基于远程控制系统的多功能助眠床设计与实现
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费叶琦^1,2，焦立炜¹ ，齐加胜¹ ，温健鉴¹ ，朱皓辉¹ ，郭峻伟¹

(1.南京理工大学紫金学院智能制造学院，江苏 南京 210046)

(2.南京林业大学机械电子工程学院，江苏 南京 210037)

作者简介：费叶琦（1985—），女，讲师，博士研究生，主要研究方向为机电一体化、智能制造、无损检测，191858397@qq.com.

摘要：睡眠质量下降严重影响人们日常生活，长期低质量睡眠会增加患精神疾病与生理疾病的风险。提出一种基于远程控制系统的多功能助眠床，利用远程控制系统对床体调控，调节后满足用户睡眠需求。相较于传统床垫，该助眠床集体态调节、软硬度调节、温度调节为一体，具备电控、机械双保险，使助眠更加科学、便捷、安全。利用SolidWorks构建三维模型进行运动仿真，并利用力学模型、ANSYS有限元分析软件验证了机构的可行性，根据要求进行了样机试制。该设备具有可操作性强、低成本、易维护、安全性佳、适用范围广、市场推广性佳等优点。

关键词：助眠床；结构设计；睡眠质量；控制系统；智能监控

中图分类号：TP23；TH89   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2021)02-0045-05

随着社会的发展，无论是成年人还是学生，竞争压力越来越大，在各类压力下各年龄段睡眠质量逐年降低。劣质的睡眠不仅伤害了身体，还会诱发部分严重精神疾病，如阿尔茨海默病^［1］。因此如何保证高效的睡眠质量一直是社会关注的焦点。

市场调研后发现，市面上售卖的助眠床中最多的是带变形机构的产品，如方维民^［2］设计的智能抬升床垫，利用气垫充气抬升床垫，结构简单但功能单一；部分产品带有温度控制系统，如杨龙^［3］设计的温度控制床垫，利用电热丝与制冷片放置于由两层凉席构成的空腔中，由热量辐射起到调温作用，但该设计空气流通性不佳，整体的热扩散效果差且效率低；若床长时间不能贴合身体曲线为身体提供有效支撑，会导致肌肉紧绷，造成肌肉酸痛而影响正常生活，软硬不适的床垫会导致用户很难入眠，对睡眠质量有很大影响^［4］。林晓晴^［5］发明的软硬可调节床垫可通过约束弹簧两端距离来改变软硬程度，但用户在调节软硬时不能实时感受床垫软硬变化，需反复调节，调节步骤繁琐，操作不便。

基于目前市场床垫类产品存在的问题，本文提出了一种集温度、硬度、体态调节为一体的助眠床设计方案，并利用SolidWorks进行了产品的三维建模和运动模拟验证，在此基础上对床体结构、参数及硬件各方面进行了优化并完成了样机试制。

1 助眠床整机方案

为了验证助眠床结构的合理性及方便后期样机试制，按照单人床尺寸进行等比例缩小后建立模型：全长128 cm，宽51 cm，高34 cm，后期产品可根据用户要求定制床体大小及配套功能模块。本设计可实现对每块独立气囊的实时充气控制，高效快捷地贴合用户身体曲线，给予身体各部分均匀支撑来最大化舒缓肌肉疲劳；助眠床配套有一款监测手环，手环能够监测用户的实时脉搏与体温，同时在床垫上均布有压敏传感器，传感器能够监测用户在睡眠时的体动频率，数据实时上传到配套APP及云端，计算机根据用户数据分析计算后将科学、高效的睡眠建议反馈给用户，从而有助于用户改善睡眠。整机方案如图1所示。