CN101697935B - 智能生态健康睡眠系统 - Google Patents

Abstract

一种智能生态健康睡眠系统，包括控制中心，人体参数及躺姿测试系统，双承托限位床垫，回拉式位移传感器，信息传输技术等，测试系统自动采集躺在床上的人的身高体重体形等人体参数，也可自由输入指令或参数，控制中心根据人体参数计算出仰卧侧卧时合适的床垫厚度和枕高，躺姿测试系统测出躺卧姿势，根据躺姿选择参数调节双承托限位床垫的有效厚度及枕高，适应腰部侧弯与腰部前凸对床垫的不同厚度要求及仰卧侧卧时对枕高的不同要求，调节人体睡姿给人最合理的支撑，具有增强床垫的承托性能，避免床垫的局部塌陷变形，把厚度硬度具体化量化解决了使用者选床难的问题，稳固踏实的支撑且保持骨骼的自然生理弯曲的作用。

Description

智能生态健康睡眠系统

技术领域

本发明是一种智能健康的家居用品，进一步是指一种智能生态健康睡眠系统。

背景技术

目前使用的床种类繁多，但按其支撑原理来看，主要使用的有三类：硬性支撑床(平板床)、腔压垫床(水垫床、气垫床)、弹性支撑床。弹性支撑床主要包括：弹簧床垫(席梦思、独立弹簧等)、厚垫床(海绵垫、棕垫、乳胶垫、聚氨酯垫等)、弹性组合床垫(弹簧、海绵、乳胶、山棕、聚氨酯等两层或多层组合在一起)、垫加弹性床架(弹性支撑条床架或带塑料弹片的排骨床架)等等。

硬性支撑床由于腰部等悬空部位没有与床体接触，这些部位靠其他接触部位承托。腰部骨骼和肌肉需要分担腰部的全部重量，骨骼肌肉没有得到充分放松休息，体表受压面积小。

腔压垫床属整体式承托躺入后所有接触面压强近于相同，由于人体各部分重量和外形尺寸不规则差异较大，与床接触面积和重量的比例也无规律可言，因此每一部分受到的支撑力并不等于该部分重量，支撑力需通过人体再次传递与重力达到平衡，身体在放松状态下不能保持自然生理弯曲。其紧密贴合的效果是人体和床垫共同变形达到的。而且人体被浮力和液压反力承托，承托物易流动滑移，平稳性极差，稍有活动全身都被牵动。

弹性支撑床身体一般不能保持正常生理弯曲，骨骼肌肉受力，容易造成脊柱变形。重力被弹性支撑力平衡，人体处于弹性失重状态，没有硬性承托和定位限制，很难平稳，运动也没有硬性支撑，如胳膊腿动一下全身都要被牵动，容易造成身体扭曲，如人体出现纵向或横向扭曲由于重力被弹力平衡身体不易自动回位。人体凹陷在床垫里，双肩前倾胸部内凹，造成心胸不开阔甚至影响呼吸及循环。

软床垫会降低脊骨承托，硬床垫的舒适度又不够，所以过硬过软的床垫对健康睡眠都不利。更多的观点倾向于软硬适中的床垫。实质上这个折中选择是把承托性能和保持正常生理弯曲都选的适中，各有取舍。软、硬只是泛指，那个人具体适合什么硬度的，没有具体的量化指标。消费者只能靠感觉试，很难选到合适的；同一种床垫没有那么多的硬度等级，可供消费者选择。因此，有相当多人都睡在不适合自己的床垫上。

目前，现有床只是附加功能实现了自动化，而本身的睡眠支撑作用并没有实现自动化。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足，提供一种智能生态健康睡眠系统，该方法能在人的睡眠过程中调整人的躺姿使骨骼保持自然生理弯曲，骨骼、肌肉得到充分的放松和休息，解决了使用者选床难的问题智能的承托力为每个人提供最合适的支撑，智能的调整人的睡姿达到自然生态健康状态给使用者以健康舒适的睡眠。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：智能生态健康睡眠系统包括控制中心，人机信息交流互换系统，人体参数及躺姿测试系统，可调节有效厚度和支撑力大小的双承托限位床垫，回拉式位移传感器，高度可升降的枕部，信息传输技术等。其特殊之处在于：人体参数测试系统自动采集躺在床上的人的身高体重体形等人体参数，也可自由输入指令或参数(床垫枕部高度参数、人的体重身高三围等)，控制中心根据人体参数自动计算出仰卧侧卧时合适的床垫厚度和枕高。躺姿测试系统测出躺卧姿势，根据躺姿选择仰卧或侧卧床垫枕高参数，调节双承托限位床垫的有效厚度和支撑力大小及枕高，适应腰部侧弯与腰部前凸对床垫的不同厚度要求及仰卧侧卧时颈部头部对枕高的不同要求，给人最合理的支撑，把人体睡姿调节到最佳自然生态健康状态。

