專利名稱：可輔助步行的人體生物動能捕獲裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再生能源領(lǐng)域，具體涉及收集人體步行中腿部姿態(tài)變化的生物動能并轉(zhuǎn)化為電能、并輔助人體步行的裝置及方法。
背景技術(shù)：
隨著國防的現(xiàn)代化，士兵在野外作業(yè)都需要隨身攜帶一系列電子設(shè)備，例如GPS、 通信設(shè)備等，這些設(shè)備的能源供給主要來自電池。雖然電池技術(shù)已經(jīng)取得了長足進步，但電池的電容量仍然限制著這些電子設(shè)備的使用。另一方面，老化問題最終導致電池被拋棄，這也引起了嚴重的環(huán)境問題。因此，尋找一種可替代電池的能源，以供給士兵野外作戰(zhàn)所需的隨身電子設(shè)備是必要和有意義的。另外，由于士兵在野戰(zhàn)中，巨大的運動量導致人體生物能消耗巨大，如果能夠提供輔助的裝置減少士兵在運動中減少生物能支出從而降低士兵的疲勞程度，那么也是非常有意義的。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)查新，目前還沒用與本發(fā)明類似的方法或者裝置用于捕獲外界或者人體動能并作為隨身電子設(shè)備的供電電源。發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種可輔助步行的人體生物動能的裝置及方法，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、能夠自發(fā)捕獲人在步行過程中腳部姿態(tài)變化所產(chǎn)生的動能并將其轉(zhuǎn)換為電能進行利用，同時可以輔助人的步行，減少人體生物能的消耗。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述一種可輔助步行的人體生物動能捕獲裝置，包括動能捕獲機構(gòu)和發(fā)電機構(gòu)，其特征在于動能捕獲機構(gòu)包括滾輪、拉索和扭簧，扭簧的一端固定在滾輪上，另一端固定在下底板上，用于滾輪和拉索的復位；拉索一端以纏繞方式固定在滾輪上，另一端通過定滑輪改變拉索方向并固定在人體的腰部；發(fā)電機構(gòu)包括發(fā)電機；滾輪和發(fā)電機安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸通過止推軸承固定在上、下底板之間。
所述動能捕獲機構(gòu)還包括運動放大機構(gòu)，運動放大機構(gòu)包括加速齒輪組，加速齒輪組安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，將滾輪的旋轉(zhuǎn)運動進行放大并傳遞給發(fā)電機。滾輪與加速齒輪組的初級齒輪同軸連接，發(fā)電機與加速齒輪組的末級齒輪同軸連接。加速齒輪組包括第一加速齒輪組和第二加速齒輪組，第一加速齒輪組的初級齒輪構(gòu)成加速齒輪組的初級齒輪，第二加速齒輪組的末級齒輪構(gòu)成加速齒輪組的末級齒輪。
所述裝置嵌入到人的鞋底中；人在步行中伸腿的時候滾輪上的拉索被拉伸，同時扭簧扭緊；收腿的時候扭簧的扭力釋放，拉索回收復位。
所述的動能捕獲裝置還包括整流升壓電路和儲能裝置，線圈、整流升壓電路和儲能裝置依次串聯(lián)連接。
一種用于輔助步行的人體生物動能捕獲方法，包括以下步驟(I)當人伸腿時，拉索被拉伸、扭簧被扭緊，滾輪轉(zhuǎn)動；當人收腿時，扭簧扭力釋放，拉索復位回收，滾輪反向轉(zhuǎn)動；CN 102536699 A(2)加速齒輪組將滾輪的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給發(fā)電機，并進行運動放大；(3)發(fā)電機產(chǎn)生不穩(wěn)定的電流，經(jīng)整流升壓電路調(diào)整為具有穩(wěn)定電壓的電流，由儲能裝置儲存起來進行利用。
相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明可輔助步行的人體生物動能捕獲并轉(zhuǎn)換為電能的方法，能夠以簡單的、容易制造的結(jié)構(gòu)自動對人體在步行中因腿部姿態(tài)的變化所產(chǎn)生的動能進行回收和利用，擴展了可利用能量的來源，提高了隨身電子設(shè)備效用，同時還可以輔助人的步行，減少人在步行中的生物能消耗。


圖I是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖I示出1、滾輪；2、拉索；3、扭簧；4、第一加速齒輪組；5、第二加速齒輪組；6、發(fā)電機；7、旋轉(zhuǎn)軸；8、止推軸承；9、定滑輪；11、人體的腰部；12、上底板；13、下底板。
具體實施方式
下面將結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不限于此。
本發(fā)明可輔助步行的人體生物動能捕獲裝置如圖I所示包括動能捕獲機構(gòu)、運動放大機構(gòu)和發(fā)電機構(gòu)，動能捕獲機構(gòu)由滾輪I、拉索2和扭簧3組成,扭簧3的一端固定在滾輪I上，另一端固定在下底板13上，用于滾輪I和拉索2的復位；拉索2 —端纏繞固定在滾輪I上，另一端通過定滑輪9改變拉索2方向并固定在人體的腰部11 ;運動放大機構(gòu)通過第一加速齒輪組4和第二加速齒輪組5將滾輪的旋轉(zhuǎn)運動進行放大并傳遞給發(fā)電機構(gòu)， 滾輪與第一加速齒輪組4的初級齒輪同軸連接；發(fā)電機構(gòu)包括發(fā)電機6,發(fā)電機6與第二加速齒輪組5的末級齒輪同軸連接；發(fā)電機6所產(chǎn)生的電流經(jīng)由整流升壓電路和儲能裝置后存儲起來進行利用。滾輪I和發(fā)電機6安裝在旋轉(zhuǎn)軸7上，旋轉(zhuǎn)軸7通過止推軸承8安裝在上底板12和下底板13間。
