一种自动翻身气囊护理床垫的制作方法

本发明涉及智能居家和医疗器械技术领域，是一种自动翻身气囊护理床垫，能实现睡姿变换的多功能护理气囊床垫。

背景技术：

睡眠呼吸暂停综合征(SAS)是仅次于失眠的第二大睡眠障碍疾患，其中40岁以上男性的患病率高达9％。它与心血管系统有密切关联，不但诱发心脏病，还是心力衰竭的并发症。主要原因为在仰卧睡觉时舌，软腭，悬雍垂松弛后坠，加重气道堵塞而引起打鼾，所以需要改变睡觉姿势来防止打鼾。而目前睡姿调整的方法只是简单对充气床垫的硬度进行调节，或者对使用者机械翻身，并不能根据使用者当前的睡姿状态进行准确的判断，尤其是不能保障睡眠过程中的睡姿自动调整，以保证使用者的舒适度。例如申请号为201610645559.9的中国专利公开一种能够适用于多功能护理床的气垫装置，通过对气筒的充气放气来实现屈腿，翻身等动作，然而无法实现检测呼吸、睡姿和使用者的压力分布状态，无法满足多功能护理床垫的要求，随着现在多功能护理床的普及，需要新型的护理床垫结构。申请号为201610452866.5的中国专利公开一种多功能智能床系统，该智能床融合多元信息模块，但在多元信息采集融合时，分析结果出现的误差比较大，从而加大了对气囊充放气控制的难度，降低了使用者翻身时的舒适度，且携带使用不方便。因此，需要提出一种通过判断人体的呼吸状态而实现使用者睡姿变换的方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种自动翻身气囊护理床垫。该床垫能够通过判断人体呼吸的状态，实现人体睡姿的自动变换，同时，还可以对长期卧床的病人进行交替性的充气放气，防止褥疮的产生，还可以对使用者进行按摩。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种自动翻身气囊护理床垫，其特征在于该床垫包括气囊模块、控制器模块和柔性压敏传感器模块；柔性压敏传感器模块安装在气囊模块上，控制器模块控制柔性压敏传感器模块和气囊模块进行相应动作；

所述气囊模块包括气囊、气垫、支路橡胶气管、第一储气罐，第二储气罐和充气泵；80个气囊构成一个气囊单元阵列，80个气囊呈8*10的阵列形式安装在底布上，每个气囊的尺寸为100mmx100mm，每个气囊分为上下两层；每个气囊的气嘴均连接有一个支路橡胶气管，相邻两个气囊的支路橡胶气管通过T字接口连接起来，再连接一个微型电磁阀，然后通过一个转换接口与总路橡胶气管接通；1至4行的气囊称为A部分，5至8行的气囊称为B部分，A部分气囊的支路橡胶气管与微型电磁阀通过转换接口和一个总路橡胶气管接通，形成主气路A；B部分的气路与A部分的气路相同，即B部分气囊的支路橡胶气管与微型电磁阀通过转换接口和另一个总路橡胶气管接通，形成主气路B；主气路A和主气路B的进口处分别连接一个两位三通电磁阀，两个两位三通电磁阀分别控制主气路A和主气路B的充气与放气；主气路A与主气路B的进口经相应的两位三通电磁阀通过T字接口接通第一储气罐，主气路A与主气路B同时经相应的两位三通电磁阀通过T子接口与第二储气罐相连通；在第一储气罐和第二储气罐上分别安装有第一压力变送和第二压力变送器，两个压力变送器用于检测气囊单元阵列内部的压力；所述第一储气罐与充气泵连接，第二储气罐与外部空气连通；所述气囊单元阵列环绕安装在气垫的中部内，气垫与主气路A连接，且气垫安装在底布上，气囊单元阵列一端到床头的距离为床垫总体尺寸的1/6-1/4，气囊单元阵列的两侧到床边的距离相等；两位三通电磁阀的接法为线圈通电时，实现充气状态，线圈断电时，实现放气状态；

所述柔性压敏传感器模块由80个柔性压敏传感器构成，用来检测人体的呼吸状态和睡姿及睡姿压力分布，每个柔性压敏传感器平铺在一个气囊床垫上；

所述控制器模块包括控制器、控制盒和操作面板；该控制器包括串口继电器模块、工控机，所述串口继电器模块分别与工控机、两个两位三通电磁阀、40个微型电磁阀连接；所述工控机同时通过连接线连接到操作面板上，通过操作面板控制串口继电器模块执行相应动作，且工控机与第一压力变送器和第二压力变送器进行通讯。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

