一种可穿戴人体腰部运动俘能器

本发明涉及人体能量俘获器机械结构，尤其涉及一种可穿戴人体腰部运动俘能器。

背景技术：

1、各类可穿戴电子器件在环境检测、人机交互界面、人体健康监测领域具有广泛的应用前景。然而，应用传统电池供电面临需要定期更换、电池体积大、污染环境等实际问题，导致这些电子设备的供电问题成为了制约其发展的重要因素。因此迫切需要开展自供能技术的研究，其本质是人体能量俘获。人体运动能量具有低频、周期性非谐波等特点，而传统的能量俘获器的振源具有高频、谐振等特点。这导致传统的能量俘获器在人体运动能量俘获中难以达到理想的效果。综上所述，现有能量俘获器在人体运动能量采集领域存在无法有效采集人体低频运动能量和能量俘获效率较低的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种可以提高能量采集效率的可穿戴人体腰部运动俘能器。

2、本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：

3、一种可穿戴人体腰部运动俘能器，包括外框架，一根沿竖直方向设置的导轨的顶部、底部分别与外框架内的顶壁以及底壁固定相连，所述的导轨位于外框架内的中间位置，一个单自由度集中质量块套在导轨上且与导轨能够上下滑动连接，在所述的导轨的左右两侧分别设置有一根向外倾斜设置的拉伸弹簧，两根拉伸弹簧关于所述的导轨的中心轴线对称设置，所述的外框架内的顶壁以及底壁各自与两个直角架的水平板固定相连，每根拉伸弹簧的上端与位于顶壁处同一侧的直角架的竖直板的内壁固定相连且下端与位于单自由度集中质量块顶部的吊扣固定相连，位于顶壁处的每个直角架的竖直板的外壁分别与前后间隔设置的两个压电悬臂梁的上端固定相连且在两个压电悬臂梁的下端固定有一个沿水平方向设置的水平磁铁，位于底壁处的每个一个直角架的竖直板的外壁分别与前后间隔设置的两个压电悬臂梁的下端固定相连且在两个压电悬臂梁的上端固定有一个沿水平方向设置的水平磁铁；每一个压电悬臂梁均沿竖直方向设置，位于左侧的两个水平磁铁上下相对设置，位于右侧的两个水平磁铁上下相对设置，在所述的单自由度集中质量块左右两侧的外壁上分别固定有一块侧壁磁铁；左侧的水平磁铁间隔设置在左侧的侧壁磁铁外侧，右侧的水平磁铁间隔设置在右侧的侧壁磁铁外侧，左侧的外壁磁铁与左侧的水平磁铁相斥，右侧的外壁磁铁与右侧的水平磁铁相斥。

4、本发明的有益效果是：

5、本发明结构引入了非对称排列拉簧结构、单自由度集中质量结构和双稳态压电悬臂梁结构，利用非对称排列拉簧结构的几何非线性、压电悬臂梁的结构非线性以及具有非线性特征的电磁力，能够最大限度拓宽人体运动能量采集的频率范围，可以有效适应人体运动不确定性、随机性，从而达到提高人体运动能量的采集效率的目的。

技术特征：

1.一种可穿戴人体腰部运动俘能器，包括外框架(6)，其特征在于：一根沿竖直方向设置的导轨的顶部、底部分别与外框架内的顶壁以及底壁固定相连，所述的导轨位于外框架内的中间位置，一个单自由度集中质量块(5)套在导轨(1)上且与导轨能够上下滑动连接，在所述的导轨的左右两侧分别设置有一根向外倾斜设置的拉伸弹簧(3)，两根拉伸弹簧关于所述的导轨的中心轴线对称设置，所述的外框架内的顶壁以及底壁各自与两个直角架(2)的水平板固定相连，每根拉伸弹簧的上端与位于顶壁处同一侧的直角架的竖直板的内壁固定相连且下端与位于单自由度集中质量块顶部的吊扣固定相连，位于顶壁处的每个直角架的竖直板的外壁分别与前后间隔设置的两个压电悬臂梁(4)的上端固定相连且在两个压电悬臂梁的下端固定有一个沿水平方向设置的水平磁铁，位于底壁处的每个直角架的竖直板的外壁分别与前后间隔设置的两个压电悬臂梁的下端固定相连且在两个压电悬臂梁的上端固定有一个沿水平方向设置的水平磁铁；每一个压电悬臂梁均沿竖直方向设置，位于左侧的两个水平磁铁上下相对设置，位于右侧的两个水平磁铁上下相对设置，在所述的单自由度集中质量块左右两侧的外壁上分别固定有一块侧壁磁铁；左侧的水平磁铁间隔设置在左侧的侧壁磁铁外侧，右侧的水平磁铁间隔设置在右侧的侧壁磁铁外侧，左侧的外壁磁铁与左侧的水平磁铁相斥，右侧的外壁磁铁与右侧的水平磁铁相斥。

2.根据权利要求1所述的可穿戴人体腰部运动俘能器，其特征在于：在设备处于静止状态时，所述单自由度集中质量块位于导轨高度方向上的中间位置。

3.根据权利要求1或者2所述的可穿戴人体腰部运动俘能器，其特征在于：所述的外框架为一侧侧壁具有敞口的箱式结构，在所述的箱式结构的敞口处安装有可拆卸的门外壳。

4.根据权利要求3所述的可穿戴人体腰部运动俘能器，其特征在于：所述门外壳为透明塑料材质。

技术总结
本发明公开了可穿戴人体腰部运动俘能器，包括外框架，导轨的顶部、底部分别与外框架内的顶壁以及底壁固定相连，单自由度集中质量块套在导轨上，在导轨的左右两侧分别设置有拉伸弹簧，外框架内的顶壁以及底壁各自与两个直角架固定相连，拉伸弹簧的上端与位于顶壁处的直角架固定相连且下端与位于单自由度集中质量块顶部的吊扣固定相连，位于顶壁处的直角架分别与两个压电悬臂梁的上端固定相连且在两个压电悬臂梁的下端固定有水平磁铁，位于底壁处的直角架分别与两个压电悬臂梁的下端固定相连且在两个压电悬臂梁的上端固定有水平磁铁；在单自由度集中质量块左右两侧的外壁上分别固定有一块侧壁磁铁。本发明结构可以提高人体运动能量的采集效率。

技术研发人员：姚明辉,韩国岐,王昭淇,牛燕,吴启亮
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13