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基于体压分布的沙发靠背高度对坐姿舒适性的影响

来源:www.eappu.com发布时间:2017-09-14点击数:载入中...

1984 年台湾廖有灿等人指出座椅靠垫设计的 重要性要超过座垫靠背支撑点的选择决定其功 能,而并非大的或柔软的靠垫就舒适。座椅靠背上的体压分布测试,应当是肩胛骨和腰椎骨两个部位最 高,这就是靠背设计中所谓的两点支撑准则。不 同用途的座椅,两点支撑的作用不是一样的。腰靠 支撑是使背部疼痛和疲劳减至最低的主要手段。如 果没有腰靠,人体只能靠肌肉来维持腰椎曲线,势 必引起腰部肌肉的疲劳和损伤。近些年来,随着人 体工程学的发展,国内外作了许多相干的研究。2003 Makhsous 等的研究表明,腰部支撑不足会导致 慢性健康问题,如背部下端疼痛、肩部疼痛、颈部 疼痛、疲劳和不舒适等病症。在坐姿条件下,腰 部疼痛是身体不舒适的重要原因,其次是颈部和背 部。合理的腰部支撑可以减少坐姿条件下不舒适的产生。有关研究结果表明背部下端的不舒适病症 与背部下端、座椅靠背的接触面积有关,而接触 面积又与靠背面的尺寸有密切的关系。作者利用体 压分布测量测通,采用主客观测试相结合的方法研 究了靠背面高度对坐姿舒适性的影响,分析了靠背 面高度与各压力分布指标的关系,从而为沙发靠背 面的优化设计和沙发舒适性评价提供了理论依据。

1    材料与方法

1.1    被试者

6 名青年男性大门生志愿者,年龄(23±3.3) 岁、身高(171.6±7.0cm、体重(66.3±10.5kg, 身体健康状况良好,试验前 24 h 未进行剧烈膂力活 动,无肌肉疲劳征象。

1.2   测试内容及坐姿请求

测试 3 种靠背高度下人体背部的压力分布,试验时请求受试者自然后倾,靠于沙发靠背之上,眼 睛平视前方,左右大腿大致平行,膝部弯曲大致呈 90°,足平放于地面,双肩放松,双手轻轻置于大 腿之上。

直接读取靠背面总压力、平均压力、最大压力和接 触面积等压力分布指标,并通过压力分布矩阵推算 平均压力梯度、最大压力梯度、纵向压力分布曲线、 横向压力分布曲线[5-8],推算公式分别为:

3 种靠背高度为 5156 61 cm,沙发的坐垫

和靠垫硬度适中,弹性较好,座面高度级差(h =座 面高度-人体坐高-鞋高) 0  mm,深度级差d =1Gv=NpNPGii?1

(1) NP 为受压点数,明显 NP≤N(N 为测点数)

座面深度-人体坐深) 25 mm,靠背倾角 110°,座

G  =max(G  ,G ,…,G) 

(2)面倾角

客观评价采用语义微分法,使用七级量表,评 价包括团体舒适度评价、身体部位舒适度评价和沙 发特性描述 3 项内容。

1.3   BPD 数据的采集

采用美国 Tekscan 公司所提供的体压分布测量 体系(BPMSbody pressure measure system)测试人座面压力分布数据。测试时,首先将压力传感垫置 于人与靠背面之间,待压力分布相对稳定落后行记 录,记录时间为 5 min,采样率为 8 f·s-1

1.4   试验程序

试验前告知受试者试验的目的、试验的内容和 测试的方式,并帮助其熟悉客观舒适度评价量表。 试验过程中,受试者不得多讲话,向实验人员报告 舒适状况时避免大声或激动。一种坐姿状态测试完 毕,休息 30 min 落后行下一坐姿状态的测试。

1.5   统计分析

从试验过程中存取的压力分布记录文件(文件 名为“fsx”),可以转换成一般电脑可以读取的压力 矩阵 ASCII 纯文本文档,将此 ASCII 文档导入 Office Excel 2003,作为计算及统计分析的基础。由 BPMSm    1     2     NN 为测点数)。

对各项压力分布指标进行统计计算,求其与主 观评价结果的相干关系,确定压力分布指标的有用 性及使用范围。统计分析使用 Excel SPSS 软件。

2     结果与讨论

2.1 沙发海绵靠垫的高度与压力分布指标

对试验测得数据进行统计处理,并取 6 名测试 对象各测试项目的均值,结果列于表 1。以海绵靠 垫的高度为横坐标,各压力分布指标的测试结果的 均值为纵坐标画图,得到海绵靠垫的硬度与各压力 分布指标的关系。

从表 1 可以看出,由受试者个体间的差异性所 引起的试验结果偏差要远大于重复试验所导致的实 验偏差,即所选受试者具有明显的个体差异性,从 而表明试验结果具有一定的适用范围。可以看出,随着靠背高度的增大,靠 背面上的承重减小,这主如果因为,随着靠背高度 的增大人的肩部接触面积越来越大,较大的接触面 积限定了上身后仰角的增大,从而令人体上身中心 迁移,座面的承重增大,靠背面的承重反而减小。

