一种自适应姿态调整的健康座椅及其使用方法

技术领域

本发明属于智能制造技术领域，具体涉及一种用于健康座椅的自适应姿态调整机构，优化了人机工学结构，最大限度满足坐姿舒适性，达到健康生活和健康工作目的。

背景技术

随着时代的发展，现代人对于健康生活和健康工作越来越重视。其中，与我们密不可分的座椅，发挥着重要的作用。座椅是现代人类社会办公、学习、休闲、生活乃至生产劳动过程中的一种必不可少的座具。据统计，在一天的时间中，人大概有8.9小时是在形式各异的座具上度过的。而长久地依赖于“椅子”，会对我们的身体造成伤害，比如机体代谢减缓、容易患高血压、体重直线上升等，座椅成为了现代“健康的第二杀手”，特别是办公室一族。著名的《柳叶刀》杂志有研究指出，影响国人生活质量的常见非致死性疾病排在第二位的是“腰背痛及颈部疼痛”，而这个与我们长期保持不正确的坐姿与“低头”有关系。

好的坐姿可以减少椎间盘的压力，减缓椎间盘磨损的速率，并降低腰部产生因久坐产生的不适感。而好的坐姿除了需要有正确的健康坐姿观念外，选择一张合适的健康好椅子，是绝对必要的。舒适的、设计好的健康座椅能够减少笨拙的姿势以及职业病的生成，并能刺激最佳的工作效能，最大限度满足坐姿舒适性，达到健康生活和健康工作目的。

目前市面上的座椅，虽然有部分靠背自动扶腰、座背联动调节等功能，但是达不到根据人体的高矮、胖瘦等因素进行自适应姿态调整的目的。因此，市场急需一种自适应姿态调整的健康座椅。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应姿态调整的健康座椅及其使用方法。

本发明一种自适应姿态调整的健康座椅，包括靠背、座面和底座。所述的座面安装在底座上。靠背的下侧边缘与座面的后侧连接。所述的靠背包括靠背支架和安装在靠背支架上的靠背支撑调节机构。靠背支撑调节机构包括多个支撑模块。各支撑模块均能够在靠背支架上移动到不同位置。所述的支撑模块包括二级滑移板、移动支撑板、第一万向节和第一支撑弹簧。二级滑移板在一级驱动机构和二级驱动机构的驱动下进行二自由度移动。移动支撑板设置在二级滑移板的外侧，且与二级滑移板通过第一万向节构成球面副。移动支撑板与二级滑移板之间设置有多根第一支撑弹簧。各第一支撑弹簧布置在第一万向节的周围。

作为优选，所述的靠背支撑调节机构包括第一齿条和两个二轴移动支撑组件。两根第二齿条分别固定在靠背支架的两侧。所述的二轴移动支撑组件包括一级滑移板、一级驱动机构、支撑模块和二级驱动机构。所述的一级滑移板与两根第一齿条构成滑动副。一级驱动机构包括一级驱动电机和驱动齿轮。一级滑移板内侧面的两侧均安装有一级驱动电机。一级驱动电机的输出轴与驱动齿轮固定。两个驱动齿轮与两根第一齿条分别啮合。两个支撑模块内的二级滑移板均与一级滑移板构成滑动副。二级驱动机构包括双向丝杠和二级驱动电机。双向丝杠支承在一级滑移板上。双向丝杠上旋向相反的两个螺旋段与两个支撑模块内的二级滑移板分别构成螺旋副。双向丝杠由二级驱动电机驱动旋转。

作为优选，所述的座面包括座面支架和安装在座面支架上的座面支撑调节机构。座面支撑调节机构与靠背支撑调节机构结构相同。座面支撑调节机构内的第二齿条固定在座面支架上。

作为优选，本发明一种自适应姿态调整的健康座椅还包括头枕和腿板。头枕安装在靠背的顶部，且头枕相对于靠背能够摆动。所述腿板安装在座面的前侧边缘连接，且腿板相对于座面能够摆动。

