使用超级电容器供电的外骨骼制造技术

公开了一种动力外骨骼。该动力外骨骼包括：电力系统，该电力系统包括至少一个超级电容器，其中，超级电容器包括壳体以及电极组件和电解质，该电极组件和电解质位于该壳体内；以及第一外骨骼构件和第二外骨骼构件，该第一外骨骼构件和第二外骨骼构件在外骨骼关节处连接到至少一个致动器；其中，该至少一个致动器电耦接到电力系统并由该电力系统供电，以致动该外骨骼关节。动该外骨骼关节。动该外骨骼关节。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用超级电容器供电的外骨骼
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求递交日为2020年11月16日、序列号为63/114,207的美国临时专利申请的递交权益，该申请通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]外骨骼通常是这样的被动式或动力式结构：该被动式或动力式结构由个体穿戴和控制，以典型地允许个体以比没有外骨骼时更少的体力消耗来操纵物品。具体地，动力外骨骼向外骨骼结构的一个或多个连接部(link)施加力，以减少个体除此以外必须施加的力的量。此外，外骨骼通常可以与身体的任何部位(包括上半身和/或下半身)结合使用。例如，外骨骼在与上半身一起使用时，可以用于帮助用户将相对较重的物品从一个位置移动到另一个位置或重复移动。虽然传统的外骨骼是由电池供电的，但目前几乎没有足够能量密度的电源来为这些外骨骼供电。因此，需要提供一种具有改进的电力系统的动力外骨骼。

