静音气泵箱及智能调节床垫的制作方法

1.本发明涉及智能床垫技术领域，具体地，涉及一种静音气泵箱及包括该静音气泵箱的智能调节床垫。


背景技术：

2.人的一生有三分之一的时间在睡眠中度过，由此可见，睡眠是人最基本的生理需求。但是据世界卫生组织调查显示，世界上有将近27％的人存在睡眠问题。因此如何保证健康的睡眠是一个备受关注的话题。
3.床垫作为睡眠的一个重要载体，会直接影响一个人的睡眠质量。床垫对于睡眠质量的提高至关重要。传统的床垫主要分为弹簧床垫、海绵床垫、棕榈床垫、乳胶床垫、水床垫及气囊床垫等。一张好床垫，在结构上应依人体各部位重量分布及脊椎正常曲线来设计，其中软硬度是床垫的一个重要的参数。太软的床垫使人体的躯干部位下垂，对保持脊椎弯曲不利；而太硬的床垫容易造成肌肉的压迫和血流的不畅，导致睡眠时翻身次数增加，使用者不能得到充分的休息。此外，太硬的床垫缺乏适当的弹性，不能配合脊椎的正常曲线，长期使用会影响人体的姿态，妨碍脊椎的健康。尤其是青少年的骨骼发育与床垫有着密切的关系，床垫太硬或者床垫太软都会造成脊椎骨发育不良。然而，市面上现有的绝大多数床垫的软硬度都是固定的，对于双人床垫，例如夫妻两人，可能适合的不一定是同一个软硬度。
4.虽然目前已有一些床垫可以定制两边的软硬度不一致，满足夫妻两人对软硬度的不同要求。如一些气囊床垫，两边的气囊可以独立充放气，达到两边不一致的软硬度。但是事实上，同一个人的不同躯干部位以及不同睡姿下，对床垫提出的支撑要求也是不一样的，比如在平躺时，由于人体脊椎的弯曲，往往在腰部无法得到足够的支撑，而在臀部往往是压力过重的地方，侧躺时，肩部往往是受压最严重的地方。因此我们需要一张床垫能够实时根据人体睡姿调节床垫各个部位的软硬度，对人体脊椎的保护，肌肉的放松和血液的循环，以达到最健康的睡眠。


技术实现要素：

5.为解决以上问题，本发明实施例提出一种用于床垫的静音气泵箱和分区的气囊床垫，该床垫可以根据人体的不同睡姿变化，通过气压传感，获取各个气囊的压力值，本发明的床垫中气泵和气阀的控制可以独立对各气囊进行充放气，达到调节人体各部位压力的目的。
6.本发明实施例第一方面提供一种静音气泵箱，包括箱体、上盖、支撑平台、气泵、气阀、气管、消音棉、隔音棉和消音管，其中箱体能与上盖扣合形成密闭空间，支撑平台、气泵、气阀、气管、消音棉、隔音棉和消音管均设置于箱体中，气泵、气阀、气管和消音管均悬挂固定于支撑平台下方。
7.进一步地，该气阀与支撑平台之间设置有气阀柔性垫层。
8.进一步地，该隔音棉和消音棉由外而内设置于所述箱体和上盖内部。
9.进一步地，该气泵通过悬挂带悬挂于支撑平台上，该悬挂带为硅胶带或橡胶带。
10.进一步地，该支撑平台通过多个支撑柱设置于箱体内，所述支撑柱底部粘合有硅胶或橡胶结构。
11.本发明实施例第二方面提供一种智能调节床垫，该床垫包括上述静音气泵箱，还包括气囊层，其中该静音气泵箱设置于床垫尾部。
12.进一步地，该气囊层包括多区域独立可调节的气囊和海绵，气囊由海绵包围，包围气囊的海绵分为气囊周围海绵、气囊间隙海绵和气囊中间海绵。
13.进一步地，在该气囊层中，躯干部位区域的气囊宽度小于腿部和头部区域的气囊宽度。
14.进一步地，气囊内部注入空气，或者植入弹簧或海绵，植入弹簧或者海绵时，所述弹簧或海绵的高度不低于气囊内部高度的一半。
15.进一步地，该智能调节床垫还包括气压传感器、数据单元和控制单元，该智能调节床垫通过预录入的方式获取用户的个人睡眠信息和算法参数，以实现对床垫的个性化参数定制。
