TWI715022B - Smart care mattress and method for detecting the physiological state of user - Google Patents
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Abstract
Description
本發明是有關於一種床墊,且特別是有關於一種智慧照護床墊及偵測使用者生理狀態的方法。 The present invention relates to a mattress, and particularly relates to a smart care mattress and a method for detecting the physiological state of a user.
「智慧床墊」可透過非接觸式的生理量測技術,量測睡眠者呼吸訊號,進而提供相關的應用。智慧床墊還可透過軟性壓力感測技術擷取軀幹的活動姿態來做為睡眠品質資訊以及落床的警示。藉此,可提供健康助眠方案建議,以利使用者進行自我睡眠管理。 "Smart mattress" can measure sleeper breathing signals through non-contact physiological measurement technology, and provide related applications. The smart mattress can also use soft pressure sensing technology to capture the movement posture of the torso as sleep quality information and a warning of falling out of bed. In this way, suggestions for healthy sleep aid programs can be provided to facilitate the user's self-sleep management.
在現有技術中,用於偵測使用者睡眠數據的方式大致包括超寬頻雷達感測技術(Ultra Wideband,UWB)、壓力感測器(Force-Sensitive Resistor)、光纖感應。然而,上述現有技術較難實現精確的使用者姿態判斷,或是成本過高,不利於居家或行動式使用。因此,有必要設計一種低成本、方便、精確且體積不過大的智慧床墊。 In the prior art, methods for detecting sleep data of a user generally include Ultra Wideband (UWB), Force-Sensitive Resistor, and fiber sensing. However, the above-mentioned prior art is difficult to achieve accurate user posture judgment, or the cost is too high, which is not conducive to home or mobile use. Therefore, it is necessary to design a smart mattress that is low-cost, convenient, accurate and not too large.
有鑑於此,本發明提供一種智慧照護床墊及偵測使用者生理狀態的方法,其可用以解決上述技術問題。 In view of this, the present invention provides a smart care mattress and a method for detecting the physiological state of the user, which can be used to solve the above technical problems.
本發明提供一種智慧照護床墊,包括承載部、底座、多個感測單元及處理器。承載部用於承載一使用者。底座設置於承載部下方。感測單元個別設置於承載部及底座之間。各感測單元包括:多面體、凹槽及至少一第一彈性件。多面體具有一頂面、一底面及至少一斜面,其中頂面的面積大於底面的面積,至少一斜面連接於頂面與底面之間,頂面推抵承載部,且各斜面設置有一傳送電極。凹槽對應多面體而設置於底座,並具有對應於至少一斜面的至少一凹槽斜面,各凹槽斜面設置有對應於傳送電極的至少一接收電極,各接收電極耦接處理器,並因應於與傳送電極的一接觸情形而提供一感應電容值。至少一第一彈性件個別設置於承載部底座之間,並因應於施加於承載部的一壓力而形變,從而令多面體朝向凹槽移動。處理器耦接各感測單元的各接收電極,並基於來自各感測單元的各接收電極的感應電容值而偵測使用者的一生理狀態。 The invention provides a smart care mattress, which includes a bearing part, a base, a plurality of sensing units and a processor. The carrying part is used for carrying a user. The base is arranged under the carrying part. The sensing unit is individually arranged between the carrying part and the base. Each sensing unit includes: a polyhedron, a groove, and at least one first elastic member. The polyhedron has a top surface, a bottom surface and at least one inclined surface, wherein the area of the top surface is larger than the area of the bottom surface, at least one inclined surface is connected between the top surface and the bottom surface, the top surface pushes against the carrying part, and each inclined surface is provided with a transmission electrode. The grooves correspond to the polyhedron and are provided on the base, and have at least one groove slope corresponding to at least one slope. Each groove slope is provided with at least one receiving electrode corresponding to the transmitting electrode. Each receiving electrode is coupled to the processor and corresponds to A contact condition with the transmission electrode provides an inductive capacitance value. At least one first elastic element is individually disposed between the bases of the supporting portion, and deformed in response to a pressure applied to the supporting portion, so that the polyhedron moves toward the groove. The processor is coupled to each receiving electrode of each sensing unit, and detects a physiological state of the user based on the sensing capacitance value of each receiving electrode from each sensing unit.
本發明提供一種偵測使用者生理狀態的方法,適於包括多個感測單元的一智慧照護床墊,其中各感測單元提供至少一感應電容值,所述方法包括:取得來自各感測單元的各接收電極的感應電容值;以及基於來自各感測單元的各接收電極的感應電容值而偵測使用者的一生理狀態。 The present invention provides a method for detecting the physiological state of a user, which is suitable for a smart care mattress including a plurality of sensing units, wherein each sensing unit provides at least one sensing capacitance value, and the method includes: obtaining data from each sensing unit The sensing capacitance value of each receiving electrode of the unit; and detecting a physiological state of the user based on the sensing capacitance value of each receiving electrode from each sensing unit.
