动力型假肢智能充电装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型专利用于动力型假肢智能充电，属于医疗保健技术领域。
技术背景
[0002]被动型假肢因其结构简单造价低廉的特性占据了假肢市场的主要份额，但是被动型假肢不能够为上下楼梯等特殊路况提供动力支持。随着传感器以及智能控制技术的发展，动力型假肢的研宄逐渐替代被动型假肢，动力型假肢在使用过程中需要不断消耗电能，这使得假肢穿戴者在假肢使用过程中可能会出现动力不足的情况。
【实用新型内容】
[0003]鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种智能充电装置，可以为动力型智能假肢提供一定的电能。该充电装置主要有两个部分:利用压电材料挤压变形产生电能，将压电材料与充电电容连接存储电能；利用一组能量发射与接收线圈之间的共振建立健肢侧电能至假肢侧的无线传输，当假肢侧存储的电量达到一定阈值时，通过有线方式对假肢侧锂电池的充电，用于电机驱动。假肢侧的压电材料与整流电路相连，整流电路与充电电容相连，接收端线圈与充电电容相连，充电电容与电压检测装置相连，充电电容与锂电池相连，锂电池与伺服电机相连。健肢侧的压电材料与整流电路相连，整流电路与充电电容相连，发送端线圈与充电电容相连。发送端线圈与接收端线圈通过共振的方式实现电能由健肢侧传送至假肢侧。
[0004]其技术方案如下:
[0005]一种动力型假肢智能充电装置，其组成包括健肢部分和假肢部分；其中，健肢部分包括健肢侧压电材料、发送端线圈、健肢侧充电电容和健肢侧整流电路，其连接关系为:健肢侧压电材料与健肢侧整流电路相连，健肢侧整流电路与健肢侧充电电容相连，发送端线圈与健肢侧充电电容相连；假肢部分包括假肢侧压电材料、接收端线圈、假肢侧充电电容、假肢侧整流电路、电压检测电路、锂电池和伺服电机，其连接关系为:假肢侧压电材料与假肢侧整流电路相连，假肢侧整流电路与假肢侧充电电容相连，接收端线圈、锂电池、电压检测电路分别与假肢侧充电电容相连，锂电池与伺服电机相连。
[0006]所述的健肢侧压电材料和假肢侧压电材料为相同的PZT — 5型锆钛酸铅压电陶瓷；所述的发送端线圈与接收端线圈为匹配的电感线圈；所述的健肢侧充电电容和假肢侧充电电容均为容量为7.5 V的直流充电电容；所述的假肢专用锂电池的规格为7.4V/700mAh ;所述的电压检测电路包括一个电压比较器和一个开关电路。
[0007]本实用新型的有益效果为:本实用新型专利可以利用人体自身压力产生电能并存储，为动力型假肢提供动力。与此同时，本实用新型可以自动检测电容两端电压的阈值以及门限值，实现对电容的自动充放电。本实用新型可以通过无线传输，实现健肢侧产生的电能传递至假肢侧，为假肢的锂电池提供电能，提高了能量利用率。
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型的系统结构示意图；
[0009]其中，I 一健肢；2 —假肢；3 —健肢侧压电材料；4 一假肢侧压电材料；5 —发送端线圈；6 —接收端线圈；7 —健肢侧充电电容；8 —假肢侧充电电容；9 一锂电池；10 —伺服电机
[0010]图2示意性说明了本实用新型的电路组成图；
[0011]其中，11 一健肢侧整流电路；12 —假肢侧整流电路；13 —电压检测电路；
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图进一步说明本实用新型。
[0013]本实用新型所述的动力型假肢智能充电装置如图1，其组成包括健肢部分(I)和假肢部分(2)。其中，健肢部分包括健肢侧压电材料(3)、发送端线圈(5)、健肢侧充电电容
(7)和健肢侧整流电路(11)，其连接关系为:健肢侧压电材料(3)与健肢侧整流电路(11)相连，健肢侧整流电路(11)与健肢侧充电电容(7)相连，发送端线圈(5)与健肢侧充电电容(7)相连；假肢部分包括假肢侧压电材料(4)、接收端线圈￠)、假肢侧充电电容(8)、假肢侧整流电路(12)、电压检测电路(13)、假肢专用锂电池(9)和伺服电机(10)，其连接关系为:假肢侧压电材料⑷与假肢侧整流电路(12)相连，假肢侧整流电路(12)与假肢侧充电电容⑶相连，接收端线圈(6)、锂电池(9)、电压检测电路(13)分别与假肢侧充电电容(8)相连，锂电池(9)与伺服电机(10)相连；健肢侧的发送端线圈(5)与假肢侧的接收端线圈
(6)通过共振的方式实现电能由健肢侧传送至假肢侧。
[0014]所述的健肢侧压电材料(3)、发送端线圈(5)、健肢侧充电电容(7)和健肢侧整流电路(11)均设置在健肢侧的鞋底；假肢部分中的假肢侧压电材料(4)、接收端线圈(6)、假肢侧充电电容⑶和假肢侧整流电路(12)设置在假肢的鞋底；电压检测电路(13)、假肢专用锂电池(9)和伺服电机(10)设置在假肢上。
[0015]所述的健肢侧压电材料(3)和假肢侧压电材料(4)为相同的PZT — 5型锆钛酸铅压电陶瓷；
[0016]所述的发送端线圈(5)与接收端线圈(6)为匹配的电感线圈，型号为R)09/10 ;
[0017]所述的健肢侧充电电容(7)和假肢侧充电电容(8)均为容量为7.5V的直流充电电容；
