CN114889550A - 一种人体坐姿综合约束装置 - Google Patents

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Abstract

本申请属于人体坐姿约束技术领域，特别涉及一种人体坐姿综合约束装置。本申请的人体坐姿综合约束装置，在现有座椅结构和安全带等防护措施基础上，采取安全带主动收回和坐姿状态调节等措施以降低人体的过载损伤。本申请可以加速安全带的锁紧，并通过安全带主动收回的方式对人体进行固定，降低发生碰撞时的人体损伤；可以将按照舒适性位置调节后的座椅靠背和座面位置调整到适用于安全性防护的位置；可以将坐姿调整为躺下等状态，大幅度提高平台坠毁时的人体抗过载能力。

Description

一种人体坐姿综合约束装置
技术领域
本申请属于人体坐姿约束技术领域，特别涉及一种人体坐姿综合约束装置。
背景技术
目前在飞机和车辆上多采用在乘员座椅上配备安全带的方式解决出现坠毁和碰撞等事故时的人体防护问题，直升机座椅还具有抗坠毁吸能作用，车辆上一般还会配备有安全气囊。但是这些方式都无法解决大过载条件下的人体防护问题。大过载条件下防护主要是解决人体生理特征的维持问题，如供血、呼吸和头颈部的挥鞭损伤等问题。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种人体坐姿综合约束装置，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种人体坐姿综合约束装置，包括：
座椅，所述座椅包括座椅支撑座、座面、座椅靠背、安全带以及安全带收紧机构，其中，所述座面以及座椅靠背通过座椅铰链安装在所述座椅支撑座上，所述安全带安装在所述座椅靠背上，并与所述安全带收紧机构连接；
作动器，所述作动器包括收紧作动器、切换分离作动器、靠背姿态控制作动器以及座椅座面姿态控制作动器，其中，
所述收紧作动器安装在所述座椅靠背上，所述收紧作动器的一端安装有收紧轮，所述收紧轮与所述座椅靠背上的导向滚轮配合，实现对所述安全带的控制；
所述切换分离作动器与所述座椅铰链的锁紧元件连接，用于断开所述座面与所述座椅靠背之间的连接；
所述靠背姿态控制作动器的一端安装在所述座椅支撑座上，另一端与所述座椅靠背铰接；
所述座椅座面姿态控制作动器的一端安装在所述座椅支撑座上，另一端与所述座面铰接；
工作气源，所述工作气源分别通过多个管路与四个所述作动器连接，所述管路上设置有控制阀；
信号感受和控制执行机构，所述信号感受和控制执行机构用于根据获取的平台状态信号控制所述控制阀的开断。
在本申请的至少一个实施例中，所述管路包括第一管路、第二管路以及第三管路，其中，
所述第一管路的一端与所述工作气源连接，所述第一管路的另一端分别与所述第二管路以及所述第三管路连接，所述第一管路上设置有启动控制阀；
所述第二管路包括第二管路上游段以及第二管路下游段，所述第二管路上游段的一端与所述第一管路连接，另一端与所述切换分离作动器连接，所述第二管路下游段的一端与所述第二管路上游段的中部连接，另一端与所述收紧作动器连接；
所述第三管路包括第三管路上游段以及第三管路下游段，所述第三管路上游段的一端与所述第一管路连接，另一端与所述靠背姿态控制作动器连接，所述第三管路下游段的一端与所述第三管路上游段的中部连接，另一端与所述座椅座面姿态控制作动器连接，所述第三管路上游段上设置有顺序控制阀，所述顺序控制阀在接收到所述切换分离作动器的分离信号之后被启动，所述第三管路下游段上设置有状态控制阀。
在本申请的至少一个实施例中，所述顺序控制阀采用机械信号控制的机械通断阀结构形式，所述启动控制阀以及所述状态控制阀均采用输入电信号控制的电动通断阀结构形式。
在本申请的至少一个实施例中，所述信号感受和控制执行机构用于根据获取的平台状态信号控制所述启动控制阀以及所述状态控制阀的开断。
在本申请的至少一个实施例中，所述收紧作动器、所述切换分离作动器、所述靠背姿态控制作动器以及所述座椅座面姿态控制作动器均采用单向作动的气缸结构。
