一种沙发工效学测试装置及方法与流程

本发明属于人机工程学设计及改善测试装置技术领域，具体涉及一种沙发工效学测试装置及方法。

背景技术：

沙发工效学测试装置根据人体在就座沙发时的行为习惯、人体尺寸以及人机交互任务来测试沙发座面、靠背、扶手部件位置布局的装置。在现有的沙发人机工程学设计中，由于各国的人的坐姿习惯及人体尺寸具有一定的差异性，在就座沙发行为中对沙发座面、靠背、扶手的布局、相互位置距离及部件的倾角、结构尺寸等有不同的健康舒适性需求。因此，需要一种可以得出舒适就座时的沙发系统的相关位置及结构尺寸关键参数的沙发工效学测试装置及方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种沙发工效学测试装置及方法，能提供沙发系统的相对位置以及结构尺寸的工效学测试条件和计算方法，经过一定样本的数据统计分析，可以得出舒适就座时的沙发系统的相关位置及结构尺寸关键参数。

本发明提供了一种沙发工效学测试装置，包括测试平台、座椅面位移调整总成、座椅靠背倾角调整总成、座椅扶手位移调整总成、系统控制柜；

所述座椅面位移调整总成、座椅靠背倾角调整总成、座椅扶手位移调整总成、系统控制柜固定安装于所述测试平台上；

所述座椅面位移调整总成用于调整座椅面前后位移、上下位移、座椅面倾角；所述座椅靠背倾角调整总成用于调整座椅靠背角度；所述座椅扶手位移调整总成用于调整座椅扶手内宽、座椅扶手上下位移、座椅扶手倾角；所述系统控制柜用于采集座椅面、座椅靠背倾角、座椅扶手位移参数，同时对相关位移进行操控，形成总控中心及显示中心。

进一步地，所述座椅面位移调整总成包括座椅支架、椅面支架、第一滑动导轨、座椅面板、第一电动推缸、座椅垫、第一转动轴、第一角度传感器、第一光栅尺、第二电动推缸、第二光栅尺、第三电动推缸；

所述座椅支架上端面安装所述第一滑动导轨，所述第一滑动导轨上端面安装固定所述椅面支架；所述椅面支架相对座椅后端面位置安装所述第三电动推缸，所述第三电动推缸的推杆与所述椅面支架连接；所述第三电动推缸的一侧方向与其平行安装所述第二光栅尺；所述第二光栅尺两端与所述椅面支架和座椅支架连接；所述第三电动推缸用于在前后运行时，带动所述椅面支架相对所述座椅支架进行前后移动，所述第二光栅尺用于反馈位移数据参数，以进行座椅面的前后位移控制调整；

所述座椅支架下端垂直方向设有所述第二电动推缸，所述座椅支架与所述第二电动推缸推杆连接；所述第二电动推缸底座与所述测试平台固定连接；所述第二电动推缸设有所述第一光栅尺，所述第一光栅尺位置方向与所述第二电动推缸保持相对平行；所述第一光栅尺两端与所述座椅支架和测试平台固定连接；所述第二电动推缸用于在前后运行时，带动所述座椅支架对所述测试平台进行上下移动，所述第一光栅尺用于反馈位移数据参数，以进行座椅面的上下位移控制调整。

进一步地，所述座椅面板位于所述椅面支架上端，所述座椅面板相对座椅后端处设有第一转动轴，所述椅面支架上设有座椅面板旋转中心孔，所述座椅面板的所述第一转动轴安装在椅面支架旋转中心孔内；所述座椅垫安放在所述座椅面板上；所述在椅面支架上端安装所述第一电动推缸，所述第一电动推缸的推杆与所述座椅面板连接，所述第一推缸底座与所述椅面支架固定连接；所述第一电动推缸运行方向与所述座椅面板和椅面支架相互形成角度；所述第一转动轴安装所述第一角度传感器；所述第一电动推缸用于在运行时，带动所述座椅面板以第一转动轴所在的旋转中心进行角度转动，所述第一角度传感器用于反馈位移参数，以进行座椅面的倾角位移控制调整。

