//Logo Image
作者:劉子吉(2004-04-06);推薦:徐業良(2004-04-06)
附註:本文為申請工業局93年度「傳統工業技術升級推廣與輔導計畫-技術升級專案輔導計畫」計畫書。

多功能健康休閒座椅之設計計畫書

一、現況描述

本計畫輔導廠商世大化成股份有限公司成立於1971年,主要營業項目在PU成品、半成品等傳統泡棉製造,以及PU原料販售,研究開發產品導向,亦均偏向從事開發泡棉類產品,如合成泡棉開發、噴漆型泡棉開發、自成皮泡棉開發等。主要產品開發歷程條列如下:

l      1972~1973年開發合成泡棉取代市面上乳膠泡棉,供應國內鈴木、山葉、偉士伯等機車廠以及裕隆汽車轎車內用座墊,並開發硬質泡棉(仿木、畫框、雕刻品)。

l      1979年開發噴漆成型泡棉,外銷各玩具產品。

l      1982年開發OA辦公傢具使用之自成皮泡綿(integral skin foam)

l      1991年開發NBR粉撲供應日本資生堂公司。

l      1998年自行研發成功的釋壓感溫材質(memory foam),利用釋壓感溫材質技術所發展的易眠床∕枕-37®釋壓床墊、枕頭等系列,獲全省長庚醫院指定使用,並獲得歐盟醫療器材CE認證並榮獲經濟部頒發第十屆“台灣精品獎”。

世大化成股份有限公司在傳統泡棉產品製造與研發均有傲人的表現,但近幾年來大部分的傳統產業的所面臨的問題在於生產與人力成本的增加,獲利毛利率的逐漸下降,傳統產業面臨產業再造或是升級轉型的壓力與困難,為避免此現象的發生,世大化成公司積極的創造的產業升級轉型機會與增加產品的開發,經過與元智大學老人科技福祉科技研發中心接觸後,雙方的共識為以高齡者為主要使用對象之健康休閒與生活輔助器材為研發方向,並搭配世大化成股份有限公司原先的產業為升級基礎導向。

根據行政院內政部的統計資料顯示,臺灣地區已在民國83年年底正式邁入高齡化社會【內政部編印,中華民國台閩地區人口統計】,目前65歲以上人口已經突破兩百萬人,然而國內針對高齡者的健康休閒與生活輔助器材的研發設計規模,並未受到相同程度之重視。工研院經資中心生醫組於2003的報告【張慈映,2003】也指出,科技輔具是未來必須且重要的工作與產業責任,並以日本為例,「福祉用具產業的市場規模」逾2001年以達到32,134億日圓,並持續成長中,並且若以2002年全球6億老人人口推計,預估全球高齡者輔具市場將可高達9兆美金。由此可知,針對高齡者為主要使用對象,研發健康休閒與生活輔助器材,是有市場商機面之升級轉型的方向。

在此方向之下,本計畫目的為輔導世大化成股份有限公司,設計一辦公與居家環境下使用,兼具健康、休閒、與生活輔助的多功能座椅。此項產品外觀類似一般休閒座椅,同時具備下列幾項基本功能:

(1)   有多種姿態調整自由度

(2)   起身輔助功能,高齡者從坐姿轉換為站立時較為困難,此項功能輔助高齡者由坐姿轉換至站立姿態。

(3)   緩和倒立動作,中老年齡層的人口中常有脊椎神經受到壓迫導致疼痛的問題,此緩和倒立動作能提供一個緩和且簡易的的自我治療方式,可拉開脊椎間隔,進而減輕脊椎神經壓迫之疼痛。

二、改善工作內容

1.      產品規格與架構

本計畫開發之多功能健康休閒座椅,需能承受體重100公斤的使用者,達成圖1中座椅姿態、舒適姿態(I)、舒適姿態(II)、平躺姿態、緩和倒立姿態、與起身輔助姿態等六種姿態。其座墊與椅背均有角度調整功能,座墊調整角度為與水平前傾20度(起身輔助姿態)至水平後仰20度(緩和倒立姿態),椅背調整角度則為與座墊呈90度至與座墊呈水平。參考圖2台灣地區人體上與下肢軀幹計測尺寸資料【勞工衛生安全研究所,http://www.iosh.gov.tw/data/f12/e9.htm】,及圖3為一般市售頭靠式座椅的細部尺寸,座墊高度初步設定在400~450mm,座墊長度初步設定在450~500mm,椅背高度則初步設定在900mm

1. 多功能健康休閒座椅所需達成之各個姿態

2. 人體上與下肢軀幹計測尺寸(藍色:男平均值;紅:女平均值)

3. 市售座椅尺寸圖

在此功能需求與規格之下,本計畫開發之多功能健康休閒座椅主要包括四個子系統:

