一種自適應智能調節的睡眠系統的制作方法

本發明涉及智能床領域，特別是涉及一種自適應智能調節的睡眠系統。

背景技術：

在普通的家居床大多數是簡單的機械結構，不能測量壓力數據、體征數據等，幫助人們改善睡眠質量，隨著智能時代的到來，人們日常使用的床需要進一步的技術改進，加上自動化的功能，以便用戶獲得更好的體驗，提高睡眠質量，以飽滿的精神投入到工作、生活中。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在于提供一種自適應智能調節的睡眠系統，以解決目前難以智能調節睡眠并改善睡眠的問題。

解決本發明的技術問題所采用的技術方案是：一種自適應智能調節的睡眠系統，其特征在于，其包括集合在床架上的傳感模塊、主控控制模塊和動力傳動模塊，在人體躺在床上睡眠時傳感模塊自動監測人體的睡眠體征信息，主控控制模塊在得到傳感數據之后結合人體工程學算法、人工智能算法計算，并算出此時人體體征數據算出床墊各個部位應該的高度和軟硬度，并通過動力傳動模塊調節床面的高度。

優選地，該傳感模塊集成壓力傳感、振動傳感、生命體征傳感。

優選地，該主控模塊采用運算處理更快且處理能力更強的fpga+arm雙核的主控模式。

優選地，該動力傳動模塊采用靜音技術處理，在運轉時沒有聲音。

優選地，該床架采用十一排傳感及動力傳動機構，將人體分區為頭部、頸部、肩部、腰部、臀部、大腿、小腿七區進行數據采集及自動調節。

優選地，傳感模塊通過檢測人體睡眠信息可以得到，人體各個部位的睡眠壓力分布，判斷人體各個部位的承重。

優選地，通過該床架可以放松壓力承重較重身體部位，放緩身體壓力。

優選地，該床架可以在睡眠時保持脊椎的正常彎曲，保持脊椎的健康。

優選地，該床架可以在睡眠時保持呼吸道的通暢，減少打鼾以及呼吸暫停次數。

優選地，該床架可以自動檢測人有沒有在床上、穩定睡覺，自動進行傳感和調節，不需要人進行手動操作。

優選地，該床架可以實現背部抬起的功能，其頭部肩部的冬季機構行程通過結構可以擴大6倍。

優選地，該床架可以通過升降動力和傳動機構可以實現對身體的擠壓按摩，放松全身的肌肉。

相對于現有技術，本發明能夠通過自適應智能調節的睡眠系統幫助人們改善睡眠質量。

附圖說明

圖1是本發明的自適應智能調節的睡眠系統的示意圖；

圖2是本發明的自適應智能調節的睡眠系統的電子電源系統示意圖；

圖3是本發明的自適應智能調節的睡眠系統的數據流程示意圖；

圖4a和圖4b是本發明的自適應智能調節的睡眠系統的在人體睡眠時的生體各個部位承壓值分布的示意圖；

圖5是本發明的動力和傳動模塊的示意圖；

圖6是本發明的動力和傳動模塊的另一示意圖；

圖7是本發明在建立床墊上下壓力數據映射的示意圖；

圖8是本發明在建立床墊上下壓力數據映射的另一示意圖；

圖9是床上面的壓力值與床下傳感器壓力的映射關系圖；

圖10是將用戶視為連續的質量塊且把該連續的質量塊離散化的示意圖；

圖11是將壓力數據離散化的示意圖。

具體實施方式

本發明涉及自適應智能調節的睡眠系統。該床架由傳感系統模塊、主控控制模塊、動力和傳動模塊、主控箱、底盤結構以及木質排骨架組成。如圖1所示：底盤結構采用型材鋁及型材鋼作為底盤的主要材料，底部共由8個床腳，由8個床角進行整體力分擔。本實施方案以排狀為例進行描述，實際區域調整方式包含但不限于排狀、點狀、塊狀等。

