1.本发明属于人体微能量俘获装置技术领域，具体涉及人体运动能量俘获 装置。
背景技术：2.物联网（internet of things，iot）或智能物联网（aiot)是继计算机、互联网之后的新兴信息技术，是推动全球经济和社会高速发展的新一代“核心生产力”。可穿戴设备就是物联网设备中的一种。而可穿戴设备的一个关键限制就是电池寿命，这严重影响了设备的使用。
3.人体具有源源不断的充沛能量，尤其是足底所蕴含的能量，其相对于手 腕，臀部、足部具有更加丰富的能量。如果可以实现人体自身对设备进行能 源供给，这将会有效地解决这一问题。压电式的能量俘获方式具有结构简单、 输出功率密度大、易于加工制作等优点，成为近20年来的热点研究问题。 压电发电原理主要应用到了压电材料的正压电效应，当压电材料受到外机械 力作用时，压电材料内部会出现电荷不对称分布的现象，从而在其表面会有 符号相反电荷的产生，其产生的电荷密度与受到的外机械力成正比。压电式 人体能量收集技术就是利用压电材料的正压电效应来收集低频的人体能量， 避免了环境污染和对人体的危害，符合绿色能源和可持续发展的生态要求。
4.目前现有的压电式俘能装置主要采取悬臂梁加质量块的形式，通过人体 运动提供激励，使压电片自由振动从而达到一定的电能输出。压电片的输出 效能受其振动频率的影响，在其固有频率处振动时具有最高的输出效能，但 此类悬臂梁加质量块的结构无法实现压电片在其固有频率处振动。
技术实现要素：5.本发明的目的是提供人体运动能量俘获装置，解决了现有技术无法实现 压电片在其固有频率处振动的问题。
6.本发明的技术方案是，人体运动能量俘获装置，包括筒状外壳及外壳上 下分别设置的上底座和下底座，上底座和下底座分别与外壳之间配装有平面 推力滚针轴承ⅰ和平面推力滚针轴承ⅱ，外壳内、下底座上固接有中空的支 柱，所述支柱中固装有弹簧，支柱侧壁上沿纵向开有限位槽，支柱的外壁上 固接有若干陶瓷压电片，下底座上设置有存储电路板，存储电路板通过导线 与陶瓷压电片连接，外壳内壁上开有波浪形曲线槽，曲线槽周边固接有若干 拨片，拨片与陶瓷压电片相接触，上底座中空，推杆穿过上底座伸入支柱内 并与弹簧抵接，推杆垂直固接一支杆，支杆的端头固接有深沟球轴承，支杆 穿过限位槽并深沟球轴承装配于曲线槽中。
7.本发明的特征还在于：
8.下底座、上底座和外壳安装轴承位置都留有余量。
9.陶瓷压电片与拨片的长度方向均与外壳的轴向相同。
10.陶瓷压电片以悬梁臂形式固定在支柱的外壁上。
11.陶瓷压电片材料为压电陶瓷pzt—5。
12.曲线槽的上下顶点距离不小于限位槽的长度。
13.推杆在最高位置处时，满足以下尺寸关系：推杆上端至上底座上端的距 离等于深沟球轴承在曲线槽中最高到最低点距离，推杆下端至下底座的距离 加上弹簧被完全压缩后的长度不小于推杆上端至上底座上端的距离。
14.推杆顶端固接有压板。
15.本发明的有益效果是：
16.本发明公开了人体运动能量俘获装置，安装在人体足跟部位，通过槽轮 机构及拨片使足底的振动的频率进行提升，通过对陶瓷压电片提供振动激励 和外接存储电路，将足底振动产生的能量转化的电能并进行存储。这不仅通 过频率提升的方式提高了能量收集的效率，还实现了将人体步行时足底的能 量转化成电能并收集与储存的过程。
附图说明
17.图1是本发明人体运动能量俘获装置的结构示意图；
18.图2是本发明人体运动能量俘获装置的推杆结构示意图；
19.图3是本发明人体运动能量俘获装置的上底座部分结构示意图；
