CN113509171A

CN113509171A - 一种智能头枕

Info

Publication number: CN113509171A
Application number: CN202110576383.7A
Authority: CN
Inventors: 吕汉明; 黄凯; 马崇启
Original assignee: Tianjin Polytechnic University
Current assignee: Tianjin Polytechnic University
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2021-10-19

Abstract

本发明涉及具有监测人体卧床时睡姿及呼吸状态的功能性头枕，具体为一种智能头枕，其含有枕垫、检测装置、调整装置以及控制装置，所述枕垫与一般头枕的材料及形状相同，检测装置具有支撑部件、传感部件、托持部件、防过载部件以及传力弹性部件，支撑部件及托持部件为矩形板状或折边矩形板状部件，多块托持部件阵列布置覆盖支撑部件，传感部件位于支撑部件与托持部件之间，传力弹性部件位于托持部件与传感部件之间，所述调整装置为气囊或机械式高度调整装置，所述控制装置是能检测传感部件信号、处理传感部件信号、并控制调整装置动作的装置，所述智能头枕能根据睡姿自动调整头枕高度，能调整倾斜状态阻止呼吸暂停，检测精度高，能防过载。

Description

一种智能头枕

技术领域

背景技术

近年来关于智能头枕的技术开发与研究越来越多，也有相关的产品在销售。一般情况下，智能头枕具有睡姿检测、头枕高度调整、呼吸检测、睡姿调整等一种或多种功能。其中睡姿检测一般采用放置于头枕中的力传感器、检测其内部压强的气囊或者睡眠时被压在肩部的柔性传感器，呼吸检测一般采用检测头部对头枕压力或者呼吸声音信号，睡姿调整一般采用气囊或机械结构进行头枕高度调整。尽管公开有不少用于智能头枕检测与调整的技术，但是相关技术中存在如下两个问题。

第一，用力值传感器检测头部对头枕的压力时，检测压力的传感器选择问题，力传感器一般采用三类传感器，第一类是柔性的传感器，有一些智能头枕技术应用了柔性力传感器，但是目前能实现检测功能并具有重复性及长寿命的柔性传感器技术还不够成熟，限制了其在智能头枕上的应用；第二类采用检测气囊内压强的方法检测头部对头枕作用力，该类方法存在建模比较困难的问题，由于人头部外形不同，并且睡眠时头与气囊的接触面积不同，均会影响压强的大小，所以，用检测气囊内气体压强的方法很难准确地获取头部对头枕的作用力；第三类是用刚性的传感器(例如成熟稳定的电阻应变式传感器)检测头部对头枕所施加的力，存在容易导致检测精度不够或过量程的问题，传感器量程选的大，会导致检测精度不够，传感器量程选的小，则容易过载导致传感器损坏。

第二，现有的能调节高度的智能头枕基本都是采用气囊作为变形元件调节头枕的高度或者调节头部的姿势，而头枕本身又是较柔软的，因此，需要阵列较多的气囊用于高度的调节，不仅增加了复杂度、故障率及成本，同时并降低了产品寿命。

鉴于以上问题，本发明公开一种智能头枕，其通过检测头部对智能头枕的压力判断睡姿及呼吸状况，并根据检测与判断结果控制智能头枕的高度或倾角，检测精度高，能防止传感器过载，结构设计便于调整头部的高度及倾斜度。

发明内容

对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是，提供一种智能头枕，其解决方案是：一种智能头枕，其特征在于其含有枕垫及检测装置，枕垫安放在检测装置的上方，

所述枕垫用来安放睡眠者的头部，枕垫由记忆棉、乳胶、织物等头枕常用柔软材料制成，与一般的头枕的材料及形状相同，比一般头枕高度低，

所述检测装置位于枕垫的下方，检测装置在俯视方向上的分布范围覆盖了枕垫的绝大部分区域，当头部压在枕垫上时，能将压力通过枕垫传递到检测装置上；

所述检测装置具有支撑部件、传感部件、托持部件、防过载部件以及传力弹性部件，

所述支撑部件为矩形板状或折边矩形板状部件，支撑部件为刚性部件，所述刚性部件是指支撑部件的刚度足以支撑传感部件及托持部件，确保当托持部件以及传感部件受到头部所施加的作用力时，支撑部件产生的变形不足以影响传感部件的检测性能，并且总变形量不足以使人的头部感受到；

所述传感部件为阵列布置于支撑部件及托持部件之间的力传感器，托持部件与枕垫相邻接，传感部件优选安装于或位于支撑部件上，传感部件测力位置的分布基本覆盖支撑部件；

所述托持部件为矩形板状或折边矩形板状部件，托持部件直接或间接地连接或放置在传感部件上，每块托持部件下具有相同数量的传感部件，托持部件琴键状阵列布置，托持部件的长度方向与支撑部件的长度方向垂直，即托持部件的长度方向沿支撑部件的宽度方向，托持部件的宽度方向沿支撑部件的长度方向，托持部件不受压力时与支撑部件平行，托持部件在水平面的覆盖范围与支撑部件在水平面的投影接近，优选不超出支撑部件；

