CN108095407A - 一种具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，包括木架、与所述木架配套使用的可拆卸的软层和座椅调节装置；所述的木架包括靠背、扶手、座架和搁脚板，所述的靠背、扶手和搁脚板均与座架相连；所述的软层分两段分附着于座面和搁脚板上，面料互相缝合成为一体，共同构成沙发座架的软层结构；所述的座椅调节装置包括电动推杆和辅助调节装置，所述的辅助调节装置通过调节电路的电阻，改变电机的运转速度，从而驱动电动推杆，调节沙发的辅助速度和高度，实现辅助起坐功能。本发明的沙发座架上的软层可拆卸连接方式，使垫层可以更换，更加符合老人对沙发垫层软硬度的多样化需要，能够调节辅助速度和辅助高度，使起坐更具稳定性与舒适性。
Description
技术领域
本发明属于人体工程学辅助实验装置技术领域；涉及一种多功能的软体坐具实验椅，应用于老年人助起功能的软体坐具的舒适性实验研究。
背景技术
人进入老年期，其身体素质下降，特别是背伸肌及下肢近段肌力明显减弱，膝关节控制能力也明显减退，引起老年人起坐困难。根据相关研究表明60岁以上老年人有50％左右不同程度的起坐不适。现有老年人辅助起坐沙发设计只有两个功能，伸展休息和辅助起坐。伸展休息功能即人坐沙发上可控制靠背在原有角度至180度范围内自主调节，同时搁脚板抬起小腿，可调节范围在0°到90°。辅助起坐就是遥控电动推杆把连接于电动推杆上的沙发向上或下推动，实现落座于沙发上的老年人由坐姿到站姿、站姿到坐姿的转换过程。沙发作为软体家具，其软层结构特征表现为海绵被面料整体包覆固定与木架上不能拆换，然而海绵垫层结构设计不合理或者海绵层长期使用弹性不足下陷都会非常不利于老年人起坐导致沙发舒适性较差，因此整体包覆型软体结构不能顾及老人对软硬度的个性需求，而且限制垫层结构更换缩短沙发使用寿命。另外沙发通过电动推杆辅助起坐，辅助速度及高度是影响起坐舒适性的关键因素，然而目前辅助速度及高度不能自主调节且对两者没有标准规格设定，因此老年人不能根据个人需求设定辅助速度及高度，只能顺应沙发固有设计。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，通过座椅调节装置调节座椅的辅助速度和高度，满足实现辅助起坐功能相关难易程度及稳定性的实验要求。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，包括木架、与所述木架配套使用的可拆卸的软层和座椅调节装置；所述的木架包括靠背、扶手、座架和搁脚板，所述的靠背、扶手和搁脚板均与座架相连；所述的软层分两段分附着于座面和搁脚板上，面料互相缝合成为一体，共同构成沙发座架的软层结构；所述的座椅调节装置包括电动推杆和辅助调节装置，所述的辅助调节装置通过调节电路的电阻，改变电机的运转速度，从而驱动电动推杆，调节沙发的辅助速度和高度，实现辅助起坐功能相关难易程度及稳定性的实验。
所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，附着于座面的软层包括外层面料、内层面料、公仔棉、海绵、魔术贴，其中，公仔棉和海绵作为填充物填充在内层面料内。
所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，附着于搁脚板的软层包括外层面料、公仔棉、魔术贴，其中，公仔棉填充在外层面料内。
所述的扶手与座架、靠背与座架均采用可拆卸方式连接。
所述的扶手与座架、靠背与座架均采用螺钉连接。
所述的扶手上的软层与扶手通过拉链连接。
所述的靠背上的软层通过拉链与靠背连接。
所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，位于所述的座架正下方的蛇形弹簧呈平面分布，在弯折处使用一根粗钢丝固定蛇弹簧避免形变。
所述的辅助调节装置包括电源、电阻、钮子开关、调速器、电源、断路器和继电器；继电器与电阻相连，电阻与钮子开关相连，钮子开关与调速器相连，调速器与电机相连，电机与断路器相连，断路器与电源相连；通过调节电路的电阻，改变电机的运转速度，从而驱动电动推杆进行调节。
所述的起坐沙发的下部与电动推杆上的滑块连接，滑块在电动推杆的行程内来回移动带动沙发上升下降。
有益效果是：与现有技术相比，本发明的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，通过座椅调节装置调节座椅的辅助速度和高度，满足实现辅助起坐功能相关难易程度及稳定性的实验要求，沙发座架上的软层可拆卸连接方式，使垫层可以更换，增加可试验的科目，为研究符合老人使用的对沙发垫层软硬度的多样化、根据老年人个人需要自主调节使起坐更具稳定性与舒适性等试验，提供研究依据，为成熟产品的研发提供可能，具有很好的实用性。
