侯泽昊　曹军义

摘要： 人?机电耦合俘能背包的输出功率的影响因素复杂，缺乏合理的建模设计方法，因此本文基于机械振动和电路理论建立了人体运动俘能背包的功率输出模型。采用理论模型数值仿真分析了人体负重质量、增速比和行走运动对俘能功率的影响。设计了一种电磁式俘能背包，并搭建了多参数测试系统，实验研究了不同负重质量、运动速度、增速比及其耦合情况下对俘能功率的影响。多参数耦合与阻抗匹配实验结果表明：俘能功率随着负重质量和行走速度的增大而增大，而且在人?机电耦合情况下存在最优增速器增速比和最优外接阻抗使背包输出功率最大。理论和实验结果表明设计的功率输出模型可以为人?机电耦合俘能背包参数设计提供较好的理论指导。

关键词： 俘能背包; 机械振动; 输出功率建模; 多参数耦合因素

中图分类号： TH113.1; TU311.3    文献标志码： A    文章编号： 1004-4523（2021）02-0219-08

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2021.02.001

引  言

人体便携式设备功耗通常比较低，如普通聚光手电筒功率约为1.5 W，野战单兵携带的护目夜视镜功耗小于1 W，GPS模块在导航时的功率大约是0.1 W[1]。为了维持这些设备持续工作一定时间，野外工作人员需要携带足够电池。例如野战单兵为了完成72小时野战任务需携带重达7 kg以上的化学电池，占背包总负重的20%左右[2]。这不仅极大降低了野外工作效率，而且限制了人体智能装备进一步发展。同时化学电池还存在容量有限、需要定时更换或充电、废弃电池对环境污染大等棘手问题[3]。……