本发明涉及婴幼儿智能看护领域，具体的是一种婴幼儿看护装置及其方法。
背景技术：
脑电信号微弱且频率低，脑电信号具有随机性和非线性，而心跳频率、呼吸频率一般都具有线性关系。
小儿心跳频率易受外界影响而随时变动。一般年龄越小，心跳频率越快。正常小儿的心跳频率为新生儿每分钟140次；1个月至1岁120～140次；2至4岁为100～120次，5至10岁为90～100次，11至14岁为80～90次，14岁以上70～80次。发热、体力活动、哭闹或精神紧张等情况下，心跳频率可增加，通常体温上升1℃，心跳频率加快10～15次，睡眠时则减慢10～20次。如长时间心跳频率跳动过快，心衰时婴儿每分钟>160次；幼儿>140次；儿童>120次，或心跳频率跳动太慢<60次/分钟，或跳动的节律不规则，即心律不齐现象，这些情况都应及时就诊。
婴幼儿年龄不同，其呼吸频率也不相同。年龄越小，呼吸越快。新生儿呼吸频率一般为每分钟40～44次；1至12个月30次；1至3岁24次；4至7岁22次；8至14岁20次；15至18岁16～18次。发热、体力活动、情绪紧张可使呼吸加快，睡眠时稍慢；体温每升高1℃，呼吸约增加4次/分钟；新生儿及出生后数月的婴儿，呼吸极不稳定，可出现深、浅呼吸交替，或呼吸节律不整齐、间歇、暂停等现象。
现代科学研究已经知道，人脑工作时会自发产生自己的脑电波，可用电子扫描仪检测出，经过研究证实大脑在至少有四个不同的脑电波：(1)δ波，频率为每秒1～3次，当人在婴儿期或智力发育不成熟、成年人在极度疲劳和昏睡状态下，可出现这种波段。(2)θ波，频率为每秒4～7次，成年人在意愿受到挫折和抑郁时以及精神病患者这种波极为显著。但此波为少年(10～17岁)的脑电图中的主要成分。(3)α波，频率为每秒8～13次，平均数为10次左右，它是正常人脑电波的基本节律，如果没有外加的刺激，其频率是相当恒定的。人在清醒、安静并闭眼时该节律最为明显，睁开眼睛或接受其它刺激时，α波即刻消失。α波可在头颅枕部检测到。(4)β波，频率为每秒14～30次，当精神紧张和情绪激动或亢奋时出现此波，当人从睡梦中惊醒时，原来的慢波节律可立即被该节律所替代。β波在额部和颞部最明显。科学研究发现，由睡眠到清醒的过程，四类脑电波对应大脑呈现的四种不同状态。当婴儿在紧张状态下，大脑产生的是β波；当婴儿感到睡意朦胧时，脑电波就变成θ波；进入深睡时，脑电波变成δ波；当婴儿的身体放松，大脑活跃，灵感不断的时候，脑电波就导出了α波。
下面是婴幼儿哭闹的一些情形：(1)婴幼儿饿了或吃太撑。饥饿是新生儿哭闹最常见的原因，婴幼儿越小，哭闹的原因越有可能是因为肚子饿，有些婴幼儿如果同时出现长时间不间断的哭闹、腹胀、晚上不能好好睡觉以及满脸涨红或者不停的“放屁”时，可能是出现了肠绞痛。(2)婴幼儿需要换衣服或换尿布。如果衣服太紧或尿布脏了，婴幼儿一般都会非常敏感地闹起来，有的婴幼儿如果需要换尿布，特别是当皮肤受刺激时，婴幼儿马上会通过哭闹表现出来。(3)婴幼儿感到太热或太冷。有些新生儿换完尿布或者洗完澡后，不习惯皮肤光光的感觉，而愿意被暖暖和和地包起来，婴幼儿睡觉时也是这样，可以通过调节被窝温度改善过热或过冷现象。(4)婴幼儿想要被抱。有些婴幼儿就是想让大人多抱多安抚，大一点儿的孩子可能只要看到有人在房间或听到熟悉的声音就觉得很安心，但新生儿一般都得抱着才满足，如果婴幼儿已经吃饱了，也换了尿布了，仍然哭泣可能只是想要被抱。(5)婴幼儿想睡觉。