进一步地，所述座椅背倾角调整总成包括座椅支架、座椅背板、座椅背支架、第二转动轴、第四电动推缸、第二角度传感器；

所述座椅背支架位于所述座椅支架上方；所述座椅支架相对位置设有座椅背旋转中心孔；所述座椅背支架下端设有所述第二转动轴，所述第二转动轴安装在所述座椅支架旋转中心孔内；所述座椅背板固定在所述座椅背支架上端；所述座椅支架上安装所述第四电动推缸，所述第四电动推缸底座与所述座椅支架固定连接，所述第四电动推缸的推杆与所述座椅背支架的第二转动轴上端连接，所述第四电动推缸运行方向与所述座椅背支架和座椅支架相互形成角度；所述座椅支架转动中心位置安装所述第二角度传感器；所述第四电动推缸用于在运行时，带动所述座椅背板以所述第二转动轴所在的旋转中心进行角度转动，所述第二角度传感器用于反馈位移参数，以进行座椅背板的倾角位移控制调整。

进一步地，所述座椅扶手位移调整总成包括扶手支架、扶手面板、座椅扶手套、第五电动推缸、第三转动轴、第三角度传感器、第三光栅尺、第六电动推缸、第二滑动导轨、连接板、双向电推缸、第四光栅尺；

所述双向电动推缸安装固定在所述测试平台上，固定位置相对座椅面左右方向的中心位置，运动方向为相对座椅面左右方向运行位移；所述测试平台固定安装所述第二滑动导轨，所述第二滑动导轨滑动方向与所述双向电动推缸的运行方向平行；所述第二滑动导轨上端两侧分别垂直安装两个所述第六电动推缸，所述第六电动推缸底座与所述第二滑动导轨通过所述连接板固定连接，所述第六电动推缸运行位移方向相对座椅面垂直，所述第六电动推缸的推杆上方安装所述扶手支架，所述第六电动推缸安装所述第三光栅尺，所述第三光栅尺安装方向与所述第六电动推缸平行，所述第三光栅尺两端与所述第二滑动导轨和扶手支架固定连接；两侧垂直位置所述第六电动推缸与双向电动推缸的推杆通过所述连接板连接；与所述双向电动推缸平行方向安装所述第四光栅尺，所述第三光栅尺与所述连接板固定连接；所述双向电动推缸用于在运行时，带动扶手支架两侧第六电动推缸进行左右位移，以进行两侧扶手中间的距离调整，所述第四光栅尺用于反馈位移数据参数；所述第六电动推缸用于在运行时，带动所述扶手支架进行上下的位移，所述第三光栅尺用于反馈位移数据参数，以进行相对座椅面的上下位移控制调整。

进一步地，所述扶手面板设于所述扶手支架51上端，所述座椅扶手套套装在所述扶手面板上，所述扶手支架上设有扶手旋转中心孔，所述扶手面板相对座椅面后端位置设有所述第三转动轴，所述第三转动轴安装在扶手旋转中心孔内；所述扶手面板与扶手支架之间设有所述第五电动推缸，所述第五电动推缸底座固定在所述扶手支架上，所述第五电动推缸的推杆连接在所述扶手面板下端，所述第五电动推缸的运动方向与所述扶手面板和扶手支架相互相形成角度；所述扶手支架的旋转中心处安装所述第三角度传感器；所述第五电动推缸用于在运行时，带动所述扶手面板以所述第三转动轴所在的旋转中心进行角度转动，所述第三角度传感器用于反馈位移参数，以进行扶手面板的倾角位移控制调整。

进一步地，所述系统控制柜集成有电源总开关、三位控制开关、位移传感器显示面板及集成电器。

本发明还提供了一种应用上述沙发工效学测试装置进行沙发工效学测试的方法，包括：

基于所述沙发工效学测试装置计算出舒适坐姿时的座椅结构尺寸参数和人体姿态参数，测量出舒适就座情况下的座面高度、座面前后深度、座面倾角、靠背倾角、扶手内宽、扶手高度、扶手倾角；