附图说明
图1是具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置的结构示意图；
图2是座架的结构示意图；
图3是座面软层的结构示意图；
图4是搁脚板软层的结构示意图；
图5是辅助调节装置的电气原理图；
图6是无助起和有助起模式下站起过程中的前后足压峰值时间差结果图；
图7是无助起和有助起模式下站起过程中前足压变化率图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、图2、图3和图4所示，具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，主要结构部件包括木架、软层以及座椅调节装置；木架包括靠背1、扶手2、座架3和搁脚板4；软层分两段分附着于座面(座面软层)和搁脚板(搁脚板软层)上，面料互相缝合成为一体，共同构成沙发座架的软层结构。座面软层包括外层面料6、内层面料7、公仔棉8、海绵9、魔术贴10，其中，公仔棉8和海绵9作为填充物填充在内层面料7内。搁脚板软层包括外层面料6、公仔棉填充物、魔术贴10，其中，公仔棉填充物填充在外层面料6内。扶手2与座架3、靠背1与座架3都使用可拆卸连接(螺钉11)。扶手2上的软包与木架通过拉链连接，靠背1上的软包同样通过拉链与木架连接。传统的沙发软包为整体包覆，本申请的沙发软包与木框架可分开，使用魔术贴拉链连接，海绵垫层单独使用布料包覆，踏板软层与木架结构之间通过拉链连接。
本申请的沙发木框架的弹性结构为蛇形弹簧构架，为保证软包能与木框架稳定粘连，在靠近座框边缘处对蛇形弹簧进行弯折，使用一根粗钢丝牵拉蛇形弹簧，从而保持簧型结构的稳定以及使弹簧面不再隆起。该结构调整与传统沙发结构相比，既能保证软包的稳定性，又能使座面富有弹性。近年来为了提高沙发起坐的舒适感，沙发企业在沙发的制作上都采用蛇弹簧，而较少使用绷带，蛇弹簧固定后会向上拱起，框架表面有轻微的弧度，能够提高沙发的弹性。但是如果使用魔术贴链接，不可避免的会导致坐垫不能接触到座架四周的魔术贴，无法满足坐垫连接的稳定性要求，也无法提高老年人起坐的舒适度，因此本申请通过改进结构，合理利用蛇形弹簧架构实现了坐垫与座架的牢固连接。为使软包与木框架连接更加牢固，木框架制作时，使木层突出2cm薄片，套在软包的布料上。因此座面软包的固定除了魔术贴的粘连基础，再加上局部套连更加稳定，使软包几乎没有脱离座面的可能性。为了使木架与软层紧密贴合，原本固定于木方上呈拱形的四根蛇形弹簧13，在木方12附近弯折，使座面正下方的蛇形弹簧拉直呈平面分布，在弯折处使用一根粗钢丝固定四根蛇弹簧避免形变。
如图5所示，座椅调节装置包括电动推杆5以及用于控制电动推杆5的辅助调节装置，该辅助调节装置的原理是通过调节电路的电阻，改变电机的运转速度。整个辅助调节装置的电子元器件包括：钮子开关、调速器、电源、断路器、继电器。
其中，电动推杆5是一种将电机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的位移执行机构，其结构包括电机、推杆和控制装置，推杆内部有内杆、丝杠、限位装置。在推杆极限位置的极限开关，会使电机停止运行并保持位置。通过控制电机正反转，使推杆伸长和收缩，配合连杆、杠杆或摇杆等机构完成复杂的运动。
钮子开关主要用于电路电源的断开和通路，操作简单方便，外形小巧，本申请使用的钮子开关为ON-OFF-ON六脚三档开关，额定电流15V，额定电压250V，OFF为中间定位，无通接触点即钮柄扳到中间垂直方向时为关闭状态；ON为接通后处于常通状态，向左或者向右扳动，接通电路，控制电机正反转。
本申请使用的调速器为PWM直流电机调速器，为Pulse Width Modulator、简称PWM，是一种利用脉宽调制(PWM)方式，采用可控硅触发电路实现调节电压的直流电机调速装置，该调速器具有价格低廉、技术成熟可靠、调速精度高等优点，调点位器旋钮通过改变调节器输出占空比，来改变电机的转速，进而改变推杆内丝杆的转速。
本申请使用的直流电源为输出电压24V，输出功率12W。
断路器是在配电系统和控制系统中起到控制、保护、报警等作用的元件或装置，可以接通和切断正常负荷或者超负荷电流或短路电流；除了控制功能外，还具有一定的保护作用，如过负荷、短路、欠压、漏电保护等。
限位开关又称行程开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。将行程限位开关安装在预先安排的位置，当运动部件上的模块撞击到行程开关时，限位开关的触点启动，实现电路的切换。本申请通过在推杆外部固定限位开关元件，来控制电动推杆的行程范围。
