CN116593192A - 一种枕头缓压分级定量化数据测试设备、测试方法、以及评价方法 - Google Patents
一种枕头缓压分级定量化数据测试设备、测试方法、以及评价方法 Download PDFInfo
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Abstract
本申请公开了枕头缓压分级定量化数据测试设备，包括测试平台、所述测试平台上设置有体压感应垫；移动支架、所述移动支架安装于测试平台上并可以在第一水平方向相对测试平台移动；人体模型定位装置，竖直地安装于所述移动支架，所述人体模型定位装置被配置为在与所述第一水平方向正交的第二水平方向相对所述测试平台可运动；人体模型定位装置包括竖直定位单元；至少一个仿真人体模型，其中，每个仿真人体模型上具有至少一个与所述竖直定位单元匹配的连接部以与所述人体模型定位装置的所述竖直定位单元可接合。本申请还公开了枕头缓压分级定量化数据测试方法和评价方法。
Description
技术领域
本申请涉及枕头缓压测试技术领域，尤其涉及一种枕头缓压分级定量化测试辅助设备、测试方法以及评价方法。
背景技术
睡眠是影响人健康的三大要素之一，而寝具是影响睡眠的重要环境因素。枕头作为寝具的主要组成部分之一，对健康睡眠有着直接且关键的影响。人体头部缺乏皮下软组织，且头皮血管连通颅内，若在夜间长时间受压过大，可能引起头部发麻或疼痛，使人在睡梦中频繁翻身，影响睡眠质量。人体颈部包覆着脊柱距离大脑最近的7节颈椎，若人体颈部受压过大，不但会压迫颈部神经与皮下血管，引起痛疼，影响睡眠舒适性，还会破坏颈椎正常的生理弯曲角度，使肩颈部肌肉长时间处于紧张状态导致“落枕”，并且压迫中枢神经和椎动脉，导致颈部酸痛、头部缺氧、头痛、头晕、耳鸣及失眠等脑神经衰弱的病症，并容易发生骨质增生。因此，枕头的缓压效果对人的睡眠舒适和身体健康都至关重要。
由于人体的颅颈肩部有着复杂的轮廓曲线和关节结构，一款设计良好的枕头不仅应根据人体头部、颈部、肩部的重量提供有效的缓压，让人－枕界面压力合理分布，还应贴合人体曲线，让颈椎以自然角度弯曲。因此，枕头的缓压效果反映着人体和枕头之间复杂的生物力学关系，不仅受到枕头外形结构和硬度分布的影响，还受到人体特征参量和睡姿的影响。体压分布测试是一种借助受试者获取人－枕界面压力的测试方法。但这种方法受个体差异的影响较大，无法在不同的时间、地点取得标准化的、具有可比性和可重复性的测试结果，且需耗费大量的时间和人力成本。然而，随着枕头的网络销售额不断增加，枕头的缓压评价不能再停留于主观定性的描述，必须要通过标准的定量化测试进行评价和分级。一方面可以帮助消费者选购适合自己的产品，另一方面也可以指导企业进行定制化设计和定量化生产。
发明内容
本申请所要解决的技术问题之一是提供一种能够为枕头的人性化设计和定制化生产提供科学依据的枕头缓压分级定量化测试设备。
为此，本申请提供了一种能够为枕头的人性化设计和定制化生产提供科学依据的统一的、标准化的枕头缓压分级定量化数据测试设备。该枕头缓压分级定量化数据测试设备主要包括测试平台、所述测试平台上设置有体压感应垫；移动支架、所述移动支架安装于测试平台上并可以在第一水平方向相对测试平台移动；人体模型定位装置，竖直地安装于所述移动支架，所述人体模型定位装置被配置为在与所述第一水平方向正交的第二水平方向相对所述测试平台可运动；人体模型定位装置包括竖直定位单元；至少一个仿真人体模型，其中，每个仿真人体模型上具有至少一个与所述竖直定位单元匹配的连接部以与所述人体模型定位装置的所述竖直定位单元可接合；
在一些实施例中，所述竖直定位单元包括升降杆，连接于升降杆的一端的关节铰链，以及连接于关节铰链的另一端的连接杆。其中连接杆包括上螺纹连接杆，其一端与关节铰链连接，另一端与下螺纹连接杆的上半部分通过螺旋套筒配合在一起。下螺纹连接杆的下半部分为具有螺纹，用于连接仿真人体模型。
在一些实施例中，所述仿真人体模型由仿真人体硅胶包覆关节可动的内部骨骼支架组成。
在一些实施例中，所述测试平台上有刚性平台并内含多个透气孔用作主要实验平台；平台底部有底部支架和底部滚轮，用于支撑和调整测试平台；平台上有滑动轨道，用于与移动支架相结合，为移动支架前后移动导向。
在一些实施例中，所述移动支架通过立柱安装在测试平台上的滑动轨道上，并可以前后移动；支架上方横有支架横梁，并含有空槽，用于与人体模型定位装置结合，通过横梁移动装置使其可以左右移动。
在一些实施例中，还包括主机，所述主机与所述体压感应垫通信连接用于采集所述压力分布数据。
在一些实施例中，所述仿真人体模型通过线路连接伺服电机、主机、显示器和信号转换器上。
除了可以采用上述枕头缓压分级定量化测试设备以获取压力分布参数等物理参数外，本申请所要解决的另一个技术问题是提供一种能够为枕头的人性化设计和定制化生产提供科学依据的枕头缓压分级定量化数据测试方法，该方法可以应用也可以不应用上述枕头缓压分级定量化测试设备。
为此，本申请的一些实施例提供了一种能够为枕头的人性化设计和定制化生产提供科学依据的统一的、标准化的枕头缓压分级定量化数据测试方法。
该方法包括将体压感应垫平铺于试样枕头表面，使其覆盖枕头的睡眠区域，确保能够采集到人体模型颅颈肩部的压力分布；将移动支架移动到体压感应垫上，驱动人体模型定位装置使得与其连接在一起的仿真人体模型的头颈部完全落在枕头内，并平稳放置在体压感应垫的测试区域内；将人体模型调整至仰卧位标准卧姿或侧卧位标准卧姿中的一种，将处于任意一种标准卧姿的人体模型在枕头和体压感应垫上静置待压力分布相对稳定后以预设的采样率记录一端时间的压力数据的步骤。
在一些实施例中，还包括在测试前将枕头静置在室温23±2℃，相对湿度50±5％的环境中24小时以适应环境。