16.本发明提供的静音气泵箱通过硅胶悬挂气泵结合多重隔音消音装置，实现了静音设计，同时本发明提供的智能调节床垫包括分体独立调节气囊，真正实现了智能独立调节，同时通过预录入的方式获取用户的个人睡眠信息和算法参数，完成对床垫的个性化参数定制。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明一个实施例中静音气泵箱的结构示意图；
19.图2为气泵悬挂于支撑平台的安装示意图；
20.图3为本发明实施例提供的智能调节床垫的整体结构图；
21.图4为本发明实施例提供的智能调节床垫中气囊层结构图；
22.图5和图6分别为大波浪形气囊和小波浪气囊的结构示意图；
23.图7为图5显示的大波浪气囊的截面图；
24.图8和图9a-9b为大方形气囊和小方形气囊的结构示意图；
25.图10和图11分别为本发明一个实施例提供的3层气囊的两种不同结构示意图；
26.图12-14分别显示了气囊的拉链连接和扣位连接示意图；
27.图15显示了本发明一个实施例提供的智能调节床垫的内部控制系统结构；
28.图16显示了本发明实施例提供的智能调节床垫的数据预录入的流程。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施
例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都在本发明保护的范围内。
30.本发明实施例提供一种静音气泵箱1，如图1所示，该静音气泵箱1包括箱体3，静音箱体3主要用于将一些噪音源的器件集中放置在一起，以便做隔音处理，箱体3的侧面有气管接口31，内部设置有气泵12、气阀16、气管13和消音管15等。静音箱体3上面设置有上盖2，上盖2和箱体3可以密封扣合。该箱体3可以为金属箱体，也可以为其他材质的刚性箱体，也可以为液体。上盖2可以为金属材质，也可以为其他刚性材质。上盖2和箱体3两者通过螺丝固定，形成一个密闭空间，防止噪音通过空气传播至外部。该上盖2和箱体3由外而内分别设置有隔音棉21和消音棉(也称吸音棉)22，即，消音棉22在最里层，隔音棉21紧贴着上盖2和箱体3，三者可以粘合在一起。隔音气泵箱2还包括支撑平台11，用于将气泵悬挂固定。气泵13是气囊充气的动力源，可以为隔膜式泵、电磁式泵、叶轮式泵、活塞式泵等。本发明实施例中可采用一个气泵13，也可采用多个气泵13并联以达到较大的气流量。本发明实施例可以包括多个气泵13，如图1所示。气阀16用于通过控制气泵控制指定气囊的充放气，本申请的智能床垫通过电信号控制气阀的开关，来选择气路的流通路径。该气阀16可以为电磁阀。在实际应用中，气泵和气阀是主要的噪声来源。气泵13、气阀16、气管13和消音管15都通过悬挂结构固定在支撑平台11上，而气阀16与支撑平台11之间夹了一层气阀柔性垫层14，设置该气阀柔性垫层14的作用主要是削弱气阀16的振动，避免将振动和声音传递给支撑平台11，由此在支撑平台上方感觉不到声音和振动。该柔性垫层14的材质可以为硅胶，也可以为其他具有隔音性质的材质。本发明实施例中，在充气和放气的路径中分别插入消音管15，是为了降低气泵12的充气时的气流声，以及放气时的气流声。在充气路径中，消音管一端与气泵相连，一端与气阀相连；在放气路径中，消音管一端放气气阀相连，一端与大气相连。。
31.本发明的静音气泵箱的改进，主要在于静音箱的结构设计，气泵的静音设计和气阀的静音设计。静音箱结构设计，是指将噪音源的元件，如气泵、气阀集中放置在静音箱内，静音箱外箱采用声阻较大的材料，内部采用隔音、吸音等材料，并且采用密封隔绝设计，大大衰减了声音的强度。其中声阻较大的材料，可以固体，也可以是液体。固体可以是金属、金属合金、金属化合物，如铁、铝、银、铜、铝合金、氧化铝、二氧化硅等。液体可以是水等化合物。
