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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

近年来，我国科技高速发展，便携式或可穿戴设备现在越来越流行，但是在丰富便捷人们生活的同时，也带来了一些挑战。例如便携式或可穿戴设备的电源（电池）仍然面临着重大的挑战，因为寿命有限，尺寸大和质量重，且充电系统复杂而使得此类设备失去了设计之初的便捷性，因此该问题诚需解决。

从人体运动中获取能量是便携式或可穿戴设备供电的一个很有吸引力的解决方案。从理论上说，将人体运动转化为电能的能量收集装置与电池相比具有无限的寿命，在某些领域将取代或充电化学电池^[1]。利用人体运动为人体安装的消费电子和健康传感器产生操作功率。速度阻尼谐振发生器在许多情况下，输出功率不足以连续地驱动要求最高的电子设备，如mp3解码器芯片、rf接收机芯片和gps接收机芯片。低功率电子设备，如医疗遥测设备和手表可以连续供电。

由此看来从人体动能中采集能量并转化为电能有其可行性、可持续性，拥有广泛的应用前景。因此本课题研究的内容是利用采集人体动能转化为电能的原理以实现对外部设备供电的目的。

2. 研究的基本内容

本课题主要开展如下研究内容：

（1）关于人体关节发电机设计方案的制定（2）人体关节发电机内部结构设计制作（3）人体关节发电机的组装与调试

3. 实施方案、进度安排及预期效果

4.1设计方案制定

我们计划开发一种可穿戴在膝关节上的能量采集器，通过收集膝关节运动能量发电。经查阅文献发现正常人的膝关节在主动收缩时产生的最大扭矩（物体转动时一种特殊的力矩）为300nm^[15]。因为输入的扭矩越大要求的发电机的转速越小，所以可以驱动小型发电机发电。

膝关节能量采集器（发电机及传动结构等）包括膝关节支架（起固定作用），利用该支架把膝关节运动经由增速齿轮系传递到发电机，并设置棘轮结构，使系统仅以适合作为直流无刷发电机唯一正确的速度与方向传送膝关节的伸展运动。

4. 参考文献

[1]haroun a, yamada i, warisawa s. micro electromagnetic vibration energy harvester based on free/impact motion for low frequency–large amplitude operation[j]. sensors actuators a physical, 2015, 224:87-98.

[2]sue c y, tsai n c.human powered mems-based energy har-vest devices [j].applied energy,2012,93 (c):390-403.

[3]starner t. human-powered wearable computing[j]. ibm systems journal, 1996, 35(3.4):618-629.