CN111035168A - 一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法，具体涉及学生用品领域，包括椅套，所述椅套套设于座椅靠背上，所述椅套两侧设有扣板，所述椅套顶部嵌设有光电传感器和声光报警器，所述椅套内部设有空腔，所述空腔内部设有弹性板，所述弹性板外侧设有海绵垫，所述弹性板前侧壁上嵌设有多组压力传感器和红外传感器，所述弹性板后侧设有支撑板。本发明利用光电传感器、压力传感器和红外传感器检测环境照度和学生坐姿，PLC控制器控制振动电机和声光报警器进行报警工作，另外辅助气缸和弹性板使用，便于学生确定自己坐姿正确，并且辅助学生长时间保持坐姿正确，也可用于学生刚坐下时寻找正确的坐姿时使用。

Description

一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法

技术领域

本发明涉及学生用品技术领域，更具体地说，本发明涉及一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法。

背景技术

目前，学生看书或者写作业，容易使用不正确的坐姿，长时间这样，容易发生脊柱弯曲变形，眼睛近视等；

而学生因为年龄和习惯的不同，在坐在椅子上时，有的人喜欢后背贴合椅背，坐直后进行工作，并且喜欢靠椅背学习工作的人其实很难保持正确的坐姿，长期使用不正确的坐姿也会导致脊柱弯曲变形；而有的学生喜欢坐在椅子前侧，后背不靠椅背，坐直后进行工作，但是这种坐姿也很难保持，长时期后因为后背停止产生疲惫感，脊柱更容易弯曲；

专利申请公布号CN 106683357 A的发明专利公开了一种基于红外传感器坐姿检测座椅及其检测方法，基于红外传感器坐姿检测座椅通过第二组红外传感器测得的数据进行分析处理，求出所得数据的方差，通过方差的波动程度来判断人体上半部分坐姿，并通过第一组红外传感器测得的数据来判断人腿当前的摆放位置，通过对比人体的上半部分中心点与两腿间距的中心点距右侧椅边的距离，将其做差值比较，用来判定人的当前坐姿状况，解决了现有的关于坐姿检测方法的缺乏，便于实时提醒保持正确的坐姿，养成好习惯。

但是上述技术方案中提供的一种基于红外传感器坐姿检测座椅及其检测方法在实际运用时时，仍旧存在较多缺点，如只通过检测人体上半部分距离椅背的距离差，检测坐姿，只适用于喜欢后背脱离椅背的情况下使用，当后背靠在椅背上时，距离过近，检测精度就会变差。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法，通过利用光电传感器、压力传感器和红外传感器检测环境照度和学生坐姿，PLC控制器控制振动电机和声光报警器进行报警工作，具备功能设置、振动提醒、声音提醒和无线数据传输等功能，纠正学生的坐姿以及保证开灯后照度适宜，另外辅助气缸和弹性板使用，便于学生确定自己坐姿正确，并且辅助学生长时间保持坐姿正确，也可用于学生刚坐下时寻找正确的坐姿时使用。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法，包括椅套，所述椅套套设于座椅靠背上，所述椅套两侧设有扣板，所述椅套顶部嵌设有光电传感器和声光报警器，所述椅套内部设有空腔，所述空腔内部设有弹性板，所述弹性板外侧设有海绵垫，所述弹性板前侧壁上嵌设有多组压力传感器和红外传感器，所述弹性板后侧设有支撑板，所述弹性板后侧两端设有气缸，所述气缸内侧设有振动电机，所述振动电机前端通过振动轴与弹性板固定连接，以及后端固定连接有伸缩杆。

在一个优选地实施方式中，所述扣板和椅套之间形成卡槽，所述卡槽与座椅靠背活动卡接，所述扣板和椅套内侧壁上均固定设有硅胶垫，所述硅胶垫与座椅靠背的贴合面上固定设有多个小吸盘。

在一个优选地实施方式中，所述弹性板由弹性塑料板制成，所述椅套由皮革制成，所述弹性塑料板截面设置为弧形，所述弹性塑料板后侧与支撑板和气缸前端固定连接，所述支撑板和气缸后端均与椅套固定连接。

在一个优选地实施方式中，每组所述压力传感器和红外传感器数量均设置为多个，且一个压力传感器和一个红外传感器并排安装，多个所述压力传感器和红外传感器从上到下均匀分布于弹性板上，多组所述压力传感器和红外传感器从左到右均匀分布于弹性板上。

在一个优选地实施方式中，并排安装的每个压力传感器和红外传感器对应的椅套前侧设有通孔，所述通孔截面设置为喇叭形。

在一个优选地实施方式中，所述支撑板内部设有PLC控制器、蓄电池和定时器，所述光电传感器、压力传感器和红外传感器通过A/D转换器与PLC控制器连接，所述PLC控制器通过D/A转换器连接终端、声光报警器、气缸和振动电机连接，所述PLC控制器连接端设有定时器。