用于智能生态健康睡眠系统的控制中心具有以下特殊功能：

控制中心为信息控制的中枢系统，控制流程为信息采集、信息处理、发出指令、指令验证、调整指令。信息采集通过人体参数测试系统和信息交流互换系统采集参数，人体参数测试系统自动采集躺在床上人的身高体重体形等参数，通过信息交流互换系统可自由输入人体参数(体重身高三围等)、枕部高度和床垫厚度(但须在可调区间内，输入数值过大时提示并自动选择可调的最大值，过小时提示并自动选择最小值)，也可躺在床上指令床垫厚度枕部高度变化感觉满意时指定床垫最佳支撑参数和枕部高度参数。信息处理是由采集到的信息计算出床垫最佳支撑参数和枕部高度参数，参数分仰卧和侧卧两组，双床垫的双人床共四组。发出指令为对应人的躺卧姿势的床垫枕高参数，指令验证通过躺姿测试系统检测人的躺姿是否改变(双床垫的双人床包括躺位是否调换)，如有改变系统将调整指令，重新调整床垫枕高参数。

用于智能生态健康睡眠系统的可调节有效厚度和支撑力大小的双承托限位床垫其特殊之处在于：

双承托限位床垫由支撑层和硬性支撑层于空间交叉结合构成，支撑层起主要支撑作用，硬性支撑层主要起限位作用，设在床垫下半部分的硬性支撑层高度可调节以达到调节床垫有效厚度的目的，同时改变支撑力的大小。床垫的支撑层可以采用弹簧、乳胶、海绵、记忆棉等。采用弹簧时用硬性支撑杆穿入弹簧中心孔，实现硬性支撑；乳胶、海绵、太空记忆棉下部预留密布的圆孔，硬性支撑杆穿入圆孔实现硬性支撑，开孔中心距根据需要一般控制在5至10厘米。通过改变支撑杆插入床垫弹性部分的长度调节床垫的有效厚度和支撑力大小。

较粗的硬性支撑杆采用空心支撑杆，采用薄铁皮或塑胶等材料。空心的增加透气性，节省材料减轻重量，降低成本。

为节约材料减轻重量，硬性支撑杆不必全部布置，可分二区、三区布置，二区布置于人躺卧床上的背部臀部区域，适当加宽区域以适应人的身高不同、躺位移动等；在床垫的另一端也对称布置一背部硬性支撑区做成三区布置床垫，适应人的躺卧方向的改变。每两区的交界边缘用略短的支撑杆顺接过渡。支撑层是乳胶、海绵、记忆棉等时，整个床垫全部打孔即通气又能保证硬度一致，各区材料也可选用不同硬度密度的，打孔的用硬度大的打孔后与未打孔的硬度相同。

调节床垫有效厚度是通过改变支撑杆插入床垫弹性部分的长度，也就是调节硬性支撑层的高低，调节硬性支撑层高低的升降装置采用链条升降杠杆或螺旋升降杆、液压油缸(如超薄千斤顶)等方式，并配有低音可控电机带动升降装置(再通过包裹和床垫隔开等隔音措施达到无声的效果)。

腔压垫床(水垫床、气垫床)可以将硬性支撑层预先装入腔体内或腔压垫底面制做成硬性支撑层形式，实现定位支撑，分二区或三区布置。水、气依然在腔垫内自由流通支撑着对躺在上面的人，只是人的臀部肩背部受到硬性支撑层的承托，避免了一些身体部位过度下陷造成身体变形。

