CN111588223A - 自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，在坐板和靠背上分别设置有检测坐板受力分布和靠背受力分布的压力传感器阵列，当人体坐在该电动座椅上时，控制器能够根据坐板受到的人体压力分布控制坐板角度调节装置调节坐板的前后角度和左右角度，并根据靠背受到的人体压力分布控制靠背角度调节装置调节靠背的前后角度和左右角度，从而将座椅的坐板和靠背的角度调整到适合当前人体的骨盆和脊柱角度的位置，给人体各部位以均衡的力度支撑，使人体能够获得舒适坐姿。
Description
技术领域
本发明涉及智能家居领域，尤其涉及一种自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅。
背景技术
骨盆是连结脊柱和下肢之间的盆状骨架，是形成脊柱形状的基座，而脊柱的形状会影响人体骨架上其他部分的位置，以及做动作时所需的各肌肉运动的平衡。现有座椅都是依照正常人体的骨盆和脊柱角度设计的，并未考虑骨盆和脊柱角度不正常的人体体型特征，无法根据人体的骨盆和脊柱角度进行自适应调整以适应人体的骨盆和脊柱角度，这就导致骨盆和/或脊柱角度正常的人体与骨盆和/或脊柱角度不正常的人体坐在现有座椅上时座椅受力分布不同，从而造成现有座椅对骨盆和/或脊柱角度不正常的人体各部位支撑力度不均衡，造成骨盆和/或脊柱角度不正常的人体坐在现有座椅上时无法获得舒适坐姿。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明主要目的在于，提供一种自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，以解决现有座椅无法根据人体的骨盆和脊柱角度进行自适应调整以适应人体的骨盆和脊柱角度的问题。
(二)技术方案
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，包括坐板、靠背、坐板角度调节装置、靠背角度调节装置和控制器，所述控制器与所述坐板角度调节装置和所述靠背角度调节装置连接，所述坐板角度调节装置能够在所述控制器的控制下调节所述坐板的前后角度和左右角度，所述靠背角度调节装置能够在所述控制器的控制下调节所述靠背的前后角度和左右角度，所述坐板上设置有用于在人体坐在所述坐板上时检测所述坐板受到的人体压力分布的第一压力传感器阵列，所述靠背上设置有用于在人体靠在所述靠背上时检测所述靠背受到的人体压力分布的第二压力传感器阵列，所述控制器与所述第一压力传感器阵列和所述第二压力传感器阵列连接，用于根据所述坐板受到的人体压力分布控制所述坐板角度调节装置调节所述坐板的前后角度和左右角度，以及根据所述靠背受到的人体压力分布控制所述靠背角度调节装置调节所述靠背的前后角度和左右角度。
进一步地，所述控制器具体用于将所述坐板受到的人体压力分布与预设的坐板标准压力分布进行比对，并根据比对结果调整所述坐板的前后角度和左右角度，使所述坐板受到的人体压力分布与所述坐板标准压力分布一致。
进一步地，所述坐板包括左前区域、左后区域、右前区域和右后区域，所述坐板标准压力分布为所述左前区域、所述左后区域、所述右前区域和所述右后区域受到的人体压力相等，所述第一压力传感器阵列包括：
坐板左前区域压力传感器，设置在所述坐板左前区域，用于检测所述坐板左前区域受到的人体压力；
坐板左后区域压力传感器，设置在所述坐板左后区域，用于检测所述坐板左后区域受到的人体压力；
坐板右前区域压力传感器，设置在所述坐板右前区域，用于检测所述坐板右前区域受到的人体压力；
坐板右后区域压力传感器，设置在所述坐板右后区域，用于检测所述坐板右后区域受到的人体压力。
进一步地，所述左前区域压力传感器、所述左后区域压力传感器、所述右前区域压力传感器、所述右后区域压力传感器中的每个都包括至少一个压阻薄膜传感单元。
进一步地，所述控制器具体用于将所述靠背受到的人体压力分布与预设的靠背标准压力分布进行比对，并根据比对结果调整所述靠背的前后角度和左右角度，使所述靠背受到的人体压力分布与所述靠背标准压力分布一致。