單人床(90cm*200cm)傳感系統共包括壓力傳感器22個、生命體征傳感模塊1個，雙人床(180cm*200cm)是由兩個單人床拼接在一起的，包括共包括壓力傳感器44個、生命體征傳感模塊2個。

單人床(90cm*200cm)動力系統共包括電機22個、電機驅動器3個，雙人床(180cm*200cm)是由兩個單人床拼接在一起的，包括共包括電機44個、電機驅動器6個。

傳動模塊是和動力模塊的數目相同，在傳動的過程中是一個可以將形成擴大6倍的機械結構。

主控箱位于床架的床尾，里面包括傳感器的控制電路，傳感器的接收電路，主控電路，電機的驅動控制電路、系統控制電源。主控控制模塊通過結構傳感模塊傳感得到的數據；通過電機驅動器控制電機；電子電源系統流程如圖2所示，數據流流程如圖3所示。

其中，主控模塊中壓力電信號處理模塊和電機控制模塊在fpga主控中，信號處理模塊和算法程序模塊在arm主控中。

主控芯片通過對傳感數據進行算法處理，可以得到人體睡眠時的生體各個部位承壓值分布，如下圖4a和圖4b所示。

本發明專利申請在動力和傳動模塊采用多層螺母、多層螺紋的結構，如圖5所示，其中的傳感器屬于傳感模塊里面的壓力傳感器，傳感芯片為傳感的驅動芯片。

絲桿上面套著一個多層螺母，第一層螺母的內螺紋和電機絲桿螺紋配套，第一層螺母的外螺紋和第二層螺母的內螺紋配套，第二層螺母的外螺紋和第三層螺母的內螺紋配套，第三層螺母的外螺紋和第四層螺母的內螺紋配套。第三層螺母的外螺紋和第四層螺母的內螺紋的摩擦系數>第二層螺母的外螺紋和第三層螺母的內螺紋的摩擦系數>第一層螺母的外螺紋和第二層螺母的內螺紋的摩擦系數>第一層螺母的內螺紋和電機絲桿螺紋的摩擦系數。

最上層是用于連接排骨架的托盤。托盤和第四層螺母固定連接，當電機正轉時，絲桿在正向轉動時，由于最上層托盤是固定，不會轉動，第1層螺母的內螺紋和電機絲桿螺紋的摩擦系數最小，第1層螺母和絲桿之間首先發生滑動摩擦，將第1-6層螺母和托盤向上頂起來；當第1層螺母上升到極限位置之后，第1層螺母會跟隨絲桿一起轉動，此時第1層螺母的外螺紋和第2層螺母的內螺紋的摩擦系數最小，由于絲桿正向轉動，第2層內螺紋會和第1層外螺紋會發生滑動摩擦，將第2-6層螺母和托盤頂起來；當第2層螺母上升到極限位置之后，第2層螺母會跟隨第1層螺母和絲桿一起轉動，此時第2層螺母的外螺紋和第3層螺母的內螺紋的摩擦系數最小，由于絲桿正向轉動，第3層內螺紋會和第2層外螺紋會發生滑動摩擦，將第3-6層螺母和托盤頂起來；當第3層螺母上升到極限位置之后，第3層螺母會跟隨第1層螺母、第2層螺母和絲桿一起轉動，此時由于絲桿正向轉動，第4層內螺紋會和第3層外螺紋會發生滑動摩擦，將第4-6層螺母和托盤頂起來。通過6層螺母可以實現將托盤的行程放大6倍。多層螺母同時會帶來螺母的間隙增大、穩定性變差的問題，所以我們在給螺母增加了一個6層的導軌，如圖6所示。