基於上述,本發明提出的智慧照護床墊可設置有具特殊結構的感測單元,而智慧照護床墊可基於感測單元的多面體上的傳送電極以及凹槽斜面上的接收電極之間的感應情形而取得各接收電極的感應電容值。之後,處理器可相應地偵測使用者的生理狀態。藉此,本發明的智慧照護床墊可提供一種低成本、方便、精確且體積不過大的生理狀態偵測方案。 Based on the above, the smart care mattress proposed in the present invention can be provided with a sensing unit with a special structure, and the smart care mattress can be based on the sensing between the transmitting electrode on the polyhedron of the sensing unit and the receiving electrode on the slope of the groove Under the circumstances, the sensing capacitance value of each receiving electrode is obtained. After that, the processor can detect the physiological state of the user accordingly. In this way, the smart care mattress of the present invention can provide a low-cost, convenient, accurate, and not too bulky physiological state detection solution.
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉實施例,並配合所附圖式作詳細說明如下。 In order to make the above-mentioned features and advantages of the present invention more comprehensible, the following specific embodiments are described in detail in conjunction with the accompanying drawings.
100:智慧照護床墊 100: Smart care mattress
110:承載部 110: Bearing Department
120:底座 120: base
130:多個感測單元 130: Multiple sensing units
131:多面體 131: Polyhedron
131a:頂面 131a: Top surface
131b:底面 131b: bottom surface
131W、131S、131N、131E:斜面 131W, 131S, 131N, 131E: inclined plane
133:凹槽 133: Groove
133a:凹槽底面 133a: bottom of groove
133E、133W:凹槽斜面 133E, 133W: groove slope
135:第一彈性件 135: The first elastic part
137:第二彈性件 137: second elastic part
140:處理器 140: processor
199:使用者 199: User
199a:胸廓區域 199a: thoracic area
410:感測單元陣列 410: sensing unit array
411、412、413、511、512、521、522、612、622:電容值分布圖 411, 412, 413, 511, 512, 521, 522, 612, 622: capacitance value distribution diagram
513、523:差異區塊 513, 523: Difference block
611、621:重心線 611, 621: Center of gravity line
811、821:臥姿 811, 821: prone position
812、822:視角示意圖 812, 822: perspective diagram
R1E、R2E、R3E、R1W、R2W、R3W、R1S、R2S、R3S、R1N、R2N、R3N:接收電極 R1E, R2E, R3E, R1W, R2W, R3W, R1S, R2S, R3S, R1N, R2N, R3N: receiving electrode
TE、TS:傳送電極 TE, TS: Transmission electrode
W、S、N、E:方向 W, S, N, E: direction
T1、T2、T3、Ti、Ti+1:時間點 T1, T2, T3, T i , T i + 1: Time point
M0、M1、M2:情境 M0, M1, M2: context
A、B、C、D、E、F、G:行 A, B, C, D, E, F, G: line
R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18:列 R1, R2, R3, R4, R5, R6, R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R17, R18: column
S910、S920:步驟 S910, S920: steps
圖1是依據本發明之一實施例繪示的智慧照護床墊示意圖。 Fig. 1 is a schematic diagram of a smart care mattress according to an embodiment of the present invention.
圖2A是依據圖1繪示的各接收電極在不同時間點所提供的感應電容值。 FIG. 2A is based on the sensing capacitance values provided by the receiving electrodes at different time points shown in FIG. 1.
圖2B是依據圖2B繪示的感測單元在不同時間點的移動情形。 FIG. 2B shows the movement situation of the sensing unit at different time points according to FIG. 2B.
圖3A是依據圖1繪示的感測單元出現傾斜情形的示意圖。 FIG. 3A is a schematic diagram of a tilted state of the sensing unit depicted in FIG. 1.
圖3B是依據圖3A繪示的數個對感測單元施加壓力的示意圖。 FIG. 3B is a schematic diagram of applying pressure to the sensing unit according to several shown in FIG. 3A.
圖3C是依據圖3B繪示的各接收電極在不同傾斜情況下所提供的感應電容值。 FIG. 3C is based on the inductive capacitance values provided by the receiving electrodes shown in FIG. 3B under different inclination conditions.
圖4A是依據本發明之一實施例繪示的承載使用者的智慧照 護床墊的俯視圖。 FIG. 4A is a smart photo carrying a user according to an embodiment of the present invention Top view of the mattress.
圖4B是依據圖4A繪示的在感測單元件陣列在不同時間點的電容值分布圖。 FIG. 4B is a diagram showing the distribution of capacitance values of the sensing element array at different time points according to FIG. 4A.
圖5是依據本發明之一實施例繪示的找出差異區塊的示意圖。 FIG. 5 is a schematic diagram of finding difference blocks according to an embodiment of the present invention.
圖6是依據圖4A繪示的承載使用者的智慧照護床墊的俯視圖以及相應的電容值分布圖。 Fig. 6 is a top view of a smart care mattress carrying a user and a corresponding capacitance value distribution diagram shown in Fig. 4A.