进一步地，所述靠背被划分为左侧区域和右侧区域，所述靠背标准压力分布为所述左侧区域与所述右侧区域受到的人体压力相等，所述第二压力传感器阵列包括：
靠背左侧区域压力传感器，设置在所述靠背左侧区域，用于检测所述靠背左侧区域受到的人体压力；
靠背右侧区域压力传感器，设置在所述靠背右侧区域，用于检测所述靠背右侧区域受到的人体压力。
进一步地，所述靠背左侧区域压力传感器和所述靠背右侧区域压力传感器中的每个都包括至少一个压阻薄膜传感单元或至少一个气压传感装置，所述气压传感装置包括气囊和安装在所述气囊内的气压传感器。
进一步地，所述电动座椅还包括坐板骨架，所述坐板角度调节装置包括四个第一电缸，所述四个第一电缸安装在所述坐板骨架上并成矩形排列，所述坐板底部与所述四个第一电缸的活塞杆连接，所述控制器通过控制所述四个第一电缸的活塞杆行程来调节所述坐板的前后角度和左右角度。
进一步地，所述电动座椅还包括靠背骨架，所述靠背角度调节装置包括四个第二电缸，所述四个第二电缸安装在所述靠背骨架上并成矩形排列，所述靠背底部与所述四个第二电缸的活塞杆连接，所述控制器通过控制所述四个第二电缸的活塞杆行程来调节所述靠背的前后角度和左右角度。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，在坐板和靠背上分别设置有检测坐板受力分布和靠背受力分布的压力传感器阵列，当人体坐在该电动座椅上时，控制器能够根据坐板受到的人体压力分布控制坐板角度调节装置调节坐板的前后角度和左右角度，并根据靠背受到的人体压力分布控制靠背角度调节装置调节靠背的前后角度和左右角度，从而将座椅的坐板和靠背的角度调整到适合当前人体的骨盆和脊柱角度的位置，给人体各部位以均衡的力度支撑，使人体能够获得舒适坐姿。
附图说明
图1是自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅的电路原理示意图；
图2是自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅的坐板和靠背组成结构示意图；
图3为坐板角度调节示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅包括坐板6、靠背7、坐板角度调节装置4、靠背角度调节装置5和控制器3。
控制器3与坐板角度调节装置4和靠背角度调节装置5连接，坐板角度调节装置4能够在控制器3的控制下调节坐板6的前后角度和左右角度。靠背角度调节装置5能够在控制器3的控制下调节靠背7的前后角度和左右角度。图2所示为坐板6和靠背7的组成结构示意图，其中，A-A’为坐板6与靠背7的大致交界端所在的轴，B-B’为将靠背7分为左半部分和有半部分的轴，C-C’为将坐板6分为左半部分和有半部分的轴，坐板6和靠背7调节前后角度时均沿轴A-A’旋转，靠背7调节左右角度时沿轴B-B’旋转，坐板6调节左右角度时沿轴C-C’旋转，坐板6及靠背7调节角度时的前后及左右方向如图中所示。需要指出的是，轴A-A’、轴B-B’和轴C-C’可以是虚拟的转轴，也可以是实体的转轴。
坐板6上设置有用于在人体坐在坐板6上时检测坐板6受到的人体压力分布的第一压力传感器阵列1。靠背7上设置有用于在人体靠在靠背7上时检测靠背7受到的人体压力分布的第二压力传感器阵列2。当人体的骨盆和脊柱角度正常时，其坐在座椅上时坐板6受到的人体压力分布应当符合一定的分布规律，而当骨盆和/或脊柱角度不正常时，其坐在座椅上时坐板6受到的人体压力分布就会出现不同的情况。例如，与骨盆和脊柱角度正常的人体坐在座椅上时坐板6和靠背7受到的人体压力分布相比，当骨盆前倾时，坐板6的前半部分受到的压力会变大，而坐板6的后半部分受到的压力会变小；当骨盆后倾时，坐板6的后半部分受到的压力会变大，而坐板6的前半部分受到的压力会变小；当脊柱向左侧弯时，坐板6左半部分受到的压力会变大，而坐板6右半部分受到的压力会变小；当脊柱向右侧弯时，坐板6右半部分受到的压力会变大，而坐板6左半部分受到的压力会变小；当人体脊柱向右旋转(俯视状态表现为人体躯干顺时针旋转)时，靠背7右半部分受到的压力会变大，而靠背7左半部分受到的压力会变小；当人体脊柱向左旋转(俯视状态表现为人体躯干逆时针旋转)时，靠背7左半部分受到的压力会变大，而靠背7右半部分受到的压力会变小。因此，通过检测坐板6和靠背7受到的人体压力分布可以判断人体的骨盆和/或脊柱的角度情况是否正常，以及是朝何种方向倾斜或旋转，从而为确定应当向何种方向调整坐板6和/或靠背7的角度提供压力数据参考。
