[發(fā)明專(zhuān)利]一種懸浮發(fā)電緩沖背架及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011044787.3
• 申請(qǐng)日: 2020-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112231972B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王亞平;向宇;曹巖楓;溫垚珂
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 南京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/27
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/27;H02K5/00
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 32203
• 代理人: 汪清

本發(fā)明公開(kāi)了一種懸浮發(fā)電緩沖背架及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法，緩沖背架包括背板，與背板相連的框架，通過(guò)滑動(dòng)模塊與框架相連的負(fù)重板，彈性繩，第一檢測(cè)單元，第二檢測(cè)單元，夾緊模塊，驅(qū)動(dòng)模塊；發(fā)電模塊、用于對(duì)背架的剛度和阻尼控制進(jìn)行控制的裝置；以及以背負(fù)重量、步頻、步幅、剛度、阻尼為設(shè)計(jì)變量，以發(fā)電功率、人體所受沖擊載荷優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)優(yōu)化算法計(jì)算出最佳剛度和阻尼，并且得出最佳剛度和阻尼分別對(duì)應(yīng)的繩長(zhǎng)及電流大小，控制驅(qū)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及調(diào)整磁流變阻器電流的控制模塊；方法通過(guò)確定設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化目標(biāo)獲得相對(duì)最佳方案，達(dá)到最佳的回收能量、減少?zèng)_擊的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于人體穿戴技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種懸浮發(fā)電緩沖背架及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

近些年來(lái)可穿戴電子設(shè)備迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于日常生活、科研或軍事活動(dòng)中。但是由于電池存儲(chǔ)能量的限制，嚴(yán)重制約了穿戴設(shè)備的使用和推廣。同時(shí)在戶(hù)外活動(dòng)時(shí)，人體背負(fù)著重物長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)動(dòng)，很容易導(dǎo)致人體肩部等運(yùn)動(dòng)部位疲勞損傷，進(jìn)而影響人體健康。目前太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)有著明顯的缺陷，無(wú)法在夜晚和陰暗地方發(fā)電、必須置于高強(qiáng)度光照發(fā)電，而人體無(wú)法承受過(guò)度光照，由于光伏電池的使用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便使用。所以需要同時(shí)考慮背架緩沖和發(fā)電兩種相互沖突的性能，對(duì)背架參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。

中國(guó)專(zhuān)利CN201910574533.3申請(qǐng)公開(kāi)了一種基于運(yùn)動(dòng)感知的自控懸浮背架及最佳有效長(zhǎng)度的獲取方法，該背架包括主體框架、懸浮單元、緩沖單元、檢測(cè)單元、控制單元、夾緊單元、驅(qū)動(dòng)單元，框架通過(guò)緩沖單元與懸浮單元連接，緩沖單元穿過(guò)夾緊單元，檢測(cè)單元將運(yùn)動(dòng)的參數(shù)傳入控制單元，然后控制單元通過(guò)驅(qū)動(dòng)單元控制夾緊單元，改變緩沖單元的性能，其中緩沖單元包括彈性繩和滑輪組，檢測(cè)單元包括拉壓力傳感器、加速度傳感器，夾緊單元包括主動(dòng)輪、從動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)單元為舵機(jī)。上述背架在使用過(guò)程中，通過(guò)傳感器獲取運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的狀態(tài)，動(dòng)態(tài)調(diào)整緩沖單元的彈性繩有效工作長(zhǎng)度，從而改善使用者在背負(fù)大負(fù)載運(yùn)動(dòng)時(shí)肩部所受沖擊。但是懸浮背架在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中負(fù)重板會(huì)隨著背包的伸縮而運(yùn)動(dòng)，造成了運(yùn)動(dòng)者會(huì)浪費(fèi)多余的體力，而且背架在運(yùn)動(dòng)過(guò)程所產(chǎn)生的能量沒(méi)有收集，導(dǎo)致能量的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種懸浮發(fā)電緩沖背架及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法，以達(dá)到最佳的回收能量、減少?zèng)_擊的效果。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：

一種懸浮發(fā)電緩沖背架，包括背板，與背板相連的框架，通過(guò)滑動(dòng)模塊與框架相連的負(fù)重板，用于牽引負(fù)重板的彈性繩，用于測(cè)量背負(fù)重量以及測(cè)量非有效工作段彈性繩拉力的第一檢測(cè)單元，用于檢測(cè)垂直方向加速度、步頻數(shù)據(jù)的第二檢測(cè)單元，用于夾緊彈性繩并將彈性繩分為有效工作段和非有效工作段的夾緊模塊，用于驅(qū)動(dòng)夾緊模塊轉(zhuǎn)動(dòng)以改變彈性繩有效工作段繩長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)模塊；

所述第二檢測(cè)單元還用于獲取步幅數(shù)據(jù)，還包括隨負(fù)重板上下移動(dòng)以進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電模塊，以及以背負(fù)重量、步頻、步幅、剛度、阻尼為設(shè)計(jì)變量，以發(fā)電功率、人體所受沖擊載荷優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)優(yōu)化算法計(jì)算出最佳剛度和阻尼，并且得出最佳剛度和阻尼分別對(duì)應(yīng)的繩長(zhǎng)及電流大小，控制驅(qū)動(dòng)模塊轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及調(diào)整磁流變阻器電流的控制模塊。

一種懸浮發(fā)電緩沖背架及結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1、建立懸浮發(fā)電緩沖背架結(jié)構(gòu)參數(shù)多目標(biāo)優(yōu)化模型，確定設(shè)計(jì)變量和優(yōu)化目標(biāo)；

以背負(fù)重量、步頻、步幅、剛度、阻尼為設(shè)計(jì)變量，以發(fā)電功率、人體所受沖擊載荷優(yōu)化目標(biāo)；

步驟2、采用I遺傳算法對(duì)懸浮發(fā)電緩沖背架多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化，獲得pareto最優(yōu)前端解集；

步驟3、采用熵權(quán)法確定各個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的客觀權(quán)重；

步驟4、對(duì)pareto最優(yōu)解集進(jìn)行貼近度排序獲得相對(duì)最佳方案。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是：