一种用于止鼾床垫的推顶装置及其控制方法与流程

本发明属于智能家居、止鼾产品技术领域，尤其涉及一种用于止鼾床垫的顶推装置及其控制方法。

背景技术：

打鼾症，是睡眠呼吸暂停综合征的一个主要临床表现。打鼾在日常生活中很常见，但长期打鼾对身体的危害很大，它不仅可导致打鼾症者白天嗜睡、疲惫，而且长期打鼾对呼吸系统疾病、代谢类疾病和心血管疾病都存在隐患。

打鼾的成因的原理是，人们在进入睡眠后，咽、口腔、鼻腔等部位的内部肌肉组织会开始松弛、下跨，对某些人来说，这将导致其睡眠呼吸通路上形成堵塞、气道狭窄的区域，当气流通过这些狭窄区域时发生剧烈震荡从而产生较大的声响。

经调查研究，现有应用于缓解打鼾的刺激方法有包括有：(1)利用微振动、微声音等刺激，比如鼻塞设备、耳塞设备等；(2)利用弱电流刺激，如手部、腕部或四肢及身体其他部位的佩戴装置，刺激到佩戴者的皮肤表面或穴位；(3)利用温度的改变引起人体主动反映的刺激，如温度可控床垫；(4)通过床体变形让使用者调整姿势的变形床、充气气囊床垫、充气枕头等。

经分析，现有技术中的刺激方式，有诸多待改善之处。首先，依赖于佩戴装备，这不可避免的对使用者在睡眠上的舒适性有影响，在睡眠过程中也难免会出现由于睡眠动作而致使装备脱落的情况，如鼻贴等依赖于局部佩戴方式的刺激通常只针对某一类打鼾原因引起的症状，适用性单一；再者，充气床垫的床垫的材质必须满足充放气要求和受力要求等，故材质特殊，对透气性和舒适性有一定影响，也不能准确并及时地检测和调整刺激强度，势必对使用者的睡眠有一定影响。

本申请人同日提交了一份发明名称为《一种主动干预引导侧卧的止鼾床垫系统》的发明申请，该申请中提出了一种采用顶推机构刺激人体使人自行侧卧的止鼾床垫。其提供的一种实现方式是在床垫中内嵌多个推顶杆，所有推顶杆呈直线分布，分布位置为人体躺于床垫上的肩部区域；当检测到睡眠者打鼾时，根据人体位置，控制相应位置处的推顶杆伸出于床面，通过顶推睡眠者一侧肩部，引导其侧卧，从而通过侧卧睡眠姿势有效减缓和改善打鼾症状。

但是在控制顶推杆推出时，如何给与使用者有效刺激，是需要解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种用于止鼾床垫的顶推装置，通过适当的顶推控制，给与使用者以有效刺激，使其侧卧，以有效改善打鼾症状。

为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

一种用于止鼾床垫的顶推装置，包括控制器和顶推机构；顶推机构包括依次相连的顶推杆、传动机构和动力设备；动力设备通过传动机构连接顶推杆，用于控制顶推杆顶推；顶推杆分布在人体躺在床垫时肩胛骨所在区域；控制器连接动力设备，根据外部信号，产生控制指令，控制顶推杆的顶起高度、作用速度与方式；推顶杆集成压力传感器，控制器根据压力传感器的采集的压力值识别使用者受到触发是否翻身。

优选地，顶推杆垂直于床面升降；或者设置升降角度，位于床中间的顶推杆升降角度为垂直升降，越靠近床边，顶推杆向床中心倾斜角度越大。

优选地，所述顶推杆的分布区域为覆盖人体仰卧于床垫时肩胛骨上下各3-5公分。

优选地，顶推杆按照直线分布，相邻顶推杆间距为60mm至120mm。

优选地，顶推杆的顶起高度设定在30mm～60mm。

优选地，控制器控制顶推杆的顶起速度为：以每分钟20mm的速度上升；顶推杆的下降速度在每分钟20mm至100mm中选择。

优选地，控制器控制顶推杆的作用方式为：控制需要顶起的顶推杆反复上升和下降，升降过程无间隔；当检测到人体翻身后，根据顶推开始到使用者翻身的顶推次数，调整顶推杆顶起高度。

