專(zhuān)利名稱(chēng)：：枕頭護(hù)士的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：屬機(jī)電一體智能化枕頭。一種能對(duì)睡眠的人做護(hù)理工作的枕頭機(jī)器人(二)
背景技術(shù)：
：枕頭是我們睡覺(jué)時(shí)最親密的伙伴了，但是這個(gè)親密的伙伴一旦使用不當(dāng)，就會(huì)影響我們的健康。高枕容易引起頸椎病，長(zhǎng)期睡高枕會(huì)改變?nèi)梭w頸椎正常生理彎曲，使局部軟組織產(chǎn)生痙攣，炎癥等。容易出現(xiàn)頸肩酸痛、手麻、頭昏等癥狀。因此，髙枕是引起落枕、頸椎病的常見(jiàn)原因之一。此外，高枕會(huì)增大頸部與胸部角度，使氣管通氣受阻易導(dǎo)致咽干、咽痛和奧軒。高枕還能使胸背肌肉長(zhǎng)期緊張，胸部受壓，妨礙正常呼吸，長(zhǎng)此下去必定給身體帶來(lái)不良影響。高枕不好，用低枕或不用枕頭是不是就好呢？專(zhuān)家指出枕頭過(guò)低或不用枕頭同樣不利于健康，不墊枕頭，人仰臥時(shí)過(guò)分后仰，易張口呼吸進(jìn)而產(chǎn)生口干、舌燥、咽喉疼痛和打呼?，F(xiàn)象枕頭過(guò)低還會(huì)使得供血不太均衡，容易造成募粘膜充血腫脹，影響呼吸。側(cè)臥時(shí)，不墊枕頭或枕頭過(guò)低，頸椎側(cè)彎一邊的頸部肌肉會(huì)過(guò)分伸拉，疲勞而導(dǎo)致痙攣、疼痛、出現(xiàn)落枕。因重力關(guān)系，頭部血流量不均衡影響睡眠，對(duì)于高血壓和動(dòng)脈粥樣硬化病人有不良影響。那么，什么樣的枕頭使人在睡眠狀態(tài)下能始終保持在健康的姿態(tài)呢！專(zhuān)家指出選用符合人體力學(xué)設(shè)計(jì)的枕頭，不僅對(duì)頸椎，而且對(duì)整個(gè)脊椎的生理彎曲及脊椎旁肌肉都有好處，萬(wàn)病之源起于脊椎，脊椎常保健，才能保持身體健康，枕頭的作用就是在睡眠時(shí)保證人體頸部的生理弧度不變形。最好選擇無(wú)論仰臥，側(cè)臥都要能保持頸部正常生理弧度的枕頭，成人以仰臥時(shí)高15-10厘米，側(cè)臥時(shí)枕高約20-15厘米的髙度為宜。(新華網(wǎng)2003年11月26日，枕頭該多高才合適？)。人一生有1/3的時(shí)間是在睡眠中度過(guò)的世界上每一個(gè)人都需要一個(gè)能夠保障高質(zhì)量的睡眠和健康的"好"枕頭。
發(fā)明內(nèi)容目前人們使用的枕頭，都缺少能根據(jù)不同睡覺(jué)姿勢(shì)自動(dòng)調(diào)整枕頭高度的能力。而且由于人在睡眠中無(wú)法自身調(diào)節(jié)枕頭的高度。所以長(zhǎng)期以來(lái)人們?cè)谒咧械拇蠖鄶?shù)時(shí)間頸椎部是處在非正常的生理弧度狀態(tài)，致使很多頸椎病的發(fā)生。本發(fā)明為其解決這一問(wèn)題。枕頭護(hù)士(以下簡(jiǎn)稱(chēng)護(hù)枕)是一種智能化的護(hù)理枕頭。當(dāng)人躺在護(hù)枕上，護(hù)枕能夠感觸到，并根據(jù)此人的睡覺(jué)姿勢(shì)，當(dāng)人仰臥時(shí)護(hù)枕自動(dòng)降到10~15cm的高度，當(dāng)人側(cè)臥時(shí)護(hù)枕自動(dòng)升到15~20cm的高度，其他半臥等姿勢(shì)時(shí)自動(dòng)升高或降低至10~20cm的某高度。同時(shí)微機(jī)通過(guò)各種傳感器，實(shí)時(shí)捕捉其人在睡眠過(guò)程中的體溫、室溫、心跳、等生理參數(shù)和在什么時(shí)間段是何種睡覺(jué)姿態(tài)及翻身次數(shù)等數(shù)據(jù)、儲(chǔ)存、報(bào)警、顯示、聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)上傳。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)智能化功能所釆用的技術(shù)方案是用微電腦技術(shù)。把人(側(cè)臥、仰臥信號(hào))、枕(升降驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu))、機(jī)(微電腦控制器)三者之間構(gòu)建成一個(gè)閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。根據(jù)人體工學(xué)特征，結(jié)合微電腦接口技術(shù)和軟件程序算法形成"映像"識(shí)別系統(tǒng)，作為控制系統(tǒng)的感測(cè)器。