所述防过载部件是托持部件向支撑部件移动过程中接触到、并阻挡托持部件进一步接近支撑部件的部件，是当托持部件传给传感部件的力接近传感部件的量程时，托持部件与支撑部件通过防过载部件相接触，所述防过载部件位于支撑部件与托持部件之间，或者位于支撑部件上，亦或者位于托持部件上，防过载部件优选安装在支撑部件上或托持部件上；

所述传力弹性部件是位于传感部件与托持部件之间的弹性部件，当检测装置具有传力弹性部件时，托持部件通过传力弹性部件间接地连接到或者放置到传感部件上，托持部件所受的压力通过传力弹性部件传递给传感部件，传力弹性部件沿托持部件运动方向产生弹性变形；

所述检测装置还具有倾角传感器用于检测支撑部件与水平面的倾角，所述倾角传感器安装在支撑部件上。

所述智能头枕含有调整装置，所述调整装置位于检测装置下方，包括调节托板及位于调节托板和检测装置之间的高度调节装置，调节托板为与检测装置支撑部件大小相当的板状部件，调节托板与放置智能头枕的床表面邻接，即在床上应用智能头枕时，调节托板是头枕内最最接近床面的最下层，调节托板上方是高度调节装置，再上方是检测装置，再上方是枕垫，高度调节装置为气囊或机械式升降装置。

所述智能头枕含有控制装置，传感部件及倾角传感器电连接至控制装置，控制装置检测传感部件信号、处理所检测到的传感部件信号、并根据处理结果控制调整装置的动作，控制装置能根据检测到的传感部件的力值判断智能头枕使用者头部在头枕上的位置、睡姿、呼吸频率以及是否发生了呼吸暂停，并能控制调节智能头枕的高度及倾斜角变化，控制装置还具有无线通讯接口。

枕垫位于检测装置的上面，枕垫与检测装置的支撑部件形成枕区包裹区，调整装置与检测装置的支撑部件形成调节包裹区。

应用所述智能头枕时，在铅锤方向上自上而下依次为枕垫、检测装置，枕垫与检测装置的托持部件相邻接，检测装置的支撑部件的宽度方向与使用头枕的人身高方向相同。头部载荷通过枕垫施加在托持部件上表面，方向向下指向支撑部件，托持部件将头部的压力直接或者通过传力弹性部件传递给传感部件。一般情况下，同一个人在仰卧、侧卧及俯卧时头部对头枕的压力是不同的，侧卧时最小，仰卧居中，俯卧时最大，一般情况下侧卧与仰卧时的压力值差异可达数百克重，同时，由于人呼吸会引起头部的轻微运动，从而引起头部对托持部件的压力发生很小的变化，这种变化一般较小，当呼吸较轻时，这种变化仅仅有数十克，检测装置需要检测出呼吸引起的力的变化，就要求传感部件的精度较高，其量程就不适合选择过大，由于检测装置具有防过载部件以及传力弹性部件，传感部件的量程可以选的较小也不会过载。所述智能头枕不仅具有头枕功能，将其传感部件接入数据采集***还可以利用其采集头部对头枕的压力，进而用于分析睡眠质量，例如翻身次数、呼吸情况等。

所述智能头枕具有调整装置时，调整装置位于检测装置的下方，可以通过调整装置调整智能头枕的高度以及倾斜度，以适应不同睡姿以及用于处理呼吸暂停。

所述智能头枕具有控制装置时，所述控制装置不仅能够借助所测头部作用于头枕的力值判断睡姿，还能借助所测力值判断是否发生呼吸暂停现象。控制装置检测到人的睡姿变化时，通过控制调整装置调整智能头枕的高度，使头部对头枕的压力维持在感觉舒适的范围，并在调整智能头枕高度时根据倾角传感器的信号控制调整装置，使智能头枕在高度变化时保持水平。控制装置检测到呼吸暂停发生时，通过控制调整装置使智能头枕向不同的方形倾斜，从而使头部运动，终止呼吸暂停现象，控制装置控制智能头枕倾斜运动时利用倾角传感器的信号进行精确控制。由于本发明支撑部件为刚性部件，相当于一个刚性的水平平台托持头部，便于用较少的高度调整点调整头枕高度以及头枕倾斜角度，调整装置最多需要4个高度调节点便可以实现高度及倾角的任意调节。相对于其它智能枕分段调整高度而言，本发明由于支撑部件为一个整体，没有分段，尤其便于高度及倾斜度调整，利于减少高度调节部件的数量及***复杂度。

