CN114557862A - 人体下肢运动助力与俘能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体下肢运动助力与俘能装置，其特征在于外壳连接固定模块包括外壳、腰带槽、固定前盖、缆绳出口，外壳和固定前盖用四个螺栓进行固定，左右装置呈完全对称形式；人体行走助力与机械传动模块包括固定输入轴、缆绳、缆绳经过输入轴轴承、传动支柱、与传动支柱的涡轮弹簧插孔相连的助力用涡轮弹簧、固定传动支柱与涡轮弹簧的涡轮弹簧卡片构成人体助力部分，左右装置呈完全对称形式；传动齿轮、限制传动齿轮单向运动的单向轴承、与传动齿轮相连的一侧四个从动齿轮、保证齿轮顺滑旋转的滚动轴承b构成机械传动部分，左右装置呈完全对称形式。俘能模块包括凸轮、凸轮外壳、凸轮撞击产生能量的压电片、与压电片相连的导线。

Description

人体下肢运动助力与俘能装置

技术领域

本发明属于可穿戴能量收集与助力装置技术领域，涉及一种人体下肢运动助力与俘能装置。

背景技术

随着科学技术的发展，便携式电子设备也逐渐成为生活中必不可少的一部分。然而，解决便携式电子设备的长时间供电又成了新一轮要解决的问题,尤其近年来，许多带有生物传感器和运动传感器的可穿戴设备已经开发出来，主要用于健康监测和人体运动测量。虽然功能强大，但可穿戴设备的电源仍然不足以满足复杂功能的要求。因此，可穿戴设备的主要问题之一也是电池寿命，这同样限制了其潜在应用如何解决电池寿命短这个问题值得深入研究。

同时，作为一种可穿戴设备如果重复的更换电池或者频繁充电，这会使得成本较高以及造成环境污染，也必然限制了可穿戴设备便携方便的优势，因此如何能够兼顾续航与节能环保这两特点于一身，是便携是电子设备发展过程中迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种人体下肢运动助力与俘能装置，解决了生活中便携性电子设备供电不足、现有蓄电池无法循环使用、成本较高以及环境污染等问题，同时也可以为人行走时抬腿伸腿等动作起到助力作用。

本发明所采用的技术方案是：

一种人体下肢运动助力与俘能装置，包括一侧设有开口的外壳和固定前盖，外壳和固定前盖开口侧相互配合固接，固定前盖长边侧面设置缆绳出口，外壳内部设置缆绳，缆绳一端穿过缆绳出口后依次绕过输入轴和传动支柱且固定在传动支柱上，输入轴一端固定在外壳底面，输入轴分别与固定孔和传动支柱的连线构成直角关系，传动支柱设置在外壳底面中心位置，传动支柱自外壳底面起依次套接传动齿轮和涡轮弹簧且通过涡轮弹簧卡片固定，涡轮弹簧两端固定在涡轮弹簧插孔b和涡轮弹簧插孔a内，涡轮弹簧插孔b和涡轮弹簧插孔a分别设置在输入轴和传动支柱上，传动齿轮通过单向轴承安装在传动支柱上，传动齿轮与从动齿轮啮合，从动齿轮绕传动支柱设置若干个且通过转轴安装于外壳底面，每颗从动齿轮靠近固定前盖的一侧分别同轴连接凸轮，凸轮外罩有凸轮外壳，每个凸轮外壳均固接于外壳内侧壁，每个凸轮外壳内分别固接压电片，每片压电片分别与其邻近的凸轮抵接，所述每片压电片上分别接导线。

本发明的特点还在于：

外壳背面还设置有腰带槽，固定前盖和外壳底面中心位置处分别安装有滚动轴承a和滚动轴承b。

滚动轴承a和滚动轴承b与传动支柱两端连接。

输入轴自外壳底面起依次设置有输入轴轴承和涡轮弹簧插孔b，输入轴轴承套接在输入轴上。

传动支柱自外壳底面起依次设置有缆绳固定孔和涡轮弹簧插孔a。

缆绳环绕在缆绳固定孔周围且末端固定在缆绳固定孔内。

从动齿轮有4个。

本发明的有益效果是：

固定在腰部位置，挂取方式简单，轻巧便利，方便随身携带；其中缆绳尾端连接用户脚腕，不会限制用户的正常行走，并可利用人行走时腿部拉伸与弯曲拉动揽绳上下移动带动卷簧形变达到助力效果；本装置集助力与俘能为一体，将人体行走时的机械能转化为电能，收集并存储，对外设置供电，发电来源易得环保，解决了传统锂电池一次性供电的问题，极大地节省了资源，为绿色生活与可持续发展做出了有效的贡献；此外，本装置结构简单，零件轻巧便宜且方便更换，用途范围广，适合大批量生产使用。