所述動能捕獲裝置可以嵌入到人的鞋底中；人在步行中伸腿的時候滾輪上的拉索被拉伸，同時扭簧扭緊；收腿的時候扭簧的扭力釋放，拉索回收復位。
所述的動能捕獲裝置還包括整流升壓電路和儲能裝置，線圈、整流升壓電路和儲能裝置依次串聯(lián)連接。
一種用于輔助步行的人體生物動能捕獲方法，包括以下步驟(1)當人伸腿時，拉索被拉伸、扭簧被扭緊，滾輪轉(zhuǎn)動；當人收腿時，扭簧扭力釋放，拉索復位回收，滾輪反向轉(zhuǎn)動；(2)加速齒輪組將滾輪的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給發(fā)電機，并進行運動放大；(3)發(fā)電機產(chǎn)生不穩(wěn)定的電流，經(jīng)整流升壓電路調(diào)整為具有穩(wěn)定電壓的電流，由儲能裝置儲存起來進行利用。
根據(jù)上述說明書的揭示和教導，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對上述實施方式進行變更和修改。因此，本發(fā)明并不局限于上面揭示和描述的具體實施方式
，對本發(fā)明的一些修改和變更也應當落入本發(fā)明的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.可輔助步行的人體生物動能捕獲裝置，包括動能捕獲機構(gòu)和發(fā)電機構(gòu)，其特征在于動能捕獲機構(gòu)包括滾輪、拉索和扭簧，扭簧的一端固定在滾輪上，另一端固定在下底板上， 用于滾輪和拉索的復位；拉索一端以纏繞方式固定在滾輪上，另一端通過定滑輪改變拉索方向并固定在人體的腰部；發(fā)電機構(gòu)包括發(fā)電機；滾輪和發(fā)電機安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，旋轉(zhuǎn)軸通過止推軸承固定在上、下底板之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動能捕獲裝置，其特征在于還包括運動放大機構(gòu)，運動放大機構(gòu)包括加速齒輪組，加速齒輪組安裝在旋轉(zhuǎn)軸上，將滾輪的旋轉(zhuǎn)運動進行放大并傳遞給發(fā)電機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的動能捕獲裝置，其特征在于滾輪與加速齒輪組的初級齒輪同軸連接，發(fā)電機與加速齒輪組的末級齒輪同軸連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動能捕獲裝置，其特征在于加速齒輪組包括第一加速齒輪組和第二加速齒輪組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的的動能捕獲裝置，其特征在于所述裝置嵌入到人的鞋底中； 人在步行中伸腿的時候滾輪上的拉索被拉伸，同時扭簧扭緊；收腿的時候扭簧的扭力釋放， 拉索回收復位。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的動能捕獲裝置，其特征在于還包括整流升壓電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的動能捕獲裝置，其特征在于還包括儲能裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的動能捕獲裝置，其特征在于線圈、整流升壓電路和儲能裝置依次串聯(lián)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求I 8所述裝置用于輔助步行的人體生物動能捕獲方法，其特征在于包括以下步驟(1)當人伸腿時，拉索被拉伸、扭簧被扭緊，滾輪轉(zhuǎn)動；當人收腿時，扭簧扭力釋放，拉索復位回收，滾輪反向轉(zhuǎn)動；(2)加速齒輪組將滾輪的旋轉(zhuǎn)運動傳遞給發(fā)電機，并進行運動放大；(3)發(fā)電機產(chǎn)生不穩(wěn)定的電流，經(jīng)整流升壓電路調(diào)整為具有穩(wěn)定電壓的電流，由儲能裝置儲存起來進行利用。
全文摘要
可輔助步行的人體生物動能捕獲裝置及其方法，包括用于滾輪、扭簧、拉索、加速齒輪組和發(fā)電機；扭簧的一端固定在滾輪上，另一端固定在底板上；拉索一端纏繞固定在滾輪上，另一端通過定滑輪固定在人體的腰部；滾輪、加速齒輪組與電機同軸連接；本裝置所有部件固定安裝在上、下底座上，從而可嵌入安裝在鞋底；在人的步行中，由于步行姿態(tài)的變化，拉索拉動滾輪，驅(qū)動加速齒輪組，從而帶動了發(fā)電機產(chǎn)生電流；所產(chǎn)生的電流經(jīng)由整流升壓電路和儲能裝置后進行利用。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，不但可以捕獲人體在步行中的動能供給隨身電子設(shè)備使用，還可以輔助人體步行所消耗的生物能，從而輔助了人的步行。
文檔編號F03G5/06GK102536699SQ20121000345
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者謝龍漢 申請人:華南理工大學