CN104207478A - 防瞌睡矫正坐姿课桌椅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防瞌睡矫正坐姿课桌椅，包括相对应的课桌及座椅，所述座椅包括底座、机架、臀部座椅面、腿部座椅面、椅背、支撑架及气缸，所述机架垂直固定在底座上，所述椅背固定在机架顶端，所述臀部座椅面两侧分别固定有第一支撑柱，所述腿部座椅面两侧分别固定有第二支撑柱，两第一支撑柱一端分别通过铰链A与机架中部活动连接，两第一支撑柱另一端分别通过铰链B与第二支撑柱一端活动连接，第一支撑柱、第二支撑柱与机架之间设置有支撑架，所示气缸与支撑架连接。该防瞌睡矫正坐姿课桌椅能起到矫正坐姿，预防近视的效果，运用于课堂之中能够起到预防瞌睡，活跃课堂气氛，提高教学质量的目的。

Description

防瞌睡矫正坐姿课桌椅

技术领域

本发明涉及教学器材领域，尤其是一种防瞌睡矫正坐姿课桌椅。

背景技术

在教学过程中，如何提高课堂的教学质量，是一个急待解决的问题，而防止学生在课堂上打瞌睡是解决问题的关键。过去常用的方法是老师在课堂对打瞌睡的同学进行提醒来解决，但是这种方法存在很多弊端。首先，老师在教学的过程中还要分散注意力来防止同学瞌睡，这会直接降低课堂的教学质量。其次，对于被提醒的同学来说，一方面这会挫伤同学的自尊心，另一方面也会加大同学对课堂的抵触情绪，适得其反。

另外，国家教育部、卫生部的最新调查表明：截止2014年2月，我国有4亿多近视患者，其中青少年已成“重灾区”。小学生中近视率在30%以上，中学生达70%，大学生达到90%。

所以，设计出一款结构简单，方便易行，既能防止瞌睡，又能矫正坐姿的课堂桌椅很有必要。

韩国研制ipole医学保健椅，采用航空面料，目前在中国有较好的市场。新型坐姿矫正椅子iPole7，专门为长时间坐立的人设计，为办公人员、学生提供最佳的坐姿环境。以“让脊柱自主直立”为设计理念，让用户能够在就座的时候保持正确的脊椎姿式。以“支点多，分力少”的原理，在椅子前面安装一个可以分力的支点，胸部的支撑让坐立者的脊柱和背部肌肉自主前倾。坐立着的骨盆可以支撑臂部压力，间接缓解背部的压力，让背部曲线趋于正常水平。肘部的支撑减轻了颈肩的疲劳。但是此款保健椅子价格昂贵，并且胸腔靠在胸腔支架上工作时，容易有压迫感和疲劳。胸腔支架也不能当作靠背等别的用途。即使是自然的坐姿，固定20分钟以上对脊椎仍然有不好的影响。因此，此款保健椅并不适用于现代规模化的教学场所。

防近视课桌是一种特别制作的课桌，在课桌上加“护栏”等用强制性措施，迫使孩子们保持正确的坐姿。这批桌椅是由武汉市青少年视力低下防治中心为学生配备的,想出用一根限位杆，来限制孩们的弯腰幅度，而后缩短椅子与桌子间的距离，从而使学生保持正确的坐姿，用以督促学生形成正确的用眼习惯。这种人为地用护栏强制学生保持防近视坐姿的做法，从出发点来说是好的，但是每个孩子的身高不一样，如果个子不高，容易被护栏遮住最佳视线，如果这样做的话，时间久了孩子的视力反而会受到影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了提供一种防瞌睡矫正坐姿课桌椅，结构设计巧妙，实用性强，使用简单方便，能够自动判断同学的坐姿是否正确，及时矫正错误坐姿，防止瞌睡。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种防瞌睡矫正坐姿课桌椅，包括相对应的课桌及座椅，所述座椅包括底座、机架、臀部座椅面、腿部座椅面、椅背、支撑架及气缸，所述机架垂直固定在底座上，所述椅背固定在机架顶端，所述臀部座椅面两侧分别固定有第一支撑柱，所述腿部座椅面两侧分别固定有第二支撑柱，两第一支撑柱一端分别通过铰链A与机架中部活动连接，两第一支撑柱另一端分别通过铰链B与第二支撑柱一端活动连接，所述支撑架包括压杆、内支撑杆、外支撑杆及过渡杆，所述两压杆一端分别通过铰链D与机架底端活动连接，两压杆另一端分别通过铰链C与两内支撑杆一端活动连接，两内支撑杆远离铰链C的一端分别通过铰链B与两第一支撑柱活动连接，所述两过渡杆一端分别通过铰链C与压杆一端活动连接，两过渡杆另一端分别通过铰链E与两外支撑杆一端活动连接，两外支撑杆远离铰链E的一端分别通过铰链F与两第二支撑柱远离铰链B的一端活动连接，所述气缸固定在底座上，气缸的顶杆与两压杆间的连杆固定连接。