配合使用不同软硬度的沙发座垫以及靠背垫，结合压力分布测量系统与主观舒适度评价量表，对各结构尺寸、软硬度进行舒适度评定，结合人体生理参数和沙发使用时的情景参数，构建出舒适的沙发结构尺寸工效学设计参数标准和座面及靠背和软硬度工效学设计参数标准。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1、本发明均匀分布的压力传感器构成压力分布测量系统，能够实时测量体压，该压力分布测量系统包括novel压力分布测量系统。

2、本发明可以快速高效地对不同部件进行调节，如座高、座深、座面倾角、椅背倾角、座面与椅背软硬度等各项人类工效学指标，来评判不同身高、体重测试对象在怎样的指标范围内可以获得更加舒适的感受，从而获得不同测试对象的最合适的数据范围。

3、本发明具有调整位移及角度功能，光栅尺及角度传感器将位置信号反馈在系统控制柜，能够实现在系统控制柜中形成总控中心，及显示中心。

附图说明

图1是本发明一种沙发工效学测试装置的结构示意图一；

图2是本发明一种沙发工效学测试装置的结构示意图一；

图3是本发明一种沙发工效学测试装置座椅面位移调整总成的结构示意图一；

图4是本发明一种沙发工效学测试装置座椅面位移调整总成的结构示意图二。

图5是本发明一种沙发工效学测试装置座椅靠背倾角调整总成的结构示意图一；

图6是本发明一种沙发工效学测试装置座椅靠背倾角调整总成的结构示意图二。

图7是本发明一种沙发工效学测试装置座椅扶手位移调整总成的结构示意图一；

图8是本发明一种沙发工效学测试装置座椅扶手位移调整总成的结构示意图二。

图9是本发明一种沙发工效学测试装置系统控制柜结构示意图。

附图标记：

1-钢架；

2-钢板；

3-座椅面位移调整总成；31-座椅支架；32-椅面支架；33-第一滑动导轨；34-座椅面板；35-第一电动推缸；36-座椅垫；37-第一转动轴；38-第一角度传感器；39-第一光栅尺；310-第二电动推缸；311-第二光栅尺；312-第三电动推缸；

4-座椅靠背倾角调整总成；41-座椅背板；42-座椅背支架；43-第二转动轴；44-第四电动推缸；45-第二角度传感器；

5座椅扶手位移调整总成；51-扶手支架；52-扶手面板；53-座椅扶手套；54-第五电动推缸；55-第三转动轴；56-第三角度传感器；57-第三光栅尺；58-第六电动推缸；59-第二滑动导轨；510-连接板；511-双向电推缸；512-第四光栅尺；

6系统控制柜；61-电源总开关；62-三位控制开关；63-位移传感器显示面板；64-集成电路。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

如图1、图2所示，本实施例提供了一种沙发工效学测试装置，包括测试平台钢架1、钢板2、座椅面位移调整总成3、座椅靠背倾角调整总成4、座椅扶手位移调整总成5、系统控制柜6组成。

座椅面位移调整总成3、座椅靠背倾角调整总成4、座椅扶手位移调整总成5、系统控制柜6均固定在测试平台钢架1上。

如图3至6所示，座椅面位移调整总成3设计有座椅面前后位移、上下位移、座椅面倾角调整三部分功能。

如图7、图8所示，座椅扶手位移总成5设计有座椅扶手内宽、座椅扶手上下位移、座椅扶手倾角调整三部分功能。

如图9所示，系统控制柜6集成电源总开关61、三位控制开关62、位移传感器显示面板63及集成电器64组成。

具体地：

如图1、图2所示，测试平台为钢架1支撑，钢架1设计有安装座椅要在总成的各部件安装孔。钢架1上端铺装钢板2，在钢板2对应各个安装部件出进行开槽，形成一个测试平台面。

