利用电磁感应的能量收集装置及智能手杖的制作方法

1.本发明涉及利用电磁感应的能量收集装置及利用其的智能手杖。


背景技术：

2.视觉障碍者利用手杖感测位于移动路径上的障碍物。但视觉障碍者仅凭普通手杖无法像正常人一样在大街上行走或穿过马路，因此在开发搭载有辅助视觉障碍者步行功能的手杖。
3.并且视觉障碍者用手杖在与it技术结合进化成智能手杖，而且在研究搭载有能量收集器的智能手杖。
4.能量收集技术是指收集振动、光、热、电磁波等日常生活中废弃的能量以转换成可用电能的技术，很多领域都在进行积极研究。
5.尤其，利用电磁感应的能量收集装置的原理简单且容易实现，因此应用于多种产品。


技术实现要素：

6.技术问题
7.本发明旨在提供视觉障碍者用智能手杖。
8.并且本发明旨在提供自动调节长度的智能手杖。
9.并且本发明旨在提供能够通过语音识别提供多种功能的智能手杖。
10.并且本发明旨在提供能够调节线圈的绕线长度的能量收集装置。
11.技术方案
12.根据用于达成上述目的的本发明的一个实施例，提供一种智能手杖，包括能够调节长度的本体部；生成地表面与所述智能手杖之间的角度值或感测所述本体部的冲击的惯性传感器单元；以及根据所述角度值及所述本体部的冲击次数中至少一个调节所述本体部的长度的控制部。
13.并且根据用于达成上述目的的本发明的另一实施例，提供一种利用电磁感应的能量收集装置，包括圆筒形的框架；以接触于所述框架的外周面的状态在所述外周面上移动的环形的第一移动壁及第二移动壁；以及在所述第一移动壁及第二移动壁之间绕线于所述外周面的线圈。
14.并且根据用于达成上述目的的本发明的又一实施例，提供一种利用电磁感应的能量收集装置，包括圆筒形的框架；固定于所述框架的外周面上的环形的固定壁；以接触于所述框架的外周面的状态在所述外周面上移动的环形的移动壁；及在所述固定壁及移动壁之间绕线于所述外周面的线圈。
15.技术效果
16.根据本发明的一个实施例，通过与用户的身高相匹配地调节手杖的长度，能够减少手杖使用上的不便。
17.并且根据本发明的一个实施例，可利用视觉障碍者用语音识别功能提高视觉障碍者的用户便利性。
18.并且根据本发明的一个实施例，可通过调节移动壁之间的距离调节绕线于移动壁之间的线圈的绕线长度。
19.并且根据本发明的一个实施例，可根据能量收集装置的用户、用处调节线圈的绕线长度以增加能量收集装置的发电量。
附图说明
20.图1为用于说明本发明的一个实施例的智能手杖的框图；
21.图2为示出本发明的一个实施例的智能手杖的示意图；
22.图3为用于说明本发明另一实施例的智能手杖的框图；
23.图4至图6为用于说明本发明的一个实施例的能量收集装置的示意图；
24.图7为用于说明本发明另一实施例的利用电磁感应的能量收集装置的示意图；
25.图8为用于说明本发明另一实施例的利用电磁感应的能量收集装置的示意图。
具体实施方式
26.本发明可施加多种变更，可具有多种实施例，在附图示出特定实施例并在具体实施方式中进行详细说明。然而应理解其并非旨在将本发明限定于特定实施方式，而是包括包含于本发明的思想及技术范围的所有变更、均等物乃至替代物。在说明各附图方面对类似的构成要素使用类似的附图标记。
27.以下参见附图对本发明的实施例进行详细说明。
28.图1为用于说明本发明的一个实施例的智能手杖的框图，图2为示出本发明的一个实施例的智能手杖的示意图。
29.参见图1及图2，本发明的一个实施例的智能手杖包括本体部110、惯性传感器单元120及控制部130。根据实施例，智能手杖还可以包括gps装置140、第一执行机构150及能量收集器160等。
30.本体部110为棒状，本体部110的一端与地表面接触，本体部的另一端与用于用户的手把部115结合。用户通过手把部115抓握智能手杖，可挥动智能手杖感测周边障碍物。