为了便于提醒打瞌睡的学生，所述机架上端、所述课桌边缘分别安装有霍尔接近开关传感器，课桌两侧分别安装有红外对射光电传感器，所述臀部座椅面下方安装有按摩电锤，所述霍尔接近开关传感器、红外对射光电传感器分别与按摩电锤电连接。霍尔接近开关传感器、红外对射光电传感器可以感应到学生的不良坐姿，并通过按摩电锤捶打臀部座椅面来提醒学生端正坐姿。

所述铰链D采用大端为Φ26圆锥销，锥孔固定在压杆上，锥柱固定在机架上且用销轴固定，并通过弹簧压紧，锥孔与锥柱之间的压力可以调整，由于铰链D处是锥面配合，并施加了压力，摩擦力矩较大。

在本发明的一较佳实施例中，所述气缸为阻尼气缸，气缸可以起阻尼器或者气弹簧的作用，对臀部座椅面及腿部座椅面的翻转起一定的缓冲作用。

在本发明的一较佳实施例中，所述第一支撑柱向下翻转的角度为0°-40°，防止臀部座椅面因为翻转角度过大而导致学生从座椅上掉下去发生危险。

在本发明的一较佳实施例中，所述铰链A、铰链B、铰链C、铰链E、铰链F采用外圆为8mm的圆柱铰销，结构简单，加工方便。

本发明防瞌睡矫正坐姿课桌椅的有益效果是：

（1）思路上结合课堂实际，通过观察思考，将传感器、上位机控制以及机械自锁原理运用到组合课桌的设计中，使其具有结构巧妙，使用简便的特点；

（2）结构上设计巧妙，取思活跃，实用性强，能够自动判断同学的坐姿是否正确，及时矫正错误坐姿，防止瞌睡； 

（3）外形上，简洁大方又不失美观，制造上能实现大批量生产，且有一定的市场需求；

（4）选取原料成本低廉，利于生产，便于推广使用；

（5）此组合课桌在日常的使用中能起到矫正坐姿，预防近视的效果，运用于课堂之中能够起到预防瞌睡，活跃课堂气氛，提高教学质量的目的。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明防瞌睡矫正坐姿课桌椅的立体结构示意图；

图2是正常坐姿下座椅的结构示意图；

图3是正常坐姿下座椅的受力分析图；

图4是非正常坐姿下座椅的受力分析图；

图5是非正常坐姿下座椅翻转的结构示意图；

图6为本发明防瞌睡矫正坐姿课桌椅的控制流程图；

图中：1.座椅，2.课桌，3.压杆，4.机架，5.过渡杆，6.外支撑杆，7.第二支撑柱，8.第一支撑柱，9.内支撑杆，10.底座，11.红外对射光电传感器，12.霍尔接近开关传感器，13.霍尔接近开关传感器，14.按摩电锤，15.臀部座椅面，16.腿部座椅面，17.椅背，18.气缸。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1、图2所示，一种防瞌睡矫正坐姿课桌椅，包括相对应的课桌2及座椅1，所述座椅1包括底座10、机架4、臀部座椅面15、腿部座椅面16、椅背17、支撑架及气缸18，所述机架4垂直固定在底座10上，所述椅背17固定在机架4顶端，所述臀部座椅面15两侧分别固定有第一支撑柱8，所述腿部座椅面16两侧分别固定有第二支撑柱7，两第一支撑柱8一端分别通过铰链A与机架4中部活动连接，两第一支撑柱8另一端分别通过铰链B与第二支撑柱7一端活动连接，所述支撑架包括压杆3、内支撑杆9、外支撑杆6及过渡杆5，所述两压杆3一端分别通过铰链D与机架4底端活动连接，两压杆3另一端分别通过铰链C与两内支撑杆9一端活动连接，两内支撑杆9远离铰链C的一端分别通过铰链B与两第一支撑柱8活动连接，所述两过渡杆5一端分别通过铰链C与压杆3一端活动连接，两过渡杆5另一端分别通过铰链E与两外支撑杆6一端活动连接，两外支撑杆6远离铰链E的一端分别通过铰链F与两第二支撑柱7远离铰链B的一端活动连接，所述气缸18固定在底座10上，气缸18的顶杆与两压杆3间的连杆固定连接。

