一种人体行走能量回收装置

本申请涉及人体发电技术领域，特别是涉及一种人体行走能量回收装置。

背景技术：

普通人每天的能量消耗约为1.07×10⁷j，大约等同于20kg的电池能量，大量的人体能量以热和运动的形式从身体中释放出来，这部分能量可以进行回收利用，可以通过回收这部分能量来为穿戴式设备充电。

在现有技术中，设计有能够穿戴于人体的便携式发电装置，该装置通过人体行走来实现发电，进而实现人体能量的回收。应用这种发电装置进行人体能量回收时，人体行走的整个过程均会带动该发电装置进行发电，使得穿戴者行走时十分费力，明显阻碍人体运动，且能量回收成本高。

技术实现要素：

本申请提供一种人体行走能量回收装置，降低了能量回收成本，且起到了行走辅助效果。

本申请提供的人体行走能量回收装置，包括：第一固定部，用于固定于人体大腿，第一固定部上设置有第一转动轴和第二转动轴；第二固定部，用于固定于人体小腿，第二固定部通过传动机构连接第一转动轴；发电组件，连接第二转动轴；传动组件，连接第一转动轴和第二转动轴；其中，第二固定部相对于第一固定部转动，且人体大腿与人体小腿之间的膝关节屈曲角度大于预设角度时，第二固定部通过传动机构驱动第一转动轴转动，第一转动轴通过传动组件带动第二转动轴转动，进而驱动发电组件进行发电。

可选的，传动组件包括：间歇齿轮，固定设置于第一转动轴，间歇齿轮设置有开口；导向齿轮，设置于开口内，且相对于第一转动轴可转动；传动齿轮，固定设置于第二转动轴；其中，人体大腿与人体小腿之间的膝关节屈曲角度小于预设角度时，导向齿轮与传动齿轮啮合，导向齿轮与间歇齿轮相对滑动，人体大腿与人体小腿之间的膝关节屈曲角度大于预设角度时，间歇齿轮与传动齿轮啮合。

可选的，导向齿轮包括:轮齿部，设置有用于与传动齿轮齿槽啮合的轮齿；限位部，一端与轮齿部连接，另一端可转动地设置第二转动轴，以使得限位部相对于第一转动轴转动。

可选的，传动机构为传动连杆，传动连杆的一相对端与第一转动轴固定连接，传动连杆的另一相对端连接第二固定部，以使得第二固定部通过传动连杆带动第一转动轴转动。

可选的，转动连杆包括第一连接部、第二连接部与第三连接部，第二连接部的一端连接第一连接部的一端，第二连接部的另一端连接第三连接部的一端，第一连接部、第三连接部分别与第二连接部垂直，且第一连接部与第三连接部分别设置于第二连接部的两相对侧；其中，第一连接部的另一端与第一转动轴的一端固定连接，且第一转动轴与第二连接部平行且处于同一平面内，第三连接部的另一端与第二固定部的一端连接，第二连接部设置于第一连接部靠近第一固定部的一侧。

可选的，第三连接部的另一端与第二固定部的一端通过第一销轴连接，第一销轴的长度延伸方向与第一转动轴的长度延伸方向垂直。

可选的，装置还包括：第一绑缚件，第一固定部设置于第一绑缚件，第一绑缚件用于绑缚于人体大腿；第二绑缚件，第二固定部设置于第二绑缚件，第二绑缚件用于绑缚于人体小腿。

可选的，装置还包括小腿固定件，第二绑缚件与第二固定部之间通小腿固定件的一端固定连接，小腿固定件的另一端通过第二销轴与第二固定部连接，第二销轴的长度延伸方向与第二固定部的长度延伸方向垂直。

可选的，发电组件包括:电机与减速器，电机的转动轴与减速器的转动轴连接；传动组件还包括：联轴器，联轴器用于连接第二转动轴与减速器的转动轴。

可选的，预设角度为10°。

本申请至少具备的有益效果是：相较于现有技术，本申请提供的人体行走能量回收装置只有当屈曲角度大于预设角度时，第一转动轴才会带动第二转动轴转动发电，避免了在人体行走的整个过程中均进行发电，降低了能量回收成本，且起到了行走辅助效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请的人体行走能量回收装置的结构爆炸示意图；