附图说明

图1为本发明一种智能头枕实施例1的侧视结构示意图。

图2为本发明一种智能头枕实施例1的检测装置主视结构示意图。

图3为本发明一种智能头枕实施例1的检测装置俯视结构示意图。

图4为本发明一种智能头枕实施例2的检测装置俯视结构示意图。

图5为本发明一种智能头枕实施例3的侧视结构示意图。

图6为本发明一种智能头枕实施例3的检测装置俯视结构示意图。

图7为本发明一种智能头枕实施例3的检测装置主视结构示意图。

图8为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的垫板示意图。

图9为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的部分装配示意图。

图10为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的部分装配俯视示意图。

图11为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的部分装配主视示意图。

图12为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的部分装配侧视示意图。

图13为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的盒状支撑部件示意图。

图14为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的部分装配示意图2。

图15为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的部分装配示意图3。

图16为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的第二种传力弹性部件示意图。

图17为本发明一种智能头枕实施例4的检测装置的又一种传力弹性部件示意图。

图18为本发明一种智能头枕实施例5的检测装置的部分装配俯视示意图。

图19为本发明一种智能头枕实施例5的检测装置的部分装配侧视示意图。

图20为本发明一种智能头枕实施例5的检测装置的人字臂调高装置原理示意图1。

图21为本发明一种智能头枕实施例5的检测装置的人字臂调高装置原理示意图2。

图22为本发明一种智能头枕实施例5的检测装置的人字臂调高装置原理示意图3。

图中：1.检测装置 10.支撑板 11.防过载支柱 111.防过载金属条 12.盒状支撑部件 13.垫板 130.传感板 20.柱状力传感器 201.圆柱状力传感器 21.倾角传感器 22.电阻应变片式称重传感器 220.应变梁 2201.应变片 221.单位传力部件安装板 222.传力弹簧 2220.弹簧定位柱 223.双位传力部件安装板 224.传力弹性板 225.弹簧钢 30.托持板 31.折边托持板 311.托持板定位孔 40.头枕包裹层 41.枕区包裹层 42.调节区包裹层43.粘扣带 51.气囊调节部件 52.调节托板 6.人字臂调高装置 60.主动臂 61.从动臂62.从动臂固定座 63.主动臂固定座 64.滑块 65.导轨 66.丝杆 67.空心电机 68.传动螺母 91.泵阀箱

具体实施方式

下面结合图例给出本发明一种智能头枕的具体实施例，这些实施例仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明权利要求的限制，本发明未述及之处适用于现有技术。

本发明一种智能头枕的实施例1(如图1～3所示)：

一种智能头枕，其结构示意图如图1所示，其含有检测装置1及作为枕垫的头枕包裹层40，检测装置1被头枕包裹层40包裹在其内，由于头枕包裹层40包裹着检测装置1，图1中的检测装置是不可见的，为了表示其位置，在图1中用实线表示了，检测装置1在俯视方向上占据了头枕包裹层40的绝大部分区域，即检测装置1及头枕包裹层40在与图1中画面相垂直方向上长度接近，当头部压在头枕包裹层40上时，能通过头枕包裹层40间接地压在检测装置1上，相当于检测装置上放置一个大小相当的普通头枕；

所述头枕包裹层为由记忆棉、乳胶、织物等头枕常用柔软材料制成，与一般的头枕的材料相同，制备成分层结构或内部具有空腔的结构，层间或空腔内放置检测装置1，检测装置与头部接近的一侧的头枕包裹层厚，与床接近的另一侧的头枕包裹层40薄；或者采用普通头枕作为枕垫，用一个弹性织物将普通头枕与检测装置包裹在一起；亦或者普通头枕下面缝合一个弹性袋子，将检测装置1放入所述弹性袋子中。

如图2～3所示，所述检测装置1其具有支撑板10、柱状力传感器20以及托持板30，支撑板10作为支撑部件，柱状力传感器20作为传感部件，托持板30作为托持部件，所述支撑板10为矩形玻纤复合板制成，具有一定的刚度；所述柱状力传感器20为高分子材料制造而成的压阻式力传感器，18个柱状力传感器20每2个一组分为9组安装在支撑板10上，18个柱状力传感器20呈2行9列阵列布置；所述9块托持板30为玻纤树脂复合板，分别放置在9组柱状力传感器20上，由9组柱状力传感器20承载，相邻两块托持板30的边沿之间保留间隙，9块托持板30琴键状阵列布置。由于支撑板10是一整块部件，因此将柱状力传感器20安装或放置在支撑板10上更容易接线，但是并不排除将柱状力传感器20安装在托持板30上，例如当力传感器采用FRID等无源力传感器时，将其安装在托持板上并不会造成接线不方便的问题；也可以将柱状力传感器20与支撑板10及托持板30粘结起来。

尽管高分子材料制成的柱状力传感器20应变能力较大，为防止其过度地压缩变形，在每组柱状力传感器20之间设置一组(2个)防过载支柱11作为防过载部件，18个防过载支柱11也呈2行9列阵列布置，所述防过载支柱11固定安装在支撑板10上(当然不排除将防过载支柱11安装在托持板30上)，位于支撑板10与托持板30之间。当然不排除防过载部件采用活塞结构，例如，将安装在支撑板10上的圆柱状防过载支柱11***安装在托持板30上的圆管内，防过载支柱在圆管内能像活塞一样运动，除能防过载之外，还能起到导向作用，能有效地防止托持板30在水平方向(垂直于防过载支柱轴线的方向)移动，并能保证托持板30与支撑板10平行。

尽管本图2、3中9块托持板30的覆盖范围比支撑板10小，但是不排除托持板30的覆盖范围略大于支撑板10，被弹性织物包缠起来后不影响其检测功能。

为了表达各个部件之间在俯视图上的位置关系，俯视图中所有部件均用实线表示，被遮挡的部件没有用虚线表示或者隐藏，例如，一般情况下，由于托持板30挡住了柱状力传感器20以及防过载支柱11，柱状力传感器20以及防过载支柱11在俯视图中应采用虚线，或者在俯视图2中不画出柱状力传感器20以及防过载支柱11。

