CN108703582A - 寝具和调整寝具的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能准确判断人体睡姿据此并调节表面形态的寝具，包括枕头和/或床垫。本发明的寝具包括至少一个能够独立调节高度的调节单元。多个调节单元相邻排列，呈阵列分布。包括人体测量模块，能够测量人体的三维表面形态，能够根据点云和/或人体三维模型确定头部、颈部、躯干、四肢的空间位置和/或姿态。包括睡姿判断模块，睡姿判断模块能够根据头部、躯干、颈部、四肢的三维空间位置和/或姿态判断人体的睡姿。包括形态控制模块，形态控制模块能够根据睡姿和/或脊柱、髋骨、四肢的形态控制调节单元调整寝具表面的形态，以使人获得舒适睡姿。本发明同时公开了调节上述寝具表面形态的方法。

Description

寝具和调整寝具的方法

技术领域

本发明涉及一种寝具和调整寝具高度\表面形态的方法，尤其是涉及枕头或床。

背景技术

枕头和床是人们睡觉的必备寝具。人在不同睡姿时头与床之间的距离不同，且脊柱存在弯曲，所以能够根据不同睡姿调整高度的枕头和调整床面形态的床垫能够提高睡眠时人的舒适度。专利申请201310717094.X公开了一种“由气囊作为枕体，利用压力传感器检测头部作用于气囊上的压力并与预存值比较，依据比较结果对气囊充放气调节枕头高度”的方案。专利申请201110057436.0公开了一种“利用红外线光电传感器检测躺卧时人体高出床面的高度以判断睡姿进而控制枕头高度”的方案。专利201610871087.9公开了一种“利用布置在头部周围的多个声音采集器采集到的声音信号来检测用户的头部朝向”方案。专利201210212803.4公开了一种“基于远红外人脸识别技术的睡姿判断”方案。专利申请201510990242.4公开了一种睡姿控制方法和装置，通过各传感器对用户身体的感知信息，并根据各感知信息生成用户在床垫上的覆盖轮廓图，并据此确定用户的睡姿及调整床垫倾斜度。专利申请201610798088.5公开了一种床垫，包括多个固定组件及多个调节杆，固定组件上设有运动组件及传感器，通过改变调节杆的长度改变床面的形态。

这些现有技术存在着判断人体卧姿不准的情况，例如仰卧侧头和俯卧侧头时对枕头高度、床面形态的要求不同，但现有技术无法区分这两种睡姿。

发明内容

本发明提供了一种能准确判断人体睡姿据此并调节表面形态的寝具，包括枕头和/或床垫。

本发明的寝具包括至少一个能够独立调节高度的调节单元。多个调节单元相邻排列，呈阵列分布。调节单元顶部布置有面片。寝具表面包括至少一个面片。面片上能够布置有加热/制冷模块，能够改变面片的温度。优选的制冷模块是半导体制冷模块。面片和/或调节单元布置有震动和/或其它形式按摩模块以对人体实施按摩。

本发明的寝具包括至少一人体测量模块，能够测量头部、颈部、躯干、四肢和/或覆盖在人体上的被子的三维表面形态，获得三维点云。能够根据点云建立人体三维模型。能够根据点云和/或人体三维模型确定头部、颈部、躯干、四肢的空间位置和/或姿态。

本发明的寝具包括至少一睡姿判断模块，睡姿判断模块能够根据头部、躯干、颈部、四肢的三维空间位置和/或姿态判断人体的睡姿。能够计算出人体颈椎、胸椎、腰椎、髋骨、四肢的形态。

本发明的寝具包括至少一形态控制模块，形态控制模块能够根据睡姿和/或脊柱、髋骨、四肢的形态控制调节单元调整寝具表面的形态，以使人获得舒适睡姿。

形态控制模块能够控制调节单元阵列按照预设的运动规律运动。运动规律包括各调节单元升降的高度、速度、时间、位置信息。调节单元阵列能够按照波浪形态起伏。与人体接触的和与人体相邻的调节单元能够依次升降以辅助人体翻身。选定的调节单元能够周期性升降和/或相邻调节单元周期性交错升降以对人体实施按压/按摩。

