地板系统的制作方法

文档序号:15213495发布日期:2018-08-21 16:00阅读:166来源:国知局

wo2011138585公开了一种运动转换器,该运动转换器将由交通相关的冲击力引起的线性前进转换成用于驱动发电机的转子的旋转运动。

需要一种用步行交通来发电的更高效的方法。

此外,现有技术的系统基于可独立移动的地砖。当现有技术的地砖接收到脚步时,它将相对于其相邻物移动,从而产生台阶,导致绊倒危险。

根据本发明,提供了如随附权利要求书限定的一种用于发电的地板系统和一种组装地板系统的方法。

为了更好地理解本发明并且为了示出可如何实践本发明,例如仅仅参照附图,在附图中:

图1a示出了地板系统的一部分的剖面立体图;

图1b示出了地板系统的一部分的立体图;

图2示出了地板系统的平面图的示意性表示;

图3a示出了地砖的剖面立体图;

图3b示出了替代地砖的剖面立体图;

图3c示出了地砖的框架的立体图;

图3d示出了地砖的底面的立体图;

图4示出了地砖的立体图;

图5示出了地砖的立体图;

图6示出地砖的底面的立体图;

图7示出了通过两个地砖的剖视图;

图8示出了发电机的一部分的分解立体图;

图9示出了接触发电机的地砖的立体图;

图10示出了地板系统所生成的时间序列的示意性表示;以及

图11示出了地板系统的部件。

图1a示出了地板系统1的第一实施方式,地板系统1用于支撑一个或多个人并且用于在这些人在地板系统上行走时用他们的运动来发电。

地板系统1包括多个发电机100和多个地砖200。多个地砖200共同限定供步行的地板表面。

每个发电机100包括壳体105和支撑件110。支撑件110可相对于壳体105移动。每个发电机100被布置成用其支撑件110在第一方向上的线性运动来发电。每个支撑件110朝向第一方向上的位置偏置,以在移位之后提供恢复力。当安装了地板系统1时,第一方向将对应于竖直方向,并且每个支撑件110将在向上力的作用下偏置。下面,更详细地描述发电机100的优选形式。然而,可使用具有wo2011138585中描述的形式的发电机。

从在图1和图2中可看出的,每个支撑件110支撑多个地砖200。当用户在地砖200上行走时,支撑件110将从平衡位置移位。这样将使用发电机100来发电。然后,支撑件110将在偏置装置(未示出)的作用下返回平衡位置。支撑件110将仅移动小的距离,以避免给用户带来不愉快的感觉。然而,许多用户在大面积内迈出许多步的累积效应可产生大量电力。

地砖200由每个支撑件110能枢转地支撑。应注意到,这样可以防止出现绊倒危险,因为相邻的地砖将一起移动。

在图1a的布置中,当用户在地板系统上踏步时,每个脚步2将使一个(例如,如果脚步2落到发电机100上)、两个(例如,如果脚步2落到两个相邻地砖200之间的边界上)或三个发电机100(例如,如果脚步2落到地砖200的中间)的支撑件110移动。

偏置装置优选地为弹簧,但是可由磁性装置提供,或者是这二者的组合。

类似地,每个地砖200由多个支撑件110支撑。因此,踏到地砖200上的用户可向对应支撑件110中的每个提供运动,由此借助对应的多个发电机100发电。这样做时,每个地砖200将竖直移位和/或稍微倾斜。

具有第一主表面201和第二主表面202的每个地砖200是大体平面的。第一主表面201在使用中形成上表面。第二主表面202在使用中形成下表面。

地砖200基本上完全嵌合(tessellate),以共同形成基本上连续的地板表面。“基本上”意味着地砖200并非沿着每个边缘准确地会合,而是在它们之间提供小间隙(以允许相邻地砖200相对旋转)。此外,每个地砖200在发电机100处会合,在发电机100处,在该发电机100所支撑的多个地砖200之间设有间隙。沿着每个边缘并且在每个发电机100处的间隙与由地砖200所占据的地板表面的表面积相比只是很小的,因此可以说它们基本上完全嵌合。