在一些实施例中，所述体压感应垫的纵向中轴线与枕头的纵向中轴线重合；使得移动支架移动到体压感应垫的纵向中轴线上方。
在一些实施例中，在仰卧位标准卧姿时，人体模型仰面朝上，双肩自然平放；在所述侧卧位的标准卧姿时，人体模型面朝一侧，躯干呈90°垂直于枕面，颈椎C7前屈20°，胸椎T3前屈15°，使躯干略微向前弯曲，双肩受自身重力自然内收。
在一些实施例中，所述记录时间为3分钟，采样率为8f·s－1。
在一些实施例中，所述压力分布是否稳定可以通过并观察显示器上的压力图像和压力值变化确定，或者通过经验静置一段时间而确定。
在一些实施例中，分别利用男性、女性的两种人体模型重复测试步骤，完成人－枕界面压力分布数据的测试采集。
通过以上枕头缓压分级定量化测试设备或者枕头缓压分级定量化测试方法获得的压力分布数据可以被用于对枕头缓压分级进行定量化评价。为此，本申请所要解决的另一个技术问题是提供一种能够为枕头的人性化设计和定制化生产提供科学依据的枕头缓压分级定量化评价方法，该方法可以应用也可以不应用上述枕头缓压分级定量化测试设备或者枕头缓压分级定量化测试方法获得的压力分布数据。
为此，本申请的一些实施例提供了一种能够为枕头的人性化设计和定制化生产提供科学依据的统一的、标准化的枕头缓压分级定量化评价方法。
该方法包括计算人体模型在仰卧和侧卧两种姿态下，人－枕界面整体区域和头部、面部、肩部局部区域的最大压力、平均压力、压力指数、4个不同压力阈限范围内的百分比接触面积、波宽指数和半波宽指数等六十项压力指标；计算人体模型在仰卧和侧卧两种状态下人－枕界面压力综合指标值和，人－枕界面压力综合指标值越高，枕头对于该类人群的缓压效果越好；利用人－枕界面压力综合指标值分别计算枕头对男性和女性的缓压等级，进而计算枕头的平均缓压等级。
本申请的有益效果至少在于：
(1)本申请的一些实施例所提供的枕头缓压分级定量化测试设备、方法以及评价方法克服了上述局限性，通过人－枕界面压力分布的量化指标值对枕头的缓压效果进行分级，能够直接评价枕头对不同人群所起的缓压效果好坏，为企业的设计生产和消费者选购提供科学直观的依据。
(2)本申请的一些实施例用标准化的仿真人体模型代替真人受试者，可以消除上述因素导致的实验误差，大大减轻实验工作量，减少人力、物力和时间成本。
(3)本申请的一些实施例所提供的枕头缓压分级定量化测试设备、方法以及评价方法解决了上述问题。
(4)本申请的一些实施例提出了一系列体压分布指标的定义和计算公式，为压力分布图像的分析和运用提供了可参照的方法步骤，使专业化数据转化为设计师和消费者理解的量化等级。
(5)本申请的一些实施例提供的枕头缓压分级定量化测试设备、方法以及评价方法，正好能够解决这一问题。本申请的一些实施例所提供的枕头缓压分级定量化测试设备、方法以及评价方法，可以为智能枕头的智能调节和智能监测提供科学理论依据和数据支撑。
附图说明
图1是本申请的实施例中枕头缓压分级定量化测试设备在测试仰卧姿人－枕界面压力分布时的示意图；
图2是本申请的实施例中枕头缓压分级定量化测试设备在测试侧卧姿人－枕界面压力分布时的示意图；
图3是本申请的实施例中仿真人体模型仰卧姿安装的示意图；
图4是本申请的实施例中仿真人体模型侧卧姿安装的示意图；
图5是本申请的实施例中仿真人体模型连接装置结构示意图；
图6是本申请的实施例中仿真人体模型连接装置的立体图；
图7是本申请的实施例中仿真人体模型连接装置的剖视图；
图8是本申请的实施例中仿真人体模型连接装置安装步骤的示意图；
图9是本申请的实施例中测试平台底部外观的示意图；
图10是本申请的实施例中仿真人体模型外观的示意图；
图11是本申请的实施例中仿真人体模型的立体图；
图12是本申请的实施例中仿真人体模型骨骼支架结构的示意图；
图13是本申请的实施例中仰卧睡姿的体压分布测试区域示意图；
图14是本申请的实施例中侧卧睡姿的体压分布测试区域示意图；
图中标号：
1测试平台、11刚性台面、111透气孔、12底部支架、13底部滚轮、14滑动轨道、2移动支架、21立柱、22支架横梁、221空槽、3仿真人体模型、31接口、32活动关节、33骨骼支架、321颈椎C1、322颈椎C7、323胸椎T3、324双肩关节、324腰椎L1、4人体模型定位装置、41横梁移动装置、42升降杆、43关节铰链、44连接杆、441连接杆上螺纹、442连接杆下螺纹、443螺旋套筒、45模型安装螺纹、5伺服电机、6主机、7显示器、8信号转换器，9压力垫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方法对本申请的实施例做进一步说明：
本申请枕头缓压分级定量化测试设备、方法及评价方法包括人－枕界面压力分布测试辅助设备、仿真人体模型或简称人体模型、枕头缓压测试方法、枕头缓压分级定量化评价方法。
一种枕头缓压分级定量化测试设备，主要包括测试平台(1)、移动支架(2)、仿真人体模型(3)、人体模型定位装置(4)、伺服电机(5)、主机(6)、显示器(7)、信号转换器(8)、压力垫(9)。所述移动支架(2)安装于测试平台(1)上并可以前后移动。所述移动支架(2)上安装有竖直朝下的人体模型定位装置(4)，用于连接仿真人体模型(3)并固定其位置和姿态。所述仿真人体模型(3)由仿真人体硅胶包覆关节可动的内部骨骼支架组成，并通过线路连接伺服电机(5)和主机(6)。
所述测试平台(1)上有刚性平台(11)并内含多个透气孔(111)用作主要实验平台；平台底部有底部支架(12)和底部滚轮(13)，用于支撑和调整测试平台(1)；平台上有滑动轨道(14)，用于与移动支架(2)相结合，为移动支架(2)前后移动导向。
