一种自适应智能调节的睡眠系统的制作方法

本发明涉及智能床领域，特别是涉及一种自适应智能调节的睡眠系统。

背景技术：

在普通的家居床大多数是简单的机械结构，不能测量压力数据、体征数据等，帮助人们改善睡眠质量，随着智能时代的到来，人们日常使用的床需要进一步的技术改进，加上自动化的功能，以便用户获得更好的体验，提高睡眠质量，以饱满的精神投入到工作、生活中。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种自适应智能调节的睡眠系统，以解决目前难以智能调节睡眠并改善睡眠的问题。

解决本发明的技术问题所采用的技术方案是：一种自适应智能调节的睡眠系统，其特征在于，其包括集合在床架上的传感模块、主控控制模块和动力传动模块，在人体躺在床上睡眠时传感模块自动监测人体的睡眠体征信息，主控控制模块在得到传感数据之后结合人体工程学算法、人工智能算法计算，并算出此时人体体征数据算出床垫各个部位应该的高度和软硬度，并通过动力传动模块调节床面的高度。

优选地，该传感模块集成压力传感、振动传感、生命体征传感。

优选地，该主控模块采用运算处理更快且处理能力更强的fpga+arm双核的主控模式。

优选地，该动力传动模块采用静音技术处理，在运转时没有声音。

优选地，该床架采用十一排传感及动力传动机构，将人体分区为头部、颈部、肩部、腰部、臀部、大腿、小腿七区进行数据采集及自动调节。

优选地，传感模块通过检测人体睡眠信息可以得到，人体各个部位的睡眠压力分布，判断人体各个部位的承重。

优选地，通过该床架可以放松压力承重较重身体部位，放缓身体压力。

优选地，该床架可以在睡眠时保持脊椎的正常弯曲，保持脊椎的健康。

优选地，该床架可以在睡眠时保持呼吸道的通畅，减少打鼾以及呼吸暂停次数。

优选地，该床架可以自动检测人有没有在床上、稳定睡觉，自动进行传感和调节，不需要人进行手动操作。

优选地，该床架可以实现背部抬起的功能，其头部肩部的冬季机构行程通过结构可以扩大6倍。

优选地，该床架可以通过升降动力和传动机构可以实现对身体的挤压按摩，放松全身的肌肉。

相对于现有技术，本发明能够通过自适应智能调节的睡眠系统帮助人们改善睡眠质量。

附图说明

图1是本发明的自适应智能调节的睡眠系统的示意图；

图2是本发明的自适应智能调节的睡眠系统的电子电源系统示意图；

图3是本发明的自适应智能调节的睡眠系统的数据流程示意图；

图4a和图4b是本发明的自适应智能调节的睡眠系统的在人体睡眠时的生体各个部位承压值分布的示意图；

图5是本发明的动力和传动模块的示意图；

图6是本发明的动力和传动模块的另一示意图；

图7是本发明在建立床垫上下压力数据映射的示意图；

图8是本发明在建立床垫上下压力数据映射的另一示意图；

图9是床上面的压力值与床下传感器压力的映射关系图；

图10是将用户视为连续的质量块且把该连续的质量块离散化的示意图；

图11是将压力数据离散化的示意图。

具体实施方式

本发明涉及自适应智能调节的睡眠系统。该床架由传感系统模块、主控控制模块、动力和传动模块、主控箱、底盘结构以及木质排骨架组成。如图1所示：底盘结构采用型材铝及型材钢作为底盘的主要材料，底部共由8个床脚，由8个床角进行整体力分担。本实施方案以排状为例进行描述，实际区域调整方式包含但不限于排状、点状、块状等。

单人床(90cm*200cm)传感系统共包括压力传感器22个、生命体征传感模块1个，双人床(180cm*200cm)是由两个单人床拼接在一起的，包括共包括压力传感器44个、生命体征传感模块2个。

单人床(90cm*200cm)动力系统共包括电机22个、电机驱动器3个，双人床(180cm*200cm)是由两个单人床拼接在一起的，包括共包括电机44个、电机驱动器6个。

传动模块是和动力模块的数目相同，在传动的过程中是一个可以将形成扩大6倍的机械结构。

主控箱位于床架的床尾，里面包括传感器的控制电路，传感器的接收电路，主控电路，电机的驱动控制电路、系统控制电源。主控控制模块通过结构传感模块传感得到的数据；通过电机驱动器控制电机；电子电源系统流程如图2所示，数据流流程如图3所示。

其中，主控模块中压力电信号处理模块和电机控制模块在fpga主控中，信号处理模块和算法程序模块在arm主控中。

主控芯片通过对传感数据进行算法处理，可以得到人体睡眠时的生体各个部位承压值分布，如下图4a和图4b所示。

本发明专利申请在动力和传动模块采用多层螺母、多层螺纹的结构，如图5所示，其中的传感器属于传感模块里面的压力传感器，传感芯片为传感的驱动芯片。

丝杆上面套着一个多层螺母，第一层螺母的内螺纹和电机丝杆螺纹配套，第一层螺母的外螺纹和第二层螺母的内螺纹配套，第二层螺母的外螺纹和第三层螺母的内螺纹配套，第三层螺母的外螺纹和第四层螺母的内螺纹配套。第三层螺母的外螺纹和第四层螺母的内螺纹的摩擦系数>第二层螺母的外螺纹和第三层螺母的内螺纹的摩擦系数>第一层螺母的外螺纹和第二层螺母的内螺纹的摩擦系数>第一层螺母的内螺纹和电机丝杆螺纹的摩擦系数。

