儿童坐姿校正仪设计及增材制造(附件)
本课题的研究为一款儿童坐姿矫正学习椅。第一部分通过一系列数据报告研究说明了坐姿的好坏影响儿童的身心发展。因此拥有一款可以矫正坐姿的学习椅可以帮助儿童健康快乐成长。然后介绍了国内外研究学习椅的情况以及人体工程学在座椅中的重要性。最后对设计软件进行了简单的介绍，第二部分首先写出了学习椅的工作过程，然后介绍了坐面、椅背、立柱的分析与设计方案。对座椅上的设计尺寸、双背理念、追背支撑、立柱的作用进行了阐述。重点对头部设计的优点及头部固定器中每个零件设计进行阐述。第三部分先介绍了脚轮的重力自锁、材质选择以及脚轮soildworks三维设计。然后介绍了底座的三维设计。第四部分先简述了3D打印的几种类型，着重介绍了立体光固化成型法的原理、加工工艺、优缺点。简述了Form2打印机、选取打印材料。最后详细介绍了典型零件的3D打印加工流程以及打印完成后的注意事项。第五部分用Mastercam仿真模拟典型零件的加工。第六部分呼吁大家节能环保。关键词 矫正椅，头部固定器，soildworks，3D打印技术
目 录
1 引言 1
1.1国内儿童学习椅的研究现状 2
1.2国外儿童学习椅的研究现状 2
1.4研究或解决的问题 3
2 学习椅的设计方案 5
2.1 矫正椅的工作过程 5
2.2 座椅的分析与设计 6
2.3 头部固定器分析与设计 10
3 典型零部件设计 14
3.1 脚轮设计 14
3.2 底座设计 19
4 3D打印技术 22
4.1 打印机类型 22
4.2 SLA打打印机优缺点 24
4.3 SLA技术 25
4.4 3D打印加工 26
5 MASTERCAM虚拟程序加工 33
5.1 MASTERCAM的特点 33
5.2典型零件的虚拟加工 33
6 节能环保 36
结 论 37
致 谢 38
参考文献 39
1 引言
生活节奏快，也就导致了工作忙，离不开长时间的使用电脑、写字等。特别是现在学 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
业负担加重。按国家教委统计的数据36%的小学学生患有近视，65%初中生近视，高中生79%也有近视，因而有74%的近视学生在高考体检中被限制考试。在我国儿童出现高达20%左右各种程度的脊椎侧弯，其中侧弯的人群占一半，这种病症危害儿童的发育，从形体看出，如图11、12所示站立时，双肩、头斜、盆骨、手臂都斜着，两腿并拢膝盖弯。
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图11 儿童脊椎侧弯图 图12 正常、畸形脊椎侧图
《公务员录用体检操作手册》中公务员视力最低4.9，脊柱与前凸，侧弯等也要符合要求。即不良的坐姿对儿童身心发展有着重大的影响。据调查，椅子的不合适直接影响到了儿童坐姿不好，像儿童与椅子尺寸不匹配，座椅尺寸、椅背和座面的高度与孩子们的坐姿不符。据统计，在我国约有9360 万儿童，75%坐姿不佳，用矫正产品的只有11%。（如图13所示）。
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图13 2014年使用矫正产品人数
目前也有不同的坐姿产品，但是效果不佳。儿童产品需要去设计外观，尺寸，材质以及功能。在使用这些产品时应感觉好，利用好坐姿来建立起健康的意识。多数可调整型，通过调节椅面及椅背矫正坐姿。少数通过传动机构随臀部、背部调整角度，缺点灵敏度差。
本课题研究人群小学生，年龄6到14岁，着重于设计一款智能坐姿矫正产品能够代替家长帮助学生、儿童纠正不良坐姿，有效地预防近视以及驼背等问题给儿童带来良好的体验，不仅要有有效的功能，而且经济实惠美观。人体的形态、动作与座椅尺寸差不多，这样保证好坐姿与学习效率。
1.1 国内儿童学习椅的研究现状
《无锡中小学普通教室课桌椅设计的人机工程学研究》对无锡825 名小学生调查得到，76.2%学生座椅的前部，67.9%学生坐座椅的后部，71.6%学生靠在椅背后，62.4%学生座椅中部位置。3494 名中小学生的人体数据被测，预测男女生在身高的变化。写出小学阶段座椅的人机尺寸配置。