在本申请的至少一个实施例中，所述信号感受和控制执行机构的平台状态信号来自飞机或车辆。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的人体坐姿综合约束装置，可以加速安全带的锁紧，并通过安全带主动收回的方式对人体进行固定，降低发生碰撞时的人体损伤；可以将按照舒适性位置调节后的座椅靠背和座面位置调整到适用于安全性防护的位置；可以将坐姿调整为躺下等状态，大幅度提高平台坠毁时的人体抗过载能力。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的人体坐姿综合约束装置示意图；
图2是本申请一个实施方式的工作状态示意图；
图3是本申请一个实施方式的工作原理示意图；
图4是本申请另一个实施方式的工作状态示意图。
其中：
1-座面；2-安全带；3-安全带收紧机构；4-导向滚轮；5-收紧轮；6-收紧作动器；7-座椅靠背；8-切换分离作动器；9-顺序控制阀；10-靠背姿态控制作动器；11-座椅支撑座；12-工作气源；13-启动控制阀；14-信号感受和控制执行机构；15-状态控制阀；16-座椅座面姿态控制作动器；17-座椅铰链。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图4对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种人体坐姿综合约束装置，包括：座椅、作动器、工作气源12以及信号感受和控制执行机构14。
具体的，参见图1，座椅可采用与目前飞机和车辆上的座椅相同的结构，座椅包括座椅支撑座11、座面1、座椅靠背7、安全带2以及安全带收紧机构3，其中，座面1以及座椅靠背7通过座椅铰链17安装在座椅支撑座11上，安全带2安装在座椅靠背7上，并与安全带收紧机构3连接。
作动器包括收紧作动器6、切换分离作动器8、靠背姿态控制作动器10以及座椅座面姿态控制作动器16，其中，收紧作动器6安装在座椅靠背7上，收紧作动器6的一端安装有收紧轮5，收紧轮5与座椅靠背7上的导向滚轮4配合，实现对安全带2的控制。收紧作动器6提供安全带2的收回驱动行程和预紧力，导向滚轮4的作用是控制安全带1的收压方向，收紧轮5的作用是与收紧作动器6配合，使安全带收紧机构3能够迅速工作锁紧安全带2，并使约束在人体表面的安全带2能够在一定预紧力的作用下加速收回。
切换分离作动器8与座椅铰链17的锁紧元件连接，用于断开座面1与座椅靠背7之间的连接，分离作动器8能够断开座面1与座椅靠背7之间原有的连接关系，形成可以在作动器驱动下变换相对角度的状态。
靠背姿态控制作动器10是控制靠背姿态的执行机构，靠背姿态控制作动器10的一端安装在座椅支撑座11上，另一端与座椅靠背7铰接。
座椅座面姿态控制作动器16是控制座椅座面姿态的执行机构，座椅座面姿态控制作动器16的一端安装在座椅支撑座11上，另一端与座面1铰接。
工作气源12分别通过多个管路与四个作动器连接，管路上设置有控制阀。工作气源12是驱动所有设备工作的工作能源，可以采用压缩气体的气瓶形式，也可以采用类似安全气囊的燃气发生器，这两种形式目前在市场上均有货架产品出售和供应。
信号感受和控制执行机构14用于根据获取的平台状态信号控制控制阀的开断。信号感受和控制执行机构14是感受交通工具平台所发生的事故状态的感受装置和输出启动指令的执行机构，可以采用目前在汽车制造和其他领域所广泛采用距离预警雷达、过载传感器和碰撞传感器，可以根据所需防护的具体事故对象形式具体选择。
在本申请的优选实施方案中，工作气源12用于与四个作动器连接的管路包括第一管路、第二管路以及第三管路，其中，
第一管路的一端与工作气源12连接，第一管路的另一端分别与第二管路以及第三管路连接，第一管路上设置有启动控制阀13；