圖7是依據圖6繪示的取得各感測單元的傾斜情形的示意圖。 FIG. 7 is a schematic diagram of obtaining the inclination of each sensing unit according to FIG. 6.
圖8是依據本發明之一實施例繪示的偵測臥姿的示意圖。 FIG. 8 is a schematic diagram of detecting a lying position according to an embodiment of the present invention.
圖9是依據本發明之一實施例繪示的偵測使用者生理狀態的方法。 FIG. 9 is a method for detecting the physiological state of a user according to an embodiment of the present invention.
請參照圖1,其是依據本發明之一實施例繪示的智慧照護床墊示意圖。在本實施例中,智慧照護床墊100例如是一種獨立筒床墊,其可用於供使用者199臥躺,並可相應地偵測使用者199的生理狀態,但本發明可不限於此。
Please refer to FIG. 1, which is a schematic diagram of a smart care mattress according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the
如圖1所示,智慧照護床墊100包括承載部110、底座120、多個感測單元130及處理器140。承載部110用於承載使用者199。底座120設置於承載部110下方。
As shown in FIG. 1, the
在本實施例中,各感測單元130的結構實質相同,並可個別設置於承載部110及底座120之間。在圖1中,各感測單元
130可包括多面體131、凹槽133及第一彈性件135。多面體131可具有頂面131a、底面131b及斜面131W、131S、131N、131E。頂面131a的面積大於底面131b的面積,且各斜面131W、131S、131N、131E連接於頂面131a與底面131b之間。頂面131a推抵承載部110。
In this embodiment, the structure of each
如圖1所示,頂面131a及底面131b可以是四邊形,並可透過4個斜面131W、131S、131E、131N相互連接。斜面131W可相鄰於斜面131S,且斜面131S及斜面131N可個別連接於斜面131W、131E、頂面131a及底面131b之間。此外,斜面131S可相對於斜面131N,而斜面131W可相對於斜面131E。
As shown in FIG. 1, the
然而,在其他實施例中,多面體131亦可實現為其他的態樣,而不限於圖1所示態樣。舉例而言,多面體131的頂面131a及底面131b亦可實現為圓形、橢圓形、三角形、五邊形或其他的幾何形狀,並可透過相應數量的面相互連接。舉例而言,假設多面體131的頂面131a及底面131b係實現為三角形,則可透過3個斜面來相互連接。舉另一例而言,假設多面體131的頂面131a及底面131b係實現為圓形,則可透過單一個環形斜面來相互連接,但本發明可不限於此。
However, in other embodiments, the
為便於理解本發明的概念,以下將以圖1所示的多面體131態樣為例進行說明,而本領域具通常知識應可據以推得當多面體131被實現為上述的其他態樣時的相關細節。
In order to facilitate the understanding of the concept of the present invention, the following will take the aspect of
在本實施例中,各斜面131W、131S、131N、131E可分
別對應於方向W、S、N及E,且可個別設置有傳送電極。以面對E方向的斜面131E為例,其可設置有傳送電極TE;再以面對S方向的斜面131S為例,其可設置有傳送電極TS。此外,斜面131W及131N上亦個別設置有傳送電極,惟受限於圖1的視角而未予以繪示。
In this embodiment, the
如圖1所示,凹槽133對應多面體131而設置於底座120。具體來說,凹槽133的位置可位於多面體131的下方,且凹槽133的形狀及尺寸可大致相同或略大於多面體131。舉例而言,由圖1所示的多面體131的側剖面圖可看出,多面體131的側剖面為一倒梯形。相應地,凹槽133的側剖面亦可以是倒梯形。在此情況下,當承載部110受壓而帶動多面體131向下移動時,多面體131可相應地進入凹槽133,甚或完全容置於凹槽133中,但本發明可不限於此。
As shown in FIG. 1, the
在本實施例中,凹槽133可具有對應於斜面131W、131S、131N、131E的凹槽斜面,且各凹槽斜面設置有對應於傳送電極的接收電極。並且,各凹槽斜面上的各接收電極耦接處理器140,並因應於與各斜面上傳送電極的接觸情形而提供感應電容值。
In this embodiment, the
舉例而言,凹槽133可具有分別對應於斜面131E及131W的凹槽斜面133E及133W。凹槽斜面133E可由上至下設置有耦接於處理器140的接收電極R1E、R2E及R3E,且其可對應於設置在斜面131E上的傳送電極TE。在一實施例中,當斜面131E隨著多面體131的移動而靠近接收電極R1E、R2E及R3E時,接收電
極R1E、R2E及R3E可個別因應於與傳送電極TE的感應面積而提供不同的感應電容值。在以下實施例中,假設接收電極R1E、R2E及R3E所個別提供的感應電容值可正相關於與傳送電極TE的感應面積,但本發明可不限於此。
For example, the
在一實施例中,若多面體131垂直地往下移動一距離,則接收電極R1E、R2E及R3E個別與傳送電極TE的感應面積亦會隨之而增加。然而,由於接收電極R1E、R2E及R3E係由上而下設置於凹槽斜面133E上,故接收電極R1E、R2E及R3E個別與傳送電極TE的感應面積將會呈現遞減的趨勢。在此情況下,接收電極R1E、R2E及R3E個別所提供至處理器140的感應電容值亦會相應地呈現遞減的趨勢。
In one embodiment, if the
相似於凹槽斜面133E,凹槽斜面133W亦可由上至下設置有耦接於處理器140的接收電極R1W、R2W及R3W,且其可對應於設置在斜面131W上的傳送電極(未繪示)。基於上述實施例中教示的原理,當多面體131垂直地往下移動時,接收電極R1W、R2W及R3W個別所提供至處理器140的感應電容值亦會相應地呈現遞減的趨勢。
