[发明专利]一种基于双向滚珠丝杠传动的膝关节发电装置及其应用

说明书

本发明公开了一种基于双向滚珠丝杠传动的膝关节发电装置，属于人体膝关节发电领域。该发电装置利用绳驱动装置将人体运动时膝关节的旋转运动转化为绳子的直线运动，再通过双向滚珠丝杠将直线运动转化为旋转运动，直接作用于电机上，整个过程将人体生物能转化为机械能再转化为电能实现发电。本发明的发电装置能满足在高速跑步和低速行走时正常运行发电的要求，具备长期高效稳定的性能，能实现在不同人群身上的穿戴，穿戴较为简便，同时装置整体较为轻便，对人体行走的代谢损耗较少。

技术领域

本发明属于人体膝关节发电领域，更具体地，涉及一种能将人体膝关节运动的能量收集转化为电能的发电装置。

背景技术

当今科技迅猛发展，人们对各种电子设备的依赖和需求程度越来越高，特别对于野外行军作战的军人，或是在户外探险或遭受自然灾害的群体，他们一方面缺乏电源，另一方面人体处于不断行走状态，如何寻求充足的电源以满足他们在野外较长时间的通讯生存和作战要求是一个亟需解决的问题。

传统的发电方式有太阳能发电或风力发电，但这类放电方式受自然天气影响较大，太阳能发电无法满足夜晚发电需求，而风力发电对地域和气候有较高的要求。因而我们需要开发出与人体相关的便携式发电设备，现有的装置中，美国研发出一种压力发电鞋，利用人体走路的压力进行发电，该发明简便实用有效，但发电效率较低，难以满足现实需求。以色列的研发人员发明了一种背包发电装置，利用脚踝部位与髋关节部位之间走路时的循环变动产生电能，该装置发电功率较高，但整体装置重量大，运行时对人体代谢能量消耗大，因而实用性差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双向滚珠丝杠传动的膝关节发电装置，其目的在于，基于双向滚珠丝杠传动对发电装置的结构进行改进，提出一种适合人体穿戴、轻便的挠性传动发电方案，能有效提高装置的发电功率，同时减轻对人体的体能损耗，由此解决现有膝关节发电装置发电效率低、重量大、对人体代谢消耗大的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于双向滚珠丝杠传动的膝关节发电装置，包括：底板、小腿板、左右旋丝杠、右旋螺母、左旋螺母、发电机、联轴器、第一导轨连接件、第二导轨连接件、第三导轨连接件、第四导轨连接件、定滑轮、第一钢丝绳、第二钢丝绳以及两个光滑轴；

两个光滑轴和左右旋丝杠互相平行且均固定于底板上，两个光滑轴分别位于左右旋丝杠两侧；发电机固定于底板上且通过联轴器连接左右旋丝杠上端；底板下端与小腿板上端枢接，定滑轮设于底板与小腿板的枢接部；

左右旋丝杠包括上下分布的左旋螺纹段和右旋螺纹段，左旋螺母设于左旋螺纹段上，右旋螺母设于右旋螺纹段上；第一导轨连接件和第三导轨连接件均与左旋螺母固连，且分别设于两个光滑轴上；第二导轨连接件和第四导轨连接件均与右旋螺母固连，且分别设于两个光滑轴上；

第一钢丝绳上端固定于第一导轨连接件上，下端经过定滑轮后固定于小腿板上；第二钢丝绳上端固定于第四导轨连接件上，下端经过定滑轮后固定于小腿板上；第一钢丝绳和第二钢丝绳中的至少一个绕定滑轮一周。

进一步地，定滑轮为双层滑轮件，第一钢丝绳、第二钢丝绳各占一层。

进一步地，还包括关节连接件，小腿板通过关节连接件与底板枢接；小腿板上设有阵列式安装孔，关节连接件上端与底板枢接，下端通过与阵列式安装孔的不同孔配合固定，适应不同的小腿长度。

进一步地，定滑轮、关节连接件和小腿板可拆卸地连接，以通过调整连接处的层叠顺序，适应不同粗细的小腿。

进一步地，还包括小腿固定侧板、大腿固定侧板；小腿固定侧板安装于小腿板上，大腿固定侧板安装于底板上，小腿固定侧板和大腿固定侧板上均设有用于安装绑带的孔槽。

进一步地，还包括滚珠轴承，第一导轨连接件、第二导轨连接件、第三导轨连接件、第四导轨连接件均与对应的光滑轴通过滚珠轴承连接。