基于三维压力检测的智能枕头及其使用方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及床上用品技术领域，尤其是一种根据使用者的仰卧、侧卧状态自动调 整的基于三维压力检测的智能枕头及其使用方法。
【背景技术】
[0002] 枕头作为一种日常用品，一般认为，枕头就是人们为睡眠的舒适而采用的填充物， 而从现代医学研究上认识，人体的脊柱，从正面看是一条直线，但侧面看是具有四个生理弯 曲的曲线，为了保护颈部的正常生理弯曲，维持人们睡眠时正常的生理活动，人们睡眠时必 须采用枕头。枕头一般由枕芯和枕套两个部分构成。枕头可分为高枕和低枕，但是高枕是 引起落枕、颈椎病的常见原因之一。此外，高枕会增大颈部与胸部角度，使气管通气受阻，易 导致咽干、咽痛和鼻鼾。高枕还能使胸背肌肉长期紧张，胸部受压，妨碍正常呼吸，长此下去 必定给身体带来不良影响。正常人长期睡低枕，同样也会改变颈椎生理状态。因头部的静 脉无瓣膜，重力可使脑内静脉回流变慢，动脉供血相对增加，从而出现头涨、烦躁、失眠等不 适，低枕对于高血压和动脉粥样硬化病人尤其有不良影响。一般健康枕头的高度要根据人 体的身高，体重来判断。然而有时习惯了一种睡姿又想换一种睡姿时又得更换枕头，更换比 较麻烦，而且又得增加一笔额外的开支。所以，需要一种枕头，能够随着睡姿的改变，改变枕 头的高度。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的枕头高度固定单一、不能根据使用者的睡姿发生变化的不 足，本发明提供一种基于三维压力检测的智能枕头及其使用方法。
[0004] -种基于三维压力检测的智能枕头，所述枕头包括肩垫、波浪外形的枕芯和控制 器，枕芯包括颈部区域和头部区域，肩垫可拆卸连接在枕芯的颈部区域的端头，枕芯的颈部 区域的高度高于头部区域的高度，颈部区域的内部设有空腔和增高部，控制器安装在枕头 的一侧，增高部安置在空腔内连接控制器。所述枕头还包括第一连接杆、第二连接杆和第三 连接杆，控制器连接第一连接杆，第一连接杆活动连接第二连接杆，第二连接杆活动连接第 三连接杆，第三连接杆连接增高部，控制器通过连接杆控制增高部的位置。所述枕头还包括 采集睡眠者脸部姿态的摄像头和检测枕头上压力大小的三维压力传感器，摄像头安装在枕 头上方，三维压力传感器安置在枕头内部连接到控制器，控制器根据三维压力传感器检测 到的数据控制摄像头工作。所述三维压力传感器包括控制单元、与控制单元分别连接的X 方向电容单元组和Y方向电容单元组，所述X方向电容单元组和Y方向电容单元组均包括 电容单元模块，所述电容单元模块采用由两个以上的条状电容单元组成的梳齿状结构，每 个条状电容单元包括上极板的驱动电极和下极板的感应电极。
[0005] 上述枕头中，所述电容单元模块包括由两个以上宽度a。长度b。的条状电容单元 组成的第一条状电容单元组和两个以上宽度ka。长度b。的条状电容单元组成的第二条状 电容单元组。所述每个条状电容单元的驱动电极和感应电极宽度相同，驱动电极的长度大 于感应电极长度，驱动电极长度两端分别预留左差位和右差位 +L，其中，b_为条状电容单元的驱动电极长度，bg为条状电容单元的感应电极长度，所 述差位s左=S右，且&泛4、其中d。为条状电容单元介质厚度，G为弹性介质的抗 剪模量，T_为最大应力值。所述梳齿状结构包括20个以上条状电容单元、与条状电容单 元一一对应连接的引线，相邻两条状电容单元之间设有电极间距a5，所述平行板面积S= M(a(]+2a5 +ka。) 13。/2，其中，M为条状电容单元数量，b。为条状电容单元的长度，a。条状电容单 元的宽度。所述第一条状电容单元组和第二条状电容单元组的条状电容单元引线通过并联 方式或者独立连接到控制单元。所述枕头表面设有多个耳部区域，耳部区域凹陷设置枕头 表面，耳部区域周围形成有一圈翼部。所述枕头的头部区域内设有吸杆，吸杆顶端固定有吸 力部件，吸力部件贴合在头部区域内耳部的下方形成耳部区域。