31.本体部110的长度可调节，可设计成可调节长度的多种形态。作为本体部110的一个实施例，可包括不同直径的圆筒形棒111至113，可以是直径相对小的圆筒形棒插入到直径相对大的圆筒形棒内部的状态。通过第一执行机构150能够调节插入程度，可通过插入程度调节本体部110的长度。作为又一实施例，可通过用户从直径大的圆筒形棒拽出直径小的圆筒形棒后旋转固定圆筒形棒的方式调节本体部110的长度。
32.惯性传感器单元120感测智能手杖的斜率，作为一个实施例，可生成地表面与智能手杖之间的角度值。并且惯性传感器单元120可感测本体部110对地表面或障碍物的冲击。作为惯性传感器单元120的一个实施例，可包括角速度传感器、加速度传感器、磁传感器等多种惯性传感器，可搭载于本体部110或手把部的内部。
33.控制部130根据惯性传感器单元120感测到的斜率及本体部110的冲击次数中至少一个，或根据用户的请求调节本体部110的长度，可搭载于手把部115。
34.手杖的长度与视觉障碍者的身高不匹配的情况下视觉障碍者会身体前倾，这会给视觉障碍者的腰部造成很大负担。并且视觉障碍者用手杖触碰地表面探测周边障碍物，因此手杖的一端磨损，随着不断使用手杖的长度变短，随着手杖的长度变短，视觉障碍者同样身体前倾。
35.根据本发明的一个实施例，视觉障碍者用户与自己身高相匹配地调节本体部110的长度或根据随着手杖变短而改变的智能手杖的斜率调节本体部110的长度的情况下，能够解决智能手杖的长度与用户的身高不匹配或智能手杖的长度变短而发生的不便。
36.作为控制部130的一个实施例，可根据惯性传感器单元120生成的角度值调节本体部110的长度，可以把增加或减小本体部110的长度的控制信号发送到调节本体部110的长度的第一执行机构150。
37.随着智能手杖的长度变短，地表面与智能手杖之间的角度值增大，因此控制部130在角度值为第一基准值以上的情况下，可增大本体部110的长度。第一基准值可以是设定成与用户的身高相匹配的值，可以是在智能手杖与地表面接触的状态下设定的值。
38.用户挥动着使用智能手杖期间角度值持续变化，因此控制部130可在感测到对地表面的本体部110的冲击的位置处的角度值为第一基准值以上的情况下增加本体部110的长度。可通过惯性传感器单元120感测对地表面的本体部110的冲击。
39.控制部130可根据第一基准值与角度值之差调节本体部110的长度，作为一例，可以与第一基准值和角度值之差成比例地增加本体部110的长度。即，第一基准值与角度值之差越大，则表明智能手杖变短的程度增大，因此本体部110增大的变位也增大。
40.或者，控制部130可统计本体部110的冲击次数，冲击次数为第一临界值以上的情况下，将本体部110的长度增加预设长度。本体部110越是受到冲击，摩擦导致本体部110的长度减小，因此控制部130在冲击次数为第一临界值以上的情况下，可判断本体部110的长度显著减短，从而将本体部110的长度增加预设长度。作为另一实施例，控制部130可在冲击次数为第一临界值以上的情况下，根据角度值调节本体部110的长度。
41.作为控制部130的一个实施例，智能手杖位于室外的情况下可统计本体部110的冲击次数并增加本体部110的长度，可利用gps装置140的gps信号的接收率判断智能手杖位于室外的情况。
42.控制部130在本体部110的长度增加预设长度的情况下重置统计的冲击次数，重置后冲击次数再次达到第一临界值以上的情况下将本体部110的长度增加预设长度。
43.另外，根据本发明的一个实施例，用户位于室内的情况下可自动缩小智能手杖的长度以进一步提高用户便利性。控制部130可在接收gps信号的gps装置140的gps信号的接收率为第二临界值以下的情况下判断为用户进入了室内并减小本体部110的长度。
44.但用户在室内也可能会使用手杖，因此根据本发明的一个实施例，当用户在室内不使用手杖的情况下缩小智能手杖的长度。用户在室内坐在椅子等的情况下不使用手杖，这种情况下可将手杖放在桌子上或者地上等，因此控制部130可在gps信号的接收率为第二临界值以下且角度值为第二基准值以下的情况下将本体部110的长度减小到第一目标长度。第一目标长度是用户可携带智能手杖的长度，可根据用户区别设置。