本發明還包含了一種使用方法：在人躺在床上時，該智能床可以通過傳感網絡自動識別人是否在床上，在確定人在床上之后再識別人是否穩定躺睡，然后在進行人體睡眠時的體征信息傳感識別，識別人的睡姿、體壓分布等睡眠數據，結合人體工程學算法，算出此時床架的各個部位應該處于的床墊軟硬度，并通過動力及傳動機構調節床面各個部位的高度及軟硬度，實現睡眠時的脊椎健康、呼吸順暢以及身體各個部位健康承壓。

本專利還包括一種方法：

1、傳感數據的映射關系的獲取

1)建立床墊上下壓力數據的映射，如圖7所示：

第一步、將10kg的重物放在床墊的各個位置，記錄各個傳感器的數據，建立單個重物在各個位置到傳感網絡的映射關系。

第二步、將多個重物多種重量(1～20kg)、各種相對位置擺放，并記錄底部傳感器數據，建立多種重物對底層傳感網絡數據的映射關系，如圖8所示。

最終得到床墊上方的壓力到下方的壓力的一一映射關系，如圖9所示。

2)人體壓力數據的獲取

人躺在床墊上的壓力是連續的，如圖10所示，在這里我們將壓力數據離散化，如圖11所示。將壓力分成方塊化，每一個方塊內的壓力等效為一個方形的質點的壓力，得到一個壓力譜圖。每一個圖像的像素點的值代表該區域的壓力值。

3)對個像素點的壓力值進行膨脹及腐蝕，通過在這些數據處理得到人體輪廓。

4)通過壓力的輪廓進行人體各個部位的位置判斷，通過輪廓的最高位置和最低位置是頭部、腳部的位置，同時在根據壓力值分布確定臀部、肩部的位置，在根據人體特征確定其他部位。再結合壓力值圖譜，得到身體各個位置的位置及承壓值分布。

5)平側躺識別：通過輪廓確定身體各個部位重心分布，結合肩部、臀部壓力的集中程度，通過訓練庫檢測識別，進行平側躺等睡姿判斷。

6)通過睡眠時身體各個部位的承壓值分布以及平側躺睡姿，結合醫學算法及人體工程學算法，輸出對應人體在對應睡姿情況下各區域的調整量，通過電機進行調節。

7)通過循環檢測，判斷，識別，隨著人體睡姿變換，睡眠系統進行實時的跟隨調節，保持整晚睡眠的健康與舒適。

本發明可以通過背部及頭部的行程調高可以實現背部抬起功能。

該智能床架集合傳感模塊、主控控制模塊和動力傳動模塊，可以在人體躺在床上睡眠時傳感模塊自動監測人體的睡眠體征信息，主控控制模塊在得到傳感數據之后結合人體工程學算法、人工智能算法計算，并算出此時人體體征數據算出床墊各個部位應該的高度和軟硬度，并通過動力傳動模塊進行調節。

該傳感模塊集成壓力傳感、振動傳感、生命體征傳感，采用集成傳感的方式，傳感角度更廣，更加精確。

該主控模塊采用fpga+arm雙核的主控模式，fpga芯片的運算處理算法更快，處理能力更強。該動力傳動模塊采用靜音技術處理，在運轉時沒有聲音。該床架采用11排傳感及動力傳動機構，將人體分區為頭部、頸部、肩部、腰部、臀部、大腿、小腿七區進行數據采集及自動調節。傳感模塊通過檢測人體睡眠信息可以得到，人體各個部位的睡眠壓力分布，判斷人體各個部位的承重。通過該床架可以放松壓力承重較重身體部位，放緩身體壓力。該床架可以在睡眠時保持脊椎的正常彎曲，保持脊椎的健康。該床架可以在睡眠時保持呼吸道的通暢，減少打鼾以及呼吸暫停次數。該床架可以自動的檢測人有沒有在床上、穩定睡覺，自動進行傳感和調節，不需要人進行手動操作。該床架可以實現背部抬起的功能，其頭部肩部的電機機構行程通過結構可以擴大6倍。該床架可以通過升降動力和傳動機構可以實現對身體的擠壓按摩，放松全身的肌肉。

以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。