所述移动支架(2)通过立柱(21)安装在测试平台(1)上的滑动轨道(14)上，并可以前后移动；支架上方横有支架横梁(23)，并含有空槽(221)，用于与人体模型定位装置(4)结合，通过横梁移动装置(41)使其可以左右移动。
所述人体模型定位装置(4)包括两个竖直定位单元，每个竖直定位单元的结构如图可以包括升降杆42，连接于升降杆42的一端的关节铰链43，以及连接于关节铰链43的另一端的连接杆44。其中连接杆44包括上螺纹连接杆441，其一端与关节铰链43连接，另一端与下螺纹连接杆442的上半部分通过螺旋套筒443配合在一起。下螺纹连接杆442的下半部分为具有螺纹，用于连接仿真人体模型。
安装过程中，将所述下螺纹连接杆(442)的下半部分螺旋接入仿真人体模型(3)的胸部和侧肋的接口(31)。使得人体模型定位装置(4)的升降杆(42)下降并调整关节铰链(43)，使上螺纹连接杆(441)与下螺纹连接杆(442)对齐。然后，旋转螺旋套筒(443)使上螺纹连接杆(441)与下螺纹连接杆(442)接合，安装完毕。
所述人体模型(3)由测试平台(1)承托并由人体模型定位装置(4)实现定位与姿势调整。测试时人体模型(3)由人体模型定位装置(4)调整定位至压力垫(9)表面一定高度处，并使人体模型(3)缓慢落至压力垫(9)测试位置上。
所述仿真人体模型(3)由仿真人体硅胶包覆关节可动的内部骨骼支架组成。参照《GB/T2428－1998成年人头面部尺寸》中的男性和女性第50百分位面部尺寸数据和《GB/T10000－1988中国成年人人体尺寸》中15－60岁男性和15－55岁女性的第50百分位人体尺寸数据，将人体模型的外形尺寸分为男性和女性两种，如下表所示：
所述仿真人体模型(3)具有6个可活动关节，分别对应人体的颈椎C1(321)、颈椎C7(322)、胸椎T3(323)、双肩关节(324)、腰椎L1(325)。如下表所示，根据真实人体的活动特征，赋予仿真人体模型各关节活动自由度：
仿真人体模型包括人体头颈部和上躯干两部分，其质量分布参照《GB/T 17245－2004成年人人体惯性参数》中的实际人体质量分布比例，如下表所示：
参照上表和《GB/T 10000－1988中国成年人人体尺寸》中15－60岁男性和15－55岁女性的第50百分位体重数据，确定男性人体模型的头颈部位质量为5.09kg，男性人体模型的上躯干部位质量为9.92kg，女性人体模型的头颈部位质量为4.26kg，女性人体模型的上躯干部位质量为8.50kg。
本申请还公开了一种枕头缓压分级定量化测试方法，包括仰卧位和侧卧位两种标准卧姿，该方法具体测试步骤如下：
首先，作为测试前的准备，可以将枕头静置在室温23±2℃，相对湿度50±5％的环境中24小时以适应环境；
开始测试后，将体压感应垫平铺于试样枕头表面，使其覆盖枕头的睡眠区域，确保能够采集到人体模型颅颈肩部的压力分布。为了得到最佳的测量结果，体压感应垫的纵向中轴线应与枕头的纵向中轴线重合。
将移动支架移动到体压感应垫上，在将体压感应垫的纵向中轴线应与枕头的纵向中轴线重合时，可以进一步使得移动支架移动到体压感应垫的纵向中轴线上方，驱动人体模型定位装置使得其缓缓落下，进而使仿真人体模型的头颈部完全落在枕头内，并平稳放置在体压感应垫的测试区域内。
将人体模型调整至标准卧姿，其中，所述标准卧姿分为仰卧位和侧卧位两种，其中，采用仰卧位的标准卧姿时，人体模型仰面朝上，双肩自然平放。采用侧卧位的标准卧姿时，人体模型面朝一侧，躯干呈90°垂直于枕面，颈椎C7(32b)前屈20°，胸椎T3(32c)前屈15°，使躯干略微向前弯曲，双肩受自身重力自然内收；
将处于任意一种标准卧姿的人体模型在枕头和体压感应垫上静置待压力分布相对稳定后以预设的采样率记录一端时间的压力数据，例如记录时间为3分钟，采样率为8f·s－1。
所述压力分布是否稳定可以通过并观察显示器上的压力图像和压力值变化确定，或者通过经验静置一段时间而确定。
在一些实施例中，可以分别利用男性、女性的两种人体模型重复上述步骤，完成人－枕界面压力分布数据的测试采集。
本申请还公开了一种枕头缓压分级定量化的评价方法，其通过对上述采集到的一种或多种人－枕界面压力分布数据，完成对枕头的缓压分级的定量化评价。
在示例性的实施例中，该方法包括以下步骤：
(1)人－枕界面体压分布指标的获取
根据以下公式分别获得标准仰卧位和侧卧位下人－枕界面平均压力最大压力P95，压力指数PI，百分比面积指数％PAI≥i：
式中：
——平均压力，单位为千帕(KPa)；
Pi——接触面内各测试点的压力值，单位为千帕(KPa)；
N——接触面内测试点个数；
P95——全部测试点中第95百分位的压力值，视为最大压力值，单位为千帕(KPa)；
SD——所有测试点的压力值标准差，单位为千帕(KPa)，K为1.645；
PI——压力指数，单位为千帕(KPa)；
PM10——压力阈限范围大于10mmHg的接触面的压力平均值，单位为千帕(KPa)；
SD10——为压力阈限范围大于10mmHg的接触面的压力值标准差，单位为千帕(KPa)；
％PAI(i，j)——百分比面积指数，即特定压力阈限范围i～j内的接触面积占总接触面积的百分比，采取常见的4个压力阈限范围用作分析，分别是0.67KPa～1.33KPa(5mmHg～10mmHg)，1.33KPa～2.67KPa(10mmHg～20mmHg)，2.67KPa～4KPa(20mmHg～30mmHg)和＞4KPa(＞30mmHg)；
(2)枕头缓压分级定量化的评价
①计算人体模型在仰卧和侧卧2种姿态下，人-枕界面整体区域和头部、面部、肩部局部区域的最大压力、平均压力、压力指数、4个不同压力阈限范围内的百分比接触面积、波宽指数和半波宽指数等60项压力指标。