技术实现思路

[0004]根据本专利技术的一个实施例，公开了一种动力外骨骼。该动力外骨骼包括：电力系统以及第一外骨骼构件和第二外骨骼构件，该电力系统包括至少一个超级电容器，其中，该至少一个超级电容器包括壳体以及电极组件和电解质，该电极组件和电解质位于该壳体内；该第一外骨骼构件和第二外骨骼构件在外骨骼关节处连接到至少一个致动器；其中，该至少一个致动器电耦接到电力系统并由该电力系统供电，以致动该外骨骼关节。
[0005]下面更详细地阐述本专利技术的其他特征和方面。
附图说明
[0006]在说明书的余下部分中，参考附图更具体地阐述本专利技术的针对本领域技术人员而言完整且能够实现的公开内容(包括其最佳方式)，在附图中：
[0007]图1示出了根据本专利技术的动力外骨骼的一个实施例；
[0008]图2示出了根据本专利技术的动力外骨骼的另一实施例；
[0009]图3和图4示了本专利技术的超级电容器的壳体的实施例；
[0010]图5示出了本专利技术的超级电容器中可以采用的集流体的一个实施例；
[0011]图6示出了本专利技术的超级电容器中可以采用的集流体/碳质涂层构造的一个实施例；以及
[0012]图7示出了用于形成如下电极组件的一个实施例：该电极组件可以用于本专利技术的超级电容器中。
[0013]在本说明书和附图中重复使用参考符号旨在表示本专利技术的相同或相似的特征或者相同或相似的元件。
具体实施方式
[0014]本领域的普通技术人员将理解，本论述仅是对示例性实施例的描述，且不旨在限制本专利技术的更广泛的方面，本专利技术的更广泛的方面体现在示例性结构中。
[0015]总体而言，本专利技术涉及一种动力外骨骼，该动力外骨骼包括电力系统，该电力系统包括至少一个超级电容器。例如，动力外骨骼可以包括至少一个致动器，该至少一个致动器电耦接到电力系统并由电力系统供电，以致动外骨骼的至少一个部件。提供具有这种电力系统的动力外骨骼可以允许更自然和更剧烈的运动。例如，超级电容器典型地能够比诸如电池等其他电源更快地充电和放电。因此，包括至少一个超级电容器的电力系统可能能够提供特定运动所需的爆发力，从而提供类似于人体自然运动的更自然的运动。
[0016]一般而言，动力外骨骼是一种可穿戴的外骨骼。就此而言，用户在穿戴外骨骼时，外骨骼能够降低用户的能量消耗和/或使用户能够进行各种体力活动。在一些示例中，这可以包括向用户的身体提供力以增大由用户的身体的肌肉系统施加的力。
[0017]外骨骼可以与人体的各个部位结合使用。例如，在一个实施例中，外骨骼可以与用户的下半身一起使用。在另一实施例中，外骨骼可以与用户的上半身一起使用。在又一实施例中，外骨骼可以与用户的下半身和上半身一起使用。各外骨骼的示例可以单独使用或组合使用，并且包括背部外骨骼、躯干外骨骼、肩部外骨骼、肘部外骨骼、手部外骨骼、髋部外骨骼、膝盖外骨骼、脚部外骨骼等。在一个实施例中，外骨骼可以是本领域中公知的全身外骨骼。
[0018]就此而言，如上所述，本文公开的致动器可以致动外骨骼的至少一个部件。根据本专利技术，该至少一个部件不是必然的。例如，该至少一个部件可以是外骨骼的可操作地附接到用户身体的部位的构件。例如，身体的部位可以是肢体。在一个实施例中，肢体可以是上肢。例如，在一个实施例中，肢体可以是手臂。在另一实施例中，肢体可以是手。替代地或附加地，肢体可以是下肢。例如，在一个实施例中，肢体可以是腿。在另一实施例中，肢体可以是脚。在又一实施例中，肢体可以是大腿。然而，应当理解的是，身体的多个部位并不局限于四肢。无论如何，身体的部位也可以包括但不限于背部、髋部、膝盖、肘部、肩部、脚踝等。
[0019]无论外骨骼附接到身体的哪个部位，本专利技术的外骨骼都包括至少一个致动器。一般而言，致动器被配置为移动用户并使外骨骼移动。例如，致动器可以在弯曲或伸展运动期间向用户提供协助。因此，外骨骼可以具有与人体关节的位置相对应的外骨骼关节。致动器可以在关节上施加力，使外骨骼以及联接到外骨骼的用户移动。因此，致动关节可以增加外骨骼用户的强度。
[0020]一般而言，致动器是一种用于移动或控制机构或系统的马达。就此而言，本文公开的致动器能够移动或控制外骨骼，并因此能够移动或控制用户的关节。根据本专利技术的所采用的致动器的类型不受限制，只要该致动器能帮助用户绕关节运动即可。例如，致动器可以产生扭矩以驱动关节进行运动，例如转动运动。相应地，致动器可以是电动的、气动的或液压的。各致动器可以包括但不限于，交流(alternating current，AC)马达、刷型直流(direct current，DC)马达、无刷DC马达、电子整流马达(electronically commutated motor，ECM)、步进马达、液压致动器和气动致动器、及它们的组合。
[0021]如上所述，在一个实施例中，外骨骼包括至少一个致动器。在一个实施例中，外骨骼可以包括多个致动器以驱动关节的组合。在一些实施例中，构成外骨骼的关节可以附加
地和/或替代地包括本领域中已知的如下任何机构：该机构使外骨骼的各部分具有人体中存在的自由度。在一个实施例中，使外骨骼的该部分具有确定的自由度的机构可以是可调节的。
[0022]在一个实施例中，外骨骼可以包括第一外骨骼构件和第二外骨骼构件。致动器可以被配置为在第一外骨骼构件和第二外骨骼构件之间产生扭矩。就此而言，致动器可以使外骨骼关节转动或移动，并相应地使人体关节转动或移动。这种外骨骼关节可以位于第一外骨骼构件和第二外骨骼构件结合或机械连接的位置，以便允许绕这种关节转动或移动。在一个实施例中，外骨骼可以包括多个外骨骼构件，例如多于2个的外骨骼构件。此外，外骨骼关节可以连接至少两个外骨骼构件，例如第一外骨骼构件和第二外骨骼构件。外骨骼关节可以适合于允许相应外骨骼构件之间的弯曲和伸展。
[0023]在一个实施例中，外骨骼可以包括第一外骨骼构件、第二外骨骼构件和第三外骨骼构件。第一外骨骼构件和第二外骨骼构件可以在第一外骨骼关节处连接到至少一个致动器。第二外骨骼构件和第三外骨骼构件可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种动力外骨骼，包括：电力系统，所述电力系统包括至少一个超级电容器，其中，所述至少一个超级电容器包括壳体以及电极组件和电解质，所述电极组件和电解质位于所述壳体内；以及第一外骨骼构件和第二外骨骼构件，所述第一外骨骼构件和所述第二外骨骼构件在外骨骼关节处连接到至少一个致动器；其中，所述至少一个致动器电耦接到所述电力系统并由所述电力系统供电，以致动所述外骨骼关节。2.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述外骨骼还包括控制单元和所述至少一个致动器，所述控制单元电连接到所述电力系统。3.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述外骨骼包括第三外骨骼构件，所述第三外骨骼构件在第二外骨骼关节处连接到所述第二外骨骼构件。4.根据权利要求3所述的动力外骨骼，其中，第二外骨骼关节与第二致动器相关联。5.根据权利要求4所述的动力外骨骼，其中，每个致动器电耦接到各自的电力系统，并由各自的所述电力系统供电。6.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述外骨骼包括多个电力系统，所述多个电力系统附接在所述外骨骼上的不同位置处。7.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述外骨骼还包括备用电力系统，所述备用电力系统用于向所述至少一个致动器提供电力。8.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述电力系统是可充电的。9.根据权利要求8所述的动力外骨骼，其中，可充电的所述电力系统是能够无线充电的。10.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述外骨骼还包括附接构件，以允许所述外骨骼可操作地附接到用户。11.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述电力系统还包括电池。12.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述电极组件采用卷筒构造。13.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述电极组件采用层状构造。14.根据权利要求1所述的动力外骨骼，其中，所述电极组件包含第一电极、第二电极和位于所述第一电极与所述第二电极之间的隔膜，所述第一电极包括第一集流体，所述第一集流体电耦接到第一碳质涂层，所述第二电极包括第二集流体，所述第二集流体电耦接到第二碳质涂层，其中，所述第一集流体和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳伦，
申请(专利权)人：京瓷AVX元器件公司，
类型：发明
国别省市：