45.本体部110的长度减小到第一目标长度的状态下，用户在室内使用智能手杖移动的情况下，控制部130将本体部110的长度增加到比第一目标长度长的第二目标长度。即，控
制部130在gps信号的接收率为第二临界值以下且角度值大于第二基准值的情况下，将本体部110的长度增加到比第一目标长度长的第二目标长度。第二目标长度可以是用户进入室内之前的长度或比用户进入室内之前的长度略短的长度。
46.能量收集器160生成智能手杖用电能，可搭载于手把部115。根据实施例，可以以多种形态实现能量收集器160，可利用压电元件或利用电磁感应方式生成电能。
47.图3为用于说明本发明另一实施例的智能手杖的框图。
48.参见图3，本发明的一个实施例的智能手杖还可以包括无线通信部310及第二执行机构320，根据实施例，还可以包括障碍物感测传感器330、扬声器340、麦克风350、照度传感器360、发光元件370、usb端口380、压力传感器390、gps装置等。
49.无线通信部310通过wifi或蓝牙之类的近距离无线通信方式与移动终端300收发数据。作为一例，无线通信部310可从用户的移动终端300接收导航数据。导航数据可包括关于目的地、用户的当前位置、移动路径、用户的当前位置到移动方向变更的位置的距离等的信息。
50.此外，无线通信部310还可以将用户的目的地信息发送到移动终端300，或者向信号灯周边的视觉障碍者用音响信号生成器请求引导信息。并且无线通信部310将智能手杖的位置信息发送到移动终端300以辅助用户能够轻易找到智能手杖，相反可通过接收移动终端300的位置信息，辅助用户确认从智能手杖输出的移动终端300的位置信息以轻易地找到移动终端300。
51.控制部130可根据用户的当前位置到移动方向变更的位置处的距离调节由第二执行机构320生成的振动模式或根据移动方向调节振动模式。作为一例，振动图案可以是以预定周期振动的模式，振动周期可随着用户的当前位置到移动方向变更的位置处的距离接近而变短。生成振动的第二执行机构320可包含于手把部115。
52.照度传感器360感测智能手杖周边的照度，发光元件370根据感测到的照度发光。
53.障碍物感测传感器330感测智能手杖周边的障碍物，可以是超声波传感器、激光传感器等。可在感测到周边的障碍物时或根据智能手杖与障碍物之间的距离，由第二执行机构320生成振动或由扬声器340发出警报音。
54.并且为了使得用户步行过程中掉落智能手杖的情况下视觉障碍者用户容易找到智能手杖，可以由第二执行机构320生成振动或由扬声器340生成警报音。用户找到握住智能手杖的情况下，振动与警报音可中断，附着于手把部115的压力传感器390可感测用户的抓握。
55.usb端口380用于对智能手杖的电池充电。根据实施例，通过usb端口380，可以使得移动终端300的电池传输到智能手杖的电池或智能手杖的电池传输到移动终端300的电池。
56.麦克风350接收用户的语音并传输到控制部130。控制部130能够识别用户的语音并生成多种控制信号。作为一例，通过语音识别，无线通信部310把用户的目的地传输到移动终端300或向音响信号生成器请求引导信息。或者可通过语音识别增大或缩小本体部110的长度，可开/关发光元件370。并且可通过语音识别传输电池的电能，可通过扬声器340输出智能手杖的电池剩余电量。
57.图4至图6为用于说明本发明的一个实施例的能量收集装置的示意图，图4为示出利用电磁感应的能量收集装置的一般结构的示意图，图5及图6为示出本发明的一个实施例
的能量收集装置的示意图。
58.如图4所示，利用电磁感应的能量收集装置通常具有磁铁430能够在绕线有线圈420的框架410的贯通孔往复运动的结构。在此，为了生成更多电能，应使得线圈的绕线长度l2长，往复运动的磁铁430的移动位移l1大于线圈的绕线长度l2，磁铁的运动方向变化的位置431、432应位于线圈绕线的区域的外部。
