本發(fā)明涉及一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，屬于智慧交通。
背景技術(shù)：
1、隨著當(dāng)前汽車保有量的快速增長，城市交通擁堵與道路通行率低等問題日益凸顯，傳統(tǒng)的交通管理方式通過視頻監(jiān)控、地感線圈等技術(shù)實(shí)現(xiàn)，其存在的外部電源依賴、部署維護(hù)成本高、靜態(tài)交通流量調(diào)節(jié)等固有缺陷，已無法適應(yīng)智慧城市建設(shè)對清潔可持續(xù)能源的需求及智慧交通系統(tǒng)實(shí)時動態(tài)調(diào)控的功能要求。智慧交通的快速發(fā)展也促進(jìn)了一系列交通基礎(chǔ)設(shè)施的智能化研究與開發(fā)，減速帶作為布設(shè)廣泛且直接與車輛相互作用的交通基礎(chǔ)設(shè)施，對其進(jìn)行集成化、智能化設(shè)計開發(fā)可以廣泛應(yīng)用在智慧交通和智慧城市的建設(shè)中。
2、智能減速帶是通過在減速帶內(nèi)部集成不同的裝置，從而實(shí)現(xiàn)能量收集、參數(shù)檢測、高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)等不同功能以適應(yīng)交通設(shè)施智能化、集成化需求?，F(xiàn)有的智能減速帶設(shè)計普遍具備能量俘獲或參數(shù)檢測的單一功能，且俘能裝置的能量收集效率低，參數(shù)檢測裝置受限于外部電源的持續(xù)供電，沒有實(shí)現(xiàn)由俘能到傳感的協(xié)同設(shè)計與系統(tǒng)完整功能實(shí)現(xiàn)。而對于高度自適應(yīng)調(diào)節(jié)的智能減速帶而言，其高度調(diào)節(jié)依賴復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)且需要外部實(shí)時供電，滿足了一定的功能需求也帶來了相應(yīng)的維護(hù)與供能成本。
3、摩擦納米發(fā)電機(jī)作為一種新型能量俘獲與信號傳感技術(shù)，在低頻無序的環(huán)境下可以實(shí)現(xiàn)高效的能量收集，同時其具備的高傳感精度與信噪比可以實(shí)現(xiàn)自驅(qū)動傳感。將摩擦納米發(fā)電機(jī)通過集成化設(shè)計，可以廣泛應(yīng)用于智慧交通系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境機(jī)械能高效收集與自供電信號傳感。
4、鑒于上述缺陷，創(chuàng)設(shè)一種能量收集效率高、功能集成化設(shè)計、可實(shí)現(xiàn)交通車流量實(shí)時自供電傳感檢測的智能減速帶是至關(guān)重要的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決現(xiàn)有交通流量檢測基礎(chǔ)設(shè)施在能量收集效率、功能整合度、部署與維護(hù)成本方面存在顯著不足的實(shí)際問題，本發(fā)明公開了一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶。
2、本發(fā)明所采用的方案是：
3、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，該智能減速帶由大齒輪i、大齒輪定位軸、中心定位軸、中間齒輪、齒條i、側(cè)板齒輪i、側(cè)板定位軸i、大齒輪ii、小齒輪固定軸ii、單向軸承ii、彈簧、齒條架、減速帶殼體、連接塊、海綿、發(fā)電單元、側(cè)板定位軸ii、側(cè)板齒輪ii、側(cè)板、齒條ii、殼體、單向軸承i、小齒輪固定軸i、小齒輪ii、小齒輪i、底板組成，其中，大齒輪i、大齒輪、中間齒輪、齒條i、側(cè)板齒輪i、大齒輪ii、齒條ii、小齒輪ii、小齒輪i共同構(gòu)成雙向傳動機(jī)構(gòu)，并通過軸孔配合的方式固定在底板上，由殼體實(shí)現(xiàn)定位約束，齒條架受到外界激勵產(chǎn)生線性運(yùn)動從而驅(qū)動齒輪傳動部件互相嚙合運(yùn)動，齒輪傳動部件的運(yùn)動最后傳遞到發(fā)電單元。