控制器3与第一压力传感器阵列1和第二压力传感器阵列2连接，用于根据坐板6受到的人体压力分布控制坐板角度调节装置4调节坐板6的前后角度和左右角度，以及根据靠背7受到的人体压力分布控制靠背角度调节装置5调节靠背7的前后角度和左右角度。控制器3在获得了坐板6受到的人体压力分布和靠背7受到的人体压力分布数据后，根据坐板6受到的人体压力分布和靠背7受到的人体压力分布数据就可以判断人体的骨盆和脊柱角度是否正常，以及是朝何种方向倾斜或旋转，从而确定应该朝何种方向调节坐板6和/靠背7的角度。
对于坐板6的角度调节，控制器3可以将坐板6受到的人体压力分布与预设的坐板标准压力分布进行比对，并根据比对结果调整坐板6的前后角度和左右角度，使坐板6受到的人体压力分布与坐板标准压力分布一致。坐板标准压力分布为通过抽取一定数量的骨盆和脊柱角度正常的人体作为标准样本，检测各标准样本的人体坐在座椅上时坐板6受到的人体压力分布，计算各压力分布求的均值并将其作为坐板标准压力分布。
可将骨盆可能的倾斜方向确定为前、后、左、右及左前、左后、右前、右后八个方向，在此基础上，设定坐板6包括左前区域17、左后区域18、右前区域15和右后区域16，并设定坐板标准压力分布为左前区域17、左后区域18、右前区域15和右后区域16受到的人体压力相等。第一压力传感器阵列1包括坐板左前区域压力传感器10、坐板左后区域压力传感器11、坐板右前区域压力传感器8和坐板右后区域压力传感器9。坐板左前区域压力传感器10设置在坐板6左前区域17，用于检测坐板6左前区域17受到的人体压力；坐板左后区域压力传感器11设置在坐板6左后区域18，用于检测坐板6左后区域18受到的人体压力；坐板右前区域压力传感器8设置在坐板6右前区域15，用于检测坐板6右前区域15受到的人体压力；坐板右后区域压力传感器9设置在坐板6右后区域16，用于检测坐板6右后区域16受到的人体压力。在此条件下，如果检测到人体坐在座椅上时坐板6受到的人体压力分布中坐板6左前区域17、左后区域18、右前区域15和右后区域16受到的人体压力相等，则说骨盆角度是正常的，如果坐板6的左前区域17和右前区域15受到的人体压力相对坐板6的左后区域18和右后区域16受到的人体压力偏大，则说明骨盆可能向前倾斜，此时，控制器3可以调整坐板6的前后角度，使得坐板6向前倾斜，以减小坐板6左前区域17和右前区域15受到的压力，增大坐板6左后区域18和右后区域16受到的人体压力，使坐板6各区域受到的压力相等。骨盆朝其他方向倾斜的情况同理，在此不再赘述。
在构成坐板6各区域压力传感器的具体结构上，左前区域压力传感器10、左后区域压力传感器11、右前区域压力传感器8、右后区域压力传感器9中的每个都包括至少一个压阻薄膜传感单元。当左前区域压力传感器10、左后区域压力传感器11、右前区域压力传感器8、右后区域压力传感器9均包括多个压阻薄膜传感单元时，该多个压阻薄膜传感单元检测到的压力的和作为该多个压阻薄膜传感单元对应的区域的压力传感器检测到的人体压力，相比只有一个压阻薄膜传感单元，能够更全面检测坐板6相应区域受到的人体压力。如果左前区域压力传感器10、左后区域压力传感器11、右前区域压力传感器8、右后区域压力传感器9中的每个都包括多个压阻薄膜传感单元，则左前区域压力传感器10、左后区域压力传感器11、右前区域压力传感器8和右后区域压力传感器9所包括的压阻传感薄膜单元的数量应该相同，且型号一致。
对于靠背7的角度调节，控制器3可以将靠背7受到的人体压力分布与预设的靠背标准压力分布进行比对，并根据比对结果调整靠背7的前后角度和左右角度，使靠背7受到的人体压力分布与靠背标准压力分布一致。与坐板标准压力分布类似，靠背标准压力分布也可以是通过抽取一定数量的骨盆和脊柱角度正常的人体作为标准样本，检测各标准样本的人体坐在座椅上时靠背7受到的人体压力分布，计算各压力分布求的均值并将其作为靠背标准压力分布。
