[發明專利]一種應用于背包的饋能式機械護具

有效

• 申請號: 201710165936.3
• 申請日: 2017-03-20
• 公開（公告）號: CN106968904B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 徐琳;喻志成;陳溢;楊凱;龔銘遠;李紫冰
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: F03G7/08
• 分類號: F03G7/08;A45F3/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡琳萍

本發明公開了一種應用于背包的饋能式機械護具，該機械護具是由一條與人體緊密貼合的護腰帶和布置在腰帶中間的機械饋能減振裝置組成。饋能減振裝置能夠將人體在負重行進過程中與背包的相對振動機械能轉化為電能并儲存起來。同時，能夠將背包施加給人體肩部的壓力的一部分分解到腰部，以改善背包與人體之間的力學關系。饋能減振裝置由彈簧、機械傳動機構和發電機構等組成。系統所需要的阻尼力主要由發電機工作時產生的反電動勢提供，通過調節發電機的工作狀態可以實現人體與背包之間動力學關系的主動控制。系統收集的電能可用于照明、無線通信等負載所需的關鍵能量。該機械護具具有體積小、重量輕、穿戴方便等特點，適用于各種類型的背包。

技術領域

本發明涉及一種行走能量采集發電裝置，特別是涉及一種在人體負重運動過程中收集人體與背包相對振動的機械能并將所收集的機械能轉化為可用電能的機械護具。

背景技術

背包作為一種普遍式負載運輸方式，常發生在學生上學、野外求生、軍事行軍及登山訓練等過程。但攜帶過多的行李會增加人體的負重，人體負重過大或負重時間過長都會導致肩部損傷。根據相關研究結果表示，人體肩部的疲勞感是一個不斷累積增加的過程，即人體在處于負重狀態下時肩部的壓力累積隨著時間的推移而不斷增加。此外，肩部的壓力累積還與負重大小成正比。人體在背負25kg負重的情況下，51分鐘后人體肩部的累積壓力便達到155N。據報道，青少年低背痛、脊柱側彎、過度駝背和前凸等肌骨系統疾病與背包負重密切相關。同時，兒童、青少年時期由于背包負重量過大而導致的背痛還會對其成年后的肌骨系統健康造成影響。

相關研究表明，人體每天消耗的能量可達1.07e⁷J。這些能量有相當大的一部分是由于在行走或奔跑過程中人體重心不斷地波動，使得人體需要克服地球的引力做功而消耗的，這一部分能量消耗是無法避免的。當人體處于負重狀態下時，由于人體的重心波動，會使得背包也難以靜止，而背包并不是與人體重心的運動保持同步的，背包的運動相對于人體重心的波動有滯后的特性，這使得背包與人體間產生相對運動。背包運動的機械能來自于人體，最終都是人體克服萬有引力做功消耗能量，這不僅增加了人體肩部的壓力，也使得人體由于背負背包需要消耗更多的能量。

據檢索，目前已有將行走能量采集發電的背包裝置，如公開號為CN201173169Y 的中國專利申請公開了一種背包式發電裝置，包括一發電模塊、一發電機及一背包，發電模塊由二組加速齒輪與一齒條所組成，發電模塊與發電機的整體結構組合于背包背帶上，背負背包行走時產生的自然上下律動，令發電機發電。

又如公開號CN102562498A 的中國專利申請公開了一種懸掛運動式發電裝置和包含該裝置的背包，其包括懸掛于運動體上的懸掛單元、獲取運動體活動或運動過程中產生的運動動能的緩沖單元、用于傳遞所述運動動能的傳動單元，以及發電單元，傳動單元將緩沖單元獲取的運動動能傳遞至發電單元，發電單元將傳動單元傳遞的運動動能轉化為電能。

上述兩種對行走能量采集發電背包的技術方案均存在不足之處，第一種技術方案的裝置其發電量只能在一個非常微小的量級，且該裝置對于裝配精度的要求高，導致制造成本高，且潤滑不方便，并易出現齒輪錯位等故障；另外該裝置沒有能量存儲模塊和電壓穩定模塊，發出來的電能既不能儲存也不能直接利用。第二種技術方案的裝置利用懸掛體運動直接發電，會增加行走過程中的顛簸，影響背包的舒適性，而懸掛體本身具有不小的重量，增加人體行動負擔，造成得不償失的困擾。

發明內容

本發明主要解決的技術問題是提供一種應用于背包的饋能式機械護具，該機械護具可改善負重運動過程中人體與背包之間的動力學關系，減輕人體肩部的壓力，同時收集背包與人體相對振動的能量。該機械護具可應用于各種不同類型的背包，且能向多種電子設備提供電力。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案是：