本申请的电机位于电动推杆的下部，电机通过旋转带动推杆内的丝杠旋转，由旋转运动转变为直线运动，通过钮子开关控制电机正反转，带动电动推杆伸缩。
本申请的继电器是一种电控制器件，用于继电保护与自动控制系统中，接收输入信号后输出电力信号，实现电路开闭。
该具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，总高1030mm、沙发坐深为510mm、坐宽为500mm、坐高为490mm、扶手高为190mm；沙发升起后最大高度为700mm。该沙发座面软层可以拆换并且座面弹性好结构牢固度高，更加符合老人对沙发垫层软硬度的多样化需要，且能延长沙发使用寿命。
该沙发辅助速度和高度可以在一定范围内进行调节，适应老年人的个人起坐习惯，满足舒适性、稳定性的要求。辅助起坐沙发的下部与电动推杆上的滑块连接，滑块在推杆的行程内来回移动带动沙发上升下降。因此辅助高度的调节就是推杆的行程控制，由于实验过程中，该因素的研究需要控制精准，若仅仅依靠开关手动控制沙发的上升或下降停止，具有很大的误差，因此辅助高度的调节是在现有机构的基础上增设限位开关来实现。限位开关与电动推杆是可拆卸连接，在推杆上测量需要的行程，定位打孔，于该处安装一个限位开关并使用螺钉连接，使限位开关上的滚珠挡片超出推杆外沿1/2，当滑块运行到该位置时能触碰滚珠挡片，此时滑块挤压滚珠挡片，限位开关响应，电动推杆停止运行。进而可以保证推杆的行程被固定，即沙发的上升高度被确定。
相关研究表明，腰部不好的老年人与健康的老年人相比需要较高的扶手，而且身高的不同需要的扶手高度也有所不同，因此在本申请中考虑针对不同需求的老年人进行扶手设计，扶手通过可拆卸螺钉11连接座架，共可调节3个高度，分别为10cm、15cm、20cm。
该具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其首次使用的具体操作流程如下：
1、安全检查：检查整个系统连接是否正确，钮子开关是否位于空挡；有无断线掉线的情况，避免沙发在升降时扯压到线，引起断路；限位开关与推杆有无牢固连接。一切正常情况下，接通电源，启动开关，检查沙发升降是否正常。
2、接通电路：连接插板打开断路器，如果电源灯绿亮，表明电路接通。
3、控制电机转向：左右拨动钮子开关控制电机正反转，沙发继而上升或下降。
4、调节速度：旋转调速器(调速器)上的点位旋钮，选定需要调速器输出的占空比。
5、调节高度：根据实验内容需要，调节限位开关的位置，限制电动推杆的行程。
实施例1无助起与有助起模式的对比试验
在本申请的前期调研中发现老年人对辅助起坐沙发几乎不了解，但认同该沙发的功能研发价值，期望能减轻自己的起坐困难。为了验证老年人辅助沙发确实能够帮助老年人助起，因此进行无辅助与有辅助模式下老年人起坐试验的对比，通过分析有辅助和无辅助模式下助起过程中老年人足部压力的变化，评价无辅助与有辅助起坐难易程度及稳定性。
对象：为南京林业大学老年活动中心内65岁以上老年人8名，受试对象身体健康，无精神及其他疾病，可以独自完成起坐。主要参数为：年龄70±7.5岁，身高162±10.39cm，体重64.8±12.84Kg，小腿42±1.63cm，大腿38.88±7.95cm，BMI24.54±2.07。
主要仪器：Tekscan5315体压分布系统，该套系统包括了USB数据撷取器、操作软件和薄膜压力感测片(感测垫)，能够精准的量测局部压力的峰值，以及整体压力的分布状态。频率为8Hz，压力范围0～175mpa，该仪器可以动态压力撷取、即时绘图、分析和储存数据(压力、力量、区域)等。
试验变量：两种类型起坐方式：无助起坐和有助起坐。无助起坐方式即将本申请的老年人沙发视为普通沙发，座面无上升无辅助助起过程，老年人需依靠自身力量起坐。有助起坐方式为本申请的沙发，通过电动辅助起坐系统控制沙发的辅助高度和速度，帮助老年人起坐。Z0为无助起状态；V1H1、V1H2、V2H1、V2H2为有助起状态，其中H为助起高度：H1—700mm、H2—600mm；V为助起速度：V1—18mm/s、V2—9mm/s。试验共五组，如下表1所示：
表1 试验变量
| 实验变量 | Z0 | H1 | H2 |
| Z0 | Z0 | ─ | ─ |
| V1 | ─ | V1H1 | V1H2 |
| V2 | ─ | V2H1 | V2H2 |
试验流程：仪器检查及场景布置、实验告知、实验要求；将体压分布仪放置脚下后，老年人根据指令完成无辅助起坐共3次，储存被试者体压数据；调节沙发高度和速度后，每种辅助模式下老年人根据指令完成辅助起坐共3次，储存被试者足部体压数据，结果如表2、表3、图6和图7所示。