Similar to the
此外,雖圖1未具體繪示,但凹槽133可另具有個別對應於斜面131N及131S的凹槽斜面,且前述凹槽斜面可個別連接於凹槽斜面133W及133E之間,並可相對設置。
In addition, although not specifically shown in FIG. 1, the
在一實施例中,第一彈性件135(例如是彈簧)可個別設置於承載部110及底座120之間,並因應於施加於承載部110的
一壓力(例如是來自使用者199的壓力)而形變,從而令多面體131朝向凹槽133移動。並且,當第一彈性件135因應於上述壓力而完全形變時,多面體131可相應地容置於凹槽133中,但可不限於此。此外,當上述壓力消失時,第一彈性件135可提供一復位力而將承載部110向上撐起,從而帶動多面體131遠離凹槽133,直至回復至如圖1所示的初始位置。
In one embodiment, the first elastic member 135 (for example, a spring) may be separately disposed between the supporting
此外,如圖1所示,凹槽133可更包括連接於各凹槽斜面的凹槽底面133a。並且,凹槽133可更包括第二彈性件137(其例如是彈簧),其設置於凹槽底面133a上。在一實施例中,第二彈性件137的一端可設置於凹槽底面133a上,而第二彈性件137可與多面體131的底面131b相距一預設距離。因此,當多面體131朝向凹槽133移動超過上述預設距離時,多面體131的底面131b可推抵第二彈性件137以壓縮第二彈性件137。如此一來,感測單元130即可同時透過第一彈性件135及第二彈性件137對承載部110提供較大的支撐力。
In addition, as shown in FIG. 1, the
在一實施例中,第二彈性件137的彈力係數可大於各第一彈性件135的彈力係數。如此一來,當體重較輕的使用者199臥於承載部110上,但未使多面體131向下移動超過上述預設距離時,感測單元130可只需透過第一彈性件135即提供足以支撐使用者199的支撐力。另一方面,當體重較重的使用者199臥於承載部110上,且使多面體131向下移動超過上述預設距離時,感測單元130可透過第一彈性件135及第二彈性件137協同提供
足以支撐使用者199的支撐力,但本發明可不限於此。
In an embodiment, the coefficient of elasticity of the second
在本實施例中,處理器140可耦接各感測單元130的各接收電極,並基於來自各感測單元130的各接收電極的感應電容值而偵測使用者199的生理狀態。在不同的實施例中,上述生理狀態可包括使用者199的呼吸週期及臥姿,但本發明可不限於此。
In this embodiment, the
在一實施例中,對於單一個感測單元130而言,處理器140可基於各接收電極在不同時間點的感應電容值的變化情形而偵測感測單元130(的多面體131)的移動情形。
In an embodiment, for a
請參照圖2A及圖2B,其中圖2A是依據圖1繪示的各接收電極在不同時間點所提供的感應電容值,而圖2B是依據圖2B繪示的感測單元在不同時間點的移動情形。在本實施例中,係假設:(1)承載部110承受有垂直往下的壓力PR;(2)對應於斜面131S的凹槽斜面由上至下設置有接收電極R1S、R2S、R3S;(3)對應於斜面131N的凹槽斜面由上至下設置有接收電極R1N、R2N、R3N。
Please refer to FIG. 2A and FIG. 2B, where FIG. 2A is based on the sensing capacitance values provided by the receiving electrodes in FIG. 1 at different time points, and FIG. 2B is based on the sensing unit illustrated in FIG. 2B at different time points. Mobile situation. In this embodiment, it is assumed that: (1) the bearing
在本實施例中,由於壓力PR係假設為垂直往下地施加於承載部110,故各凹槽斜面上的接收電極的運作方式大致相同。因此,以下將僅基於凹槽斜面133E上各接收電極R1E、R2E及R3E的運作方式進行說明,而本領域具通常知識者應可相應推得其他凹槽斜面上接收電極的運作方式。
In this embodiment, since the pressure PR is assumed to be applied to the supporting
由圖2B可看出,在時間點T1、T2、T3中,多面體131已因應於壓力PR而朝向凹槽133移動,並相應地帶動傳送電極
TE(其設置於對應於凹槽斜面133E的斜面131E上)逐漸接近接收電極R1E、R2E及R3E。在此情況下,接收電極R1E、R2E及R3E與傳送電極TE之間的感應面積210將隨之而逐漸增加。相應地,各接收電極R1E、R2E及R3E所提供的感應電容值亦會隨著感應面積210的增加而增加,如圖2A所示。此外,如先前實施例中所提及的,由於多面體131係垂直往下移動,故接收電極R1E、R2E及R3E個別提供的感應電容值在任一時間點中皆是呈現遞減的趨勢。
It can be seen from FIG. 2B that at the time points T1, T2, and T3, the
因此,當處理器140判定感測單元130的各接收電極所提供的感應電容值大致呈現圖2A所示態樣時,即可得知感測單元130係垂直往下移動,但本發明可不限於此。
Therefore, when the
請參照圖3A,其是依據圖1繪示的感測單元出現傾斜情形的示意圖。在本實施例中,由於施加於感測單元130上的壓力可能使得感測單元130出現所示的左傾/右傾的情況,因此本發明亦提出了相應的技術手段來進行相應的偵測,具體說明如下。
Please refer to FIG. 3A, which is a schematic diagram of a tilted state of the sensing unit shown in FIG. 1. In this embodiment, because the pressure applied to the
