CN212363673U - 一种床垫硬度分布自主控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种床垫硬度分布自主控制系统，包括人体位置姿态监测模块、床垫支撑矩阵、信号采集模块、存储及控制模块，控制面板及供电模块；其中，人体位置姿态监测模块包括若干压力传感单元，压力传感单元主要由压电薄膜或气囊式压力传感器构成，由于人体施加床垫的压力比较大，可实现人体与床垫接触部位的精确测量。其优点是：结构科学，设计合理；床垫硬度分布自主控制系统可对睡眠者感受的床垫硬度分布进行监测和反馈，更加简便、更加快捷、成本更低；方便人找到让自身处于最舒适状态的硬度分布，通过监测人体位置和姿态，来实现床垫支撑程度的修正，从而使睡眠者在满意舒适的硬度分布状态入睡。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种智能家居，尤其涉及一种智能床垫。
背景技术
床垫的舒适程度直接影响了人的睡眠健康，随着现代生活水平的提高以及健康意识的增强，人们对床垫的舒适程度要求越来越高。不同人由于年龄、身材的差异，对床垫的参数有着不同的要求，市面上出现了各种材质、结构的床垫，包括弹簧、记忆棉、乳胶、棕垫等等，虽然能够一定程度上贴近不同群体需求，但是由于人体睡眠姿态的复杂性，仍然不能够有效满足个体的个性化需求，根据个体的差异来订制床垫，成本又太高。如申请日为2018-01-08、申请公布号为CN108013647A的中国实用新型专利是公开了“一种智能床垫”，该专利公开的智能床垫由弹性垫体组成，其技术方案通过自动调整弹性组件的高低位置，使其贴合人体自然生理曲线，对腰部、颈部弯曲部位的肌群进行有效支撑，从而使脊柱自然放松，达到最佳睡眠状态。但该专利同样存在前述的问题，虽然可以通过自动调整弹性组件控制床垫各部位的支撑程度来控制压力分布，使人各部位受到的压力尽可能均匀，但是，床垫的实时压力是通过床垫上的压力传感器来监控的，由于人体与床垫在每个位置的接触程度不同，且人体皮肤对传感器施加的力中存在剪切力分量，导致压力监测存在较大的误差，不能真实反应人体压力的分布。另外，对于人体压力均匀分布并不是最优策略，模型过于简单粗暴，由于每个个体体型、体质存在差异，人的压力最优分布需要综合考虑人体脊柱形态、基础疾病、身体缺陷、各部位敏感程度等等诸多因素，然而，这些因素导致了床垫压力控制问题的复杂性和难操作性。
实用新型内容
为解决现有智能床垫存在的上述缺陷，本实用新型提供一种床垫硬度分布自主控制系统。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案是：
一种床垫硬度分布自主控制系统，包括人体位置姿态监测模块，床垫支撑矩阵，信号采集模块、存储及控制模块，控制面板及供电模块；其特征是：
所述床垫支撑矩阵，设置于床垫底部，受存储及控制模块控制，用于调整床垫各部位的支撑程度来实现硬度的调整，由若干个按矩阵式分布的且可调伸长量的支撑件组成；
所述人体位置姿态监测模块，用于监测人体与床垫接触的位置，作为判断睡眠者姿态和床垫支撑矩阵之间的相对位置关系；
所述信号采集模块，其输入端与人体位置姿态监测模块的输出端连接，用于从人体位置姿态监测模块采集人体位置姿态信号；
所述存储及控制模块，其输入端与信号采集模块的输出端连接，其输出端与述床垫支撑矩阵的输入端连接，用于存储睡眠模式和输出执行睡眠模式信号；
所述控制面板，其输出端与存储及控制模块的输入端连接，用于睡眠者对床垫的人机交互控制；
所述供电模块，为系统中各模块提供低压直流工作电源。
