CN106213923B - 一种双稳态自动调节枕头 - Google Patents
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Abstract
一种双稳态自动调节枕头，涉及一种睡眠用品。由于现代人在使用电脑或手机时头部长期处于“低头”状态，导致许多人患上了不同程度的颈椎病，如果在晚上休息时继续使用普通枕头，特别是继续使用“高枕”，就会进一步加重病情。本发明的双稳态自动调节枕头，由左支撑系统、右支撑系统、头枕系统、颈枕系统及压控系统五部分组成。其支撑系统可在不需要其他外力的情况下根据人的睡姿自动调整枕头高度，并且在高、低两种情况下，枕头高度处于相对稳定状态。该发明枕体内无机电或流体噪声，无电磁辐射，是现有普通枕头安全的替代产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种睡眠用品，特别是涉及一种双稳态自动调节枕头。
背景技术
人在睡眠中采用仰睡或侧睡姿势时，要求头部具有不同的支承高度。在侧睡时由于肩膀宽度方向的支撑作用，为使人体脊椎保持纵向自然生态直线，以及使睡眠时感觉舒适，必须提高头部垫枕的高度，而人在仰睡时，为保持人体颈椎的自然生态弧度，则需要采用较低的枕头高度。由于现代人的生活和工作习惯的改变，大部分人在白天长时间使用电脑或观看手机等液晶屏，在这种长期低头工作环境下，导致许多人产生了颈椎病，如果人在晚间睡眠中仰睡时采用高枕，就相当于白天低头工作，晚上睡觉时还是处于“低头”状态，因为这时人的头部仍然处于前倾状态。如果人的颈椎长期处在这种前倾状态，将会导致颈椎弧度减小，甚至出现颈椎反弓现象。如果我们采用较低的枕头仰睡，使颈椎后倾，就可使颈椎弧度在睡眠中得以恢复，使颈椎部受伤组织得到修复，但是采用较低的枕头又无法满足人在侧睡时的头枕高度要求，由于人在睡眠中的睡姿是随意的，侧睡或仰睡都是不固定的，而现有的枕头均不能很好解决这个问题。
在现有的技术中，已经公布的有关能自动调节枕头高度的方法主要存在以下问题：一是由于人体的可塑性、睡眠中睡姿的不确定性、手臂放置位置的不确定性以及人的头部和躯体形状的千差万别，这为睡眠姿势信息采集和正确判断增加了难度，导致现有的各种睡姿检测方法可靠性不高，侧睡和仰睡误判几率较高；二是现有技术均未能解决枕体中各种流体、机电等发出的噪声问题，因为人在睡眠时头部垫在枕头上，耳朵直接贴合在枕面，这时对于从枕头内发来的非常微弱的声响都会直接传导到人的耳内，从而影响使用者的正常睡眠，特别是对具有睡眠问题的人员影响会更大。
发明内容
本发明的目的：一是解决其枕头高度可随人的睡姿而自动调节问题。二是解决人在睡眠时其颈椎部和头部要求具有不同的支撑高度问题；三是解决现有各种电动、气动或机械传动等自动调节枕头的机电或流体发出的噪声或电磁辐射问题。
本发明是通过以下方式实施的：
所述的双稳态自动调节枕头，由左支撑系统、右支撑系统、头枕系统、颈枕系统及压控系统五部分组成。左支撑系统和右支撑系统分别设置在头枕系统和颈枕系统的左右两侧，对头枕系统和颈枕系统起支托作用。该发明在人体侧睡时，枕体自动升至“高位”，此时头枕和颈枕部分高度相同，在人体仰睡时枕体自动降至“低位”，此时颈枕部分的高度高于头枕部分的高度。
该发明的左、右支撑系统结构相同。以左支撑系统为例，该系统由支撑板、底板、主支撑部分和副支撑部分组成，主、副支撑部分各由一付铰接杆及上下两个支座组成。该支撑系统在使用者睡眠时的头顶方向(后端)，在支撑板和底板之间，由铰接杆一和铰接杆三组成第一铰链排，与支座一、支座三构成主支撑部分，支撑人体头部的重量，在支撑板处于“高位”状态时(所述的自动枕头的支撑板位于最高位置)，第一铰链排的铰接杆的夹角(铰接杆与垂直方向的夹角)较小(5-20°)；在使用者的人体方向(前端)，在支撑板和底板之间，由铰接杆二和铰接杆四组成第二铰链排，与支座二、支座四构成副支撑部分，支撑人体的颈椎部分，在支撑板处于“高位”状态时，第二铰链排的铰接杆的夹角(铰接杆与垂直方向的夹角)较大(30-70°)。第一铰链排与第二铰链排之间由连杆联接。在支撑系统底板前端的两个侧边各设有一块侧板，两侧板的上端部横向设有一支撑杠杆轴，支撑杠杆轴串在支撑杠杆的支点轴孔内，支撑杠杆阻力臂的端部，撬在第一铰链排上端轴销上，或者直接撬在支撑板上，在支撑系统底板的后端设有弹簧调整机构，在弹簧调整机构与支撑杠杆的动力臂的端部之间连有恒力弹簧，在支撑系统底板前端设有弹簧拉座，该弹簧拉座与第二铰链排的铰接杆二下端的轴销之间连有增力弹簧。
该发明在使用前应调整好恒力弹簧的大小，使支撑杠杆的阻力臂对支撑板产生的向上的推力，大于在人体侧睡时枕头处于“低位”时头部对枕体的压力，小于人体头部的重量。
