基于CAD的人體工學分區(qū)獨立彈簧按摩座椅設計

周鑫磊，李 明，楊 帆，方子文，張華錦，劉麗麗

（齊齊哈爾大學 機電工程學院，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

隨著社會的發(fā)展需要，人們每天工作學習時間越來越長，由于坐姿以及工作習慣的問題會造成關(guān)節(jié)脊柱等器官的一些問題，久而久之甚至會出現(xiàn)頸椎病、腰椎間盤突出等嚴重健康問題。市面上常見的辦公用椅，結(jié)構(gòu)簡單，功能單一，長時間使用會對人體造成一定的傷害。針對這一現(xiàn)狀，設計了人體工學分區(qū)獨立彈簧按摩座椅，并結(jié)合CAD軟件對座椅進行輔助設計。人體工學分區(qū)獨立彈簧按摩座椅按照人體工學將彈簧座椅進行獨立分區(qū)，非通電狀態(tài)即可實現(xiàn)人體接觸區(qū)的輕型按摩，通電狀態(tài)可通過調(diào)節(jié)控制面板實現(xiàn)獨立分區(qū)的不同強度按摩。

1 人體工學座椅特性

人體工學按摩座椅依照人體工學的原理進行設計，將該座椅的頭枕、肘部托板位置設計為可調(diào)節(jié)，這也是其舒適度體現(xiàn)的一個明顯特點，其次，靠背完全按照人體脊椎形狀設計成S型，并采用記憶金屬制成，按照人體工學原理將彈簧座椅進行獨立分區(qū)，人體接觸區(qū)設有自動彈性調(diào)節(jié)的彈簧帽，隨著使用者的坐姿情況，讓腰、背部得到最舒適的支撐，使舒適度達到最佳。此外，將各部分按摩進行了獨立分區(qū)并設有控制面板，通電狀態(tài)可通過調(diào)節(jié)控制面板實現(xiàn)獨立分區(qū)的不同強度按摩，加大了按摩效率。通電狀態(tài)可通過調(diào)節(jié)控制面板實現(xiàn)獨立分區(qū)的不同強度按摩，能讓使用者在使用時更加的舒適、放松，消除了因長期使用傳統(tǒng)電腦座椅給人體帶來的疲勞和隨之而來的身體傷害。該座椅適用范圍廣，外觀優(yōu)美，實用性較強，如圖1所示。

圖1 人體工學分區(qū)獨立彈簧按摩座椅

2 人體工學座椅結(jié)構(gòu)

該座椅頸部靠背采用U型設計，靠背是活動可以調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上加有彈簧按摩鈕，進行多穴位按摩。扶手采用現(xiàn)代化設計，將扶手設計帶有控制按摩功能的顯示屏及控制按鈕，使用方便快捷并能控制各按摩區(qū)獨立工作，如圖2、圖3所示。

圖2 U形頸部靠背

圖3 按摩控制板

座椅的靠背按照人體工學原理，將靠背設計成S型，極大提升座椅的舒適程度，同時將靠背分為4個獨立的按摩區(qū)域，并在靠背的四個區(qū)域后方加有獨立電機，并且可在扶手上獨立控制按摩電機的開關(guān)和調(diào)節(jié)按摩強度，實現(xiàn)按摩區(qū)域和按摩強度可獨立調(diào)節(jié)按摩功能。此外，座椅上裝有的彈簧，打破了傳統(tǒng)座椅必須接通電源才能實現(xiàn)按摩的特點，來實現(xiàn)主動的輕型按摩，如圖4所示。

圖4 座椅靠背與主體按摩區(qū)域

座椅的底部設計采用液壓升降，使座椅的高度可調(diào)節(jié)，方便不同身高的使用者使用；同時底部采用傳統(tǒng)滾輪式底盤，方便移動，適用于更多的場所。座椅的電源控制箱設置在座位的下方，控制更加方便，如圖5所示。

圖5 升降裝置與底座

3 人體工學座椅工作原理

人體工學分區(qū)獨立彈簧按摩座椅打破傳統(tǒng)座椅的設計，將此款座椅設計兩種工作方式，分別為非通電狀態(tài)下的主動輕型按摩和通電狀態(tài)下的振動按摩。非通電狀態(tài)下，座椅上的彈簧受到壓力的作用發(fā)生形變，這時彈簧會產(chǎn)生一個相反方向的反作用力，座椅上裝有數(shù)個相同的彈簧，數(shù)個海綿帽2在彈簧1的作用下與人體接觸，實現(xiàn)主動輕型按摩且組成人體自然形態(tài)的形狀均勻支撐，提高舒適度的同時，矯正坐姿，如圖6所示。

圖6 座椅彈簧

通電狀態(tài)下，接通主電源線電機1由電機連接偏心輪，開始工作，電機工作帶動偏心輪振動裝置2工作進而帶動區(qū)域連接板傳動桿做前后振動，傳動桿在推動彈簧帽內(nèi)彈簧使彈簧帽振動，達到振動按摩效果。通過控制面板上的控制按鈕調(diào)節(jié)主動按摩控制箱，使四個區(qū)域能夠單獨工作或一起工作，由于不同使用者的最佳按摩強度不同，因此，各區(qū)域工作情況將會通過扶手上的控制顯示屏顯示給使用者，便于記錄以及下一次使用更加方便，如圖7所示。

圖7 座椅靠背內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

人體工學分區(qū)獨立彈簧按摩座椅依照人體工學原理進行分區(qū)設計，同時利用計算機輔助設計（CAD）對此款座椅進行繪制和建模，同時，人體工學分區(qū)獨立彈簧按摩座椅打破傳統(tǒng)座椅的設計，將靠背設計成S型，對各部分進行獨立分區(qū)；改變傳統(tǒng)按摩座椅必須通電才能按摩的方式；將傳統(tǒng)辦公座椅和按摩座椅的特性集合于一身，既滿足日常工作的使用需求，還帶有按摩功能，實現(xiàn)工作按摩兩不誤。座椅上裝有記憶彈簧，根據(jù)不同的坐姿反饋不同的形變，達到調(diào)整人體坐姿的目的，極大程度上減小了由于坐姿習慣問題對人身體構(gòu)成的損傷。人體工學分區(qū)獨立彈簧按摩座椅既可作為企業(yè)及黨政機關(guān)辦公用椅，也適用于家庭、商場等場所，真正實現(xiàn)一款座椅多種用途的效果。

［1］汪洋，陳斌，李云.國內(nèi)外辦公椅人體工學分析［J］.硅谷，2013，（6）.

［2］唐紅凱.環(huán)保健身按摩辦公椅的設計［J］.機械工程師，2013，（9）.

［3］蔡歡.多功能辦公休閑椅的設計與研究［D］.杭州：浙江工業(yè)大學，2015.

［4］許繼峰，張寒凝，崔天劍.基于坐姿行為的辦公椅設計與創(chuàng)新［J］.包裝工程，2013，（8）.