CN112353116A - 一种智能矫正坐姿的防近视桌椅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能矫正坐姿防的近视座椅装置，其特征在于通过人体坐姿智能检测系统、桌椅高度智能匹配系统、人体坐姿智能矫正系统来培养广大学生养成正确坐姿的习惯，达到防止近视的目的。装置的基础组成包括桌面支架、桌底支架、桌子底做、椅子底座和椅子支架；装置的控制系统包括高度匹配模块、坐姿检测模块和坐姿矫正模块。本发明通过智能高度匹配、智能检测坐姿、智能矫正坐姿等功能，实现了青少年在日常学习中矫正坐姿防近视，装置结构简单，功能多样，具有较高的实际应用价值。

Description

一种智能矫正坐姿的防近视桌椅

技术领域

本发明涉及一种智能矫正坐姿的防近视桌椅，具体来说涉及一种通过检测开关、控制模块及升降电机配合实现矫正坐姿防近视功能的装置。

背景技术

随着我国综合实力的不断提高和人民生活水平的不断改善，我国的教育机制也逐步健全，但教育中的许多问题也应运而生。据调查显示，全国有22.78％的小学生近视，有55.22％的初中生近视，而高中生近视的比率高达70.34％，大学毕业生几乎人人佩戴眼镜。另一方面因坐姿状态导致脊椎变形的孩子也为数不少，坐姿状态是学生群体绝大部分时间所处的状态，而由于坐姿不良所导致的身体健康疾病也越来越普遍，其中驼背、颈椎病、腰椎病、肌肉损伤、驼背等疾病，对青少年的身体发育非常不利且难以矫正。

就目前市场而言，智能化的教学桌椅并没有得到广泛的推广应用，由于学生群体大、投入资金多等各方面因素就连非智能化的矫正桌椅也没有得到推广。究其原因本质上还是现有的技术水平并不能智能化的适应参差不齐的人群，如身高、坐姿、年龄段上的差异；而且智能化的核心控制技术又是新兴技术，伴随着电力电子科学技术的发展，工业化程度的提高，此技术才得以日益完善。

综上，本发明介绍了一种适用于日常复杂环境的智能矫正坐姿防近视桌椅。

发明内容

本发明的目的是设计一种矫正坐姿的防近视桌椅，通过人体工程学设计和实时检测控制技术，从而实现智能高度匹配、智能检测坐姿、智能矫正坐姿等功能，来培养广大学生养成正确坐姿的习惯，达到防止近视的目的。

本发明装置的基础组成包括桌面支架、桌底支架、桌子底座、椅子底座和椅子支架，控制系统包括高度匹配模块、坐姿检测模块和坐姿矫正模块。高度匹配模块包括桌面检测开关、桌底推杆电机、桌底光电传感器、椅底推杆电机、椅底光电传感器和控制器芯片。坐姿检测模块和坐姿矫正模块包括椅背光电传感器、椅背推杆电机、桌面光电传感器、桌面减速电机和控制器芯片。

在高度匹配模块中，两个桌底推杆电机和两个椅底推杆电机分别嵌入到桌子底座和椅子底座内部，桌子和椅子底座与活动的连杆相嵌套，连杆的末端与电机的推杆端相接，两个桌底(椅底)推杆电机同步旋转带动桌面(椅面)升降。

在坐姿检测模块中，在椅面下的固定支架椅底安装推杆电机，电机的推杆端与活动的椅背相连接，椅背光电传感器固定椅背正下方的椅面中间，检测头朝上，并倾斜一定的角度。

在坐姿矫正模块中，桌面减速电机固定在桌面的内部，减速电机的凸轮与附有缓冲材料的活动桌面相切，凸轮的旋转会引起桌面的轻微振动。

本发明具有积极的效果：(1)本发明设计的桌椅，能自动检测使用者身高自行升降，调节到合适的高度，同时椅背能根据使用者的坐姿前后调节，强迫使用者挺直腰背；(2)本发明设计的桌面更加人性化，桌面稍倾斜，使用者看书更舒适，桌面的凹槽设计可防止身体过于贴近桌面；(3)本发明设计的桌面，可自动检测使用者头部的姿势，若其头部姿势偏离，控制桌面微震，强迫自行纠正坐姿，培养使用者养成良好的书写习惯。