人体测量模块能够通过对人体形态的连续测量而检测睡姿是否改变。人体正在改变睡姿时，形态控制模块能够控制在人体翻身方向上的将要与人体接触的调节单元下降，以减少人翻身时的阻力。例如当人从仰卧状态向左侧翻身时，身体左侧的将要与身体接触的调节单元下降，以形成一个低洼区域，方便人翻身。当人完成睡姿改变后，与人体接触的调节单元在形态控制模块的控制下调整人体姿态至最舒服状态。当人体保持不动时，形态控制模块能够控制各调节单元升高，以使不与人体接触的调节单元处于最长状态，与人体接触的调节单元也处于保持人体处于最舒适状态时的最长状态，以利于翻身时调节单元下降协助翻身。

本发明的寝具能够包括至少一初始化步骤。初始化时，各调节单元保持等高并维持不变。人体分别以仰卧、侧卧、俯卧等几种姿态躺在寝具上，人体测量模块分别测量不同姿势时的人体，获得不同姿势时人体表面的点云，建立不同姿势时的多个人体三维模型。初始化时，能够测量人站立时人体的表面点云，并建立人体在站立时的三维模型。人体测量模块能够根据人体三维模型计算出人体不同部位的特征尺寸，包括体积、长度、周长，例如肩宽、腰围、臂长、腿长等。

当寝具工作时，形态控制模块能够根据人体的特征尺寸计算出在当前睡姿下要达到人体最舒适状态时寝具应具有的表面形态，计算出与人体各部位接触的各调节单元应具有的高度，并与各调节单元的实时高度比较，确定各调节单元应调整的方向和长度。这样能够增加各调节单元调节的准确性和速度。

寝具工作时，能够比较初始化获得的人体数据与实时测得的人体数据，包括比较各部位的体积和围长，预测出最佳睡姿时寝具应具有的表面形态，并据此改变调节单元的高度。

寝具工作时，形态控制模块能够控制调节单元使人体躯干/脊柱/头部/颈部保持与站立时最接近的形态，尤其是保持脊柱的形态最接近人体站立时的形态。

人体测量模块能够以三维激光扫描方式和/或TOF方式和/或双面立体视觉方式和/或结构光方式和/或超声波测量方式和/或其它公知方式测量人体表面形态和/或位置和/或姿态，以获得人体三维数据，以建立人体三维模型。

本发明的寝具克服了现有技术无法区分侧头仰卧和侧头俯卧睡姿的问题，能够准确地判断人体姿态并调整寝具表面形态，使人体总是处于舒适的状态中。

附图说明

图1是本发明寝具的调节单元结构图；

图2是本发明寝具的调节单元分布图；

图3是本发明寝具的原理示意图；

图4是本发明一个实施例的原理图；

图5是本发明另一个实施例的原理图；

图6是人体仰卧侧头睡姿的侧视图；

图7是仰卧侧头睡姿的顶视图；

图8是俯卧侧头睡姿的侧视图；

图9是俯卧侧头睡姿的顶视图；

图10是调整寝具方法的流程图；

图11是调整寝具方法的流程图。

附图中相同的编号代表相同或相近的组成部分。

具体实施方式

图1中的调节单元呈圆柱形，包括底座311和伸缩杆312。底座能够安装在底板上。伸缩杆能够相对于底座伸缩，伸缩杆能够通过气压、液压、机械等多种方式调节高度。调节单元的结构和改变高度的方法是公知技术。伸缩杆顶端布置有面片313，面片为圆形或者多边形，半径小于5厘米，优选的半径为小于2厘米。面片与伸缩杆之间能够是固定连接，也能够是活动连接。优选的面片通过铰链314或弹簧连接于伸缩杆顶端，面片能够相对于伸缩杆摆动。优选的面片在没有受到外力时与伸缩杆垂直。调节单元的升降高度差至少大于5厘米，优选的升降高度差大于10厘米。调节单元中能够布置位移测量装置测量伸缩杆相对于底座的位移，进而得到调节单元的高度。调节单元也能够是多棱柱形。调节单元能够包括一个或多个面片，两个或多个调节单元能够共用同一个面片。