請參照圖3B及圖3C,其中圖3B是依據圖3A繪示的數個對感測單元施加壓力的示意圖,而圖3C是依據圖3B繪示的各接收電極在不同傾斜情況下所提供的感應電容值。 Please refer to FIG. 3B and FIG. 3C, where FIG. 3B is a schematic diagram of applying pressure to the sensing unit according to the several diagrams depicted in FIG. 3A, and FIG. 3C is based on the receiving electrodes depicted in FIG. 3B under different inclination conditions. Sensing capacitance value.
圖3B中繪示了三種可能的情境,分別是情境M0、M1、M2,其中情境M0中的感測單元130未有任何傾斜,情境M1中的感測單元130經受力而往方向W傾斜,而情境M2中的感測單元130經受力而往介於方向W及S之間的方向而傾斜。在此情況
下,感測單元130中各接收電極的感應電容值可皆相等,但本發明可不限於此。
FIG. 3B shows three possible scenarios, namely scenarios M0, M1, and M2. The
由圖3C中對應於情境M1的感應電容值趨勢可看出,若僅有設置於凹槽斜面133W的接收電極R1W、R2W及R3W個別的感應電容值呈現依序遞增的趨勢,則處理器140可判定感測單元130(的多面體131)朝向對應於斜面131W的方向W傾斜。從另一觀點而言,若僅有設置於凹槽斜面133E(其相對於凹槽斜面133W)的接收電極R1E、R2E及R3E個別的感應電容值呈現依序遞減的趨勢,則處理器140可判定感測單元130(的多面體131)朝向對應於斜面131W(其對應於凹槽斜面133W)的方向W傾斜。
It can be seen from the trend of the sensing capacitance value corresponding to the scenario M1 in FIG. 3C that if only the sensing capacitance values of the receiving electrodes R1W, R2W, and R3W arranged on the
此外,由於情境M1中的感測單元130未朝向方向N或S傾斜,故設置於凹槽斜面133N的接收電極R1N、R2N及R2N的感應電容值可相等,且設置於凹槽斜面133S的接收電極R1S、R2S及R2S的感應電容值亦可相等。
In addition, since the
此外,由圖3C中對應於情境M2的感應電容值趨勢可看出,若設置於凹槽斜面133W的接收電極R1W、R2W及R3W個別的感應電容值呈現依序遞增的趨勢,且設置於凹槽斜面133S的接收電極R1S、R2S及R2S個別的感應電容值亦呈現依序遞增的趨勢,則處理器140可判定感測單元130(的多面體131)朝向介於方向W(其對應於斜面131W)以及方向S(其對應於斜面131S)之間的方向傾斜。從另一觀點而言,若設置於凹槽斜面133E(其相對於凹槽斜面133W)的接收電極R1E、R2E及R3E個別的感
應電容值呈現依序遞減的趨勢,且設置於凹槽斜面133N(其相對於凹槽斜面133N)的接收電極R1N、R2N及R3N個別的感應電容值亦呈現依序遞減的趨勢,則處理器140可判定感測單元130(的多面體131)朝向介於方向W(其相反於方向E)以及方向S(其相反於方向N)之間的方向傾斜。
In addition, it can be seen from the trend of the sensing capacitance value corresponding to the situation M2 in FIG. 3C that if the sensing capacitance values of the receiving electrodes R1W, R2W, and R3W arranged on the inclined surface of the
由上可知,處理器140可基於感測單元130中各接收電極的感應電容值而得知感測單元130的傾斜情形,但本發明可不限於此。
It can be seen from the above that the
如先前實施例中所提及的,處理器140可基於感測單元130中各接收電極的感應電容值而偵測使用者199的呼吸週期,以下將作進一步說明。
As mentioned in the previous embodiment, the
概略而言,由於使用者199的胸廓區域可能隨著呼氣/吸氣的動作而相應呈現收縮/擴張的情況,因此當使用者199臥於智慧照護床墊100上時,位於胸廓區域下方的一或多個感測單元上的接收電極所測得的感應電容值可能會出現週期性的變化,而處理器140即可基於此週期性變化而推估使用者199的呼吸週期。
Roughly speaking, since the chest area of the
在一實施例中,處理器140可依據各感測單元130的各接收電極的感應電容值產生各感測單元130的特定感應電容值,並基於各感測單元130的特定感應電容值在不同時間點的變化情形定義使用者199的呼吸週期。
In an embodiment, the
請參照圖4A,其是依據本發明之一實施例繪示的承載使用者的智慧照護床墊的俯視圖。在本實施例中,智慧照護床墊100
可包括排列為感測單元陣列410的多個感測單元,而各感測單元可表示為圖4A中的長方格,但本發明可不限於此。如圖4A所示,感測單元陣列410可具有行A、B、C、D、E、F、G及列R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17及R18,但本發明可不限於此。
Please refer to FIG. 4A, which is a top view of a smart care mattress carrying a user according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, the
如圖4A所示,本實施例的使用者199可臥於感測單元陣列410上,且使用者199的胸廓區域199a可隨著呼吸而擴張/收縮。