②计算人体模型在仰卧和侧卧状态下，人-枕界面压力综合指标值Ssu和Sla，人-枕界面压力综合指标值Ssu和Sla越高，枕头对于该类人群的缓压效果越好。Ssu和Sla计算公式如下：
Ssu＝SsuT+SsuH+SsuS (6)
Sla＝SlaT+SlaH+SlaF+SlaS (7)
SsuT＝100[1.5％PAIsuT0.67-1.33+％PAIsuT1.33-2.67+(50％-％PAIsuT2.67-4)+250％-％PAIsuT≥4+100BWIsuTPsuT+2HWIsuTP95suT+10PIsuT(8)
SsuH＝110[1.5％PAIsuH0.67-1.33+％PAIsuH1.33-2.67+(50％-％PAIsuH2.67-4)+250％-％PAIsuH≥4+110BWIsuHPsuH+2HWIsuHP95suH+11PIsuH(9)
SlaH＝110[1.5％PAIlaH0.67-1.33+％PAIlaH1.33-2.67+(50％-％PAIlaH2.67-4)+250％-％PAIlaH≥4+110BWIlaHPlaH+2HWIlaHP95laH+11PIlaH(12)SlaS＝60[1.5％PAIlaS0.67-1.33+％PAIlaS1.33-2.67+(50％-％PAIlaS2.67-4)+2(50％-％PAIlaS≥4]+60(BWIlaSPlaS+2HWIlaSP95laS)+6PIlaS(13)SlaF＝80[1.5％PAIlaF0.67-1.33+％PAIlaF1.33-2.67+(50％-％PAIlaF2.67-4)+2(50％-％PAIlaF≥4]+80(BWIlaFPlaF+2HWIlaFP95laF)+8PIlaF(14)式中，下标su和la分别表示仰卧和侧卧2种人体模型姿态；下标T，H，S，F分别代表整体区域和头部、肩部、面部区域；
Ssu为仰卧状态下的人-枕界面压力综合指标值；SsuT为仰卧状态下的整体人-枕界面压力综合指标值；SsuH为仰卧状态下的头部人-枕界面压力综合指标值；SsuS为仰卧状态下的肩部人-枕界面压力综合指标值；
Sla为侧卧状态下的人-枕界面压力综合指标值；SlaT为侧卧状态下的整体人-枕界面压力综合指标值；SlaH为侧卧状态下的头部人-枕界面压力综合指标值；SlaS为侧卧状态下的肩部人-枕界面压力综合指标值；SlaF为侧卧状态下的面部人-枕界面压力综合指标值；
％PAIsuT0.67-1.33为仰卧状态下的整体人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuT1.33-2.67为仰卧状态下的整体人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuT2.67-4为仰卧状态下整体人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuT≥4为仰卧状态下的整体人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIsuT为仰卧状态下整体人-枕界面波宽指数；HWIsuT为仰卧状态下整体人-枕界面半波宽指数；为仰卧状态下整体人-枕界面平均压力；P95suT为仰卧状态下整体人-枕界面最大压力；PIsuT为仰卧状态下整体人-枕界面压力指数。
％PAIsuH0.67-1.33为仰卧状态下头部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuH1.33-2.67为仰卧状态下头部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuH2.67-4为仰卧状态下头部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuH≥4为仰卧状态下头部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIsuH为仰卧状态下头部人-枕界面波宽指数；HWIsuH为仰卧状态下头部人-枕界面半波宽指数；为仰卧状态下头部人-枕界面平均压力；P95suH为仰卧状态下头部人-枕界面最大压力；PIsuH为仰卧状态下头部人-枕界面压力指数。
％PAIsuS0.67-1.33为仰卧状态下肩部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuS1.33-2.67为仰卧状态下肩部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuS2.67-4为仰卧状态下肩部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuS≥4为仰卧状态下肩部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIsuS为仰卧状态下肩部人-枕界面波宽指数；HWIsuS为仰卧状态下肩部人-枕界面半波宽指数；为仰卧状态下肩部人-枕界面平均压力；P95suS为仰卧状态下肩部人-枕界面最大压力；PIsuS为仰卧状态下肩部人-枕界面压力指数。
％PAIlaT0.67-1.33为侧卧状态下整体人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaT1.33-2.67为侧卧状态下整体人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaT2.67-4为侧卧状态下整体人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaT≥4为侧卧状态下整体人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIlaT为侧卧状态下整体人-枕界面波宽指数；HWIlaT为侧卧状态下整体人-枕界面半波宽指数；为侧卧状态下整体人-枕界面平均压力；P95laT为侧卧状态下整体人-枕界面最大压力；PIlaT为侧卧状态下整体人-枕界面压力指数。