作为优选，所述的头枕与靠背之间、靠背与座面之间、座面与腿板之间均设置有复位弹簧。

作为优选，所述的靠背相对于座面能够摆动。头枕与靠背之间、靠背与座面之间、座面与腿板之间均通过角度调节锁定装置转动连接并能够锁止。

作为优选，所述的角度调节锁定装置包括连接组件和锁定组件。连接组件包括连接座和连接轴。在头枕与靠背之间的连接组件中，连接轴与连接座构成转动副。连接座与靠背支架固定。连接轴与头枕支架固定。在靠背与座面之间的连接组件中，连接轴与连接座固定。连接座与座面支架固定。连接轴与靠背支架构成转动副。在座面与腿板之间的连接组件中，连接轴与连接座固定。连接座与腿板固定。连接轴与座面支架构成转动副。

所述的锁定组件包括电磁铁、锁定弹簧、移动插销和定位锁紧齿轮。电磁铁固定在靠背、座面或腿板上，且连接轴相对于电磁铁能够电磁铁。定位锁紧齿轮固定在连接轴上。电磁铁固定在外壳内。移动插销与电磁铁构成滑动副。移动插销与电磁铁通过锁定弹簧连接。移动插销的外侧设置有朝向定位锁紧齿轮的锁止部。移动插销采用铁磁性材料。当电磁铁断电时，移动插销在锁定弹簧弹力的作用下抵住定位锁紧齿轮上的齿槽。当电磁铁通电时，移动插销在电磁铁的吸力作用下与定位锁紧齿轮分离。

作为优选，所述靠背的顶部安装有头枕；所述的头枕包括头枕支架和安装在头枕支架上的头部支撑调节机构；头部支撑调节机构包括头枕驱动机构、头部支撑板、第二万向节、头枕滑移板、第二齿条和第二支撑弹簧；头枕滑移板与头枕支架构成沿头枕高度方向滑动的滑动副；头枕驱动机构包括从动齿轮、安装板、第二电机、主动轴和主动齿轮；第二齿条安装在头枕支架上；安装板与头枕滑移板固定；主动轴支承在安装板上；从动轴支承在安装板上；主动轴由第二电机驱动旋转；主动齿轮固定在主动轴上；从动齿轮固定在从动轴上；从动齿轮与主动齿轮和齿条均啮合；所述的头部支撑板设置在头枕滑移板的外侧，且与头枕滑移板通过第二万向节构成球面副；多根第二支撑弹簧分别位于第二万向节的周围；第二支撑弹簧的两端与头部支撑板、头枕滑移板分别固定。

作为优选，所述的靠背、座面和腿板上均设置有弹性层和包覆层。所述座面的左右两侧均安装有扶手。所述的支撑模块内共有四根第一支撑弹簧。该四根第一支撑弹簧两两成组，分别位于第一万向节的左右两侧。

该自适应姿态调整的健康座椅的使用方法如下：

步骤一、根据使用者的身高、体型等因素，调节靠背支撑调节机构中各移动支撑板的位置。

步骤二、当使用者坐上该自适应姿态调整的健康座椅时，靠背支撑调节机构中位于上侧的两个移动支撑板对使用者背部的脊柱两侧提供支撑，且在第一万向节和第一支撑弹簧的作用下根据使用者背部的形状自动转动至贴合使用者背部的状态。靠背支撑调节机构中位于下侧的两个移动支撑板对使用者后腰的两侧提供支撑，且自动转动至贴合使用者后腰的状态。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明中的靠背支撑调节机构和座面支撑调节机构能够调节各移动支撑板的位置，从而为不同身高、体型的使用者提供最适宜的支撑位置。

2、本发明中的各移动支撑板能够在受到来自使用者的压力时进行自适应翻转，从而对使用者的背部、腰部、臀部、大腿和头部均提供充分支撑。

3、本发明的头部支撑板能够跟随使用者头部的运动而转动，从而达到持续托住使用者头部的效果，方便使用者在工作时的头部运动。

4、本发明满足了坐姿支撑、承载体重、缓解疲劳、辅助工作和健康保护功能的要求。因此，具有显著的经济、社会和环境效益。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中头枕与靠背的组合示意图；