59.并且磁铁被设计成主要通过从外部施加的外力运动，外力的大小可能因应用能量收集装置的产品或使用这种产品的用户而异，磁铁的移动位移也会不同。
60.因此，为了极大化在这种多种环境下生成的电能，需要根据用处、用户改变线圈的绕线长度，本发明着眼于这些提供一种能够调节线圈的绕线长度的能量收集装置。
61.根据本发明的一个实施例，为了调节线圈的绕线长度，利用能够在线圈绕线的框架的外周面移动的移动壁(movable wall)。根据本发明的一个实施例，可通过调节能够卷绕线圈的区域调节线圈的绕线长度，而且能够调节已绕线的线圈的长度。
62.本发明的一个实施例的利用电磁感应的能量收集装置可应用于鞋、智能手杖等需要收集能量的多种产品。
63.参见图5及图6，本发明的一个实施例的能量收集装置包括框架500、第一移动壁510、第二移动壁520及线圈(未图示)，根据实施例，还可以包括凸出部530。
64.框架500可以是形成有贯通孔的圆筒形，磁铁可移动到框架500的贯通孔。
65.第一移动壁510及第二移动壁520可构成为环形使得能够在外周面501上移动，并且以与框架500接触的状态移动。以与框架的外周面501相隔的状态移动的情况下，卷绕的线圈可从相隔的缝隙掉出来，因此优选的是第一移动壁510、第二移动壁520能够以接触于外周面501的状态移动。
66.第一移动壁510及第二移动壁520可通过由用户等施加的外力移动，第一移动壁510及第二移动壁520可以由橡胶材质之类的高弹性体构成使得在外周面501上移动后能够固定。或者根据实施例，可另外利用固定第一移动壁510及第二移动壁520的固定部。
67.线圈在第一移动壁510及第二移动壁520之间绕线于框架500的外周面501。因此，根据本发明的一个实施例，可根据第一移动壁510及第二移动壁520的相隔距离调节线圈的绕线长度。
68.第一移动壁510及第二移动壁520从图5的位置移动到图6的位置的情况下，第一移动壁510及第二移动壁520之间的相隔距离变长，因此线圈的绕线长度也变长。例如，利用本发明的一个实施例的能量收集装置的产品为智能手杖且这种智能手杖的用户为男性的情况下，磁铁的移动位移可能会大。在这种使用环境下，即使增大线圈的绕线长度，磁铁的移动位移也可大于线圈的绕线长度，由于线圈的绕线长度增大的情况下发电量增加，因此可以如图6增加第一移动壁510及第二移动壁520之间的相隔距离以增大线圈的绕线长度，以此增大发电量。
69.相反，第一移动壁510及第二移动壁520在图6的位置移动到图5的位置的情况下，第一移动壁510及第二移动壁520之间的相隔距离缩短，因此线圈的绕线长度也缩短。例如，利用本发明的一个实施例的能量收集装置的产品为智能手杖且这种智能手杖的用户为女性的情况下，磁铁的移动位移可相对较小。这种使用环境下增大线圈的绕线长度的情况下磁铁的移动位移可变得小于线圈的绕线长度，因此可以如图5减小第一移动壁510及第二移
动壁520之间的相隔距离以减小线圈的绕线长度，以此增大发电量。
70.另外，本发明的一个实施例的能量收集装置还可以包括固定第一移动壁510及第二移动壁520的固定部，可利用o型环(o
‑
ring)或凸出部530作为固定部。
71.橡胶材质的o型环可与移动壁510、520结合，可位于移动壁510、520与外周面501之间。为了使得o型环能够固定于移动壁510、520，移动壁510、520可形成有槽，o型环可插入到移动壁510、520的槽与移动壁510、520结合。通过这种o型环，移动壁510、520能够以更紧贴于框架500的状态固定。
72.凸出部530从框架500的外周面501凸出形成，可分别相隔预设间隔配置。凸出部530也可以由环形形成，根据实施例，还可以将凸出部530确定为其他形状或配置间隔等。即使卷绕线圈，通过凸出部530仍能够防止第一移动壁510及第二移动壁520之间的距离增大，第一移动壁510及第二移动壁520能够保持固定状态。
