本公开涉及箱包应用，具体为一种基于静电阻尼作用的变刚度能量收集背包系统。
背景技术：
：：1、背包，作为一种便携式储物装置，在人们的日常生活中带来诸多便利。然而，传统背包都有一个共性的问题，即背包会随着人体走路或跑步等运动一起耦合浮动，这会带来额外的无用功，消耗人体能量和积累背负疲劳。同时，野外活动如科考探险、远足旅行、军事训练和消防救援等中，对便携式可穿戴设备的持续供能也是一种技术挑战。传统电源如电池等，存在固有的不足，如有限的容量和寿命、需要频繁的充电和充电源、回收利用困难等。因此，探索一种能够解耦背包与人体耦合运动的悬挂机构如弹性带系统，使其两者间产生相对滑动，以减小负载振动幅度，达到减振省力的效果；同时利用背包与人体间的相对运动驱动电能收集模块以进行人体运动能量收集，具有较大的现实应用与科学研究意义。2、人体运动能量是一种可持续、绿色的能量源，如走路、跑步、屈膝等，将其作为能量源，利用电能收集模块将机械能转化为电能以供能电子器件，构建自供能电源系统，对野外的电源持续供给具有重要意义。当前，一种纳米摩擦发电机(triboelectricnanogenerator,简称teng)技术的研究正在兴起，它是利用摩擦发电和静电感应耦合效应来进行机械能收集，同时非常适合低频能量如人体运动能量的收集，且能量收集效率较电磁、压电等技术较高。另一方面，静电吸附是一种常见的物理现象，利用的是高压静电场中正负电荷的吸引作用来实现对物体的吸附与运动阻滞作用；而teng能够天然地输出高压静电场，可基于此实现静电吸附，产生静电阻尼作用。因此，若能基于teng技术既可实现人体运动能量收集以产生持续电能，也可利用其高压静电场，产生静电阻尼作用，用以调节背包与人体之间的相对运动，从而实现在不同的步频、步速、步幅等条件下最大程度的减振省力。3、当前典型的融合teng技术的背包系统，如2013年国际期刊《acs nano》第7卷第12期第11317-11324页[1]中报道了一种放置于肩部带有菱形栅格式发电单元的背包系统，其利用teng技术收集人体运动机械能和多层菱形栅格式结构来增加发电面积以提高输出电能；2017年国际期刊《journal ofmaterials chemistry c》第5卷第6期第1488-1493页[2]中报道了一种放置于腰部来收集人体行走、跑步和腰弯曲等机械能的背包系统，其利用表面处理技术制造表面具有非规则结构的摩擦材料，以提高teng接触摩擦的面积，并以此增加输出电能；另外，本技术人的课题组在2021年国际期刊《acs nano》第15卷第2期第2611-2623页[3]报道了一种基于teng技术的悬挂式能量收集背包系统，其利用悬挂系统实现减振省力和teng技术收集人体运动能量，同时申请了一项关于teng技术的背包系统国家发明专利(zl201910573414.6)[4]。然而，这几种基于teng技术的背包系统存在以不足：第一，前两种背包技术并没有减振省力功能，无消减疲劳作用；第二，前两种背包结构并不是实际意义上的背包系统，它们仅仅是构造了一个基于teng技术的发电模块并将其贴附在一个实际背包上，因此集成度不够，实用性不强。第三，本技术人课题组先前的背包系统，虽然实现了减振省力和人体运动能量收集，但其悬挂系统中的弹性体刚度调节机构操作困难、直线滑轨机构设计复杂实用性不强，因过度使用亚克力板等材料导致整体结构笨重，增加佩戴负担；同时初代背包系统并没有集成实现静电吸附结构，因此无静电阻尼作用，无法细化调节背包与人体间的相对运动。4、现有技术：5、[1]weiqing yang,jun chen,guang zhu,jin yang,peng bai,yuanjie su,qingsheng jing,xia cao,zhong lin wang.harvesting energy from the naturalvibration of human walking[j].acs nano,2013,7(12):11317-11324.https://doi.org/10.1021/nn405175z6、[2]arunkumar chandrasekhar,nagamalleswara rao alluri,venkateswaranvivekananthan,yuvasree purusothaman,sang-jae kim.a sustainable freestandingbiomechanical energy harvesting smart backpack as a portable-wearable powersource[j].journal of materials chemistry c,2017,5(6):1488-1493.https://doi.org/10.1039/c6tc05282g7、[3]ze yang,yiyong yang,fan liu,zhaozheng wang,yinbo li,jiahao qiu,xuan xiao,zhiwei li,yijia lu,linhong ji,zhong lin wang,jia cheng.powerbackpack for energy harvesting and reduced load impact[j].acs nano,2021,15(2):2611-2623.https://doi.org/10.1021/acsnano.0c074988、[4]程嘉,杨泽,季林红,路益嘉,李银波.