As shown in FIG. 4A, the
請參照圖4B,其是依據圖4A繪示的在感測單元件陣列在不同時間點的電容值分布圖。在本實施例中,假設智慧照護床墊100在時間點T1時未承載任何物件。在此情況下,處理器140可依據各感測單元130的各接收電極的感應電容值產生各感測單元130的特定感應電容值。在不同的實施例中,處理器140可基於設計者所設定的方式來計算各感測單元的特定感應電容值。舉例而言,處理器140可僅考慮單一個凹槽斜面上的各接收電極所提供的總感應電容值來作為上述特定感應電容值。舉另一例而言,處理器140可將某一感測單元130中各接收電極的感應電容加總為此感測單元130的特定感應電容值。舉又一例而言,處理器140亦可將某一感測單元130中各接收電極的感應電容乘上相應的權重之後再加總為此感測單元130的特定感應電容值,但本發明可不限於此。
Please refer to FIG. 4B, which is based on the capacitance distribution diagram of the sensing element array at different time points shown in FIG. 4A. In this embodiment, it is assumed that the
在取得各感測單元130在時間點T1的特定感應電容值之後,處理器140可據以產生對應於感測單元矩陣410的電容值分
布圖411。由電容值分布圖411可看出,由於智慧照護床墊100上未有任何物件,故各感測單元130的特定感應電容值可皆相等。
After obtaining the specific sensing capacitance value of each
接著,在時間點T2時,假設智慧照護床墊100承載有使用者199,且使用者199正在吸氣,故其胸廓區域199a相應地呈現擴張的情形。此時,處理器140可基於以上實施例教示的手段而取得各感測單元130在時間點T2的特定感應電容值,並據以產生對應於感測單元矩陣410的電容值分布圖412。由電容值分布圖412可看出,由於胸廓區域199a呈現擴張的情況,故有一部分的感測單元偵測到較高的特定感應電容值。
Next, at time T2, suppose that the
接著,在時間點T3時,假設智慧照護床墊100承載有使用者199,且使用者199正在呼氣,故其胸廓區域199a相應地呈現收縮的情形。此時,處理器140可基於以上實施例教示的手段而取得各感測單元130在時間點T3的特定感應電容值,並據以產生對應於感測單元矩陣410的電容值分布圖413。由電容值分布圖413可看出,由於胸廓區域199a呈現收縮的情況,故有一部分的感測單元的特定感應電容值相對於電容值分布圖412而出現下降的情形。
Then, at time T3, suppose that the
由於胸廓區域199a以外的使用者199身體區域並不會隨著呼吸而有所變化,故電容值分布圖412及413之間的差異區塊即對應於胸廓區域199a,而上述差異區塊的電容值變化即可用於定義使用者199的呼吸週期。具體而言,處理器140可監控並記錄差異區塊中各感測單元在各個時間點的特定感應電容值。
Since the body area of the
之後,處理器140可找出位於差異區塊中的感測單元的特定感應電容值出現最大值的時間點及出現最小值的時間點,並將此二時間點之間的時間差定義為使用者199的呼吸週期,但本發明可不限於此。
After that, the
請參照圖5,其是依據本發明之一實施例繪示的找出差異區塊的示意圖。在本實施例中,假設處理器140在時間點Ti及Ti+1個別依上述教示而找出電容值分布圖511及512。在此情況下,處理器140可基於電容值分圖511及512進行布林運算,藉以找出差異區塊513。之後,處理器140即可依據差異區塊513中的電容值變化而定義使用者199的呼吸週期,相關細節於此不另贅述。
Please refer to FIG. 5, which is a schematic diagram of finding different blocks according to an embodiment of the present invention. In the present embodiment, it is assumed
另外,假設處理器140在時間點Ti及Ti+1個別依上述教示而找出電容值分布圖521及522。在此情況下,處理器140可基於電容值分圖521及522進行布林運算,藉以找出差異區塊523。之後,處理器140即可依據差異區塊523中的電容值變化而定義使用者199的呼吸週期。
Further,
在一實施例中,處理器140可依據各感測單元130的各接收電極的感應電容值產生各感測單元130的特定感應電容值,並基於各感測單元130的特定感應電容值在不同時間點的變化情形定義使用者199的臥姿。
In an embodiment, the
請參照圖6,其是依據圖4A繪示的承載使用者的智慧照護床墊的俯視圖以及相應的電容值分布圖。在本實施例中,感測單元陣列410的細節請參照圖4A的相關說明,於此不另贅述。
Please refer to FIG. 6, which is a top view of the smart care mattress carrying the user and the corresponding capacitance value distribution diagram shown in FIG. 4A. In this embodiment, for the details of the
如圖6所示,假設使用者199於時間點T1時仰臥於感測單元陣列410上,則處理器140可依據各感測單元130的特定感應電容值而產生電容值分布圖612。之後,處理器140可再依據各感測單元130的特定感應電容值而找出使用者199的重心線611。舉例而言,處理器140可將各列中承載有使用者199的一或多個感測單元找出,並逐列找出這些感測單元的重心位置。在本實施例中,假設各列所找出的重心位置皆位於行C及D中間,則處理器140可將各列的重心位置連接而形成重心線611,但本發明可不限於此。在取得重心線611之後,處理器140可據以定義使用者199的臥姿。舉例而言,若重心線611為直線,則處理器140可推測使用者199的臥姿可能為正臥,而若重心線611為曲線(例如S型曲線),則處理器140可推測使用者199的臥姿可能為側臥,但本發明可不限於此。
