[发明专利]易穿戴柔顺关节运动发电机

说明书

本发明涉及一种易穿戴柔顺关节运动发电机，包括调制发电机、柔顺牵引套和松紧调节装置，调制发电机、松紧调节装置分别穿戴固定在人体关节上、下部位，柔顺牵引套穿戴于人体关节部位，松紧调节装置通过柔顺牵引套内嵌的高强度线与调制发电机连接，柔顺牵引套及高强度线在人体关节弯曲时松弛，在人体关节伸展时张紧并牵引驱动调制发电机以带动调制发电机发电；本发明同现有技术相比，其设计符合人体工程学，可以便捷地穿戴和使用；采用柔顺牵引机制，通过柔顺牵引套收集关节运动的机械能，具有较高驱动力，并且关节部位无刚性约束、无硬物摩擦，不仅不影响人体舒适性和运动灵活性，还增强关节肌肉的支撑力，保护关节。

[技术领域]

本发明涉及人体运动能量采集技术领域，具体地说是一种易穿戴柔顺关节运动发电机。

[背景技术]

人体在进行日常活动时会产生大量的能量消散在环境之中。从人体运动俘获生物机械能量，取代传统电池或延长传统电池寿命，为便携式和可穿戴微小机电系统供电，具备灵活、节能环保、可持续的优势，在人机交互、人体健康监测、人体理疗、特种作业装备、信息化集成单兵装备等领域均具有广阔的应用前景。

目前，主要有三种人体运动能量采集方式：脚踏、关节运动和质心运动。其中，脚踏能量采集装置通常集成在鞋底，可以产生较大压力和输出功率，但需要考虑鞋而增加的体积和质量，以免影响人体运动的舒适性和安全性。大多数人体运动都依赖于关节运动，膝关节经常被用于采集人体运动能量。膝关节驱动力大，可以产生高功率。但是，机械部件通常需要设置在膝关节上，会对人体运动有一定约束影响其灵活性，长时间穿戴和摩擦会损伤身体。基于质心运动的人体运动能量采集可以设置在人体耐受部位，如肩膀、臀部等。但是，质心运动产生激励大小与质量有关。基于质心运动的人体运动能量采集装置需要很大的质量才能产生较大的功率，可能对人体造成很大的负担。虽然人体运动能量采集的研究很多，但不能兼顾高功率输出和人体舒适性，更缺乏人体穿戴便捷的考虑。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种易穿戴柔顺关节运动发电机，具有较高驱动力，并且关节部位无刚性约束、无硬物摩擦，不仅不影响人体舒适性和运动灵活性，还增强关节肌肉的支撑力，保护关节。

为实现上述目的设计一种易穿戴柔顺关节运动发电机，包括调制发电机1、柔顺牵引套2和松紧调节装置3，所述调制发电机1、松紧调节装置3分别穿戴固定在人体关节上、下部位，所述柔顺牵引套2穿戴于人体关节部位，所述松紧调节装置3通过柔顺牵引套2内嵌的高强度线4与调制发电机1连接，所述松紧调节装置3用于调节柔顺牵引套2及内嵌的高强度线4的张紧程度，所述柔顺牵引套2及高强度线4在人体关节弯曲时松弛，在人体关节伸展时张紧并牵引驱动调制发电机1以带动调制发电机1发电。

进一步地，所述调制发电机1包括上固定套5、发电机底板6、发电机前盖7、转动盘8、棘轮9、驱动组件10和发电组件11，所述调制发电机1通过上固定套5穿戴固定在人体关节上部位，所述上固定套5固定连接发电机底板6，所述发电机底板6前端罩设有发电机前盖7，且与发电机前盖7固定连接，所述发电机底板6上安装有转动盘8，所述转动盘8内腔设有棘轮9，所述发电机前盖7内侧安装有驱动组件10，所述棘轮9与驱动组件10啮合连接，所述驱动组件10与柔顺牵引套2内嵌的高强度线4连接，所述发电机前盖7与转动盘8对应设置有发电组件11。

进一步地，所述转动盘8内嵌有滚珠12，所述发电组件11内嵌有压电叠堆13，所述滚珠12、压电叠堆13均沿圆周阵列布置，所述滚珠12随转动盘8滚压对应设置的压电叠堆13，所述压电叠堆13受到滚压力产生变形从而因压电效应而发电。

进一步地，所述驱动组件10包括增速齿轮14、单向驱动轮15、棘爪16和复位弹簧17，所述增速齿轮14上设置有线轮并与高强度线4连接，所述增速齿轮14与复位弹簧17一端固定连接，所述增速齿轮14与单向驱动轮15上设置的小齿轮啮合连接，且增速齿轮14的齿数大于小齿轮齿数，所述单向驱动轮15两端设有棘爪16，所述棘爪16与棘轮9啮合连接。