也许觉得婴幼儿不管在什么时间什么地点应该是想睡就能睡的，但是很多父母都能发现，家里来人后，婴幼儿哭闹的时间就比平常多，因为婴幼儿受到的刺激过多，比如家里来了很多客人，婴幼儿反而会因为刺激过度而难以平静，刚出生的婴幼儿是不能一下子接受太多刺激，比如光线、声音、被人抱来抱去等。(6)婴幼儿身体不舒服。如果刚喂完婴幼儿，也没有发现什么让他不舒服的地方，婴幼儿可能会因为一些很细小的东西而不舒服，比如一根头发缠在脚趾上了，或者被衣服上的标签扎了，亦或者可以考虑量一量婴幼儿的体温查看是否病了，婴幼儿生病后的哭声跟饿了或者烦了时的哭声不一样，可能更急或更尖，同样地，如果一个平常总哭的婴幼儿突然变得异常安静，不哭泣反而说明有问题。(7)除了上面这些原因，其实还有一类“夜哭郎”，婴幼儿可能每晚都要不明原因地哭闹，有时会持续一两个月时间，没有身体不舒服，也不饿，也不困……就是单纯地想哭，这种婴幼儿往往让大人很是头痛，这种“难带的”婴幼儿可能就是天生如此，大人唯一的办法就是耐心对待，积极地安抚婴幼儿。
婴幼儿一天的睡眠时间长达12小时以上，父母想利用这段时间完成自己的事情，但是孩子何时醒来父母并没有办法预测，需要时不时的查看或者听孩子的哭声才能判断，于大人而言，不能完全投入自己的工作；于孩子而言，会对孩子的健康有一定的影响，所以该项目就在这种情况下产生了。该系统所能实现的目标是：识别婴幼儿的生理与行为需求并相对应地进行安抚，比如识别为处于犯困要睡觉的哭闹，播放音乐或晃动摇篮安抚婴幼儿入睡，处于睡眠到清醒的哭闹，识别为孤独则通过玩具陪他嬉戏，使其集中注意力不哭闹，识别为饥饿则通知家长喂食，继续出现哭闹的状态，则通知家长查看，不至于过度哭闹出现安全问题；根据婴幼儿脑电波中α、β、δ、θ波的特点，判断出婴幼儿的清醒与睡眠状态，特别是引导婴幼儿睡眠时应用δ波和θ波，引导婴幼儿集中注意力时应用α波。对于婴幼儿哭闹，没有育儿经验的父母不了解生理与行为需求，也不知如何安抚婴幼儿入睡或平静下来，往往感到束手无策，本发明通过采集婴幼儿的哭闹行为特征和心跳频率、呼吸频率、体温、脑电波等生理特征，识别出婴幼儿的生理与行为需求，通过智能设备自动安抚婴幼儿以及将婴幼儿所处状态告知给父母，以便父母及时做出应对措施。
技术实现要素：
为了克服背景技术的不足，本发明提供一种婴幼儿看护装置及其方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种婴幼儿看护装置，包括摇摆机架、智能摇篮、仿生床垫和采集与识别仪器，采集与识别仪器至少设有声音识别模块，仿生床垫设于智能摇篮内，智能摇篮设于摇摆机架上，智能摇篮分别与摇摆机架、仿生床垫、采集与识别仪器连接。
进一步的，所述采集与识别仪器还包括脑电波测量模块。
进一步的，所述采集与识别仪器还包括心跳频率测量模块和呼吸频率测量模块。
进一步的，所述智能摇篮设有玩具表演模块。
进一步的，所述仿生床垫设有起伏模块。
一种与婴幼儿看护装置相关的婴幼儿看护方法，包括如下步骤：
a.采集与分析数据信息，可通过声音识别婴幼儿的生理与行为需求；
b.根据需求选择自动安抚婴幼儿和/或向看护人推送通知，所述自动安抚婴幼儿为晃动摇篮、仿生床垫模拟母体环境至少一种。
进一步的，所述步骤a中采集与分析婴幼儿的脑电波数据，识别婴幼儿的生理与行为需求。
进一步的，所述步骤a中采集与分析婴幼儿的心跳频率和呼吸频率数据，识别婴幼儿的生理与行为需求。
进一步的，所述步骤b中自动安抚婴幼儿包括玩具自动表演吸引婴幼儿。
进一步的，所述步骤b中自动安抚婴幼儿包括仿生床垫模拟环抱婴幼儿。
