CN212363295U - 一种采集床垫上人体卧姿受力数据的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种采集床垫上人体卧姿受力数据的设备，包括一测试底座，其上设置一称重台和一测高板；一人体轮廓测板在测试底座上滑动，其上的测距柱采集高度数据传输给单片机的存储器存储；一控制台，弹性板单片微计算机电路设置在其中；一模拟弹性床的底座之上固定众多弹性柱，其底部设置压力传感电路，压力数据用于调节弹性柱的弹性。本实用新型通过设置包含身高、体重、身体背部轮廓等数据采集的测量台，对体验床相应的弹簧组件的预压缩参数的实时同步调整设定，实现了个性化床垫定制参数的快速采集与体验设定，高效地完成了个性化定制床垫真实数据的采集及体验验证，提高了个性化订制床垫的生产效率，降低了成本、提高了使用者的满意度。

Description

一种采集床垫上人体卧姿受力数据的设备

技术领域

本实用新型涉及家具行业，特别是一种床垫生产过程中，获取床垫弹性数据的方法以及获取这些数据的测试设备。

背景技术

现有技术中，床是人们生活的必需品，由于人的个体差异，在个性化定制床垫时需要测量人体的身高、体重、各处的围度等具体参数，根据人体的具体参数来初步制作个性化床垫，然后通过实际使用体验对定制的参数进行调整。按照现有技术的测量方法、制作方法，测量身体参数、制作样品不仅时间长、成本高，并且需要依靠具备专业技能的人员来完成，效率很低，局限性很大，因此，有必要设计一种可以快速自动测量人体参数、快速完成定制床垫的装置。

实用新型内容

本实用新型就是为了解决现有技术“测量身体参数、制作样品不仅时间长、成本高，并且需要依靠具备专业技能的人员来完成，效率很低，局限性很大。”的问题，而提出一种采集床垫上人体卧姿受力数据的设备。

本实用新型是一套完整的***，从开始对使用者的人体形态进行测量，收集参数数据，到根据人体形态参数进行床垫弹性设定，再到在模拟床上实施弹簧的软硬程度，由使用者体验舒适程度，并根据使用者的喜好进行弹性程度改进，取得满意的效果之后，将最终数据存储于SD卡中，用于定制床垫。

本实用新型是这样实现的， 设计制造一种采集床垫上人体卧姿受力数据的设备，所述设备包括：

一测试底座，其上设置一称重台，在称重台旁边设置测高杆，一测高板在测高杆上滑动，检测人体身高；

一人体轮廓测板在测试底座上滑动，人体轮廓测板上布满测距柱，推动人体轮廓测板向人体压迫时，测距柱的长度被压缩，众多的测距柱在人体轮廓测板上分为A区和B区布置；

每个测距柱中设置一测距电路单元；

一A区测距单片微计算机电路中A区单片机U1逐个选通A区的测距电路单元，由A区单片机U1第36脚发送测距脉冲，从第37脚接收返回脉冲，计算A区各测距柱的高度；

一B区测距单片微计算机电路中B区单片机U2逐个选通B区的测距电路单元，由B区单片机U2第36脚发送测距脉冲，从第37脚接收返回脉冲，计算B区各测距柱的高度；

A区单片机U1的串口1与B区单片机U2的串口1连接，将A区所有测距柱的高度数据传输给B区单片机U2的存储器U11存储；

一弹性板单片微计算机电路，其中的弹性板单片机U3的串口1与B区单片机U2的串口2连接，接收所有测距柱的高度数据，数据存储在数据存储器U12之中；

一控制台，弹性板单片微计算机电路设置在其中；

一模拟弹性床，包括床底座，底座之上固定众多弹性柱，在弹性柱的最底部设置压力传感器IC6,一个压力传感电路输出压力模拟电压V0到弹性柱压力检测马达驱动电路，电路中的检测驱动单片机U4的一个P1口的引脚连接压力模拟电压V0；在弹性柱之中，一个马达坐落在压力传感器IC6之上，压力传感器IC6感知经马达本体传递过来的压力；

马达受检测驱动单片机U4的驱动进行正转和反转；

马达驱动一向上的螺杆，螺杆转动，驱动挡板在下柱筒中上下移动，挡板承载一弹簧，弹簧顶在上柱筒的顶面，顶面之上是柱头。

所述上柱筒套在下柱筒上上下滑动，二者之间有限位沟槽使之不能左右转动和不能脱落。

所述弹性柱压力检测马达驱动电路中设置RS485通信接口MAX487芯片，该芯片连接检测驱动单片机U4的串口和弹性板单片机U3的串口2，检测驱动单片机U4的一组接口连接拨码开关构成的站号设置电路，当弹性板单片机U3发来该站号的驱动数据时，检测驱动单片机U4根据驱动数据驱动马达工作。

