[一种运动休闲电脑椅的设计研发] 躺椅电脑椅一体

　　摘 要：在现代科技飞速发展的背景下，个人电脑得到了极大地普及，其娱乐休闲功能也得到了极大地应用，丰富了大家的业余文化生活。但是因长时间使用电脑，身体缺乏应有的锻炼对身体造成极大的损害这一问题困扰着许多用户。工作时间太长缺乏休息令身体过于疲劳，或因坐姿不合理导致一系列疾病,已经严重困扰着上班族、学生族等群体。
　　关键词：运动休闲；电脑椅；动平衡系统；按摩系统
　　传统的电脑椅设计简单、功能单一、未能充分考虑用户的健康因素，经过多方调查研究，我们设计了新型运动休闲电脑椅来解决当今电脑椅的主要问题，新型电脑椅可以完美的实现如下几点功能：
　　（1）采用重力感应系统，具有计时和定时提醒功能，通过语音提示来对用户造成一定的心理暗示，具有帮助用户控制上网时间的作用。
　　（2）独创椅面动平衡系统。该系统是新型电脑椅的核心机构，能够有效解决长时间静坐导致运动不足而产生的对身体的各种危害。当椅面动平衡系统启动时，处于折叠状态的脚蹬动力装置自动弹出，进而通过气泵装置的调节，椅面会逐渐发生一定角度的倾斜，此时用户需要通过驱动脚蹬装置，以"打气"的方式来保持气压平衡，从而使椅面处于水平状态，维持平衡。
　　（3）人性化设计，充分考虑用户不同时段的不同需求，特别设置了手动开关装置，在用户有特殊需求时，可手动关闭椅面动平衡系统，电脑椅可以恢复到正常状态，不影响用户的工作。
　　（4）独创按摩系统，充分利用脚蹬产生的动力来对用户进行按摩，缓解因长时间玩电脑造成的身体疲劳。
　　（5）设置椅面、椅背倾角可调节，以满足不同坐姿能达到最大的舒适度。椅面倾角对椅面体压影响非常大，通过调节椅面、椅背的倾角，可分别在打字和看电影等不同需求时都能具备最合适的倾角，使用户能够得到最充分的休息。
　　一、研制背景与意义
　　1、设计背景
　　据统计，发达国家中坐姿工作的比例已经超过2/3，这个比例今后还将继续攀升，这无疑也是我国现代化进程中的必然趋势。除此之外，在当今社会背景下，大家同样花费大量的时间用电脑进行休闲娱乐，例如网上冲浪、看电影等等。这充分说明了在工作生活中椅子的重要性，也说明了对电脑椅进行深入的分析研究并进行设计改进的必要性。
　　在现代科技飞速发展的背景下，个人电脑得到了极大地普及，其娱乐休闲功能也得到了极大地应用，丰富了大家的业余文化生活。但是因长时间使用电脑，身体缺乏应有的锻炼对身体造成极大的损害这一问题困扰着许多用户。工作时间太长缺乏休息令身体过于疲劳，或因坐姿不合理导致一系列疾病,已经严重困扰着上班族、学生族等群体。
　　2、当今电脑椅的缺陷
　　（1）座椅的设计都略显简单粗糙，没有运用人机工程学进行科学的分析与设计的座椅的结构与尺寸，不能达到设计的最优化，不能最大限度的达到舒适，健康的效果。
　　（2）座椅功能单一，单一提供座椅的功能，未能充分达到电脑座椅与电脑的有机结合，忽视了电脑座椅可以为电脑用户提供更多的辅助功能。
　　（3）电脑椅都不具备运动健身功能，无法使用户在工作或玩电脑休闲的时候达到锻炼身体的目的。
　　（4）许多用户在使用电脑休闲的时候不能有效的控制自己的上网时间，而当今的电脑椅都不具备这一功能来有效的帮助用户解决这一个棘手的问题。
　　3、设计意义
　　新型运动休闲电脑椅采用独特的动平衡装置，在上网累计达到一定时间之后允许用户通过腿部的运动来维持椅身的平衡以此达到锻炼的目的。安装于椅背的自动按摩装置也是对身体的一种按摩放松，缓解因为久坐不动而造成的"电脑病"。此外定时的语音提示还对用户造成一种心理暗示，使用户能够提高电脑的使用效率，达到帮助用户控制上网时间这一辅助目的。
　　二、机械结构设计方案