本发明的有益效果是：本婴幼儿看护装置及其方法通过婴幼儿的哭闹行为特征和婴幼儿的心跳频率、呼吸频率、体温、脑电波生理特征识别出其生理与行为需求；心跳频率与呼吸频率的应用提高了声纹识别的准确度和方便了睡眠分期状态的测量；测量睡眠分期的脑电波及时掌握婴幼儿的清醒时间与睡眠状态；利用睡眠分期的特点引导婴幼儿集中注意力或入睡进入平静状态，结合摇篮的晃动幅度和频率、模拟母体环境、音律与视觉及其组合、模拟怀抱的松紧度和温度各种安抚行为，促使婴幼儿尽快平静下来；自动安抚与人工看护相结合，不必事事亲为，减轻看护人的负担。
附图说明
图1为婴幼儿看护装置示意图。
图2为仿生床垫示意图。
图中：1-摇摆机架，21-摇篮脑部，22-摇篮躺部，23-摇篮侧栏，24-玩具表演模块，25-伸缩杆，31-床垫脑部，32-床垫中部，33-床垫边缘，34-手型气囊，35-凸起气囊，36-电磁铁，37-充气口，4-触控显示屏。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1和图2所示，一种婴幼儿看护装置，包括摇摆机架、智能摇篮、仿生床垫和采集与识别仪器，采集与识别仪器设有声音识别模块，仿生床垫设于智能摇篮内，智能摇篮设于摇摆机架上，智能摇篮分别与摇摆机架、仿生床垫、采集与识别仪器连接。与之相关的一种婴幼儿看护方法，包括如下步骤：
a.采集与分析婴幼儿的哭声信息，可以是对婴幼儿的哭声进行声纹识别得到该婴幼儿的哭声声纹，从预设的生理与行为需求与声纹的映射关系中匹配出与该哭声声纹对应的生理与行为需求。声音识别模块分为声纹识别和语音识别，声纹识别用于分辨婴幼儿的生理与行为需求，所述生理与行为需求可以是饥饿、腹胀、潮湿(换尿布)、发冷、发热、孤单(想被抱)、无聊(陪玩)、犯困(想睡觉)、其他不明情况(诸如生病、呼吸不畅、衣服过紧、噎着、疼痛、痒痒、被衣物缠绕、惊厥等身体不适情形)，语音识别可用于使用者对婴幼儿看护装置进行声控；
b.根据需求选择自动安抚婴幼儿和/或向看护人推送通知，所述自动安抚婴幼儿为晃动摇篮和仿生床垫模拟母体环境。仿生床垫在床垫脑部设有可模拟妈妈心跳频率和呼吸频率的模拟器，婴幼儿可通过床垫脑部感知，摇摆机架可调节摇篮的晃动幅度和晃动频率，结合声纹识别模块通过机器学习寻求最快使婴幼儿安静下来的晃动幅度和晃动频率，若哭声被识别为寒冷或过热生理需求，还可通过仿生床垫调节温度温度以安抚婴幼儿，自动安抚后不哭闹则不发送通知，继续哭闹则向看护人推送通知。若哭声被识别为饥饿生理需求、潮湿行为需求或其他不明情况，则向看护人推送通知或/和自动安抚婴幼儿。
在一实施例中，进一步的，所述采集与识别仪器还包括脑电波测量模块。采集与分析婴幼儿的脑电波数据，当婴幼儿在精神紧张、情绪激动或亢奋状态下，大脑产生的是β波，通过晃动摇篮和仿生床垫模拟妈妈的母体环境进行自动安抚婴幼儿，如继续哭闹不能平静下来，通知看护人前来查看，声纹识别婴幼儿的生理与行为需求并通过触控显示屏告知看护人其需求信息，以便看护人及时作出应对措施；当婴儿感到睡意朦胧时，脑电波就变成θ波，可通过晃动摇篮和仿生床垫模拟妈妈的母体环境进行自动安抚婴幼儿；进入深睡时，脑电波变成了δ波，仿生床垫模拟妈妈的母体环境或不进行自动安抚婴幼儿；当婴儿的身体放松，大脑活跃，灵感不断的时候，脑电波就导出了α波，可通知看护人前来查看或者可通过玩具表演模块与其陪伴。根据脑电波的变化提前做出自动安抚动作，减少婴幼儿犯困等不必要的哭闹；测量脑电波，通过睡眠分期掌控婴幼儿的睡眠与清醒状态作出合理的安排，方便看护人腾出时间处理其他事物；研究分析促使或维持脑电波显现的某些生理特征和/或行为特征的组合情形，比如婴幼儿吃饱和被抱之后出现了睡意朦胧的θ波、摇篮晃动和模拟母体环境依次安抚后出现了深度睡眠的δ波、陪玩之后出现了清醒活跃的α波，定位出促使婴幼儿尽快集中精力平静下来或入睡的各种情形。