所述弹性板单片机U3所连接的弹性显示单元显示各个弹性柱的弹性设定状态和使用者体验弹性数据，弹性板单片机U3所连接的弹性命令键盘电路和弹性数据键盘电路输入改进数据，弹性板单片机U3所连接的SD卡记录存储最终数据。

所述人体轮廓测板的A区设置63只测距柱，B区设置63只测距柱；人体轮廓测板在滑道上滑动；

A区单片机U1逐个选通A区的测距电路单元和B区单片机U2逐个选通B区的测距电路单元，是由模拟开关CD4066构建选通电路，然后由A区单片机U1逐个选通测001～测063控制点；由B区单片机U2逐个选通测064～测126控制点。

本实用新型的优越性在于，通过设置包含身高、体重、身体背部轮廓等数据采集的一测量台，并通过控制台依据所采集的数据对体验床相应的弹簧组件的预压缩参数的实时同步调整设定，实现了个性化床垫定制参数的快速采集与体验设定，通过定制者的现场实际体验，在通过人工的实际微调，非常高效地完成了个性化定制床垫真实数据的采集及体验验证，从而大幅提高了个性化订制床垫的生产效率，大幅降低成本、大幅提高了使用者的满意度。

附图说明

图1是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备整体***的结构示意图；

图2是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备使用者在测试过程中所涉及的测距柱被人体压缩的示意图；

图3是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备涉及的人体轮廓测板之上测距柱的设置图，A区63只，B区63只测距柱；

图4是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备涉及的测距柱的结构原理图；

图5是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备涉及的A区选通63个测距柱，逐一进行测距的选通器件CD4066所组成的电路矩阵的示意图；

图6是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备涉及的B区选通63个测距柱，逐一进行测距的选通器件CD4066所组成的电路矩阵的示意图；

图7是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备涉及的A区单片机U1为主构成的A区测距单片微计算机电路的原理示意图；

图8是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备涉及的B区单片机U2为主构成的B区测距单片微计算机电路的原理示意图；

图9是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备中，模拟弹性床5的分解示意图；

图10是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备中使用者在模拟弹性床5上体验床垫弹性舒适度的示意图；

图11-1是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备中弹性柱52结构示意图，图中所示挡板5213落在最低处，马达5212对压力传感电路5211的压力最小；

图11-2是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备中挡板5213已经升在一定高度，弹簧5216已经被压缩，通过马达5212本体对压力传感电路5211施加了一定的压力；

图11-3是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备中挡板5213升至一个高度，柱头5219又由于使用者的身体施压而下降，人体重力F+弹簧压缩力F1,压力传感电路5211感知的压力更大；

图12是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备中，弹性单片微计算机电路的电原理示意图；

图13是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备所涉及的压力传感电路5211的原理图，图中，压力传感器IC6的信号被仪表放大器放大，输出模拟电压V0；

图14是本实用新型采集床垫上人体卧姿受力数据的设备中，每个弹性柱52都连接一个的弹性柱压力检测马达驱动电路的电原理图。

具体实施方式

下面结合最佳实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

参考图1～图14， 设计制造一种采集床垫上人体卧姿受力数据的设备，所述设备包括：

如图1所示，一测试底座1，其上设置一称重台11，在称重台11旁边设置测高杆2，一测高板3在测高杆2上滑动，检测人体身高；

一人体轮廓测板13在测试底座1上滑动，人体轮廓测板13上布满测距柱131，推动人体轮廓测板13向人体压迫时，测距柱131的长度被压缩，众多的测距柱131在人体轮廓测板13上分为A区和B区布置；

每个测距柱131中设置一测距电路单元31；

一A区测距单片微计算机电路中A区单片机U1逐个选通A区的测距电路单元31，由A区单片机U1第36脚发送测距脉冲，从第37脚接收返回脉冲，计算A区各测距柱131的高度；

一B区测距单片微计算机电路中B区单片机U2逐个选通B区的测距电路单元31，由B区单片机U2第36脚发送测距脉冲，从第37脚接收返回脉冲，计算B区各测距柱131的高度；

A区单片机U1的串口1与B区单片机U2的串口1连接，将A区所有测距柱131的高度数据传输给B区单片机U2的存储器U11存储；

一弹性板单片微计算机电路，其中的弹性板单片机U3的串口1与B区单片机U2的串口2连接，接收所有测距柱131的高度数据，数据存储在数据存储器U12之中；

一控制台4，弹性板单片微计算机电路设置在其中；

一模拟弹性床5，包括床底座51，底座之上固定众多弹性柱52，在弹性柱52的最底部设置压力传感器IC6,一个压力传感电路5211输出压力模拟电压V0到弹性柱压力检测马达驱动电路，电路中的检测驱动单片机U4的一个P1口的引脚连接压力模拟电压V0；在弹性柱52之中，一个马达5212坐落在压力传感器IC6之上，压力传感器IC6感知经马达本体传递过来的压力；