32.关于气泵静音设计，改进点在于尽量减少静音箱本身振动传递出来的噪声。气泵可以通过采用相对软一点的材料，悬挂式设计或支撑式设计，降低振动的传导。优选的实施例中采用了悬挂式设计。
33.本发明实施例中的气阀静音设计，改进点主要在于：第一在气阀的底部增加柔软的材料，降低振动的传导，第二通过硬件电路和程序的设计，增加一个软启动的过程，即在开启和关闭时，通过控制电压，使得电压缓慢变化，达到开关的缓慢切换，从而降低噪音。控制电压缓慢上升的方法有两种，一种是通过电路的方法，例如，在形成控制电压的输出端接入一个电阻和电容的低通滤波器，这样阶跃上升的电压信号被变换为一个缓慢上升的电压；第二种方法是通过数模转换模块(dac)，通过程序控制输出的波形。
34.进一步地，在箱体3的内壁由内而外，分别粘连了两层材料，分别是隔音棉和吸音棉，进一步降低噪音传递的能量。吸音棉的主要目的是将一部分的声波能量吸收，而隔音棉是增加声波的反射，降低穿透的能量。隔音棉和吸音棉均为常用的材质。箱体3的隔音棉和
吸音棉分别与上盖2的隔音棉和吸音棉围成闭合空间，吸音棉层在里面。
35.图2进一步显示了气泵的悬挂设置方式。气泵在工作过程中，自身会产生微振动，而如果振动会通过固体介质传递到床垫整体，进而传递到人的耳朵，则会导致较大噪音产生，严重影响睡眠和休息。图2所示的实施例中，采用多个气泵12并联，以增加气流量，并通过悬挂带17悬挂设置，该悬挂结构削减了气泵12的振动的传导。悬挂带17优选为硅胶或橡胶等弹性材质。支撑柱19与支撑平台11搭建了一个平台，供给气泵12固定。外围支撑柱19限定了气泵12设置的范围，同时支撑柱19将相邻的气泵12隔离开。气泵12外面包裹有硅胶套18，优选为气泵12全部包裹于硅胶套18中，通过设置硅胶套和硅胶悬挂带，气泵悬挂在支撑平台11上。而支撑柱19末端被固定在金属箱体的底部。为了进一步削减支撑柱19的振动传递到箱体3，也可以在支撑柱19的底部采用软的材质连接，如采用硅胶或橡胶粘合到支撑柱19的底部。
36.本发明实施例还提供一种智能调节床垫，其包括气囊和上述的静音气泵箱1。图3显示了本发明实施例提供的智能调节床垫的整体结构。该智能调节床垫4包括面料层41、舒适层42、气囊层43、第一弹簧层44、第二弹簧层45、气泵箱体3，控制箱47和静音保护层46。其中面料层41、舒适层42、气囊层43、第一弹簧层44、第二弹簧层45由上而下依次设置，气泵箱体3，控制箱47和静音保护层46均设置于床垫尾部，即使用者脚底部位。面料层41和舒适层42提供床垫4的舒适感和亲肤感，根据用户的需求，采用普通床垫的常用材料即可。而气囊层43主要由中央的气囊、气囊周围的海绵、气囊间隙海绵组成。第一弹簧层44和第二弹簧层45主要是作为床垫的支撑层，提供回弹感，这两个弹簧层为任选结构，也就是说在一些实施例中可以去除这两层结构。
37.具体地，第一弹簧层44在尾部设置凹槽结构，用于放置静音气泵箱的箱体3和控制箱47，主要目的是为了降低静音气泵箱和控制箱的高度，这样上面就有了更厚的区域来保证用户处于此区域中的舒适感，不至于出现软硬度的强烈断层。而静音气泵箱的上面静音保护层46，一是为了进一步优化用户在此区域下的舒适感，以及在此区域遭受冲击时进行保护。该静音保护层46可以采用相对较硬的海绵或者弹簧。
38.具体地，如图4所示，本发明提供的智能调节床垫中气囊层43包括气囊周围海绵431、气囊间隙海绵432、气囊中间海绵433和气囊434，左右各一个静音气泵箱、以及控制箱47。其中气囊434采用多区域独立可调的设计，并且在躯干区域采用宽度更小的气囊，以增加调节部位的精确程度。而在腿部区域和头部区域采用宽度更大的气囊，以节省成本。本发明实施例提供的气囊，可以只充入空气，也可以在气囊内部植入弹簧或海绵，以保障气囊在气量不足的情况下仍具有足够的弹性，同时保证充放气的气流通畅。在植入弹簧或海绵时，所述弹簧或海绵的高度优选不低于气囊内部高度的一半