(1)   座墊角度調整子系統

主要功能為承受100公斤使用者的重量下,提供座墊與水平正負20度的旋轉角度調整之功能。

(2)   椅背角度調整子系統

主要功能為承受100公斤使用者的重量下,提供椅背與座墊0~90度的旋轉角度調整之功能。

(3)   電源控制子系統

提供座墊角度調整子系統與椅背角度調整子系統致動器所需電源,並提供使用者操作介面,控制椅墊及椅背調整角度。

(4)   整體支撐架

前述子系統可固定於一支撐架上,並提供整個產品穩固支撐與概略外觀。

本設計將提供一模組化介面,可搭配於世大化成股份有限公司不同之座墊及椅背設計上。座墊、椅背及其他包裝之設計將由世大化成股份有限公司負責。

2. 座墊角度調整子系統的設計概念

前述四項子系統中,座墊角度調整子系統為此產品設計的關鍵子系統。本計畫中將採用「史都華平台(Stewart Platform)」的概念,如圖4所示,史都華平台包含一固定板(Base)、可動板(Platform)、與六根可變長度的連接桿,固定板與可動板和連接桿以球接頭或萬向接頭連接,由六根連接桿不同長度的變化,可動板在空間中擁有可操作的六個自由度。

4. 史都華平台原理

本計畫之座墊角度調整子系統僅需一個自由度,達成座墊前傾與後仰的功能,所以我們將採用簡化形式的史都華平台,如圖5所示。簡化的史都華平台為三根連接桿,連接上可動板(鎖附至座墊)與整體支撐架,其中AB兩根連接桿為固定長度之連接桿,C連接桿則為可變動的連接桿,此可變動長度的功能將由一線性致動器來達成,如此控制C連接桿伸長、縮短,即可控制可動板(座墊)單一方向的傾斜角度。

5. 簡化之史都華平台

3. 椅背角度調整子系統的設計概念

椅背角度調整子系統將以一旋轉絞鏈做旋轉的中心軸,利用一線性致動器配合機構設計帶動椅背的旋轉。此子系統主要設計考量除承載使用者重量之外,亦必須縮減機構空間,使得在此椅背機構系統中有較簡潔呈現。

4. 電源控制子系統的設計概念

電源控制子系統主要的功能為提供使用者控制介面,控制座墊與椅背機構系統中的線性致動器的行程,以控制座墊與椅背的傾斜角度。此子系統的設計亦分為控制介面與控制電路兩個部分。

控制介面設計應能提供特定模式(如輔助起身姿勢、緩和倒立姿勢等)的控制和無特定模式(由使用者自由控制)的控制方式,因此控制介面應設計特定功能按鍵和控制座墊椅背前傾、後仰的4個基本控制按鍵。控制電路方面,除將現有市電110V交流電轉換為線性致動器可使用的24V直流電外,系統需要加裝位置感測器或是極限開關等電子元件,以偵測致動器的行程位置,甚至需要單晶片做整體位置的控制。

三、預定工作進度及查核事項說明

綜合以上說明,本計畫工作項目及細節內容描述如下:

(1)    專利搜尋與分析:搜尋台灣與美國專利,瞭解現有相關設計,幫助產生設計概念並思考如何迴避現有專利。

(2)    支撐架結構設計與製作:依據相關規格及商品化要求設計支撐架結構並製作原型。

(3)    座墊角度調整子系統設計與測試:依據相關規格要求選用線性致動器;以機構分析軟體Working Model進行機構動作的模擬,並決定相關尺寸;組裝於支撐架上進行測試。

(4)    椅背角度調整子系統設計與測試:依據相關規格要求選用線性致動器;以機構分析軟體Working Model進行機構動作的模擬,並決定相關尺寸;組裝於支撐架上進行測試。

(5)    電路與使用介面之設計與測試:完成座墊角度調整子系統及椅背角度調整子系統之線性致動器電源電路;配合使用介面之使用模式設定,完成控制電路設計;裝置於原型機台進行測試。

(6)    系統整合與測試。

本計畫預定六個月內完成,預定工作進度如表1所示,查核事項如表2所示。

1. 預定工作進度表

月份

 

工作項目

5

6

7

8

9

10

專利搜尋與分析

 

 

 

 

支撐架結構設計與製作

 

 

 

 

座墊角度調整子系統設計與測試

 

 

 

椅背角度調整子系統設計與測試

 

 

 

電路與使用介面之設計與測試

 

 

 

 

系統整合與測試

 

 

 

 

2 查核事項

查核點編號

預定完成時間
(
//)

查核點概述

1

2004/06/30

完成專利分析及支撐架結構設計與製作

2

2004/08/31

完成整體機構設計與測試

3

2004/09/30

電路與使用介面之設計與測試

4

2004/10/31

完成系統整合測試與期末報告

四、參考資料

張慈映,2003輔具科技的發展在高齡化社會的商機,生技產業評析,工研院經資中心生醫組。

內政部編印,中華民國台閩地區人口統計。

行政院勞委會,89/01/13版本,台灣地區勞工人體計測資料庫,