本發明屬于座椅設計領域，具體涉及一種自動控制的可穿戴座椅及使用方法。

背景技術：

在日常工作過程中，工人們需要頻繁蹲伏、變換姿勢，這可能造成腰背、關節疼痛。傳統座椅不僅不能適應工人不同坐姿，而且可能會降低工人工作效率。對于此，瑞士蘇黎世的初創企業noonee設計了一種“無形座椅”，它在一定程度上能改善工人工作環境。但其中仍存在一些問題，包括：（1）產品自動化程度低，工人使用不便；（2）使用者上身活動范圍受限；（3）座椅對于使用者間的體型差異適應性較差。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是：提供一種自動控制的可穿戴座椅及使用方法，能夠根據使用者的意圖做出相應的控制措施，提高使用者與座椅之間的適應性。

本發明為解決上述技術問題所采取的技術方案為：一種自動控制的可穿戴座椅，包括人體支撐模塊和變幅模塊，人體支撐模塊包括依次活動連接的大腿支撐件、小腿支撐件和腳底支撐件，兩條腿的大腿支撐件之間連接有臀部支撐件，所述的變幅模塊用于控制大腿支撐件和小腿支撐件之間的角度及支撐；其特征在于：本座椅還包括意圖感應控制模塊和旋轉支撐模塊；其中，

旋轉支撐模塊包括與所述的腳底支撐件連接的旋轉支撐板，以及用于驅動旋轉支撐板繞腳底支撐件的后部在腳底支撐件所在平面旋轉的電機和驅動齒輪；

意圖感應控制模塊包括設置在腳底支撐件與人體腳底接觸面的腳底壓力傳感器、設置在大腿支撐件與人體大腿接觸面的大腿壓力傳感器、以及用于根據腳底壓力傳感器和大腿壓力傳感器的數據判斷人體意圖并控制所述的變幅模塊和旋轉支撐板的動作的微處理器；

微處理器用于執行以下步驟：

當前狀態為站立狀態時，當大腿壓力傳感器采集到的壓力達到預設的坐姿啟動值時，控制變幅模塊隨人體運動，直到大腿壓力傳感器采集到的壓力達到預設的坐姿鎖定值，控制變幅模塊對當前狀態進行鎖定，構成坐姿狀態；同時，控制旋轉支撐板旋轉至與腳底支撐件的后方；

當前狀態為坐姿狀態時，當兩個腳底壓力傳感器采集的壓力同時產生突變，則控制變幅模塊隨人體運動，還原為站立狀態；同時控制旋轉支撐板旋轉回到腳底支撐件底部。

按上述方案，所述的變幅模塊包括設置在小腿支撐件后側的絲杠滑臺，絲杠滑臺上設有沿小腿支撐件方向的絲杠，絲杠底部設有用于驅動絲杠轉動的步進電機和聯軸器，絲杠上設有隨絲杠轉動而上下滑動的絲杠滑塊，絲杠滑塊上通過緩沖材料層連接有支撐滑塊，支撐滑塊通過連接桿與所述的大腿支撐件上一點鉸接；所述的步進電機由所述的微處理器控制。

按上述方案，所述的大腿支撐件和小腿支撐件均為連接有固定繃帶的伸縮桿，每根伸縮桿上設有若干個配合位。

按上述方案，所述的伸縮桿包括方形的內桿和外桿，所述的配合位為連接孔，內桿和外桿的連接孔通過螺栓和螺母連接。

按上述方案，所述的腳底支撐件為帶有腳部固定繃帶的腳底支撐板，腳底支撐板的底部或中部設有用于設置所述的旋轉支撐板的槽，旋轉支撐板與腳底支撐板通過轉軸連接，其中旋轉支撐板與轉軸固定連接，轉軸上設有不完全齒輪，所述的驅動齒輪和電機設置在腳底支撐板內部，且驅動齒輪與所述的不完全齒輪嚙合。

