本发明专利技术公开了一种膝关节助力与俘能装置，包括两个可以延伸的大腿固定片和小腿固定片，大腿固定片和小腿固定片分别连接大腿连杆和小腿连杆，小腿连杆连接有小腿内齿轮，大腿连杆连接扭簧扣，一个扭簧套在扭簧基柱上，并将两端分别卡在小腿杆件与扭簧扣的两个圆柱中间；小腿内齿轮内嵌有三个行星轮，通过三个行星轮驱动棘轮转轴，棘轮转轴一侧设置压电片盒，通过利用扭簧来收集人体下肢运动时做的部分正功并补偿在做负功的部分，以达到助力人体膝关节运动的目的；同时在人体下肢运动的膝关节摆动期阶段利用小腿摆动，通过机械传递使得装置内的压电片产生形变，并通过整流电路板与可充电电池来收集压电片形变所产生的电能，以达到俘能的目的。达到俘能的目的。达到俘能的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种膝关节助力与俘能装置
[0001]本专利技术属于能量收集装置
，涉及一种膝关节助力与俘能装置。
技术介绍
[0002]伴随着科技的发展，一系列能量收集装置被研发并应用到我们的生活当中，大大减少了能源消耗并更加有效的利用现有能量。近年来，随着对人体结构研究的深入，科学家们研究出了许多外骨骼等人体运动装置，用来对人体助力或医疗康复等。
[0003]人体在运动的过程中会消耗大量的代谢能量，其中一部分的代谢能量会转化为运动消耗的机械能，而另一部分代谢能量则以热能及其他复合能量形式耗散，当人体代谢能量消耗较多时，人就会感觉到疲惫，而减少代谢能量，便能提高人的工作效率。对此，设计一种下肢外骨骼以同时达到助力与俘获能量，以人体运动时产生的机械能为收集对象，对装置机构、储能机构、以及收集能量方式进行创新设计，从而达到人体下肢助力并收集能量的效果，实现将人体运动能量收集储存到电池中，在军事或科研等领域都有着广阔的前景。
[0004]现有膝关节助力装置大多利用弹簧单纯的提供助力且助力效果不太明显，目前很少有在提供助力的前提下利用膝关节运动能量来产生电能并进行储存的装置。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种膝关节助力与俘能装置，能够收集存储人体运动过程中的能量并有效的转化为电能进行储存，同时还能够给膝关节提供助力，减少人体运动损耗。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是，一种膝关节助力与俘能装置，包括大腿固定片，大腿固定片连接可伸缩的大腿杆件，还包括小腿固定片，小腿固定片连接可伸缩的小腿杆件；
[0007]所述小腿杆件远离小腿固定片的一端设置有扭簧基柱，扭簧基柱远离小腿杆件的一端连接有与小腿杆件平行的小腿内齿轮，小腿内齿轮内置有驱动装置；
[0008]所述大腿杆件远离大腿固定片的一端靠近小腿内齿轮的一侧连接有扭簧扣，所述扭簧扣与小腿内齿轮相对且平行，扭簧基柱上套接有扭簧，扭簧的两端分别连接小腿杆件和扭簧扣上；
[0009]还包括压电片盒，压电片盒架设于大腿杆件上，压电片盒位于小腿内齿轮远离扭簧扣的一侧且与小腿内齿轮平行，压电片盒通过内置轴承内嵌有棘轮转轴，棘轮转轴通过驱动装置驱动，压电片盒靠近棘轮转轴安装有多个压电片，棘轮转轴内侧设有凸起的侧壁，用于与压电片配合，压电片连接可充电电池。
[0010]本专利技术的特点还在于：
[0011]其中大腿固定片和小腿固定片的两侧分别设置有绑带；
[0012]其中大腿固定片外侧通过延伸卡扣连接有大腿延伸杆，大腿延伸杆伸入大腿杆件内与大腿杆件嵌合，大腿杆件内设有与大腿延伸杆配合的滑轨；
[0013]所述小腿固定片外侧也通过延伸卡扣连接小腿延伸杆，小腿延伸杆内嵌于小腿杆件内，小腿杆件内设有与小腿延伸杆配合的滑轨；
[0014]其中小腿内齿轮一端延伸有连接板，连接板两侧分别通过多个小腿连接杆与小腿杆件相连；
[0015]其中驱动装置包括设置于小腿内齿轮内的三个行星轮，三个行星轮与小腿内齿轮啮合，三个行星轮相切，三个行星轮通过活动轴连接于小腿内齿轮上，小腿内齿轮内中心活动连接有太阳轮，太阳轮均与三个行星轮相切，太阳轮连接棘轮转轴；
[0016]其中棘轮转轴中心处设置有飞轮，飞轮与太阳轮连接，所述飞轮两侧分别设置有飞轮卡扣，所述飞轮内嵌于棘轮转轴的中心处，棘轮转轴的中心绕飞轮外侧均匀设有若干内齿结构，飞轮卡扣与内齿结构配合；
[0017]其中小腿杆件靠近大腿杆件的一侧中心处还连接有棘轮，大腿杆件上设置有与棘轮配合的棘爪；
[0018]其中压电片盒两侧分别通过多个大腿连接杆与大腿杆件连接；
[0019]其中多个所述压电片为八个，八个压电片与棘轮转轴配合呈圆形均匀分布于压电片盒上，压电片盒的外侧还设有储线盒，储线盒内设有整流电路板，八个压电片通过导线连接整流电路板；
[0020]其中压电片盒以其中心为圆心还均匀设有与压电片配合的插孔。
[0021]本专利技术的有益效果是：
[0022]本专利技术一种膝关节助力与俘能装置，通过利用扭簧来收集人体下肢运动时做的部分正功并补偿在做负功的部分，以达到助力人体膝关节运动的目的；同时在人体下肢运动的膝关节摆动期阶段利用小腿摆动，通过机械传递使得装置内的压电片产生形变，并通过整流电路板与可充电电池来收集压电片形变所产生的电能，以达到俘能的目的。
附图说明
[0023]图1为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置整体外观图；
[0024]图2为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置整体后视图；
[0025]图3为本专利技术人体右腿步态周期示意图；
[0026]图4为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置穿戴后下肢摆动期末示意图；