附图说明

图1是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置的整体结构示意图；

图2是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置的内部结构示意图；

图3是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置的局部结构示意图；

图4是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置的运动示意图；

图5是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置的固定前盖结构示意图；

图6是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置的输入轴整体示意图；

图7是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置的输入轴结构示意图；

图8是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置传动支柱结构示意图；

图9是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置发电模块结构示意图；

图10是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置凸轮结构示意图；

图11是本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置凸轮外壳结构示意图。

图中，1.外壳，2.导线，3.固定前盖，4.缆绳，5.输入轴，6.输入轴轴承，7.滚动轴承a，8.涡轮弹簧卡片，9.涡轮弹簧，10.传动支柱，11.单向轴承，12.传动齿轮，13.滚动轴承b，14.从动齿轮，15.凸轮，16.压电片，17.凸轮外壳；

101.涡轮弹簧插孔a，102.缆绳固定孔，103.腰带槽，301.缆绳出口，501.涡轮弹簧插孔b。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置，如图1、图2和图3所示，包括固定模块、人体行走助力与机械传动模块以及俘能模块,其中图1所示一种人体下肢运动助力与俘能装置的整体结构示意图，包括外壳1、腰带槽103、固定前盖3、缆绳出口301构成固定模块，外壳1和固定前盖3形状相同，外壳1和固定前盖3均为一侧开口的方形壳体结构,外壳1和固定前盖3开口侧相互配合，四角由四个螺栓固定，同时，外壳1内放置助力部分、机械传动部分和俘能部分元件。外壳1底部背面设置腰带槽103，固定前盖3侧面底部设置缆绳出口301，图1和图2所示本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置左右共两个装置，且完全对称。

人体行走助力与机械传动模块包括人体助力部分以及机械传动部分，其中人体助力部分包括缆绳4、输入轴5、输入轴轴承6、滚动轴承a7、涡轮弹簧卡片8、涡轮弹簧9、传动支柱10、滚动轴承b13，图2和图5所示缆绳4下端穿过缆绳出口301绑在人的脚踝部位，图2、图6和图7所示外壳1内部设置缆绳4，缆绳4一端穿过固定前盖3侧面底部的缆绳出口301，然后缆绳4又绕过输入轴5和传动支柱10且固定在传动支柱10上，输入轴5一端固定在外壳1底面，输入轴5分别与缆绳出口301和传动支柱10的连线构成直角关系，最后缆绳4环绕在传动支柱10上的缆绳固定孔102周围并固定在缆绳固定孔102内部，缆绳4另一端与使用者脚踝相连，根据人行走时伸腿和弯曲带动机械传动部分运动；图2和图3所示传动支柱10自外壳1底面起依次套接传动齿轮12和涡轮弹簧9且通过涡轮弹簧卡片8固定，涡轮弹簧9两端固定在涡轮弹簧插孔b501和涡轮弹簧插孔a101内，涡轮弹簧插孔b501和涡轮弹簧插孔a101分别设置在输入轴5和传动支柱10上，图2、图6和图7所示涡轮弹簧9一端固定在输入轴5上的涡轮弹簧插孔b501中且另一端固定在传动支柱10上的涡轮弹簧插孔a101中，图3所示传动齿轮12通过单向轴承11安装在传动支柱10上，单向轴承11使得涡轮弹簧9和传动支柱10做一个方向的相对运动，传动齿轮12与从动齿轮14啮合，从动齿轮14绕传动支柱10设置若干个且通过转轴安装于外壳1底面，每颗从动齿轮14靠近固定前盖3的一侧分别同轴连接凸轮15，图2和图5所示滚动轴承a7与滚动轴承b13与传动支柱10同轴心分别安装在固定前盖3和外壳1上，保证传动支柱10与传动齿轮12的顺滑旋转。