在一个优选地实施方式中，所述气缸与弹性板之间设有减震垫。

在一个优选地实施方式中，所述伸缩杆包括内杆和外管，所述内杆与外管活动卡接，所述振动电机后端与内杆固定连接，所述外管后端与椅套固定连接。

本发明还提供了一种矫正坐姿和预防近视的方法，具体方法步骤如下：

步骤一、a.当学生坐下后，如果学生背部没有靠住椅套，红外传感器检测到学生背部到椅套的距离，一般情况下为2到30厘米，如果多个红外传感器检测的距离相差较大，如2cm，则证明学生背部明显弯曲，振动电机和声光报警器会发出振动以及声光提醒，提醒修正坐姿；

如果距离检测装置检测到的距离相差较小，如2厘米以内，则认为背部挺直；

b.在检测到学生坐下后，光电传感器会检测当前光照度，如果光照度低于国家标准，则发出提醒，要求开灯增加照度；

c.在学生坐下后，定时器会开始计时，如果一直坐下持续时间达到一定的时间，如50分钟，则会发出提醒，要求学生离开座椅，暂停看书；

步骤二、a.当学生坐下后，红外传感器发现有人体坐下，如果学生背部靠住椅套，根据所有的压力传感器检测的受压数值，判断学生坐姿是否正确，若是出现椅套上方或下方或左侧或右侧任意一处的压力小于或大于设定值，则说明学生身体倾斜或是身体上仰或弯腰，坐姿不正确，发出报警；

b.若坐姿正确，则气缸带动两侧的弹性板向身体前侧移动，使弹性板呈弧形设置，包围学生的上半身两侧，是学生两侧得到支撑，便于学生确定自己坐姿正确，并且辅助学生长时间保持坐姿正确，也可用于学生刚坐下时寻找正确的坐姿时使用。

本发明的技术效果和优点：

1、本发明利用光电传感器、压力传感器和红外传感器检测环境照度和学生坐姿，PLC控制器控制振动电机和声光报警器进行报警工作，具备功能设置、振动提醒、声音提醒和无线数据传输等功能，纠正学生的坐姿以及保证开灯后照度适宜，另外辅助气缸和弹性板使用，便于学生确定自己坐姿正确，并且辅助学生长时间保持坐姿正确，也可用于学生刚坐下时寻找正确的坐姿时使用；

2、当学生坐下后，如果学生背部没有靠住椅套，红外传感器检测到学生背部到椅套的距离，一般情况下为2到30厘米，如果多个红外传感器检测的距离相差较大，如2cm，则证明学生背部明显弯曲，会发出提醒，提醒修正坐姿，当学生坐下后，如果学生背部靠住椅套，根据所有的压力传感器检测的受压数值，判断学生坐姿是否正确，若是出现椅套上方或下方或左侧或右侧任意一处的压力小于或大于设定值，则说明学生身体倾斜或是身体上仰或弯腰，坐姿不正确，发出报警，双重检测，检测精度更高。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的椅套剖视结构示意图。

图3为本发明的支撑板内部结构示意图。

图4为本发明的工作原理结构示意图。

附图标记为：1椅套、2座椅靠背、3扣板、4光电传感器、5声光报警器、6弹性板、7海绵垫、8压力传感器、9红外传感器、10支撑板、11气缸、12振动电机、13伸缩杆、14硅胶垫、15通孔、16 PLC控制器、17蓄电池、18定时器、19终端、20减震垫。

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。

实施例1：

本发明提供了如图1-2所示的一种矫正坐姿和预防近视的装置，包括椅套1，所述椅套1套设于座椅靠背2上，所述椅套1两侧设有扣板3，所述椅套1顶部嵌设有光电传感器4和声光报警器5，所述椅套1内部设有空腔，所述空腔内部设有弹性板6，所述弹性板6外侧设有海绵垫7，所述弹性板6前侧壁上嵌设有多组压力传感器8和红外传感器9，所述弹性板6后侧设有支撑板10，所述弹性板6后侧两端设有气缸11，所述气缸11内侧设有振动电机12，所述振动电机12前端通过振动轴与弹性板6固定连接，以及后端固定连接有伸缩杆13；

所述弹性板6由弹性塑料板制成，所述椅套1由皮革制成，所述弹性塑料板截面设置为弧形，所述弹性塑料板后侧与支撑板10和气缸11前端固定连接，所述支撑板10和气缸11后端均与椅套1固定连接。