当人在睡眠中为侧睡时，假如此时枕头处于“高位”，人的头部重量全部压在主支撑部分位置，由于第一铰链排的铰接杆的夹角较小，此时恒力弹簧和增力弹簧的合力远大于人的头部对枕头的压力，枕头高度就不会下降；假如此时枕头的原始状态是处于“低位，，状态，而人体在侧睡时，由于枕头较低，人的颈椎部就会往下侧弯，人的头部对枕头的压力就会小于头部的重量，此时恒力弹簧在支撑板上产生的向上推力，大于人体头部对枕头的压力(此时增力弹簧对支撑板产生的向上推力为零)，枕头就会自动上升。
当人体由侧睡改为仰睡时，由于枕头的原始状态为“高位”，从人的颈椎部开始到头部处于上翘状态，此时人的颈部就会对支撑系统的副支撑部分产生一个压力，由于第二铰链排的铰接杆夹角较大，导致颈部在副支撑部分的压力和头部在主支撑部分的压力两者的合力，大于两种弹簧对支撑板向上作用的合力，此时枕头(支撑板)就会自动下降；在枕体降到最低点时(低位)，枕头的高度符合人在仰睡时人体颈椎弧度的自然生理要求，人体颈部对枕体的压力为零，头部对枕体的压力等于头部的重量，此时，支撑杠杆对支撑板产生的向上推力(枕头在使用前通过弹簧调整机构调整后得到的数值)，小于人体头部的重量，以保持枕头处于“低位”状态。
支撑系统在俯视方向，在结构上分双杠杆结构和单杠杆结构。双杠杆结构的支撑系统，设有与底板纵向中心线对称分布的两个支撑杠杆和两根恒力弹簧；单杠杆结构的支撑系统设有一个支撑杠杆和一根恒力弹簧。两种结构的支撑系统均设有两组第一铰链排和两组第二铰链排。
该发明支撑系统的另一类实施方案是：主支撑部分由一根摇杆组成，副支撑部分由铰接杆二和铰接杆四组成第二铰链排，构成副支撑部分，在摇杆与第二铰链排之间由连杆联接。在支撑板处于“高位”状态时，摇杆的夹角较小(5-20°)，而第二铰链排的铰接杆的夹角较大，该实施方案的实际使用效果与上述方案相同。
颈枕系统中设有颈枕板、颈枕体、颈枕托杆及其导向机构。颈枕托杆的上下运动由左右支撑板的上下运动带动。颈枕托杆导向机构由导向摇杆一、导向摇杆二及底板组成，导向摇杆一的下端与底板铰接，上端设有滑销，滑销可在颈枕托杆上的滑销槽内滑动，导向摇杆二的上端与颈枕托杆铰接，下端设有滑销，下端滑销可在设在底板上的滑销座上的滑销槽内滑动，两导向摇杆长度方向的中部用铰接销铰接，组成X型导向机构。该导向机构限制了颈枕托杆仅能在垂直方向上下移动。
该发明头枕系统具有一个矩形头枕托架，头枕托架内放置头枕体，在头枕托架的纵向和横向，均设有至少一组，确保头枕托架垂直运动，而不会发生头枕托架在纵向或横向，高低不一或倾斜现象的X型导向机构，该导向机构的导向原理同颈枕托杆的导向原理相同。
该发明设有压控系统，压控系统由差动器和触压器两大部分组成。
差动器部分设有左差动器、右差动器和托杆压板三部分，托杆压板与颈枕系统中的颈枕托杆固定在一起。差动器的功能是：在差动器的左、右上底板上有任意一块受压，而另外一块未受到压力时，颈枕托杆不下移，而在两块左、右上底板同时受到压力时，颈枕托杆就会随左、右差动器同步下移。
左、右差动器结构对称。差动器由底板、上底板、拉钩、压簧、拉钩压杆机构、锁块压绳机构以及锁块拉簧等件组成。拉钩压杆机构由拉钩滑柱、拉钩滑套、压杆一、压杆二、压杆滑轮和滑轮座等件构成；锁块压绳机构由锁块、锁块滚轮、压绳、锁块滑套、锁块滑柱等件构成。当上底板相对于底板向下移动时，压动拉钩压杆机构，拉钩压杆机构的拉钩滑套拉动拉钩，拉钩拉动锁块滑套，从而使锁块、压绳一起移动。锁块拉簧的作用是，保证在上底板向下移动的起初，锁块处在托杆压板的端部外侧，而拉钩的作用是，保证在上底板移动到最下端时，锁块能移动到托杆压板的端部外侧。该发明在使用时，当有一个压力压在其中一个差动器的上底板上时，如果另外一个差动器的上底板上没有受到向下方向的压力，这时由于锁块的起始位置始终处在托杆压板的端部外侧，锁块往下移动带动压绳一起下移，此时压绳对托杆压板没有产生压力，因此托杆压板不会下移，此时另外一侧差动器的锁块在压绳的拉动下在托杆压板上往中心线方向移动，因此该侧的托杆压板也没有受到压绳的向下压力，也不会下移，这样在有一侧差动器下移，而另一侧差动器不下移的情况下，托杆压板及颈枕托杆不会下移。而当左右上底板上分别同时受到压力时，两锁块就会带动压绳一起下移，压绳压在左右托杆压板上，由于托杆压板与颈枕托杆固定在一起，这样颈枕托杆就会与差动器上底板同步下移。
拉钩和锁块拉簧同时使用的目的是，拉钩起到对锁块拉簧功能的保险作用，所述的差动器也可以在锁块拉簧和拉钩两种方案之间选用其一。
触压器由压垫部分和压控杠杆机构构成。
压垫部分由独立的压垫底板、两块压板、垫块以及压垫体构成，压垫底板和枕体底板间用螺钉或插销固定，压板与压垫底板铰接、左右两压板在枕体横向中心线两侧对称分布，两者之间的距离可以调整，压板的端部(非铰接端)触压在压控杠杆中部的压板挡块上。
压控杠杆机构由两个相互交叉，并与枕体横向中心线对称设置的压控杠杆构成，压控杠杆的下端与压垫底板铰接，压控杠杆的中部，设有压板挡块，压控杠杆的上端部设有杠杆压块，左右两杠杆压块的伸出部分分别压在左右差动器的上底板上，压控杠杆的杠杆比L2/L1≥2.5。