图2是本申请的人体行走能量回收装置的第一固定部的结构示意图；

图3是本申请的屈曲角度的一示意图；

图4是本申请的膝关节做正功阶段与做负功阶段均进行发电产生的数据的示意图；

图5是本申请的膝关节做负功阶段进行发电产生的数据的示意图；

图6是本申请的人体行走能量回收装置的又一结构示意图；

图7是本申请的人体行走能量回收装置的再一结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，在不冲突的情况下，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请提供一种人体行走能量回收装置10，能够降低能量回收成本，且能够起到对人体行走进行辅助的效果。请参阅图1，图1是本申请的人体行走能量回收装置10的结构爆炸示意图。

如图1，人体行走能量回收装置10包括第一固定部11以及第二固定部12，第一固定部11用于固定于人体大腿，第二固定部12用于固定于人体小腿。

其中，第一固定部11可以直接固定于人体大腿，或通过其他结构间接固定于人体大腿；第二固定部12可以直接固定于人体小腿，或通过其他结构间接固定于人体小腿。可以理解的是，当人体处于行走状态时，人体小腿会相对于人体大腿摆动，此时第二固定部12会相对于第一固定部11运动。

进一步，第一固定部11上设置有第一转动轴z1和第二转动轴z2，第二固定部12通过传动机构s连接第一转动轴z1。第一转动轴z1与第二转动轴z2均可以相对于第一固定部11转动。第二固定部12通过传动机构s实现对第一转动轴z1的传动，当人体小腿带动第二固定部12运动时，第二固定部12通过传动机构s实现对第一转动轴z1的传动，进而使得第一转动轴z1转动。

在一些实施方式中，第一固定部11呈条状设置，第一转动轴z1与第二转动轴z2沿第一固定部11的长度方向间隔排列设置。

请参阅图2，图2是本申请的人体行走能量回收装置10的第一固定部11的结构示意图。

如图2，第一固定部11沿其长度方向间隔设置有第一通孔h1与第二通孔h2，第一转动轴z1设置于第一通孔h1内，第二转动轴z2设置于第二通孔h2内。在一些实施方式中，第一转动轴z1与第二转动轴z2均垂直于第一固定部11的侧面m。

进一步，人体行走能量回收装置10还包括发电组件13以及传动组件14。发电组件13连接第二转动轴z2，以使得第二转动轴z2转动时使得发电组件13发电。传动组件14连接第一转动轴z1和第二转动轴z2，以实现运动的传递，即第一转动轴z1通过传动组件14将转动传递于第二转动轴z2。

在一些具体的实施方式中，发电组件13包括电机131以及减速器132。发电机131与减速器132连接，减速器132的转动轴与发电机131的转动轴连接，减速器132的转动轴转动时带动发电机131的转动轴转动，进而实现发电。第一固定部11一侧设置有容置部l，发电机131与减速器132均设置于该容置部l中。

传动组件14包括联轴器t，联轴器t用于连接第二转动轴z2与减速器132的转动轴，即第二转动轴z2通过联轴器t带动减速器132的转动轴转动。

具体的，第一转动轴z1转动时可以通过传动组件14带动第二转动轴z2转动，进而实现运动的传递。可以理解的是，当人体小腿带动第二固定部12运动时，第二固定部12通过传动机构s带动第一转动轴z1转动，第一转动轴z1通过传动组件14使得第二转动轴z2转动，第二转动轴z2转动时带动发电组件13发电。

更具体的，第二固定部12相对于第一固定部11转动，且人体大腿与人体小腿之间的膝关节屈曲角度大于预设角度时，第二固定部12通过传动机构s驱动第一转动轴z1转动，第一转动轴z1通过传动组件14带动第二转动轴z2转动，进而驱动发电组件13进行发电。

同理，第二固定部12即使相对于第一固定部11转动，但人体大腿与人体小腿之间的膝关节屈曲角度小于或等于预设角度时，第二固定部12即使通过传动机构s驱动第一转动轴z1转动，第一转动轴z1通过也不会传动组件14带动第二转动轴z2转动，此时发电组件13不能进行发电。