应用所述智能头枕时，在铅锤方向上，检测装置的托持板30在上、支撑板10在下，托持板30和支撑板10与床均处于水平方向。头部压在头枕上的力通过头枕包裹层40作用在托持板30上，每块托持板30将头部施加的力附加在一组(两个)柱状力传感器20上，如果将柱状力传感器20的信号连接至数据采集装置，即可根据检测到头部对托持板30的作用力，判断头部在智能头枕上的位置以及头部作用在头枕上的力值，并根据力的大小判断卧姿，一般情况下，在仰卧状态时头部作用于智能头枕的压力大于在侧卧状态时头部作用于智能头枕上的压力。同时，呼吸时会使头部作用于智能头枕的压力产生较小幅度的变动，变动频率与呼吸频率相同，数据采集装置可以分析所检测的头部对智能头枕的压力判断睡姿以及是否发生呼吸暂停，还可以将所记录的数据上传至手机APP中供用户查看，甚至上传至云平台用于产品应用过程中的产品大数据分析或睡眠健康检测分析，可以分析出睡眠过程中翻身的次数以及呼吸暂停的次数等反应睡眠质量的数据。

一般情况下，在托持板30高度固定的情况下，同一个人在仰卧、侧卧及俯卧时头部对托持板的压力是不同的，侧卧时最小，仰卧居中，俯卧最大，侧卧与仰卧时的压力值差异可达数百克，同时，由于人呼吸会引起头部的轻微运动，从而引起头部对托持板30的压力发生很小的变化，这种变化一般较小，当呼吸较轻时，这种变化仅有数十克重，所述检测装置的传感部件需要检测出这种差异，就要求传感部件的精度较高，其量程就不适合选择过大。当作用于托持板30上的力过大，压缩柱状力传感器20导致其将产生过大变形时，防过载支柱11支撑住托持板30，防止其进一步接近支撑板10，也就防止了柱状力传感器20受过度压缩导致超量程损坏。由于本发明所述检测装置具有防过载部件，能确保传感部件既能检测到高精度的力值变化，又能有效地防止过载损坏传感部件。

所述支撑板10是刚性板是指在受到头部所施加的作用力时，指支撑板10的刚度足以使其变形量不影响传感部件的检测性能，并且总变形量不足以使人的头部感受到，甚至当托持板30上方受到脚踩或身体等较大的力压上时，托持板30及支撑板10也不至于产生塑性变形。

采用多块(本实施例为9块)托持板30将整个头枕力检测区分为多段(本实施例为9段)利于排除干扰因素，例如，假设采用与支撑板10长度相同的一整块托持板检测头部压力，如果睡眠时人的手部也放在了头枕上，那么手部作用在托持板上的力也会被计入头部施加的力中，造成头枕高度调节出错，由于采用了多段托持板30，当头部与手部位于不同的托持板30上时，可以判断出手部所施加的力并将其排除，当手部与头部叠加在一起时，一般都是头部枕着手部，也可以通过作用力涵盖的托持板数量及压力范围判断出来，予以修正，并且，在这种情况下测出的力会比舒适力值偏大，头枕高度需要降低，由于头部下面垫着手臂，降低头枕高度不会引起使用者不适。

本发明一种智能头枕的实施例2(如图4所示)：

与实施例1不同的是：本实施例中检测装置的托持部件为折边托持板31，所述折边托持板31为没有盖的长方体盒状钣金件，开口向下扣在柱状力传感器20上，托持板31立边内侧与柱状力传感器20外侧接近，柱状力传感器20还能限制托持板31在水平方向的运动。为了提高折边托持板31的稳定性，每块折边托持板31下方支撑板10上设置了四个柱状力传感器20，为了提高防过载时支撑的稳定性，每块托持板30下方设置四个防过载支柱11，并且不排除采用更多或更少数量的托持板30，柱状力传感器20和防过载支柱11的数量也相应的变化。

本发明一种智能头枕的实施例3(如图5～7所示)：

本实施例中的智能头枕含有检测装置、头枕包裹层、气囊式调节装置及控制装置。

本实施例中检测装置采用盒状支撑部件12作为支撑部件，盒状支撑部件12是长方体状没有盖子的钣金盒子(有5个面，相当于支撑板10四周竖起立边挡板)，圆柱状力传感器201在托持板30的边缘部位支撑托持板30，且相邻两块托持板30共用一组圆柱状力传感器201用于支撑及力值测量，每块托持板30均在四角被支撑，与实施例2中具有相同的稳定性，但比实施例2减少了柱状力传感器201的数量。如图6所示，圆柱状力传感器201、托持板30都位于盒状支撑部件12俯视范围的内部；如图7所示，在高度方向(图7中的上下方向)上，盒状支撑部件12的四个竖直折边略低于托持板30的顶部，这样，头部载荷作用在托持板30上时，盒状支撑部件12的边沿不会妨碍头部载荷加载到托持板30上，同时又能起到限制托持板30在水平方向上运动的作用，即限制托持板30在图6俯视方向上不会超出盒状支撑部件12竖起立边的包围范围。