马达受检测驱动单片机U4的驱动进行正转和反转；

马达5212驱动一向上的螺杆5215，螺杆转动，驱动挡板5213在下柱筒5214中上下移动，挡板5213承载一弹簧5216，弹簧顶在上柱筒5218的顶面，顶面之上是柱头5219。

所述上柱筒套在下柱筒上上下滑动，二者之间有限位沟槽使之不能左右转动和不能脱落。

所述弹性柱压力检测马达驱动电路中设置RS485通信接口MAX487芯片，该芯片连接检测驱动单片机U4的串口和弹性板单片机U3的串口2，检测驱动单片机U4的一组接口连接拨码开关构成的站号设置电路，当弹性板单片机U3发来该站号的驱动数据时，检测驱动单片机U4根据驱动数据驱动马达工作。

所述弹性板单片机U3所连接的弹性显示单元显示各个弹性柱52的弹性设定状态和使用者体验弹性数据，弹性板单片机U3所连接的弹性命令键盘电路和弹性数据键盘电路输入改进数据，弹性板单片机U3所连接的SD卡记录存储最终数据。

所述人体轮廓测板13的A区设置63只测距柱，B区设置63只测距柱；人体轮廓测板13在滑道12上滑动；

A区单片机U1逐个选通A区的测距电路单元31和B区单片机U2逐个选通B区的测距电路单元31，是由模拟开关CD4066构建选通电路，然后由A区单片机U1逐个选通测001～测063控制点；由B区单片机U2逐个选通测064～测126控制点。

如图3所示，人体轮廓测板13上测距柱131最佳实施例的直径设在100mm，间距20mm，测距柱7 * 18 = 126个，人体轮廓测板宽860mm，高2160mm。

如图4所示，测距柱131的底座筒32，可以是内筒，也可以是外筒，底座筒32和上柱筒之间有弹性扣37来保持压缩程度，凹槽36设置的多少确定了压缩的深度，上柱筒套在底座筒32上上下滑动，二者之间有限位沟槽使之不能左右转动，限位扣38保证二者之间不能脱落。

凸头39为弧形，舒适地与人体接触，钩孔391用于人工复位上柱筒；

反射面35用于反射超声波发生器33发出的超声波，超声波接收器34接收到超声波脉冲串后，测距电路单元31，将信号传输回A区单片机U1或B区单片机U2第37脚,计算出该测距柱的高度，测距脉冲是从第36脚发出的。

如图5、图6所示，A区单片机U1或B区单片机U2每次从第36脚发出测距脉冲，只能检测一个测距柱的高度，所以对63个测距柱要顺序检测，片选工作由CD4066数字电路芯片完成，选通哪一个测距柱，由A区单片机U1或B区单片机U2的一个I/O引脚输出高电平，该引脚连接的CD4066控制端打开该测距柱与单片机第36脚的连接，A区单片机U1或B区单片机U2完成对该测距柱的测量，将测距数据暂存在内存之中，关闭该测距柱与单片机的连接，再启动单片机下一个I/O引脚输出高电平，对下一个测距柱进行测距。

图5、图6中测001～测063，测064～测126各个控制点连接CD4066的控制端，本实用新型要用到64片CD4066。

如图7、图8、图12所示，本实用新型A区单片机U1、B区单片机U2和弹性板单片机U3选用STM32F103ZET6单片机，该单片机有近100个I/O引脚供使用。

弹性柱单片机U4选用STC15W408S。

如图11-1所示，该图是弹簧5216的自由状态。

如图11-2所示，当马达5212转动，推动档板5213向上运动，压缩弹簧，这时相当于给弹簧一个预压缩的力，当同样的外力施加在自由状态和有预压缩的弹簧组件上时，有预压缩的弹簧组件的压缩量小于自由状态下的弹簧组件的压缩量，如图11-3所示：弹簧的弹性系数为K，预压缩力为F1，预压缩的行程S1为：S1=F1/K。

如图2所示：测量过程如下：当使用者站立在测量台的人体秤上的指定位置上时，电子秤自动测量出被测者的体重，同时测高板自动下移至与被测者头顶轻微接触处，完成对被测者的身高的测量。同时，人体轮廓测板13向前缓慢移动，测距柱逐步接触到被测者背面轮廓，控制台自动采集所有测距柱的数据。这时测距柱采集到的数据就构成了被测者身体背部全部三维真实的轮廓数据。