优选地,每个地砖的主表面大体成形为三角形(最优选地,等边三角形)。“大体成形”意味着地砖不需要具有完美的尖角。从在图3中可看出的,三角形形状可以在角处稍微截断。由于角只被少量截断,因此可以说它们是大体三角形的。

优选地,每个地砖200由正好三个支撑件110支撑。也就是说,支撑件110可支撑地砖200的每个角。当用户没有站在地板表面上时,地砖200在作用于支撑件110的偏置装置的作用下偏置成平坦和齐平。

通过使用地砖200的这种布置,地砖200的可能倾斜度可大于使用其他布置时。例如,如果用户踏到正方形地砖200的角上,则相对的角可突出对应的移位。然而,对于三角形地砖,一个角的移动表示地砖围绕一条边的旋转,因此对于等同移位而言,能避免地板的不期望变形,例如,产生绊倒危险。

每个地砖200的最长尺寸不超过100cm。优选地,每个地砖的最长尺寸在300mm至700mm的范围内。

对于正方形地砖200,最长尺寸将对应于对角之间的距离。

在大体三角形地砖200的背景下,最长尺寸是一条边的长度。这基本上对应于支撑件110之间的距离。

为了使地板系统1允许足够的运动,优选地,每个地砖200具有尽可能小的厚度t。这样也减少了挖掘大安装空间的需求。然而,地砖必须承受用户的重量,因此它们必须坚硬而坚固。因此,发明人设计出图3a、图3b和图3c中示出的优选复合地砖200。

如图3a中所示,优选地,每个地砖200包括第一片材206和第二片材207以及夹在第一片材206和第二片材207之间的芯205。

芯205优选地是诸如泡沫层或蜂窝层的不连续层。芯205可包含聚合物。另选地,芯205可包括木材颗粒和树脂颗粒。在一些实施方式中,芯205可另外地或替代地包含:nomex;聚丙烯;刨花板;和/或纤维增强水泥。

片材206、207中的一者或两者可包含陶瓷。另选地,片材206、207中的一者或两者可包含金属。在一些实施方式中,片材206、207中的一者或两者可另外地或替代地包含:钢;和/或层压陶瓷。

为了便于组装,优选的是,每个地砖包括平台205、206、207和围绕平台的主表面201、202的周缘的框架211。

在更优选的实施方式中,平台可包括在第一片材206的顶部上或形成第一片材206的一部分的另一个层235。层235可由优选的地板材料形成。该层235可以是装饰性的和/或耐受走过它的人的脚步造成的损害。

当地砖200包括框架211时,发电机100的支撑件110优选地直接支撑地砖200的框架211。

每个框架211由框架构件形成,所述框架构件包括沿着平台205、206、207;205、206、207、235的主表面201、202的每个边缘延伸的边缘构件210。优选地,设置单独的角工件215,边缘构件210在角工件215处会合。

如在图3c中可看出的,框架构件被成形为共同限定平台可安置在其中的支座。

每个边缘构件210可被形成为条带,第一唇缘211从该条带突出(例如,在其长度的全部或大部分上)。如果设置了角工件215,则这些工件可被形成为弯曲条带,幅材219从该弯曲条带延伸,形成支座。

参照图4和图6,可看出,框架211的角设置有用于地砖200和发电机100之间的枢转接合的特征部。在所示出的特定实施方式中,框架211的角设置有也允许在地砖200和发电机100之间滑动的特征部。如以下讨论的,可在发电机100上设置互补的特征部。

框架211的角优选地包括从其延伸(优选地,平行于地砖200的主表面201、202)的肋216。可选地,出于下面讨论的原因,在肋中形成凹槽217。

框架211的角优选地在其底面包括凹痕218。凹痕218优选地被倒圆。当安置在互补成形的辊(如以下讨论的)上时,凹痕218可允许地砖200以多个自由度进行旋转。事实上,凹痕218也是细长的,以允许进行滑动运动。