用于智能生态健康睡眠系统高度可升降的枕部其特殊之处在于：枕部位置加有枕部垫板，枕部垫板为双层，双层垫板之间装有升降装置，升降装置采用易于控制升降高度的螺旋升降杆、超薄千斤顶等方式，并配有低音可控电机带动升降装置(再通过包裹达到外界无声的效果)。

用于智能生态健康睡眠系统的躺姿测试系统其特殊之处在于：在人体躺卧的背部臀部等区域布置回拉式位移传感器，根据各点的位移，测出人体躺卧区域床面的下陷曲线及压下的深度判断躺卧的姿势。回拉式传感器由测试端点、测试绳、信号转换器构成，测试端点固定在床垫的表层上，测试绳(低弹性)一端连接在测试端点上随床面移动，另一端连接在回拉装置(采用弹簧自动回转轴，其他回拉方式也可)上，测试端点远离时能拉出测绳靠近时回拉装置将测绳拉回，回拉装置与信号转换器同轴配装，信号转换器能迅速感应回拉装置旋转角度的变化并转换为以便传送和处理的电量变化信号。输出信号为自动回转轴旋转的角度值，位移量为累计角度值变化量乘以转换系数，随测绳的拉出长度不同转换系数也有相应的变化，信号处理模块自动根据输出长度乘以相应不同的转换系数，转换系数为传感器的内置参数，设备出厂前标定值。

回拉式位移传感器，也可称为软探针位移传感器，外形体积小性能可靠，能克服空间小、位移不是单一方向的可能有偏向力的、移动范围较大情况的测试，可单独制成回拉式位移传感器应用。

使用双床垫的双人床，躺姿测试系统能够根据人体陷入床内的曲线及压下的深度判断人睡在那个床垫上，躺两个人时能够测出那个人睡那侧，能自动识别两人换位，控制中心根据测试信息调整床垫支撑和枕部高度。

人体参数获取方式分为输入参数和自动测取参数两种方式，输入方式将人体主要参数(体重身高三围等)通过信息交流互换系统的交流平台输入，控制中心接收数据；人体参数测试系统与躺姿测试系统使用同一测试终端回拉式传感器(只是人体参数测试系统要求精度高于躺姿测试系统)，人上半身躺卧区域布置有回拉式传感器。测试人体在床上的压陷曲线及深度计算推断人体的体重和外形轮廓，并选择最佳的床垫厚度和枕部高度。

人体参数及躺姿测试系统可独立拿出，单独制成人体参数及躺姿测试设备应用。

枕部高度，床垫厚度也可自由调节，躺在床上调节枕部高度和床垫厚度，感觉是最舒适的状态后选择确定，控制中心便会分别记住选择的仰卧和侧卧状态的枕部高度和床垫厚度，并以此随人的躺姿调整转换。

本发明还可以制造成成本低的人为调节型的双承托限位床垫：

除去自动调节及测式系统等，可以单独制成成本低的人为调节型的双承托限位床垫独立使用，按照人的体形参数和习惯的睡姿调到合适的厚度硬度。

调节床垫有效厚度是通过改变支撑杆插入床垫弹性部分的长度，采取更换不同高度的硬性支撑层或加垫等方式。调节硬性支撑层高低也可以采取单个支撑杆逐个调节的方式，单个的支撑杆采用螺纹调节高度或加高套环调节高度。

人为调节型的独立弹簧的双承托限位床垫，硬性支撑层可以制成整体式的，也可以是单个支撑杆独立安装于弹簧上。

人为调节型的双承托限位床垫除效果好以外，还比同等材料的其他床垫成本低价格便宜，有硬性支撑层保护床垫避免过度的形变，不降低效果的同时大大降低了厚度，减少了使用材料，使用性能更好寿命更长。

人为调节型的双承托限位床垫易于选择硬度厚度，同样的成本床垫的硬度厚度品种多，例如三种硬度的弹簧(A、B、C)和三种高度的支撑杆(1、2、3)，就可搭配出九种(A1、A2、A3、B1、B2、B3、C1、C2、C3)不同的床垫