本实施例中的防过载部件为固定安装在盒状支撑部件12内的两条长条状的防过载金属条111，当托持板30受到朝向支撑部件12底部方向过大的压力时，防过载金属条111用于支撑托持板30防止其作用于圆柱状力传感器201上的力值超过圆柱状力传感器201的量程导致其损坏。当然也可以将防过载金属条替换为放置在盒状支撑部件12内的一个框状部件，或者可以在盒状支撑部件12的开口一圈边沿再设置钣金折边，用折边限制托持板30的位移，达到防过载部件的功能。除此外，还可以在托持部件边沿增加能与盒状支撑部件12的折边相接触的折边作为防过载部件，两个折边接触阻止托持部件与支撑部件进一步接触，其实相接触的两个折边中的任何一个折边都可以认为是防过载部件。

所述头枕包裹层含有枕区包裹层41及调节区包裹层42，枕区包裹层41作为枕垫；

所述气囊式调节装置作为调整装置，含有气囊调节部件51及调节托板52，4个气囊调节部件51安装于调节托板52与盒状支撑部件12之间，分别位于调节托板52与盒状支撑部件12的四个角部位置，调节托板52位于检测装置靠近床的一侧，调节托板52是与盒状支撑部件12面积相同或接近的板状部件，且调节托板52与盒状支撑部件12对齐布置，通过调节气囊调节部件51的充气量调节智能头枕的倾斜状态及高度。气囊调节部件51优选为多层气囊，多层气囊与单层气囊相比，为了达到同样的举升高度，多层气囊的面积可以更小，则产生同样的高度变化时所需的气量就小，便于更快速地调整智能头枕的高度及倾斜状态。

在盒状支撑部件12的侧壁上固定一圈粘扣带43，枕区包裹层41为四周带有一圈粘扣边的一般头枕，枕区包裹层41通过其一圈粘扣固定在粘扣带43上，枕区包裹层41与检测装置的支撑部件形成一个包裹区，将检测装置的支撑部件及传感部件包裹于其中，头部作用力通过枕区包裹层41作用于检测装置的托持板30上；

调节区包裹层42为边沿带有粘扣的弹性织物，调节区包裹层42通过边沿的粘扣固定在粘扣带43上，调节区包裹层42与盒状支撑部件12形成一个包裹区，将气囊调节部件51及调节托板52包裹于其中，调节气囊调节部件51内的气量可以改变调节托板52与盒状支撑部件12之间的间距及状态，从而调整智能头枕的高度及倾角，气囊调节部件51充气时使调节托板52与盒状支撑部件12之间的间距增大，气囊调节部件51放气时使调节托板52与盒状支撑部件12之间的间距减小；调节托板52与盒状支撑部件12之间的间距改变时，调节区包裹层42发生弹性拉伸与收缩变化，也可以采用筒状的弹性织物只连接调节托板52与盒状支撑部件12的外沿，甚至是非弹性筒状织物连接调节托板52与盒状支撑部件12的外沿，这种情况下非弹性筒状织物的长度大于调节托板52与盒状支撑部件12之间的最大间距。

将包裹在检测装置外的包裹层分为调节区包裹层42及枕区包裹层41的目的在于：当通过气囊调节部件51调节头枕高度或倾角时，枕区包裹层41材料不会由于调节托板52与盒状支撑部件12之间的间距改变而受拉伸或压缩，避免对检测装置的力值检测造成影响。假设用一个弹性织物将整个智能头枕的***包裹起来，那么当调节托板52与盒状支撑部件12之间的间距改变时，包裹的弹性织物会相应地发生变形，从而影响检测装置的检测力值。调节区包裹层42及枕区包裹层41的包裹及固定方式不限于所述方式，只要调节智能头枕高度时支撑部件与调节托板之间间距变化不影响枕区包裹层就行。枕区包裹层41对于头枕是必要的，但是调节区包裹层则不是必要的，甚至可以不设置调节区包裹层42，并不影响智能头枕的正常功能。

为了能任意调整智能头枕的高度及倾斜状态，4个气囊调节部件51各用1个供气阀和1个排气阀控制给、排气，共用一个气泵或者各用一个气泵，需要给某个气囊调节部件51供气时，控制装置发出信号控制与其连接的供气阀打开、排气阀关闭，反之，当需要给一个气囊调节部件51排气时与其连接的供气阀关闭、排气阀打开。虽然不排除两个或多个气囊调节部件共用供气阀及排气阀，但是确实无法保证任意调节头枕的倾斜方向。为了便于噪音控制，在头枕包裹层所包裹的范围外部设置泵阀箱91，供气阀、排气阀、气泵均设置在泵阀箱内，并通过气管与气囊调节部件51相连。本实施例中气泵、供气阀、排气阀属于控制装置的范畴。