第二管路包括第二管路上游段以及第二管路下游段，第二管路上游段的一端与第一管路连接，另一端与切换分离作动器8连接，第二管路下游段的一端与第二管路上游段的中部连接，另一端与收紧作动器6连接；
第三管路包括第三管路上游段以及第三管路下游段，第三管路上游段的一端与第一管路连接，另一端与靠背姿态控制作动器10连接，第三管路下游段的一端与第三管路上游段的中部连接，另一端与座椅座面姿态控制作动器16连接，第三管路上游段上设置有顺序控制阀9，顺序控制阀9在接收到切换分离作动器8的分离信号之后被启动，第三管路下游段上设置有状态控制阀15。
本实施例中，顺序控制阀9是控制作动器工作先后顺序的机构，来自气源的工作压力首先被截止，在切换分离作动器8运行到位完成切换座面1与座椅靠背7之间的连接关系后被启动，此时被截止的气源工作压力到达下一级作动器，驱动座面1和座椅靠背7变换位置和相对角度。顺序控制阀9可以采用机械信号控制的机械通断阀结构形式。启动控制阀13是打开工作气源12到下级执行机构之间供气通路的控制阀，状态控制阀15是控制座椅座面姿态控制作动器16动作的控制机构，根据出现事故时的控制需要，接通供气通路或保持供气通路处于断开的状态。启动控制阀13以及状态控制阀15均可以采用输入电信号控制的电动通断阀结构形式。可以理解的是，本实施例中，信号感受和控制执行机构14用于根据获取的平台状态信号控制启动控制阀13以及状态控制阀15的开断。信号感受和控制执行机构14的平台状态信号可以来自飞机或车辆。
在本申请的优选实施例中，收紧作动器6、切换分离作动器8、靠背姿态控制作动器10以及座椅座面姿态控制作动器16均采用单向作动的气缸结构。
本申请的人体坐姿综合约束装置，工作原理如下：
当飞机或车辆发生事故时，信号感受和控制执行机构14根据感受到的状态信号向启动控制阀13发出启动指令，启动控制阀13启动后打开工作气源12到下级执行机构之间供气通路，同时信号感受和控制执行机构14也可以根据控制的模式需要决定是否向状态控制阀15发出启动指令，使其接通供气通路或保持供气通路处于断开的状态。
启动控制阀13启动后，来自工作气源12气压分别进入收紧作动器6和切换分离作动器8中使其工作。收紧作动器6工作后能够快速向下拉动安全带2并使其一端能够被安全带收紧机构3快速锁紧。锁紧后的安全带2在收紧作动器6和收紧轮5共同作用下继续收回和拉紧，强制所约束的人体被拉回到座椅靠背7上并固定，其过程直至收紧作动器6行程终了或收紧力被拉回阻力抵消。切换分离作动器8工作后解脱座面1与座椅靠背7之间原有的连接关系，形成可以在作动器驱动下变换相对角度的状态。在切换分离作动器8的活塞杆行程终端启动顺序控制阀9，顺序控制阀9启动后分别向靠背姿态控制作动器10和座椅座面姿态控制作动器16方向输出工作气压。
靠背姿态控制作动器10的活塞杆在工作气压的驱动下收回，驱动已经被切换分离作动器8解脱原有连接的座椅靠背7动作，直至达到规定的位置。在状态控制阀15被接通的情况下，工作气压也到达座椅座面姿态控制作动器16，其活塞杆伸出驱动同样解脱原有连接的座面1动作。座椅靠背7和座面1全部完成动作后可以是人体躯干处于理想的姿态并被安全带2固定在座椅上，达到最佳安全防护状态。
在本申请的一个实施方式中，主要面向飞机乘客的抗坠毁防护情况下，以提高人体法向的抗过载能力为目的，基本原理和实施形式如图1-2所示。通过座面1和座椅靠背7的终点位置和相对位置调整，结合安全带2的约束作用使人体躯干处于最佳抗坠毁防护状态。
在本申请的另一个实施方式中，如图3-4所示，主要面向在乘员根据舒适性需求情况下，通过调节座椅靠背7角度实现坐姿调整以提高耐疲劳能力。在事故发生时，需要快速恢复到标准坐姿的形式，其基本原理和实施形式见图3和图4。在事故发生时，靠背姿态控制作动器10的活塞杆在工作气压的驱动下伸出驱动已经被切换分离作动器8解脱原有连接的座椅靠背7动作，直至座椅靠背7恢复到初始位置。