按上述方案，所述的臀部支撐件為臀部支撐繃帶。

一種所述的自動控制的可穿戴座椅的使用方法，其特征在于：它包括以下步驟：

s1、使用者將左右腿分別伸入本座椅，腳、小腿和大腿分別與腳底支撐件、小腿支撐件和大腿支撐件固定；初始狀態下，旋轉支撐板位于腳底支撐件內部，二者為一整體；

s2、實時檢測大腿壓力傳感器和腳底壓力傳感器采集到的壓力；

當大腿壓力傳感器采集的壓力未達到預設的坐姿啟動值，且腳底壓力傳感器采集到持續或有規律的壓力時，判斷當前狀態為非坐姿狀態，不進行控制；

當需要坐下時，雙腿站立，直接屈腿做下蹲的動作，腳底壓力傳感器采集到持續的壓力，大腿壓力傳感器采集的壓力達到預設的坐姿啟動值，控制變幅模塊隨人體運動；當使用者達到預定坐姿時，使用者靜止，大腿壓力傳感器采集到的壓力達到預設的坐姿鎖定值，控制變幅模塊對當前狀態進行鎖定，構成坐姿狀態；同時，控制旋轉支撐板旋轉至與腳底支撐件的后方；

當從坐姿狀態起立時，使用者做起立動作，兩個腳底壓力傳感器采集的壓力同時產生突變，控制變幅模塊隨人體運動，還原為站立狀態；同時控制旋轉支撐板旋轉回到腳底支撐件底部，回到初始狀態。

按上述方法，所述的坐姿鎖定值為0。

本發明的有益效果為：通過增加意圖感應控制模塊，能夠根據使用者的意圖做出相應的控制措施；旋轉支撐模塊通過擴大人體重心移動范圍，增加人體上身活動空間；二者綜合后提高使用者與座椅之間的適應性。

附圖說明

圖1為本發明一實施例的結構示意圖。

圖2為本發明一實施例的左視圖。

圖3為本發明一實施例的腳部結構軸測視圖。

圖4為本發明一實施例的腳部結構仰視圖。

圖5為本發明一實施例的大腿支撐桿內桿軸測視圖

圖6為本發明一實施例的站立時人體的腿部與本發明裝置的配合示意圖。

圖中：1大腿固定繃帶、2小腿支撐桿外桿、3小腿支撐桿內桿、4小型直流電機、5腳部固定繃帶、6腳底支撐板、7臀部支撐繃帶、8大腿支撐桿外桿、9大腿支撐桿內桿、10絲杠滑臺、11連接桿、12絲杠、13支撐滑塊、14緩沖材料層、15絲杠滑塊、16步進電機、17旋轉支撐板、18聯軸器、19螺栓螺母、20不完全齒輪、21驅動齒輪。

具體實施方式

下面結合具體實例和附圖對本發明做進一步說明。

本發明提供一種自動控制的可穿戴座椅，如圖1至圖6所示，包括人體支撐模塊和變幅模塊，人體支撐模塊作為座椅整體骨架，起主要支撐作用，在一定范圍內長度可調，從而適應不同人群。人體支撐模塊包括依次活動連接（例如鉸接）的大腿支撐件、小腿支撐件和腳底支撐件，兩條腿的大腿支撐件之間連接有臀部支撐件。所述的變幅模塊用于控制大腿支撐件和小腿支撐件之間的角度，以適應人體的不同坐姿，起輔助支撐作用。本實施例中，大腿支撐件包括方形的大腿支撐桿內桿9和大腿支撐桿外桿8構成的伸縮桿，以及設置在大腿支撐桿內桿9上的大腿固定繃帶1；大腿支撐桿內桿9和大腿支撐桿外桿8上均設有多個連接孔作為配合位，通過螺栓螺母19連接，從而實現對座椅整體尺寸的調節。小腿支撐件包括方形的小腿支撐桿內桿3和小腿支撐桿外桿2構成的伸縮桿，無需繃帶，小腿支撐桿內桿3和小腿支撐桿外桿2上均設有多個連接孔作為配合位，通過螺栓螺母19連接，從而實現對座椅整體尺寸的調節。腳底支撐件為帶有腳部固定繃帶5的腳底支撐板6。兩條大腿支撐桿外桿8之間設有的臀部支撐件即為臀部支撐繃帶7，臀部支撐繃帶7將左右腿的座椅柔性連接并提高使用時的舒適度，大腿固定繃帶1將使用者大腿與座椅固定，腳部固定繃帶5將座椅腳底支撐板與使用者腳部固定，此外使用者還可以通過肩帶(未畫出)與座椅連接，防止行走過程中座椅滑落，總體上實現座椅的可穿戴功能。