用簡(jiǎn)單的杠桿、機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，作為該系統(tǒng)可使護(hù)枕高度升降的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)人躺在護(hù)枕上，人體各部位不帶任何傳感器。通過(guò)"映像"識(shí)別系統(tǒng)，就能夠感觸到并根據(jù)此人的睡覺(jué)姿勢(shì)，微電腦控制器將護(hù)枕的高度調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢谩１景l(fā)明的實(shí)施有益效果是由于護(hù)枕這種枕頭設(shè)備能夠?qū)λ咧械娜说念i部進(jìn)行護(hù)理，使之始終保持正常的生理弧度，從而提髙了睡眠的舒適度和質(zhì)量。長(zhǎng)此可減少頸脊椎病的發(fā)生。人在睡眠中的體溫、室溫、心跳、等生理參數(shù)和翻身次數(shù)等數(shù)據(jù)采集?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，用來(lái)指導(dǎo)睡眠，不斷提高睡眠的質(zhì)量。護(hù)枕也可以作為一種新型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，應(yīng)用到護(hù)理人群比^集中的地方，醫(yī)院、福利院等聯(lián)網(wǎng)建立實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)。圖l是實(shí)施的一種枕芯框架結(jié)構(gòu)圖，包括正視圖K正視圖2、俯視圖，其中正視圖2為表示枕芯升高時(shí)的狀態(tài)。表l枕芯框架各部件作用<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>起托盤(pán)作用其上安放可伸縮的"映像"傳感器。圖2是微機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)控制部分電路結(jié)構(gòu)原理圖-其中PHILIPS單片機(jī)P89PLC9401是P89LPC931與LCD驅(qū)動(dòng)器PCF8576D的結(jié)合體，為微電腦控制器。圖3是主桿.序流程圖。具體實(shí)施例方式一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)枕頭護(hù)士護(hù)理功能的實(shí)現(xiàn)，使人、枕、機(jī)三者之間構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖2我們看到:人的睡覺(jué)姿勢(shì)變化通過(guò)一個(gè)"映像"識(shí)別器將信號(hào)送到微電腦控制器。枕頭也有一個(gè)高度信號(hào)送到微電腦控制器。在微電腦里，人的睡覺(jué)姿勢(shì)變化信號(hào)與枕芯高度信號(hào)進(jìn)行比較，如果是正偏差，控制器向執(zhí)行機(jī)構(gòu)(電機(jī))發(fā)出正向驅(qū)動(dòng)命令、護(hù)枕升高。反之，則護(hù)枕降低，見(jiàn)圖l。當(dāng)兩者信號(hào)相對(duì)應(yīng)無(wú)偏差時(shí)，系統(tǒng)就穩(wěn)定在這個(gè)狀態(tài)。本系統(tǒng)實(shí)施包括1、可驅(qū)動(dòng)升降(枕芯高度)裝置枕芯框架與護(hù)枕驅(qū)動(dòng)。2、微機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)硬件部分和軟件部分。二、可驅(qū)動(dòng)升降(枕芯髙度)裝置2.l枕芯框架枕芯框架結(jié)構(gòu)圖，見(jiàn)圖l。各部件作用見(jiàn)表l。2.2護(hù)枕驅(qū)動(dòng)2.2.1要求*護(hù)枕的大小與普通枕頭相近，枕長(zhǎng)應(yīng)寬出人的肩膀10cm左右。*當(dāng)人仰臥時(shí)護(hù)枕自動(dòng)降到10~15cm的高度。當(dāng)人側(cè)臥時(shí)護(hù)枕自動(dòng)升到1520cm的高度。*其他半臥等姿勢(shì)時(shí)自動(dòng)升高或降低至10~20cm的某高度，2.2.2升降驅(qū)動(dòng)1、電機(jī)一個(gè)成年人頭的重量約5kg。即體重的10%左右。護(hù)枕從低位升到高位大約35cm。升起時(shí)人的頭繞著頸部支點(diǎn)向上移動(dòng)，即可以說(shuō)護(hù)枕推動(dòng)著頭向上的力f蕓5kg取4kg功w=4kgx0.05m=0.2kgm0.2kgmx9.8=1.96焦耳當(dāng)人從仰臥轉(zhuǎn)向側(cè)臥時(shí)護(hù)枕從低位變成髙位，設(shè)計(jì)用20秒的時(shí)間達(dá)到高位，不會(huì)影響使用。