CN208910759U - 基于太赫兹波探测的反馈调节床 - Google Patents

Abstract

一种基于太赫兹波探测的反馈调节床，包括床体、太赫兹波辐射源、太赫兹波探测装置、机械运动装置、压力探测装置和控制装置，机械运动装置包括若干个机械微单元，所述机械微单元为具有圆形、椭圆形或多边形截面的柱状结构，可独立作沿垂直于床体表面的伸缩运动，压力探测装置探测床体表面的压力变化并将压力变化信号发送给控制装置，当探测到有人开始使用床体或人的睡姿变化后，触发太赫兹波辐射源和太赫兹波探测装置工作，对床体和人体进行太赫兹波成像，控制装置还根据成像情况调整对应区域内的机械微单元的伸缩量，以使人体得到有效而均衡的支撑。该床的舒适度高，还可起到身体塑形、预防脊柱性病以及辅助治疗的效果。

Description

基于太赫兹波探测的反馈调节床

技术领域

本实用新型涉及床，特别是一种基于太赫兹(THz)波探测的反馈调节床。

背景技术

床的舒适度直接影响到睡眠质量，如果床太软，因人体臀部、肩部凸出较多，床的变形大；而如果床太硬，床无法随着人体曲线的变化而变化，无论床过软还是过硬，身体的各部位都得不到平衡支撑，人在卧床时脊柱会受到不同程度的压力，不利用人的舒适休息和深层睡眠；同时，人体的脊柱有4个自然生理曲度：颈曲、胸曲、腰曲和骶曲，其中颈曲、腰曲向前凸，胸曲和骶曲向后凹。过软或过硬的床都不能很好的支撑脊柱，导致脊柱处于非自然弯曲的状态，不利用脊柱的防护(健康者)和辅助治疗(患脊柱病变者)。

但是床的软硬程度因人而异，不同人群的身体体型、身体各部位重量和生理曲度也不尽相同。符合人体工程学设计的床，是能够依照不同人群的人体身体曲线和重量，实时地、均衡而适当地支撑身体的每个部分，也是用来预防和辅助治疗某些脊柱性病变的有效手段。

专利文献CN 101484047B公开了一种床垫，该床垫可通过调节装置调节空气室层的空气量，确保躺在床垫上的人体得到很好的均匀的支撑，专利采用“运动探测装置”来探测人体睡姿是否发生改变，所述的“运动探测装置”包括红外线探测器或压力探测装置。但是，红外线探测器是根据人体各个部位辐射出不同强度的红外线来探测的，一方面，人作为一种高等恒温生物体，各部位温差变化小、探测分辨率较低，另一方面，人体在睡眠时，总会穿衣盖被，红外线穿透性能有限，这也严重影响到探测信号的准确度。另外，压力探测装置可以探测到人体睡姿相对静止时是否发生了变化，但却不能准确判断出人体各部位所在的位置。

太赫兹波(THz)，通常是指频率在0.1～10THz，波长在0.03～3mm之间的电磁波，是近二十年来随着超快激光技术发展起来的一门新兴技术，具有很多优良特性。太赫兹波具有极低的光子能量，远低于可见光和X射线(仅为可见光的千分之一，X射线的百万分之一)不会引起光致电离，对人体伤害极小。主要的是，太赫兹波对很多不透明介质材料，如衣物、皮革、塑料、半导体晶圆等具有很强的穿透力，可以探测可见光或红外光不可探测的材料内部特征，成像精度在厘米级别，这些特点使太赫兹波广泛地应用于探测成像领域。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于太赫兹波探测的反馈调节床。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种基于太赫兹波探测的反馈调节床，包括床体、太赫兹波辐射源、太赫兹波探测装置、机械运动装置、压力探测装置和控制装置，所述机械运动装置包括沿所述床体的平面方向呈阵列分布在所述床体中的若干个机械微单元，所述机械微单元为具有圆形、椭圆形或多边形截面的柱状结构，每个所述机械微单元在所述控制装置的控制下可独立作沿垂直于所述床体表面的伸缩量可调的伸缩运动，所述压力探测装置用于探测所述床体表面的压力变化并将压力变化信号发送给所述控制装置，所述控制装置用于根据所述压力变化信号触发所述太赫兹波辐射源和所述太赫兹波探测装置工作，以对所述床体和使用者的人体进行太赫兹波成像，并根据成像情况调整对应区域内的机械微单元的伸缩量，以使人体得到有效而均衡的支撑。