所述的變幅模塊包括設置在小腿支撐件后側的絲杠滑臺10，絲杠滑臺10上設有沿小腿支撐件方向的絲杠12，絲杠12底部設有用于驅動絲杠12轉動的步進電機16和聯軸器18，絲杠12上設有隨絲杠12轉動而上下滑動的絲杠滑塊15，絲杠滑塊15上通過緩沖材料層14（例如橡膠材料）連接有支撐滑塊13，支撐滑塊13通過連接桿11與所述的大腿支撐件上一點鉸接。當步進電機16控制絲杠12轉動時，絲杠滑塊15即可將旋轉運動轉化為自身的直線運動，絲杠滑塊15通過上方的橡膠材料14向支撐滑塊13傳遞運動，支撐滑塊13與連接桿11鉸接，連接桿11與大腿支撐桿內桿9鉸接，最終將電機的轉動轉化成大腿支撐桿與小腿支撐桿間的相對角位移。特別地，絲杠滑塊15與絲杠12間螺紋連接，而支撐滑塊13套在絲杠12上，當人體站立行走時，絲杠滑塊15移動至固定位置，而支撐滑塊13依舊可以在人為作用下在絲杠12上滑動，以減少行走過程中座椅對人體的干涉作用。緩沖材料層14主要起減小絲杠滑塊15與支撐滑塊13間的沖擊作用。支撐滑塊13與絲杠滑塊15的設計，主要用于減少起立過程中座椅滯后響應對人體的干涉。

本座椅還包括意圖感應控制模塊和旋轉支撐模塊。

旋轉支撐模塊包括與所述的腳底支撐件連接的旋轉支撐板17，以及用于驅動旋轉支撐板17繞腳底支撐件的后部在腳底支撐件所在平面旋轉的小型直流電機4和驅動齒輪21。具體的，腳底支撐板6的底部或中部設有用于設置所述的旋轉支撐板17的槽，旋轉支撐板17與腳底支撐板6通過轉軸連接，其中旋轉支撐板17與轉軸固定連接，轉軸上設有不完全齒輪20，所述的驅動齒輪21和電機設置在腳底支撐板6內部，且驅動齒輪21與所述的不完全齒輪20嚙合，通過小型直流電機4使驅動齒輪21轉動，帶動不完全齒輪20轉動，從而使得旋轉支撐板17繞轉軸旋轉。當意圖感應控制模塊識別到使用者坐下意圖后，控制小型直流電機4轉動，通過驅動齒輪21與旋轉支撐板17一端的不完全齒輪20嚙合，使旋轉支撐板17旋轉180度，擴大使用者上身活動范圍。在人體起立與坐下過程中，由于前腳掌發力，而腳底支撐板6前端彎曲設計使其后半部分對地壓力減小，降低旋轉支撐板17對地面的摩擦。當意圖感應控制模塊識別到使用者起立意圖后，小型直流電機4反轉，將旋轉支撐板17收回，以防影響使用者行走。

意圖感應控制模塊包括設置在腳底支撐件與人體腳底接觸面的腳底壓力傳感器、設置在大腿支撐件與人體大腿接觸面的大腿壓力傳感器、以及用于根據腳底壓力傳感器和大腿壓力傳感器的數據判斷人體意圖并控制所述的變幅模塊和旋轉支撐板的動作的微處理器。

微處理器用于執行以下步驟：

當前狀態為站立狀態時，當大腿壓力傳感器采集到的壓力達到預設的坐姿啟動值時，通過控制步進電機16使得變幅模塊隨人體運動，直到大腿壓力傳感器采集到的壓力達到預設的坐姿鎖定值，控制變幅模塊對當前狀態進行鎖定，構成坐姿狀態；同時，控制旋轉支撐板17旋轉至與腳底支撐件的后方；