附图说明

图1是本发明的系统总体结构框图；

图2是本发明的矫正坐姿的防近视智能桌椅整体结构图；

图3是本发明的智能高度匹配设计流程图；

图4是本发明的坐姿检测与矫正设计流程图。

具体实施方式

下面结合附图阐述发明内容的具体实施方式。

本发明提供了一种智能矫正坐姿的防近视桌椅，以人体工程学和相关工业设计理论为依据，通过在桌椅上安装多个光电传感器作为检测装置，正确采集使用者的姿势，控制系统以ATmega16单片机作为控制核心，对使用者姿势的改变做出不同的输出响应，通过继电器驱动推杆电机、减速电机达到调节桌椅高度、推动椅背进退和带动桌面振动的目的，从而实现智能匹配高度、智能检测坐姿、智能矫正坐姿等功能。

如图1为系统的总体结构框图，控制系统包括高度匹配模块、坐姿检测模块和坐姿矫正模块，高度匹配模块包括桌面检测开关、桌底推杆电机、桌底光电传感器、椅底推杆电机、椅底光电传感器和控制器，坐姿检测模块和坐姿矫正模块包括椅背光电传感器、椅背推杆电机、桌面光电传感器、桌面减速电机和控制器，控制器选用ATmega16芯片，作为整个控制系统的核心。检测开关和光电开关为安装在桌椅上面的光电传感器，分别执行检测是否有使用者坐入和采集使用者的人体姿态的任务，并将检测信号输入到控制器，控制器通过读取输入信号，从而做出对应输入下的输出响应。推杆电机和减速电机作为控制器输出响应的执行机构，在继电器的驱动下执行相应命令下的推拉和旋转任务，实现智能高度匹配、智能检测坐姿、智能矫正坐姿的功能。

如图2所示的一种智能矫正坐姿的防近视智能桌椅整体结构，其中1为桌面减速电机，2为桌面检测开关和光电开关，3为桌底推杆电机，4为桌面支架， 5为桌底支架，6为桌子底座，7为椅底推杆电机，8为椅子底座，9为椅子支架， 10为椅子扶手，11为桌底光电传感器，12为椅底光电传感器，13为椅背光电传感器，14为椅背推杆电机。它在传统学习桌椅结构的基础上，通过加入桌面支架、检测开关、光电开关、桌面减速电机、桌椅升降推杆电机、椅背推进电机和控制器来达到智能化设计的目的。桌面下设计自动支撑支架，使用者向桌内存取物品时，支撑支架会自动支撑桌面，当使用者不需要存取物品时，支架会自动放下。检测装置采用的是光电传感器，来采集使用者的坐姿状态。桌面上的光电开关，用来检测使用者的头部偏移情况，另外还需要在桌面底部放置光电传感器用于调节桌面高度；在椅子的底部安装光电传感器用于调节椅子高度，在椅背正下方的椅面中间也安装光电传感器，并倾斜一定的角度，用于检测使用者背部姿势。若使用者头部发生严重偏离，控制器会控制减速电机凸轮旋转会引起活动的桌面震动，使用者无法正常书写，强迫其自行纠正坐姿。在桌子底座内和椅子底座内安装的推杆电机均是通过内嵌式的轴承结构来实现的，两个推杆电机分别安装固定在椅子(桌子)下的固定底座的支架内部，电机的推杆与嵌套在固定支架内的活动连杆相接，两个电机同步旋转，当正转时向上推动连杆，连杆带动椅面(桌面)升起；当反转时向下拉动连杆，连杆带动椅面(桌面)下降。同理，椅背的推杆电机的推进和拉动也采用此结构。

