本发明属于人工智能技术领域，涉及到机器学习、模式识别方法，尤其涉及一种基于“感知-动作”单元的人体工学智能床及其使用方法。
背景技术：
传统的床具有如下缺陷：首先，传统床垫对脊椎健康存在不利影响。对于有充分弹性的软床垫而言，其对腰椎的不利影响是众所周知的；而对于硬床垫而言，在不额外配备腰枕的情况下，腰椎的生理弯曲处于床铺间形成的空隙仍然会使腰椎处于紧张状态。而配备腰枕后，用户在睡梦中的翻身等动作也会影响到腰枕的位置，从而使腰枕失效，甚至产生反作用。其次，传统床垫无法适应不同的睡姿需求。众所周知，人们在睡眠时不一定是采取同一睡姿的，睡眠过程中时常会伴随着睡姿的改变。而不同的睡姿对于身体的压迫也不相同，比如侧卧时处于下方的肩会受更多压迫，而且相比于平躺时，侧卧时的枕头高度也需要更高；双人相拥而眠时，一方的胳膊会被压迫在另一方的身体之下，易造成血流不畅，严重者曾有过导致截肢的案例发生；俯卧时脚尖会与床板对抗，从而使得脚面时刻处于被迫拉伸状态，不利于睡眠者放松，同时俯卧时身体对心脏的压迫也会影响睡眠健康；坐卧或半卧时，用户后腰与床垫间的空隙不利于脊椎健康，而且由于臀部缺乏横向的支撑，导致用户身体会不断下滑，影响用户体验。
目前市面上的智能健康床铺都是将床板横向分割为若干段，段与段之间通过机械结构相连，根据用户需要进行调整各段间的角度，从而适应使用者的腰部曲线，或是适应坐姿和卧姿的不同需求。但这种结构也存在弊端，首先，该结构仅将床铺在一个维度上进行分割，无法适应两人或多人同时使用时睡姿和身体结构不同的而带来的不同需求。其次，其将床板分割的块数较少，无法真正实现对脊椎全方位支撑。再次其仅对床板进行横向分割，无法对侧卧等非对称的睡姿实现姿态适应。
技术实现要素：
针对现有技术提出的问题，本发明提供一种基于“感知-动作”单元的人体工学智能床及其使用方法，解决床铺无法在多人多睡姿的条件下实现对睡眠者身体进行科学合理的支撑的问题。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种基于“感知-动作”单元的人体工学智能床，包括多个“感知-动作”单元1、床体2、床头3、中央控制模块及相应的控制设备。所述的中央控制模块置于床体或床头中。电器结构方面，所有“感知-动作”单元1都与中央控制模块相连，并将感知的压力结果发送至中央控制模块；中央控制模块识别睡眠者的睡眠姿态后，经过相应的控制设备(如电机、液压的驱动电路以及螺杆的驱动电机)控制各个“感知-动作”单元1的伸缩动作。机械结构方面，所述的若干个“感知-动作”单元1组合成床板，床板设于床体2上方，床头3位于床体2侧面，如图1所示，通过使不同“感知-动作”单元1产生不同长度的伸缩使床板产生合理的曲面。
所述的每个“感知-动作”单元1包括感知和动作两部分，二者呈上下串联布置。所述的感知部分包括感知部分外壳4、压力传感器5、压力传感器限位机构；压力传感器5位于感知部分外壳4内部，用于感知所受压力；压力传感器限位机构设置在感知部分外壳4内部，用于限制感知部分外壳被压下的行程，从而避免压力传感器5过分受压导致损坏；所述的感知部分外壳4也可以兼做限位机构。所述的动作部分根据中央控制模块控制感知-动作”单元1的伸长或缩短，由液压、气压、螺杆或电动机等实现其伸缩功能。
所述的“感知-动作”单元1的排列方式可以是矩阵状、蜂窝状、圆柱交错状或三角形交错状等；“感知-动作”单元1可以根据用户需要，额外附加其他功能模块，如空气循环模块、加热模块、给药模块等。
一种基于“感知-动作”单元的人体工学智能床的使用方法，包括以下步骤：
