基于TRIZ理論的多功能止鼾按摩枕的設(shè)計(jì)

張旭 李道寬 劉思遠(yuǎn)

摘 要：綜合運(yùn)用單片機(jī)、電動(dòng)機(jī)、機(jī)械裝置、人體工學(xué)裝置等功能的整體綜合，用編程設(shè)計(jì)的指令，來(lái)實(shí)現(xiàn)改變?nèi)怂说闹棍康模瑱C(jī)械旋柄等一系列動(dòng)作的自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，減少人力對(duì)改變睡姿這一目的執(zhí)行，久而久之可以對(duì)習(xí)慣性打鼾的人進(jìn)行有效的控制，也減少了打鼾人群在睡眠時(shí)給其他人帶來(lái)的煩惱。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；機(jī)械裝置；改變睡姿

1 背景技術(shù)

現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏加快、社會(huì)環(huán)境復(fù)雜，人們的生活壓力也越來(lái)越大。造成睡眠質(zhì)量不高，人的呼吸系統(tǒng)機(jī)能出現(xiàn)問(wèn)題，加之外界條件的干擾，從而引起睡覺(jué)打鼾。其實(shí)，打鼾是健康的大敵，由于打鼾使睡眠呼吸反復(fù)暫停，從而造成大腦、血液嚴(yán)重缺氧，形成低血氧癥，易誘發(fā)高血壓、腦心病、心率失常、心肌梗死、心絞痛。夜間呼吸暫停時(shí)間超過(guò)120秒容易在凌晨發(fā)生猝死。打鼾的原因眾多，主要與人所接觸的外界環(huán)境、睡覺(jué)習(xí)慣、呼吸系統(tǒng)功能有關(guān)。據(jù)了解，有60%的人選擇仰臥睡姿，因?yàn)椴粔浩壬眢w臟腑器官，是最佳的睡姿。但仰臥容易導(dǎo)致舌根下墜，阻塞呼吸。從而對(duì)打鼾患者而言不適合。于是我們就想利用一種有效的方法在不借助其它人力的情況下通過(guò)單片機(jī)的可控編程及聲音傳感器，控制枕頭內(nèi)部的機(jī)械裝置幫助打鼾的人在睡覺(jué)時(shí)調(diào)整睡姿，使其停止打鼾，進(jìn)入健康的睡眠狀態(tài)。

2 基于TRIZ理論設(shè)計(jì)