请参阅图3，图3是本申请的屈曲角度a的一示意图。

具体的，直线p1可以代表人体大腿的长度方向，直线p2可以代表人体小腿的长度方向，角a代表屈曲角度a。

可以理解的是，当人体处于行走状态时，人体小腿会进行摆动，而人体大腿却基本不会摆动。人体小腿发生摆动时会带动第二固定部12相对于第一固定部11摆动，会使得第二固定部12相对于第一固定部11转动。当第二固定部12相对于第一固定部11转动时，第二固定部12会使得第一转动轴z1转动，进而使得第二转动轴z2转动发电。

当人体小腿发生摆动时，由于人体小腿与人体大腿之间的夹角会发生改变，因此屈曲角度a会发生改变。当人体小腿的摆动幅度较小时，屈曲角度a会较小，若没有大于预设角度，那么人体行走将不会使得发电组件13发电，当人体小腿的摆动幅度较大时，屈曲角度a会较大，若大于预设角度，那么人体行走会使得发电组件13发电。

值得说明的是，本申请发明人在长期的研发工作中发现，当膝关节屈曲角度a小于预设角度时，人体处于行走站立状态，膝关节做功有正有负。当膝关节屈曲角度a大于预设角度时，人体处于行走摆动状态，膝关节做功基本为负。

在一些具体的实施方式中，预设角度取值为10°。基于此，当膝关节的屈曲角度a大于10°时，膝关节做功有正有负，当膝关节的屈曲角度a小于10°时，膝关节做功基本为负。

现有技术中，在人体行走的整个过程均会进行发电，即无论膝关节做功正负均会进行发电。通过此种方式，由于在正功阶段与负功阶段均进行发电，因此使得在用户行走时十分费力，会明显的阻碍用户的行走。

具体的，能量回收成本＝δ代谢能/δ电能，因此当产生一定单位电能时，人体产生的代谢能越少，那么能量回收成本越低。通过上述现有技术的方式进行发电时，产生单位电能所耗费的代谢能较多，因此能量回收成本较高。

请参阅图4以及图5，图4是本申请的膝关节做正功阶段与做负功阶段均进行发电产生的数据的示意图，图5是本申请的膝关节做负功阶段进行发电产生的数据的示意图。

如图4(a)所示，人体膝关节在做正功阶段不进行发电时，所做正功为q1，在膝关节做正功进行发电时，所做正功为q2。人体膝关节在做负功阶段不进行发电时，所做负功为q3，在膝关节做负功进行发电时，所做负功为q4。

可以理解的是，在膝关节做正功阶段进行发电时，会使得膝关节做正功更多，即会加重膝关节的负担。在膝关节做负功阶段进行发电时，会使得膝关节做负功更少，即会减轻膝关节的负担。

如图4(b)所示，在人体做正功阶段发电产生的电能为w1，在人体做负功阶段产生的电能为w2。

如图4(c)所示，在整个发电阶段所产生的代谢能为x1，在整个发电阶段所产生的电能为x2。

如图5(a)所示，人体膝关节在做负功阶段不进行发电时，所做负功为q5，在膝关节做负功进行发电时，所做负功为q6。

如图5(b)所示，在人体做正功阶段发电产生的电能为0，在人体做负功阶段产生的电能为w3。

如图5(c)所示，在整个发电阶段所产生的代谢能为x3，在整个发电阶段所产生的电能为x4。

因此，从上述分析并结合相关图示可知，在膝关节做正功阶段与做负功阶段均进行发电的过程中产生单位电能所消耗的代谢能较多，在膝关节仅做负功阶段均进行发电的过程中产生单位电能所消耗的代谢能较低。也即是，在膝关节仅仅做负功阶段进行发电的能量回收成本远远低于膝关节做正功阶段以及做负功阶段均进行发电的能量回收成本。

结合上述内容可知，本申请提供的人体行走能量回收装置10只有在屈曲角度a大于预设角度时，才能进行发电，在屈曲角度a小于等于预设角度是不能进行发现。因此，基于本申请提供的人体行走能量回收装置10只有在人体做功基本为负的状态下才能进行发电，能够提高能量回收成本。并且，基于上述描述可知，在做负功阶段进行发电实际上减轻了膝关节的负担，即起到了对于人体的行走辅助效果。

