一種可變形的椅子及其尺寸計算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可變形的椅子及其尺寸計算方法，包括由椅面木條構(gòu)成呈圓形的椅面，及椅腿；所述椅腿由若干根木條分成兩組組成，所述每組各用一根鋼筋將木條連接，所述鋼筋兩端分別固定在椅腿各組最外側(cè)的兩根木條的中心位置，所述鋼筋貫穿處的木條上開設(shè)有空槽；所述椅腿與椅面由鉸鏈鉸接；所述椅腿與椅面平攤后為一張平板；其尺寸計算方法為：第一步，設(shè)定參數(shù)；第二步，通過上述參數(shù)描述動態(tài)變化過程和各個椅腿邊緣線的數(shù)學(xué)描述；第三步，建立模型，求得最優(yōu)設(shè)計加工參數(shù)；本發(fā)明的可變形的椅子及其尺寸計算方法，對于任意給定的變形椅高度和圓形椅面直徑的設(shè)計要求都可以通過此尺寸計算方法實現(xiàn)，椅子折疊后為方形結(jié)構(gòu)；穩(wěn)固性好、加工方便和用材少。
【專利說明】一種可變形的椅子及其尺寸計算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可變形的椅子及其尺寸計算方法，屬于桌椅套件【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 椅子是人們?nèi)粘Ｉ钪忻刻鞎佑|到的家具，隨著社會的不斷發(fā)展，椅子分類也 越來越細(xì)；功能也越來越完善；其中折疊椅是能夠進(jìn)行折疊的椅子；現(xiàn)有的折疊椅子能夠 折疊和收縮到一個很小的范圍，便于收納或進(jìn)行運輸；但其只是對椅子的靠背及椅腿進(jìn)行 收縮，收縮后仍然是不規(guī)則形狀，不能夠很好地進(jìn)行裝車運輸。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] (一）要解決的技術(shù)問題
[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種可變形的椅子及其尺寸計算方法；椅子外形 由直紋曲面構(gòu)成，造型美觀；可以收縮折疊；且收縮后為方形結(jié)構(gòu)；穩(wěn)固性好、加工方便、用 材少。
[0005] (二）技術(shù)方案
[0006] 本發(fā)明的可變形的椅子，包括由椅面木條構(gòu)成呈圓形的椅面，及椅腿；所述椅腿由 若干根木條分成兩組組成，所述每組各用一根鋼筋將木條連接，所述鋼筋兩端分別固定在 椅腿各組最外側(cè)的兩根木條的中心位置，所述鋼筋貫穿處的木條上開設(shè)有空槽；所述椅腿 與椅面由鉸鏈鉸接；所述椅腿與椅面平攤后為一張平板。
[0007] 上述可變形的椅子的尺寸計算方法為：
[0008] 第一步，設(shè)定參數(shù)，所述參數(shù)包括平板尺寸，及每根木條寬度，及椅子的高度；計算 木條的椅面部分長度和椅腿部分長度。
[0009] 第二步，通過上述參數(shù)描述動態(tài)變化過程和各個椅腿邊緣線的與數(shù)學(xué)描述；根據(jù) 第一步設(shè)定的參數(shù)，將每根木條分為椅面部分和椅腿部分，并計算每根木條的椅面部分的 長度LdP椅腿部分長度P i;接著確定椅腳邊緣線和椅腿木條開槽的長度；首先，計算出最外 側(cè)椅腿的鋼筋位置沿著木條到椅面中間線的距離，該值在椅子變形過程中是不變的量；然 后根據(jù)該距離量，計算出在椅子變形過程中，鋼筋位置與外側(cè)椅腿夾角之間的關(guān)系式，即確 定鋼筋位置在椅子變形過程的曲線；通過鋼筋位置和各個椅腿的椅面部分長度，利用三角 函數(shù)關(guān)系，可以計算出各個椅腿與水平面的1與Θ間的關(guān)系式；確定了各個椅腿邊緣線 的數(shù)學(xué)描述。