最上层是用于连接排骨架的托盘。托盘和第四层螺母固定连接，当电机正转时，丝杆在正向转动时，由于最上层托盘是固定，不会转动，第1层螺母的内螺纹和电机丝杆螺纹的摩擦系数最小，第1层螺母和丝杆之间首先发生滑动摩擦，将第1-6层螺母和托盘向上顶起来；当第1层螺母上升到极限位置之后，第1层螺母会跟随丝杆一起转动，此时第1层螺母的外螺纹和第2层螺母的内螺纹的摩擦系数最小，由于丝杆正向转动，第2层内螺纹会和第1层外螺纹会发生滑动摩擦，将第2-6层螺母和托盘顶起来；当第2层螺母上升到极限位置之后，第2层螺母会跟随第1层螺母和丝杆一起转动，此时第2层螺母的外螺纹和第3层螺母的内螺纹的摩擦系数最小，由于丝杆正向转动，第3层内螺纹会和第2层外螺纹会发生滑动摩擦，将第3-6层螺母和托盘顶起来；当第3层螺母上升到极限位置之后，第3层螺母会跟随第1层螺母、第2层螺母和丝杆一起转动，此时由于丝杆正向转动，第4层内螺纹会和第3层外螺纹会发生滑动摩擦，将第4-6层螺母和托盘顶起来。通过6层螺母可以实现将托盘的行程放大6倍。多层螺母同时会带来螺母的间隙增大、稳定性变差的问题，所以我们在给螺母增加了一个6层的导轨，如图6所示。

本发明还包含了一种使用方法：在人躺在床上时，该智能床可以通过传感网络自动识别人是否在床上，在确定人在床上之后再识别人是否稳定躺睡，然后在进行人体睡眠时的体征信息传感识别，识别人的睡姿、体压分布等睡眠数据，结合人体工程学算法，算出此时床架的各个部位应该处于的床垫软硬度，并通过动力及传动机构调节床面各个部位的高度及软硬度，实现睡眠时的脊椎健康、呼吸顺畅以及身体各个部位健康承压。

本专利还包括一种方法：

1、传感数据的映射关系的获取

1)建立床垫上下压力数据的映射，如图7所示：

第一步、将10kg的重物放在床垫的各个位置，记录各个传感器的数据，建立单个重物在各个位置到传感网络的映射关系。

第二步、将多个重物多种重量(1～20kg)、各种相对位置摆放，并记录底部传感器数据，建立多种重物对底层传感网络数据的映射关系，如图8所示。

最终得到床垫上方的压力到下方的压力的一一映射关系，如图9所示。

2)人体压力数据的获取

人躺在床垫上的压力是连续的，如图10所示，在这里我们将压力数据离散化，如图11所示。将压力分成方块化，每一个方块内的压力等效为一个方形的质点的压力，得到一个压力谱图。每一个图像的像素点的值代表该区域的压力值。

3)对个像素点的压力值进行膨胀及腐蚀，通过在这些数据处理得到人体轮廓。

4)通过压力的轮廓进行人体各个部位的位置判断，通过轮廓的最高位置和最低位置是头部、脚部的位置，同时在根据压力值分布确定臀部、肩部的位置，在根据人体特征确定其他部位。再结合压力值图谱，得到身体各个位置的位置及承压值分布。

5)平侧躺识别：通过轮廓确定身体各个部位重心分布，结合肩部、臀部压力的集中程度，通过训练库检测识别，进行平侧躺等睡姿判断。

6)通过睡眠时身体各个部位的承压值分布以及平侧躺睡姿，结合医学算法及人体工程学算法，输出对应人体在对应睡姿情况下各区域的调整量，通过电机进行调节。

7)通过循环检测，判断，识别，随着人体睡姿变换，睡眠系统进行实时的跟随调节，保持整晚睡眠的健康与舒适。

本发明可以通过背部及头部的行程调高可以实现背部抬起功能。

该智能床架集合传感模块、主控控制模块和动力传动模块，可以在人体躺在床上睡眠时传感模块自动监测人体的睡眠体征信息，主控控制模块在得到传感数据之后结合人体工程学算法、人工智能算法计算，并算出此时人体体征数据算出床垫各个部位应该的高度和软硬度，并通过动力传动模块进行调节。

该传感模块集成压力传感、振动传感、生命体征传感，采用集成传感的方式，传感角度更广，更加精确。

该主控模块采用fpga+arm双核的主控模式，fpga芯片的运算处理算法更快，处理能力更强。该动力传动模块采用静音技术处理，在运转时没有声音。该床架采用11排传感及动力传动机构，将人体分区为头部、颈部、肩部、腰部、臀部、大腿、小腿七区进行数据采集及自动调节。传感模块通过检测人体睡眠信息可以得到，人体各个部位的睡眠压力分布，判断人体各个部位的承重。通过该床架可以放松压力承重较重身体部位，放缓身体压力。该床架可以在睡眠时保持脊椎的正常弯曲，保持脊椎的健康。该床架可以在睡眠时保持呼吸道的通畅，减少打鼾以及呼吸暂停次数。该床架可以自动的检测人有没有在床上、稳定睡觉，自动进行传感和调节，不需要人进行手动操作。该床架可以实现背部抬起的功能，其头部肩部的电机机构行程通过结构可以扩大6倍。该床架可以通过升降动力和传动机构可以实现对身体的挤压按摩，放松全身的肌肉。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。