As shown in FIG. 6, assuming that the
之後,假設使用者199於時間點T2向其左側翻身而改變為側臥於感測單元陣列410上,則處理器140可依據各感測單元130的特定感應電容值而產生電容值分布圖622。之後,處理器140可再依據各感測單元130的特定感應電容值而找出使用者199的重心線621。為便於理解,本實施例中假設各列所找出的重心位置皆位於行E及F中間,則處理器140可將各列的重心位置連接而形成重心線621,但本發明可不限於此。
After that, assuming that the
在本實施例中,由於重心線611不同於重心線621,故處理器140可判定使用者199的臥姿已改變。具體來說,由於重心
線621位於重心線611的左側,故處理器140例如可判定使用者199已向其左側翻身/移動等,但可不限於此。
In this embodiment, since the center of
在其他實施例中,由於可能出現使用者199在臥於同一組感測單元的情況下改變臥姿的情境,故本發明另提出了將各感測單元的傾斜情形納入考量的技術手段,以期更為精準地判定使用者的臥姿。
In other embodiments, since the
請參照圖7,其是依據圖6繪示的取得各感測單元的傾斜情形的示意圖。在本實施例中,對於感測單元陣列410中承載有使用者199的感測單元而言,處理器140可基於先前實施例教示的機制而個別取得這些感測單元的傾斜情形,其細節可參照先前實施例中的說明,於此不另贅述。
Please refer to FIG. 7, which is a schematic diagram of obtaining the tilt of each sensing unit according to FIG. 6. In this embodiment, for the sensor units carrying the
為便於說明,本實施例中假設承載有使用者199的感測單元皆朝向使用者199的重心線所在方向而傾斜。舉例而言,在時間點T1中,承載有使用者199的感測單元(以陰影表示)皆朝向重心線611傾斜,而各感測單元的傾斜方向以其中的箭頭表示,但本發明可不限於此。舉另一例而言,在時間點T2中,承載有使用者199的感測單元(以陰影表示)皆朝向重心線621傾斜,而各感測單元的傾斜方向以其中的箭頭表示,但本發明可不限於此。
For ease of description, it is assumed in this embodiment that the sensing units carrying the
請參照圖8,其是依據本發明之一實施例繪示的偵測臥姿的示意圖。在本實施例中,假設使用者199在不同的時間點分別以臥姿811及821臥於智慧照護床墊100上,且臥姿811及821在智慧照護床墊100的感測單元陣列上係由同一組感測單元承
載。在此情況下,若僅採用圖4A至圖6所示的方式來偵測使用者199的臥姿,由於臥姿811及821可能對應於相同的重心線,故處理器140將無法正確地判定臥姿811及821之間的差異。
Please refer to FIG. 8, which is a schematic diagram of detecting a prone position according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, it is assumed that the
然而,若採用圖7的方式而進一步考量上述各感測單元的傾斜情形,將可正確地區別臥姿811及821。具體而言,由臥姿811及821的另一視角示意圖812及822可看出,雖臥姿811及821係由相同的感測單元承載,但臥姿811及821對各感測單元所造成的傾斜情形將有所不同。
However, if the method of FIG. 7 is used to further consider the inclination of the above-mentioned sensing units, the
以感測單元陣列410的列R5為例,當其用於在時間點T1承載呈現臥姿811的使用者199時,對應於行A~F的感測單元的傾斜方向可如圖8所示。亦即,列R5上對應於行A~E的感測單元例如可朝右下方傾斜,而對應於行F的感測單元則例如可朝左下方傾斜。
Taking the row R5 of the
另一方面,當列R5用於時間點T2承載呈現臥姿821的使用者199時,對應於行A~F的感測單元的傾斜方向可如圖8所示。亦即,列R5上對應於行A~D的感測單元例如可朝右下方傾斜,而對應於行E、F的感測單元則例如可朝左下方傾斜。
On the other hand, when the column R5 is used to carry the
在此情況下,由於在時間點T1所測得的感測單元的傾斜情形不同於在時間點T2所測得的感測單元的傾斜情形,故處理器140可判定使用者199的臥姿已改變。
In this case, since the inclination of the sensing unit measured at time T1 is different from the inclination of the sensing unit measured at time T2, the
請參照圖9,其是依據本發明之一實施例繪示的偵測使用者生理狀態的方法。本實施例的方法可由圖1的智慧照護床墊執
行。首先,在步驟S910中,處理器140可取得各感測單元的各接收電極的感應電容值。接著,在步驟S920中,處理器140可基於來自各感測單元的各接收電極的感應電容值而偵測使用者199的生理狀態。步驟S910及S920的細節可參照先前各實施例中的說明,於此不另贅述。
Please refer to FIG. 9, which is a method for detecting the physiological state of a user according to an embodiment of the present invention. The method of this embodiment can be performed by the smart care mattress of Figure 1
Row. First, in step S910, the