20.图4是本发明人体运动能量俘获装置的外壳结构示意图；
21.图5是本发明人体运动能量俘获装置的下底座部分结构示意图；
22.图6是本发明人体运动能量俘获装置的存储电路板结构示意图；
23.图7是本发明人体运动能量俘获装置的剖面示意图。
24.图中，1.推杆，2.上底座，3.平面推力滚针轴承ⅰ，4.外壳，5.平面推力 滚针轴承ⅱ，6.下底座，7.弹簧，8.陶瓷压电片，9.拨片，10.曲线槽，11.深 沟球轴承，12.支柱，13.限位槽，14.支杆，15.压板，16.存储电路板。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
26.本发明人体运动能量俘获装置的结构如图1、4和7所示，包括筒状外 壳4及外壳4上下分别设置的上底座2和下底座6，上底座2和下底座6分 别与外壳4之间配装有平面推力滚针轴承ⅰ3和平面推力滚针轴承ⅱ5，下底 座6、上底座2和外壳4安装轴承位置都留有余量；
27.如图5和6所示，外壳4内、下底座6上固接有中空的支柱12，支柱 12中固装有弹簧7，支柱12侧壁上沿纵向开有限位槽13，支柱12的外壁上 以悬梁臂形式固接有若干陶瓷压电片8，下底座6上设置有存储电路板16， 存储电路板16通过导线与陶瓷压电片8连接，外壳4内壁上开有波浪形曲 线槽10，曲线槽10周边固接有若干拨片9，拨片9与陶瓷压电片8相接触， 陶瓷压电片8与拨片9的长度方向均与外壳4的轴向相同，陶瓷压电片8材 料为压电陶瓷pzt—5；
28.如图2和3所示，上底座2中空，推杆1穿过上底座2伸入支柱12内 并与弹簧7抵接，推杆1顶端固接有压板15，推杆1垂直固接一支杆14， 支杆14的端头固接有深沟球轴承11，支杆14穿过限位槽13并深沟球轴承 11装配于曲线槽10中，曲线槽10的上下顶点距离不小
于限位槽13的长度。
29.外壳4的内壁设有拨片9和曲线槽10，与推杆1配合的深沟球轴承11 在曲线槽10中进行运动，带动外壳4进行转动。
30.深沟球轴承11与曲线槽10构成槽轮机构，推杆1只有竖直方向的运动 自由度，不会产生转动，推杆1受到向上弹力或向下压力时的向上或向下运 动带动深沟球轴承11在曲线槽10中运动，上底座2和下底座6与外壳4中 间设计有平面推力滚针轴承ⅰ3和平面推力滚针轴承ⅱ5，从而可以保证使带 有拨片9的外壳4发生转动。
31.深沟球轴承11在曲线槽10中的最高最低点距离与推杆1长度满足运动 学关系。当推杆1在最高位置处时，满足以下尺寸关系：推杆1上端至上底 座2上端的距离等于深沟球轴承11在曲线槽10中的最高最低点距离，推杆1下端至下底座6的距离加上弹簧7被完全压缩后的长度大于推杆1上端至 上底座2上端的距离，装置在满足这样的尺寸条件下不会发生过度位移或卡 死现象。
32.拨片9和陶瓷压电片8设置为多源输入并行的形式，在外壳4内部设计 多个拨片9，在支柱12上固定多张陶瓷压电片8，即在外壳4转动一圈时， 可以通过拨片9给一张陶瓷压电片8提供多次振动激励，再将多张陶瓷压电 片8并联输出以达到更高能量俘获效率的目的，陶瓷压电片以悬梁臂形式固 定于支柱12外壁上，拨片9在旋转时对陶瓷压电片8进行拨动，陶瓷压电 片8与存储电路板16相连，对电能进行存储。
33.使用时，推杆1受到足底的压力向下运动带动深沟球轴承11向下运动， 压缩弹簧7，由于外壳4与上底座2、下底座6之间设计有平面推力滚针轴 承ⅰ3、平面推力滚针轴承ⅱ5，因此深沟球轴承11向下的运动带动外壳4 发生转动；当足部抬起时，推杆1受到向下的压力消失，弹簧7恢复原长， 从而给推杆1向上的力，推杆1向上运动，同理，外壳4继续发生转动；外 壳4的转动带动拨片9拨动陶瓷压电片8，陶瓷压电片8在受到振动激励后 产生电能，最终通过存储电路板16将电能收集存储起来。