触压器的作用是对枕头的自动升降起辅助控制作用。其使用过程为：将触压器的压垫部分置于人体的肩部，并压在肩背底下，人在仰睡时肩背部分同时触压左右两块压板，压板触压住压控杠杆中部的压板挡块，压控杠杆端部的杠杆压块压住差动器的上底板，左右差动器同时下移，通过压绳压住托杆压板使颈枕托杆下移，这样就在支撑板的颈枕处产生了向下的压力，从而减少了人体在仰睡时为了将支撑板压下而需要提供的颈部压力，对枕头的自动下降起辅助增力作用；当人体侧睡时，仅有一块压板被人体侧面肩膀压住，此时由于差动器的作用，颈枕托杆上没有受到压力，颈枕托杆将会由“低位”升至“高位”，或者原先在“高位”时保持不变。
本发明的有益效果是：首先采用了双稳态支撑结构，即枕头处在“高位”和“低位”时，均处于两种相对稳定状态，这种稳定状态保证了人在使用这种枕头时，不会因睡眠中人的头部对枕头的压力的轻微变化而导致枕头高度不断改变，可使枕头高度处于相对稳定状态，也就是说当枕头处于“高位”或“低位”时，当人的睡姿未变，而人的头部对枕头的压力有轻微变化时，枕头的高度不会随人的头部压力的轻微变化而变化，而保持相对稳定，从而不会影响到人的正常睡眠；其次枕体内采用纯机械机构，无任何电磁元器件，因而克服了人们在使用自动枕头时担心的头部可能受到的电磁辐射问题；再次克服了现有各种电动、气动等自动调节枕头的机电或流体发出的噪声问题。
附图说明
图1：该发明俯视图。
图2：该发明(高位状态)横向剖视图。
图3：图2中Q局部放大图。
图4：该发明(低位状态)横向剖视图。
图5：该发明支撑系统(高位状态)主视图。
图6：该发明支撑系统(低位状态)主视图。
图7：该发明支撑系统(双杠杆结构)俯视剖视图。
图8：该发明支撑系统(单杠杆结构)俯视剖视图。
图9：支撑系统(方案1)结构示意图。
图10：支撑系统(方案2)结构示意图。
图11：支撑系统(方案3)结构示意图。
图12：支撑系统(方案4)结构示意图。
图13：支撑系统(方案5)结构示意图。
图14：支撑系统(方案6)结构示意图。
图15：支撑系统(方案7)结构示意图。
图16：支撑系统(方案8)结构示意图。
图17：支撑系统(方案9)结构示意图。
图18：该发明颈枕系统主视图。
图19：该发明头枕系统纵向剖视图。
图20：头枕托架横向剖视图。
图21：该发明压控系统俯视图。
图22：差动器主视图(图21中B-B剖视图)；图22-1：拉钩图。
图23：图22中N局部放大图。
图24：差动器俯视图。
图25：差动器单侧受压时的主视图。
图26：差动器双侧同时受压时的主视图。
图27：图28中M-M剖视图。
图28：触压器俯视图。
图29：图27中K向视图。
图30：图28中G-G剖视图。
图31：差动器(上底板)定向运动结构原理图。
图32：图31中S-S剖视图。
图中：1左支撑系统、2头枕系统、3颈枕系统、4右支撑系统、5压控系统、6头枕托架、7头枕体、7a颈枕体、7b压垫体、8颈枕板、8a垫条、9上底板、10压控杠杆、11压板、12铰链、13压垫底板、14螺丝、15颈枕托杆、15a托杆压板、16底板、17支撑板、18铰接杆一、19滚轮、20支座一、21头枕支杆、22支撑杠杆、23导向滚轮、24铰接杆二、25铰接杆四、26颈枕支杆、27支座二、28支撑杠杆轴、29侧板、30弹簧拉座、31第一铰链排、31a第三铰链排、32支座四、33增力弹簧、34弹簧拉钩、35导向座、36恒力弹簧、37连杆、38支座三、39铰接杆三、40左头枕支杆套、41螺母、42左颈枕支杆套、43铰接杆销、44导向拉条、45调节螺杆、46调节轮、47推力轴承、48轴销、49滑块、50滑块连杆、51挡块、52摇杆、53滚轮、54导向摇杆二、55铰接销、56导向摇杆一、57滑销、58滑销槽、59滑销座、60摇杆座、61拉钩、62第二铰链排、63拉钩滑柱、64拉钩滑套、65压杆座、66锁块、67压绳、68锁块滑柱、69压簧、70压绳滚轮、71压杆二、72压杆滑轮、73滑轮座、74压杆一、75拉钩轴销、77拉钩滑柱支座、78锁块滑柱支座、79锁块滑套、80锁块拉簧、81锁块滚轮、82压板挡块、83杠杆压块、85垫块、86螺钉、87纵向定位链排、88横向定位链排。
具体实施方式
由图1可知，左支撑系统1和右支撑系统4分别设置在头枕系统2和颈枕系统3的左右侧，对头枕系统和颈枕系统起支托作用。头枕系统2的两端分别设有一个左头枕支杆21和右头枕支杆21a，左头枕支杆21与左支撑系统1上的左头枕支杆套40铰接，右头枕支杆21a与右支撑系统4上的右头枕支杆套40a铰接；同样，颈枕系统3的两端分别设有一个左颈枕支杆26和右颈枕支杆26a，并分别于左颈枕支杆套42和右颈枕支杆套42a铰接；该自动枕头在使用时，压控系统5的压垫部分放置在人体的肩膀底下，对枕头的自动升降起辅助控制作用。
由图2、图3可知，在头枕托架6上设有头枕体7，颈枕板8上设有颈枕体7a，压板11上设有压垫体7b，头枕体7、颈枕体7a、压垫体7b均为有机弹性材料。图中W′表示头枕托架6受到支撑系统的托力，F′表示颈枕托杆15受到支撑系统的托力。