[0010] 第三步，建立模型，求得上述椅子的最優(yōu)設(shè)計加工參數(shù)；首先對各木條由外到里依 次進(jìn)行編號；記Θ為椅子處于穩(wěn)態(tài)時第1根椅腿即最外側(cè)椅腿的旋轉(zhuǎn)角度即椅腿與水平面 的夾角，h為椅子的高度，Li為第i根木條的椅面部分長度，K i為第1根椅腿的鋼筋位置沿 著木條到椅面中間線的長度；建立模型，以圓形椅面直徑d和椅面高度h作為輸入，以最外 側(cè)椅腿的旋轉(zhuǎn)角度Θ和第1根椅腿的鋼筋位置沿著木條到椅面中間線的長度K 1作為輸出； 通過分析建模，確定已知量d、h，以及未知量Θ、&之間的函數(shù)關(guān)系，最后通過編寫matlab 程序，搜索Θ和匕的解空間，獲取使得目標(biāo)最優(yōu)化的解，并進(jìn)一步確定所對應(yīng)的椅子加工 參數(shù)，即確定變形椅的最優(yōu)設(shè)計加工參數(shù)。
[0011](三）有益效果
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的可變形的椅子及其尺寸計算方法，椅子外形由直紋曲 面構(gòu)成，造型美觀；對于任意給定的變形椅高度和圓形椅面直徑的設(shè)計要求都可以通過此 尺寸計算方法實現(xiàn)，椅子可以收縮折疊；且收縮后為方形結(jié)構(gòu)；穩(wěn)固性好、加工方便和用材 少。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013] 圖1十根椅腿的編號不意圖；
[0014] 圖2十根椅腿長度的分析圖；
[0015] 圖3第一根椅腿與椅面的夾角不意圖；
[0016] 圖4椅腿旋轉(zhuǎn)角度示意圖；
[0017] 圖5椅腳邊緣曲線圖；
[0018] 圖6椅腿旋轉(zhuǎn)示意圖；
[0019] 圖7十根椅腿的開槽范圍計算結(jié)構(gòu)圖；
[0020] 圖8變形椅的動態(tài)變化過程示意圖。

【具體實施方式】
[0021] 如圖1所示的可變形的椅子，包括由椅面木條構(gòu)成呈圓形的椅面1，及椅腿2 ;所 述椅腿2由若干根木條分成兩組組成，所述每組各用一根鋼筋將木條連接，所述鋼筋兩端 分別固定在椅腿2各組最外側(cè)的兩根木條的中心位置，所述鋼筋貫穿處的木條上開設(shè)有空 槽；所述椅腿2與椅面1由鉸鏈鉸接；所述椅腿2與椅面1平攤后為一張平板。
[0022] 由于本發(fā)明的平板與椅面都是軸對稱圖形，所以在對椅腳邊緣線和椅腿木條開槽 的長度進(jìn)行研宄時，只提取長方形平板的四分之一；作為我們研宄的對象；
[0023] 為了建模分析時方便；設(shè)定地面為平面，即椅腿落地時處在同一個平面上；椅腿 與椅面的連接口的金屬薄片的厚度不計；木條之間縫隙不計；椅子最外側(cè)四條椅腿呈落地 狀態(tài)，
[0024] 設(shè)定加工好的變形椅每根木條的寬度均相等，等于2. 5cm，每根木條的厚度也均相 等，等于3cm ;設(shè)定用戶輸入的椅面寬度為2. 5cm的整數(shù)倍；
[0025] 下面詳述可變形的椅子的參數(shù)設(shè)定；通過參數(shù)描述動態(tài)變化過程和各個椅腿邊緣 線的數(shù)學(xué)描述；建立模型，求得上述椅子的最優(yōu)設(shè)計加工參數(shù)：
[0026] 1、計算木條的椅面部分長度和椅腿部分長度