表2 无助起与有助起模式下站起前后足压峰值时间差
由图1和表2可知，Z0(无辅助)时，前后足压峰值时间差最高，证明此时老人站起更吃力。有VH(辅助)时，前后足压峰值小于无助起模式。并且，无助起和有助起两种模式下的前后足压峰值有显著性差异，因此说明有助起模式下老人站起吃力程度明显小于无助起模式。
纵坐标(前足压变化率)：指老人足压变化的快慢程度。该值越低，足压变化慢，说明老人脚一直在地面发力(发力时间久)，因此更加吃力。该值越高，说明老人从脚不发力到发力完成时间很短，因此更加轻松。由图7结果可知，Z0(无助起)时前足压变化率最低，证明无助起时站起更吃力。有VH(有助起)时，老人站起吃力程度小于无助起。
表3 无助起与有助起模式下站起主观难易程度t检验
另辅助进行主观评价，结果表明无助起模式下坐起过程主观感受较差，与之相比有助起模式下站起过程更轻松省力。无助起与有助起主观感受差异显著，p值均小于0.05，存在显著性差异(如表3所示)。
综上实验结果证实，无助起与有助站起过程前足压峰值时间差存在明显差异，助起模式下比无助起模式难易程度及稳定性具有显著差异性，助起模式下站起比无辅助模式下站起前后足压峰值时间差减少，并且具有显著性差异；无助起和有助起模式下站起过程中前足压变化率增加。此外，老年人主观评价助起模式下起坐更容易，且与无助起模式下有显著差异；综上所述，说明老年人在助起模式下起坐更容易和稳定，验证了老年人辅助起坐沙发的有效性。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：包括木架、与所述木架配套使用的可拆卸的软层和座椅调节装置；所述的木架包括靠背（1）、扶手（2）、座架（3）和搁脚板（4），所述的靠背（1）、扶手（2）和搁脚板（4）均与座架（3）相连；所述的软层分两段分附着于座面和搁脚板上，面料互相缝合成为一体，共同构成沙发座架的软层结构；所述的座椅调节装置包括电动推杆（5）和辅助调节装置，所述的辅助调节装置通过调节电路的电阻，改变电机的运转速度，从而驱动电动推杆（5），调节沙发的辅助速度和高度，实现辅助起坐功能相关难易程度及稳定性的实验。
2.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：附着于座面的软层包括外层面料（6）、内层面料（7）、公仔棉（8）、海绵（9）、魔术贴（10），其中，公仔棉（8）和海绵（9）作为填充物填充在内层面料（7）内。
3.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：附着于搁脚板的软层包括外层面料（6）、公仔棉（8）、魔术贴（10），其中，公仔棉（8）填充在外层面料（6）内。
4.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：所述的扶手（2）与座架（3）、靠背（1）与座架（3）均采用可拆卸方式连接。
5.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：所述的扶手（2）与座架（3）、靠背（1）与座架（3）均采用螺钉（11）连接。
6.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：所述的扶手（2）上的软层与扶手通过拉链连接。
7.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：所述的靠背（1）上的软层通过拉链与靠背连接。
8.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：位于所述的座架正下方的蛇形弹簧呈平面分布，在弯折处使用一根粗钢丝固定蛇弹簧避免形变。
9.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：所述的辅助调节装置包括电源、电阻、钮子开关、调速器、电源、断路器和继电器；继电器与电阻相连，电阻与钮子开关相连，钮子开关与调速器相连，调速器与电机相连，电机与断路器相连，断路器与电源相连；通过调节电路的电阻，改变电机的运转速度，从而驱动电动推杆（5）进行调节。
10.根据权利要求1所述的具有辅助起坐功能的软体坐具实验装置，其特征在于：所述的起坐沙发的下部与电动推杆（5）上的滑块连接，滑块在电动推杆（5）的行程内来回移动带动沙发上升下降。
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