由图2可知，在枕体处于“高位”(人体侧睡时)，头枕和颈枕部分高度(图中头枕体7和颈枕体7a上表面的高度)相同；由图4可知，在枕体处于“低位”(人体仰睡时)，颈枕部分的高度高于头枕部分的高度。
参见图5、图6和图7。铰接杆一18的一端与铰接杆三39的一端通过轴销48铰接，铰接杆一18的另外一端与支撑板17上的支座一20通过轴销48a铰接，铰接杆三39的另外一端与底板16上的支座三38铰接，铰接杆一与铰接杆三组成第一铰链排31；铰接杆二24长度方向的中点与铰接杆四25的一端，通过轴销48b铰接，铰接杆二24的一个端点(上端点)与支撑板17上的支座二27铰接，铰接杆四25的另外一端与底板16上的支座四32铰接，铰接杆二与铰接杆四组成第二铰链排62；连杆37的一端与轴销48铰接，连杆37的另一端与铰接杆二24的下端通过轴销48c铰接，轴销48c上设有导向滚轮23以及弹簧拉钩34，导向滚轮23可在导向座35内水平定向移动；在底板16右侧(前端)的两个侧边各设有一块侧板29、29a，侧板上端设有支撑杠杆轴28，支撑杠杆22的支点轴孔串在支撑杠杆轴28上，支撑杠杆22可绕支撑杠杆轴28的中心线转动，支撑杠杆阻力臂的端部22a撬在滚轮19上，滚轮19串在轴销48a上，恒力弹簧36一端与支撑杠杆动力臂22b的端部连接，另一端与设在底板左侧(后端)弹簧调整机构的导向拉条44连接，增力弹簧33的一端与设在轴销48c上的弹簧拉钩34连接，另一端与设在底板右端(前端)的弹簧拉座30连接。
由图6可以看出，在人体处于仰睡状态时，支撑系统为“低位”状态，其支撑板17的颈枕支杆26的高度高于头枕支杆21的高度。
由图7可知，双杠杆结构的支撑系统设有两个支撑杠杆22、22c和两根恒力弹簧36、36a，与底板纵向中心线PX对称设置。这种结构的特点是，支撑系统在底板纵向左右结构对称，构件受力均匀，各铰接点回转副转动的阻力较小。但这种结构的宽度较大。
由图8可知，单杠杆结构的支撑系统设有一个支撑杠杆22d和一根恒力弹簧36b。这种结构的优点是支撑系统的宽度较小，缺点是支撑系统在底板纵向左右结构不对称，各受力构件受力不均匀，变形量不一致，各铰接点回转副转动的阻力相对较大。
图9-17是该发明支撑系统的9种实施方案，共分两大类。
第一类：方案1-4(在主视方向的平面上)，主支撑部分由第一铰链排31组成，或者由第一铰链排31和第三铰链排31a并列组成，副支撑部分由第二铰链排62组成；第二类：方案5-9，主支撑部分由摇杆52组成，副支撑部分由第二铰链排62组成。
(1)方案一
图9为图5的结构简图，在图中左侧(人睡眠时的头顶方向)，在支撑板17和底板16之间，由铰接杆一18和铰接杆三39组成的第一铰链排31构成主支撑部分，支撑人体头部的重量；在图9的右侧(人身体方向)，在支撑板17和底板16之间由铰接杆二24和铰接杆四25组成的第二铰链排62构成副支撑部分，支撑人体的颈椎部分。连杆37一端与第一铰链排中部的铰接点铰接，另一端与滑块49铰接。
图中W0为人的头部对枕头的作用力，设W为人的头部重量，F0为人的颈部对枕头的作用力(压力)，N0为支撑杠杆阻力臂作用在支撑板上向上的推力，FT为增力弹簧对滑块49的拉力。
为了说明该发明支撑系统的工作原理，先对人体睡眠过程情景简述如下：
假如人体在睡眠过程中的睡姿变化为：“仰睡——侧睡——仰睡”。
首先，第一个睡眠过程——仰睡，要求枕头处于“低位”(枕头高度处于较低的位置)，这时，如果原先枕头处于“高位”状态，人的头部和颈椎部都压在枕头上，而人的肩膀压在床面上，此时由于人体头部高度较高，人体的颈椎部处于前倾状态，颈椎部就会对枕头的触压部位产生较大的压力(即F0较大)。此时，要求所述枕头自动降低枕头高度，使其降到“低位”，从而降低头部高度，在人体头部枕于“低位”时，颈椎处于自然弧度的平衡状态，人体头部对枕头的压力W0等于人体头部的重量W，而颈椎部对枕头的压力F0等于0或数值较小。这时W0＝W＞N0.
其次从仰睡改为侧睡，枕头的原始状态为“低位”，此时由于肩膀宽度的作用，人体头部就会自动往下倾斜，造成人体颈椎往侧边方向折弯，人体头部对枕头的作用力(压力)由于颈椎的作用，W0必然小于头部的实际重量W，即W0＜W，经过测试，在这种情况下一般W0为W的60-75％，且随着受试者的年龄的增大数值降低。这时要求该发明枕头自动提高高度。当枕头达到“高位”时，头部对枕头的压力等于头部的重量，即W0＝W，而颈椎部对枕头的压力F0＝0或数值较小。
再次从侧睡改为仰睡，实际情况和上述第一种情景一样。
图9为支撑系统处于“高位”状态，此时假如人体为侧睡，人的头部重量压在支撑板17的A点位置，人的颈部压在支撑板B点位置，由于侧睡时在枕头处于“高位”时，人的头部对枕头的压力W0等于人的头部重量W，即W0＝W，人的颈部对枕头的压力F0＝0或数值较小，此时A点由恒力弹簧产生的向上的推力N0和由增力弹簧拉力FT产生的向上的作用力F1，N0和F1形成的合力FY为：
FY＝F1+N0＝FT·cos(β+θ)/2(sinθ·cosβ)+N0，当θ很小时，
FY≈FT/2sinθ+N0》W0.