當前狀態為坐姿狀態時，當兩個腳底壓力傳感器采集的壓力同時產生突變，則控制變幅模塊隨人體運動，還原為站立狀態；同時控制旋轉支撐板17旋轉回到腳底支撐件底部。

一種所述的自動控制的可穿戴座椅的使用方法，包括以下步驟：

s1、使用者將左右腿分別伸入本座椅，腳、小腿和大腿分別與腳底支撐件、小腿支撐件和大腿支撐件固定；初始狀態下，旋轉支撐板位于腳底支撐件內部，二者為一整體；

s2、實時檢測大腿壓力傳感器和腳底壓力傳感器采集到的壓力；

當大腿壓力傳感器采集的壓力未達到預設的坐姿啟動值，且腳底壓力傳感器采集到持續或有規律的壓力時，判斷當前狀態為非坐姿狀態，不進行控制；

當需要坐下時，雙腿站立，直接屈腿做下蹲的動作，腳底壓力傳感器采集到持續的壓力，大腿壓力傳感器采集的壓力達到預設的坐姿啟動值，控制變幅模塊隨人體運動；當使用者達到預定坐姿時，使用者靜止，大腿壓力傳感器采集到的壓力達到預設的坐姿鎖定值，控制變幅模塊對當前狀態進行鎖定，構成坐姿狀態；同時，控制旋轉支撐板旋轉至與腳底支撐件的后方；

當從坐姿狀態起立時，使用者做起立動作，兩個腳底壓力傳感器采集的壓力同時產生突變，控制變幅模塊隨人體運動，還原為站立狀態；同時控制旋轉支撐板旋轉回到腳底支撐件底部，回到初始狀態。

本實施例中，微處理器為單片機，還帶有小型蓄電池為微處理器供電。本實施例的整機工作程序是：使用者坐下過程中，大腿支撐桿外桿8和大腿支撐桿內桿9受到大腿作用的壓力，當達到設定的坐姿啟動值時，大腿壓力傳感器給予單片機信號，控制步進電機16轉動，從而驅動絲杠滑塊15、支撐滑塊13向下移動，通過連接桿11，使大腿支撐桿外桿8和大腿支撐桿內桿9隨人體運動。同時，旋轉支撐模塊中，小型直流電機4驅動旋轉支撐板17旋轉180度。達到使用者預定坐姿時，使用者靜止一到兩秒，大腿壓力傳感器無壓力信號，則步進電機16停止運轉，由于絲杠滑塊15的自鎖性，可以使整機固定。位于腳底支撐板6后側的旋轉支撐板17可擴大人體重心移動范圍，能有效擴大使用者上半身活動空間。在人體起立時，由于腳底支撐板6前端彎曲設計，身體前傾，使得左右腳掌前端壓力同時產生突變，腳底壓力傳感器接受該信號后，控制步進電機16及小型直流電機4反轉，座椅還原。行走過程中，大腿支撐桿外桿8和大腿支撐桿內桿9上的壓力由于大腿固定繃帶1有一定值，但未達到設定的坐姿啟動值，小型直流電機4和步進電機16均不運作。支撐滑塊13的設計減小了行走過程中座椅對人體的干涉作用。

本發明的優點在于：意圖感應控制模塊利用人體不同姿勢情況下大腿與腳底的壓力變化自動識別使用者起坐的意圖，自動控制座椅的運動，無需手動操作，以達到隨人體意圖而自動控制的效果，提高工人工作效率；旋轉支撐模塊能隨人體坐下的動作而旋轉打開，擴大人體重心移動范圍，能有效擴大使用者上半身活動空間，提高整機穩定性；人體支撐模塊中，大腿和小腿桿件設計有多個配合位，通過螺栓螺母連接，可調節大腿和小腿桿件的長度，適應不同人群，降低成本。座椅可以根據使用者要求實現任意位置自鎖，適應使用者多種坐姿。

以上實施例僅用于說明本發明的設計思想和特點，其目的在于使本領域內的技術人員能夠了解本發明的內容并據以實施，本發明的保護范圍不限于上述實施例。所以，凡依據本發明所揭示的原理、設計思路所作的等同變化或修飾，均在本發明的保護范圍之內。