图2中，多个调节单元310竖直布置在底板320上，呈阵列排布。阵列能够是矩形排列，也能够是其它排列方式。寝具表面，如枕面或床面，包括多个调节单元伸缩杆面片。改变不同位置处的调节单元的高度，能够改变枕面/床面的高度和形态。相邻面片之间能够通过弹性元件连接，当相邻调节单元的高度不同时，相邻面片间互相牵拉而改变倾斜角度，以使枕面或床面曲面过渡平滑。寝具为枕头形态时，能够只包括一个调节单元，能够只包括一个面片。

图3中的寝具为床垫形态。寝具包括至少一人体测量模块10。人体测量模块包括至少一测量控制模块11和至少一测量执行模块。测量执行模块包括至少一摄像头13和至少一线型激光器12，以及必要的伺服机构和辅助电路。激光器12和摄像头13与测量控制模块11连接。测量执行模块布置在寝具上方或侧方。激光器发出的线形激光能够扫描人体，摄像头能够拍摄光斑图像。测量控制模块11和测量执行模块能够以三维激光扫描方式测量人体的各个部位，包括头部21、颈部23、躯干26、四肢。测量控制模块能够从图像中识别出光斑处的点云。测量执行模块在伺服机构的带动下扫描身体不同位置，测量控制模块根据不同位置的图像得到不同位置的人体表面点云，进而生成整个人体表面的点云，并能够根据点云的特征识别出人体不同部位和空间位置、姿态，包括头部、颈部、躯干、四肢。点云特征包括但不限于点云的范围、曲率、梯度、密度、空间形状。测量控制模块能够根据点云生成三维人体模型，能够根据三维人体模型识别出人体不同部位和空间位置、姿态。测量控制模块能够根据测量得到的点云生成头部立体模型、颈部立体模型和躯干立体模型。

测量控制模块能够根据头部点云和/或模型识别出面部、头侧面、头后部，能够根据这些部位和/或头部模型判断出头部的三维空间位置和姿态。识别的方式包括识别出鼻子、耳廓、眼睛、嘴唇等器官进而确定头部的位置和/或姿态。识别的方式包括识别出点云和/或模型的不同曲面的特征，包括但不限于大小、曲率、形状。识别的方式包括识别出点云中点分布的特征，包括但不限于点的梯度、密度、离散程度。因为皮肤和有头发的部位对线形激光反射的情况有差别，所以不同部位的点云在分布形态上也有差别。头发对激光有较多的吸收，有头发处点云稀疏、离散。根据点云特征能够判断出头发部位和皮肤。

测量控制模块能够根据躯干的点云和/或模型识别出躯干的三维形态和/或姿态和/或位置。测量控制模块能够识别出肩部的位置和姿态，并根据肩部确定躯干的姿态。当人体盖被子时，得到的是躯干部位的被子表面的点云。能够根据被子表面的点云形态判断出躯干是仰卧/俯卧还是侧卧。侧卧时被子表面的点云，尤其是肩部的点云的高度高、宽度窄，高度大于宽度；仰卧/俯卧时被子表面的点云，尤其是肩部的点云，宽度大于高度。高度是指点云最高点与床面的垂直距离。也能够根据点云建立人体/被子表面曲面模型或立体模型，根据曲面或立体模型的特征判断躯干的姿态。

测量控制模块能够根据颈部的点云和/或模型识别出颈部的三维形态和/或颈部的姿态，并确定颈椎的位置和姿态。测量控制模块能够根据四肢部位的点云和/或模型识别出四肢的三维形态和/或姿态和/或位置。