功率p,/t-1.96焦耳/20秒=0.098瓦所以本系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)選用微型直流減速電機(jī)其減速比為l:1200、轉(zhuǎn)數(shù)為2~3轉(zhuǎn)/分鐘、力矩為20kgf.cm、輸出功率為0.6w.2、升降杠桿如附圖l所示電機(jī)上的鋼纜輪直徑為2cm，周長(zhǎng)為6.28cm當(dāng)電機(jī)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)一周，鋼纜收短，將杠桿另一端翹起，把枕面抬高，達(dá)到護(hù)枕從低位升高到高位的效果。這種機(jī)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，利用杠桿的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，減少了噪聲。另外外n字型枕面框的兩個(gè)支點(diǎn)在右承重木方上，內(nèi)n字型枕面框的兩個(gè)支點(diǎn)在左承重木方上，穩(wěn)定性好。三、微機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)3.1硬件部分3.1.1微控制器根椐系統(tǒng)功能要求，本系統(tǒng)作兩種選擇，一種為基本型P89LPC931單片機(jī)為控制器，另一種為增強(qiáng)型P89LPC9401FLASH單片機(jī)為控制器，LPC9401為P89LPC931和低復(fù)用率LCD驅(qū)動(dòng)PCF8576D的結(jié)合體，所以?xún)烧咴谟布蛙浖峡梢约嫒?。P89LPC9401可直接驅(qū)動(dòng)LCD。集成系統(tǒng)級(jí)功能，可減少元件的數(shù)目和電路板面積，降低系統(tǒng)成本。單片機(jī)選擇片內(nèi)振蕩和片內(nèi)復(fù)位時(shí)P89LPC931可多達(dá)26個(gè)I/O口，P89LPC9401可多達(dá)23個(gè)I/O口。3.1.2控制部分電路控制部分電路結(jié)構(gòu)原理圖見(jiàn)附圖23.1.31/0口連接*P1.3、P3.1為^C總線接口的數(shù)據(jù)線和時(shí)鐘線與溫度傳感器和內(nèi)部LCD驅(qū)動(dòng)器PCF8576D的SDA、SCL相連。*PO.l、P0.2與電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的繼電器相連。P.O.O、P2.0、P2.1與護(hù)枕高度位置信號(hào)相連。*P1.7、P1.6、P1.4、P2.2、P2.3、P0.3、P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P2.5與"映像"和按鍵輸入相連。*P1.5、P0.4、P0.5(跳線)與ICP接口相連。3.1.4I/O口配置除了(P1.2、P1.3、P1.5)以外所有口均可由軟配置4種輸出類(lèi)型之一。分別為準(zhǔn)雙向口、推挽輸出、僅為輸入及開(kāi)漏輸出?？诰€配置由特殊功能寄存器PxMl、PxM2的值控制，本機(jī)配置。PO.l、P0.2口輸出模式，推挽輸出P1.2、PU、P1.5口輸出模式,僅為輸入其他I/O口口輸出模式，準(zhǔn)雙向口3.1.5信號(hào)輸入功能*用著鍵盤(pán)瑜入信號(hào)的I/0口配置成準(zhǔn)雙向口模式。當(dāng)按鍵按下時(shí)輸入端為低電平O，當(dāng)沒(méi)有按鍵按下時(shí)由于內(nèi)部極弱的上拉電流，將引腳拉為高電平為1。將P1.S作為鍵盤(pán)輸入口，當(dāng)按鍵沒(méi)有按下時(shí)，接于3V的10KQ電阻，將引腳拉為高電平為1。*由I/O口(多位)和"映像"識(shí)別軟件，構(gòu)成"映像"感測(cè)器。在護(hù)枕上靠近人體的一邊有一個(gè)長(zhǎng)的開(kāi)口，感測(cè)器就從開(kāi)口處伸出，如同人的舌頭，可以伸窓。*護(hù)枕的低、中、高位置信號(hào)，相當(dāng)是三個(gè)可移動(dòng)的行程開(kāi)關(guān)。其等同鍵盤(pán)電路。P9LPC9401有兩個(gè)模擬比較器預(yù)作鼾聲和心跳檢測(cè)。3.1.6電機(jī)驅(qū)動(dòng)改變直流減速電機(jī)的供電電流方向即可改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。