俘能模块包括从动齿轮14、凸轮15、压电片16、凸轮外壳17和导线2，图3和图4所示，传动齿轮12与从动齿轮14啮合，从动齿轮14绕传动支柱10设置若干个且通过转轴安装于外壳1底面，图9和图10所示每颗从动齿轮14靠近固定前盖3的一侧分别同轴连接凸轮15，图11所示凸轮15外罩有凸轮外壳17，每个凸轮外壳17均固接于外壳1内侧壁，每个凸轮外壳17内分别固接压电片16，每片压电片16分别与其邻近的凸轮15抵接，每片压电片16上分别接导线2。

图4和图6和图7所示输入轴5底端固定在外壳1底面且位于缆绳出口301上方，输入轴5自外壳1底面起依次设置有输入轴轴承6和涡轮弹簧插孔b501，输入轴轴承6套接在输入轴5上，缆绳4绕过固定输入轴5连接到传动支柱10，同时，输入轴5分别与缆绳出口301和传动支柱10的连线构成直角关系保证缆绳4的顺滑收缩；图2和图7所示传动支柱10自外壳1底面起依次设置有缆绳固定孔102和涡轮弹簧插孔a101，且传动支柱10两末端分别与滚动轴承a7和滚动轴承b13连接，图5所示滚动轴承a7和滚动轴承b13分别安装在左右两侧装置的外壳1和固定前盖3与传动支柱10前后端连接处，用来保障传动齿轮12的顺滑旋转。

本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置中主要部件的作用分别如下：

缆绳4：缆绳4的一端绑在脚踝处，另一端穿过缆绳出口301，然后穿过输入轴5上的输入轴轴承6、传动支柱10后，固定于传动支柱10上的缆绳固定孔102内部，能够根据人行走时伸腿和弯曲带动机械传动部分运动，同时，缆绳4与固定输入轴5平行连接到传动支柱10，缆绳4环绕在传动支柱10上的缆绳固定孔102周围，传动支柱10与输入轴轴承6相连保证缆绳4的顺滑收缩。

涡轮弹簧9：涡轮弹簧9与传动齿轮12同轴连接在传动支柱10上，涡轮弹簧9一端固定在涡轮弹簧插孔b501中另一端固定在涡轮弹簧插孔a101中，拉紧后的涡轮弹簧9释放弹性势能恢复形变，将缆绳4收回，起到为右脚抬脚助力作用，涡轮弹簧9与传动齿轮12同心轴连接在传动支柱10上，传动齿轮12与传动支柱10之间用单向轴承11互相连接，涡轮弹簧9随者传动支柱10发生运动，单向轴承11使得涡轮弹簧9和传动支柱10做一个方向的相对运动。

传动支柱10：传动支柱10自外壳1底面起依次套接传动齿轮12和涡轮弹簧9且通过涡轮弹簧卡片8固定，传动齿轮12通过单向轴承11安装在传动支柱10上，传动支柱10两端同轴心连接滚动轴承a7与滚动轴承b13，传动支柱10顺时针转动，拉紧涡轮弹簧9，传动齿轮12跟随传动支柱10顺时针旋转，带动从动齿轮14逆时针旋转，滚动轴承a7和滚动轴承b13分别安装在左右两侧装置的固定前盖3和外壳1上，且与传动支柱10前后端连接处，用来保障传动齿轮12的顺滑旋转。

传动齿轮12和从动齿轮14：传动齿轮12跟随传动支柱10顺时针旋转，带动每一侧的从动齿轮14逆时针旋转，凸轮15随从动齿轮14逆时针转动撞击压电片16，压电片16产生形变后发电。

本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置，其工作过程如下：

如图4所示，佩戴者实际使用时，将装置穿在使用者腰带上，固定在腰部左右两侧的位置，缆绳4的底端绑在脚踝处。当佩戴者迈出右脚，右侧缆绳4拉伸，输入轴轴承6转动，输入轴5固定，传动支柱10顺时针转动，拉紧涡轮弹簧9；传动齿轮12跟随传动支柱10顺时针旋转，带动从动齿轮14逆时针旋转，凸轮15随从动齿轮14逆时针转动撞击压电片16，压电片16产生形变后发电。当佩戴者抬起右脚时，拉紧后的涡轮弹簧9释放弹性势能恢复形变，将缆绳4收回，起到为右脚抬脚助力作用。右脚伸出状态结束后，左脚抬起，当佩戴者迈出左脚，左侧缆绳4拉伸，输入轴轴承6转动，输入轴5固定，传动支柱10逆时针转动，拉紧涡轮弹簧9；传动齿轮12跟随传动支柱10逆时针旋转，带动从动齿轮14顺时针旋转，凸轮15随从动齿轮14顺时针转动撞击压电片16，压电片16产生形变后发电。当佩戴者抬起左脚时，拉紧后的涡轮弹簧9释放弹性势能恢复形变，将缆绳4收回，起到为左脚抬脚助力作用，通过以上动作，该装置可以实现步态周期内往复和周期性助力与俘能。