第一步，在系统设计时，通过大量用户实验，确定睡眠时的人体压力分布特征
1.1)锁定所有“感知-动作”单元1的动作部分，使床板保持为一个平面。
1.2)被测人躺在床板上睡觉，记录睡眠姿态及相应的“感知-动作”单元1所感知的压力数据。
1.3)根据大量压力数据，并结合用户的身体参数(身高，体重等)，建立不同睡眠姿态下的压力模型。
1.4)根据医学数据，建立不同身体特征的人在不同睡姿下，身体下侧的三维曲面模型。
第二步，用户使用过程
用户使用时，系统根据感知部分所采集到的床板压力分布，调用相应的身体曲面模型，通过控制动作部分调整床板形态，使其逼近身体曲面模型，适应睡眠者的睡姿。
2.1)根据用户睡眠时的具体压力分布情况以及用户输入的身体参数，结合步骤1.3)中所得到的压力模型，通过模式识别法识别用户的睡眠姿态。所述的模式识别法可以基于理论模型或大量实测数据建立，或通过用户自身的身体参数进行修正，包括knn算法、svm算法、深度学习算法等。
2.2)根据步骤2.1)中得到的用户的睡眠姿态，产生床板控制的目标函数，该函数可以是使所有受压的压力传感器5的压力值相同，根据目标函数调整动作部分的升高和降低，使床板的曲面复合理想的身体曲面模型，为用户提供更好的支撑；
或者根据步骤2.1)中得到的用户的睡眠姿态后，直接从步骤1.4)得到的三维曲面模型调用相应的身体曲面模型(基于理想的身体下侧曲面改进得出)使床板的曲面复合理想的身体曲面模型，为用户提供更好的支撑。
或者将两者有机结合，使床板的曲面复合理想的身体曲面模型，为用户提供更好的支撑。
本发明的效果和益处是可以在使用人数不定，睡姿不限的情况下为用户提供科学的身体支撑，减少睡眠不合理所引发的身体不适和疾病。
附图说明
图1是本发明总体结构示意图。
图2是“感知-动作”单元结构实例图。
图中：1“感知-动作”单元；2床体；3床头，4感知部分外壳，兼做限位机构；5压力传感器；6动作部分外壳；7动作部分直线电机定子；8动作部分直线电机转子。
具体实施方式
以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。
整机由40*36个“感知-动作”单元1以及相应的控制设备组成，每个“感知-动作”单元1端面为50mm*50mm，高度为400mm(收缩时)/700mm(伸展时)。“感知-动作”单元1的顶端安装带有圆角的泡沫头。“感知-动作”单元1成矩阵式排列。
“感知-动作”单元1如图2所示，包括感知和动作两部分，二者呈上下串联布置。其上部为感知部分，主要由一个压力传感器5和感知部分外壳4构成，所述的压力传感器5设于动作部分直线电机转子8上方，感知部分外壳4盖在压力传感器5上。
动作部分是通过直线电机构成的：包括动作部分外壳6、动作部分直线电机定子7、动作部分直线电机转子8。直线电机转子8位于动作部分的中心，该部分可以根据直线电机定子7的控制升高或降低；直线电机转子8被直线电机定子7围绕，直线电机定子7用于产生磁场，从而控制直线电机转子8的升降。所述的感知部分外壳4和动作部分外壳6兼作限位机构，避免过度受压而损坏器件。
每个“感知-动作”单元1具有8位量化的压力感知信号输出以及8位量化的位置控制输入。每40个“感知-动作”单元1的输入/输出线连入一个串并转换器。36组串并转换器的信号线连向主控制器。
睡眠模式识别算法可以使用黑白图像识别技术，把图像的灰度值替换为传感器的压力值。通过图像处理的技术手段达到识别用户睡姿的目的。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。