上式表示，当W0大小有轻微变化时，FY仍远大于W0，故支撑板17处于高度相对稳定状态。由上式可知，当θ＝0时，FY＝∞，此时无论在A点施多大的压力，支撑板17均不会下移，例如当人体臀部坐压在支撑板上，或者人的脚踩压在上面，如果这时支撑板不能自动下移，就可能造成支撑系统构件损坏，因此在支撑板处于“高位”时，将θ角设计为5-20°，最佳角度为10-17°，对支撑系统具有安全保护作用。
在人体由侧睡改为仰睡时，为了将处于“高位”的支撑板17压下，仅在A点处施加压力还不行，还需要在枕体的颈部承托区B点施加压力，即F0＞0，此时：
FY＝F1+N0＝(FT-F0·ctgα)cos(β+θ)/2(sinθ·cosβ)+N0。
在支撑板处于“高位”向“低位”下移的起始阶段θ值较小，此时：
FY≈(FT-F0·ctgα)/2sinθ+N0。
参照图5、图7，N0的大小是可以通过弹簧调整机构的调节轮46调节的，调整时使实际N0值相当于人体头部重量W的80-90％。当：
W0＞FY≈(FT-F0·ctgα)/2sinθ+N0时，支撑板17即会自动下降。因此只要选择合适的F0和α值，就很容易满足支撑板下降的条件。
当人体由仰睡再次改为侧睡时，开始时支撑板处于“低位”，此时θ＝90°，β＝0，且F0＝0，W0＝(60-75％)W，N0＝(80-90％)W，则：
FY＝F1+N0＝(FT-F0·ctgα)cos(β+θ)/2(sinθ·cosβ)+N0＝N0＞W0
故支撑板自动升起。以上分析可知，只要调整好弹簧调整机构，使由恒力弹簧36产生的N0满足N0＝(80-90％)W，即恒力弹簧在支撑板A点产生的向上的推力为人体实际头部重量的(80-90％)，支撑系统就会根据人体睡姿变化实现自动升降，对于具体的使用者由于其头部的重量各不相同，故需要单独调整恒力弹簧的弹力。
(2)方案二
由图10可知，该方案是在方案一的基础上将连杆37的下端铰接点由图中原C点位置调整到铰接杆二24的CD之间的E点。
(3)方案三
由图11可知，该方案是在方案一的基础上，增加了由铰接杆五18a和铰接杆六39a组成的第三铰链排31a，第三铰链排31a与第一铰链排31在支撑板和底板之间并列设置，在第一铰链排及第三铰链排中间的铰接处用连杆二37a联结，同时将图中HB设成独立的第二支撑板17a，第二支撑板17a分别与支撑板17和第二铰接杆24铰接。该方案的优点是，人体的头部压力W0可以在图中AH之间任意位置分布，而不会影响系统的工作特性。
(4)方案四
由图12可知，该方案是在方案一的基础上，增加滑块49a及滑块连杆50，该方案的优点是可以调整主、副支撑部分之间的距离。
(5)方案五
由图13可知，该方案是在支撑板17和底板16之间，将方案一中的由铰接杆一和铰接杆三组成的第一铰链排31用摇杆52代替，构成主支撑部分，摇杆52的上端设有滚轮53，下端与底板16铰接，摇杆的中间与连杆37铰接。摇杆与垂直方向的夹角为5-20°。
(6)方案六
图14是在图13的基础上，将连杆37与滑块49原铰接点C处，上移到铰接杆二24的中部铰接点D处。
(7)方案七
图15是将图13中摇杆52上端的滚轮53设在摇杆的下端，摇杆上端与支撑板17铰接。
(8)方案八
图16是将图13中摇杆52的下端与滑块49铰接，图13中连杆37的下端，设在摇杆52的左侧，与底板16铰接。
(9)方案九
图17是将图16中的主支撑部分和副支撑部分的距离加大，在摇杆52的下端增设滚轮53a，在滑块49与摇杆52的下端用滑块连杆50在两端铰接。
由图18可知，颈枕系统中颈枕托杆15的两端设有颈枕支杆26、26a。颈枕托杆15的上下运动由左右支撑板的上下运动带动。为了防止颈枕托杆15发生左右高低不同的现象，即在颈部压力F0偏离颈枕托杆15长度方向的中心时，颈枕托杆15能始终保持水平状态，则要求颈枕托杆15具有垂直方向的导向机构，图中导向摇杆一56的一端(下端)与底板16上的摇杆座60铰接，导向摇杆一的另一端设有滑销57，滑销57可在颈枕托杆15上的滑销槽58内滑动；导向摇杆二54的一端(上端)与颈枕托杆15铰接，导向摇杆二的另一端也设有滑销，滑销可在滑销座59上的滑销槽内滑动，滑销座59设置在底板16上。导向摇杆一、二长度方向的中部用铰接销55铰接。由于两导向摇杆组成了X型，故能保证颈枕托杆始终保持水平状态，而不会发生一头高一头低的现象。
由图19、20可见头枕托架6为矩形，在头枕托架的四周，有三个侧边具有边框6a，在靠近人体颈部的一侧无边框6b，托盘内放置头枕体7。在头枕托架6的长度方向的两端，设有头枕支杆21、21a。
同样，对于头枕托架6的纵向和横向，均设有至少一组，确保头枕托架6垂直运动，而不会发生头枕托架在纵向或横向，高低不一或倾斜现象的X型导向机构。
通过对上述方案一的详细分析，可以知道本发明的支撑系统可以利用人体侧睡或仰睡时自身的特点，在不需要其他外力的情况下，实现自动调整枕头的高度。但是由于不同人群、不同年龄、不同人的头部重量、不同的头部外形，以及睡眠时的不同习惯，单靠该发明提供的支撑系统的自动调节功能，可能会导致一部分动作不能完全到位的现象。例如有一部分人群在侧睡时，可能并不是将身体的侧面压于床面，人体的背部平面并不完全与床面垂直，而是以45°左右的倾角向前或向后、半趴着或半仰着睡觉，有时将人的下巴部压在枕头上，这种情况下靠上述支撑系统就不能达到自动调整高度的效果，据统计平均约有20％的概率会发生此类情况。为了克服这一不足，本发明增设了压控系统5。