从在图3d中可看出的,地砖200可设置有加强肋290,以提供额外的刚性。优选地,还设置中央止动件292。中央止动件292被布置成在过大的力施加到地砖200时与地面接触。以这种方式,发电机100可受到保护。肋290和止动件292可被形成为框架211或平台的一部分。

优选地,在每个相邻地砖200的邻近边缘之间设置柔性密封条带230。这样可防止大多数固体材料(以及在某些情况下,液体)侵入地板下面的区域。此外,并且同样重要的是,密封条带230用于防止相邻地砖200之间的直接冲击。地砖200是刚性的,因此当用户走过地板系统1时,接触会产生噪声。

参照图7,可看到两个地砖200a、200b沿着其边缘的剖视图。在该示例中,平台优选地包括第一片材206、第二片材207、芯205和由地板材料制成的另一个层235。柔性密封条带230在两个地砖200之间延伸。

对于第一地砖200a,框架构件210a的条带从第一主表面201延伸,使得它与地板材料层235的表面齐平。因此,框架可保护层235。唇部211a为平台提供支撑。框架构件210a的条带在唇缘211a的高度下方延伸。支撑凸缘212在唇缘211a的相反方向上从条带向外延伸并且更远离地砖的主表面202设置。支撑凸缘212可在条带长度的全部或大部分上延伸。

所有框架都可能包括支撑凸缘212。然而,优选的是,每个密封条带230都只由单个支撑凸缘212支撑。实现此的最简单方式是通过包括两种类型的地砖200a、200b进行的。第一类型的地砖200a包括沿着每个边缘的支撑凸缘212,而第二类型的地砖200b不包括支撑凸缘212。然后,可布置两种类型的地砖200a、200b,使得对于给定的地砖200,每个相邻的地砖200具有不同类型。

在该示例中,对于第二地砖200b,形成框架构件210b的条带也从第一主表面201延伸,使得它与地板材料层235的表面齐平。然而,用于该地砖200b的条带仅延伸远至平台安置在其上的唇缘211b。第一地砖200a的条带的支撑凸缘212在第二地砖200b的条带下方延伸达距离g。

每个其他地砖可具有边缘构件210,边缘构件210形成有从条带突出的第二唇缘211(例如,在其长度的全部或大部分上)。

支撑凸缘用于支撑柔性密封条带230。柔性密封条带230由可压缩材料形成,以不妨碍邻近地砖200的相对移动。条带230可包含以下材料或由以下材料形成:橡胶;氯丁橡胶;tpv;tpe;和/或聚合物材料。

设置了发电机100的阵列。发电机100优选地以规则阵列设置,以便支撑地砖200的角。可使用其他布置(例如,发电机可设置在地砖边缘的中点处),但是所公开的布置是优选的。

多个地砖200的角位于单个支撑件110上。在优选的实施方式中,六个地砖200位于每个支撑件110上。

如在图8中可看出的,每个发电机100包括壳体105,壳体105具有孔107,支撑件110的一部分延伸通过孔107。发电机100可包括从壳体105延伸的两个或更多个可调节支脚123,以使得其高度和定向能够被调节。

发电机100可以是电磁发电机,其包括围绕与第一方向平行的轴线旋转的转子(未示出)。支撑件110在第一方向上的运动可驱动转子旋转。可设置磁体和线圈的合适布置(未示出)来用转子的旋转来发电。wo2011138585公开了一种可选形式的发电机。

通过显著的努力,已经发现,为了给用户提供合适的体验,每个支撑件110在第一方向上的移动范围应该限于不超过20mm。优选地,移动的范围应该在5mm至10mm的范围内。

每个发电机100可以包括用于将支撑件110在第一方向上偏置成标称位置的偏置装置,诸如,一个或更多个弹簧。另选地或另外地,偏置装置可与每个发电机100分开设置。如果在地板表面没有承载用户体重时偏置装置直接作用于地砖200以使地砖200齐平,则它们必然将支撑件110偏置回到标称位置。

每个支撑件110包括多个枢轴,借助所述多个枢轴,每个地砖200受到支撑,其中,每个枢轴允许一个地砖200相对于支撑件100倾斜,并且优选地,还相对于支撑件100滑动。