在一实施例中，进一步的，所述采集与识别仪器还包括心跳频率测量模块和呼吸频率测量模块，采集与分析婴幼儿的心跳频率和呼吸频率数据，所述心跳频率和呼吸频率数据表示为某一时刻的数值、某一时间段的平均值和某一时间段的变化值。此外，心跳频率测量模块和呼吸频率测量模块可用于测量妈妈的心跳频率和呼吸频率，录入到数据库中以便调用。统计出婴幼儿平静时和哭闹时心跳频率和呼吸频率，一方面用于检测生命迹象或病变特征；另一方面，由于说话人的声音出现状况，比如沙哑、情绪化等等，声纹识别就不能将之与数据库中的声纹对上号，统计析各种哭闹情形下的生理与行为需求对应的心跳频率、呼吸频率的数值、平均值及其变化值，分析同一情形下的声纹与心跳频率、呼吸频率的契合度并建立映射关系，出现声纹无法匹配时，则通过心跳频率和呼吸频率映射出相应的生理需求或行为需求，提高声纹识别准确度。
在一实施例中，所述智能摇篮设有玩具表演模块，婴幼儿或看护人摆弄玩具发出音律，或通过播放音乐、模仿动作的拟声拟形玩具自动表演吸引婴幼儿的注意力，使其安静下来。在另一实施例中，通过脑电波识别寻求能使婴幼儿集中精力注视和聆听音律、视觉画面和模仿动作，定位出促使清醒活跃的α波出现的音律、视觉及其组合情形，方便重塑情形用于安抚婴幼儿平静下来。
在一实施例中，仿生床垫的床垫脑部设于摇篮脑部，床垫中部和床垫边缘设于摇篮躺部，手型气囊通过电磁铁设于摇篮侧栏，通过伸缩杆可调节摇篮脑部与摇篮躺部的倾斜角度，方便调节婴幼儿的躺卧和落座的姿态。仿生床垫包括起伏模块、负压装置、温度调节装置和体温计，起伏模块包括凸起气囊和手型气囊，手型气囊膨胀后形成环抱姿势模拟妈妈或爸爸的怀抱，通过环抱婴幼儿进行自动安抚，婴幼儿的脑部由床垫中部侧翻转至床垫边缘，凸起气囊膨胀，凸起的支撑和各凸起之间形成间隙，防止婴幼儿窒息；负压装置通过充气口控制凸起气囊和手型气囊的膨胀与收缩进而调节怀抱的松紧度；温度调节装置可在充气口间循环热气流或冷气流进而改善婴幼儿的被窝温度和怀抱的温度；体温计用于测量婴幼儿体温，母体环境可以是模拟妈妈的心跳频率和呼吸频率、模拟胎盘血液流动形成的胎盘环境等。在另一实施例中，统计分析怀抱的松紧度和怀抱的温度、被窝温度、摇篮晃动幅度和晃动频率、母体环境等各种组合并同时记录婴幼儿的脑电波，定位出睡意朦胧的θ波出现的情形，方便重塑情形用于引导婴幼儿入睡。
在一实施例中，发热、体力活动、哭闹或精神紧张等情况下，心跳频率可增加，通常体温上升1℃，心跳频率加快10～15次，睡眠时则减慢10～20次；发热、体力活动、情绪紧张可使呼吸加快，睡眠时稍慢，体温每升高1℃，呼吸频率约增加4次/分钟。由于脑电信号微弱且频率低、具有随机性和非线性的特点，脑电波也无法准确出分辨婴幼儿关于饥饿、腹胀、潮湿(换尿布)、发冷、发热、孤单(想被抱)、无聊(陪玩)、犯困(想睡觉)、其他不明情况(诸如生病、呼吸不畅、衣服过紧、噎着、疼痛、痒痒、被衣物缠绕、惊厥等身体不适情形)的生理需求或行为需求；而心跳频率、呼吸频率、体温等一般都具有线性关系且易采集，可以通过采集与分析心跳频率、呼吸频率、体温与脑电波的映射关系，从而通过检测心跳频率、呼吸频率、体温即可呈现脑电波所处睡眠分期状态，方便了睡眠分期状态的测量。