优选地，所述人体位置姿态监测模块包括若干压力传感单元，压力传感单元主要由压电薄膜或气囊式压力传感器构成。由于人体与床垫的压力比较大，该压电薄膜或气囊式压力传感器可实现人体与床垫接触部位的精确测量。
优选地，所述支撑件为位移执行器，该位移执行器可在电信号驱动下改变伸长量；位移执行器能够容忍床垫的反作用力在设定区间值的范围内波动，在超出设定区间值的范围时，该位移执行器可顺应该反作用力调整伸长量，在回到设定区间值的范围时恢复到原伸长量，位移执行器内设有防止过载而损坏位移执行器的锁止器。
优选地，所述信号采集模块由多路开关、采样维持器、放大器和8位以上的模数转换器串联而成。
优选地，所述存储及控制模块包括微处理器单元、用于存储睡眠模式数据和程序数据的存储器、驱动床垫支撑矩阵工作的驱动器；存储器和驱动器均和微处理器单元相应端口连接。
优选地，所述控制面板为按钮、旋钮和摇杆中的一种或任意组合。
优选地，所述床垫由记忆棉或乳胶制成。
作为本实用新型技术方案的原理说明，睡眠者以一种姿态躺在床上，感受各部位的舒适程度，确定需要调整硬度的位置，通过控制面板发出指令，控制床垫支撑矩阵调整这些部位的支撑程度来改变该部位的床垫硬度，根据自身感受找到最佳的硬度分布，编辑不同姿态下的支撑矩阵中各支撑件的支撑程度，即完成一个睡眠模式编辑，可存储于存储及控制模块中。睡眠者完成睡眠模式编辑后，系统即可执行该睡眠模式，床垫支撑矩阵在存储及控制模块的控制下维持各支撑件的伸长量，维持最优舒适程度。存储及控制模块中可存储多个睡眠模式，睡眠者可根据需求随时调出任一睡眠模式直接执行，也可对任一睡眠模式进行编辑。睡眠者在床上姿态和位置的变化，会导致睡眠模式偏离人最舒适状态，为了解决这个问题，本系统加入了反馈控制功能，通过人体位置姿态监测模块实时采集睡眠者位置姿态，结合人体结构的先前数据来进行睡眠模式修正，以维持最优舒适程度。在睡眠者睡眠期间离开床垫时，床垫可进入休眠状态。
由于可结合人体结构的先前数据来进行睡眠模式修正，对每个个体体型、体质存在差异，人的压力最优分布需要综合考虑人体脊柱形态、基础疾病、身体缺陷、各部位敏感程度等等诸多因素，都能进行适应性的调整修正，使睡眠者在满意舒适的硬度分布状态入睡。
由上可知，相对于现有技术，本实用新型具有如下的优点：结构科学，设计合理；床垫硬度分布自主控制系统可对睡眠者感受的床垫硬度分布进行监测和反馈，更加简便、更加快捷、成本更低；方便人找到让自身处于最舒适状态的硬度分布，通过监测人体位置和姿态，来实现床垫支撑程度的修正，从而使睡眠者在满意舒适的硬度分布状态入睡。
附图说明
图1为本实用新型的系统的原理结构框图。
图2为本实用新型的系统结构示意图。
附图标号说明：1-人体位置姿态监测模块，2-床垫支撑矩阵，3-信号采集模块，4-存储及控制模块，5-控制面板，6-供电模块。
具体实施方式
下面结合附图和优选的实施方式，对本实用新型及其有益技术效果进行进一步详细说明。
参见图1～图2，本实用新型优选实施的床垫硬度分布自主控制系统，包括人体位置姿态监测模块1，床垫支撑矩阵2，信号采集模块3、存储及控制模块4，控制面板5及供电模块6；其特征是：
所述床垫支撑矩阵2，设置于床垫底部，受存储及控制模块4控制，用于调整床垫各部位的支撑程度来实现硬度的调整，由若干个按矩阵式分布的且可调伸长量的支撑件组成；
所述人体位置姿态监测模块1，用于监测人体与床垫接触的位置，作为判断睡眠者姿态和床垫支撑矩阵2之间的相对位置关系；
所述信号采集模块3，其输入端与人体位置姿态监测模块1的输出端连接，用于从人体位置姿态监测模块1采集人体位置姿态信号；
所述存储及控制模块4，其输入端与信号采集模块3的输出端连接，其输出端与述床垫支撑矩阵2的输入端连接，用于存储睡眠模式和输出执行睡眠模式信号；