[0027] 如圖1所示，為方便建立模型，我們對10根60cm的木條按照從椅子外側(cè)到里側(cè)的 順序，進(jìn)行編號i = l，2，"·，10;
[0028] 如圖2所示，把第10根木條椅面部分長度近似看做25cm，并且根據(jù)設(shè)定的寬度為 2. 5cm，則根據(jù)勾股定理得到椅面半徑及="252 + 2.52 cm;由于木條的寬度為2. 5cm，我 們知道，第i根木條到圖2所示的中心水平線的距離為（25-2. 5*(i-l))cm。再次利用勾股 定理，計算出第i根木條的椅面部分長度和椅腿部分長度分別為：

【權(quán)利要求】
1. 一種可變形的椅子，包括由椅面木條構(gòu)成呈圓形的椅面，及椅腿；其特征在于：所述 椅腿由若干根木條分成兩組組成，所述每組各用一根鋼筋將木條連接，所述鋼筋兩端分別 固定在椅腿各組最外側(cè)的兩根木條的中心位置，所述鋼筋貫穿處的木條上開設(shè)有空槽；所 述椅腿與椅面由鉸鏈鉸接；所述椅腿與椅面平攤后為一張平板。
2. -種可變形的椅子的尺寸計算方法，其特征在于，所述的尺寸計算方法為： 第一步，設(shè)定參數(shù)，所述參數(shù)包括平板尺寸，及每根木條寬度，及椅子的高度；計算木條 的椅面部分長度和椅腿部分長度。 第二步，通過上述參數(shù)描述動態(tài)變化過程和各個椅腿邊緣線的與數(shù)學(xué)描述；根據(jù)第一 步設(shè)定的參數(shù)，將每根木條分為椅面部分和椅腿部分，并計算每根木條的椅面部分的長度 LdP椅腿部分長度pi;接著確定椅腳邊緣線和椅腿木條開槽的長度；首先，計算出最外側(cè)椅 腿的鋼筋位置沿著木條到椅面中間線的距離，該值在椅子變形過程中是不變的量；然后根 據(jù)該距離量，計算出在椅子變形過程中，鋼筋位置與外側(cè)椅腿夾角之間的關(guān)系式，即確定鋼 筋位置在椅子變形過程的曲線；通過鋼筋位置和各個椅腿的椅面部分長度，利用三角函數(shù) 關(guān)系，可以計算出各個椅腿與水平面的1與Θ間的關(guān)系式；確定了各個椅腿邊緣線的數(shù) 學(xué)描述。 第三步，建立模型，求得上述椅子的最優(yōu)設(shè)計加工參數(shù)；首先對各木條由外到里依次進(jìn) 行編號；記Θ為椅子處于穩(wěn)態(tài)時第1根椅腿即最外側(cè)椅腿的旋轉(zhuǎn)角度即椅腿與水平面的夾 角，h為椅子的高度，Li為第i根木條的椅面部分長度，Ki為第1根椅腿的鋼筋位置沿著木 條到椅面中間線的長度；建立模型，以圓形椅面直徑d和椅面高度h作為輸入，以最外側(cè)椅 腿的旋轉(zhuǎn)角度Θ和第1根椅腿的鋼筋位置沿著木條到椅面中間線的長度K1作為輸出；通 過分析建模，確定已知量d、h，以及未知量Θ、&之間的函數(shù)關(guān)系，最后通過編寫matlab程 序，搜索Θ和匕的解空間，獲取使得目標(biāo)最優(yōu)化的解，并進(jìn)一步確定所對應(yīng)的椅子加工參 數(shù)，即確定變形椅的最優(yōu)設(shè)計加工參數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變形的椅子的尺寸計算方法，其特征在于，所述設(shè)定參數(shù) 過程中，設(shè)定加工好的變形椅每根木條的寬度均相等，等于2. 5cm，每根木條的厚度也均相 等，等于3cm;設(shè)定用戶輸入的椅面寬度為2. 