[0006] -种基于三维压力检测的智能枕头的使用方法，所述方法步骤包括：步骤一、学习 阶段：使用者平躺在床上，头部放在枕头的头部区域中，随后翻转，每一个姿态保持一至两 分钟，姿态保持时，按下控制器上设置的暂停按钮，同时摄像头采集脸部图像信息；步骤二、 控制器中利用学习阶段获得的图像数据进行多项式拟合处理，从图像中提取特征向量，形 成脸部特征数据库；步骤三、三维压力传感器监测枕头受到的压力大小，控制器检测到压力 大小突变，摄像头采集枕头状态和脸部图像，对脸部数据进行特征提取，输入到脸部特征数 据库中进行姿态匹配，估计出脸部姿态，确定颈部的位置，控制器发出增高部运动指令；步 骤四、评价阶段：如果脸部姿态估计有误差，增高部停止位置不对，使用者手动调整，并按下 暂停按钮，进行图像采集，充实脸部数据库。所述步骤三中颈部的位置确定是由控制器设置 的定位单元完成的，定位单元以三维压力传感器为坐标，枕头中设有多个三维压力传感器， 均匀安置在枕头中。所述使用方法中，控制器分析脸部图像信息后，确定颈部位置的同时确 定耳部是否被压到，如果耳部被压到，的耳部下方的枕头内部形成耳部区域。
[0007] 本发明有如下积极效果：本发明中是对常用的波浪性枕头进行了改进，在颈部区 域中设置了空腔，空腔内安置了增高部对枕头的自由调节，本发明中还设置了控制器对增 高部进行自动调节，此外，控制器对使用者睡眠时的脸部姿态进行识别估计，估算出脸部的 姿态和颈部的位置，及时将增高部移动到颈部下方，并根据使用者的颈高调整增高部的高 度，以配合使用者的使用舒适性。本发明中还设置了耳部区域对使用者压到的耳朵进行缓 冲保护。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明中的枕头的示意图。
[0009] 图2是本发明中的枕头的剖面示意图。
[0010] 图3是本发明中的枕头的控制器控制增高部的工作原理图。
[0011] 图4是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元及其坐标系。
[0012]图5是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元示意图。
[0013] 图6是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元右向偏移示意图。
[0014] 图7是本发明的【具体实施方式】的条状电容单元左向偏移示意图。
[0015] 图8是本发明的【具体实施方式】的宽度为a。和ka。的电容对受力偏移图。
[0016] 图9是本发明的【具体实施方式】的平行板三维力压力传感器结构图。
[0017]图10是本发明的【具体实施方式】的单元电容对的信号示意图。
[0018] 图11是本发明的【具体实施方式】的平行板电容器剖面结构。
[0019]图12是本发明中的枕头的使用方法流程图。
[0020] 图13是本发明中的枕头上设有耳部区域实施例一的示意图。
[0021] 图14是本发明中的耳部区域实施例一的示意图。
[0022] 图15是本发明中的耳部区域实施例二的剖面工作示意图。
[0023] 图中，1为肩垫，2为枕芯，3为颈部区域，4为头部区域，5为空腔，6为增高部，7为 控制器，8为第一连接杆，9为第二连接杆，10为第三连接杆，11为耳部区域，12为暂停按钮， 13为上PCB基板，14为下PCB基板，15为驱动电极铜箱，16为感应电极铜箱。
【具体实施方式】
[0024] -种基于三维压力检测的智能枕头，其结构示意图如图1所示，本发明提供的枕 头能够检测使用者睡觉时的脸部姿态，根据脸部姿态调整枕头的高度从而为使用者提供一 个舒适的睡眠用品。枕头一般由枕套和枕芯2组成，本文中主要是对枕芯2的改进，为了介 绍方便，文中枕头既是枕芯2,枕芯2包括颈部区域3和头部区域4,颈部区域3的高度高于 头部区域4的高度。本发明提供的枕头为加长型枕头，设有肩垫1，冬天由于头部在被子外 面，很容易肩部受凉导致落枕，有时由于肩部有凉意，从而蒙头睡，但是把头部放在被窝里 影响呼吸，呼吸的空气是被窝里不流通的气体，不利于呼吸道健康。所以本发明中在枕头中 增设了肩垫1部位，肩垫1活动连接在枕芯2的颈部区域3下，可以选用拉链或者暗扣，连 接点设置在颈部区域3下，避免了使用者使用时的异物硌感，天气炎热时可以取下，天冷时 安装使用。此外肩垫1的两边角设有两个小的磁铁，睡觉时，睡眠者的无意识翻动就会导致 肩垫1掉落，肩垫1出安装两个磁铁在使用时吸合一起围在脖颈处，从而更好的解决了肩部 的着凉问题。
[0025] 如图1所示，枕头的