具有正常脊柱角度的人体坐在座椅上时对靠背7的压力应当是均衡的，即靠背7左右两侧区域受到的人体压力应该是相等的。因此，可将靠背7划分为左侧区域13和右侧区域14，靠背标准压力分布为左侧区域13与右侧区域14受到的人体压力相等。在此基础上，可设置第二压力传感器阵列2包括靠背左侧区域压力传感器和靠背右侧区域压力传感器。其中靠背左侧区域压力传感器设置在靠背7左侧区域13，用于检测靠背7左侧区域13受到的人体压力；靠背右侧区域压力传感器设置在靠背7右侧区域14，用于检测靠背7右侧区域14受到的人体压力。当靠背左侧区域压力传感器检测到的人体压力与靠背右侧区域压力传感器检测到的人体压力不等时，则说明人体脊柱有旋转。例如，当靠背左侧区域压力传感器检测到的压力比靠背右侧区域压力传感器检测到的压力大时，说明人体脊柱向左旋转，当靠背左侧区域压力传感器检测到的压力比靠背右侧区域压力传感器检测到的压力小时，说明人体脊柱向右旋转。控制器3可以调整靠背7的左右角度，使得靠背7左右两侧区域受到的人体压力相等。
对于靠背左侧区域压力传感器和靠背右侧区域压力传感器的具体构成，靠背左侧区域压力传感器和靠背右侧区域压力传感器中的每个都包括至少一个压阻薄膜传感单元或至少一个气压传感装置，气压传感装置包括气囊14和安装在气囊14内的气压传感器。压阻薄膜传感单元可以直接检测出压力。气压传感装置可以通过检测气囊14受到的气压大小，通过气压大小来反映受到的人体压力。气囊14受到的压力P可表示该气囊14对应的靠背区域受到的人体压力，压力P的计算公式为P＝P1-P2，其中P1为气囊14的气压，P2为气囊14的收缩压。可以在气囊14上连接电子气泵，通过如下方法得到气囊14的收缩压，即通过电子气泵计算气囊14的充气量，并根据气囊14的充气量和气囊14的收缩压随充气量变化的曲线计算气囊14的收缩压。这里，气囊14的收缩压随充气量变化的曲线为通过每次将气囊14充入不同的气量并检测气囊14在各充气量下的收缩压，然后根据气囊14在各充气量下的收缩压进行曲线拟合得到。
参考图3，电动座椅还包括坐板骨架20，坐板角度调节装置4包括四个第一电缸19，四个第一电缸19安装在坐板骨架20上并成矩形排列，坐板6底部与四个第一电缸19的活塞杆连接，控制器3通过控制四个第一电缸19的活塞杆行程来调节坐板6的前后角度和左右角度。例如，四个第一电缸19中，当前两个第一电缸19的活塞行程大于后两个第一电缸19的活塞行程时，坐板6为后倾状态，当前两个第一电缸19的活塞行程小于后两个第一电缸19的活塞行程时，坐板6为前倾状态，当左侧两个第一电缸19的活塞行程大于右侧两个第一电缸19的活塞行程时，坐板6为右倾状态，当左侧两个第一电缸19的活塞行程小于右侧两个第一电缸19的活塞行程时，坐板6为左倾状态。通过适当调节四个第一电缸19各自的活塞行程就可以将坐板6调节到合适的前倾、后倾、左倾、右倾、左前倾、左后倾、右前倾或右后倾角度。
电动座椅还包括靠背骨架，靠背角度调节装置5包括四个第二电缸，四个第二电缸安装在靠背骨架上并成矩形排列，靠背底部与四个第二电缸的活塞杆连接，控制器3通过控制四个第二电缸的活塞杆行程来调节靠背7的前后角度和左右角度。通过四个第二电缸调节靠背7的前后角度和/或左右角度与通过四个第一电缸19调节坐板6的前后角度和/或左右角度的原理同理，可参考图3，在此不再赘述。
上述实施例仅为优选实施例，并不用以限制本发明的保护范围，在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，包括坐板、靠背、坐板角度调节装置、靠背角度调节装置和控制器，所述控制器与所述坐板角度调节装置和所述靠背角度调节装置连接，所述坐板角度调节装置能够在所述控制器的控制下调节所述坐板的前后角度和左右角度，所述靠背角度调节装置能够在所述控制器的控制下调节所述靠背的前后角度和左右角度，其特征在于，所述坐板上设置有用于在人体坐在所述坐板上时检测所述坐板受到的人体压力分布的第一压力传感器阵列，所述靠背上设置有用于在人体靠在所述靠背上时检测所述靠背受到的人体压力分布的第二压力传感器阵列，所述控制器与所述第一压力传感器阵列和所述第二压力传感器阵列连接，用于根据所述坐板受到的人体压力分布控制所述坐板角度调节装置调节所述坐板的前后角度和左右角度，以及根据所述靠背受到的人体压力分布控制所述靠背角度调节装置调节所述靠背的前后角度和左右角度。