目前，市場(chǎng)上的止鼾枕都是利用物理和生物療法，而按摩枕也只是單純的能起到按摩的作用。所以，我們就想利用目前市場(chǎng)現(xiàn)有的“單片機(jī)”、“檢測(cè)聲音信號(hào)的聲音傳感器”、以及機(jī)械裝置，并運(yùn)用“組合原理”，將其加以組合在一起，實(shí)現(xiàn)止鼾和按摩多功能一體。在組合中發(fā)現(xiàn)，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，在技術(shù)上要求采用單片機(jī)的可控編程來(lái)控制整個(gè)聲控電路。但從物體產(chǎn)生的有害因素上考慮，隨著聲控電路的介入，枕頭就只能在夜晚人們睡覺(jué)時(shí)達(dá)到止鼾的效果，而無(wú)法在白天人們想休息時(shí)達(dá)到按摩的效果，因此，無(wú)法實(shí)現(xiàn)枕頭的多功能化。在技術(shù)上則要求不使用單片機(jī)控制的聲控電路。所以提出技術(shù)矛盾：為了提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，在將單片機(jī)控制的聲控電路接入時(shí)，而不使其產(chǎn)生有害的因素使枕頭的多功能化參數(shù)變差。用“通用工程參數(shù)”來(lái)描述該技術(shù)矛盾，可選用序號(hào)38“自動(dòng)化程度”和序號(hào)31“物體產(chǎn)生的有害因素”兩個(gè)參數(shù)。通過(guò)查詢(xún)“39x39矛盾矩陣”得知可能的解集是M38-31=[2]，所以可應(yīng)用“分離與分開(kāi)原理（2）”引進(jìn)一個(gè)“船型開(kāi)關(guān)”將干擾部分（聲控電路）分離出去，從而解決了此技術(shù)矛盾。此外，我們?cè)跈C(jī)械裝置上選擇了一對(duì)相互對(duì)稱(chēng)的旋柄。在白天正常休息時(shí)，靠旋柄的旋轉(zhuǎn)來(lái)對(duì)頸部進(jìn)行按摩，夜晚睡覺(jué)時(shí)，當(dāng)人在打鼾時(shí)，則是靠旋柄的旋轉(zhuǎn)對(duì)人的頸部進(jìn)行適度的有效控制，提醒打鼾者自行改變睡姿，從而達(dá)到止鼾的目的。但機(jī)械旋柄經(jīng)旋轉(zhuǎn)后停下時(shí)，位置具有不確定性，無(wú)法保證在鼾聲停止后，旋柄也停到最初調(diào)試好的對(duì)人睡覺(jué)最舒服的位置。所以提出物理矛盾：白天日常休息時(shí)，靠旋柄的旋轉(zhuǎn)達(dá)到按摩的目的；睡覺(jué)時(shí)，靠旋柄的旋轉(zhuǎn)改變?nèi)说乃酥棍Ｋ砸雽?shí)現(xiàn)多功能，機(jī)械旋柄應(yīng)該存在；但旋柄經(jīng)旋轉(zhuǎn)停下后，無(wú)法保證停留在最初調(diào)試好的對(duì)人最舒服的位置，因此，旋柄不應(yīng)該存在。分析系統(tǒng)中存在的資源，有時(shí)間資源可以利用。采用“時(shí)間分離原理”，應(yīng)用“周期性作用原理（19）”提出：“把連續(xù)作用改為周期性或脈動(dòng)式的作用”。經(jīng)多次試驗(yàn)測(cè)得，旋柄旋轉(zhuǎn)一周需要2秒的時(shí)間。所以將編程中旋柄的旋轉(zhuǎn)的時(shí)間設(shè)定成10秒，經(jīng)過(guò)5個(gè)整周期的運(yùn)動(dòng)，旋柄最后會(huì)自動(dòng)停到起始調(diào)試好的最舒服位置，這樣就避免了在鼾聲停止時(shí)，旋柄旋轉(zhuǎn)停到不確定的位置時(shí)而給人睡覺(jué)帶來(lái)的不舒服的感覺(jué)，從而解決了此物理矛盾。

3 TRIZ解題流程

3.1 系統(tǒng)完備性法則（見(jiàn)圖1）

圖1

3.2 功能分析

在人不睡覺(jué)時(shí)，枕頭的機(jī)械旋柄可以用來(lái)按摩；在人睡覺(jué)時(shí)，枕頭的機(jī)械裝置可以用來(lái)改變?nèi)说乃酥棍?/p>

3.3 九屏圖（見(jiàn)圖2）

圖2

3.4 生命曲線（見(jiàn)圖3）

圖3

從目前市場(chǎng)上的止鼾枕和按摩枕上看，經(jīng)“發(fā)明”、“改進(jìn)”其技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)非常成熟的階段。而止鼾按摩枕處于剛剛發(fā)明階段，所以在“發(fā)明”后期處于虛線狀態(tài)。

3.5 資源分析

現(xiàn)有資源：

物質(zhì)資源：?jiǎn)纹瑱C(jī)、聲音傳感器、繼電器、蝸桿、蝸輪、機(jī)械旋柄。

能量資源：電能、機(jī)械能。

信息資源：根據(jù)鼾聲的有無(wú)，來(lái)判斷機(jī)械裝置是否運(yùn)行。

功能資源：利用系統(tǒng)已有的機(jī)械裝置，在實(shí)現(xiàn)按摩功能的基礎(chǔ)上又增加了止鼾的功能。

系統(tǒng)可引用的資源

時(shí)間資源：對(duì)機(jī)械旋柄的時(shí)間加以控制。

3.6 最終理想解

實(shí)現(xiàn)按摩、止鼾為一體的多功能枕頭。

4 運(yùn)用TRIZ工具

技術(shù)矛盾1：為了提高系統(tǒng)的自動(dòng)化程度，在將單片機(jī)控制的聲控電路接入時(shí)，而不使其產(chǎn)生有害的因素使枕頭的多功能化參數(shù)變差。