现有的止鼾设备中，大多是用震动、声音、电刺激等方式来唤醒使用者，令呼吸道的肌肉发生条件性的反射式收缩，解除呼吸道阻塞，达到止鼾的目的。本发明在使用者不惊醒的条件下，当柔性压敏传感器检测到人的呼吸状态为呼吸暂停状态时，并且根据柔性压敏传感器测得病人睡姿的压力区域，以及各个区域的压力值，确定所要充气或者放气的气囊需要到达的高度，判断每个气囊所需要的充气量或放气量，最终通过控制器控制两位三通电磁阀和相应的微型电磁阀对气囊进行充气与放气，实现使用者的睡姿变换，来解除呼吸道阻塞，达到止鼾的目的，从而提高了使用者的睡眠质量。

本发明也解决了护理人员人力帮助卧床病人翻身增大劳动强度的问题，或在翻身过程中因操作不当而造成病人翻身痛苦的问题，有利于头脑清醒和上肢健康的卧床病人自行操控进行翻身，使用方便，重量小，易于携带，同时还可以将此床垫安装在护理床上，实现多功能护理床的动作功能。

附图说明

图1为本发明自动翻身气囊护理床垫一种实施例的主视结构示意图。

图2为本发明自动翻身气囊护理床垫一种实施例的俯视结构示意图。

图中：1、气囊，2、柔性压敏传感器，3、气垫，4、底布，5、控制盒，6、操作面板，7、连接线，8、微型电磁阀，9、总路橡胶气管，10、两位三通电磁阀，11、充气泵，12、第一储气罐，13、第一压力变送器，14、第二储气罐，15、第二压力变送器，16、支路橡胶气管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明自动翻身气囊护理床垫(简称床垫，参见图1-2)包括气囊模块、控制器模块和柔性压敏传感器模块；柔性压敏传感器模块安装在气囊模块上，控制器模块控制柔性压敏传感器模块和气囊模块进行相应动作；

所述气囊模块包括气囊1、气垫3、支路橡胶气管16、第一储气罐12，第二储气罐14和充气泵11；80个气囊构成一个气囊单元阵列，80个气囊呈8*10的阵列形式安装在底布4上，即8行，10列，每行为10个气囊，每列为8个气囊，每个气囊的尺寸为100mmx100mm，每个气囊的形状类似空气弹簧，分为上下两层，使用者躺在床垫上翻身过程中，始终保持使用者与床垫进行接触，无任何的侧压力，仅受到自身重力，因此使用者在翻身过程中，无挤压感觉，体验良好；所述气囊单元阵列的整体尺寸为1000mmx 800mm，使用者从平躺实现翻身时，对使用者的肩部，腰部，臀部和大腿部施加力，可以使使用者实现最有效的翻身，气囊单元阵列的尺寸设计能够满足使用者翻身时所需施加力的部位；每个气囊的气嘴均连接一个支路橡胶气管16，相邻两个气囊的支路橡胶气管通过T字接口连接起来，再连接一个微型电磁阀8，然后通过一个转换接口与总路橡胶气管9接通，所述支路、总路橡胶气管的直径满足通气要求即可；如图2所示，对80个气囊1进行编号，如第一列上的8个气囊依次编号为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8，第二列上的8个气囊依次编号为2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8，……，第十列上的8个气囊依次编号为10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8；1至4行的气囊称为A部分，5至8行的气囊称为B部分，如图1所示，每个气囊插入支路橡胶气管16，一个微型电磁阀8控制两个气囊的充气与放气，A部分气囊的支路橡胶气管16与微型电磁阀8通过转换接口和一个总路橡胶气管9接通，形成主气路A；B部分的气路与A部分的气路相同，即B部分气囊的支路橡胶气管16与微型电磁阀8通过转换接口和另一个总路橡胶气管9接通，形成主气路B；主气路A和主气路B的进口处分别连接一个两位三通电磁阀，两个两位三通电磁阀10分别控制主气路A和主气路B的充气与放气；主气路A和主气路B可以实现单独对一部分区域里的某些气囊进行充放气，有利于调整床垫的高度，根据使用者对硬度的需求，当使用者对硬度要求较高时，为了实现睡姿的变换，需要对A部分或B部分某些气囊进行充气，对B部分或A部分某些气囊进行放气，实现同时进行充气、放气两个动作；主气路A与主气路B的进口经相应的两位三通电磁阀通过T字接口接通第一储气罐12，主气路A与主气路B同时经相应的两位三通电磁阀通过T子接口与第二储气罐相14连通；在第一储气罐12和第二储气罐14上分别安装有第一压力变送13和第二压力变送器15，两个压力变送器用于检测气囊单元阵列内部的压力；所述第一储气罐12与充气泵11连接，第二储气罐14与外部空气连通；所述自动翻身气囊护理床垫的尺寸宽为1000mm，长为2000mm，所述气囊单元阵列环绕安装在气垫3的中部内，气垫3与主气路A连接，且气垫3安装在底布4上，气囊单元阵列一端到床头的距离为床垫总体尺寸的1/6-1/4，气囊单元阵列的两侧到床边的距离相等，可以根据使用者对床垫硬度的需求，能够保持气垫与气囊单元阵列的高度一致，提高床垫的舒适度；两位三通电磁阀12的接法为线圈通电时，实现充气状态，线圈断电时，实现放气状态，可以有效防止因为充气泵充气时，因压力过大而冲坏微型电磁阀9；