通过光电传感器4、压力传感器8和红外传感器9检测环境照度和学生坐姿，PLC控制器16控制振动电机12和声光报警器5进行报警工作，纠正学生的坐姿以及保证开灯后照度适宜，另外辅助气缸11和弹性板6使用，便于学生确定自己坐姿正确，并且辅助学生长时间保持坐姿正确，也可用于学生刚坐下时寻找正确的坐姿时使用。

实施例2：

根据图1所示的一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法，每组所述压力传感器8和红外传感器9数量均设置为多个，且一个压力传感器8和一个红外传感器9并排安装，多个所述压力传感器8和红外传感器9从上到下均匀分布于弹性板6上，多组所述压力传感器8和红外传感器9从左到右均匀分布于弹性板6上；

根据图2所示的一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法，所述扣板3和椅套1之间形成卡槽，所述卡槽与座椅靠背2活动卡接，所述扣板3和椅套1内侧壁上均固定设有硅胶垫14，所述硅胶垫14与座椅靠背2的贴合面上固定设有多个小吸盘；

并排安装的每个压力传感器8和红外传感器9对应的椅套1前侧设有通孔15，所述通孔15截面设置为喇叭形，便于红外传感器9精确检测人体上半身位置；

所述气缸11与弹性板6之间设有减震垫20，便于在振动电机12工作时，弹性板6不会带动气缸11抖动；

所述伸缩杆13包括内杆和外管，所述内杆与外管活动卡接，所述振动电机12后端与内杆固定连接，所述外管后端与椅套1固定连接，便于气缸11带动两侧的弹性板6前后移动时，能够带动振动电机12前后移动适应弹性板6；

根据图3-4所示的一种矫正坐姿和预防近视的装置与方法，所述支撑板10内部设有PLC控制器16、蓄电池17和定时器18，所述光电传感器4、压力传感器8和红外传感器9通过A/D转换器与PLC控制器16连接，所述PLC控制器16通过D/A转换器连接终端19、声光报警器5、气缸11和振动电机12连接，所述PLC控制器16连接端设有定时器18；光电传感器4检测光线强度，防止当前光线强度过低，损害视力；多个红外传感器9用于对背部和头部距离进行多点检测，从而防止坐姿不正；多个压力传感器8用于检测到学生背部是否抵靠在椅背，防止坐姿不正；当学生坐下时，定时器18开始计时，防止连续长时间坐着读写，导致过度用眼；通过检测学生的坐姿和环境光照，PLC控制器16控制声光报警器5发出声光报警，控制振动电机12发出振动提醒，将报警信息发送给终端19，终端19可以为家长或老师的收集或电脑，用于提醒学生坐正以及休息；

进一步的，所述光电传感器4型号设置为PZ-M31P，所述压力传感器8具体为I-SCAN薄膜压力传感器8，所述红外传感器9具体为GP2Y0A02YK0F 20-1红外测距传感器，所述光电传感器4、压力传感器8和红外传感器9通过有线或无线与PLC控制器16连接。

实施例3：

一种矫正坐姿和预防近视的方法，具体方法步骤如下：

步骤一、a.当学生坐下后，如果学生背部没有靠住椅套1，红外传感器9检测到学生背部到椅套1的距离，一般情况下为2到30厘米，如果多个红外传感器9检测的距离相差较大，如2cm，则证明学生背部明显弯曲，振动电机12和声光报警器5会发出振动以及声光提醒，提醒修正坐姿；

如果距离检测装置检测到的距离相差较小，如2厘米以内，则认为背部挺直；

b.在检测到学生坐下后，光电传感器4会检测当前光照度，如果光照度低于国家标准，则发出提醒，要求开灯增加照度；

c.在学生坐下后，定时器18会开始计时，如果一直坐下持续时间达到一定的时间，如50分钟，则会发出提醒，要求学生离开座椅，暂停看书；

步骤二、a.当学生坐下后，红外传感器9发现有人体坐下，如果学生背部靠住椅套1，根据所有的压力传感器8检测的受压数值，判断学生坐姿是否正确，若是出现椅套1上方或下方或左侧或右侧任意一处的压力小于或大于设定值，则说明学生身体倾斜或是身体上仰或弯腰，坐姿不正确，发出报警；

b.若坐姿正确，则气缸11带动两侧的弹性板6向身体前侧移动，使弹性板6呈弧形设置，包围学生的上半身两侧，是学生两侧得到支撑，便于学生确定自己坐姿正确，并且辅助学生长时间保持坐姿正确，也可用于学生刚坐下时寻找正确的坐姿时使用。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种矫正坐姿和预防近视的装置，包括椅套(1)，其特征在于：所述椅套(1)套设于座椅靠背(2)上，所述椅套(1)两侧设有扣板(3)，所述椅套(1)顶部嵌设有光电传感器(4)和声光报警器(5)，所述椅套(1)内部设有空腔，所述空腔内部设有弹性板(6)，所述弹性板(6)外侧设有海绵垫(7)，所述弹性板(6)前侧壁上嵌设有多组压力传感器(8)和红外传感器(9)，所述弹性板(6)后侧设有支撑板(10)，所述弹性板(6)后侧两端设有气缸(11)，所述气缸(11)内侧设有振动电机(12)，所述振动电机(12)前端通过振动轴与弹性板(6)固定连接，以及后端固定连接有伸缩杆(13)。