　　1、总体尺寸设计
　　座椅高度：计算人体坐姿平均高度，经调查测量，取高度为50㎝；
　　座椅倾角设置:当椅面倾角为15℃时，局部体压会过大，因此设置最大斜角为15℃。计算得支撑杆缩短长度；座深与座宽 椅面尺寸： 50㎝×50cm
　　2、重力感应装置 采用压力传感器，置于椅面下方。
　　3、脚蹬装置两脚蹬间距：18㎝；脚蹬面尺寸：15㎝×10㎝。
　　4、椅背倾角的调节转动副连接，可发生旋转，调节椅背的倾角。设计最大倾角为30℃，可满足工作和休息的不同需求。
　　5、按摩装置 按摩小泡长度15㎝，上下运动行程10㎝
　　三、工作原理与性能分析
　　1、压力感应计时与动力装置的自动弹出。
　　压力感应装置核心部件为压力传感器，当用户（≥30Kg）落座后，压力传感器将压力信号转化为电子信号，并将电子信号传递给出气阀控制装置与语音装置，达到先语音提示"请做好运动准备"，然后椅面动平衡装置启动的效果。
　　此外，语音提示可以转移用户的部分注意力，允许用户做一会儿放松运动，避免长时间使用电脑导致的头疼、头晕等电脑病。
　　通过压力传感器的感应控制计时开关的启动，从而可以有效检测用户上网时间的。在用户工作（上网娱乐）达到一定时间（一小时）后，请用户通过运动进行放松，并在允许的条件下有效转移用户的部分注意力，缓解长时间上网造成的眼疲劳。
　　2、动平衡装置的启动
　　出气阀接收到压力传感器的电子信号后自动开启，动平衡装置开始工作。
　　3、脚蹬提供动力，动平衡系统正式工作
　　当前端装置弹出后，出气阀缓慢漏气，支撑杆缓慢下降，椅面逐渐发生倾斜，椅面下方弹簧在椅面发生倾斜时具有调节作用，能够维持椅面的平衡，不至于发生弯曲和扭转。
　　4、手动开关的设置
　　在椅面下方设置一个手动开关，开关能够通过电路控制出气阀的开关，实现手动控制椅面动平衡系统开关的功能，充分考虑用户的不同需求，体现设计的人性化。
　　5、按摩装置的工作
　　驱动部分工作原理：动力部分与椅面动平衡系统相同，人力驱动脚蹬，通过皮带将动力传递到偏心传动轴。同样，在偏心装置和导槽的共同作用下，按摩装置在一维平面内做往复运动，完成对人的按摩工作，达到使用户的背部放松休息的目的。与此同时，按摩小泡内部装有电磁铁，与电铃工作原理相似，利用电流的磁效应，当电磁体吸合，然后电路断开，再次发生吸合，这样在通电时不断发生循环，完成振动的效果。在振动的同时更好的实现按摩的效果，使用户得到更加充分的放松和休息。
　　新型电脑椅同时具有电力驱动装置，可以手动开关控制按摩装置的工作。通过连杆将电动机的动力传递到传动轴中，继而在偏心装置的作用下实现按摩装置的运动，完成按摩的效果。
　　6、椅背角度的调节
　　在椅面和椅背连接处设置一个可调节的转动副装置，当用户需要时，可自动调节椅背的角度，从而使背靠在椅背上，达到躺椅的效果，如若用户休闲（如看电影）时可以更加舒适，得到更好地休息。
　　参考文献：
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　　[2]王宁侠.机械设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008.
　　[3]机械设计手册委员会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004.
　　[4]郑文纬,吴克坚.机械原理[M].北京:高等教育出版社,2010.
　　作者简介：徐勤杰（1991-），男，山东临沂人，山东大学机械工程学院2009级卓越工程师专业本科生；薛钢（1990-），男，山东淄博人，山东大学机械工程学院2009级机械制造及自动化专业本科生。