73.并且本发明的一个实施例的能量收集装置还可以包括环形的固定壁(fixe d wall)，固定壁为了防止第一移动壁510及第二移动壁520随着第一移动壁510及第二移动壁520的移动从框架500分离而固定于外周面501上，防止框架500与第一移动壁510及第二移动壁520分离。固定壁可配置于框架500的一端及另一端。
74.如上，根据本发明的一个实施例，可通过调节移动壁之间的距离调节线圈的绕线长度，因此可通过根据能量收集装置的用户、用处调节线圈的绕线长度以增加能量收集装置的发电量。
75.图7为用于说明本发明另一实施例的利用电磁感应的能量收集装置的示意图。
76.参见图7，本发明的一个实施例的能量收集装置还可以包括框架、移动壁510、520、线圈、棒741、742、螺母751、752及弹簧(未图示)。棒及螺母的个数可根据实施例而异。
77.棒741、742形成有螺纹且与形成于第一移动壁510及第二移动壁520的贯通孔结合。为了防止棒741、742与第一移动壁510及第二移动壁520分离，棒741、742的一端的直径可大于第一移动壁510及第二移动壁520的贯通孔的直径。
78.螺母751、752结合于棒741、742，弹簧套设于框架500位于第一移动壁510及第二移动壁520之间。弹簧在第一移动壁510及第二移动壁520之间向反方向推第一移动壁510及第二移动壁520。
79.可随着螺母751、752的旋转方向调节第一移动壁510及第二移动壁520之间的相隔距离。例如向顺时针方向旋转螺母751、752的情况下，第一移动壁510及第二移动壁520之间的相隔距离可减小，向逆时针方向旋转螺母751、752的情况下，第一移动壁510及第二移动壁520被弹簧推挤，从而第一移动壁510及第二移动壁520之间的相隔距离可增大。
80.根据本发明的一个实施例，通过调节第一移动壁510及第二移动壁520之间的相隔距离，线圈绕线于第一移动壁510及第二移动壁520之间后也能够调节线圈的绕线长度。通常线圈少则绕线数十回，多则绕线数千回，因此相对多的线圈绕线于中心部，相对少量的线圈绕线于周边部，线圈绕线的状态下第一移动壁及第二移动壁之间的相隔距离减小的情况下，线圈向中心部聚集，从而线圈的绕线长度可缩短。并且线圈绕线的状态下第一移动壁及第二移动壁之间的相隔距离增大的情况下，线圈向周边部散开，从而线圈的绕线长度可增大。
81.根据如上本发明的一个实施例，线圈绕线的状态下也能够轻易地调节线圈的绕线
长度。
82.图8为用于说明本发明又一实施例的利用电磁感应的能量收集装置的示意图。
83.参见图8，本发明的一个实施例的能量收集装置包括框架500、固定壁761、762、移动壁510及线圈(未图示)。不同于上述实施例，图8的实施例利用一个移动壁。
84.固定壁761、762固定于框架的外周面上，可形成于框架500的一端及另一端。固定壁761、762可形成为从框架500延伸的形态，可以是对应于圆筒形的框架500的环形。
85.移动壁510以接触于框架的外周面501的状态在外周面501上移动，可以是环形。
86.线圈在位于框架500的一端及另一端的固定壁761、762中一个与移动壁510之间绕线于框架的外周面501。
87.根据实施例，还可以包括上述固定部、棒、螺母及弹簧。在此，棒结合在位于一端及另一端的固定壁761、762中一个与移动壁的贯通孔，弹簧在结合有棒的固定壁与移动壁之间向离开固定壁的方向推挤移动壁。
88.如上所述，本发明通过具体的构成要素等特定事项与限定的实施例及附图进行了说明，但是其目的仅在于帮助全面理解，本发明并非限定于上述实施例，本发明所属领域的普通技术人员可根据以上记载做多种修改及变更。因此，本发明的思想不得限定在说明的实施例，包括技术方案范围及与该技术方案范围等同或有等价变换的所有方案也应属于本发明思想范围。