控制装置用于检测并分析圆柱状力传感器201的信号，进而通过控制气泵、供气阀及排气阀控制智能头枕的高度及倾斜状态，控制装置一般含有MCU控制板、信号变送板、人机交互接口等，例如MCU控制板采用单片机开发，信号变送板将圆柱状力传感器201的信号变为标准电信号供MCU控制板采集，人机交互接口可以采用按钮、开关、触摸屏，也可以采用蓝牙等无线通讯与手机等通讯，利用手机运行的程序作为人机交互接口，控制装置实现智能头枕控制***的方案非常多，配置方式也灵活多变，控制装置的部件可以设置在泵阀箱内，也可以设置在头枕包裹层包裹起来的空间中，例如设置在盒状支撑部件12内，甚至可以设置在连接泵阀箱91及头枕包裹层所包围起来部分的连接段上。

给气囊供气除了采用气泵及开关阀，还可以采用两个连通的气囊，一个作为气囊调节部件51，另一个作为储气用气囊，用电机、丝杆、螺母等机构驱动压缩储气用气囊从而可以给气囊调节部件51供气，释放储气用气囊给气囊调节部件51排气，这样不用气泵，便于控制噪音，但是所需空间较大。

当然不排除采用比4个气囊调节部件51数量更少的气囊调节部件，例如，只在图6所示盒状支撑部件12的左右两端设置两个长条状气囊调节部件，或者在两端设置两个长条状气囊调节部件的同时再在图6中的下方设置一根水平方向的长条状气囊调节部件，使水平方长条状气囊调节部件位于脖子下方。尽管可以设置2个或3个气囊调节部件51用于调整智能头枕的高度及倾斜状态，但是，当头部在智能头枕上的位置偏斜时，很难保证在调节智能头枕高度时保持盒状支撑部件12处于水平状态，调节倾斜状态时也很难调节到理想状态，因为气囊为连通器，载荷加载在不同位置时，气囊不同部位高度方形的尺寸会不同。由于盒状支撑部件12是一整块的刚性部件，所以最多需要四组气囊调节部件即可实现智能头枕高度及倾斜状态的任意调节。

由于每个人在不同卧姿感觉舒适时头部作用于头枕上的力皆对应一个舒适力值，侧卧和仰卧时所对应的舒适力值基本相同，该舒适力值大小与头部重量有关，基本等于颈椎处于自然状态并且颈部肌肉处于放松状态下头部重量，该值在开始使用智能头枕之前由使用者通过数据采集控制***自行示教选择确定。检测到人的睡姿不同时，可以根据侧卧及仰卧时头部对托持板30的压力去调节头枕的高度，当使用智能头枕的过程中通过测量装置测量所得力值大于舒适力值时说明头枕高度过高，应该降低头枕高度，反之则应该升高头枕高度，使头部作用于头枕上的力保持在舒适力值附近，这样颈部肌肉基本处于放松状态，不会被过度拉伸，并且在调整智能头枕高度的过程中盒状支撑部件12处于水平状态下升降是最舒适的。当需要升高智能头枕的高度时，控制装置通过圆柱状力传感器201检测到头部作用于智能头枕上的力小于舒适力值时，控制给气囊调节部件51充气，同时根据倾角传感器21的输出分别控制四个气囊调节部件51的充气，使智能头枕在高度调整的过程中保持盒状支撑部件12保持水平状态，以自动调整头枕高度自动适应不同的睡姿。

正常睡眠时，呼吸会使头部作用于智能头枕上的压力随呼吸而变化，当有呼吸暂停现象发生时，由呼吸产生的力值变化会消失，根据这种现象判断发生呼吸暂停时，自动反复调整智能头枕的倾斜度可以推动头部轻微转动，使枕在智能头枕上的人停止呼吸暂停现象，调整智能头枕的倾斜度时可以将四个气囊调节部件51分为两组，依次给两组气囊调节部件51充放气，可以使盒状支撑部件12连同其上的枕区包裹层41做左右或前后摆动，从而推动头部做绕颈部的摇动或者做点头、仰头运动，从而使呼吸变为正常。

所述检测装置还具有倾角传感器21用于检测支撑部件的倾角，所述倾角传感器21安装在盒状支撑部件12的内侧水平面上，倾角传感器21连接至控制装置，利于控制装置通过控制气囊或机械机构调整头枕高度时使盒状支撑部件12以及托持板30保持水平状态或接近水平状态，不会由于头部对头枕的压力在身高方向上分布不居中形成头部前倾或后仰角度偏斜造成不适，或者由于头部对头枕的压力在与身高垂直的水平方向上分布不居中造成两侧气囊压力不同从而造成智能头枕倾斜。