在另一实施例中，研究分析促使或维持脑电波显现的某些生理特征和/或行为特征的组合情形，睡意朦胧的θ波、深度睡眠的δ波、清醒活跃的α波的出现前夕，统计分析心跳频率、呼吸频率、摇篮晃动幅度和晃动频率、体温、怀抱的松紧度和怀抱的温度、母体环境、音律与视觉及其组合的变化规律，选择最快显现对应脑波的情形建立映射关系，在婴幼儿哭闹时重塑情形，促使其平静下来或睡觉；维持显现睡意朦胧的θ波、深度睡眠的δ波、清醒活跃的α波时，统计分析心跳频率、呼吸频率、体温、摇篮晃动幅度和晃动频率、怀抱的松紧度和怀抱的温度、母体环境、音律与视觉及其组合此时此刻所处状态，选择显现对应脑波最久的情形建立映射关系，θ波的重塑可用于在婴幼儿入睡前进行催眠，方便看护人抽出时间做其他事情，又能兼顾婴幼儿；δ波的重塑可用于在夜间令婴幼儿深度入睡减少哭闹，避免影响看护人的作息。
在一实施例中，进一步的，采集与识别仪器还设有播放模块、视频监控模块、温湿度检测模块等，可以播放视频、音乐或父母声音的录音进行安抚，检测环境温湿度及时做好应对措施，所述婴幼儿看护装置还设有客户端，可通过远程查看婴幼儿情况，不在视线范围内可随时了解婴幼儿的生理与行为需求并及时采取措施，减少潜在危险的发生；摇摆机架设有移动装置和触控显示屏，出门在外也能随时对婴幼儿的生理与行为进行检测与监控，通过触控显示屏及时掌握其身心状态。
在一实施例中，所述智能摇篮上设有安全带和/或敞篷防护罩，防止婴幼儿从智能摇篮爬出或滚落。在另一实施例中，所述智能摇篮可以是四周带护栏的摇篮床，也可以是摇篮侧栏环设于摇篮躺部与摇篮脑部，护栏或摇篮侧栏高度可以为30cm～100cm，用于防止婴幼儿坠落。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.一种婴幼儿看护装置，其特征在于：包括摇摆机架、智能摇篮、仿生床垫和采集与识别仪器，采集与识别仪器至少设有声音识别模块，仿生床垫设于智能摇篮内，智能摇篮设于摇摆机架上，智能摇篮分别与摇摆机架、仿生床垫、采集与识别仪器连接。
2.根据权利要求1所述的婴幼儿看护装置，其特征在于：进一步的，所述采集与识别仪器还包括脑电波测量模块。
3.根据权利要求1所述的婴幼儿看护装置，其特征在于：进一步的，所述采集与识别仪器还包括心跳频率测量模块和呼吸频率测量模块。
4.根据权利要求1所述的婴幼儿看护装置，其特征在于：所述智能摇篮设有玩具表演模块。
5.根据权利要求1所述的婴幼儿看护装置，其特征在于：所述仿生床垫设有起伏模块。
6.一种与权利要求1～5相关的婴幼儿看护方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.采集与分析数据信息，可通过声音识别婴幼儿的生理与行为需求；
b.根据需求选择自动安抚婴幼儿和/或向看护人推送通知，所述自动安抚婴幼儿为晃动摇篮、仿生床垫模拟母体环境至少一种。
7.根据权利要求6所述的婴幼儿看护方法，其特征在于：进一步的，所述步骤a中采集与分析婴幼儿的脑电波数据，识别婴幼儿的生理与行为需求。
8.根据权利要求6所述的婴幼儿看护方法，其特征在于：进一步的，所述步骤a中采集与分析婴幼儿的心跳频率和呼吸频率数据，识别婴幼儿的生理与行为需求。
9.根据权利要求6所述的婴幼儿看护方法，其特征在于：所述步骤b中自动安抚婴幼儿包括玩具自动表演吸引婴幼儿。
10.根据权利要求6所述的婴幼儿看护方法，其特征在于：所述步骤b中自动安抚婴幼儿包括仿生床垫模拟环抱婴幼儿。
技术总结