由图21可知，将该发明压控系统5分成两大部分，第一大部分为差动器5a，由左差动器5b、右差动器5c和托杆压板15a三部分组成；第二大部由触压器5d组成。
由图22、图23和图24可知，托杆压板15a固定在颈枕托杆15上，这样托杆压板15a运动时，颈枕托杆15即会同步运动。差动器5a以中心线PY为中心，左右结构对称。现以左差动器5b为例分析。
图22、24中，拉钩滑柱63、拉钩滑套64、压杆一74、压杆二71、压杆滑轮72和滑轮座73等件构成拉钩压杆机构；锁块66、锁块滚轮81、压绳67、锁块滑套79、锁块滑柱68等件构成锁块压绳机构；压簧69使差动器在受压松开后能及时回复到原来位置。
在拉钩压杆机构中，下端设有底板16，在上底板9上设有拉钩滑柱支座77、77a，拉钩滑柱63固定在支座上，拉钩滑柱上设有可在其上定向直线滑动(不能作圆周转动)的拉钩滑套64，压杆一74一端与拉钩滑套64上的轴销64a铰接，另一端与压杆二71铰接，铰接轴上设有压杆滑轮72，压杆滑轮72可在滑轮座73内水平滑动，滑轮座73设在底板16上，压杆二71的另一端与上底板9上的压杆座65铰接。拉钩61的端部设有圆孔(见图22-1)，该圆孔套在拉钩滑套上的轴销64a上，拉钩61的拉杆部串过锁块滑柱支座78上的圆孔。
由图22左侧及图24可以看出，当上底板9相对于底板16向下移动时，拉钩压杆机构的拉钩滑套64向左移动，拉动拉钩61，勾动锁块滑套79左移。
由图24可见，锁块66的左侧设有锁块拉簧80，锁块拉簧一端勾在上底板上的固定座9c上，另一端勾住锁块66，拉动锁块向左侧移动，保证锁块回复到最左侧位置，由此可见，拉钩61和锁块拉簧80的作用一样，而拉钩61起到对锁块拉簧80功能的保险作用。所述的差动器或者在锁块拉簧和拉钩两种方案之间选用其一。
在图24的右侧部分，在锁块压绳机构中，锁块滑柱68两端固定在锁块滑柱支座78和支座78a上，锁块滑套79套在锁块滑柱68上并可作水平方向定向移动，锁块滑套上设有两个轴销79a、79b，轴销79b上设有锁块滚轮81和锁块66，锁块66与轴销79b通过销钉66b固定(见图23)；在托杆压板15a的上方、紧接托杆压板的上侧面上设有压绳67，压绳的端部通过销钉66a(参见图23)与锁块66固定；拉钩61的端部弯钩勾住轴销79a，当拉钩向左侧移动时，拉动锁块滑套79一起向左边移动，设在锁块滑套轴销上的锁块66带动压绳67一起向左边移动。
在图25中，当有一个压力F9压在上底板9上时，这时如果以PY为中心线的右侧部分的上底板9a上没有受到向下方向的压力，即F9a＝0，这时在F9施压开始，锁块66的起始位置在图中N点，该点在托杆压板15a及压绳滚轮70的左端外侧，此时当左侧的锁块66下移时，右侧的锁块66a在压绳67的拉动下，就会在右侧的托杆压板15b上向左水平移动，当左侧的上底板9下压到最低点时，右侧的锁块66a到达最左边，由此看出右侧的上底板9a及颈枕托杆15在原来的高度位置未发生变化。
当右侧的压力F9a压在右侧的上底板9a上，而左侧的上底板9上的压力F9＝0时，情景和图25所示的相反，即左侧的上底板9处在“高位”，右侧的上底板9a处在“低位”，颈枕托杆15仍在原来的高度不变。
由图26可知，当差动器的左右上底板上分别同时受到F9及F9a的压力时，左右两个锁块66、66a就会处在原来的位置相对不变，两锁块带动压绳67一起同步下移，压绳压在左右托杆压板15a、15b上，由于托杆压板与颈枕托杆15固定在一起，这样颈枕托杆15就会同步下移。
由此可见，差动器5a的功能是：在左右上底板9、9a上有任意一块受压，而另外一块未受到压力时，颈枕托杆15不下移，而在左右上底板两块同时受到压力时，颈枕托杆15就会随左右上底板9、9a同步下移。
触压器由压垫部分和压控杠杆机构构成。
由图27、28、29、30可知，压垫部分由独立的压垫底板13、左右两块压板11、11a、垫块85以及压垫体7b构成(参见图2)，压垫底板13和底板16间用螺钉14固定，或者使用插销固定，这样触压器5d部分可以与枕体分开收储。在压垫底板13的上方，设有左右两块压板11、11a，分别设置在中心线PY的左右两侧，左右压板11、11a与压垫底板13之间用铰链12联结，两压板之间的距离S可以通过压垫底板13上的预留螺孔，调整铰链12的安装位置予以调整，或者采用滑柱、滑套，或滑槽、滑块的结构方式调整左右压板之间的距离。
由图27可以看出，压控杠杆机构由两个相互交叉、并与枕体横向中心线PY对称设置的左、右两个压控杠杆10、10a构成，左、右压控杠杆的下端分别与压垫底板13铰接，左压控杠杆的中部设有压板挡块82，右压控杠杆的中部设有压板挡块82a。左压板11的上端部(压板铰链反方向)压在压板挡块82上，右压板11a的上端部压在压板挡块82a上。左压控杠杆10的上端部设有杠杆压块83，右压控杠杆10a的上端部设有杠杆压块83a，左右杠杆压块83、83a的伸出部分分别压在右侧的上底板9a和左侧的上底板9上，压控杠杆的杠杆比L2/L1≥2.5。较大的杠杆比可以降低压板的高度H。在压垫底板13上，左右压板11、11a未触及到的区域，设有三块弹性垫块85，并与压板11的上表面一致，在压板11、垫块85的上表面覆有一层压垫体7b(参见图2)，构成了平整的压垫区。