为满足病人等人群的需要，达到更理想的躺卧效果，本发明还有特需护理型：

特需护理型的床垫部分采用可调节支撑力大小的液压双承托床，双承托床其结构为床表面是与人接触的软垫层，软垫层下面是由弹性缓冲垫构成的弹性缓冲层，弹性缓冲层的弹性缓冲垫使用PVC垫(也可以用其他塑胶材料或小弹簧等)，弹性缓冲垫有液压承托杆支撑，安装承托杆的小油缸固定在安装板上，小油缸下端由连通管连接与动力油缸相通，并且在近于小油缸的连通管上装有缓冲油缸，动力油缸上配有施力杠杆和配重箱，配重箱通过施力杠杆对动力油缸施加压力产生动力。双承托床属恒力承托床，不必改变有效承托厚度，只调节支撑力的大小即可达到非常理想的效果。支撑力的大小靠调节配重箱的重量调节。

本发明智能生态健康睡眠系统的实现原理：

智能的双承托限位床垫有效厚度和支撑力大小能够调整，系统能够自动识别人体躺姿，并在人的睡眠过程中调整人体睡姿达到自然生理健康状态，促进身体的休息恢复、改善人体的微循环，给人以生态健康的睡眠。

控制中心为控制中枢系统，所有信息均汇聚于此，分析判断信息后发出指令，每次使用时控制中心首先将空床状态下的测试系统的位移传感器全部归零，确定床的初始平面，人体参数及躺姿测试系统和信息交流互换系统为参数信息的读入和测试设备，控制中心根据读入的参数确定最佳支撑参数和枕部高度参数，并根据躺姿测试系统的测试结果发出指令调整床垫厚度和枕部高度到最佳状态，使人体躺卧处于自然生态健康的状态，躺姿测试系统检测人的躺姿是否改变(双床垫的双人床包括躺位是否调换)，如有改变系统将调整参数，为避免床和枕部调整频率高不利于休息和深度睡眠，调整指令会在测试结果稳定一定时间后延时发出，重新调整床垫枕高参数，调整速度缓慢无声躺在床上基本感觉不到升降变化。

控制中心的调整指令会在测试结果稳定一定时间后延时发出，延时的时间就是要求稳定的时间，避免人来回翻身、起床等动作使系统反复跟换调整参数指令，延时长度可以根据使用者的生活习惯进行调整设定，一般为0.5分钟到5分钟。当人的躺姿不是正位的躺卧侧卧姿势时，控制中心自动判定为仰卧姿势。

本发明的有益效果是：

较同等材料质量的普通床垫，本发明增强了床垫的承托性能，避免了床垫的局部塌陷变形，延长了使用寿命。

床垫部分比同等材料的其他床垫成本低价格便宜，有硬性支撑层保护床垫避免过度的形变，不降低效果的同时大大降低了厚度，减少了使用材料。

智能的双承托限位床垫为每个人提供最合适的支撑，床垫的厚度、承托力的大小根据身高、体重、三围等指标准确的计算出来，把选择厚度硬度具体化量化解决了使用者选床难的问题。

能保持骨骼的自然生理弯曲，人体最终是靠硬板承托层定位限制的，弹性支撑层没有改变人的自然生理弯曲。

骨骼、肌肉得到充分的放松和休息，使支撑力分布更合理，能有力承托人体颈部、腰部等内凹部分，减少了支撑力在人体的再次分配传递，肌肉骨骼获得更大程度的放松。

稳固踏实的支撑，有稳固平整实成的底平面对人支撑，有良好的形体约束，运动有硬性支撑使翻身起身动作容易。

具有良好的服帖性，接触面积大，没有集中压迫，支撑压强均衡，利于人的体表循环，促进深度睡眠。

技术引入优点的同时没有引入任何不良的副作用，即使出现使用错误使用不当的情况，也不会对人造成伤害或其他不良后果。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的工作原理流程示意图。