本发明一种智能头枕的实施例4(如图8～17所示)：

本实施例中的智能头枕于实施例3中的智能头枕的差异在于其检测装置的不同：

本实施例采用悬臂梁式电阻应变片式称重传感器22作为传感部件，将8对电阻应变片式称重传感器22呈阵列固定安装在盒状支撑部件12的盒底，电阻应变片式称重传感器22与盒状支撑部件12之间放置垫板13，防过载支柱11安装在垫板13上(当然也可以直接安装在盒状支撑部件12上)，每对电阻应变片式称重传感器22的固定端相邻、加载端远离相对布置，每个电阻应变片式称重传感器22的加载端安装一个单位传力部件安装板221或双位传力部件安装板223，位于最外侧的两对电阻应变片式称重传感器22的加载端安装一个单位传力部件安装板221，其余电阻应变片式称重传感器22的加载端安装双位传力部件安装板223。14对(28根)作为传力弹性部件的传力弹簧222布置在单位传力部件安装板221或双位传力部件安装板223上，每个单位传力部件安装板221上布置一个传力弹簧222，每个双位传力部件安装板223上布置2个传力弹簧222，单位传力部件安装板221或双位传力部件安装板223上在布置传力弹簧222的位置处对应于传力弹簧222轴心安装有弹簧定位柱2220用于限定传力弹簧222的位置。7块折边托持板31折边朝向盒状支撑部件12内部扣在传力弹簧222的顶端，每块折边托持板31扣住4根传力弹簧222，传力弹簧222部件位于电阻应变片式称重传感器22与折边托持板31之间，折边托持板31通过传力弹簧222间接地压在电阻应变片式称重传感器22上。由于电阻应变片式称重传感器22与盒状支撑部件12之间放置有垫板13，为电阻应变片式称重传感器22向下变形提供了空间，也为电阻应变片式称重传感器22末端安装单位传力部件安装板221或双位传力部件安装板223提供了空间，使电阻应变片式称重传感器22加载端受压时其下端以及安装的部件不至于接触到盒状支撑部件12，以免影响力值测量。每块折边托持板31上具有4个托持板定位孔311，每个托持板定位孔311安装一根柱状定位部件，每根柱状定位部件均伸入相对应位置处的传力弹簧222内圈中，这样利于折边托持板31在水平面内的定位，每个柱状定位部件与其铅垂方向相对的弹簧定位柱2220轴向重合，且柱状定位部件的下表面与弹簧定位柱2220的上表面相距一段距离，确保当托持板31向下移动直至压到防过载支柱11上时，柱状定位部件的下表面与弹簧定位柱2220的上表面之间始终保留有间隙。

当头部的作用力作用在折边托持板31上时，作用力通过折边托持板31压缩传力弹簧222，传力弹簧222再把作用力传递至电阻应变片式称重传感器22上。折边托持板31被头部作用力下压时，传力弹簧222被压缩，折边托持板31向接近盒状支撑部件12的方向运动，最多直至折边托持板31被防过载支柱11顶住，折边托持板31被防过载支柱11顶住后，即使再给折边托持板31增加压力，折边托持板31也不会继续向盒状支撑部件12底部方向移动。传力弹簧222从其初始自然状态长度开始，到折边托持板31被防过载支柱11顶住时，传力弹簧222的变形量是确定的，在传力弹簧222规格一定的情况下其被压缩所产生的力是确定的，可以通过传力弹簧222选型以及折边托持板31与防过载支柱11之间的间距确保电阻应变片式称重传感器22不会超量程。如果没有传力弹簧222，而是将折边托持板31与电阻应变片式称重传感器22之间直接接触连接，由于电阻应变片式称重传感器22在其工作范围内的变形量很小，很难通过防过载支柱11防止过载，可能会导致加不上载荷或者是超量程。

不排除采用其它形式的弹性元件代替传力弹簧222作为传力弹性部件，例如，如图16所示，将矩形的传力弹性板224的一端直接固定在电阻应变片式称重传感器22的加载端的顶部，向上支撑折边托持板31；如图17所示，将折成近似“U”形的矩形截面弹簧钢225作为传力弹性部件安装在折边托持板31与电阻应变片式称重传感器22之间，同样可以达到预期的效果。总之，传力弹性部件的作用是使托持部件在受到头部压力时产生一定的变形量，利于调整防过载支柱11与折边托持板31之间的间距，设计防过载支柱11与折边托持板31之间的间距时，应该确保传力弹簧变形量达到防过载支柱11与折边托持板31之间的间距时，传力弹簧被压缩产生的力小于电阻应变片式称重传感器22的量程，同时需要保证即使防过载支柱11与折边托持板31之间的间距调整的不是很准确，比设计值大一点时，也不至于超过电阻应变片式称重传感器22的量程，例如防过载支柱11与折边托持板31之间的间距比设计值大了1mm，导致传力弹性部件多变形1mm，也不至于超过电阻应变片式称重传感器22的量程。传力弹性部件可以是任何起到相同功能作用的弹性部件，不仅包括金属弹性部件，还可以是不同形状的非金属弹性部件，如回弹较好的圆柱状高分子弹性材料等。甚至例如在托持板31的边沿直接通过钣金折弯加工出类似图17中的矩形截面弹簧钢225形状作为传力弹性部件。

本发明一种智能头枕的实施例5(如图18～22所示)：

本实施例与实施例4的区别在于：

本实施例的检测装置没有采用实施例4中的单个的悬臂梁式应变传感器，而是在一块弹簧钢板材质的传感板130上切割出多个应变梁220，且应变梁220弯折后比传感板的本体高一点(如图19所示)，在应变梁220的上下两面各贴有应变片2201，这样，应变梁220和应变片2201共同组成了应变式传感器，在应变梁需要加载的末端设置有传力弹簧222，传感板130固定安装在盒状支撑部件12的内部底面。由于传感板130固定安装在盒状支撑部件12内部底面后应变梁220比盒状支撑部件12底部内表面高，因此，不会阻碍应变梁220受压时向靠拢盒状支撑部件12底部方向变形。应变梁220变形部分为梯形，为等应变梁，利于降低应变片的粘贴要求。当然也可以将应变梁切割为其它形状，例如外侧尖的三角形(相当于图18中上、下呈尖状，靠中部位置宽的三角形状)等。并且不排除直接在盒状支撑部件12的底部切割并弯制出与应变梁220作用相同、结构相同的应变梁，并由此构建压力传感器。