1    3 种不同高度的靠背垫上的压力分布结果

Table 1    Pressure distribution on the three backrest surface with different backrest height

分布指标

海绵靠垫的高度/cm

SD1N=6 SD2N=3

Distribution indexes     51   56   61

总压力/kg Total pressure

接触面积/cm2

Contact area pressure pressu

平均压力/kPa Average pressure 最大压力/kPa

Maximum pressure 平均压力梯度/kPa·cm-2 Average pressure gradient

最大压力梯度/kPa·cm-2

Maximum pressure gradient

积呈现递减的趋势。

随着靠背高度的增大, 靠背面上的平均压力和平均压力梯度呈现先增大后客观评价项目

靠背高度/cm Backrest height

  Subjective evaluation item      51   56   61  

柔软性

Softness 0.37 0.44 0.48

稳定性

Stability

肩部接触面积

Contact area in shoulder

背部接触面积

Contact area in back

腰部接触面积

Contact area in waist

腰部舒适感

Waist comfort

背部舒适感

Back comfort

肩部舒适感

Shoulders comfort

颈部舒适感

Neck comfort

团体舒适度

Sitting comfort in total

由可以看出,随着靠背高度的增大,人 体与靠背面的接触面积逐渐减小。虽然随着靠背高 度的增大,肩部接触面积会有一定程度的增大,但 同时后仰角的减小也会令人体上身的下沉量减少, 从而使腰背部的接触面积减小。因此,团体接触面减小的趋势。本实验中,靠背高度为 61cm 时,靠背面上的平均压力和平均压力梯度最小。

由可以看出,随着靠背高度的增大, 靠背面上的最大压力和最大压力梯度逐渐递减。

2.2 客观评价结果

将靠背面上的客观评价的数据利用“模糊理论” 进行统计处理,所得结果列于表 2

由表 2 可以看出:(1)随着靠背垫高度的增长, 靠背面的柔软感略有提高,这可能是因为靠背垫高 度的增高,提高了肩部与靠背面的接触面积,从而 使肩部的柔软感增强所引起的;(2)随着靠背垫高度 的增大,人体肩部的接触面积增大,而腰部接触面 积逐渐减小,背部接触面积先增大后减小;(3)随着 靠背垫高度的增大,人体肩部、背部、腰部的舒适 感增强,而颈部的舒适感略有降低。颈部舒适感的 降低可能是因为较高的靠背影响了颈部的活动度; (4)人体坐姿的团体舒适感随着靠背垫高度的增大 而增强。

2.3   客观舒适感评价与客观测试结果之间相干性

将客观评价所得结果与客观测试的各项指标进 行相干性分析,结果列于表 3

客观评价项目

Subjective evaluation   总压力

Total      接触面积

Contact  平均压力

Average  最大压力

Maximum      平均压力梯度

Average pressure  最大压力梯度

Maximum pressure

item pressure area pressure pressure gradient gradient

柔软性

Softness

肩部接触面积

0.825  0.738  0.098  0.955  0.245      0.156

Contact area in shoulder     0.964      0.480      0.415      0.980*    0.082      0.173

背部接触面积

Contact area in back

腰部接触面积

Contact area in waist

腰部舒适感

Waist comfort

背部舒适感

Back comfort

肩部舒适感

Shoulders comfort

团体舒适度

Sitting comfort in total

**α = 0.01*α = 0.05

由表 3 可以看出:

(1)与各项压力分布指标的相干性不明显;肩部 接触面积与最大压力呈现明显的相干性,且为正向 相干性,即随着肩部接触面积的增大,最大压力增 大,这主如果因为肩部是人体主要的背部支撑点, 肩部接触面积的增大也就意味着肩部支撑力的增 大,因此会出现最大压力的增大。

(2)触面积与最大压力梯度呈现明显的相干关 系,且呈正向相干性,即随着腰部接触面的增大, 最大压力梯度增大。腰部支撑是两点支撑的一个重 要的支点,而两个支点是最大压力梯度最容易出现 的部位。随着腰部接触面积的增长,腰部的下沉量 增大,从而使压力梯度增大。

(3)适度与最大压力呈现明显的负向相干性,即 随着靠背面上最大压力的增大,腰部舒适度会明显 降低。因此在沙发设计时,腰部要有充足的支撑, 并非仅提高该部位的受力,增大其接触面积也是提 高其舒适度的有用方法。

3     小结

沙发靠背面的高度较大时,人体肩部、背部、 腰部和团体坐姿舒适感较强,但较高的靠背面会影 响颈部的舒适性,建议通过提供头靠来提高头部和 颈部的舒适性;腰部舒适性与最大压力、最大压力 梯度、腰部接触面积密切相干,可以利用这些体压分布测量体系来评价腰部舒适性;可以通过提高腰部压力梯 度和接触面积的方法来提高腰部舒适性,同时腰部 的最大压力不应过大,否则也会影响腰部舒适性。

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