罗玉明等人根据人机工程学，将学生与桌椅的活动绑在一起，这样就形成“人—桌椅—学习”。学生身体疾病是与坐姿有关系的。并且得出一些身体参数（学生健康坐姿）： 4个90°人坐下来好的角度， 2个90°、2个135°更好的身体角度，如图14所示。
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图14 人体健康坐姿的座椅夹角
胡天怡对座椅高度、宽度、椅背倾角等进行了实验。得出结论人体的腰臀部的压力分布，反映出不同的坐姿。
1.2 国外儿童学习椅的研究现状
Coleman等提出：在研究结构设计座椅相对于人体脊柱时，需要设计腰部的支撑，在保证腰部脊柱往前凸和稳定骨盆方面起到作用。Ｍargarka研究表明：人在坐的过程中，姿势不断变化是人体感觉到不舒适。Gordonm研究到人分布压力影响与个体因素、姿势因素、以及座椅设计因素有关。其中对人体影响最大的是座椅接触面所产生的压力。研究人员提出：在坐姿状态下腿部应与人体成135°较佳，才能使脊柱保持正常弯曲。Dennis zacarkow在研究中提出：有很多种因素影响坐姿舒适度，人体臀部为最重要的因素之一。通过研究坐面接触时和人体臀部产生的压力分布来说明臀部与座椅间的关系。Nag等人通过实验发现；合理的背倾角在座椅能够降低体重压力，脚部载荷分布对靠背支撑影响不是很大，扶手的设计也可改善压力分布。
Kiyokawa等人设计了一款智能办公椅，根据实验者的睡意程度，椅子做出不同反映。智能办公椅的主要是消除受试者的睡意，提升受试者的工作专注度。
1.3 人体工程学在座椅硏究领域的必要性
人体工程学来自于希腊，它与人的劳动、人的作为、工作效率有关。二十世纪初，这一名词被提出。我国默认这一词运用在家具、环境等领域。人体工程学将＂人一物一环境＂作为研究对象。出发点为人，研究着外界与人的协调。
人体工程学包括很多领域与学科，不同问题有不同侧重点。在日常生活中随处可见提高了我们的生活质量。大部分的座椅是在功能上满足需求。现在人们开始着手设计座椅的舒适度，运用了人体工程学就能让这些座椅达到舒适高效的状态。它为座椅的设计提供了人体尺寸的参数，座椅的高度、深度、宽度依据人体的尺寸来设计，与传统的比较，现代的人体工程学是座椅来适应人，注重的是人的感受。使用座椅的过程中的生理心理感受，需进行实验，再运用到设计中去。
1.4 研究或解决的问题
对生活中的普通儿童椅出现问题的分析1、坐姿不行驼背；2、灯光问题近视；3、椅背角度不能调节； 4、材料不环保，油漆多；5、被动适应坐椅，学习效率就低；6、桌椅的智能化程度不高；7、座椅的高度；8、椅子太硬不舒服；为了解决传统儿童座椅的弊端，本课题用设计一款矫正坐姿的学习椅。
目 录
1 引言 1
1.1国内儿童学习椅的研究现状 2
1.2国外儿童学习椅的研究现状 2
1.4研究或解决的问题 3
2 学习椅的设计方案 5
2.1 矫正椅的工作过程 5
2.2 座椅的分析与设计 6
2.3 头部固定器分析与设计 10
3 典型零部件设计 14
3.1 脚轮设计 14
3.2 底座设计 19
4 3D打印技术 22
4.1 打印机类型 22
4.2 SLA打打印机优缺点 24
4.3 SLA技术 25
4.4 3D打印加工 26
5 MASTERCAM虚拟程序加工 33
5.1 MASTERCAM的特点 33
5.2典型零件的虚拟加工 33
6 节能环保 36
结 论 37
致 谢 38
参考文献 39
1 引言
生活节奏快，也就导致了工作忙，离不开长时间的使用电脑、写字等。特别是现在学 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
业负担加重。按国家教委统计的数据36%的小学学生患有近视，65%初中生近视，高中生79%也有近视，因而有74%的近视学生在高考体检中被限制考试。在我国儿童出现高达20%左右各种程度的脊椎侧弯，其中侧弯的人群占一半，这种病症危害儿童的发育，从形体看出，如图11、12所示站立时，双肩、头斜、盆骨、手臂都斜着，两腿并拢膝盖弯。
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图11 儿童脊椎侧弯图 图12 正常、畸形脊椎侧图