通过将课堂上打瞌睡、坐姿不正确的同学与专心听课且坐姿正确的同学进行坐姿对比，我们发现当坐姿正确时，人体上部分的重心垂直作用于座椅的后部；而当同学处于瞌睡状态或者坐姿不正确的时候，人体上部分的重心则垂直作用于的座椅前端。为此，可以把座椅设计成两块拼装结构，前端面积小，主要是承受人的下肢重量；后端面积大，主要承受上身的重量。当学生坐姿不正确时，前端承受重量将会增加。 

由上述发现为基础，我们构思出如图1、图2所示的双四杆机构的防瞌睡矫正坐姿课桌椅，并且在尺寸和规格与普通椅子无太大区别。在材质的选择上，通过对市场各种易得的材质进行对比后，我们最终选用价格低廉的铝合金方管和摩擦性能较好的尼龙为制作本设计的基础原料。

铰链D采用大端为Φ26圆锥销，锥孔固定在压杆3上，锥柱固定在机架4上且用销轴固定，并通过弹簧压紧，锥孔与锥柱之间的压力可以调整，由于铰链D处是锥面配合，并施加了压力，摩擦力矩较大。当同学处于专心听课且坐姿正确时，人体对座椅施加的压力G1、G2以及合力方向G如图3所示，此时第一支撑柱8与第二支撑柱7处于同一直线上，压杆3、过渡杆5及外支撑杆6处于同一直线上。由于过渡杆5、外支撑杆6处于一条直线上，就相当于二力杆，内支撑杆9、过渡杆5对压杆3 的合力方向G与铰链D的摩擦圆相割，此时系统处于稳定状态，臀部座椅面15、腿部座椅面16不会向下翻转。气缸18顶杆在此时起到限位作用，保证内支撑杆9、过渡杆5对压杆3的合力方向G在铰链D的摩擦圆上部，对受力情况几乎没有影响。

当同学处于瞌睡状态或者坐姿不正确时，人体上部分重力对座椅的压力前移，内支撑杆9、过渡杆5对压杆3 的合力方向G与铰链D 的摩擦圆相离，如图4所示，此时臀部座椅面15、腿部座椅面16的水平稳定状态被打破，将会向下翻转，如图5所示。阻尼气缸18在此时起阻尼器或者气弹簧的作用，对臀部座椅面15、腿部座椅面16翻转起一定的缓冲作用。由于腿部座椅面16向下翻转，第二支撑柱7即带动外支撑杆6及过渡杆5靠近铰链F的一端向下翻转，相对的，过渡杆5靠近铰链C的一端向上翻转，由于臀部座椅面15向下翻转，第一支撑柱8即带动内支撑杆9靠近铰链B的一端向下翻转，相对的，内支撑杆9靠近铰链C的一端向上翻转。此时，气缸18的顶杆伸出，气缸18的顶杆推动两压杆3之间的连杆，使压杆3靠近铰链C的一端向上翻转。同时在各杆的空间安排和长度确定方面，当第一支撑柱8向下旋转一定的角度，而压杆3向上旋转一定的角度时，第一支撑柱8接触到压杆3的上端，臀部支撑面15向下翻转的角度最大，约为40°，压杆3将第一支撑柱8抵住，防止其继续向下旋转，此时学生身体将会下滑，但又能保证学生的安全。