触压器的使用过程是：将触压器的压垫部分置于人体的肩部，并压在肩膀底下，人在仰睡时背肩部同时触压左右两块压板，通过触压器压控杠杆端部的杠杆压块83、83a，压住差动器5a的上底板9a、9，左右差动器同时下移，通过压绳67压住托杆压板，使颈枕托杆15下移，从而在支撑板17上的B点处产生压力F0，从而减少了人体在仰睡时为了将支撑板17压下而需要提供的颈部压力；当人体侧睡时，通过调整好左右两块压板间的距离S，仅有一块压板被人体侧面肩膀压住，此时由于差动器的作用，颈枕托杆15回复到“高位”。由于压控系统5的作用是起到辅助的增加颈部压力(F0)作用，这个辅助增力不需太大，故可以将触压器压控杠杆的杠杆比L2/L1做得较大(≥2.5)，从而可以将触压器压垫部分的厚度(H)做得较小，这样压垫区就不会影响到人体的正常睡眠。
结合图25、26可知，差动器的上底板9、9a仅可作上下方向的运动，在前后左右方向均不得有移动或摆动，因此上底板必须具有运动导向机构。在此，本发明使用专利号为ZL201410478419.8的国家发明专利中公开的一个技术：使用不在同一平面上的至少2组铰链排组成的导向机构，每个铰链排由至少2个活动铰接板组成。由图31、32可知，在底板16和上底板9之间设有2组铰链排，其中一组铰链排87和87a相互平行设置，另一组铰链排88和88a相互平行设置，两组铰链排的铰接轴相互垂直，铰链排87、87a仅可使上底板9在与纸张平面相垂直的平面上移动，而铰链排88、88a仅可使上底板9在与纸张平面平行的平面上移动，因此上底板9最后只能在上下方向移动。
Claims (5)
1.一种双稳态自动调节枕头，包括底板(16)、头枕体(7)，其特征在于：所述的双稳态自动调节枕头，由左支撑系统(1)、右支撑系统(4)、头枕系统(2)、颈枕系统(3)及压控系统(5)五部分组成，所述左支撑系统(1)设置在头枕系统(2)和颈枕系统(3)的左侧，右支撑系统(4)设置在头枕系统和颈枕系统的右侧，左、右支撑系统结构相同；所述的支撑系统由支撑板(17)、底板(16)、主支撑部分、副支撑部分、支撑杠杆(22)、恒力弹簧(36)和增力弹簧(33)组成，主支撑部分由铰接杆一(18)、铰接杆三(39)及上、下两个支座组成的第一铰链排(31)构成，或者由第一铰链排(31)和第三铰链排(31a)组成的双铰链排构成，或者由摇杆机构构成；主支撑部分采用第一铰链排(31)方案时，铰接杆一(18)的一端与铰接杆三(39)的一端通过轴销(48)铰接，铰接杆一的另一端与支撑板(17)上的支座一(20)通过轴销(48a)铰接，铰接杆三的另一端与底板(16)上的支座三(38)铰接；主支撑部分采用双铰链排方案时，双铰链排中的第三铰链排(31a)由铰接杆五(18a)和铰接杆六(39a)组成，第一铰链排与第三铰链排在支撑板(17)和底板(16)之间并列设置，并列的两铰链排中铰接杆一(18)与铰接杆五(18a)平行，铰接杆三(39)与铰接杆六(39a)平行，在第一铰链排中部的铰接处与第三铰链排中部的铰接处用连杆二(37a)联结；主支撑部分采用摇杆机构方案时，摇杆机构方案一是在摇杆(52)的上端设有滚轮(53)，滚轮能在支撑板(17)的下底面上滚动，摇杆的下端与底板(16)铰接，或者在摇杆的上端与支撑板(17)铰接，摇杆的下端设有滚轮(53)，滚轮能在底板(16)上滚动；摇杆机构方案二是在摇杆(52)的上端设有滚轮，该滚轮能在支撑板(17)的下底面上滚动，摇杆的下端与副支撑部分联结，连杆(37)设置在摇杆的左侧，连杆的一端与摇杆的中部铰接，连杆的另一端与底板(16)铰接；副支撑部分由铰接杆二(24)和铰接杆四(25)及上、下两个支座组成的第二铰链排(62)构成，铰接杆二(24)的长度是铰接杆四(25)长度的一倍，铰接杆二长度方向的中点与铰接杆四的上端通过轴销二(48b)铰接，铰接杆二(24)的上端与支撑板(17)上的支座二(27)铰接，铰接杆四(25)的下端与底板(16)上的支座四(32)铰接；主支撑与副支撑部分之间的联结方式是：主支撑部分采用第一铰链排(31)方案时，连杆(37)左端与第一铰链排(31)中部的轴销(48)铰接；主支撑部分采用双铰链排方案时，连杆(37)左端与双铰链排中第三铰链排(31a)中部的铰接处铰接，连杆(37)的右端与铰接杆二(24)的下端通过轴销三(48c)铰接，轴销三(48c)上设有导向滚轮(23)以及弹簧拉钩(34)，连杆(37)的右端或者与双滑块机构中的滑块二(49a)铰接，或者与铰接杆二(24)上的中部铰接孔到下端点之间的E点处铰接，所述双滑块机构由滑块二(49a)、滑块连杆(50)和滑块(49)构成，双滑块机构中的滑块(49)与副支撑部分铰接杆二(24)的下端铰接；主支撑部分采用摇杆机构方案一时，连杆(37)的左端与摇杆长度方向中部铰接，连杆(37)的右端与铰接杆二(24)下端的导向滚轮(23)或滑块(49)铰接，连杆(37)的右端或者与双滑块机构中的滑块二(49a)铰接；主支撑部分采用摇杆机构方案二时，摇杆(52)的下端直接与副支撑部分铰接杆二(24)下端的滑块(49)或导向滚轮(23)铰接，或者在主支撑与副支撑部分之间使用滑块连杆(50)联接，滑块连杆的左端与摇杆的下端铰接，摇杆下端的铰接处设有滚轮二(53a)，滑块连杆(50)的右端与铰接杆二(24