寝具包括至少一睡姿判断模块15。测量控制模块能够把人体三维形态、姿态、位置信息传递给睡姿判断模块。人的睡姿包括头正向仰卧、侧头仰卧、侧头侧卧、侧头俯卧、埋头俯卧。睡姿判断模块能够根据身体各部位的姿态判断出睡姿。当面部/头部向上时，身体仰卧，如图3、图4中人体姿势，为头正向仰卧睡姿。当头部偏向一侧时，可能是侧卧（如图5中人体姿势）、侧头仰卧（如图6、图7中人体姿势）、侧头俯卧（如图8、图9中人体姿势）睡姿，需要结合身体和/或颈部的形态综合判断睡姿。人体没有盖被子时，能够通过躯干、肩部的形态判断出躯干是侧卧、仰卧或俯卧。如果人体盖有厚被子，则只能判断出躯干是侧卧或者仰/俯卧两种姿态，而无法区分躯干是仰卧还是俯卧。需要进一步结合颈部的形态来判断躯干的姿态。当人的头部侧向身体左侧时，右侧颈部的胸锁乳突肌被拉伸，在颈部形成一个连接躯干锁骨部位和耳后部的隆起区域，因为头侧向左侧，该隆起区域被旋转至朝向躯干前面的位置。而同时，左侧颈部的胸锁乳突肌收缩，左侧颈部后部的头夹肌、颈夹肌收缩，颈部的后部没有隆起区域，而存在一个从头的后枕部向左颈根处的斜向的略凹陷区域，同时该处的皮肤也会形成从头的后枕部向左颈根处的斜向的大的褶皱。当人的头部侧向身体右侧时，左侧的胸锁乳突肌被拉伸，也会在颈部朝前的位置形成隆起区域，而颈后部形成斜向的略凹陷区域和皮肤褶皱。在无法判断躯干是仰卧或俯卧时，睡姿判断模块能够通过颈部的形态判断躯干的朝向。当检测到头部偏向一侧且躯干不是侧卧时，如果检测到颈部有连接躯干和耳后部的隆起区域时，则躯干前胸向上，为侧头仰卧睡姿；如果未检测到颈部有隆起区域和/或检测到大的斜向皮肤褶皱和/或颈部略凹陷，则躯干背部向上，为侧头俯卧睡姿。

形态控制模块17能够接收测量控制模块和睡姿判断模块传递的身体模型、位置、姿态和睡姿信息，能够根据人体各部位在寝具表面的投影，确定人体各部位与各调节单元之间的空间对应关系，即身体的某个具体部位由哪些调节单元支撑，以及各调节单元的高度。形态控制模块能够根据该对应关系，控制各调节单元改变高度，以调整身体各部位的位置和姿态，使人体达到最佳姿态。

当寝具为枕头形态时，即作枕头使用时，形态控制模块能够控制组成枕面的各个调节单元改变高度，以改变枕面的高度和/或枕面的空间形态、倾斜角度，以调整头部的姿态，达到最舒适姿态或预设姿态，或使颈椎位于最合适的姿态。优选的调整枕面至颈椎最符合人体颈椎自然曲率位置。当身体侧卧时，调整颈椎至处于人体纵向中心对称面上，即从人体正后方望向人体时，颈椎与人体中心线重合。

当寝具为床垫形态时，即作床使用时，形态控制模块能够控制与人体接触的各个调节单元改变高度，使床面的曲面形态、凸凹状态改变，以调整头部、颈部、躯干、四肢的空间位置和姿态，达到舒适姿态或预设姿态，或使人体的脊柱处于最合适的姿态。当身体仰卧或俯卧，优选的调整身体各个部位使脊柱处于最符合人体脊柱自然弯曲位置。当身体侧卧，优选的调整脊柱至处于人体纵向中心对称面上，即从人体正后方望向人体时，脊柱与人体中心线重合。