请继续参阅图1，在一些具体的实施方式中，传动组件14包括间歇齿轮141、导向齿轮142以及传动齿轮143。

请继续参阅图2，第一固定部11的另一侧可以设置有收容空间f，第一通孔h1与第二通孔h2的一端均位于该收容空间f内，该收容空间f用于收容间歇齿轮141、导向齿轮142以及传动齿轮143，以使得人体行走能量回收装置10得结构紧凑、小型化。

进一步，人体行走能量回收装置10还设置有盖体v，盖体v用于盖设于第一固定部11，进而遮蔽收容空间f内的间歇齿轮141、导向齿轮142以及传动齿轮143，防止其他物体影响齿轮的转动。并且，盖体v还设置有第三通孔h3以及第四通孔h4，第一转动轴z1的一端设置于第三通孔h3内，以实现对第一转动轴z1的承载，第二转动轴z2的一端设置于第四通孔h4中，以实现对第二转动轴z2的承载。

间歇齿轮141固定设置于第一转动轴z1，间歇齿轮141设置于第一转动轴z1远离第一固定部11的一端，间歇齿轮141的转动轴与第一转动轴z1同轴。间歇齿轮141设置有开口y，导向齿轮142设置于开口y内，且导向齿轮142相对于第一转动轴z1可转动。在一些实施方式中，开口y从间歇齿轮141边缘延伸到间歇齿轮141的中心，其开口y呈靠近间歇齿轮141边缘的部分较大，靠近间歇齿轮141的中心部分的部分较小的喇叭形。

其中，开口y的尺寸大于导向齿轮142的齿轮，以使得导向齿轮142可以相对于第一转动轴z1转动，即使得导向齿轮142可以相对于第一转动轴z1在开口y中转动。

其中，传动齿轮143固定设置于第二转动轴z2，传动齿轮143可以设置于第二转动轴z2远离第一固定部11的一端。

值得说明的是，在图1中仅仅示出了第一转动轴z1的一部分，传动齿轮143设置于第一转动轴z1的该部分。

在一些实施方式中，导向齿轮142包括轮齿部1421以及限位部1422，轮齿部1421设置有用于与传动齿轮143的齿槽啮合的轮齿。限位部1422的一端与轮齿部1421连接，轮齿部1421可以与限位部1422一体成型以实现连接，限位部1422的另一端可转动地设置第二转动轴z2，以使得限位部1422能够相对于第一转动轴z1转动。

具体的，当人体大腿与人体小腿之间的膝关节屈曲角度a小于预设角度时，导向齿轮142与传动齿轮143啮合，导向齿轮142与间歇齿轮141相对滑动。可以理解的是，此时第一转动轴z1转动时，导向齿轮的限位部1422相对于第一转动轴z1发生转动，即限位部1422相对于第一固定部11不运动。此时第一转动轴z1带动间歇齿轮141转动，即间歇齿轮141相对于第一固定部11发生相对运动，由于导向齿轮142与传动齿轮143啮合，因此此时导向齿轮142并不会带动传动齿轮143转动，此时导向齿轮142与间歇齿轮141之间产生相对滑动，即此时导向齿轮142在间歇齿轮141的开口y中滑动。

当人体大腿与人体小腿之间的膝关节屈曲角度a大于预设角度时，间歇齿轮141与传动齿轮143啮合。当第一转动轴z1不停地进行转动且屈曲角度a大于预设角度时，此时导向齿轮142脱离与传动齿轮143的啮合，而间歇齿轮141与传动齿轮143啮合。此时第一转动轴z1转动时即会通过间歇齿轮141使得传动齿轮143转动，进而使得第二转动轴z2转动，发电组件13进行发电。

在一些具体的实施方式中，传动机构s为传动连杆，传动连杆的一相对端与第一转动轴z1固定连接，传动连杆的另一相对端连接第二固定部12，以使得第二固定部12通过传动连杆带动第一转动轴z1转动。因此，第二固定部12通过传动连杆驱动第一转动轴z1，当第二固定部12相对于第一固定部11转动时，使得第一转动轴z1进行同步转动。