图3为图2中A-A截面的剖视图；

图4为图2中B-B截面的剖视图；

图5为图2中C-C截面的剖视图；

图6为本发明中座面的示意图；

图7为本发明中腿板的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种自适应姿态调整的健康座椅，包括头枕Ⅰ、靠背Ⅱ、座面Ⅲ、扶手Ⅳ、腿板Ⅴ和底座Ⅵ。水平设置的座面Ⅲ安装在底座Ⅵ上。两个扶手Ⅳ分别安装在座面Ⅲ的左右两侧。腿板Ⅴ的内侧边缘与座面Ⅲ的前侧边缘连接。靠背Ⅱ的下侧边缘与座面Ⅲ的后侧连接。头枕Ⅰ的底部与靠背Ⅱ的上侧边缘连接。头枕Ⅰ与靠背Ⅱ之间、靠背Ⅱ与座面Ⅲ之间、座面Ⅲ与腿板Ⅴ之间均设置有角度调节锁定装置。头枕Ⅰ、靠背Ⅱ、座面Ⅲ、扶手Ⅳ和腿板Ⅴ上均设置有弹性层和包覆层，以提升舒适性。弹性层采用海绵。包覆层采用织物或皮料。从而得到具有坐姿自适应调节功能、舒适性强的健康座椅。

如图2、6和7所示，角度调节锁定装置包括连接组件和锁定组件。连接组件包括连接座25、连接轴24和复位弹簧23。连接轴24与连接座25固定或构成转动副。在头枕Ⅰ与靠背Ⅱ之间的连接组件中，连接轴24与连接座25构成转动副。连接座25与靠背支架12固定。连接轴24与头枕支架22固定。在靠背Ⅱ与座面Ⅲ之间的连接组件中，连接轴24与连接座25固定。连接座25与座面支架1固定。连接轴24与靠背支架12构成转动副。在座面Ⅲ与腿板Ⅴ之间的连接组件中，连接轴24与连接座25固定。连接座25与腿板Ⅴ固定。连接轴24与座面支架1构成转动副。复位弹簧23采用扭簧，套置连接轴24上，且两端与角度调节锁定装置连接的两个支架分别固定。从而实现头枕Ⅰ与靠背Ⅱ之间、靠背Ⅱ与座面Ⅲ之间、扶手Ⅳ与腿板Ⅴ之间各自的相对转动以及自动回弹复位。

锁定组件包括外壳2、电磁铁13、锁定弹簧14、移动插销15和定位锁紧齿轮16。外壳2固定在与连接轴24构成转动副的那个支架(靠背支架12的顶部、底部以及座面支架1的前侧各固定一个外壳2)上。定位锁紧齿轮16固定在连接轴24的中间位置。电磁铁13固定在外壳2内。移动插销15与外壳2构成滑动副。移动插销15与电磁铁13设置有锁定弹簧14。移动插销15的外侧设置有朝向定位锁紧齿轮16的锁止部。移动插销15采用铁磁性材料。当电磁铁13断电时，移动插销15在锁定弹簧14弹力的作用下抵住定位锁紧齿轮16上的齿槽，从而将连接座25与连接轴24相对锁止。当电磁铁13通电时，移动插销15在电磁铁13的吸力作用下后缩，与定位锁紧齿轮16分离，使得连接轴24与连接座25之间能够相对转动。

如图2和5所示，头枕Ⅰ包括头枕支架22和安装在头枕支架22上的头部支撑调节机构。头部支撑调节机构包括头枕驱动机构、头部支撑板17、第二万向节19、头枕滑移板20、第二齿条21和第二支撑弹簧18。头枕滑移板20与头枕支架22构成沿头枕Ⅰ高度方向滑动的滑动副。头枕驱动机构包括从动齿轮30、安装板31、第二电机33、主动轴34和主动齿轮35。两根第二齿条21均安装在头枕支架22上，且齿面相对并间隔设置。安装板31与头枕滑移板20固定。主动轴34支承在安装板31上，且位于两条第二齿条21之间。从动轴32均支承在安装板31上，且位于主动轴34的一侧。第二电机33固定在安装板31上，且输出轴与主动轴34固定。主动齿轮35固定在主动轴34上。从动齿轮30固定在从动轴34上。从动齿轮30与主动齿轮35啮合，并与其中一根齿条啮合。第二电机33驱动主动轴34和主动齿轮35旋转，带动两边的从动齿轮30和从动轴32旋转，从动齿轮30沿着第二齿条21的轴线方向滚动，驱动头枕滑移板20和头部支撑板17移动，实现头部支撑板17的高度调节。