如图3、图4所示，座椅面位移调整总成3包括座椅支架31、椅面支架32、第一滑动导轨33、座椅面板34、第一电动推缸35、座椅垫36、第一转动轴37、第一角度传感器38、第一光栅尺39、第二电动推缸310、第二光栅尺311、第三电动推缸312组成。

座椅面前后位移结构设计为座椅支架31上端面安装第一滑动导轨33，方向为相对座椅的前后滑动方向；第一滑动导轨33上端面安装固定椅面支架32，采用螺栓紧固。在椅面支架32相对座椅后端面位置安装前后位移第三电动推缸312，前后位移第三电动推缸312的推杆与椅面支架32连接，第三电动推缸312底座与座椅支架31用螺栓固定连接。在前后位移第三电动推缸312的一侧方向与其平行安装第二光栅尺311，第二光栅尺311两端与椅面支架32和座椅支架31连接。在此结构中，当控制前后第三电动推缸312前后运行时，会带动椅面支架32相对座椅支架31进行前后移动，第二光栅尺反馈位移数据参数，实现座椅面的前后位移控制调整功能。

座椅面上下位移结构采用座椅支架31下端垂直方向设有第二电动推缸310，将座椅支架31与第二电动推缸310推杆用螺栓进行连接；上下位移第二电动推缸310底座用螺栓固定在测试平台钢架1上；在第二电动推缸310位置设有第一光栅尺39，位置方向与第二电动推缸310保持一定间距的相对平行，第一光栅尺39两端与座椅支架31和测试平台钢架1固定连接；当控制上下第二电动推缸310前后运行时，会带动座椅支架31先对测试平台进行上下移动，第一光栅尺39反馈位移数据参数，实现座椅面的上下位移控制调整功能。

如图5、图6所示，座椅面倾角位移结构采用座椅面板34设计在椅面支架32上端，在座椅面板34相对座椅后端处设有第一转动轴37，在椅面支架32上设有座椅面板34旋转中心孔，将座椅面板34的第一转动轴37安装在椅面支架32旋转中心孔内。座椅垫36安放在座椅面板34上。在椅面支架32上端安装第一电动推缸35，推杆与座椅面板34连接，第一推缸底座35与椅面支架32用螺栓固定连接，将第一电动推缸35运行方向与座椅面板34和椅面支架32相互形成角度。在第一转动轴37位置安装第一角度传感器38，当第一电动推缸35运行时，因第一电动推缸35处在位置距离调整，会带动座椅面板34以第一转动轴所在的旋转中心发生角度转动，第一角度传感器38反馈位移参数，实现座椅面的倾角位移控制调整功能。

座椅背倾角调整总成4包括座椅支架31、座椅背板41、座椅背支架42、第二转动轴43、第四电动推缸44、第二角度传感器45组成。座椅背支架42设计在座椅支架31上方。在座椅支架31相对位置设有座椅背旋转中心孔，在座椅背支架42下端设有第二转动轴43，将第二转动轴43安装在座椅支架31旋转心孔内。座椅背板41用螺栓固定在座椅背支架42上端。在座椅支架31上安装第四电动推缸44，第四电动推缸44底座与座椅支架31固定，第四电动推缸44推杆与座椅背支架42第二转动轴43上端进行连接，将第四电动推缸44运行方向与座椅背支架42和座椅支架31相互形成角度。在座椅支架31转动中心位置安装第二角度传感器45，当第四电动推缸44运行时，因第四电动推缸44处在位置距离调整，会带动座椅背板41以第二转动轴43所在的旋转中心发生角度转动，第二角度传感器45反馈位移参数，实现座椅背板的倾角位移控制调整功能。

如图7、图8所示，座椅扶手位移调整总成5包括扶手支架51、扶手面板52、座椅扶手套53、第五电动推缸54、第三转动轴55、第三角度传感器56、第三光栅尺57、第六电动推缸58、第二滑动导轨59、连接板510、双向电推缸511、第四光栅尺512组成。