请接续参阅图1，在一些更具体的实施方式中，转动连杆包括第一连接部s1、第二连接部s2与第三连接部s3。第二连接部s2的一端连接第一连接部s1的一端，第二连接部s2的另一端连接第三连接部s3的一端。其中，第一连接部s1、第二连接部s2以及第三连接部s3一体成型，以保证传动连杆结构的稳定性。

第一连接部s1与第三连接部s3分别第二连接部s2垂直，且第一连接部s1与第三连接部s3分别设置于第二连接部s2的两相对侧。因此，传动连杆在整体上呈现阶梯状。

其中，第一连接部s1的另一端与第一转动轴z1的一端固定连接，以使得传动连杆能够带动第一转动轴z1进行同步转动，第三连接部s3的另一端与第二固定部12的一端连接。并且，第一转动轴z1与第二连接部s2平行且处于同一平面内，第二连接部s2设置于第一连接部s1靠近第一固定部11的一侧。因此，传动连杆的长度方向是垂直于第一转动轴z1的。

具体的，第三连接部s3的另一端与第二固定部12的一端通过第一销轴(图未示)连接，第一销轴的长度延伸方向与第一转动轴z1的长度延伸方向垂直，即第一销轴的长度延伸方向与传动连杆的长度方向是垂直的。

请参阅图6，图6是本申请的人体行走能量回收装置10的又一结构示意图。

如图6，传动连杆安装于第一转动轴z1之后，其第三连接部s3与第一固定部11基本处于同一平面内。并且，由于第一销轴垂直于第一转动轴z1的长度延伸方向，因此第二固定部12在垂直于第一转动轴z1的长度延伸方向的方向上运动时，即人体小腿带动第二固定部12运动时，第二固定部12与传动连杆之间不发生相对运动，第二固定部12通过传动连杆带动第一转动轴z1转动。当第二固定部12在平行于第一转动轴z1的长度延伸方向的方向上运动时，第二固定部12会与传动连杆通过第一销轴发生相对转动，此时不会带动第一转动轴z1转动。

可以理解的是，第一固定部11远离发电组件13的一侧固定于人体的大腿，第二固定部12远离发电组件13的一侧固定于人体小腿。通过第二固定部12与传动连杆之间的相对转动，能够调整第一固定部11与第二固定部12之间的位置关系，进而适应不同人体的大腿与小腿之间的冠状面角度差，进而保证人体行走能量回收装置10紧贴人体的同时，第一转动轴z1的转动轴和膝关节的转动轴同轴。

请参阅图7，图7是本申请的人体行走能量回收装置10的再一结构示意图。

在一些具体的实施方式中，人体行走能量回收装置10还包括第一绑缚件15以及第二绑缚件16。第一固定部11设置于第一绑缚件15，第一绑缚件15用于绑缚于人体大腿，第二固定部12设置于第二绑缚件16，第二绑缚件16用于绑缚于人体小腿。

更具体的，请结合图6以及图7，人体行走能量回收装置10还包括小腿固定件17，第二绑缚件16与小腿固定件17的一端固定连接，小腿固定件17的另一端通过第二销轴z与第二固定部12连接，第二销轴z的长度延伸方向与第二固定部12的长度延伸方向垂直。因此，第二绑缚件16能够相对于第二固定部12在垂直于第二固定部12的长度延伸方向的方向上发生转动，进而使得第二绑缚件16适应不同的绑缚角度需求。

可以理解的是，当人体行走能量回收装置10穿戴于人体时，第一固定部11、第二固定部12以及发电组件13等均设置于人体关节的一侧。当人体小腿绕关节相对于人体大腿发生相对转动时，第二绑缚件16带动第二固定部12使得第一转动轴z1发生转动，第一转动轴z1带动第二转动轴z2转动，进而实现发电组件13的发电。

因此，本申请提供的人体行走能量回收装置10只有当屈曲角度a大于预设角度时，第一转动轴z1才会带动第二转动轴z2转动发电，避免了在人体行走的整个过程中均进行发电，降低了能量回收成本，且起到了行走辅助效果。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。