5cm的整數(shù)倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變形的椅子的尺寸計算方法，其特征在于，所述計算木條 的椅面部分長度和椅腿部分長度過程中，對10根60cm的木條按照從椅子外側(cè)到里側(cè)的順 序，進(jìn)行編號i= 1，2,…，10;把第10根木條椅面部分長度近似看做25cm，并且根據(jù)設(shè)定 的寬度為2. 5cm，則根據(jù)勾股定理得到椅面半徑及=^252 +2·52cm;由于木條的寬度為 2. 5cm，第i根木條到圓形的椅面中心水平線的距離為（25-2. 5* (i-1))cm;再次利用勾股定 理，計算出第i根木條的椅面部分長度和椅腿部分長度分別為：
基于以上模型，得出木條的椅面部分長度和椅腿部分長度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的可變形的椅子的尺寸計算方法，其特征在于，所述椅腳 邊緣線的數(shù)學(xué)表達(dá)過程為：將平板處于平放狀態(tài)，即第1根椅腳與水平面的夾角Θ為0;得 到的Θ最小值為0,并隨著椅腿的旋轉(zhuǎn)不斷變大，當(dāng)椅子達(dá)到穩(wěn)固時，Θ最大；穩(wěn)固時第I 根椅腳的豎向投影，可計算出最大值沒=OTCSin^-。因而，^ 〇,arcsin^ ;其他各個椅 57.5 L 57.5 J 腳的旋轉(zhuǎn)角度也達(dá)到了最大；以最外側(cè)木條的中心點作為坐標(biāo)軸原點，以垂直沿著地面的 方向為y軸，自外而內(nèi)方向為z軸，水平方向X軸，建立坐標(biāo)系；將第i根椅腿的邊緣點在三 維坐標(biāo)系中X軸，Y軸，Z軸的坐標(biāo)分別記為Xi，yiZi，最外側(cè)的椅腿的鋼筋固定點坐標(biāo)記為 〇 (sx，sy，SZ)，可以得到：
其中，βi為第i根椅腿的旋轉(zhuǎn)角度，Li為第i根木條的椅面部分長度，Θ為第1根椅 腿的旋轉(zhuǎn)角度； 由于鋼筋同時通過第i根椅腿與第1根椅腿，根據(jù)三角函數(shù)得出第i根椅腿的旋轉(zhuǎn)角 n SV 度與鋼筋固定點坐標(biāo)之間的關(guān)系為：tan及，即：
由于鋼筋固定在最外側(cè)木條的中間位置，我們可以得到：
將公式（3)代入公式（2)，再代入公式（1)，從而確定了 10根椅腿的邊緣線的數(shù)學(xué)描述 式；基于以上模型，利用matlab計算軟件，得到10根椅腳的邊緣曲線動態(tài)變化過程。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的可變形的椅子的尺寸計算方法，其特征在于，在建立模型 過程中，計算椅腿木條的開槽長度，具體如下： 所述Θ的取值范圍為0e[〇,arcsing];第i根椅腿內(nèi)鋼筋位置沿著木條到椅面中間 線的長度是關(guān)于Θ的一個函數(shù)，記為Α(θ)，即：
其中，Xi,Yi為第i根椅腿開槽處的X，y軸坐標(biāo)，Li為第i根木條的椅面部分長度；由 于鋼筋同時通過第i根椅腿與第一跟椅腿，可知：
通過計算得出開槽范圍數(shù)值參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變形的椅子的尺寸計算方法，其特征在于，所述的平板與 椅面為軸對稱圖形；取四分之一平板與椅面計算椅腳邊緣線和椅腿木條開槽的長度。
【文檔編號】G06F17/50GK104462708SQ201410795780
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月22日
【發(fā)明者】金新元, 林曄智 申請人:溫州大學(xué), 溫州醫(yī)科大學(xué)