39.本发明实施例中气囊可以采用3种设计方案：波浪形气囊、方形气囊和叠形气囊。
40.具体地，波浪形气囊可以为大波浪形气囊(图5)和小波浪气囊(图6)，图5所示的大波浪形气囊充气之后的尺寸为70*20*10cm，图6所示的小波浪形气囊充气之后的尺寸为70*10*10cm，大波浪形气囊在中间有一条6.5cm的拉条。本发明的一个实施例中，在气囊里面的下半部分放置海绵，海绵约占气囊内部容积的一半，图7为图5的大波浪气囊的截面图，其中下半部分填充有海绵。
41.具体地，方形气囊包括大方形气囊(图8)和小方形气囊(图9a)，大方形气囊充气之
后的尺寸为70*20*10cm，小方形气囊充气之后的尺寸为70*10*10cm，大方形气囊在中间有一条十字形的拉条，拉条的尺寸为20*10*70cm。优选地，方形气囊内部(下半部分)均填充有海绵，如图9b所示。
42.具体地，叠形气囊有两种，一种是单个气囊采用3层结构，如图10所示，气囊中间设有上下贯通的通孔，另一种是3层气囊结构，如图11所示，气囊中间不具有通孔，也称为实心气囊。
43.具体实施例中，气囊有两种连接和固定的方式：拉链连接(图12)和扣位连接(图13)，拉链连接如图12所示，气囊外边缘设置有拉链435，通过该拉链435与外框固定连接。图13显示了扣位连接的结构，气囊末端设置有卡扣，与外框通过固定卡扣连接。然后外框的边条和气囊外缘夹在海绵中间，并用海绵喷胶粘牢，如图14所示。
44.在气囊周围设置海绵，主要是为了固定气囊，以及让整个床垫轮廓更加鲜明，通常会采用一些相对较硬的海绵。而中间的海绵的作用是：为了固定左右两边的气囊的外边沿，另外也是为了填充气囊左右的间隙，以获得更佳的睡感。气囊间隙海绵，主要是填充在气囊前后之间的间隙，降低气囊在鼓气状态下的气囊表面不平整带来的不舒适感。
45.静音气泵箱和控制箱放置在床尾，即使用者的脚步所在的方位，这样设置的好处在于：给用户带来安全感，同时降低噪音的传播。左右床的气囊充气口分别接入到静音气泵箱内，而中央的控制箱主要是控制两侧静音箱的气泵、气阀等开关，以及气压的传感和数据处理。气压传感主要用于测量各个气囊的气压。
46.具体的，本发明实施例中的气囊材料可以为pvc、tpu、橡胶、硅胶、pe、pu、pi等，可通过充放气调整气囊的软硬度。
47.除了上述静音气泵箱和多区域独立可调的气囊之外，本发明提供的智能调节床垫还包括气压传感器、数据单元和控制单元。通过预录入的方式获取用户的个人睡眠信息和算法参数，完成对床垫的个性化参数定制。
48.具体地，上述数据单元主要是对输入的气压模拟小信号进行采集分析和处理，该数据单元结构上包括气压传感放大电路、adc电路、主控部分等。传感放大电路主要是对各个气囊气压的原始模拟小信号进行滤波放大，adc电路是将放大后的信号进行模数转换，主控部分主要是对数字信号进行数据预处理和算法处理和分析。
49.具体地，上述控制单元主要是根据数据单元的输出，对气泵、气阀进行控制。主控单元输出的控制信号，通过驱动mos管，对气泵气阀进行开关的控制。
50.上述通过预录入的方式获取用户的个人睡眠信息和算法参数，完成对床垫的个性化参数定制，是让用户在初次使用床垫时，录入用户的一些信息，如身高、体重、性别、身型的一些基本信息(如肩宽、胸围、腰围、臀围等，也可以录入用户的衣服尺码和裤子尺码，或者录入用户的身型，如h型、o型、v型、a型等)，以及基本睡姿的压力信息，即按照预定的几种姿势，如平躺、侧躺等，系统将采集用户在该睡姿下的气压数据并存储。以上信息，将综合在一起作为用户睡眠信息，并获得床垫在调节过程中一些基本的参数，从而达到对床垫个性化定制的目的。