[0018]所述的假肢专用锂电池(9)的规格为7.4V/700mAh ；
[0019]所述的健肢侧整流电路(11)和假肢侧整流电路(12)完全相同，且均为公知电路，(见电力电子技术王兆安、刘进军主编，-5版-北京:机械工业出版社，2009.5(2012.1重印))普通高等教育^一五”国家级规划教材.ISBN 978-7-111-26806-2。)
[0020]所述的电压检测电路为公知电路，包括一个电压比较器和一个开关电路，电压比较器使用飞思卡尔公司生产的LM399电压比较器芯片。本实用新型中，电容两端的电压信号经过分压后接到电压比较器LM339的第I组输入端的负极Vin，输入端正极连接设定的阈值电压，即7.5V。当电压大于设定的阈值电压时，电压比较器输出信号Vout是低电平，触发开关电路。开关电路由一个光电親合器Ul和一个三极管Ql组成，其中，光电親合器Ul选用NEC公司生产的PS2501。当控制信号Vout为高电平时(即电容两端的电压没有达到设定的阈值电压)，光电耦合器Ul中的光敏管接通，三极管Ql的基极电压为0V，三极管关断截止，锂电池无法获取电能(此时电容自身处于充电状态)。当控制信号Vout为低电平时，光电耦合器中的光敏管截止，三极管Ql的基极电压为7.5V在R7上的分压，选取合适的R6和R7值，可以使三极管导通，电容对锂电池充电。
[0021]在假肢侧与健肢侧的鞋底分别装设压电材料(3和4)，当假肢侧与健肢侧足底压力施加在压电材料(3和4)上时，会引起压电材料发生形变，从而产生电荷定向移动，产生电流。将压电材料与整流电路连接，将交流电变为直流电，给充电电容(7和8)充电。对于单侧截肢患者，为提高供电量，在假肢侧与假肢侧建立无线充电装置，所谓无线充电是指利用电磁波感应原理进行充电，其原理是在发送端(健肢侧)和接收端(假肢侧)各安装一个线圈，发送端线圈(5)连接健肢侧充电电容(7)，接受端线圈(6)连接健肢侧充电电容(7)，通过两端线圈的共振效应产生电磁信号，接收端线圈(6)感应发送端线圈(5)的电磁信号从而产生电流给假肢侧充电电容充电(8)。从而实现健肢侧存储的电能通过无线充电装置传递至假肢侧充电电容(8)。当电压检测电路(13)检测到假肢侧电容两端的的电压达到设定的阈值7.5V，就作为电源为假肢的锂电池(9)进行充电，用于驱动伺服电机(10)，当电容两端的电压达到门限电压时，假肢侧充电电容⑶停止对锂电池(7)充电，而再次进行压力发电、充电过程。
[0022]目前市场上普遍使用的动力型假肢专用锂电池的规格为7.4V/700mAh。压电材料选择PZT — 5型号的锆钛酸铅压电陶瓷，其压电常数d33为670X10~_12C/N以上。人体质量按照65Kg，重力加速度按照10Kg/N计算时，可产生的电量为:Q = d33XG = 4.4.X 10~_7C。该压电陶瓷的电容介于58— 63nF之间，根据U = Q/C，可以计算出人体压力产生的电压介于7.5V-6.98V，可以用于对动力型假肢充电。目前，电量通过共振方式进行无线传输的距离限制在I米以内，可以实现在健肢侧与假肢侧之间的传输。
[0023]本实用新型未尽事宜为公知技术。
【主权项】
1.一种动力型假肢智能充电装置，其特征为其组成包括健肢部分和假肢部分；其中，健肢部分包括健肢侧压电材料、发送端线圈、健肢侧充电电容和健肢侧整流电路，其连接关系为:健肢侧压电材料与健肢侧整流电路相连，健肢侧整流电路与健肢侧充电电容相连，发送端线圈与健肢侧充电电容相连；假肢部分包括假肢侧压电材料、接收端线圈、假肢侧充电电容、假肢侧整流电路、电压检测电路、锂电池和伺服电机，其连接关系为:假肢侧压电材料与假肢侧整流电路相连，假肢侧整流电路与假肢侧充电电容相连，接收端线圈、锂电池、电压检测电路分别与假肢侧充电电容相连，锂电池与伺服电机相连。
2.如权利要求1所述的动力型假肢智能充电装置，其特征为所述的健肢侧压电材料和假肢侧压电材料为相同的PZT — 5型锆钛酸铅压电陶瓷；所述的发送端线圈与接收端线圈为匹配的电感线圈；所述的健肢侧充电电容和假肢侧充电电容均为容量为7.5V的直流充电电容；所述的假肢专用锂电池的规格为7.4V/700mAh ;所述的电压检测电路包括一个电压比较器和一个开关电路。
【专利摘要】本实用新型为一种动力型假肢智能充电装置，其组成包括健肢部分和假肢部分；其中，健肢部分包括健肢侧压电材料、发送端线圈、健肢侧充电电容和健肢侧整流电路，健肢侧压电材料与健肢侧整流电路相连，健肢侧整流电路与健肢侧充电电容相连，发送端线圈与健肢侧充电电容相连；假肢部分包括假肢侧压电材料、接收端线圈、假肢侧充电电容、假肢侧整流电路、电压检测电路、锂电池和伺服电机，假肢侧压电材料与假肢侧整流电路相连，假肢侧整流电路与假肢侧充电电容相连，接收端线圈、锂电池、电压检测电路分别与假肢侧充电电容相连，锂电池与伺服电机相连。本实用新型专利可以利用人体自身压力产生电能并存储，为动力型假肢提供动力。
【IPC分类】H02J7-02, H02J7-32
【公开号】CN204538790
【申请号】CN201520281672
【发明人】刘作军, 张慧君, 陈玲玲, 杨鹏
【申请人】河北工业大学
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月3日