优选地,每个支撑件110包括垫圈112位于其上的平台111。垫圈112优选地由弹性材料制成,以消除脚步声。优选地,垫圈112包含以下材料或由以下材料形成:橡胶;氯丁橡胶;tpv;tpe;和/或聚合物材料。

地砖200被支撑在垫圈112上。

在优选的实施方式中,垫圈112包括多个辊116。辊116可位于平台111中的互补成形的凹痕113中。辊可以是任何合适的形状(例如,圆柱形),但是优选地是球形或大体球形。辊116与上述地砖200中的凹痕218互补。辊116和凹痕113、218可允许地砖200在多个自由度旋转。

优选地,每个地砖200设置一个辊116。(也就是说,在优选的实施方式中,每个支撑件110上将设置六个辊)。

如图8和图9的优选实施方式中所示,支撑件110可包括从平台111延伸的颈部114。垫圈112可包括套筒117,套筒117具有从其底部延伸的凸缘115。套筒117装配在支撑件110的颈部114周围,其中,凸缘115安置在平台111的表面上。辊116形成在凸缘中。

每个辊116可以是围绕凸缘115的轴旋转的单独制品。然而,由于辊116的移动量不需要很大,因此它可与凸缘垫圈112一体地制造。例如,辊116可借助弹性幅材(例如,垫圈112材料的窄幅材)联接于垫圈112的凸缘115,所述弹性幅材随着辊116旋转而扭曲和/或拉伸。

为了抑制每个地砖200的竖直运动并且确保每个地砖200的边缘对齐,可设置罩120。罩120可防止地砖200在第一方向上相对于支撑件110平移。罩120可通过任何固定装置(例如,通过螺钉)固定于支撑件110(例如,支撑件110的颈部114)。为了防止硬地砖接触硬罩120,可在它们之间设置由弹性材料制成的o形环122和/或其他垫圈。优选地,o形环122或其他垫圈包含以下材料或由以下材料形成:橡胶;氯丁橡胶;tpv;tpe;和/或聚合物材料。

图9示出了通过发电机100处的两个地砖200的角并通过两个辊116的横截面。如可看出的,刚性地砖200不直接接触支撑件110的刚性部件或罩120,而是由垫圈112和o形环122的弹性材料支撑。

在该优选的布置中,从框架211的角延伸的肋216借助o形环122或垫圈接合罩120的底面,而框架211的底面位于垫圈112上。当设置o形环122时,形成在肋216中的凹槽217对应于o形环122的形状。

在组装地板系统1时,可首先安装框架211和发电机100。然后,可调节发电机100的高度和水平,直到框架211全都水平。然后,地砖200的平台可被放置在框架211中。可使用支脚123来调节发电机100的高度和水平。然后,可将密封件230插入邻近的地砖之间。

从在图1b中可看出的,在地板系统的边界处,可设置不同形状的附加地砖400。这些附加地砖可以能枢转地附接410于其他地板,以提供本发明的系统和传统地板之间的平滑过渡。

发明人已经认识到,除了发电之外,地板系统1还可用于收集关于人在地板系统1上的存在和/或移动的数据。

地板系统1可包括与每个发电机通信以接收由该发电机产生的电力的数据处理系统300。

首先,已经发现,可基于整个地板的电力输出来确定地板系统1的区域的人占据率的适宜准确估计。

对于给定选择的发电机、发电机的布置和地砖的布置,可确定每个用户的平均电力输出。例如,在受控制条件下,可指示许多人在地板上行走,并且测量电力输出。可对随时间推移测得的电力求平均,并且将其除以人数,得到每个人的平均电力输出。该预定值可由系统1存储。

因此,为了监测区域的占据率,数据处理系统300被布置成通过以下步骤来估计多个地砖所支撑的人数:计算多个发电机的总电力输出;并且将总输出除以所存储的预定值。

数据处理系统300可记录地砖200上的脚步2的发生。数据处理系统300可存储地砖200在其被脚步2接触时的识别。因此,数据处理系统300可记录每个脚步2的时间和位置(特定地砖200)。