本申请的人体坐姿综合约束装置，在现有座椅结构和安全带等防护措施基础上，采取安全带主动收回和坐姿状态调节等措施以降低人体的过载损伤。本申请具有以下优点：a)通过安全带加速收紧可以有效降低发生碰撞时的人体运动幅度，一方面避免人体与操纵台和前排座椅之间的碰撞，另一方面结合坐姿调整结果可以有效降低头部和四肢发生甩打所导致的损伤；b)可以在发生碰撞和坠毁时保证人体躯干在处于最佳位置，降低由于坐姿状态所导致的损伤程度；c)将坐姿调整为躺下等状态，使平台坠毁时的人体抗过载能力提升50％以上，大幅度提高未经专业训练的乘员的存活可能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种人体坐姿综合约束装置，其特征在于，包括：
座椅，所述座椅包括座椅支撑座(11)、座面(1)、座椅靠背(7)、安全带(2)以及安全带收紧机构(3)，其中，所述座面(1)以及座椅靠背(7)通过座椅铰链(17)安装在所述座椅支撑座(11)上，所述安全带(2)安装在所述座椅靠背(7)上，并与所述安全带收紧机构(3)连接；
作动器，所述作动器包括收紧作动器(6)、切换分离作动器(8)、靠背姿态控制作动器(10)以及座椅座面姿态控制作动器(16)，其中，
所述收紧作动器(6)安装在所述座椅靠背(7)上，所述收紧作动器(6)的一端安装有收紧轮(5)，所述收紧轮(5)与所述座椅靠背(7)上的导向滚轮(4)配合，实现对所述安全带(2)的控制；
所述切换分离作动器(8)与所述座椅铰链(17)的锁紧元件连接，用于断开所述座面(1)与所述座椅靠背(7)之间的连接；
所述靠背姿态控制作动器(10)的一端安装在所述座椅支撑座(11)上，另一端与所述座椅靠背(7)铰接；
所述座椅座面姿态控制作动器(16)的一端安装在所述座椅支撑座(11)上，另一端与所述座面(1)铰接；
工作气源(12)，所述工作气源(12)分别通过多个管路与四个所述作动器连接，所述管路上设置有控制阀；
信号感受和控制执行机构(14)，所述信号感受和控制执行机构(14)用于根据获取的平台状态信号控制所述控制阀的开断。
2.根据权利要求1所述的人体坐姿综合约束装置，其特征在于，所述管路包括第一管路、第二管路以及第三管路，其中，
所述第一管路的一端与所述工作气源(12)连接，所述第一管路的另一端分别与所述第二管路以及所述第三管路连接，所述第一管路上设置有启动控制阀(13)；
所述第二管路包括第二管路上游段以及第二管路下游段，所述第二管路上游段的一端与所述第一管路连接，另一端与所述切换分离作动器(8)连接，所述第二管路下游段的一端与所述第二管路上游段的中部连接，另一端与所述收紧作动器(6)连接；
所述第三管路包括第三管路上游段以及第三管路下游段，所述第三管路上游段的一端与所述第一管路连接，另一端与所述靠背姿态控制作动器(10)连接，所述第三管路下游段的一端与所述第三管路上游段的中部连接，另一端与所述座椅座面姿态控制作动器(16)连接，所述第三管路上游段上设置有顺序控制阀(9)，所述顺序控制阀(9)在接收到所述切换分离作动器(8)的分离信号之后被启动，所述第三管路下游段上设置有状态控制阀(15)。
3.根据权利要求2所述的人体坐姿综合约束装置，其特征在于，所述顺序控制阀(9)采用机械信号控制的机械通断阀结构形式，所述启动控制阀(13)以及所述状态控制阀(15)均采用输入电信号控制的电动通断阀结构形式。
4.根据权利要求3所述的人体坐姿综合约束装置，其特征在于，所述信号感受和控制执行机构(14)用于根据获取的平台状态信号控制所述启动控制阀(13)以及所述状态控制阀(15)的开断。
5.根据权利要求4所述的人体坐姿综合约束装置，其特征在于，所述收紧作动器(6)、所述切换分离作动器(8)、所述靠背姿态控制作动器(10)以及所述座椅座面姿态控制作动器(16)均采用单向作动的气缸结构。
6.根据权利要求1所述的人体坐姿综合约束装置，其特征在于，所述信号感受和控制执行机构(14)的平台状态信号来自飞机或车辆。
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