座椅扶手内宽、上下位移结构采用双向电动推缸511安装固定在测试平台钢架1上，固定位置相对座椅面左右方向的中心位置，运动方向为相对座椅面左右方向运行位移。在测试平台钢架1固定安装第二滑动导轨59，导轨滑动方向与双向电动推缸511的运行方向平行。第二滑动导轨59上端两侧分别垂直安装两个第六电动推缸58，第六电动推缸58底座与第二滑动导轨59通过连接板510固定连接，第六电动推缸58运行位移方向相对座椅面垂直，第六电动推缸58的推杆上方安装扶手支架51，在第六电动推缸58的方向安装第三光栅尺57，方向与第六电动推缸58平行，第三光栅尺57两端与第二滑动导轨59和扶手支架51固定连接。另使用连接板510将两侧垂直位置第六电动推缸与双向电动推缸511的推杆进行连接。在与双向电动推缸511平行方向安装第四光栅尺512，底端固定在钢架1上，位置与双向电动推缸511中心位置保持一致，第三光栅尺57另一端与连接板510固定。当双向电动推缸511运行时，会带动安装扶手支架51的两侧第六电动推缸进行左右位移，即两侧扶手中间的距离调整，第四光栅尺512反馈位移数据参数，实现了相对座椅面扶手的内宽控制调整功能。当两侧垂直方向的第六电动推缸58运行时，会带动扶手支架51进行上下的位移，第三光栅尺57反馈位移数据参数，实现了相对座椅面的上下位移控制调整功能。

座椅扶手的倾角调整结构采用扶手面板52设计在扶手支架51上端。在扶手支架51上设有扶手旋转中心孔，在扶手面板52相对座椅面后端位置设有第三转动轴55，将第三转动轴55安装在扶手旋转中心孔内。在扶手面板52与扶手支架51之间设有第五电动推缸54，将第五电动推缸54底座固定在扶手支架51上，第五电动推缸54的推杆连接在扶手面板52下端，将第五电动推缸54的运动方向与扶手面板52和扶手支架51相互相形成角度。在扶手支架51的旋转中心处安装第三角度传感器56。当第五电动推缸54运行时，因第五电动推缸54处在位置距离调整，会带动扶手面板52以第三转动轴55所在的旋转中心发生角度转动，角度传感器反馈位移参数，实现扶手面板52的倾角位移控制调整功能。

座椅扶手套53为套装在扶手面板52上，可以将座椅扶手套53设计为不同宽度，这样便于拆卸及安装，从而测试扶手宽度的结构参数。

如图9所示，系统控制柜6集成电源总开关61、三位控制开关62、位移传感器显示面板63及集成电器64组成。收集座椅面、座椅靠背倾角、座椅扶手位移信号，同时对相关各位移进行操控，形成总控中心。

本实施例还提供了一种沙发装置结构工效学测试方法，通过科学算法，计算出舒适坐姿时的座椅结构尺寸参数和人体姿态参数，同时可测量出舒适就座情况下的座面、靠背、扶手位置及布置等结构工效学参数，具体包括：座面高度、座面前后深度、座面倾角、靠背倾角、扶手内宽、扶手高度、扶手倾角。该工效学性能测试方法科学、合理、有效，为沙发的结构工效学设计和测评提供一定的科学依据。配合使用不同软硬度的沙发座垫以及靠背垫，结合压力分布测量系统与主观舒适度评价量表，可测量计算出最舒适的座面软硬度与靠背软硬度，为沙发座面和靠背的软硬度舒适性设计提供设计依据和标准。

通过测试者调节沙发工效学测试装置各结构尺寸和软硬度，并配以主观舒适评价量表，对各结构尺寸、软硬度进行舒适度评定，利用合理的算法，结合人体生理参数和沙发使用时的情景参数，构建出舒适的沙发结构尺寸工效学设计参数标准和座面及靠背和软硬度工效学设计参数标准。具体执行方法与流程如下。

