发明内容

因此，本发明提供了一种负重发电装置的相位控制方法，其通过加速度传感器可以监测和识别人体处于步态周期的具体阶段，并通过电阻调节器调节装置的电阻，从而改变发电装置的电阻尼，调节负重与人体的振动相位差，提高发电功率及降低人体负重运动消耗。

本发明的一个方面涉及一种负重发电装置的相位控制方法，所述的相位控制方法包括以下步骤：

第一、在人体背负负重发电装置时，通过加速度传感器对人体运动的步态周期进行监测与识别，判断人体所处的步态周期阶段；所述步态周期阶段包括冲击相、承重相和反冲相三个阶段及除了冲击相、承重相和反冲相以外的其他相位；

第二、当所述步态周期阶段处于冲击相时，调节所述负重发电装置的外接电阻至低阻值，从而使所述负重发电装置的电阻尼增大，降低所述负重发电装置的发电功率，同时也降低负重对人体的冲击；以及

当所述步态周期阶段处于承重相时，调节所述负重发电装置的外接电阻至高阻值，从而使所述负重发电装置的电阻尼减小，提高所述负重发电装置的发电功率；以及

当所述步态周期阶段处于反冲相时，调节所述负重发电装置的外接电阻至低阻值，从而使所述负重发电装置的电阻尼增大，降低所述负重发电装置的发电功率，减少人体生物能消耗；以及

当所述步态周期阶段处于其他相位时，所述负重发电装置无调节。

优选地，所述的加速度传感器为一种六轴加速度传感器，用于检测记录运动物体在以地面为参考系的竖直方向上的加速度变化，记录的所述加速度变化的曲线在人体以一定速度运动时为有一定规律的曲线，并可以近似看作正弦曲线。所述正弦曲线的第一个波峰到零线的时间段为步态周期的冲击相；所述正弦曲线的零线到第一个波谷之间的时间段为步态周期的承重相；所述正弦曲线的第一个波谷到零线的时间段为步态周期的反冲相；步态周期的剩余部分为步态周期的摆动相，在此不讨论。

本发明的另一个方面涉及一种具备发电能力的负重发电装置。所述的负重发电装置利用弹簧阻尼结构使背包振动与人体振动形成相位差与位移差，可以高效地收集人体运动过程产生的机械能并转换为电能，并能提供一定负重减载效果。

优选地，所述的负重发电装置包括背包、肩带和管式发电装置；具备能量捕获能力的所述负重发电装置能够利用运动过程中人体与背包之间形成的相位差和相对位移来减轻背包负重施加在人体的动载荷压力及进行运动能量收集；人体与背包在运动过程中形成一个振动系统，可以看作一个弹簧-质量-阻尼系统，人体重心的正常运动为该振动系统的激励源，背包负重在该激励源下产生振动，当该振动系统的频率比和阻尼比达到合适的值时，该系统能够降低负重对人体施加的动载荷及进行能量收集。所述加速度传感器固定连接在背包的外壳上，该加速度传感器随着背包负重的运动而运动。

具体而言，所述的弹簧阻尼系统包括两组对称分布在管式外壳内部的弹簧阻尼组件，每组弹簧阻尼组件均包括编织绳、编织绳固定轴、带增速机构的发电机、电机输入轴和发条弹簧；所述编织绳的上端与肩带连接，所述编织绳的下端固定在编织绳固定轴上。所述的弹簧阻尼组件与管式外壳组成管式发电装置。所述肩带的下端固定连接在所述背包的底部，所述肩带的上端与所述编织绳连接，形成下端固定而上端可动的振动背包。控制器与所述发电机的输出端连接，该控制器承担所述发电机输出的整流、滤波和稳压工作，具有加速度信号接收及处理的功能，同时能够调节外接电路的电阻值以改变弹簧阻尼系统的电阻尼。

进一步地，所述的管式发电装置通过安装卡扣对称固定在U型管上，所述的编织绳在所述管式发电装置上对称分布，使输入弹簧阻尼系统的速度能够大致相同，并使负重载荷均匀分布在双肩上；所述的U型管安装在所述背包的内部，并与所述的背包固定连接；所述的编织绳将背包负重与弹簧阻尼系统连接在一起，构成所述的弹簧-质量-阻尼系统。

优选地，所述的步态周期为单腿步态周期。

所述的步态周期的冲击相为足跟着地开始至全足触地前的一段时间。

所述的步态周期的承重相为下肢接触地面的阶段。

所述的步态周期的反冲相为足跟抬起至足趾完全离地的阶段。

所述外接电路的电阻值的调节依据发电机内阻的不同及发电回路的设计而进行计算后得出调节的范围。

本发明的另一个方面涉及一种调节电阻以改变发电装置的阻尼力的方法。在控制器中加入电阻调节的功能，当改变外接电阻时，发电电路的回路电流相应改变，从而改变了发电机给发电系统施加的阻尼力，即实现了改变发电系统阻尼的目的。当所述外接电阻变小时，发电系统的阻尼力变大；当所述外接电阻变大时，发电系统的阻尼力变小，从而改变负重与人体的振动相位差。

本发明利用加速度传感器对人体运动步态周期进行监测与识别，根据步态周期的不同阶段自适应地调节发电装置的外接电阻，改变发电装置的电阻尼力，使得负重发电装置与人体的振动相位差在步态周期的不同阶段相应地改变，实现发电装置的发电与减负效果最优化。