)下端滑块(49)铰接，滚轮二(53a)与滑块连杆(50)和滑块(49)能在底板(16)上左右同步移动；在支撑板(17)处于最高位置状态时，第一铰链排的铰接杆一(18)、铰接杆三(39)或摇杆(52)与垂直方向的夹角为5-20°，第二铰链排的铰接杆二(24)、铰接杆四(25)与垂直方向的夹角为30-70°；所述的支撑杠杆(22)的支点、支撑杠杆轴(28)的轴心位置，位于底板(16)前端的上方、支撑板(17)处于最低位置时支撑板的下侧，支撑杠杆阻力臂的端部(22a)撬在第一铰链排(31)的上端，在支撑系统底板的后端设有弹簧调整机构，该弹簧调整机构与支撑杠杆动力臂(22b)的端部之间连有恒力弹簧(36)，所述增力弹簧(33)的一端勾住底板前端的弹簧拉座(30)，另一端勾住铰接杆二下端铰接轴销三(48c)上的弹簧拉钩(34)；所述压控系统(5)，由差动器(5a)和触压器(5d)两大部分组成，所述的差动器(5a)设有左差动器(5b)、右差动器(5c)和托杆压板(15a)三部分，托杆压板(15a)与颈枕系统中的颈枕托杆(15)固定在一起，所述左、右差动器以枕体横向中心线(PY)为中心左右结构对称，所述触压器(5d)由压垫部分和压控杠杆机构构成，压垫部分的左压板(11)的上端部，压在左压控杠杆(10)中部的左压板挡块(82)上，压垫部分的右压板(11a)的上端部，压在右压控杠杆(10a)中部的右压板挡块(82a)上。
2.按权利要求1所述的双稳态自动调节枕头，其特征是：所述支撑系统在俯视方向，具有双杠杆结构和单杠杆结构两种方案，双杠杆结构的支撑系统，设有与底板(16)纵向中心线(PX)对称分布的两个支撑杠杆(22、22c)和两根恒力弹簧(36、36a)；单杠杆结构的支撑系统设有一个支撑杠杆(22d)和一根恒力弹簧(36b)。
3.按权利要求1所述的双稳态自动调节枕头，其特征是：所述颈枕系统(3)设有颈枕板(8)、颈枕体(7a)、颈枕托杆(15)及颈枕托杆导向机构，颈枕托杆导向机构由导向摇杆一(56)、导向摇杆二(54)及底板(16)构成，导向摇杆一(56)的下端与底板(16)铰接，上端设有滑销(57)，滑销可在颈枕托杆(15)上的滑销槽(58)内滑动，导向摇杆二(54)的上端与颈枕托杆(15)铰接，下端设有滑销，下端滑销可在设在底板(16)上的滑销座(59)上的滑销槽内滑动，两导向摇杆长度方向的中部用铰接销(55)铰接，组成X型导向机构。
4.按权利要求1或3所述的双稳态自动调节枕头，其特征是：所述的头枕系统(2)具有一个矩形头枕托架(6)，头枕托架内放置头枕体(7)，在头枕托架(6)的纵向和横向，均设有至少一组X型导向机构。
5.按权利要求1所述的双稳态自动调节枕头，其特征是：所述差动器由底板(16)、上底板(9)、压簧(69)、拉钩(61)、拉钩压杆机构、锁块压绳机构以及锁块拉簧(80)组成；所述拉钩压杆机构由拉钩滑柱(63)、拉钩滑套(64)、压杆一(74)、压杆二(71)、压杆滑轮(72)和滑轮座(73)构成，拉钩压杆机构的下端为底板(16)，在上底板(9)上设有拉钩滑柱左支座(77)和右支座(77a)，拉钩滑柱(63)固定在左右支座上，拉钩滑柱上设有可在上定向直线滑动的拉钩滑套(64)，压杆一(74)一端与拉钩滑套前轴销(64a)铰接，另一端与压杆二(71)的一端铰接，压杆一与压杆二的公共铰接轴上设有压杆滑轮(72)，压杆滑轮可在设在底板(16)上的滑轮座(73)内水平滑动，压杆二(71)的另一端与上底板(9)上的压杆座(65)铰接，锁块(66)的左侧设有锁块拉簧(80)，锁块拉簧一端勾住上底板上的固定座(9c)，另一端勾住锁块(66)，拉钩(61)的一端设有圆孔，该圆孔套在拉钩滑套前轴销(64a)上，拉钩(61)的另一端弯钩部分勾住锁块滑套前轴销(79a)；所述锁块压绳机构由锁块(66)、锁块滚轮(81)、压绳(67)、锁块滑套(79)、锁块滑柱(68)构成，在上底板(9)上设有锁块滑柱左支座(78)和右支座(78a)，锁块滑柱(68)两端分别固定在左右支座上，锁块滑柱(68)上设有可在上作定向直线滑动的锁块滑套(79)，锁块滑套(79)上设有前轴销(79a)和后轴销(79b)，锁块滑套后轴销(79b)上设有锁块滚轮(81)和锁块(66)，锁块滚轮能在后轴销上转动，锁块与后轴销通过销钉(66b)固定，压绳紧贴托杆压板的上表面，从右锁块(66a)开始，依次通过右托杆压板(15b)、左托杆压板(15a)及压绳滚轮(70)，延伸至左差动器(5b)中的锁块(66)，压绳(67)的端部通过销钉与锁块固定；所述触压器(5d)的压垫部分由独立的压垫底板(13)、左压板(11)、右压板(11a)、垫块(85)以及压垫体(7b)构成，左、右压板分别与压垫底板铰接，左压板设在枕体横向中心线(PY)的左侧，右压板设在中心线(PY)的右侧，左、右压板以中心线(PY)为中心对称分布，两压板之间的距离(S)可以调整；所述触压器(5d)的压控杠杆机构由两个相互交叉，并与中心线(PY)对称设置的左压控杠杆(10)和右压控杠杆(10a)构成，压控杠杆的下端与压垫底板(13)铰接，压控杠杆的中部，设有压板挡块，压控杠杆的上端部设有杠杆压块，杠杆压块的伸出部分压在差动器的上底板上。
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