优选地，控制器控制顶推杆的作用方式为：根据人体位置，确定需要顶起的推顶杆，控制顶推杆顶起设定高度后，保持；当检测到人体翻身后，根据顶推开始到使用者翻身的时长，调整顶推杆顶起高度。

优选地，顶推杆头部安装有柔性材料的作用头，作用头采用邵氏硬度在10-20之间。

本发明还提供了一种上述顶推装置的控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1、预先设定一个反复作用的初始顶起高度a；

步骤2、控制器接收当前所需控制的顶推杆编号，控制相应顶推杆反复上升和下降；若反复作用3至5次时，使用者有翻身动作，则确认初始顶起高度a合适；若反复作用多于5次使用者才有翻身动作，则将所述初始顶起高度a提高5mm；若反复作用少于3次使用者就已经翻身，则将所述初始顶起高度a降低5mm；

步骤3、采用新的顶起高度a进行后续顶推杆的控制。

优选地，该方法包括如下步骤：

步骤1、预先设定一个初始的顶起高度a，以及通过顶推使得使用者翻身的正常时间范围t1～t2；

步骤2、控制器接收当前所需控制的顶推杆编号，控制相应顶推杆上升到高度a，并保持顶起高度；判断使用者的翻身状态：若使用者在顶推杆未达到顶起高度a时或在顶起高度a时t1内就有翻身动作，则确定当前顶起高度a过高，将顶推杆收回，并将顶起高度a更新为当前值下降一个步长；②若达到设定时间t2，使用者未有翻身动作，则控制顶推杆升高所述步长，并保持顶起高度，再次执行所述判断使用者翻身状态的步骤，直到使用者做出翻身动作，顶推杆收回；③若顶起高度a保持时长在t1～t2内使用者翻身，则说明当前顶起高度a合适，将顶推杆收回。

优选地，记录所选择的顶推杆的作用强度，所述作用强度包括顶起高度a’和作用压力p；经过多次信息数据收集之后，以所记录的作用压力p的大小为准来控制顶起高度，若作用压力p对应的顶起高度a”与所记录顶起高度a’误差超过±10mm，则以所记录的顶起高度a’为准，控制顶推杆的伸出高度。

有益效果：

1、现有大部分产品，如耳塞、鼻塞、鼻贴、手脚腕部等，它们的刺激方式大多依赖佩戴设备，对使用者睡眠的舒适性有较大影响，而本发明所述刺激方式无需穿戴设备，极大提升使用者睡眠的舒适性。

2、本发明所述刺激方式对刺激结构上层的床垫材料并无限制，不需要专门的定制床垫，使用者可以极大程度地自由选择表层床垫，对材料、柔软度、透气性等方面进行选择，提高使用者自己对睡眠舒适性的要求。

3、本发明所述刺激方式附带具有检测功能的作用头，可以进行实时对刺激的作用强度进行检测，并可以通过设计相关控制模块，对作用强度和作用频率和速度进行手动或自动的控制，这种可调节性，能使刺激方式适用广大人群。

4、本发明所述刺激方式，其意义不仅在于能让使用者在使用的期间减轻打鼾症状，对轻、中程度的打鼾患者有较好的效果，对术后的重度打鼾患者也有术后疗养作用；还在于培养使用者的侧卧睡眠的习惯，期望达到不依赖止鼾设备也能减少打鼾的效果。

5、本发明能够通过自主学习的方式，自动控制顶起高度，以提高基于此方法的设备的适应能力，使止鼾更适用于不同人群，极大提高止鼾效果。

附图说明

图1为本发明用于止鼾床垫的顶推装置安装于床体的俯视图。人体平躺，双脚朝向左方，头朝向右方，标号1所示区域为作用区域，标号2为顶推杆的位置，标号3所示为顶推装置上方的床垫。