2.根据权利要求1所述的一种矫正坐姿和预防近视的装置，其特征在于：所述扣板(3)和椅套(1)之间形成卡槽，所述卡槽与座椅靠背(2)活动卡接，所述扣板(3)和椅套(1)内侧壁上均固定设有硅胶垫(14)，所述硅胶垫(14)与座椅靠背(2)的贴合面上固定设有多个小吸盘。

3.根据权利要求1所述的一种矫正坐姿和预防近视的装置，其特征在于：所述弹性板(6)由弹性塑料板制成，所述椅套(1)由皮革制成，所述弹性塑料板截面设置为弧形，所述弹性塑料板后侧与支撑板(10)和气缸(11)前端固定连接，所述支撑板(10)和气缸(11)后端均与椅套(1)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种矫正坐姿和预防近视的装置，其特征在于：每组所述压力传感器(8)和红外传感器(9)数量均设置为多个，且一个压力传感器(8)和一个红外传感器(9)并排安装，多个所述压力传感器(8)和红外传感器(9)从上到下均匀分布于弹性板(6)上，多组所述压力传感器(8)和红外传感器(9)从左到右均匀分布于弹性板(6)上。

5.根据权利要求4所述的一种矫正坐姿和预防近视的装置，其特征在于：并排安装的每个压力传感器(8)和红外传感器(9)对应的椅套(1)前侧设有通孔(15)，所述通孔(15)截面设置为喇叭形。

6.根据权利要求1所述的一种矫正坐姿和预防近视的装置，其特征在于：所述支撑板(10)内部设有PLC控制器(16)、蓄电池(17)和定时器(18)，所述光电传感器(4)、压力传感器(8)和红外传感器(9)通过A/D转换器与PLC控制器(16)连接，所述PLC控制器(16)通过D/A转换器连接终端(19)、声光报警器(5)、气缸(11)和振动电机(12)连接，所述PLC控制器(16)连接端设有定时器(18)。

7.根据权利要求1所述的一种矫正坐姿和预防近视的装置，其特征在于：所述气缸(11)与弹性板(6)之间设有减震垫(20)。

8.根据权利要求1所述的一种矫正坐姿和预防近视的装置，其特征在于：所述伸缩杆(13)包括内杆和外管，所述内杆与外管活动卡接，所述振动电机(12)后端与内杆固定连接，所述外管后端与椅套(1)固定连接。

9.一种矫正坐姿和预防近视的方法，其特征在于：具体方法步骤如下：

步骤一、a.当学生坐下后，如果学生背部没有靠住椅套(1)，红外传感器(9)检测到学生背部到椅套(1)的距离，一般情况下为2到30厘米，如果多个红外传感器(9)检测的距离相差较大，如2cm，则证明学生背部明显弯曲，振动电机(12)和声光报警器(5)会发出振动以及声光提醒，提醒修正坐姿；

如果距离检测装置检测到的距离相差较小，如2厘米以内，则认为背部挺直；

b.在检测到学生坐下后，光电传感器(4)会检测当前光照度，如果光照度低于国家标准，则发出提醒，要求开灯增加照度；

c.在学生坐下后，定时器(18)会开始计时，如果一直坐下持续时间达到一定的时间，如50分钟，则会发出提醒，要求学生离开座椅，暂停看书；

步骤二、a.当学生坐下后，红外传感器(9)发现有人体坐下，如果学生背部靠住椅套(1)，根据所有的压力传感器(8)检测的受压数值，判断学生坐姿是否正确，若是出现椅套(1)上方或下方或左侧或右侧任意一处的压力小于或大于设定值，则说明学生身体倾斜或是身体上仰或弯腰，坐姿不正确，发出报警；

b.若坐姿正确，则气缸(11)带动两侧的弹性板(6)向身体前侧移动，使弹性板(6)呈弧形设置，包围学生的上半身两侧，是学生两侧得到支撑，便于学生确定自己坐姿正确，并且辅助学生长时间保持坐姿正确，也可用于学生刚坐下时寻找正确的坐姿时使用。

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