如附圖2的電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分，當(dāng)I/0口PO.l、P02為0時(shí)即為低電平，晶體管G1和晶體管G2都為截止?fàn)顟B(tài)，繼電器A和繼電器B的觸點(diǎn)為常閉(與地接通)。電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)端點(diǎn)都為接地，電機(jī)停轉(zhuǎn)。當(dāng)P0.1輸出為1即為高電平，晶體管A導(dǎo)通。繼電器A動(dòng)著與常開(kāi)觸點(diǎn)(與+6V)接通，同時(shí)當(dāng)？0.2為0時(shí)晶體管8截止，繼電器B不動(dòng)作，觸點(diǎn)為常閉(與地接通)。這時(shí)電機(jī)反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)(反轉(zhuǎn))。反之，則電機(jī)正時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)(正轉(zhuǎn))。PO.l、P0.2口輸出與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系如表2表2PO.lP0.2口輸出與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的關(guān)系<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3.1.7數(shù)據(jù)的顯示和功能擴(kuò)展PCF8576D是LCD顯示驅(qū)動(dòng)芯片而LPC9401是P89LPC931和PCF8576D的結(jié)合體。兩部分通過(guò)I2C總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。PC總線接口只需要兩根信號(hào)線(數(shù)據(jù)線SDA和時(shí)鐘線SCL)就可以完成高速的通信協(xié)議。I2C總線的硬件連接如附圖2所示，把所有fC器件的SDA、SCL連接在一起。再加兩個(gè)上拉電阻就可以完成硬件配置。LPC9401控制內(nèi)部PCF8576D驅(qū)動(dòng)配帶的LCD進(jìn)行顯示，調(diào)用^C軟件包對(duì)其進(jìn)行操作。在^C上連接了兩個(gè)LM75溫度傳感器，或其他。3.1.8ICP接口在硬件設(shè)計(jì)上預(yù)留ICP接口,采用串行編程方式,可以方便的進(jìn)行軟件下載和后續(xù)升級(jí)。見(jiàn)附圖2ICP接口。3.2軟件部分3.2.l設(shè)計(jì)及功能的實(shí)現(xiàn)*?？旎O(shè)計(jì)程序?？旎?、功能?？旎?。*人性化設(shè)計(jì)根據(jù)人在睡覺(jué)時(shí)的特性設(shè)計(jì)，比如人從一種睡覺(jué)姿勢(shì)轉(zhuǎn)為另一種睡覺(jué)姿勢(shì)有一個(gè)穩(wěn)定過(guò)程。護(hù)枕不是馬上就變換高度，而是待穩(wěn)定之后，才慢慢調(diào)整高度。翻身次數(shù)、室溫、體溫等不作實(shí)時(shí)顯示，而是需要顯示時(shí)，通過(guò)某鍵盤(pán)中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)。*溫度的檢測(cè)用LM75芯片，LM75是I2C接口，發(fā)出數(shù)字信息不需要轉(zhuǎn)換，直接表示溫度。測(cè)量溫度的范圍為一55t:到125'C,在護(hù)枕的枕面上安放兩個(gè)LM75芯片，當(dāng)人側(cè)臥時(shí)，面部貼近其中一個(gè)芯片，這時(shí)測(cè)得的溫度就是人的體溫當(dāng)體溫超過(guò)37'C時(shí)，顯示、報(bào)警，平常兩個(gè)芯片測(cè)得的溫度一致，這就是室溫。*在秒中斷服務(wù)程序里，作數(shù)據(jù)整理和增加一些附加的功能。如能記錄和保存人在睡眠時(shí)的各種參數(shù)。翻身次數(shù)，包括仰臥、側(cè)臥次數(shù)，和室溫、體溫、時(shí)間等?？烧{(diào)出幾天的情況作比較。提供給睡眠者，來(lái)調(diào)節(jié)自己的睡眠情況。也可多臺(tái)護(hù)枕聯(lián)網(wǎng)，集中監(jiān)控。*從功能講有基本功能和附加功能?；竟δ苁亲o(hù)枕的高度升降調(diào)節(jié)功能。附加功能是記錄、保存和顯示功能。本系統(tǒng)設(shè)兩個(gè)工作模式，全模式和半模式。