所述压力探测装置设置在所述机械微单元上或在所述床体的可探测到压力变化的其他位置。

所述人体的预定部位包括头部、颈部、肩部、腰部、臀部、腿部以及手脚中的一者或多者。

还包括分隔槽结构，所述分隔槽结构包括呈阵列分布设置所述床体的顶面层和底面层之间的若干分隔槽，每个所述分隔槽内设置一个所述机械微单元。

所述机械微单元包括柱状微元和设置在所述柱状微元的顶部的柔性支撑结构。

所述压力探测装置设置在所述柱状微元与所述柔性支撑结构之间。

所述柔性支撑结构的材料为橡胶或乳胶。

所述机械微单元由磁场、电机、气压或液压驱动。

所述机械微单元包括线圈组件，所述床体中设置有永磁体，所述线圈组件包括线圈与铁芯，所述线圈在所述控制装置的控制下通电时使所述铁芯产生磁性，所述铁芯在所述永磁体的磁场作用下发生所述伸缩运动。

所述机械微单元包括缸体、伺服电机、滚珠丝杆和导块，所述伺服电机、所述滚珠丝杆和所述导块设置于所述缸体内，所述缸体内填充有一体成型的固体填充物，所述伺服电机通过所述滚珠丝杆带动所述导块运动，所述导块带动所述固体填充物相对于所述缸体进行垂直往复的伸缩运动。

本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型通过设置压力探测装置，探测人体是否开始使用床以及人体睡姿是否发生变化，再利用太赫兹波辐射源和太赫兹波探测装置，通过太赫兹波观测人体的睡姿与体位，并根据人体体位变化自动控制和调整机械运动装置的相应机械微单元的伸缩量，适应性地改变床面的凹凸形状，对人体主要身体部位起到适当、合理、均衡的支撑作用，有效提高床的舒适性。

具体地，使用者一旦接触到床面，压力探测装置感应到压力发生变化，触发太赫兹波辐射源、太赫兹波探测装置开始工作，对床体和人体进行成像，控制装置(或者额外设置的数据处理装置)据此判断出人体头部、颈部、肩部、腰部、臀部、腿部以及手脚等所在床体的具体位置，根据预先定义的关系计算每个机械微单元需要的伸缩量，控制装置驱动人体相应部位所在区域内的机械微单元开始运动，机械微单元调整到位后，人体得到平衡支撑，太赫兹辐射源和探测装置停止工作。如果人体睡眠姿势发生改变，相应的微单元承受的压力也发生变化，压力探测装置再次触发太赫兹波辐射源以及探测装置开始工作，重新对人体进行成像，判断此次身体各部位所在位置，调整微单元的伸缩量，保证人体再次得到有效而均衡的支撑。

由此，本实用新型可对不同人群的人体睡眠姿势的可靠探测来判断人体形状及主要部位的位置，如头部、颈部、肩部、腰部、臀部、腿部和手脚所在床体的位置特性，依照人体身体曲线和重量，自动调整床体形状，保证床体对人体的主要部位进行实时地、均衡而有效地支撑，增加床的舒适性，促进深层睡眠，预防和辅助治疗某些疾病。

本实用新型采用太赫兹波辐射源和探测装置，对床和人体成像，相比微波成像、X光成像、CT探测、红外线探测器，THz波对人体无害，穿透能力强，成像灵敏和准确。

本实用新型基于太赫兹波探测的反馈调节床可独立控制各个机械微单元运动，以及微单元的伸缩量可实时调整，使用者不管是静躺还是改变睡姿后，都能对身体主要部位进行有效支撑。使用者在该结构制成的床上睡眠时会出现自然人体曲线，保持人体(脊柱)处于一个正常的生理弧度，营造一个安全舒适健康的睡眠环境。由于每个微单元都可独立做伸缩运动这一特性，决定了该床可适用于不同体型、不同年龄人群，还适用于脊柱病变者，或者需要型体矫正的病人，或其他长期卧床的病人。

综上，本实用新型的反馈调节床，不仅能够提升使用时给人带来的舒适度，对于健康的人还可起到预防脊柱性病变以及身体塑形效果，对于病人，还能起到辅助治疗的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例的基于太赫兹波探测的反馈调节床的工作示意图；