其中，所述铰链A、铰链B、铰链C、铰链E、铰链F采用外圆为8mm的圆柱铰销，结构简单，加工方便。

根据现场观察，学生不良的坐姿一般有以下几种情况：1）身体前倾，胸部贴近课桌边缘；2）头部靠近桌上书本太近；3）背部远离椅背。为了让学生保持良好的坐姿，我们在上述几种状态中采用了不同类型的传感器，在桌面面对学生方向的边缘以及椅背上分别安装有霍尔接近开关传感器12、13，在课桌的两侧装有红外对射光电传感器11，占用空间较小，又能灵敏检测到学生的不良坐姿。当学生身体前倾，胸部贴近课桌边缘，背部远离椅背时，两霍尔接近开关传感器12、13检测到身体信号，当学生头部靠近桌上书本太近时，两红外对射光电传感器11检测到身体信号，当上述三处传感器接收到信号以后，安装在臀部座椅面15下方的按摩电锤14将会通电，对学生的臀部进行适当力度的敲打，提醒学生端正坐姿。

图6为本发明的电路原理图，通过PC机远程控制气缸功能拓展部分，从而控制气缸18伸缩。打开总开关，固定于桌子的人体接近开关（霍尔接近开关传感器12）、固定于椅背上的人体背部的接近开关（霍尔接近开关传感器13）及红外对射光电传感器11开始工作，接收人体错误坐姿的信号，并将信号发送给STC90C51控制模块，STC90C51控制模块控制臀部座椅面15背部的按摩电锤14臀部座椅面15进行击打，以提醒学生保持正确坐姿。

本发明防瞌睡矫正坐姿课桌椅的有益效果是：

（1）思路上结合课堂实际，通过观察思考，将传感器、上位机控制以及机械自锁原理运用到组合课桌的设计中，使其具有结构巧妙，使用简便的特点；

（2）结构上设计巧妙，取思活跃，实用性强，能够自动判断同学的坐姿是否正确，及时矫正错误坐姿，防止瞌睡； 

（3）外形上，简洁大方又不失美观，制造上能实现大批量生产，且有一定的市场需求；

（4）选取原料成本低廉，利于生产，便于推广使用；

（5）此组合课桌在日常的使用中能起到矫正坐姿，预防近视的效果，运用于课堂之中能够起到预防瞌睡，活跃课堂气氛，提高教学质量的目的。 

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种防瞌睡矫正坐姿课桌椅，包括相对应的课桌及座椅，其特征在于： 所述座椅包括底座、机架、臀部座椅面、腿部座椅面、椅背、支撑架及气缸，所述机架垂直固定在底座上，所述椅背固定在机架顶端，所述臀部座椅面两侧分别固定有第一支撑柱，所述腿部座椅面两侧分别固定有第二支撑柱，两第一支撑柱一端分别通过铰链A与机架中部活动连接，两第一支撑柱另一端分别通过铰链B与第二支撑柱一端活动连接，所述支撑架包括压杆、内支撑杆、外支撑杆及过渡杆，所述两压杆一端分别通过铰链D与机架底端活动连接，两压杆另一端分别通过铰链C与两内支撑杆一端活动连接，两内支撑杆远离铰链C的一端分别通过铰链B与两第一支撑柱活动连接，所述两过渡杆一端分别通过铰链C与压杆一端活动连接，两过渡杆另一端分别通过铰链E与两外支撑杆一端活动连接，两外支撑杆远离铰链E的一端分别通过铰链F与两第二支撑柱远离铰链B的一端活动连接，所述气缸固定在底座上，气缸的顶杆与两压杆间的连杆固定连接。

2.如权利要求1所述的防瞌睡矫正坐姿课桌椅，其特征在于：所述机架上端、所述课桌边缘分别安装有霍尔接近开关传感器，课桌两侧分别安装有红外对射光电传感器，所述臀部座椅面下方安装有按摩电锤，所述霍尔接近开关传感器、红外对射光电传感器分别与按摩电锤电连接。

3.如权利要求1所述的防瞌睡矫正坐姿课桌椅，其特征在于：所述铰链D采用大端为Φ26圆锥销，锥孔固定在压杆上，锥柱固定在机架上且用销轴固定，并通过弹簧压紧。

4.如权利要求1所述的防瞌睡矫正坐姿课桌椅，其特征在于：所述气缸为阻尼气缸。

5.如权利要求1所述的防瞌睡矫正坐姿课桌椅，其特征在于：所述第一支撑柱向下翻转的角度为0°-40°。

6.如权利要求1所述的防瞌睡矫正坐姿课桌椅，其特征在于：所述铰链A、铰链B、铰链C、铰链E、铰链F采用外圆为8mm的圆柱铰销。