％PAIlaH0.67-1.33为侧卧状态下头部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaH1.33-2.67为侧卧状态下头部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaH2.67-4为侧卧状态下头部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaH≥4为侧卧状态下头部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIlaH为侧卧状态下头部人-枕界面波宽指数；HWIlaH为侧卧状态下头部人-枕界面半波宽指数；为侧卧状态下头部人-枕界面平均压力；P95laH为侧卧状态下头部人-枕界面最大压力；PIlaH为侧卧状态下头部人-枕界面压力指数。
％PAIlaS0.67-1.33为侧卧状态下肩部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaS1.33-2.67为侧卧状态下肩部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaS2.67-4为侧卧状态下肩部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaS≥4为侧卧状态下肩部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIlaS为侧卧状态下肩部人-枕界面波宽指数；HWIlaS为侧卧状态下肩部人-枕界面半波宽指数：为侧卧状态下肩部人-枕界面平均压力；P95laS为侧卧状态下肩部人-枕界面最大压力；PIlaS为侧卧状态下肩部人-枕界面压力指数。
％PAIlaF0.67-1.33为侧卧状态下面部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaF1.33-2.67为侧卧状态下面部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaF2.67-4为侧卧状态下面部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaF≥4为侧卧状态下面部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIlaF为侧卧状态下面部人-枕界面波宽指数；HWIlaF为侧卧状态下面部人-枕界面半波宽指数；为侧卧状态下面部人-枕界面平均压力；P95laF为侧卧状态下面部人-枕界面最大压力；PIlaF为侧卧状态下面部人-枕界面压力指数。
③利用人-枕界面压力综合指标值Ssu和Sla，分别计算枕头对男性和女性的缓压等级Dm，Df，计算公式如下：
式中，D的取值范围为0～10，当D＜3时，说明枕头的缓压水平较差，当3≤D≤6时，说明枕头的缓压水平中等，当D＞6时，说明枕头的缓压水平优秀；K值是根据两种不同的人体模型而改变的参量。
④计算枕头的平均缓压等级计算公式如下：
式中，的取值范围为0～10，当D<3时，说明枕头对人的缓压水平较差，当3≤D≤6时，说明枕头对人的缓压水平中等，当D＞6时，说明枕头对人的缓压水平优秀。
应当理解，上述评估方法并不局限于60项压力指标，在这些类别中，少于或者多于这个数量的压力指标都可以被用于缓压等级的定量化。此外，可以仅对仰卧，或者仅对侧卧的压力指标进行分析评估以获得枕头的仰卧或者侧卧的缓压评价。而且，可以采用上述两个个针对不同性别人类体型设计的人体模型的压力指标数据作为评估的依据，也可以仅采用一个人体模型，例如男性或女性人体模型的压力指标的数据作为评估依据，而得到针对特定性别的缓压评估结果。此外，平均缓压等级的评估也并非必须，可以将对每类性别的人群缓压评估结果作为最终结果使用。
(1)枕头的舒适性由人和枕头的两者关系所决定。然而目前在市场范围内，对枕头的评价主要还停留在枕头单一材料的测试和枕头整体主观地、定性地描述等方面，如枕头“软”或“硬”等，缺乏客观地、定量化地测试评价整体枕头缓压的标准，不利于消费者选购适合自己的产品。而本申请所提供的枕头缓压分级定量化测试设备、方法以及评价方法克服了上述局限性，通过人-枕界面压力分布的量化指标值对枕头的缓压效果进行分级，能够直接评价枕头对不同人群所起的缓压效果好坏，为企业的设计生产和消费者选购提供科学直观的依据。
(2)在科研领域中，通过受试者测试获得人－枕界面压力分布数据，其结果会存在受试者的状态、姿势、发型等因素导致的误差，需要大量重复实验，耗费大量人力、物力和时间成本。而本申请用标准化的仿真人体模型代替真人受试者，可以消除上述因素导致的实验误差，大大减轻实验工作量，减少人力、物力和时间成本。
(3)通过受试者测得的压力分布数据，由于测试个体的差异而十分具有个性化，不具有可重复性与可比性，无法用作统一标准来对比不同企业的产品和指导标准化的设计生产。而本申请所提供的枕头缓压分级定量化测试设备、方法以及评价方法解决了上述问题。
(4)通过人－枕界面压力分布测试直接获得的压力分布图像，其分析利用具有一定的专业门槛，难以供企业在实际生产中利用。而本申请提出了一系列体压分布指标的定义和计算公式，为压力分布图像的分析和运用提供了可参照的方法步骤，使专业化数据转化为设计师和消费者理解的量化等级。