图2为本实用新型实施例中的微单元阵列分布图；

图3为本实用新型实施例中的微单元结构图；

图4为本实用新型实施例中的分隔槽示意图

图5为本实用新型实施例中的磁致伸缩微单元；

图8为本实用新型实施例中的丝杆微单元调节装置；

图6为本实用新型实施例使用时，人体刚接触床面时，人体与床体相对位置变化示意图；

图7为本实用新型实施例使用时，床体对人体进行平衡支撑时，人体与床体相对位置变化示意图。

具体实施方式

以下对本实用新型的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。

参阅图1、图2、图7和图8，在一种实施例中，一种基于太赫兹波探测的反馈调节床，包括床体1、太赫兹波辐射源2、太赫兹波探测装置3、机械运动装置4、压力探测装置7和控制装置(未图示)，所述机械运动装置4包括沿所述床体1的平面方向呈阵列分布在所述床体1中的若干个机械微单元5，所述机械微单元5为具有圆形、椭圆形或多边形截面的柱状结构，每个所述机械微单元5在所述控制装置的控制下可独立作沿垂直于所述床体1表面的伸缩量可调的伸缩运动，所述压力探测装置7用于探测所述床体1表面的压力变化并将压力变化信号发送给所述控制装置，所述控制装置用于根据所述压力变化信号判断是否有新来的使用者开始使用所述床体1以及使用者的睡姿是否发生变化，在判断为是后触发所述太赫兹波辐射源2和所述太赫兹波探测装置3工作，以对所述床体1和使用者的人体进行太赫兹波成像，所述控制装置还根据成像情况判断人体的预定部位相对于所述床体1所处的位置，并基于人体预定部位的位置与相应区域的机械微单元5的伸缩量的预定关系，调整对应区域内的机械微单元5的伸缩量，以使人体得到有效而均衡的支撑。

在优选实施例中，所述人体的预定部位包括头部、颈部、肩部、腰部、臀部、腿部以及手脚中的一者或多者。

在优选实施例中，所述成像是探测所述压力变化信号停止后成像。

在优选实施例中，所述各机械微单元5的伸缩量调整完毕后，所述太赫兹波辐射源2和所述太赫兹波探测装置3停止工作，直至受到下一次触发。

参阅图3，在优选实施例中，所述压力探测装置7设置在所述机械微单元5上。在其他实施例中，所述压力探测装置7也可以设置在所述床体 1上的可探测到压力变化的其他位置。

参阅图3，在优选实施例中，所述机械微单元包括柱状微元6和设置在所述柱状微元6的顶部的柔性支撑结构8，以提高对于人体的舒适性。所述柔性支撑结构8的材料可以为但不限于橡胶或乳胶等。

参阅图3，在更优选实施例中，所述压力探测装置7设置在所述柱状微元6与所述柔性支撑结构8之间。

参阅图4，在优选实施例中，基于太赫兹波探测的反馈调节床还包括分隔槽结构9，所述分隔槽结构9包括呈阵列分布设置所述床体1的顶面层和底面层之间的若干分隔槽10，每个所述分隔槽10内设置一个所述机械微单元5。分隔槽优选是刚性材质。分隔槽的尺寸可视机械微单元5的结构和尺寸而定。

在不同的实施例中，所述机械微单元5可以由磁场、电机、气压或液压等各种方式驱动。机械微单元5的数量可视床体尺寸而定。

参阅图5，在一个优选实施例中，所述机械微单元包括线圈组件，所述床体中设置有永磁体11，所述线圈组件包括线圈12与铁芯13，所述线圈12在所述控制装置的控制下通电时使所述铁芯13产生磁性，所述铁芯 13在所述永磁体11的磁场作用下发生所述伸缩运动。更优选地，所述铁芯13的顶端设置有柔性支撑结构8。

参阅图6，在另一个优选实施例中，所述机械微单元5包括缸体14、伺服电机15、滚珠丝杆17和导块16，所述伺服电机15、所述滚珠丝杆17 和所述导块16设置于所述缸体14内，所述缸体14内填充有一体成型的固体填充物18，所述伺服电机15通过所述滚珠丝杆17带动所述导块16运动，所述导块16带动所述固体填充物18相对于所述缸体14进行垂直往复的伸缩运动。更优选地，所述固体填充物18的顶端设置有柔性支撑结构8。

在一些实施例中，基于太赫兹波探测的反馈调节床还可以包括测量与反馈装置(未图示)，用于机械运动装置的数据测量与信号传递，以便控制装置对机械运动装置进行精准的控制。

在一些实施例中，基于太赫兹波探测的反馈调节床还可以包括床的框体、支撑装置、稳压电源、供电设备等辅助装置(未图示)。

在一些实施例中，基于太赫兹波探测的反馈调节床还可以包括额外的数据处理装置(未图示)，用于包括对人体的主要部位所对应的机械微单元的伸缩量的计算。在另一些实施例中，该功能也可以由控制装置本身来实现，即不需要额外的数据处理装置。

在各种实施例中，所述控制装置可以采用但不限于可编程控制器。

在一些实施例中，使用者一旦接触到床面，压力探测装置感应到压力发生变化，触发太赫兹波辐射源、太赫兹波探测装置开始工作，对床体和人体进行成像，数据处理系统判断出人体头部、颈部、肩部、腰部、臀部、腿部以及手脚所在床体的具体位置，核算每个微单元需要的伸缩量，运动控制装置驱动所在区域内的机械微单元开始运动，微单元调整到位后，人体得到平衡支撑，太赫兹辐射源和探测装置停止工作。如果人体睡眠姿势发生改变，相应的微单元承受的压力也发生变化，压力探测装置再次触发太赫兹波辐射源以及探测装置开始工作，重新对人体进行成像，判断此次身体各部位所在位置，调整微单元的伸缩量，保证人体再次得到有效而均衡的支撑。