图2为为在某一作用点处，垂直于俯视图方向的剖视图；4为作用头，5为顶推杆，顶推杆连接传动机构，将动力设备传来的动力转换为顶推杆的上下运动。

图3为模式一情况下对作用强度大小的自动调控方法。

图4为模式二情况下对作用强度大小的自动调控方法。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于止鼾床垫的顶推装置，包括控制器和顶推机构。顶推机构包括依次相连的顶推杆、传动机构和动力设备；动力设备通过传动机构连接顶推杆，用于控制顶推杆顶推。如图1所示，顶推杆分布在人体躺在床垫时肩胛骨所在区域，即作用区1；图中的标号2为顶推杆位置，该圆圈为床垫3上为顶推杆伸出而开设的通道。控制器(图中未示出)连接动力设备，根据外部信号，产生控制指令，控制顶推杆的顶起高度、作用速度与作用方式。推顶杆集成压力传感器，控制器根据压力传感器采集的压力值识别顶推强度以及使用者受到触发是否翻身。

参见图2，顶推杆的刺激方式为顶推方式。顶推杆5从床垫下方进行向上运动，顶触平躺在床垫3上的躯体。顶推杆5顶端的作用头4的截面形状可以依据床垫或床架结构等实际需要，设计为圆形或多边形，并以能够具有足够的顶力为目标，顶推杆的运动主要是垂直于床垫平面的上下升降运动，带动顶推杆的动力设备可以为电机或气压机等，经测试，适当型号的电机相比于压力机在操作上更为简单，调整和维护修理更方便，且在速度、噪声等方面性能较好，在控制上较为简单。这种作用方式要求顶推杆上方的床垫不能过厚，不应大于50mm，否则明显降低作用效果。

床垫上顶推杆的分布区域为人体仰卧于床上时的肩胛骨区域。在平躺时，人身体的主要着力部位为头部、肩胛骨、臀部三个部位，经实验验证，相比于臀部，肩胛骨位置没有过多的肌肉和脂肪组织，对顶推杆刺激的反映较为灵敏，相比于头部，顶推杆的刺激又较为柔和，不至于立刻叫醒使用者，且相比于身体其他部位，如腰部，肩胛骨作为主要着力部位，较难通过除了以翻身以外的方式来减轻由顶推杆带给人体的不舒适的刺激，所以，肩胛骨所在区域为作用区域。主要分布区为为肩胛骨上下各3公分，考虑到人群的体质、身高的不同，分布区可扩展为肩胛骨上下各5公分。在该分布区域的宽度方向每隔一定距离均匀分布独立的顶推杆，分布间隔并不限制，但不应超过100mm，一般可以选为60mm～120mm；否则会使效果减弱甚至无效果。顶推杆的个数可以根据床的宽度设置多个，顶推杆个数的选定以无论使用者在床的宽度方向的哪个位置平躺，顶推杆都能顶触到身体为准。

为了能够实现翻身动作的检测，顶推杆可以集成压力传感器。压力传感器位于顶推杆的顶端，是用来顶触人体的结构，可以制作在顶推杆顶部的作用头上，与顶推杆制作成一体。考虑到作用头附带的检测作用，作用头与顶推杆作为分开的两部分最为合适。

作用头的硬度不能过硬或过软，出于两方面考虑，第一，在顶推杆顶起过程中和顶推杆保持顶起状态下，并且未翻身之前，随着顶推杆的顶起，接触处的作用力会逐渐加大，相应的压强会增强，若作用头过软，对使用者的刺激过弱或起不到刺激作用，若作用头过硬，由于使用者本身的重力使顶推杆施加到人体上所致接触处的压强过大，或顶推杆恰好顶在肩胛骨上与肌肉连接处等较为敏感部位时容易对人体造成伤害；第二，在人翻身后并且顶推杆未能下降到足够低的位置时，人又翻身回到翻身前的位置，同样易造成伤害。故经过试验，对一般人群，作用头硬度在邵氏硬度15作用为宜，可根据不同人的体质，硬度值可在10到20调整。再者，附带检测作用的顶推杆，一种可行的结构形式是将片式压敏传感器附着于作用头上，连成一体，此作用头不仅起到压力监测并实时反馈的作用，反映作用强度，并可以配合以控制单元控制作用强度，从而主动调节作用强度。