所述柔性压敏传感器模块由80个柔性压敏传感器2构成，用来检测人体的呼吸状态和睡姿及睡姿压力分布，每个柔性压敏传感器平铺在一个气囊床垫上；

所述控制器模块包括控制器、控制盒5和操作面板6，核心是安装在控制盒5里的控制器；该控制器包括串口继电器模块、工控机，所述串口继电器模块分别与工控机、两个两位三通电磁阀、40个微型电磁阀8连接；所述工控机同时通过连接线7连接到操作面板6上，通过操作面板6控制串口继电器模块执行相应动作，且工控机与第一压力变送器13和第二压力变送器15进行通讯；其中串口继电器模块在本发明中实现2个功能：一是与上位机实现通讯；二是控制工作回路(主气路A和主气路B)，工作回路包括2个两位三通电磁阀、40个微型电磁阀8；具体控制工作回路中各个微型电磁阀的通断，从而控制各个气囊的充、放气，实现翻身效果；其中为防止气囊充气量超过气囊允许的最大值，第一压力变送器13用来检测气囊充气之后气囊内部的压力，第二压力变送器15用来检测气囊放气之后气囊内部的压力，控制器通过控制两位三通电磁阀和微型电磁阀的通断对气囊进行充气放气进行控制。

所述操作面板6上设有显示屏、自动按钮、手动按钮、体重按钮、左翻身按钮、右翻身按钮和定时按钮；显示屏用来显示使用者的呼吸状态、睡姿和压力分布；体重按钮，不同使用者的体重不同，为了满足使用者的睡姿变换时间相同时，所以根据不同的体重，对气囊进行充放气的速度不一样；根据使用者的需求，可以实现手动控制和自动控制：手动控制，根据使用者的身体情况和呼吸状态，按下相应的手动按钮，实现所需要的动作；自动控制，根据柔性压力传感器检测到使用者的呼吸状况，自动实现相应的睡姿变换；定时按钮，可以在一定的时间内对气囊进行充气或者放气，对于长期卧床的病人来说，能够有效促进病人的血液流通，防止褥疮的产生，同时也可以对使用者进行按摩；左翻身按钮、右翻身按钮分别用来控制使用者进行左翻身、右翻身。