参照图2,发明人已经认识到,通过使用三个或更多个发电机100x、100y、100z支撑地砖200x,允许收集关于脚步2在地板系统1的特定地砖200上的位置的信息。

在有脚步期间,可比较由三个发电机100x、100y、100z中的每个生成的电信号。例如,可记录发电机100所产生的电压。如果相比于另一个发电机,脚步更接近一个发电机100,则该发电机将产生较大的电压。通过比较支撑地砖200x的发电机100x、100y、100z所提供的电压,能够识别发电机100之间的相对距离,由此确定脚步2在每个地砖2上的位置(即,脚步2的重心)。

此外,用上述发电机100的优选形式(包括围绕轴线旋转的转子的电磁发电机),能够提供表示转子旋转速度(或旋转频率)的信号。这样也可提供脚步2的指示。在以上任何情况下,发电机100可被配置成生成表示地砖200施加到发电机100的力的信号。

在有脚步期间,由三个发电机100x、100y、100z中的每个生成的信号将在不同时间达到最大值。图10中示出了三个信号t-100x、t-100y、t-100z的时间序列的粗略表示。例如,在典型脚步中,当用户的脚接触地砖200时,脚将首先在脚后跟上进行撞击,然后朝向脚的脚掌滚动。对于三个发电机100x、100y、100z中的每个,脚步2的重心将朝向或背离发电100x、100y、100z移动,从而导致在不同的时间实现信号t-100x、t-100y、t-100z的最大值。

数据处理系统300被布置成确定从支撑该地砖200的发电机100接收的信号之间的时间差,以估计用户运动的方向。

优选地,数据处理系统300被布置成确定从支撑该地砖200的发电机100接收的信号达到最大值的顺序。发电100x、100y、100z达到最大值的顺序指示脚步2的方向。

因此,从以上描述中可看出,地板系统1可提供脚步位置的估计(粗略地,识别特定地砖,或者更准确地,识别在该地砖上的位置)及其方向。

此外,基于脚步2的幅度(例如,单步产生的能量),可估计用户的身材。这可通过指示已知质量的用户走过地板系统1并且执行适当测量来配置。

为了更准确地估计用户的身材,可考虑用户的速度。用户跑动可产生比缓慢行走的用户更多的能量。可用(以下讨论的)跟踪算法的输出、脚步2的持续时间和/或每个脚步2的时间序列数据(表征随时间推移的脚步力的变化)来推导速度。同样,这可通过指示已知质量的用户以已知步幅走过地板系统1并且执行适当测量来配置。

数据处理系统300可记录地砖200上的脚步2的发生,数据处理系统300可应用跟踪算法来跟踪越过地板系统1的步行者的通过。例如,地砖200的布置可被存储在数据处理系统300中。地砖200在它被脚步2接触时的识别可被作为输入提供给跟踪算法,该跟踪算法可被配置成跟踪走过地板系统1的用户的路径。也就是说,数据处理系统300可记录每个脚步2的时间和位置,并且将每个脚步2标记为对应于与另一个脚步2相同的用户。合适的跟踪算法在本领域中是公知的,并且包括例如:卡尔曼滤波器;和/或概率假设密度跟踪器。

地砖200在它被脚步2接触时的识别可以以表示时间序列数据为补充,该时间序列数据表示与地砖200对应的每个发电机100的时间序列输出,被作为输入提供到跟踪算法。

然而,发明人已经发现,可以以较低计算为代价将附加数据“预处理”用于跟踪算法。

另外,优选的是,给提供到跟踪器的数据加上时间标记。

优选地,跟踪算法的输入是脚步2的位置和脚步2的方向。

更优选地,跟踪算法的输入是以下中的一个或更多个:脚步2的位置、脚步2的方向、脚步的幅度(电力或能量)和表示用户质量的估计值的数据。

优选地,发电机100在从10ms至50ms的时间段之后提供表示周期性施加的力的输出信号。

在一些实施方式中,输出信号可被脚步触发并且持续250ms至750ms,优选地500ms。

数据处理系统300因此可输出以下中的一个或多个的估计值:

所选择区域的占据率;

表示越过地板系统1的一个或多个用户的路径的原始轨迹;

用户群体的平均行走速度(这可通过将路径长度除以时间推导出);和/或

给定时间段内通过预定位置的平均人数。

如本领域的技术人员将理解的,虽然优选的是使用发电机从地板系统1收集能量,但是如果发电机仅仅被某种形式的压力传感器(诸如压电传感器)替换,则跟踪方法的优点将是可得到的。事实上,在此背景下,发电机可被认为是传感器。

在其他替代实施方式中,地板系统1可另外地包括多个电磁接收器,电磁接收器用于接收移动通信装置所发送的标识符并且用于识别每个标识符的接收强度。优选地,每个接收器位于对应地砖200下方的空间中。

优选地,接收器被设置成接收移动电话(手机)所发送的标识符。例如,接收器被布置成接收标识移动电话的rfid、蓝牙或zigbee信号。

响应于施加到地砖200的力,传感器被布置成激活与该地砖200对应的接收器。

接收器可接收所发送的多个标识符,测量与每次发送对应的接收强度。该系统假定最大接收强度可对应于由踏上地砖200的用户携带的移动通信装置。

因此,当被激活时,接收器被布置成接收所发送的任何标识符并且确定与最大接收强度对应的标识符。

数据处理系统300与每个传感器和每个接收器进行通信,并且被布置成生成表示感测力的时间、被施加力的地砖200和由与该地砖200对应的接收器接收到的所确定的标识符的数据。可使用这些数据中的一个或每个来补充跟踪器的输入。

注意到,如果用户不携带移动通信装置,则接收到的标识符将是不正确的。然而,使用适宜的跟踪算法(例如,诸如卡尔曼滤波器的概率跟踪器),可容易地忽略该错误。另一方面,当接收到的标识符正确时,提供了跟踪算法性能的大改进。

在类似的实施方式中,地板系统1不从用户进行接收。替代地,每个地砖都有与其关联的发送器,该发送器发送信号(例如,表示其自身身份的代码)。

此地板系统1包括:中央接收器,其用于接收移动通信装置所发送的标识符;多个地砖,其用于支撑一个或多个人,每个地砖与用于感测施加到地砖的力的一个或多个传感器联接;以及多个电磁发送器,其用于发送引起来自移动通信装置的响应的信号,每个发送器对应于相应的地砖,

其中,响应于施加到地砖的力,传感器被布置成激活与该地砖对应的发送器,

其中,地板系统还包括数据处理系统,数据处理系统与每个传感器和接收器进行通信;并且数据处理系统被布置成生成表示感测力的时间、被施加力的地砖和由接收器接收到的所确定的标识符的输出数据。

优选地,发送器位于对应地砖的下方,并且电磁接收器被布置成接收移动电话所发送的标识符。移动电话可在其上带有软件(例如,应用),该软件被编程为通过向中央接收器发送识别码来对发送的接收作出响应。

图11示出了地板系统1可安装在其上的基座600。基座600包括多个平板500(优选地由混凝土形成或包含混凝土)。

每个平板500包括升高底座510,地板系统1的发电机100可被放置在升高底座510上。还设置排水孔535,以提供用于将基座600上的液体引出的路径。溢出到地板系统1上的经过密封条带、o形环和/或垫圈的任何液体因此将不会积蓄在发电机100周围。此外,平板500可设置有倾斜的上表面,背离底座510并且朝向排水孔535倾斜,使得重力将液体从底座510抽出。

平板500可包括互锁特征部515、520、525,以使每个平板500能够与另一个平板500互锁。

优选地,每个平板500包括多个突片515和沿着两个或更多个边缘间隔开的多个互补成形的腔体540。突片515优选地具有梯形形状,使得在其间限定了腔体540。

优选地,在一个、多个或全部突片515中设置一个或多个排水孔535。

优选地,每个平板包括多个底座510,这些底座沿直线间隔开,该直线在一端终止于突片520,在另一端终止于互补成形的腔体525。

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