此外,相關專業人員還可依照需求設置警報系統,藉以在所偵測到的生理狀態出現異常時提供相應處置。例如,當使用者的呼吸模式/週期滿足一特徵條件(例如呼吸暫停、過慢、過快、睡醒等)時立即通知應變人員,或是幼兒翻身符合趴睡狀態或示觸及床鋪邊緣有摔落危險時立即警報。此外,相關人員還可立即透過網路存取設置於智慧照護床墊附近的取像裝置而取得相關的照片,進而得知臥於智慧照護床墊上的使用者的狀態。 In addition, relevant professionals can also set up an alarm system according to needs, so as to provide corresponding treatment when the detected physiological state is abnormal. For example, when the user’s breathing pattern/cycle satisfies a characteristic condition (such as apnea, too slow, too fast, waking up, etc.), the responder is notified immediately, or the child turns over to conform to the state of sleeping on his stomach or shows that there is a fall when touching the edge of the bed Alert immediately when it is in danger. In addition, relevant personnel can immediately access the image capture device installed near the smart care mattress through the Internet to obtain related photos, and then know the status of the user lying on the smart care mattress.
綜上所述,本發明提出的智慧照護床墊可設置有具特殊結構的感測單元,而智慧照護床墊可基於感測單元的多面體上的傳送電極以及凹槽斜面上的接收電極之間的感應情形而取得各接收電極的感應電容值。之後,處理器可相應地偵測各感測單元的移動情形(例如傾斜、下移等),並還可進一步基於所提出的方法偵測使用者的生理狀態(例如呼吸週期及臥姿等)。藉此,本發明的智慧照護床墊可提供一種低成本、方便、精確且體積不過大的生理狀態偵測方案。 In summary, the smart care mattress proposed in the present invention can be provided with a sensing unit with a special structure, and the smart care mattress can be based on the sensing unit between the transmission electrode on the polyhedron and the receiving electrode on the slope of the groove. To obtain the sensing capacitance value of each receiving electrode. After that, the processor can correspondingly detect the movement of each sensing unit (such as tilting, moving down, etc.), and can further detect the physiological state of the user (such as breathing cycle and prone position) based on the proposed method. . In this way, the smart care mattress of the present invention can provide a low-cost, convenient, accurate, and not too bulky physiological state detection solution.
雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明的 精神和範圍內,當可作些許的更動與潤飾,故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。 Although the present invention has been disclosed in the above embodiments, it is not intended to limit the present invention. Anyone with ordinary knowledge in the relevant technical field will not depart from the present invention. Within the spirit and scope, some changes and modifications can be made, so the scope of protection of the present invention shall be subject to those defined by the attached patent scope.
100:智慧照護床墊
110:承載部
120:底座
130:多個感測單元
131:多面體
131a:頂面
131b:底面
131W、131S、131N、131E:斜面
133:凹槽
133a:凹槽底面
133E、133W:凹槽斜面
135:第一彈性件
137:第二彈性件
140:處理器
199:使用者
R1E、R2E、R3E、R1W、R2W、R3W:接收電極
TE、TS:傳送電極
W、S、N、E:方向
100: Smart Care Mattress
110: Bearing Department
120: Base
130: Multiple sensing units
131:
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