量如表1所示:
表1不同拉力下弹性绳33变形量
通过胡克定律,对表1中的重力和变形量进行拟合,结果如图8所示。弹性绳33在不同重物作用下所受拉力与发生形变存在线性关系。图中方程中的线性方程的斜率即为试验所用弹性绳33的弹性系数,通过线性方程的拟合结果可知弹性绳33的弹性系数为16.17N/m。
实验过程中记录的不同测试者在实际测试中的座板4和背板2上的管体31形变量。通过胡克定律即可算得各个形变量所对应的应力。通过对应力分布的分析不仅可以得到人处于坐姿时人体背部各个点的受力大小,还可以通过对不同测试者的受力分布进行对比得到测试者的身高和体重的差异。这一实践研究对于指导符合人体工程学座椅的设计具有重要意义,做够真正做到“量体裁衣”。
以上所述仅为本发明的几个实施例,本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种人体工程学座椅,其特征在于,所述人体工程学座椅包括:
底座支撑架,所述底座支撑架上连接有座板;
背板,其枢接于所述底座支撑架,所述背板与所述底座支撑架之间连接有能够调整所述背板角度的连杆机构;
位移调整机构,所述座板和所述背板上分别连接有所述位移调整机构。
2.如权利要求1所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述连杆机构包括能够水平移动地连接在所述底座支撑架上的斜支架,所述斜支架枢接于所述背板。
3.如权利要求2所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述底座支撑架上设置有滑槽,所述斜支架上连接有滑杆,所述斜支架通过所述滑杆在所述滑槽内滑动。
4.如权利要求3所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述背板枢接于所述底座支撑架的枢接端与所述滑杆之间连接有可调整长度的调节带。
5.如权利要求4所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述调节带包括带扣端和自由端,所述自由端设有多个调整孔,所述调节带通过所述带扣端连接于所述自由端的调整孔内而固定缠绕于所述滑杆和所述枢接端之间。
6.如权利要求2至4中任一项所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述斜支架为两个,两个所述斜支架分别设置在所述背板与所述底座支撑架的两侧。
7.如权利要求1所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述位移调整机构包括多个管体,多个所述管体可垂直移动地穿设在所述座板或所述背板上。
8.如权利要求7所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述管体为中空管体,所述管体内穿设有弹性绳,所述弹性绳穿出所述管体的一端连接于所述座板的上表面或所述背板的正面,所述弹性绳穿出所述管体的另一端连接于所述座板的下表面或所述背板的后面。
9.如权利要求1所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述底座支撑架包括长方形的框架本体,所述框架本体的四个端角处分别连接有支腿。
10.如权利要求9所述的人体工程学座椅,其特征在于,所述支腿的底端通过螺杆连接有高度调节螺帽。
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