所述控制面板5，其输出端与存储及控制模块4的输入端连接，用于睡眠者对床垫的人机交互控制；
所述供电模块6，为系统中各模块提供低压直流工作电源。
优选地，所述人体位置姿态监测模块1包括若干压力传感单元，压力传感单元主要由压电薄膜或气囊式压力传感器构成。由于人体与床垫的压力比较大，压电薄膜或气囊式压力传感器可实现人体与床垫接触部位的精确测量。
优选地，所述支撑件为位移执行器，该位移执行器可在电信号驱动下改变伸长量；位移执行器能够容忍床垫的反作用力在设定区间值的范围内波动，在超出设定区间值的范围时，该位移执行器可顺应该反作用力调整伸长量，在回到设定区间值的范围时恢复到原伸长量，位移执行器内设有防止过载而损坏位移执行器的锁止器。
优选地，所述信号采集模块3由多路开关、采样维持器、放大器和8位以上的模数转换器串联而成。信号采集模块3可采用常规的电路模块，也可以采用集成定制的电路模块，模数转换器可以根据精度选型，多路开关优选多路电子开关集成电路。
优选地，所述存储及控制模块4包括微处理器单元、用于存储睡眠模式数据和程序数据的存储器、驱动床垫支撑矩阵2工作的驱动器；存储器和驱动器均和微处理器单元相应端口连接。驱动器可以采用多路集成驱动电路。
优选地，所述控制面板5为方便操作的按钮、旋钮和摇杆中的一种或任意组合。
优选地，所述床垫由记忆棉或乳胶制成。
本系统需与由记忆棉或乳胶制成的床垫集成在一起构成智能床垫。人体位置姿态监测模块1固定于床垫表面与人体直接接触，床垫支撑矩阵2置于床垫底部，所有支撑件与床垫底部充分接触，每个支撑件可通过改变伸长量有效调节每个部位的硬度，信号采集模块3、存储及控制模块4、供电模块6 组成系统主机置于床垫外面或者镶嵌到床垫内部。控制面板5置于床侧，执行人与系统的交互与控制操作。
系统的工作流程如下：
1)睡眠者以一种姿态躺在床垫上，打开系统电源，通过控制面板5发出睡眠模式即压力分布编辑指令，输入睡姿如平躺、左侧躺、右侧躺并保持不变，人体位置姿态监测模块1开始监测人体的位置姿态，通过信号采集模块3存入存储及控制模块4中；睡眠者放松并感受脊柱、各部位肌肉紧张程度、受压情况及舒适程度，自主判断需要增加硬度和降低硬度的位置；并通过控制面板5寻找需要调整的部位，睡眠者通过控制面板5输入位置信息后，通过存储及控制模块4及床垫支撑矩阵2给睡眠者传递力学信号以让其判断是否为该部位，如果不是则继续修改位置信息直到找到准确的需要调整的位置；
2)找到位置之后睡眠者开始进行支撑程度的调整，通过控制面板5输入信号调整床垫支撑矩阵2升高或降低，直至该部位到最舒适状态；同样地，其他部位也按照这种方法进行调整，直至整个身体处于最舒适状态；然后，睡眠者即可通过控制面板5向存储及控制模块4发送相关数据，存储当前睡姿下的床垫支撑矩阵2高度变化数据，该数据与人体位置姿态数据共同构成该姿态下的睡眠模式；
3)睡眠者改变睡姿，重复步骤1)和2)，使得所有的睡姿都得到修正，最终完成睡眠模式编辑，存储及控制模块4存储所有数据后，与床垫支撑矩阵2共同执行该睡眠模式；
4)睡眠者在睡眠过程中，人体位置姿态监测模块1仍实时监测人体位置和姿态并通过信号采集模块3发送至存储及控制模块4，如果发生较大改变并超过阈值，存储及控制模块4计算出修正数据，控制床垫支撑矩阵2进行支撑程度的修正，以维持最优的舒适程度；
5)在睡眠者离床进行其他活动时，例如上洗手间，人体位置姿态监测模块1采集到无效的位置姿态信号，通过信号采集模块3向存储及控制模块4 发送中断信号，存储及控制模块4控制床垫支撑矩阵2恢复到待机模式；等睡眠者重新躺在床上时，人体位置姿态监测模块1重新采集人体位置姿态信息，并通过信号采集模块3向存储及控制模块4发送信息，存储及控制模块4 调出相关睡眠模式数据并重新执行。