全模式完成基本功能和附加功能。而半模式只完成附加功能，也就是說(shuō)護(hù)枕這時(shí)只保持低位置高度，而高度不升降調(diào)節(jié)。3.2.2主程序流程圖如圖33.2.3主程序模塊1初始化程序*定義端門(mén)、寄存器、指針地址。*特殊功能寄存器。2數(shù)據(jù)采集模塊*采集各接口狀態(tài)讀傳感器數(shù)據(jù)*存放數(shù)據(jù)和狀態(tài)字到存儲(chǔ)器.3數(shù)據(jù)處理模塊*對(duì)數(shù)據(jù)分拆、比較、判斷、傳送、保存。*是何睡覺(jué)姿勢(shì)用數(shù)字表示。*穩(wěn)定系數(shù)值0為最高，根據(jù)情況自動(dòng)修正。*讀模式字是選擇全模式，還是半模式。4控制執(zhí)行模塊讀姿勢(shì)數(shù)字。*檢査護(hù)枕現(xiàn)在的高度位置.*對(duì)控制部分如何動(dòng)作形成命令。*向控制電機(jī)的輸出口寫(xiě)0或1。穩(wěn)定后返回。3.2.3程序清單(另)權(quán)利要求1.枕頭護(hù)士是將“好”枕頭理念與現(xiàn)代微電子技術(shù)和簡(jiǎn)單獨(dú)特的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相結(jié)合，組成適合人在睡眠中自動(dòng)調(diào)整枕頭高度，使人的頸椎始終保持健康生理弧度及對(duì)在睡眠的人做一些護(hù)理工作的新型枕頭設(shè)備。其特征在于其由可驅(qū)動(dòng)升降枕芯高度的裝置和微機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)及“映像”識(shí)別系統(tǒng)和其他傳感器構(gòu)成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述枕頭護(hù)士其特征在于"映像"識(shí)別系統(tǒng)由多位序列輸出輸入信號(hào)結(jié)合人體生理特征和軟件算法而形成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述枕頭護(hù)士其特征在于可驅(qū)動(dòng)升降枕芯高度的裝置和微機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)及"映像"識(shí)別系統(tǒng)。人、機(jī)、枕三者之間構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述枕頭護(hù)士其特征在于微機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)及"映像"識(shí)別.系統(tǒng)和其他傳感器將人在睡眠過(guò)程中的各種生理參數(shù)數(shù)據(jù)記錄、報(bào)警、顯示。全文摘要本發(fā)明屬機(jī)電一體智能化護(hù)理枕頭。一種“枕頭機(jī)器人”設(shè)備。它是用現(xiàn)代“好”枕頭理念(成人的枕頭以仰臥時(shí)高15-10cm，側(cè)睡時(shí)枕高約20-15cm的高度為好。)結(jié)合簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置和微機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)組成的智能化的枕頭。解決了人在睡眠狀況下無(wú)法調(diào)整枕頭高度的問(wèn)題。它通過(guò)一個(gè)“映像”感測(cè)器，感觸其人的睡覺(jué)姿勢(shì)，并將枕頭的高度調(diào)整到適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｊ谷嗽谒叩娜^(guò)程中頸部始終保持在正常的生理弧度，從而提高了睡眠的舒適度和質(zhì)量。長(zhǎng)此可減少頸脊椎病的發(fā)生。同時(shí)微機(jī)通過(guò)傳感器件，將人在睡眠時(shí)的室溫、體溫、心跳、等生理參數(shù)和翻身次數(shù)記錄、儲(chǔ)存、報(bào)警、顯示。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，用來(lái)指導(dǎo)人的睡眠，或者聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)護(hù)。文檔編號(hào)A61G7/05GK101204345SQ20061012551公開(kāi)日2008年6月25日申請(qǐng)日期2006年12月19日優(yōu)先權(quán)日2006年12月19日發(fā)明者劉子清申請(qǐng)人:劉子清