2.如权利要求1所述的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，其特征在于，所述控制器具体用于将所述坐板受到的人体压力分布与预设的坐板标准压力分布进行比对，并根据比对结果调整所述坐板的前后角度和左右角度，使所述坐板受到的人体压力分布与所述坐板标准压力分布一致。
3.如权利要求2所述的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，其特征在于，所述坐板包括左前区域、左后区域、右前区域和右后区域，所述坐板标准压力分布为所述左前区域、所述左后区域、所述右前区域和所述右后区域受到的人体压力相等，所述第一压力传感器阵列包括：
坐板左前区域压力传感器，设置在所述坐板左前区域，用于检测所述坐板左前区域受到的人体压力；
坐板左后区域压力传感器，设置在所述坐板左后区域，用于检测所述坐板左后区域受到的人体压力；
坐板右前区域压力传感器，设置在所述坐板右前区域，用于检测所述坐板右前区域受到的人体压力；
坐板右后区域压力传感器，设置在所述坐板右后区域，用于检测所述坐板右后区域受到的人体压力。
4.如权利要求3所述的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，其特征在于，所述左前区域压力传感器、所述左后区域压力传感器、所述右前区域压力传感器、所述右后区域压力传感器中的每个都包括至少一个压阻薄膜传感单元。
5.如权利要求1所述的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，其特征在于，所述控制器具体用于将所述靠背受到的人体压力分布与预设的靠背标准压力分布进行比对，并根据比对结果调整所述靠背的前后角度和左右角度，使所述靠背受到的人体压力分布与所述靠背标准压力分布一致。
6.如权利要求5所述的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，其特征在于，所述靠背被划分为左侧区域和右侧区域，所述靠背标准压力分布为所述左侧区域与所述右侧区域受到的人体压力相等，所述第二压力传感器阵列包括：
靠背左侧区域压力传感器，设置在所述靠背左侧区域，用于检测所述靠背左侧区域受到的人体压力；
靠背右侧区域压力传感器，设置在所述靠背右侧区域，用于检测所述靠背右侧区域受到的人体压力。
7.如权利要求6所述的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，其特征在于，所述靠背左侧区域压力传感器和所述靠背右侧区域压力传感器中的每个都包括至少一个压阻薄膜传感单元或至少一个气压传感装置，所述气压传感装置包括气囊和安装在所述气囊内的气压传感器。
8.如权利要求1所述的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，其特征在于，还包括坐板骨架，所述坐板角度调节装置包括四个第一电缸，所述四个第一电缸安装在所述坐板骨架上并成矩形排列，所述坐板底部与所述四个第一电缸的活塞杆连接，所述控制器通过控制所述四个第一电缸的活塞杆行程来调节所述坐板的前后角度和左右角度。
9.如权利要求1所述的自适应人体骨盆和脊柱角度的电动座椅，其特征在于，还包括靠背骨架，所述靠背角度调节装置包括四个第二电缸，所述四个第二电缸安装在所述靠背骨架上并成矩形排列，所述靠背底部与所述四个第二电缸的活塞杆连接，所述控制器通过控制所述四个第二电缸的活塞杆行程来调节所述靠背的前后角度和左右角度。
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