如图5所示，在一个具体实施例中，在床的底面层放置一块永磁体，永磁体N极朝上，微单元采用线圈和铁芯组合结构，在微单元上缠绕线圈，当给微单元上的线圈通入直流电时，微单元产生磁性，磁体N极朝下。根据同性相斥原理，永磁体与微单元相互排斥，此时可通过调节通入的直流电量的大小来控制微单元承受的斥力大小，达到微单元在分隔槽中来回伸缩的目的。

如图6所示，在另一个具体实施例中，微单元固定在床体的底面层，结构包括伺服电机、滚珠丝杆、导块和安装在导块上的固体填充物和橡胶。电机驱动丝杆转动，带动导块、固体填充物和橡胶做垂直往复运动。其中，微单元中的缸体与如图4所示的分隔槽等高，在使用者身体接触到床面之前，电机未通电，微单元的伸缩量为零。当人体接触床面时，置于床体中的压力探测装置，探测到压力信号变化，开始触发太赫兹波辐射装置、太赫兹波探测装置工作，然后，电机开始工作，控制相应微单元的垂直向上运动的量，对人体进行有效支撑。

如图7所示，使用者身体在完全接触到床面之前，控制床体中的每个微单元都受到最大斥力，处于完全弹起的刚性状态。

压力探测装置探测到有压力的变化时，待使用者安静下来后，压力探测装置触发太赫兹波辐射源开始工作，发出太赫兹波辐射人体、床体，太赫兹波探测器探测成像，判断人体头部、颈部、肩部、腰部和臀部、腿部等在床体中所处的位置，系统计算出以上身体部位对应的各个微单元的弹回量。然后，机械运动控制系统依据弹回量驱动每个微单元运动，直到每个微单元运动到位，对人体有较好支撑，如图8所示。另外，当人体睡姿发生变化后，压力探测装置探测到信号变化，触发太赫兹波辐射源以及探测装置开始工作，重新对人体进行成像，判断此次身体各部位所在位置，重新调整微元的伸缩量，保证人体再次得到有效而均衡的支撑。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,包括床体、太赫兹波辐射源、太赫兹波探测装置、机械运动装置、压力探测装置和控制装置，所述机械运动装置包括沿所述床体的平面方向呈阵列分布在所述床体中的若干个机械微单元，所述机械微单元为具有圆形、椭圆形或多边形截面的柱状结构，每个所述机械微单元在所述控制装置的控制下可独立作沿垂直于所述床体表面的伸缩量可调的伸缩运动，所述压力探测装置用于探测所述床体表面的压力变化并将压力变化信号发送给所述控制装置，所述控制装置用于根据所述压力变化信号触发所述太赫兹波辐射源和所述太赫兹波探测装置工作，以对所述床体和使用者的人体进行太赫兹波成像，并根据成像情况调整对应区域内的机械微单元的伸缩量，以使人体得到有效而均衡的支撑。

2.如权利要求1所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,所述压力探测装置设置在所述机械微单元上或在所述床体的可探测到压力变化的其他位置。

3.如权利要求1所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,所述人体的预定部位包括头部、颈部、肩部、腰部、臀部、腿部以及手脚中的一者或多者。

4.如权利要求1所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,还包括分隔槽结构，所述分隔槽结构包括呈阵列分布设置所述床体的顶面层和底面层之间的若干分隔槽，每个所述分隔槽内设置一个所述机械微单元。

5.如权利要求1至4任一项所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,所述机械微单元包括柱状微元和设置在所述柱状微元的顶部的柔性支撑结构。

6.如权利要求5所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,所述压力探测装置设置在所述柱状微元与所述柔性支撑结构之间。

7.如权利要求5所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,所述柔性支撑结构的材料为橡胶或乳胶。

8.如权利要求1至4任一项所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,所述机械微单元由磁场、电机、气压或液压驱动。

9.如权利要求1至4任一项所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,所述机械微单元包括线圈组件，所述床体中设置有永磁体，所述线圈组件包括线圈与铁芯，所述线圈在所述控制装置的控制下通电时使所述铁芯产生磁性，所述铁芯在所述永磁体的磁场作用下发生所述伸缩运动。

10.如权利要求1至4任一项所述的基于太赫兹波探测的反馈调节床，其特征在于,所述机械微单元包括缸体、伺服电机、滚珠丝杆和导块，所述伺服电机、所述滚珠丝杆和所述导块设置于所述缸体内，所述缸体内填充有一体成型的固体填充物，所述伺服电机通过所述滚珠丝杆带动所述导块运动，所述导块带动所述固体填充物相对于所述缸体进行垂直往复的伸缩运动。