技术特征：1.人体运动能量俘获装置，其特征在于，包括筒状外壳(4)及外壳(4)上下分别设置的上底座(2)和下底座(6)，所述上底座(2)和下底座(6)分别与外壳(4)之间配装有平面推力滚针轴承ⅰ(3)和平面推力滚针轴承ⅱ(5)，所述外壳(4)内、下底座(6)上固接有中空的支柱(12)，所述支柱(12)中固装有弹簧(7)，所述支柱(12)侧壁上沿纵向开有限位槽(13)，所述支柱(12)的外壁上固接有若干陶瓷压电片(8)，所述下底座(6)上设置有存储电路板(16)，所述存储电路板(16)通过导线与陶瓷压电片(8)连接，所述外壳(4)内壁上开有波浪形曲线槽(10)，所述曲线槽(10)周边固接有若干拨片(9)，所述拨片(9)与陶瓷压电片(8)相接触，所述上底座(2)中空，推杆(1)穿过上底座(2)伸入支柱(12)内并与弹簧(7)抵接，所述推杆(1)垂直固接一支杆(14)，所述支杆(14)的端头固接有深沟球轴承(11)，所述支杆(14)穿过限位槽(13)并深沟球轴承(11)装配于曲线槽(10)中。2.根据权利要求1所述的人体运动能量俘获装置，其特征在于，所述下底座(6)、上底座(2)和外壳(4)安装轴承位置都留有余量。3.根据权利要求1所述的人体运动能量俘获装置，其特征在于，所述陶瓷压电片(8)与拨片(9)的长度方向均与外壳(4)的轴向相同。4.根据权利要求1所述的人体运动能量俘获装置，其特征在于，所述陶瓷压电片(8)以悬梁臂形式固定在支柱(12)的外壁上。5.根据权利要求1所述的人体运动能量俘获装置，其特征在于，所述陶瓷压电片(8)材料为压电陶瓷pzt—5。6.根据权利要求1所述的人体运动能量俘获装置，其特征在于，所述曲线槽(10)的上下顶点距离不小于限位槽(13)的长度。7.根据权利要求1所述的人体运动能量俘获装置，其特征在于，所述推杆(1)在最高位置处时，满足以下尺寸关系：推杆(1)上端至上底座(2)上端的距离等于深沟球轴承(11)在曲线槽(10)中最高到最低点距离，推杆(1)下端至下底座(6)的距离加上弹簧(7)被完全压缩后的长度不小于推杆(1)上端至上底座(2)上端的距离。8.根据权利要求1所述的人体运动能量俘获装置，其特征在于，所述推杆(1)顶端固接有压板(15)。
技术总结本发明公开了人体运动能量俘获装置，包括筒状外壳及外壳上下分别设置的上底座和下底座，上底座和下底座分别与外壳之间配装有平面推力滚针轴承Ⅰ和平面推力滚针轴承Ⅱ，外壳内、下底座上固接有中空的支柱，支柱中固装有弹簧，支柱侧壁上沿纵向开有限位槽，支柱的外壁上固接有若干陶瓷压电片，下底座上设置有通过导线与陶瓷压电片连接的存储电路板，外壳内壁上开有波浪形曲线槽，曲线槽周边固接有若干拨片，拨片与陶瓷压电片相接触，上底座中空，推杆穿过上底座伸入支柱内并与弹簧抵接，推杆垂直固接一支杆，支杆的端头固接有深沟球轴承，支杆穿过限位槽并深沟球轴承装配于曲线槽中。本发明解决了现有技术无法实现压电片在其固有频率处振动的问题。频率处振动的问题。频率处振动的问题。
技术研发人员：王旭鹏 翟康佳 刘喆 魏宇辰 余隋怀
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2022.07.11
技术公布日：2022/11/1