(5)智能化是家具的重要发展方向，枕头的智能化设计还处于发展初期阶段，缺少标准化的枕头缓压评价方法是限制枕头智能化发展的重要因素。本申请提供的枕头缓压分级定量化测试设备、方法以及评价方法，正好能够解决这一问题。本申请所提供的枕头缓压分级定量化测试设备、方法以及评价方法，可以为智能枕头的智能调节和智能监测提供科学理论依据和数据支撑。
在一些应用例中，上述枕头生产方或测试方按照床枕头缓压分级定量化测试方法，为每一款枕头对不同人群的缓压效果进行评价，并可以下表的形式展示给消费者，供其作为选购参考。
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Claims (18)
1.一种枕头缓压分级定量化数据测试设备，其特征在于：包括
测试平台(1)、所述测试平台上设置有体压感应垫；
移动支架(2)、所述移动支架(2)安装于测试平台(1)上并可以在第一水平方向相对测试平台(1)移动；
人体模型定位装置(4)，竖直地安装于所述移动支架(2)，所述人体模型定位装置(4)被配置为在与所述第一水平方向正交的第二水平方向相对所述测试平台(1)可运动；人体模型定位装置(4)包括竖直定位单元；
至少一个仿真人体模型(3)，其中，每个仿真人体模型(3)上具有至少一个与所述竖直定位单元匹配的连接部以与所述人体模型定位装置(4)的所述竖直定位单元可接合。
2.根据权利要求1所述的枕头缓压分级定量化数据测试设备，其特征在于：所述竖直定位单元包括升降杆(42)，连接于升降杆(42)的一端的关节铰链(43)，以及连接于关节铰链(43)的另一端的连接杆(44)；其中连接杆(44)包括上螺纹连接杆(441)，其一端与关节铰链43)连接，另一端与下螺纹连接杆(442)的上半部分通过螺旋套筒443)配合在一起；下螺纹连接杆(442)的下半部分为具有螺纹，用于连接仿真人体模型。
3.根据权利要求1所述的枕头缓压分级定量化数据测试设备，其特征在于：所述仿真人体模型(3)由仿真人体硅胶包覆关节可动的内部骨骼支架组成。
4.根据权利要求1所述的枕头缓压分级定量化数据测试设备，其特征在于：所述测试平台(1)上有刚性平台(11)并内含多个透气孔(111)用作主要实验平台；平台底部有底部支架(12)和底部滚轮(13)，用于支撑和调整测试平台(1)；平台上有滑动轨道(14)，用于与移动支架(2)相结合，为移动支架(2)前后移动导向。
5.根据权利要求1所述的枕头缓压分级定量化数据测试设备，其特征在于：所述移动支架(2)通过立柱(21)安装在测试平台(1)上的滑动轨道(14)上，并可以前后移动；支架上方横有支架横梁(23)，并含有空槽(221)，用于与人体模型定位装置(4)结合，通过横梁移动装置(41)使其可以左右移动。
6.根据权利要求1所述的枕头缓压分级定量化测试设备，其特征在于：还包括主机(6)，所述主机与所述体压感应垫通信连接用于采集所述压力分布数据。
7.根据权利要求1所述的枕头缓压分级定量化数据测试设备，其特征在于：所述仿真人体模型(3)通过线路连接伺服电机(5)、主机(6)、显示器(7)和信号转换器(8)上。
8.一种枕头缓压分级定量化数据测试方法，其特征在于：包括步骤：
将体压感应垫平铺于试样枕头表面，使其覆盖枕头的睡眠区域，确保能够采集到人体模型颅颈肩部的压力分布；
将移动支架移动到体压感应垫上，驱动人体模型定位装置使得与其连接在一起的仿真人体模型的头颈部完全落在枕头内，并平稳放置在体压感应垫的测试区域内；
将人体模型调整至仰卧位标准卧姿或侧卧位标准卧姿中的一种，
将处于任意一种标准卧姿的人体模型在枕头和体压感应垫上静置待压力分布相对稳定后以预设的采样率记录一端时间的压力数据。
9.根据权利要求8所述的枕头缓压分级定量化数据测试方法，其特征在于：还包括在测试前将枕头静置在室温23±2℃，相对湿度50±5％的环境中24小时以适应环境。
10.根据权利要求8所述的枕头缓压分级定量化数据测试方法，其特征在于：所述体压感应垫的纵向中轴线与枕头的纵向中轴线重合；使得移动支架移动到体压感应垫的纵向中轴线上方。
11.根据权利要求8所述的枕头缓压分级定量化数据测试方法，其特征在于：在仰卧位标准卧姿时，人体模型仰面朝上，双肩自然平放；在所述侧卧位的标准卧姿时，人体模型面朝一侧，躯干呈90°垂直于枕面，颈椎C7(32b)前屈20°，胸椎T3(32c)前屈15°，使躯干略微向前弯曲，双肩受自身重力自然内收。
12.根据权利要求8所述的枕头缓压分级定量化数据测试方法，其特征在于：所述记录时间为3分钟，采样率为8f·s－1。
13.根据权利要求12所述的枕头缓压分级定量化数据测试方法，其特征在于：所述压力分布是否稳定可以通过并观察显示器上的压力图像和压力值变化确定，或者通过经验静置一段时间而确定。
14.根据权利要求8所述的枕头缓压分级定量化数据测试方法，其特征在于：分别利用男性、女性的两种人体模型重复测试步骤，完成人－枕界面压力分布数据的测试采集。
15.一种枕头缓压分级定量化的评价方法，其通过对上述采集到的一种或多种人－枕界面压力分布数据，完成对枕头的缓压分级的定量化评价，其特征在于，包括步骤：
计算人体模型在仰卧和侧卧两种姿态下，人－枕界面整体区域和头部、面部、肩部局部区域的最大压力、平均压力、压力指数、4个不同压力阈限范围内的百分比接触面积、波宽指数和半波宽指数等60项压力指标；
计算人体模型在仰卧和侧卧两种状态下，人－枕界面压力综合指标值Ssu和Sla，人－枕界面压力综合指标值Ssu和Sla越高，枕头对于该类人群的缓压效果越好；