寝具的调节单元阵列能够分成一个或多个区域，各区域能够独立工作。优选的在床垫上划分出枕头区域。优选的在双人床上划分出两个单人区域并分别控制。

使用时，人体测量模块持续检测人体形态变化，睡姿判断模块持续监测睡姿和/或人体姿态变化，当检测到人体姿势发生变化时，形态控制模块调整人体各部位位置和姿态，直至人体处于预设状态或最舒适状态。

图4中，寝具包括至少一智能终端设备5，至少一驱控模块17。智能终端设备包括智能手机、平板电脑。智能终端设备包括至少一寝具应用，寝具应用包括至少一测量控制模块、至少一睡姿判断模块、至少一形态控制模块。寝具包括至少一测量执行模块，测量执行模块能够在测量控制模块的控制下对人体实施三维测量。寝具的人体测量模块包括测量控制模块和测量执行模块。测量执行模块包括至少一驱控模块17、线形激光器12、智能终端设备的摄像头和/或外接摄像头13。激光器、外接摄像头和调节单元阵列30与驱控模块连接，驱控模块与智能终端设备连接。测量控制模块能够通过驱控模块控制激光器、智能终端设备的摄像头和/或外接摄像头对身体进行三维扫描测量，获得身体表面的点云，并能够生成三维人体模型。测量控制模块能够识别人体各部位，并确定头部、颈部、躯干、四肢的空间位置和姿态。测量控制模块能够把人体模型和各部位的位置、姿态信息传递给睡姿判断模块和形态控制模块。睡姿判断模块能够根据前述信息确定人体的睡姿，并把信息传递给形态控制模块。形态控制模块根据人体的位置、姿态确定人体各部位与调节单元的对应关系，确定人体位于舒适姿势时应具有的寝具表面高度和形态。形态控制模块通过驱控模块控制调节单元阵列。图4中寝具形态为枕头，形态控制模块能够通过调节枕面的高度改变头部姿态。

图5中，寝具的人体测量模块包括智能终端设备5。智能终端设备包括至少一深感摄像系统56。深感摄像系统也叫深度摄像系统，是公知技术。人体测量模块包括智能终端设备中的测量控制模块和深感摄像系统。测量控制模块能够控制深感摄像系统对人体进行三维测量，获得人体点云，生成人体模型。测量控制模块能够识别人体各部位的三维姿态。智能终端设备包括睡姿判断模块和形态控制模块，形态控制模块通过驱控模块17操纵调节单元。图5中寝具的形式为枕头。

图8中的寝具的人体测量模块包括至少一超声波探测模块14和伺服机构。超声波探测模块能够测量人体表面的高低起伏。伺服机构带动超声波探测模块扫描人体表面，得到不同位置处人体高低起伏变化。当超声波的波束非常窄时，能够得到清晰的人体表面三维形态。测量控制模块11能够控制超声波探测模块对人体进行三维测量，并根据测量结果建立三维人体模型，识别出人体各部位，并把各部位的三维空间姿态/位置传递给睡姿判断模块和形态控制模块。

图10中调整寝具的方法包括如下步骤：

a、对人体进行三维测量，获得测量数据；

b、建立人体三维模型；

c、根据步骤1和/或步骤2数据识别出人体各部位；

d、根据人体各部位的形态、位置判断出睡姿和/或身体三维姿态；

e、根据睡姿、身体姿态调整寝具。

其中步骤b能够省略。重复上述过程对寝具进行连续调整。

图11中调整寝具的方法包括如下步骤：

a、对人体实施三维测量，获得人体数据，可选的建立人体模型；

b、根据步骤1的数据识别出人体各部位；

c、如果人体面部朝上，则判定为仰卧；

d、如果面部朝下，则为俯卧；

e、如果面部朝向侧方，且躯干侧立，则为侧卧；

f、如果面部朝向侧方，躯干非侧立，且颈部有胸锁乳突肌隆起，则为侧头仰卧；否则为侧头俯卧；

g、根据步骤c、d、e、f获得的人体睡姿信息调整寝具表面形态。

重复上述过程对寝具进行连续调整。

Claims (9)