《公务员录用体检操作手册》中公务员视力最低4.9，脊柱与前凸，侧弯等也要符合要求。即不良的坐姿对儿童身心发展有着重大的影响。据调查，椅子的不合适直接影响到了儿童坐姿不好，像儿童与椅子尺寸不匹配，座椅尺寸、椅背和座面的高度与孩子们的坐姿不符。据统计，在我国约有9360 万儿童，75%坐姿不佳，用矫正产品的只有11%。（如图13所示）。
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图13 2014年使用矫正产品人数
目前也有不同的坐姿产品，但是效果不佳。儿童产品需要去设计外观，尺寸，材质以及功能。在使用这些产品时应感觉好，利用好坐姿来建立起健康的意识。多数可调整型，通过调节椅面及椅背矫正坐姿。少数通过传动机构随臀部、背部调整角度，缺点灵敏度差。
本课题研究人群小学生，年龄6到14岁，着重于设计一款智能坐姿矫正产品能够代替家长帮助学生、儿童纠正不良坐姿，有效地预防近视以及驼背等问题给儿童带来良好的体验，不仅要有有效的功能，而且经济实惠美观。人体的形态、动作与座椅尺寸差不多，这样保证好坐姿与学习效率。
1.1 国内儿童学习椅的研究现状
《无锡中小学普通教室课桌椅设计的人机工程学研究》对无锡825 名小学生调查得到，76.2%学生座椅的前部，67.9%学生坐座椅的后部，71.6%学生靠在椅背后，62.4%学生座椅中部位置。3494 名中小学生的人体数据被测，预测男女生在身高的变化。写出小学阶段座椅的人机尺寸配置。
罗玉明等人根据人机工程学，将学生与桌椅的活动绑在一起，这样就形成“人—桌椅—学习”。学生身体疾病是与坐姿有关系的。并且得出一些身体参数（学生健康坐姿）： 4个90°人坐下来好的角度， 2个90°、2个135°更好的身体角度，如图14所示。
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图14 人体健康坐姿的座椅夹角
胡天怡对座椅高度、宽度、椅背倾角等进行了实验。得出结论人体的腰臀部的压力分布，反映出不同的坐姿。
1.2 国外儿童学习椅的研究现状
Coleman等提出：在研究结构设计座椅相对于人体脊柱时，需要设计腰部的支撑，在保证腰部脊柱往前凸和稳定骨盆方面起到作用。Ｍargarka研究表明：人在坐的过程中，姿势不断变化是人体感觉到不舒适。Gordonm研究到人分布压力影响与个体因素、姿势因素、以及座椅设计因素有关。其中对人体影响最大的是座椅接触面所产生的压力。研究人员提出：在坐姿状态下腿部应与人体成135°较佳，才能使脊柱保持正常弯曲。Dennis zacarkow在研究中提出：有很多种因素影响坐姿舒适度，人体臀部为最重要的因素之一。通过研究坐面接触时和人体臀部产生的压力分布来说明臀部与座椅间的关系。Nag等人通过实验发现；合理的背倾角在座椅能够降低体重压力，脚部载荷分布对靠背支撑影响不是很大，扶手的设计也可改善压力分布。
Kiyokawa等人设计了一款智能办公椅，根据实验者的睡意程度，椅子做出不同反映。智能办公椅的主要是消除受试者的睡意，提升受试者的工作专注度。
1.3 人体工程学在座椅硏究领域的必要性
人体工程学来自于希腊，它与人的劳动、人的作为、工作效率有关。二十世纪初，这一名词被提出。我国默认这一词运用在家具、环境等领域。人体工程学将＂人一物一环境＂作为研究对象。出发点为人，研究着外界与人的协调。
人体工程学包括很多领域与学科，不同问题有不同侧重点。在日常生活中随处可见提高了我们的生活质量。大部分的座椅是在功能上满足需求。现在人们开始着手设计座椅的舒适度，运用了人体工程学就能让这些座椅达到舒适高效的状态。它为座椅的设计提供了人体尺寸的参数，座椅的高度、深度、宽度依据人体的尺寸来设计，与传统的比较，现代的人体工程学是座椅来适应人，注重的是人的感受。使用座椅的过程中的生理心理感受，需进行实验，再运用到设计中去。
1.4 研究或解决的问题
对生活中的普通儿童椅出现问题的分析1、坐姿不行驼背；2、灯光问题近视；3、椅背角度不能调节； 4、材料不环保，油漆多；5、被动适应坐椅，学习效率就低；6、桌椅的智能化程度不高；7、座椅的高度；8、椅子太硬不舒服；为了解决传统儿童座椅的弊端，本课题用设计一款矫正坐姿的学习椅。
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