本发明中设置两个储气罐，第一储气罐12上有三个接口，一个接口与主气路A和主气路B连接，第一压力变送器安装在第二个接口处，第三个接口与充气泵连接，第一储气罐12的作用是一方面是当对气囊单元阵列进行充气时，可以通过第一压力变送器13判断出充气之后气囊内部的压力；第二储气罐14和第一储气罐12形状一样，尺寸比第一储气罐12的尺寸小一些，第二储气罐14上的第一个接口和主气路A和主气路B连接，第二压力变送器15安装在第二个接口处，第三个接口接通大气，第二储气罐14的作用是通过第二压力变送器15判断气囊放气之后的气囊内部压力。80个100mmx100mm的气囊呈阵列安装在底布4上，通过控制每个微型电磁阀的通断来控制相应两个气囊的充气或者放气，实现对相应两个气囊的单独控制。根据使用者睡眠中身体各个部位的肌肉所处于的状态，对有效部位的气囊充气的同时，对同一侧身体的其他部位对应的气囊进行相应的充气并且控制充气的时间包括起始时间和结束时间与充气速度，因身体一侧各部位所需要的力和高度不一样，防止同时对气囊进行充气时，且以相同的力度对气垫充气，使使用者感觉不舒服，降低了使用者的睡眠质量。因此，本发明床垫在人体睡姿变换时，能准确的对使用者翻身时最有效的部位的气囊进行充气或放气，充气的气囊的高度形成波浪状，使使用者的睡姿发生变换，变换之后，对充气的气囊进行相应的放气，使充气的气囊与气垫的高度一致。同时还可以根据使用者的需求，对气囊单元阵列进行充气或放气，调整气囊床垫的硬度。

80个柔性压敏传感器2平铺在气囊单元阵列上，并与气囊单元阵列进行标定，即通过柔性压敏传感器检测出使用者身体各部位所处于的位置，找出床垫所对应的位置，目的是确定气囊单元阵列需要进行操作的具体坐标位置。柔性压敏传感器2可以判断使用者的呼吸状态，当柔性压敏传感器2检测到人的呼吸状态为呼吸暂停状态时，并且根据柔性压敏传感器2测得病人睡姿的压力区域，以及各个区域的压力值，确定所要充气或者放气的气囊需要到达的高度，判断每个气囊所需要的充气量或放气量，最终通过控制器控制两位三通电磁阀和相应的微型电磁阀对气囊进行充气与放气，实现使用者的睡姿变换。

本发明的工作原理是：操作面板6的显示屏上显示使用者的睡姿，呼吸和压力分布情况。根据使用者的体重，按下体重按钮到与使用者体重相对应的位置。正常情况下，人体呼吸的曲线为正弦曲线。当按下自动按钮时，当控制器检测到使用者的呼吸曲线为平缓状态时，根据使用者睡姿的压力分布，确定气囊单元需要进行操作的具体坐标位置，自动打开控制相应气囊的微型电磁阀8和两位三通电磁阀10，充气泵11会对相应的气囊进行充气或放气，气囊的高度形成波浪状，最终实现人体睡姿变换。当按下手动按钮时，根据使用者的需求，手动按下相应的按钮来实现人体位姿的变换。如果使用者为长期卧床的病人，防止褥疮的产生，按下定时按钮，可以在一定的时间内对气囊单元阵列进行充气或者放气，来促进病人的血液流通。也可以根据个人的喜好，来调整床的软硬度。

实施例1

本实施例自动翻身气囊护理床垫的尺寸为1000mmx2000mm，距离床头400mm处，且距离床垫的一侧100mm处，采用8x10的气囊单元阵列，每个气囊尺寸为100mm×100mm，气囊通过图钉安装在底布4上。与床垫空余的部位采用环形的气垫3填充。如图2所示，对80个气囊1进行编号，如第一列上的8个气囊依次编号为1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6、1-7、1-8，第二列上的8个气囊依次编号为2-1、2-2、2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8，……，第十列上的8个气囊依次编号为10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8；1至4行的气囊称为A部分，5至8行的气囊称为B部分，每个气囊插入支路橡胶气管16，一个微型电磁阀8控制两个气囊的充气与放气，A部分气囊的支路橡胶气管16与微型电磁阀8通过转换接口和一个总路橡胶气管9接通，形成主气路A；B部分的气路与A部分的气路相同，即B部分气囊的支路橡胶气管16与相应的微型电磁阀通过转换接口和另一个总路橡胶气管9接通，形成主气路B，主气路A和主气路B可以实现单独对一部分区域里的某些气囊进行充、放气。也可以根据使用者对硬度的需求，当使用者对硬度要求较高时，为了实现睡姿的变换，需要对A部分或B部分气囊进行充气，对B部分或A部分气囊进行放气，实现同时进行充气和放气两个动作。柔性压敏传感器2平铺在气囊上。气垫3环绕气囊单元阵列安装，与主气路A连接，且气垫3的充气高度由气囊充气高度决定。

本发明未述及之处适用于现有技术。