图2为空心式硬性支撑层的剖视图。

图3为空心式硬性支撑层的俯视图。

图4为空心式硬性支撑层的双承托限位床垫示意图。

图5为杆式硬性支撑层的剖视图。

图6为杆式硬性支撑层的俯视图。

图7为杆式硬性支撑层的双承托限位床垫示意图。

图8为硬性支撑层调节升降原理示意图。

图9为双承托床结构示意图。

图10为回拉式传感器示意图。

图11为回拉式传感器装配示意图。

图12为硬性支撑层分三区布置的双承托限位床垫的剖视图。

图13为硬性支撑层分三区布置的双承托限位床垫的效果示意图。

图14为硬性支撑杆的加高套环装配图。

图中：

1、空心支撑杆，2、空心支撑杆中心孔，3、空心式支撑层底板，4、弹簧，5、布袋，6、过渡支撑杆，7、支撑杆，8、支撑层底板，9、床垫，10、预留孔，11、辅助调节板，12、软垫层，13、弹性缓冲垫，14、承托杆，15、安装板，16、缓冲油缸，17、小油缸，18、连通管，19、动力油缸，20、施力杠杆，21、配重箱，22、测试端点，23、测试绳，24、信号转换器，25、床垫的表层，26、加高套环，27、卡槽，28、套环安装卡，29、套环限位槽。

具体实施方式

按照图1所示工作原理示意图，本发明工作系统包括控制中心，人体参数测试系统，信息交流互换系统，确定最佳支撑参数，确定枕部高度参数，调整床垫最佳支撑，调整枕部最佳高度，支撑人体躺卧处于自然生态健康的状态，躺姿测试系统等。控制中心为控制中枢系统，所有信息均汇聚于此，分析判断信息后发出指令，人体参数测试系统，信息交流互换系统，躺姿测试系统为参数信息的读入和测试设备，控制中心根据读入的参数确定最佳支撑参数和枕部高度参数，并根据躺姿测试系统的测试结果发出指令调整床垫厚度和枕部高度，使人体躺卧处于自然生态健康的状态。

按照图2、图3、图4所示实施例中，空心式硬性支撑层由空心式支撑层底板3联结起空心支撑杆1构成，空心支撑杆1中心开有空心支撑杆中心孔2。空心式硬性支撑层双承托限位床垫是由空心支撑杆1穿入弹簧4的空心内，弹簧4之间有套着弹簧的布袋5隔开相互独立，有空心式硬性支撑层的区域与没有的区域有过渡支撑杆6顺接过渡，避免软硬的突然改变。

在装空心式硬性支撑层的区域，装弹簧的布袋5口部固定在弹簧4的下底边缘，每个弹簧4的下底与相邻的弹簧的下底边缘用绳索联结，硬性支撑层取出弹簧也能保持原位，便于安装调节等操作，尤其是人为调节型的双承托限位床垫。如采用软质塑胶，硬性支撑层能随床垫弯曲整体性更好。

按照图5、图6、图7所示第二个实施例中，杆式硬性支撑层由支撑层底板8联结起支撑杆7构成，杆式硬性支撑层双承托限位床垫是由支撑杆7穿入床垫9的预留孔10的圆孔内，形成硬性支撑层。有杆式硬性支撑层的区域与没有的区域连接过渡可加一两排较短些的过渡支撑杆，使软硬自然顺接改变。

双承托限位床垫的支撑层采用乳胶、海绵、记忆棉等时，整个床垫9全部打孔即通气又能保证硬度一致，各区材料也可选用不同硬度密度的，打孔的用硬度大的打孔后与未打孔的硬度相同，但表面不打孔厚度部分应采用整张的同种材料。

图5所示硬性支撑层，也可采用塑胶材料制造预先装入腔压垫内或作为腔压垫底面的一部分使用。

在图8所示的硬性支撑层调节升降结构中，支撑杆7穿过辅助调节板11，支撑层底板8在辅助调节板11下方，支撑杆7穿过部分进入床垫形成硬性支撑层。辅助调节板11和支撑层底板8均有一定的升降空间，调节方式采用辅助调节板11固定调节支撑层底板8高度实现改变硬性支撑层厚度。

也可以升降辅助调节板11可以改变调节区域床垫的底面高度，通过辅助调节板11和支撑层底板8的调节实现改变床垫的有效厚度和局部弹性。

调节硬性支撑层高低的升降装置安装在支撑层底板8之下，采用链条升降杠杆或螺旋升降杆、液压油缸(如超薄千斤顶)等方式，并配有可控电机带动升降装置。人为调节型的双承托限位床垫不安装升降装置，调节床垫有效厚度是通过更换不同高度的硬性支撑层或加垫等方式，也可以采取单个支撑杆逐个调节的方式，单个的支撑杆采用螺纹调节高度或加高套环调节高度；或安装手柄制成手柄调节升降装置的半自动型双承托限位床垫。