利用人-枕界面压力综合指标值Ssu和Sla，分别计算枕头对男性和女性的缓压等级Dm，Df；利用公式计算枕头的平均缓压等级/>
16.根据权利要求15所述的枕头缓压分级定量化的评价方法，其特征在于：所述人-枕界面体压分布指标的获取包括
根据以下公式分别获得标准仰卧位和侧卧位下人-枕界面平均压力最大压力P95，压力指数PI，百分比面积指数％PAI≥i：
式中：
——平均压力，单位为千帕(KPa)；
Pi——接触面内各测试点的压力值，单位为千帕(KPa)；
N——接触面内测试点个数；
P95——全部测试点中第95百分位的压力值，视为最大压力值，单位为千帕(KPa)；
SD——所有测试点的压力值标准差，单位为千帕(KPa)，K为1.645；
PI——压力指数，单位为千帕(KPa)；
PM10——压力阈限范围大于10mmHg的接触面的压力平均值，单位为千帕(KPa)；
SD10——为压力阈限范围大于10mmHg的接触面的压力值标准差，单位为千帕(KPa)；％PAI(i，j)——百分比面积指数，即特定压力阈限范围i～j内的接触面积占总接触面积的百分比，采取常见的4个压力阈限范围用作分析，分别是0.67KPa～1.33KPa(5mmHg～10mmHg)，1.33KPa～2.67KPa(10mmHg～20mmHg)，2.67KPa～4KPa(20mmHg～30mmHg)和＞4KPa(＞30mmHg)。
17.根据权利要求15所述的枕头缓压分级定量化的评价方法，其特征在于：
人-枕界面压力综合指标值Ssu和Sla的计算公式如下：
Ssu＝SsuT+SsuH+SsuS；
Sla＝SlaT+SlaH+SlaF+Slas；
SsuH＝110[1.5％PAIsuH0.67-1.33+％PAIsuH1.33-2.67+(50％-％PAIsuH2.67-4)+250％-％PAIsuH≥4+110BWIsuHPsuH+2HWIsuHP95suH+11PIsuH；
SlaH＝110[1.5％PAIlaH0.67-1.33+％PAIlaH1.33-2.67+(50％-％PAIlaH2.67-4)+250％-％PAIlaH≥4+110BWIlaHPlaH+2HWIlaHP95laH+11PIlaH；
SlaF＝80[1.5％PAIlaF0.67-1.33+％PAIlaF1.33-2.67+(50％-％PAIlaF2.67-4)+2(50％-％PAIlaF≥4]+80(BWIlaFPlaF+2HWIlaFP95laF)+8PIlaF；
式中，下标su和la分别表示仰卧和侧卧2种人体模型姿态；下标T，H，S，F分别代表整体区域和头部、肩部、面部区域；
Ssu为仰卧状态下的人-枕界面压力综合指标值；SsuT为仰卧状态下的整体人-枕界面压力综合指标值；SsuH为仰卧状态下的头部人-枕界面压力综合指标值；SsuS为仰卧状态下的肩部人-枕界面压力综合指标值；
Sla为侧卧状态下的人-枕界面压力综合指标值；Slat为侧卧状态下的整体人-枕界面压力综合指标值；SlaH为侧卧状态下的头部人-枕界面压力综合指标值；SlaS为侧卧状态下的肩部人-枕界面压力综合指标值；SlaF为侧卧状态下的面部人-枕界面压力综合指标值；
％PAIsuT0.67-1.33为仰卧状态下的整体人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuT1.33-2.67为仰卧状态下的整体人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuT2.67-4为仰卧状态下整体人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuT≥4为仰卧状态下的整体人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIsuT为仰卧状态下整体人-枕界面波宽指数；HWIsuT为仰卧状态下整体人-枕界面半波宽指数；为仰卧状态下整体人-枕界面平均压力；P95suT为仰卧状态下整体人-枕界面最大压力；PIsuT为仰卧状态下整体人-枕界面压力指数；
％PAIsuH0.67-1.33为仰卧状态下头部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuH1.33-267为仰卧状态下头部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuH2.67-4为仰卧状态下头部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuH≥4为仰卧状态下头部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIsuH为仰卧状态下头部人-枕界面波宽指数；HWIsuH为仰卧状态下头部人-枕界面半波宽指数；为仰卧状态下头部人-枕界面平均压力；P95suH为仰卧状态下头部人-枕界面最大压力；PIsuH为仰卧状态下头部人-枕界面压力指数；
％PAIsuS0.67-1.33为仰卧状态下肩部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuS1.33-2.67为仰卧状态下肩部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuS2.67-4为仰卧状态下肩部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIsuS≥4为仰卧状态下肩部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIsuS为仰卧状态下肩部人-枕界面波宽指数；HWIsuS为仰卧状态下肩部人-枕界面半波宽指数；为仰卧状态下肩部人-枕界面平均压力；P95suS为仰卧状态下肩部人-枕界面最大压力；PIsuS为仰卧状态下肩部人-枕界面压力指数；
