[發明專利]基于人體膝關節和踝關節驅動的發電裝置

有效

• 申請號: 202110279987.5
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113007048B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 陳兵;鄭成旺;王兵;訾斌
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: F03G5/08
• 分類號: F03G5/08;H02K7/116
• 代理公司: 合肥金安專利事務所(普通合伙企業) 34114
• 代理人: 金惠貞

本發明涉及基于人體膝關節和踝關節驅動的發電裝置，屬于人體發電裝置技術領域。包括發電機構、膝繩、踝繩、大腿支架、小腿支架、小腿支架連桿、腳踝連桿；發電機構包括發電機、蝸輪蝸桿機構、第一輸入機構、第二輸入機構和過渡傳動機構；過渡傳動機構包括一對齒輪和過渡齒輪；過渡傳動機構分別傳動連接著第一輸入機構和第二輸入機構，蝸輪蝸桿機構的蝸桿軸連接著發電機的輸入軸；發電機構通過小腿支架連桿連接著小腿支架；膝繩的一端連接著大腿支架，另一端繞設在第一輸入機構的第一滑輪上；踝繩的一端繞設在第二滑輪上，另一端連接著腳踝連桿。本發明采集了人體行走時膝踝關節產生的負功、降低了新陳代謝消耗，實現了人在行走時隨時獲取電能。

技術領域

本發明屬于人體發電裝置技術領域，具體涉及一種基于人體膝踝關節驅動的發電裝置及其控制方法。

技術背景

隨著社會的不斷進步，各種可穿戴電子設備、外骨骼和假肢等迅速發展，而這些設備的電能持續供應是困擾人們的一個問題。當用戶需要長時間持續工作或進行戶外工作時無法得到及時充電，對于執行戶外任務的軍人來說，持續的電能供應是其順利完成任務的重要保障；而為了不影響用戶野外活動的靈活性，用戶所攜帶電源的體積和重量都要盡可能的減小，但現有的電池能量密度低、充電時間長、壽命短，無法滿足需要。

因此，研究人員為便攜式設備探索著可持續的能量供應來解決這些問題。研究表明，人體脂肪內存儲著豐富的能量，脂肪內的能量密度遠遠超過電池，一個中等身材的人在脂肪中儲存的能量大約相當于一個1000kg的電池，故人體是一個巨大的能量庫，基于從人體運動中獲取能量的采集器逐漸用于為便攜式設備供電。人體正常行走時膝關節大約產生67W的功率輔助行走，其中超過一半的功率執行負功，通過采集人體行走時產生的功率，產生的電能完全能夠滿足便攜式設備的電能需求。

目前，國內關于實現人體發電的裝置主要是雙向采集關節的運動，同時采集了人體的正功和負功。一種膝關節發電裝置，其采用滾珠絲桿結構，通過拉繩將膝關節的旋轉運動轉化絲杠螺母的直線運動，進而轉化為滾珠絲杠的高速旋轉運動，最終實現發電機發電的功能，一方面，該裝置對人體膝關節處正功的大量采集會增加新陳代謝的消耗；另一方面，雙向采集時發電機需要持續的正轉和反轉，發電機轉子的慣性容易對人體產生沖擊，影響正常行走時的步態。因此，需要研究新型的人體發電裝置，可以在人體正常行走時僅采集人體產生的負功，且不會影響人體的正常步態和增加人體新陳代謝的消耗。

發明內容

為了實現采集人體行走時膝踝關節處產生的負功、輔助膝踝關節運動、降低人體行走時新陳代謝的消耗和高效發電等功能，本發明提供了一種基于人體膝關節和踝關節驅動的發電裝置。

基于人體膝關節和踝關節驅動的發電裝置包括發電機構3、膝繩1、踝繩2、大腿支架25、小腿支架26、小腿支架連桿27、腳踝連桿28；

所述發電機構3包括發電機23、蝸輪蝸桿機構、第一輸入機構、第二輸入機構和過渡傳動機構；過渡傳動機構包括一對齒輪和過渡齒輪16；過渡傳動機構分別傳動連接著第一輸入機構和第二輸入機構，蝸輪蝸桿機構的蝸桿軸通過聯軸器22連接著發電機23的輸入軸；

發電機構3通過小腿支架連桿27連接著小腿支架26；

所述膝繩1的一端固定連接著大腿支架25，膝繩1的另一端固定繞設在第一輸入機構的第一滑輪7上；

所述踝繩2的一端固定繞設在第二輸入機構的第二滑輪12上，踝繩2的另一端固定連接著腳踝連桿28；

使用時，大腿支架25固定在人體的大腿上，小腿支架26固定在人體的小腿上，腳踝連桿28固定在人腳的鞋跟上。

進一步的具體技術方案如下：

所述發電機構3的第一輸入機構包括第一輸入軸4、第一輸入齒輪5、棘輪棘爪機構6、第一滑輪7和第一扭簧8；所述第一輸入齒輪5、棘輪棘爪機構6的棘輪61、第一滑輪7和第一扭簧8依次套設在第一輸入軸4上；