图3为智能高度匹配设计流程图，首先是椅子的高度匹配设计：待系统进行初始化设置之后，当检测开关检测到有使用者开始坐到椅子上时，检测信号输入至控制器，控制器做出相应的指令，通过调整对应IO的高低点位变化，驱动继电器带动椅子底部的推杆电机正转，坐在椅子上的使用者缓缓升起，当推杆电机达到最大正转能力时，控制器再次调整对应IO口电位翻转，然后电机开始反转，当下降到一定高度时(高度变化因个人身高决定)，足部会挡住椅子底部的光电传感器，则输入至控制器的信号拉低，控制电机停止旋转，此高度即约定为椅子的最适高度。同样，当椅子调节完毕后进入桌子高度的匹配：一旦椅子底部的电机停转后，同时桌子底部的推杆电机开始正转，桌子缓缓抬高，当抬高到一定高度时(高度变化因个人身高决定)，桌子底部的光电传感器不在被使用者的膝盖遮挡，输入到控制器的信号置1，则控制桌子推升电机也停转，约定此高度为桌子的最适高度。

图4为坐姿检测与矫正设计流程图，坐姿的矫正主要考虑了两个方面：使用者背部姿势和头部姿势的矫正，主要改善使用者的颈椎问题和预防近视眼。首先对应背部姿势检测和矫正：当背部弯曲时将会阻挡住椅背上激光信号的接受，对应信号输入控制器即判定为坐姿不正确，在控制器输出信号变化的带动下，负责椅背推进的推杆电机正向旋转，通过椅背的推力而促使使用者挺直腰背，同时达到设定的正转距离后，电机反向旋转到原来的位置，同时当背部再次弯曲时，椅背又会执行相同的动作，从而达到矫正背部姿势的目的。

对于头部姿势的矫正：通过内嵌到固定桌面内的三排倾斜的光电传感器来采集使用者头部姿势的变化，当使用者的头部发生偏移时，如头部太低下，上排的光电传感器则未被遮挡，再如头部左右偏离严重，则其中两个的光电开关不被遮挡等。此信号的变化输入到控制器，则被认定为头部偏移，控制器的程序算法会通过继电器控制活动桌面下的减速电机旋转起来，通过凸轮进而带动附有缓冲材料的活动桌面的上下振动，促使使用者迅速调整头部姿势。当使用者改变坐姿之后，传感器能得到正确的反馈信号，控制器处理后停止凸轮电机的运行，桌面停止震动，使用者正常学习书写。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化从而可以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (4)

1.一种智能矫正坐姿的防近视桌椅，其特征在于通过人体坐姿智能检测系统、桌椅高度智能匹配系统、人体坐姿智能矫正系统来培养广大学生养成正确坐姿的习惯，达到防止近视的目的。所述装置的基础组成包括桌面支架、桌底支架、桌子底座、椅子底座和椅子支架，装置的控制系统包括高度匹配模块、坐姿检测模块和坐姿矫正模块。高度匹配模块包括桌面检测开关、桌底推杆电机、桌底光电传感器、椅底推杆电机、椅底光电传感器和控制器。坐姿检测模块和坐姿矫正模块包括椅背光电传感器、椅背推杆电机、桌面光电传感器、桌面减速电机和控制器。

2.如权利要求1所述的一种智能矫正坐姿的防近视桌椅，其特征在于高度匹配模块中，两个桌底推杆电机和两个椅底推杆电机分别嵌入到桌子底座和椅子底座内部，桌子和椅子底座与活动的连杆相嵌套，连杆的末端与电机的推杆端相接，两个桌底(椅底)推杆电机同步旋转带动桌面(椅面)升降。

3.如权利要求1所述的一种智能矫正坐姿的防近视桌椅，其特征在于坐姿检测模块中，在椅面下的固定支架椅底安装推杆电机，电机的推杆端与活动的椅背相连接，椅背光电传感器固定椅背正下方的椅面中间，检测头朝上，并倾斜一定的角度。

4.如权利要求1所述的一种智能矫正坐姿的防近视桌椅，其特征在于坐姿矫正模块中，桌面减速电机固定在桌面的内部，减速电机的凸轮与附有缓冲材料的活动桌面相切，凸轮的旋转会引起桌面的轻微振动。

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