图9所示为双承托床，双承托床其结构为床表面是与人接触的软垫层12，软垫层12下面是由弹性缓冲垫13构成的弹性缓冲层，弹性缓冲垫13使用PVC垫(也可以用其他塑胶材料或小弹簧等)，弹性缓冲垫有液压承托杆14支撑，安装承托杆14的小油缸17固定在安装板15上，小油缸17下端由连通管18连接与动力油缸19相通，并且在近于小油缸的连通管18上装有缓冲油缸16，动力油缸19上配有施力杠杆20和配重箱21，配重箱21通过施力杠杆20对动力油缸19施加压力产生动力，调节配重箱21重量即可改变支撑力的大小。

按照图10、图11所示测试系统实施例中，回拉式传感器由测试端点22、测试绳23、信号转换器24构成，测试端点22固定在床垫的表层25上，测试绳23(在回拉力作用下绳本身无弹性伸缩)一端连接在测试端点22上能随床面移动，另一端连接在回拉装置(弹簧自动回转轴)上，测试端点远离时能拉出测绳靠近时回拉装置将测绳拉回，回拉装置与信号转换器24同轴配装，信号转换器24能迅速感应回拉装置旋转角度的变化并转换为以便传送和处理的电量变化信号。回拉式位移传感器布置在人体躺卧的背部臀部等区域，测出人体在床的相应位置床面的下陷曲线及深度，判断躺卧的姿势计算推断人体的体重和外形轮廓。

回拉式位移传感器，可单独制成回拉式位移传感器应用。

按照图12、图13所示硬性支撑层分三区布置的双承托限位床垫实施例中，硬性支撑层布置在人躺卧的背部臀部区域，为适应人的体型躺卧位置的移动布置的区域进行了加宽，并在床垫的另一端对称装有背部硬性支撑层，使床垫两端可对调使用。

图14所示硬性支撑杆的加高套环的实施例中，加高套环26内侧壁上开有卡槽27，硬性支撑杆上部外壁上有套环安装卡28和套环限位槽29，套环安装卡28可沿圆周设三至五个即可，硬性支撑杆上部侧壁上开三至五个收缩槽以便加高套环26的装配，装配后套环安装卡28卡入卡槽27内，加高套环26底面卡在套环限位槽29上形成稳固的套接安装。加高套环26可加工成几种不同高度，满足不同的调节要求。

Claims (5)

1.一种智能生态健康睡眠系统，包括控制中心，人机信息交流互换系统，人体参数及躺姿测试系统，可调节有效厚度和支撑力大小的双承托限位床垫，回拉式位移传感器，高度可升降的枕部，信息传输技术，特殊之处在于：双承托限位床垫由支撑层和硬性支撑层于空间交叉结合构成，设在床垫下半部分的硬性支撑层高度可调节以达到调节床垫的有效厚度，床垫支撑层采用弹簧时用硬性支撑杆穿入弹簧中心孔，实现硬性支撑，支撑层采用乳胶、海绵、记忆棉时床垫下部预留密布的圆孔，硬性支撑杆穿入圆孔实现硬性支撑。

2.根据权利要求1所述的智能生态健康睡眠系统，其特征是：所述硬性支撑层较粗的硬性支撑杆采用空心支撑杆。

3.根据权利要求1所述的智能生态健康睡眠系统，其特征是：所述硬性支撑杆可分二区、三区布置，二区布置于人躺卧床上的背部臀部区域，并适当加宽区域，在床垫的另一端也对称布置一背部硬性支撑区做成三区布置床垫，每两区的交界边缘用略短的支撑杆顺接过渡。

4.根据权利要求1所述的智能生态健康睡眠系统，其特征是：所述回拉式位移传感器是在人体躺卧的背部臀部区域布置的，根据各点的位移，测出人体躺卧区域床面的下陷曲线及压下的深度判断躺卧的姿势，计算推断人体的体重和外形轮廓。

5.根据权利要求1或4所述的智能生态健康睡眠系统，其特征是：所述回拉式传感器由测试端点、测试绳、信号转换器构成，测试绳一端连接在测试端点上，另一端连接在回拉装置上，测试端点固定在床垫的表层上。

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