人体运动能量回收装置

本公开涉及一种人体运动能量回收装置，尤其涉及一种基于人类行走的机械稳压式能量回收装置。

背景技术：

1、近些年来，可穿戴电子设备和外骨骼发展迅速，这些电子设备对于功率的需求已成为提高效率的关键因素。可穿戴电子设备的电池的存储能力有限成为其高效使用的重要缺陷，尤其是当使用者处于野外环境下作业之时。因此，持续稳定的电源是一个具有挑战性的关键问题。

2、事实上，人体动能是一种有潜力的电力来源，产生的能量具有很高的研究价值。根据测量，一个成年人的动能可以产生超过275w的电能。研究人员将人体动能转换为电能，达到以电能作为最终输出能量形式的目的。而在转换过程中，主要是通过能量回收装置的运动或变形产生机械能来转换成电能。机械式的转换产生的电压如何提高且输出稳定是重点难点。

3、首先，输入力和输入频率的不规则性使得回收装置在所有情况下都难以获得最佳性能。其次，由于输入机械能的不规则性，来自于能量回收装置转换的电能也是不规则的和不可预知的。最后，转换的电能输出的不可预测性使得设计电路以实现最佳电能存储和转换变得困难。因此，如果不解决输入机械能量的不规则问题，能量回收装置的整体性能将难以得到保证。

4、基于以上分析，本发明是提供了一种面向人体能量回收的机械稳压装置。通过机械稳压装置回收的能量直接应用到人体可穿戴设备上，不需要传统的电路稳压模块，通过纯机械式方式在外部输入发生变化的情况之下从能量回收装置获得可预测的均匀输出。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种人体运动能量回收装置。

2、根据本公开的一个方面，提供了一种人体运动能量回收装置，其包括：所述第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板、第一输入实心轴、连杆、第一输入齿轮、第二输入滑动轴、第二输入滑动齿轮、第三输入实心轴、第三输入齿轮、第四发条齿轮、第一储能涡卷弹簧、第一发电实心轴、第一发电齿轮、直流发电机、第二发电齿轮、第三发电齿轮、第一控速实心轴、第一控速齿轮、第二控速齿轮、第二控速实心轴、第三控速齿轮、第四控速齿轮、第三控速实心轴和第五控速齿轮；

3、所述第一支撑板、第二支撑板以及第三支撑板彼此平行地设置，并被固定在一起；所述第二支撑板位于所述第一支撑板和第三支撑板之间；

4、所述第一输入实心轴的两端分别可转动地设置于所述第一支撑板和第二支撑板，所述连杆连接于所述第一输入实心轴的一端；所述第一输入齿轮设置于所述第一输入实心轴；

5、所述第一支撑板和第二支撑板上均开设有长条形槽，所述第二输入滑动轴的两端分别可滑动和可转动地设置于所述长条形槽内；所述第二输入滑动轴上设置有第二输入滑动齿轮；

6、所述第三输入实心轴的两端可转动地设置于所述第一支撑板和第三支撑板；其中，所述第三输入实心轴上固定设置有第三输入齿轮，所述第三输入实心轴与所述第三输入齿轮一起转动；所述第二输入滑动齿轮与所述第三输入齿轮选择性地啮合；

7、所述第四发条齿轮固定于所述第三输入实心轴上；所述第一储能涡卷弹簧的一端固定于所述第三输入实心轴上，所述第一储能涡卷弹簧的另一端固定于第三支撑板；从而当所述第三输入实心轴沿第一方向转动时，所述第一储能涡卷弹簧能够储能；

8、所述第一发电实心轴的两端可转动地支撑在第二支撑板和第三支撑板；所述第一发电齿轮通过第一单向轴承设置于所述第一发电实心轴；所述第一发电齿轮与所述第四发条齿轮相互啮合，其中，所述第一单向轴承被设置为：当第三输入实心轴沿第一方向转动时，所述第三输入实心轴不驱动所述第一发电实心轴转动；当所述第三输入实心轴被第一储能涡卷弹簧驱动并沿第二方向转动时，所述第三输入实心轴驱动所述第一发电实心轴转动；

9、所述直流发电机固定于所述第三支撑板上；所述直流发电机上固定有第三发电齿轮；所述第一发电实心轴上还固定有第二发电齿轮，所述第二发电齿轮与所述第三发电齿轮啮合；

10、所述第一控速实心轴的两端可转动地设置于所述第一支撑板和第三支撑板，所述第一控速齿轮固定于所述第一控速实心轴上；所述第一控速齿轮与所述第四发条齿轮啮合；

11、所述第二控速齿轮通过第二单向轴承设置于所述第一控速实心轴上，并且所述第二单向轴承被设置为：当第三输入实心轴沿第一方向转动时，所述第三输入实心轴不驱动所述第二控速齿轮转动；当所述第三输入实心轴被第一储能涡卷弹簧驱动并沿第二方向转动时，所述第三输入实心轴驱动所述第二控速齿轮转动；

12、所述第二控速实心轴的两端可转动地设置于所述第一支撑板和第三支撑板，所述第三控速齿轮固定于所述第二控速实心轴上；所述第三控速齿轮与所述第二控速齿轮相互啮合；所述第四控速齿轮固定于所述第二控速实心轴上；

13、所述第三控速实心轴的两端可转动设置于所述第二支撑板和第三支撑板，所述第五控速齿轮固定于所述第三控速实心轴上；所述第五控速齿轮与所述第四控速齿轮啮合；所述第一控速风片固定于所述第三控速实心轴上。

14、根据本公开的至少一个实施方式的人体运动能量回收装置，所述连杆与小腿连接，所述连杆在小腿行走抬腿时逆时针旋转，在小腿行走时落腿时跟随小腿顺时针旋转。

技术特征：

1.一种人体运动能量回收装置，其特征在于，包括：所述第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板、第一输入实心轴、连杆、第一输入齿轮、第二输入滑动轴、第二输入滑动齿轮、第三输入实心轴、第三输入齿轮、第四发条齿轮、第一储能涡卷弹簧、第一发电实心轴、第一发电齿轮、直流发电机、第二发电齿轮、第三发电齿轮、第一控速实心轴、第一控速齿轮、第二控速齿轮、第二控速实心轴、第三控速齿轮、第四控速齿轮、第三控速实心轴和第五控速齿轮；

2.根据权利要求1所述的人体运动能量回收装置，其特征在于，所述连杆与小腿连接，所述连杆在小腿行走抬腿时逆时针旋转，在小腿行走时落腿时跟随小腿顺时针旋转。

技术总结本公开提供一种人体运动能量回收装置，其包括：所述第一支撑板、第二支撑板、第三支撑板、第一输入实心轴、连杆、第一输入齿轮、第二输入滑动轴、第二输入滑动齿轮、第三输入实心轴、第三输入齿轮、第四发条齿轮、第一储能涡卷弹簧、第一发电实心轴、第一发电齿轮、直流发电机、第二发电齿轮、第三发电齿轮、第一控速实心轴、第一控速齿轮、第二控速齿轮、第二控速实心轴、第三控速齿轮、第四控速齿轮、第三控速实心轴和第五控速齿轮；本发明高效地回收了人体膝盖运动所产生的负功，并且通过机械式的手段稳定了直流发电机所输出的电压。技术研发人员：谭益松,贺宇潼受保护的技术使用者：东北电力大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18