一种基于摩擦生电的能量收集与减负背包[p].北京市:cn110269379b,2021-06-04.https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v＝kxaums6x7-4i2jr5wtdxti3zq9f92xu0jpyz-6femr80tpiux9y4vqcnvsrajxfmz1ks88kuful7errdukqwr6ald9xbryrm&uniplatform＝nzkpt技术实现思路1、本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。2、为此，本公开提供的一种基于静电阻尼作用的变刚度能量收集背包系统，本背包系统基于静电阻尼技术，既能够实现更轻型的减振省力，且能够实现背包减振系统的刚度调节。3、为实现上述目的，本公开采用如下技术方案：4、本公开提供的一种基于静电阻尼作用的变刚度能量收集背包系统，包括背包本体、具有中空层的背带、固接于所述背带的中空层的弹性带、以及设置于所述背包本体和所述背带之间的自供电变刚度装置；5、所述弹性带，其一端固接于所述背带的中空层内，另一端固接于背包本体；6、所述自供电变刚度装置，包括摩擦供电单元、静电吸附单元和电路管理单元，所述摩擦供电单元和所述静电吸附单元均具有定子和动子，所述摩擦供电单元的定子和所述静电吸附单元的定子通过第一连接件连接并与所述背带共同构成所述变刚度能量收集背包系统的定子部分，所述摩擦供电单元的动子和所述静电吸附单元的动子通过第二连接件连接并与所述背包本体共同构成所述变刚度能量收集背包系统的动子部分；所述摩擦供电单元基于摩擦生电原理将所述弹性带存储的动能转换为电能驱动所述静电吸附单元，通过所述电路管理单元调节后提供电能给所述静电吸附单元，所述静电吸附单元基于静电吸附作用改变所述变刚度能量收集背包系统的弹性刚度，通过增加所述背包本体与所述背带之间的滑动阻尼力，实现静电阻尼作用。7、在一些实施例中，所述背带采用无弹性的材料制成，所述弹性带的大部分位于所述背带的中空层内，所述弹性带的少部分置于所述背带外。8、在一些实施例中，所述变刚度能量收集背包系统的初始弹性刚度与所述弹性带的长度呈正相关。9、在一些实施例中，所述摩擦供电单元相对于所述静电吸附单元更靠近所述背带设置，所述摩擦供电单元采用对称型独立摩擦层式纳米摩擦发电机结构，包括动子和对称设置于所述动子两侧的定子，所述摩擦供电单元的动子包括驱动板，在所述驱动板面向所述定子的两侧分别固定设有摩擦层二；所述摩擦供电单元的定子包括依次叠设的第一电极基板、第一电极和摩擦层一，且所述摩擦层一相较于所述第一电极基板更靠近所述摩擦供电单元的动子设置，所述第一电极基板的尺寸应覆盖所述驱动板的运动范围。10、在一些实施例中，设置在所述第一电极基板上的所述第一电极呈格栅形式布设，所述驱动板面向所述定子的两侧设有相同的栅格式凸起结构，所述凸起结构与所述第一电极的格栅形式的布设方式保持一致。11、在一些实施例中，位于所述驱动板两侧的所述第一电极基板、所述第一电极和所述摩擦层一通过所述第一连接件组成一个整体固定于所述背带面向所述背包本体的一面；所述驱动板和所述摩擦层二通过所述第二连接件与所述静电吸附单元内的动子共同连接于所述背包本体。12、在一些实施例中，所述第一连接件和所述第二连接件均为具有镂空结构的条形板，所述第一连接件连接在所述摩擦供电单元的动子与所述静电吸附单元的动子上下侧之间，所述第二连接件连接于所述摩擦供电单元的动子与所述静电吸附单元的动子左右侧之间。13、在一些实施例中，所述静电吸附单元相对于所述摩擦供电单元更靠近所述背包本体设置，所述静电吸附单元包括沿所述背带至所述背包本体方向依次设置的缓冲层、第二电极基板、第二电极、第一介电层、第二介电层、第三电极和第三电极基板，所述缓冲层、第二电极基板、第二电极和第一介电层构成所述静电吸附单元的定子，所述第二介电层、第三电极和第三电极基板构成所述静电吸附单元的动子，所述第一介电层的尺寸应完全覆盖所述第二电极，所述第二介电层的尺寸应完全覆盖所述第三电极，且所述第二电极的尺寸应完全覆盖所述第三电极的运动范围。14、在一些实施例中，所述电路电路管理单元设有两个，所述摩擦供电单元具有两个交流输出端，第一电路管理单元连接在所述摩擦供电单元的第一交流输出端与所述静电吸附单元的所述第二电极和所述第三电极的其中一个电极之间，第二电路管理单元连接在所述摩擦供电单元的第二交流输出端与所述静电吸附单元的所述第二电极和所述第三电极的另一个电极之间，所述电路电路管理单元包括相连接的升压整流电路和开关。15、在一些实施例中，所述升压整流电路包括由至少两个二极管和与之相同数量的电容连接构成的主电路，以及并联于所述主电路输入端和输出端之间的稳压二极管；各二极管依次首尾串联连接，各电容交错串联于相应的两个二极管之间。16、本公开具有如下有益效果：17、本发明创新性地提出了一种基于静电阻尼作用的变刚度能量收集背包系统，采用静电阻尼技术实现背包系统的能量收集和整体刚度调节功能。该背包采用分离式组装设计，使背包本体和背负结构可以分离携带，主要功能实现模块包括摩擦发电单元和静电吸附单元，使背包能够减轻背负重物对人体的冲击作用，实现缓震效果。同时，利用人体与背包间的相对滑动驱动摩擦发电单元进行人体运动能量收集。摩擦供电单元产生的电能通过电路管理单元传递给静电吸附单元，静电吸附单元接收电能后产生静电吸附力，减小背包本体所产生的振动幅值，实现背包系统整体刚度的调节功能。当前第1页12当前第1页12