头部支撑板17设置在头枕滑移板20的外侧，且与头枕滑移板20通过第二万向节19构成球面副。两个第二支撑弹簧18分别位于第二万向节19的左右两侧。第二支撑弹簧18的两端与头部支撑板17、头枕滑移板20分别固定。从而使得头部支撑板17能够跟随使用者头部的姿态进行二自由度转动，实现对使用者头部的充分支撑。

如图2、3、4和6所示，靠背Ⅱ包括靠背支架12和安装在靠背支架12上的靠背支撑调节机构。座面Ⅲ包括座面支架1和安装在座面支架1上的座面支撑调节机构。靠背支撑调节机构和座面支撑调节机构结构相同，均包括第一齿条8和两个二轴移动支撑组件。两根第二齿条21分别固定在靠背支架12或座面支架1的左右两侧。

二轴移动支撑组件包括一级滑移板10、一级驱动机构、导轨5、导轨座9、支撑模块和二级驱动机构。一级滑移板10与两根第一齿条8构成滑动副。一级驱动机构包括保护罩29、一级驱动电机27和驱动齿轮28。一级滑移板10内侧面的两侧均固定有保护罩29。保护罩29内固定有一级驱动电机27。一级驱动电机27的输出轴与驱动齿轮28固定。两个驱动齿轮28与两根第一齿条8分别啮合。通过两个一级驱动电机27的同步反向转动，带动一级滑移板10沿着靠背支架12的高度方向或座面支架1的长度方向滑动，调节至对使用者背部或臀部的支撑位置。

采用两根光轴的导轨5的两端均通过导轨座9固定在一级滑移板10上。导轨5的轴线方向垂直于第一齿条8的轴线方向。两个支撑模块内的二级滑移板26均与导轨5构成滑动副。二级驱动机构包括涡轮11、蜗杆、双向丝杠4和二级驱动电机。双向丝杠4的两端分别支承在两个导轨座9上。双向丝杠4上旋向相反的两个螺旋段与两个支撑模块内的二级滑移板26分别构成螺旋副。涡轮11固定在双向丝杠4的中间位置。蜗杆支承在一级滑移板10上，并与涡轮11啮合。蜗杆由二级驱动电机驱动旋转，实现对两个支撑模块的同步反向驱动。

支撑模块包括二级滑移板26、移动支撑板3、第一万向节6和第一支撑弹簧7。移动支撑板3设置在二级滑移板26的外侧，且与二级滑移板26通过第一万向节6构成球面副。四根第一支撑弹簧7沿着第一万向节6的周向均布。并且四根第一支撑弹簧7两两成组，分别位于第一万向节6的左右两侧。第一支撑弹簧7的两端与移动支撑板3、二级滑移板26分别固定。从而使得二级滑移板26能够跟随使用者背部或臀部的姿态及位置进行二自由度转动，实现对使用者背部和臀部的充分支撑。

该自适应姿态调整的健康座椅的使用方法如下：

步骤一、根据使用者的身高、体型等因素，调节头部支撑调节机构中的头部支撑板17的高度，以及靠背支撑调节机构和座面支撑调节机构中的各移动支撑板的位置。

步骤二、当使用者坐上该自适应姿态调整的健康座椅时，靠背支撑调节机构中位于上侧的两个移动支撑板对使用者背部的脊柱两侧提供支撑，且在第一万向节和第一支撑弹簧的作用下根据使用者背部的形状自动转动至贴合使用者背部的状态。靠背支撑调节机构中位于下侧的两个移动支撑板对使用者后腰的两侧提供支撑，且自动转动至贴合使用者后腰的状态，从而对使用者的后背提供受力均匀的充分支撑。

同时，靠背支撑调节机构中的四个移动支撑板分别支撑使用者臀部的两侧以及两条大腿，并自适应转动至最佳位置，实现坐姿支撑、承载体重、缓解疲劳、辅助工作和健康保护的功能。

此外，使用者的头部靠在头部支撑板17上，当使用者的头部转动时，头部支撑板17在第二万向节19和第二支撑弹簧18的作用下，跟随使用者的头部进行转动，并持续托住头部。从而方便使用者在工作时的头部运动，达到缓解疲劳、辅助工作和健康保护的要求。

头枕Ⅰ与靠背Ⅱ之间、靠背Ⅱ与座面Ⅲ之间、扶手Ⅳ与腿板Ⅴ之间的相对角度通过对应的角度调节锁定装置来进行自动调节和锁定，以达到最大限度满足坐姿舒适性的目的。