选取肢体完好、无行动障碍、表述清晰的测试者作为测试对象n名。测试对象数量以性别、年龄、bmi指数(即体重(kg)/身高(m)^2)均匀分布，且身高及体重数据的分布应涵盖gb/t10000中国成年人人体尺寸中的第5百分位至95百分位数据。

测试步骤如下：

1)工效学测试装置各总成进行调零，装置稳定后，请测试对象以直立坐姿就座于沙发装置上。

2)调节座椅座面高度位移，直至测试对象双膝与小腿形成90度时，停止调节。此位移为座面高度h1。

3)调节座椅座面深度，直至座面前缘与小腿距离为测试对象报告最舒适时，停止调节。此位移为座面深度d1。

4)调节座椅座面倾角，直至座面倾角为测试对象报告最舒适时，停止调节。此位移为座面倾角r2。

5)调节扶手宽度，直至扶手宽度为测试对象报告最舒适时，停止调节。此位移为扶手内宽w1。

6)调节扶手高度，直至扶手高度为测试对象报告最舒适时，停止调节。此位移为扶手高度h2。

7)调节扶手倾角，直至扶手倾角测试对象报告最舒适时，停止调节。此位移为扶手倾角r2。

8)调节靠背倾角，直至靠背倾角为测试对象报告最舒适时，停止调节。此位移为靠背倾角r3。

沙发座椅结构尺寸的计算方法为：以座面高度h1为例，取m个测试者，m≥10，每个测试者均连续测试n次，取全部测试者的每次测试得到的高度值结果经计算取平均高度，全部平均高度再计算百分位数，取第5百分位数作为下限高度，取第95百分位数作为上限高度，即为座面舒适高度范围。其余值的计算方法参照此方法进行。

沙发座椅结构尺寸结果取合集，即最优的沙发座椅结构尺寸应在{h1p5～h1p95；d1p5～d1p95；r1p5～r1p95；w1p5～w1p95；h2p5～h2p95；r2p5～r2p95；r3p5～r3p95}范围内。

基于上述结构尺寸，针对每名测试对象进行沙发座面与靠背的软硬度座面软硬度体压测试和靠背软硬度体压测试。

座面软硬度体压测试具体包括以下步骤：

基于不同座面软硬度等级，计算座面最大压力和座面平均压力；座面软硬度等级分为s1、s2、s3、s4、s5，五个等级；

座面最大压力的计算方法为：以s1为例，取m个测试者，m≥10，每个测试者均连续测试n次，n≥3，取全部测试者的最大压力值并计算全部最大压力值的均值，即为座面最大压力；

座面平均压力的计算方法为：以s1为例，取m个测试者，m≥10，每个测试者均连续测试n次，取全部测试者的每次测试得到的压力值结果经计算取平均压力，全部平均压力再取均值即为座面平均压力；

绘制座面最大压力分布图、座面平均压力分布图、座面接触面积图，获得座面软硬度体压测试结果；

靠背体压测试具体包括以下步骤：

基于不同靠背软硬度等级，计算靠背最大压力和靠背平均压力；靠背软硬度等级分为k1、k2、k3、k4、k5，五个等级；

靠背最大压力的计算方法为：以k1为例，取m个测试者，m≥10，每个测试者均连续测试n次，n≥3，取全部测试者的最大压力值并计算全部最大压力值的均值，即为靠背最大压力；

靠背平均压力的计算方法为：以k1为例，取m个测试者，m≥10，每个测试者均连续测试n次，取全部测试者的每次测试得到的压力值结果经计算取平均压力，全部平均压力再取均值即为靠背平均压力；

绘制靠背最大压力分布图、靠背平均压力分布图、靠背接触面积图，获得靠背软硬度体压测试结果；

建立舒适度与座压数值的关系，求解最佳舒适度下座面及靠背所对应的软硬度。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。