％PAIlaT0.67-1.33为侧卧状态下整体人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaT1.33-2.67为侧卧状态下整体人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaT2.67-4为侧卧状态下整体人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaT≥4为侧卧状态下整体人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIlaT为侧卧状态下整体人-枕界面波宽指数；HWIlaT为侧卧状态下整体人-枕界面半波宽指数；为侧卧状态下整体人-枕界面平均压力；P95laT为侧卧状态下整体人-枕界面最大压力；PIlaT为侧卧状态下整体人-枕界面压力指数；
％PAIlaH0.67-1.33为侧卧状态下头部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaH1.33-2.67为侧卧状态下头部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaH2.67-4为侧卧状态下头部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaH≥4为侧卧状态下头部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIlaH为侧卧状态下头部人-枕界面波宽指数；HWIlaH为侧卧状态下头部人-枕界面半波宽指数；为侧卧状态下头部人-枕界面平均压力；P95laH为侧卧状态下头部人-枕界面最大压力；PIlaH为侧卧状态下头部人-枕界面压力指数；
％PAIlaS0.67-1.33为侧卧状态下肩部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaS1.33-2.67为侧卧状态下肩部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaS2.67-4为侧卧状态下肩部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaS≥4为侧卧状态下肩部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIlaS为侧卧状态下肩部人-枕界面波宽指数；HWIlaS为侧卧状态下肩部人-枕界面半波宽指数；为侧卧状态下肩部人-枕界面平均压力；P95laS为侧卧状态下肩部人-枕界面最大压力；PIlaS为侧卧状态下肩部人-枕界面压力指数；
％PAIlaF0.67-1.33为侧卧状态下面部人-枕界面0.67KPa-1.33KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaF1.33-2.67为侧卧状态下面部人-枕界面1.33KPa-2.67KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaF2.67-4为侧卧状态下面部人-枕界面2.67KPa-4KPa压力范围内的百分比接触面积；％PAIlaF≥4为侧卧状态下面部人-枕界面大于等于4KPa压力范围内的百分比接触面积；BWIlaF为侧卧状态下面部人-枕界面波宽指数；HWIlaF为侧卧状态下面部人-枕界面半波宽指数；为侧卧状态下面部人-枕界面平均压力；P95laF为侧卧状态下面部人-枕界面最大压力；PIlaF为侧卧状态下面部人-枕界面压力指数。
18.根据权利要求15所述的枕头缓压分级定量化的评价方法，其特征在于：，其特征在于：所述利用人-枕界面压力综合指标值Ssu和Sla，分别计算枕头对男性和女性的缓压等级Dm，Df的计算公式如下：
式中，D的取值范围为0～10，当D＜3时，说明枕头的缓压水平较差，当3≤D≤6时，说明枕头的缓压水平中等，当D＞6时，说明枕头的缓压水平优秀；K值是根据两种不同的人体模型而改变的参量。
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| CN202210484033.2A CN116593192A (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种枕头缓压分级定量化数据测试设备、测试方法、以及评价方法 |
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| CN202210484033.2A Pending CN116593192A (zh) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 一种枕头缓压分级定量化数据测试设备、测试方法、以及评价方法 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN116593192A (zh) |
-
2022
- 2022-04-29 CN CN202210484033.2A patent/CN116593192A/zh active Pending
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