[0027]图5为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置穿戴后下肢支撑期中示意图(装置初始阶段)；
[0028]图6为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置小腿杆件内部结构图；
[0029]图7为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置棘轮棘爪配合示意图(小腿与大腿平行时)；
[0030]图8为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置棘轮棘爪配合示意图(小腿与大腿呈120
°
时)；
[0031]图9为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置大腿杆件内部结构示意图(靠近大腿端)；
[0032]图10为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置大腿杆件内部结构示意图(扭簧扣装配端)；
[0033]图11为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置扭簧装配图(扭簧扣内)；
[0034]图12为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置扭簧扣与大腿杆件装配图；
[0035]图13为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置扭簧扣与小腿内齿轮装配结构图；
[0036]图14为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置飞轮与小腿内齿轮装配图；
[0037]图15为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置飞轮与棘轮装配示意图(两个飞轮卡扣与棘齿松开)；
[0038]图16为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置飞轮与棘轮装配示意图(两个飞轮卡扣与棘齿啮合)；
[0039]图17为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置压电片盒内部结构图；
[0040]图18为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置电能储存示意图；
[0041]图19为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置电能储存示意图；
[0042]图20为本专利技术一种膝关节助力与俘能装置扭簧扣与小腿内齿轮装配结构侧视图。
[0043]图中，1.大腿固定片，2.延伸杆卡扣，3.大腿延伸杆，4.大腿杆件，5.小腿固定片，6.小腿延伸杆，7.小腿杆件，8.棘轮，9.棘爪，10.扭簧基柱，11.扭簧，12.扭簧扣，13.小腿内齿轮，14.小腿连接杆，15.行星轮，16.太阳轮，17.飞轮，18.两个飞轮卡扣，19.棘轮转轴，20.压电片盒，21.大腿连接杆，22.压电片，23.储线盒，24.整流电路板，25.可充电电池。
具体实施方式
[0044]下面结本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种膝关节助力与俘能装置，其特征在于，包括大腿固定片(1)，大腿固定片(1)连接可伸缩的大腿杆件(4)，还包括小腿固定片(5)，小腿固定片(5)连接可伸缩的小腿杆件(7)；所述小腿杆件(7)远离小腿固定片(5)的一端设置有扭簧基柱(10)，扭簧基柱(10)远离小腿杆件(7)的一端连接有与小腿杆件(7)平行的小腿内齿轮(13)，小腿内齿轮(13)内置有驱动装置；所述大腿杆件(4)远离大腿固定片(1)的一端靠近小腿内齿轮(13)的一侧连接有扭簧扣(12)，所述扭簧扣(12)与小腿内齿轮(13)相对且平行，扭簧基柱(10)上套接有扭簧(11)，扭簧(11)的两端分别连接小腿杆件(7)和扭簧扣(12)上；还包括压电片盒(20)，压电片盒(20)架设于大腿杆件(4)上，压电片盒(20)位于小腿内齿轮(13)远离扭簧扣(12)的一侧且与小腿内齿轮(13)平行，压电片盒(20)通过内置轴承内嵌有棘轮转轴(19)，棘轮转轴(19)通过驱动装置驱动，压电片盒(20)靠近棘轮转轴(19)安装有多个压电片(22)，棘轮转轴(19)内侧设有凸起的侧壁，用于与压电片(22)配合，压电片(22)连接可充电电池(25)。2.根据权利要求1所述的一种膝关节助力与俘能装置，其特征在于，所述大腿固定片(1)和小腿固定片(5)的两侧分别设置有绑带。3.根据权利要求1所述的一种膝关节助力与俘能装置，其特征在于，所述大腿固定片(1)外侧通过延伸卡扣(2)连接有大腿延伸杆(3)，大腿延伸杆(3)伸入大腿杆件(4)内与大腿杆件(4)嵌合，大腿杆件(4)内设有与大腿延伸杆(3)配合的滑轨；所述小腿固定片(5)外侧也通过延伸卡扣(2)连接小腿延伸杆(6)，小腿延伸杆(6)内嵌于小腿杆件(7)内，小腿杆件(7)内设有与小腿延伸杆(6)配合的滑轨。4.根据权利要求1所述的一种膝关节助力与俘能装置，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：王旭鹏，魏宇辰，霍东锋，赵嘉鑫，翟康佳，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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