将上述系统的工作流程编成程序，存在存储及控制模块4即可。
上述说明内容中，对属于现有技术中常规使用的内容，如结构和工艺，为了节省篇幅，不再赘述。未揭示的加工工艺和零件，按现有技术的常规技术处理即可。
根据上述说明书及具体实施例并不对本实用新型构成任何限制，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变形，也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种床垫硬度分布自主控制系统，包括人体位置姿态监测模块(1)，床垫支撑矩阵(2)，信号采集模块(3)、存储及控制模块(4)，控制面板(5)及供电模块(6)；其特征是：
所述床垫支撑矩阵(2)，设置于床垫底部，受存储及控制模块(4)控制，用于调整床垫各部位的支撑程度来实现硬度的调整，由若干个按矩阵式分布的且可调伸长量的支撑件组成；
所述人体位置姿态监测模块(1)，用于监测人体与床垫接触的位置，作为判断睡眠者姿态和床垫支撑矩阵(2)之间的相对位置关系；
所述信号采集模块(3)，其输入端与人体位置姿态监测模块(1)的输出端连接，用于从人体位置姿态监测模块(1)采集人体位置姿态信号；
所述存储及控制模块(4)，其输入端与信号采集模块(3)的输出端连接，其输出端与述床垫支撑矩阵(2)的输入端连接，用于存储睡眠模式和输出执行睡眠模式信号；
所述控制面板(5)，其输出端与存储及控制模块(4)的输入端连接，用于睡眠者对床垫的人机交互控制；
所述供电模块(6)，为系统中各模块提供低压直流工作电源。
2.如权利要求1所述的床垫硬度分布自主控制系统，其特征是：所述人体位置姿态监测模块(1)包括若干压力传感单元，压力传感单元主要由压电薄膜或气囊式压力传感器构成。
3.如权利要求1或2所述的床垫硬度分布自主控制系统，其特征是：所述支撑件为位移执行器，该位移执行器可在电信号驱动下改变伸长量；位移执行器能够容忍床垫的反作用力在设定区间值的范围内波动，在超出设定区间值的范围时，该位移执行器可顺应该反作用力调整伸长量，在回到设定区间值的范围时恢复到原伸长量，位移执行器内设有防止过载而损坏位移执行器的锁止器。
4.如权利要求3所述的床垫硬度分布自主控制系统，其特征是：所述信号采集模块(3)由多路开关、采样维持器、放大器和8位以上的模数转换器串联而成。
5.如权利要求4所述的床垫硬度分布自主控制系统，其特征是：所述存储及控制模块(4)包括微处理器单元、用于存储睡眠模式数据和程序数据的存储器、驱动床垫支撑矩阵(2)工作的驱动器；存储器和驱动器均和微处理器单元相应端口连接。
6.如权利要求5所述的床垫硬度分布自主控制系统，其特征是：所述控制面板(5)为按钮、旋钮和摇杆中的一种或任意组合。
7.如权利要求6所述的床垫硬度分布自主控制系统，其特征是：所述床垫由记忆棉或乳胶制成。
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Cited By (2)
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| CN111610050A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-09-01 | 广东珞珈睡眠科技有限公司 | 一种床垫硬度分布自主控制系统 |
| CN115998116A (zh) * | 2022-12-27 | 2023-04-25 | 东莞市楷模家居用品制造有限公司 | 一种智能压感调节卧具的智能调节方法及设备 |
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