此問(wèn)題的矛盾矩陣為（見(jiàn)圖4）：

此問(wèn)題的物場(chǎng)模型為（見(jiàn)圖5）：

圖5

技術(shù)矛盾1的解決方案：用“通用工程參數(shù)”來(lái)描述該技術(shù)矛盾，可選用序號(hào)38“自動(dòng)化程度”和序號(hào)31“物體產(chǎn)生的有害因素”兩個(gè)參數(shù)。通過(guò)查詢(xún)“39x39矛盾矩陣”得知可能的解集是M38-31=[2]，所以可應(yīng)用“分離與分開(kāi)原理（2）”引進(jìn)一個(gè)“船型開(kāi)關(guān)”將干擾部分（聲控電路）分離出去，從而解決了此技術(shù)矛盾。

物場(chǎng)模型推薦求解策略為：根據(jù)“解決問(wèn)題的76個(gè)標(biāo)準(zhǔn)解”中的第一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)解法“建立和拆解物-場(chǎng)模型”，在物場(chǎng)中加入第三種物質(zhì)，消除有害因素。在人們需要休息時(shí)，將聲控電路斷開(kāi)，使枕頭達(dá)到保健按摩的功能；在夜晚人們睡覺(jué)時(shí)，將聲控電路接入，使枕頭達(dá)到改變?nèi)说乃酥棍墓δ堋９室搿按烷_(kāi)關(guān)”。

物理矛盾2的解決方案：物理矛盾推薦原理解為采用時(shí)間分離原理，應(yīng)用周期性作用原理（19）提出：“把連續(xù)作用改為周期性或脈動(dòng)式的作用。”經(jīng)多次試驗(yàn)測(cè)得，旋柄旋轉(zhuǎn)一周需要2秒的時(shí)間。所以將編程中旋柄的旋轉(zhuǎn)的時(shí)間設(shè)定成10秒，經(jīng)過(guò)5個(gè)整周期的運(yùn)動(dòng)，旋柄最后會(huì)自動(dòng)停到起始調(diào)試好的最舒服位置，這樣就避免了旋柄旋轉(zhuǎn)停到不確定的位置時(shí)而給人睡覺(jué)帶來(lái)的不舒服的感覺(jué)，從而解決了此物理矛盾。

5 最終方案

該止鼾按摩枕，在白天日常休息時(shí)，將聲控電路斷開(kāi)，靠機(jī)械旋柄的旋轉(zhuǎn)達(dá)到保健按摩的目的。在夜晚睡覺(jué)時(shí)，將聲控電路接入，利用單片機(jī)的可控編程控制聲感器來(lái)接收到鼾聲的信號(hào)，當(dāng)打鼾患者發(fā)出的鼾聲信號(hào)在你設(shè)定好的能檢測(cè)到的范圍內(nèi)時(shí)，繼電器就會(huì)開(kāi)始工作，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)機(jī)械旋柄。機(jī)械旋柄會(huì)自動(dòng)的360度旋轉(zhuǎn)，當(dāng)人的頸部感覺(jué)到機(jī)械旋柄在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)。就會(huì)隨著機(jī)械旋柄被輕微的帶動(dòng)。潛意識(shí)下感到自己的頸部有異動(dòng)，人就會(huì)自行調(diào)整睡姿，從而停止打鼾，實(shí)現(xiàn)了在不借助人力的情況下用機(jī)械裝置來(lái)改變睡姿止鼾的目的。

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