人體腿部運動能量收集系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于運動能量收集技術領域，尤其是涉及人體腿部運動能量收集系統。
【背景技術】
[0002]作為我們生活環境中最常見的能量形式之一的生物運動能是由人體或其他動物在步行、奔跑等運動時所產生的，這些能量往往很難被收集利用而耗散在外部環境之中，白白浪費掉。如果這種形式的能量能夠被收集儲存并有效利用，其將替代我們現在所依賴的便攜式電源，可以為手機等便攜電子設備充電，方便了人們的出行。由于人體腿部在步行、奔跑等過程中時刻處于周期往復擺動狀態，其運動歷程比人體其他關節的運動時間長，含有的運動能量較多，而且小腿在運動過程比較平穩、可預測性強、運動力矩大，基于以上這些優點，在人體膝關節處收集腿部的運動能量是最佳之選，在收集運動能量時為了盡量減少人體的不適感，開發一種結構緊湊、效率高、重量輕的人體腿部運動能量收集系統具有重要的實際應用價值。
【發明內容】
[0003]本實用新型目的是為解決人體在步行、奔跑等運動時腿部運動能量收集難的問題，而提供了一種體腿部運動能量收集裝置，其在解決腿部運動能量收集難題的同時還解決了能量選擇性收集的問題。
[0004]本實用新型為解決上述問題所采取的技術方案是:
[0005]人體腿部運動能量收集系統，包括人體腿部運動能量收集裝置、儲能t旲塊和電能管理模塊；
[0006]所述人體腿部運動能量收集裝置包括外殼、所述外殼上固定有發電機和電位計，所述發電機的轉子上固定有工作齒輪，在外殼的內側底部轉動連接有第一轉軸，所述第一轉軸上固定有擺桿和扇形齒輪，所述擺桿自由端位于外殼的外側，所述扇形齒輪位于外殼的內側，所述電位計的角度滑動片與擺桿固定連接，在扇形齒輪和工作齒輪之間設有用于加速的齒輪變速箱；
[0007]所述儲能模塊包括超級電容和鋰電池，所述超級電容和鋰電池用于收集所述人體腿部運動能量收集裝置輸出的電能，發電機通過數字開關與超級電容連接，超級電容與鋰電池連接；
[0008]所述電能管理模塊包括微控制器、自適應前端適配電路和節能管理電路，所述微控制器用于控制所述數字開關的通斷；所述自適應前端適配電路為最大功率點跟蹤器及其外圍電路；所述節能管理電路用于減少人體腿部運動能量收集系統本身的電能消耗。
[0009]所述齒輪變速箱包括第二轉軸、第三轉軸，所述第二轉軸和第三轉軸均與外殼轉動連接，所述第二轉軸上固定有第一小齒輪和第一大齒輪，所述第三轉軸上固定有第二小齒輪和第二大齒輪，所述第一小齒輪直徑小于第一大齒輪直徑，所述第一大齒輪直徑大于第二小齒輪直徑，所述第二小齒輪直徑小于第二大齒輪直徑，所述第二大齒輪直徑大于工作齒輪直徑，所述扇形齒輪與第一小齒輪嚙合連接，所述第一大齒輪與第二小齒輪嚙合連接，所述第二大齒輪與工作齒輪嚙合連接。
[0010]在所述第二轉軸與第一小齒輪之間或第二轉軸與第一大齒輪之間安裝有滾柱軸承離合器。
[0011]在所述第三轉軸與第二小齒輪之間或第三轉軸與第二大齒輪之間安裝有滾柱軸承離合器。
[0012]在所述扇形齒輪與第一轉軸之間安裝有滾柱軸承離合器。
[0013]所述齒輪變速箱的傳動比為108，所述扇形齒輪的圓心角為80°至140°。
[0014]所述外殼設有外殼蓋，所述外殼的內側底部固定有組裝塊，所述電能管理模塊和儲能模塊設置在所述組裝塊內。
[0015]本實用新型所具有的有益效果為:經過齒輪變速箱的加速作用將人體行走時的大扭矩低轉速運動能轉化成小扭矩高轉速的機械能，從而變成了發電機能夠利用的能量形式，通過在轉軸與齒輪之間安裝滾柱軸承離合器和電位計并利用微控制器對發電機繞組的精確控制，實現了對運動能量收集的有效選擇，在小腿下落階段進行能量的收集，收集電能時不需要人體額外做功，最大程度上保證了人體的舒適度；本實用新型在發電機與超級電容之間設置有最大功率點跟蹤器，最大程度的收集發電機產生的電能；本實用新型采用超級電容和鋰電池的二級存儲架構，減少鋰電池的充電次數，并在超級電容和鋰電池之間設置有充電保護電路，延長了鋰電池的使用壽命；本實用新型還設置有節能管理電路用于減少人體腿部運動能量收集系統本身的電能消耗；最后本裝置在遵循人機工學設計要求的同時選擇合適的材料，其整體結構比較緊湊，使用壽命比較長。
[0016]本實用新型還設置有負載驅動電路，可滿足負載瞬時大電流、大功率的要求。
【附圖說明】
[0017]圖1為本實用新型中人體腿部運動能量收集裝置的結構示意圖；
[0018]圖2為本實用新型中人體腿部運動能量收集裝置的內部側視結構示意圖；
[0019]圖3為本實用新型的控制原理圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖對本實用新型進一步描述。
[0021]本實用新型包括人體腿部運動能量收集裝置、電能管理模塊和儲能模塊。
[0022]如圖1和圖2所示，人體腿部運動能量收集裝置包括外殼1、發電機15，所述外殼1設有外殼蓋，所述發電機15固定在外殼1的底部，所述發電機15的轉子9上固定有工作齒輪10，在外殼1的內側底部轉動連接有第一轉軸13，所述第一轉軸13上固定有擺桿6和扇形齒輪8，所述擺桿6自由端位于外殼1的外側，所述扇形齒輪8位于外殼1的內側，所述扇形齒輪8與第一轉軸13之間安裝有滾柱軸承離合器，所述第一轉軸13的頂端部安裝有電位計7，所述電位計7的角度滑動片與擺桿6固定連接，在扇形齒輪8和工作齒輪10之間設有用于加速的齒輪變速箱，所齒輪變速箱包括第二轉軸5、第三轉軸11，所述第二轉軸5和第三轉軸11均與外殼1轉動連接，所述第二轉軸5上固定有第一小齒輪4和第一大齒輪3，所述第三轉軸11上固定有第二小齒輪14和第二大齒輪12，所述第一小齒輪4直徑小于第一大齒輪直徑3，所述第一大齒輪3直徑大于第二小齒輪14直徑，所述第二小齒輪14直徑小于第二大齒輪12直徑，所述第二大齒輪12直徑大于工作齒輪10直徑，所述扇形齒輪8與第一小齒輪4嚙合連接，所述第一大齒輪3與第二小齒輪14嚙合連接，所述第二大齒輪12與工作齒輪10嚙合連接；所述外殼1的內底部固定有組裝塊2，所述電能管理模塊和儲能模塊設置在所述組裝塊2內，所述電能管理模塊與電位計7導線連接，所述儲能模塊與發電機15導線連接。
[0023]所述儲能模塊包括超級電容和鋰電池，所述超級電容和鋰電池用于收集所述人體腿部運動能量收集裝置輸出的電能，發電機15通過數字開關與超級電容連接，超級電容通過充電保護電路與鋰電池連接；
[0024]所述電能管理模塊包括微控制器、自適應前端