本实施例采用人字臂调高装置6调节智能头枕的高度及倾斜度，如图20所示，人字臂调高装置6安装于盒状支撑部件12两端，长度方向与人身高方向同向，处于应变梁220之间；图20中所示的人字臂调整装置6仅仅表示其在俯视图上的位置，其实其位于盒状支撑部件12的下面，在俯视图上是看不到的。如图21所示，人字臂调高装置6含有主动臂60、从动臂61、从动臂固定座62、主动臂固定座63、滑块64、导轨65、丝杆66及空心螺杆电机67，从动臂固定座62、空心螺杆电机67和导轨65安装在调节托板52上，丝杆66穿过空心电机67的转子中，并轴向固定在空心电机67的转子上，丝杆66在空心电机67的带动下只有转动、没有轴向运动，丝杆两端分别穿过两个固定安装在滑块64上的传动螺母68中，主动臂60一端铰接在滑块64上，另一端铰接在盒状支撑部件12上，从动臂61一端铰接于主动臂60的中点，另一端铰接在从动臂固定座62上，空心电机67带动丝杆66转动，丝杆66通过传动螺母68拖动滑块64沿导轨65移动，带动主动臂60和从动臂61摆动，调节盒状支撑部件12与调节托板52之间的间距。当然不排除采用普通电机通过联轴器、皮带等传动带动丝杆66转动。

为了降低调节托板52至盒状支撑部件12之间的最小间距，盒状支撑部件12在图20所示人字臂调高装置6所在的位置处由底部向盒子开口方向凸起一块矩形区域，用于在其中安装人字臂调高装置6，示意图如图22所示，将人字臂调高装置6总长度做的比盒状支撑部件12的宽度稍微短一些，可以利用盒状支撑部件12的一部分高度，将人字臂调高装置6的顶部伸入盒状支撑部件12中一部分。人字臂调高装置6采用电机旋转加丝杠、螺母的方式实现直线运动，不排除采用拉绳传动等方式实现直线运动。

机械式高度调整机构有很多种，除本实施例的人字臂方案之外，不排除采用剪叉式、升缩式、套筒式、升缩臂式、折臂式等升降机构，均可用于调整盒状支撑部件12与调节托板52之间的间距。甚至将智能头枕的高度调节机构安装在床上或镶嵌到床垫中，或者在头枕对应床头上设置悬臂升降机构用于调整智能头枕的高度及倾角。

本发明不限于上文讨论的实施例，本领域技术人员可根据本发明推理出其它变体形式，这些变体形式也属于本发明的主题。

Claims

1.一种智能头枕，其特征在于其含有枕垫及检测装置，枕垫用来安放睡眠者的头部，当头部压在枕垫上时，能将压力通过枕垫传递到检测装置上，所述检测装置具有支撑部件、传感部件以及托持部件。

2.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于所述支撑部件为矩形板状或折边矩形板状部件，所述传感部件为阵列布置于支撑部件及托持部件之间的力传感器，所述托持部件为琴键状阵列布置的矩形板状或折边矩形板状部件，托持部件直接或间接地连接或放置在传感部件上，托持部件的长度方向与支撑部件的长度方向相垂直。

3.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于所述检测装置具有防过载部件，所述防过载部件是托持部件向支撑部件移动过程中接触到、并阻挡托持部件进一步接近支撑部件的部件。

4.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于所述检测装置具有传力弹性部件，所述传力弹性部件是位于传感部件与托持部件之间的弹性部件，托持部件所受的压力通过传力弹性部件传递给传感部件。

5.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于所述检测装置还具有安装在支撑部件上的倾角传感器用于检测支撑部件偏离水平面的倾角。

6.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于所述智能头枕含有位于检测装置下方的调整装置，所述调整装置含有调节托板及位于调节托板和检测装置之间的高度调节装置。

7.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于所述调节托板为与检测装置支撑部件大小相当的板状部件，调节托板位于检测装置支撑部件的下方，高度调节装置为气囊或机械式升降装置。

8.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于枕垫位于检测装置上，枕垫与检测装置的支撑部件形成枕区包裹区。

9.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于调整装置的调节托板与检测装置的支撑部件形成调节包裹区。

10.根据权利要求1所述的智能头枕，其特征在于所述智能头枕含有控制装置，传感部件及倾角传感器电连接至控制装置，控制装置检测传感部件信号、处理所检测到的传感部件信号、并根据处理结果控制调整装置的动作，控制装置能根据检测到的传感部件的力值判断智能头枕使用者头部在头枕上的位置、睡姿、呼吸频率以及是否发生了呼吸暂停，并能控制调节智能头枕的高度及倾斜角变化，控制装置还具有无线通讯接口。