本发明一种人体下肢运动助力与俘能装置，有益效果在于：本发明缆绳4尾端连接用户脚腕，不会限制用户的正常行走，并可利用人行走时腿部拉伸与弯曲拉动揽绳上下移动带动卷簧形变达到助力效果；本发明集助力与俘能为一体，将人体行走时的机械能转化为电能，收集并存储，对外设置供电，发电来源易得环保，解决了传统锂电池一次性供电的问题，极大地节省了资源，为绿色生活与可持续发展做出了有效的贡献；本发明固定在使用者的腰部接近人体重心，使得使用者佩戴装置的舒适感增加，挂取方式简单，轻巧便利，方便随身携带；本发明使用者佩戴此装置后，左右脚的缆绳4随着使用者行走的步态周期产生长度的变化，装置可以实现步态周期内往复和周期性助力与俘能；本发明结构简单，零件轻巧便宜且方便更换，用途范围广，适合大批量使用生产。

Claims (7)

1.一种人体下肢运动助力与俘能装置，其特征在于，包括一侧设有开口的外壳(1)和固定前盖(3)，所述外壳(1)和固定前盖(3)开口侧相互配合固接，所述固定前盖(3)长边侧面设置缆绳出口(301)，所述外壳(1)内部设置缆绳(4)，所述缆绳(4)一端穿过缆绳出口(301)后依次绕过输入轴(5)和传动支柱(10)且固定在传动支柱(10)上，所述输入轴(5)一端固定在外壳(1)底面，输入轴(5)分别与缆绳出口(301)和传动支柱(10)的连线构成直角关系，所述传动支柱(10)设置在外壳(1)底面中心位置，所述传动支柱(10)自外壳(1)底面起依次套接传动齿轮(12)和涡轮弹簧(9)且通过涡轮弹簧卡片(8)固定，所述涡轮弹簧(9)两端固定在涡轮弹簧插孔b(501)和涡轮弹簧插孔a(101)内，所述涡轮弹簧插孔b(501)和涡轮弹簧插孔a(101)分别设置在输入轴(5)和传动支柱(10)上，所述传动齿轮(12)通过单向轴承(11)安装在传动支柱(10)上，所述传动齿轮(12)与从动齿轮(14)啮合，从动齿轮(14)绕传动支柱(10)设置若干个且通过转轴安装于外壳(1)底面，所述每颗从动齿轮(14)靠近固定前盖(3)的一侧分别同轴连接凸轮(15)，凸轮(15)外罩有凸轮外壳(17)，每个凸轮外壳(17)均固接于外壳(1)内侧壁，所述每个凸轮外壳(17)内分别固接压电片(16)，所述每片压电片(16)分别与其邻近的凸轮(15)抵接，所述每片压电片(16)上分别接导线(2)。

2.根据权利要求1所述的一种人体下肢运动助力与俘能装置，其特征在于，所述外壳(1)背面还设置有腰带槽(103)，所述固定前盖(3)和外壳(1)底面中心位置处分别安装有滚动轴承a(7)和滚动轴承b(13)。

3.根据权利要求2所述的一种人体下肢运动助力与俘能装置，其特征在于，所述滚动轴承a(7)和滚动轴承b(13)与传动支柱(10)两端连接。

4.根据权利要求1所述一种人体下肢运动助力与俘能装置，其特征在于，所述输入轴(5)自外壳(1)底面起依次设置有输入轴轴承(6)和涡轮弹簧插孔b(501)，所述输入轴轴承(6)套接在输入轴(5)上。

5.根据权利要求1所述一种人体下肢运动助力与俘能装置，其特征在于，所述传动支柱(10)自外壳(1)底面起依次设置有缆绳固定孔(102)和涡轮弹簧插孔a(101)。

6.根据权利要求1所述一种人体下肢运动助力与俘能装置，其特征在于，所述缆绳(4)环绕在缆绳固定孔(102)周围且末端固定在缆绳固定孔(102)内。

7.根据权利要求1所述一种人体下肢运动助力与俘能装置，其特征在于，所述从动齿轮(14)有4个。

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