控制器用来控制顶推杆的作用强度、作用速度与作用方式。其中，作用方式包括两种，一种是反复推顶方式，另一种是顶起保持方式。

所述作用强度，涉及顶推杆与人体接触的作用压力和顶推杆的顶起高度。作用压力是作用强度的主要评价指标。顶推杆顶起高度的测量应该以平躺时人体对顶推杆无明显感觉时顶推杆的最高位置为准，因不同体质的人适合的顶起高度不同，故顶起高度不尽相同，可设置一个初始顶起高度，建议50mm，之后手动或自动控制顶推杆，让使用者感受到较为适合的刺激，做出翻身动作，但尽量应该在30mm至60mm间。顶推杆顶起一定的高度时，会使人背部产生轻微的悬空状态，并使人体与床的接触位置和面积发生变化，影响人睡觉的感觉，并且随着顶起高度的增加，人与顶推杆接触处的压力也会增加。人的体质不同，包括体重和体脂率的不同，从而，人对于同样的压力的敏感程度不同，体脂率地低的人较为敏感，所以，作用压力不能作为唯一指标，应当结合顶推杆的顶起高度来综合考虑，并且，最终应当与人感觉的舒适程度和对作用强度的反映为标准。

所述作用速度与作用方式，是以能刺激使用者翻身为目的，主要的两种模式有如下。

模式一：反复推顶方式

该方式是指：顶推杆反复上升下降，升降过程无间隔。顶推杆的上升速度不易过快，否则太急剧的刺激会使处于睡眠状态的使用者突然惊醒，若过慢，使用者对刺激无反应，经试验得到，若顶推杆以每分钟20mm的速度上升是一个较为恰当的速度，下降时的速度在每分钟20mm至100mm中较为合适，也可以适当加快，但应该不产生噪音等影响睡眠的情况。

图3为反复推顶方式下顶推装置的控制方法。如图所示，其包括如下步骤：

步骤1、预先设定一个反复作用的初始顶起高度a，可以设为50mm。

步骤2、控制器接收当前所需控制的顶推杆编号，控制相应顶推杆反复上升和下降；若反复作用3至5次时，使用者有翻身动作，则确认初始顶起高度a合适；若反复作用多于5次使用者才有翻身动作，则将所述初始顶起高度a提高5mm；若反复作用少于3次使用者就已经翻身，则将所述初始顶起高度a降低5mm。其中，至于哪个顶推杆需要顶出是其他系统根据人体仰卧位置来确定的。

步骤3、在下一次顶推控制中，采用新的顶起高度a进行顶推杆的控制，执行步骤2。

模式二：顶起保持方式

该方式是指：控制顶推杆直接达到设定的升起高度后保持一段时间。顶推杆上升、下降速度与第一种模式相同。初始设定的顶推杆顶起高度为50mm，并且顶推杆在此顶起高度保持一段时间，可采用30s保持时间；不同体质的人适合的顶起高度不同，可手动或自动调节顶住高度和作用压力。

图4为反复推顶方式下顶推装置的控制方法。如图所示，其包括如下步骤：

步骤1、预先设定一个初始的顶起高度a；同样可设为50mm。

步骤2、控制器接收当前所需控制的顶推杆编号，控制相应顶推杆上升到高度a，使顶推杆在a的顶起高度保持30s；判断使用者的翻身状态：若使用者在顶推杆未达到顶起高度a时或在顶起高度a时5s内就有翻身动作，则确定当前顶起高度a过高，将顶推杆收回，并将顶起高度a更新为当前值下降5mm；②若达到30s，使用者未有翻身动作，则控制顶推杆继续升高5mm，在新的顶起高度保持30s，重复执行所述判断使用者翻身状态的步骤，直到使用者做出翻身动作，顶推杆收回；③若顶起高度a保持在5s至30s内使用者翻身，则当前顶起高度a合适，将顶推杆收回。

当工作在上述两种模式中的任意一种模式下时，可以进一步记录所选择的顶推杆作用强度，所述作用强度包括顶起高度a’和作用压力p。经过多次信息数据收集之后，可选择适合作用强度，以所记录的作用压力p的大小为准来控制顶起高度，若作用压力p对应的顶起高度a”与所记录顶起高度a’误差超过±10mm，则以所记录的顶起高度a’为准，控制顶推杆的伸出高度。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。例如顶推杆也可以不垂直于床面升降，而是设置升降角度，位于床中间的顶推杆升降角度为垂直升降，越靠近床边，顶推杆向床中心倾斜角度越大。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。