根据被测者的身高、体重、人体质量分布规律、身体不同部位对应的测量杆的数量，被压缩测量杆的位移行程等数据，可以计算出模拟弹性床5上每一个测量杆对应的弹簧组件预计将承受的压力及变形量，依据此结果，控制台分别控制模拟弹性床5上的每一个弹簧组件调整预压缩量，实现对体验床个性化定制参数的预设。

如图10所示，由工作人员根据被测者的主观描述，对模拟弹性床5的预设参数在弹性板单片微计算机电路中的键盘上进行人工调整，以达到最大的舒适度、满意度。

当模拟弹性床5的体验结果达到要求后，控制台采集所有弹簧组件的位置、预压缩量、实际压缩长度、实际压力等数据，最终数据存储到SD卡之中。这些数据就可以作为被测者定制个性化床垫的基本数据，生产车间就可以按照此数据为被测者制作一张个性化定制的床垫。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式和应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (5)

1.一种采集床垫上人体卧姿受力数据的设备，其特征在于，所述设备包括：

一测试底座（1），其上设置一称重台（11），在称重台（11）旁边设置测高杆（2），一测高板（3）在测高杆（2）上滑动，检测人体身高；

一人体轮廓测板（13）在测试底座（1）上滑动，人体轮廓测板（13）上布满测距柱（131），推动人体轮廓测板（13）向人体压迫时，测距柱（131）的长度被压缩，众多的测距柱（131）在人体轮廓测板（13）上分为A区和B区布置；

每个测距柱（131）中设置一测距电路单元（31）；

一A区测距单片微计算机电路中A区单片机U1逐个选通A区的测距电路单元（31），由A区单片机U1第36脚发送测距脉冲，从第37脚接收返回脉冲，计算A区各测距柱（131）的高度；

一B区测距单片微计算机电路中B区单片机U2逐个选通B区的测距电路单元（31），由B区单片机U2第36脚发送测距脉冲，从第37脚接收返回脉冲，计算B区各测距柱（131）的高度；

A区单片机U1的串口1与B区单片机U2的串口1连接，将A区所有测距柱（131）的高度数据传输给B区单片机U2的存储器U11存储；

一弹性板单片微计算机电路，其中的弹性板单片机U3的串口1与B区单片机U2的串口2连接，接收所有测距柱（131）的高度数据，数据存储在数据存储器U12之中；

一控制台（4），弹性板单片微计算机电路设置在其中；

一模拟弹性床（5），包括床底座（51），底座之上固定众多弹性柱（52），在弹性柱（52）的最底部设置压力传感器IC6,一个压力传感电路（5211）输出压力模拟电压V0到弹性柱压力检测马达驱动电路，电路中的检测驱动单片机U4的一个P1口的引脚连接压力模拟电压V0；在弹性柱（52）之中，一个马达（5212）坐落在压力传感器IC6之上，压力传感器IC6感知经马达本体传递过来的压力；

马达受检测驱动单片机U4的驱动进行正转和反转；

马达（5212）驱动一向上的螺杆（5215），螺杆转动，驱动挡板（5213）在下柱筒（5214）中上下移动，挡板（5213）承载一弹簧（5216），弹簧顶在上柱筒（5218）的顶面，顶面之上是柱头（5219）。

2.根据权利要求1所述的采集床垫上人体卧姿受力数据的设备，其特征在于，所述上柱筒套在下柱筒上上下滑动，二者之间有限位沟槽使之不能左右转动和不能脱落。

3.根据权利要求1所述的采集床垫上人体卧姿受力数据的设备，其特征在于，所述弹性柱压力检测马达驱动电路中设置RS485通信接口MAX487芯片，该芯片连接检测驱动单片机U4的串口和弹性板单片机U3的串口2，检测驱动单片机U4的一组接口连接拨码开关构成的站号设置电路，当弹性板单片机U3发来该站号的驱动数据时，检测驱动单片机U4根据驱动数据驱动马达工作。

4.根据权利要求1所述的采集床垫上人体卧姿受力数据的设备，其特征在于，所述弹性板单片机U3所连接的弹性显示单元显示各个弹性柱（52）的弹性设定状态和使用者体验弹性数据，弹性板单片机U3所连接的弹性命令键盘电路和弹性数据键盘电路输入改进数据，弹性板单片机U3所连接的SD卡记录存储最终数据。

5.根据权利要求1所述的采集床垫上人体卧姿受力数据的设备，其特征在于：

所述人体轮廓测板（13）的A区设置63只测距柱，B区设置63只测距柱；人体轮廓测板（13）在滑道（12）上滑动；

A区单片机U1逐个选通A区的测距电路单元（31）和B区单片机U2逐个选通B区的测距电路单元（31），是由模拟开关CD4066构建选通电路，然后由A区单片机U1逐个选通测001～测063控制点；由B区单片机U2逐个选通测064～测126控制点。

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