1.一种寝具，包括至少一能够调节高度的调节单元，所述调节单元能够改变寝具形态，其特征在于：

包括至少一人体测量模块，所述人体测量模块能够测量人体和/或覆盖在人体上的被子的三维表面形态，能够生成人体模型，能够识别出人体各部位，能够判断出人体各部位的空间位置和/或姿态；

包括至少一睡姿判断模块，所述睡姿判断模块能够根据人体各部位的空间位置和/或姿态确定睡姿；

包括至少一形态控制模块，所述形态控制模块能够根据睡姿和/或人体各部位的空间位置和/或姿态和/或形态控制调节单元调整寝具表面的形态。

2.如权利要求1所述的寝具，其特征是：

所述人体测量模块能够测量颈部的三维形态，能够从颈部三维形态中识别出胸锁乳突肌被拉伸时的隆起区域；

所述睡姿判断模块能够根据头部姿态和身体姿态和颈部的形态确定睡姿。

3.一种寝具，包括至少一能够调节高度的调节单元，所述调节单元能够改变寝具形态，其特征在于：

包括至少一智能终端设备，所述智能终端设备包括至少一测量控制模块、至少一睡姿判断模块、至少一形态控制模块；

包括至少一测量执行模块，所述测量执行模块能够在测量控制模块的控制下对人体实施三维测量；

所述测量控制模块能够根据测量得到的人体三维测量数据生成人体模型，能够识别出人体各部位，能够判断出人体各部位的空间位置和/或姿态；

所述睡姿判断模块能够根据人体各部位的空间位置和/或姿态确定睡姿；

所述形态控制模块能够控制调节单元以改变寝具的形态。

4.一种寝具，包括至少一能够调节高度的调节单元，所述调节单元能够改变寝具形态，其特征在于：

包括至少一智能终端设备，所述智能终端设备包括至少一深感摄像系统、至少一测量控制模块、至少一睡姿判断模块、至少一形态控制模块；

所述测量控制模块能够控制所述深感摄像系统对人体实施三维测量；

所述测量控制模块能够根据测量得到的人体三维测量数据生成人体模型，能够识别出人体各部位，能够判断出人体各部位的空间位置和/或姿态；

所述睡姿判断模块能够根据人体各部位的空间位置和/或姿态确定睡姿；

所述形态控制模块能够控制调节单元以改变寝具的形态。

5.如权利要求1、3、4所述的寝具，其特征是：形态控制模块能够控制调节单元阵列按照预设的运动规律运动。

6.如权利要求1、3、4所述的寝具，调节单元顶部布置有面片，其特征是：所述面片上布置有加热/制冷模块。

7.如权利要求1、3、4所述的寝具，调节单元顶部布置有面片，其特征是：所述面片和/或调节单元布置有按摩模块。

8.如权利要求1至7所述的寝具的调节形态的方法，其特征是包括如下步骤：

a、对人体进行三维测量，获得测量数据；

b、建立人体三维模型；

c、根据步骤1和/或步骤2数据识别出人体各部位；

d、根据人体各部位的形态、位置判断出睡姿和/或身体三维姿态；

e、根据睡姿、身体姿态调整寝具；

其中步骤b能够省略；重复上述过程对寝具进行连续调整。

9.如权利要求1至7所述的寝具的调节形态的方法，其特征是包括如下步骤：

a、对人体实施三维测量，获得人体数据，可选的建立人体模型；

b、根据步骤1的数据识别出人体各部位；

c、如果人体面部朝上，则判定为仰卧；

d、如果面部朝下，则为俯卧；

e、如果面部朝向侧方，且躯干侧立，则为侧卧；

f、如果面部朝向侧方，躯干非侧立，且颈部有胸锁乳突肌隆起，则为侧头仰卧，否则为侧头俯卧；

g、根据步骤c、d、e、f获得的人体睡姿信息调整寝具表面形态；

重复上述过程对寝具进行连续调整。