51.图15显示了本发明一个实施例提供的智能调节床垫的内部控制系统结构图。该智能调节床垫的硬件系统主要包括气压传感器、8选一模拟开关、滤波放大电路、adc模数转换模块、主控芯片、存储器、通信模块(如wifi或蓝牙等)以及气泵气阀的控制驱动电路。其中
气压传感器与气囊相连，可以实时采集各个气囊的气压，然后将这些气压传感器的信号传输给一个8选一的模拟开关，这样为了节省后面滤波放大的电路和adc个数。气压采集采用分时复用的方式，大大节约成本。滤波放大电路主要是对气压传感的小信号进行放大，并且滤除一些高频的噪声。然后经过adc模数转换，输入到mcu中。mcu主要起到数据处理中心，以及控制中心和无线信号传输控制的功能。存储器主要存储用户在预录入过程中的个人定制数据，如身高、体重、各种睡姿的体压数据等，以及用户的整晚睡眠数据，将通过蓝牙传输到智能手机，用户可通过app查看自己的睡眠报告。
52.具体地，数据预录入的方式如图16所示。使用者在初次使用前，首先要手动录入个人的基本信息，包括身高、体重、性别等。然后接下来录入用户的身型，可以有两种选择方式。第一种是通过录入用户的肩宽、胸围、腰围、臀围等信息，也可以用户录入自己的上衣和裤子尺码，或者录入用户的身型，如h型、o型、v型、a型等。经过前两项的录入，用户大致身体模型便初步形成。接下来是各种睡姿下的体压录入，用户根据提示，分别按照指定的睡姿躺着床上，床垫将采集此睡姿下的压力并存储下来，为后面的睡姿识别算法提供参数。根据以上信息便完成个人的定制，形成了定制参数，即用户在各种睡姿下的调节幅度。例如，根据身高和体重大致可以知道此人的各部位大致处于哪些个气囊区域。并且知道用户大致的bmi，根据bmi及接下来身型的录入，可以知道用户各个部位，应该充放气多少，如一个用户如果臀围很大，那么他在平躺时，臀部区域的气囊应该放气多一些；而对于一个肩宽很宽的人，那么在侧躺过程中，肩部气囊就应该调节多一些。至此，便完成了用户使用前的预录入过程。
53.接下来，在实际睡眠过程中，压力传感器将采集各个气囊的实时压力数据，通过睡姿识别算法，识别出用户的当下睡姿。例如将当下的各气囊的气压矩阵与之前预录入的各种睡姿下的气压矩阵进行一个算法识别，可以把这种识别过程看作一种模式识别问题，进一步的，看做一个分类问题，可以通过机器学习，或者深度学习算法，完成睡姿的识别。睡姿识别完成后，需要进行部位识别，也就是识别用户的肩、背、腰、臀、腿、脚等关键部位所处气囊的编号。例如可以通过寻找各气囊的气压梯度，以及当下的睡姿，并且结合之前实际用户录入的身型和身高数据，判断出用户的部位所处气囊。如，对于腰部识别，通过用户的身高，可大致判断用户腰部的所处气囊的编号。通常腰部位置由于人的脊椎的s型曲线，在平躺时，由于从腰部到臀部往往会有一个较大的升高梯度，并且结合用户的实际身型，找到体压增加最大的气囊编号，便可定位为腰部的位置。
54.完成睡姿识别和用户的部位识别后，便知道各个气囊应该如何充放气，而至于充放气多少，则需要结合之前预录入后得到的用户各种睡姿下的调节幅度，控制充放气时间，达到最舒适的调节。
55.本领域技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
56.以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修
改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。