4、所述雙向傳動結(jié)構(gòu)中，齒條架的齒條與側(cè)板齒輪i、側(cè)板齒輪ii嚙合提供驅(qū)動力，側(cè)板齒輪i與齒條i嚙合，側(cè)板齒輪ii與齒條ii嚙合提供驅(qū)動力，齒條i與大齒輪i嚙合，大齒輪i與小齒輪i嚙合，最后由小齒輪i與小齒輪固定軸i通過軸孔配合相連接，大齒輪ii與小齒輪固定軸i通過單向軸承1連接進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，中間齒輪與大齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，中間齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動與其連接的發(fā)電單元運(yùn)動。
5、所述齒條i和齒條ii具有垂直、水平兩個方向的齒條設(shè)計，齒條i與齒條ii在底板兩側(cè)相反布置，垂直齒條與側(cè)板齒輪i、側(cè)板齒輪ii嚙合，水平齒條與大齒輪i嚙合；齒條架的齒條安裝在殼體上，側(cè)板齒輪i通過側(cè)板定位軸i與殼體側(cè)板定位孔i和側(cè)板定位孔的軸孔配合實(shí)現(xiàn)固定，側(cè)板齒輪ii也按照相同的方式實(shí)現(xiàn)固定，側(cè)板通過膠粘或焊接的方式與底板進(jìn)行連接安裝，大齒輪i通過大齒輪固定軸安裝在底板上，小齒輪i通過小齒輪固定軸i安裝在底板上。
6、所述齒條架通過安裝在殼體上的彈簧提供復(fù)位彈性力；大齒輪i、小齒輪i、大齒輪ii通過對應(yīng)的定位凹槽安裝在殼體中。
7、所述兩個相同大齒輪i、小齒輪i在底板上關(guān)于中心孔中心對稱布置，構(gòu)成第一層齒輪傳動部件；兩個大齒輪ii和中間齒輪相互嚙合構(gòu)成第二層齒輪傳動部件。
8、所述第二層齒輪傳動部件的大齒輪ii分別與單向軸承i和單向軸承ii配合，單向軸承i和單向軸承ii布置方向相同；中間齒輪與大齒輪ii嚙合實(shí)現(xiàn)單向轉(zhuǎn)動，發(fā)電單元通過中心定位軸與中間齒輪同步轉(zhuǎn)動。
9、所述發(fā)電單元通過海綿、連接塊與齒條架通過膠粘的方式固定；發(fā)電單元的旋轉(zhuǎn)發(fā)電單元與中心定位軸固定同步旋轉(zhuǎn)，直線發(fā)電單元上層與直線發(fā)電單元下層通過直線發(fā)電單元連接塊連接成整體進(jìn)行直線運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)發(fā)電單元上下表面依次貼有海綿、金屬薄膜(本具體實(shí)施例中選用銅箔)、高分子薄膜(本具體實(shí)施例選用尼龍薄膜)作為摩擦納米發(fā)電機(jī)的電極與摩擦材料，直線發(fā)電單元上層的內(nèi)側(cè)，直線發(fā)電單元下層的內(nèi)層依次貼有緩沖海綿、金屬薄膜(本具體實(shí)施例中選用銅箔)、高分子薄膜(本具體實(shí)施例選用氟化乙烯丙烯共聚物(fep)薄膜)作為電極與摩擦材料，旋轉(zhuǎn)發(fā)電單元的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線發(fā)電單元的垂直線性運(yùn)動構(gòu)成了接觸-滑動-分離運(yùn)動模式的摩擦納米發(fā)電機(jī)，提高了輸出性能。
10、所述的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶具有雙向傳動的功能，摩擦納米發(fā)電機(jī)是在雙向傳動結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了接觸-滑動-分離的運(yùn)動模式，將汽車通過減速帶產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，通過電能驅(qū)動紅外led燈，通過接收紅外led燈的信號實(shí)現(xiàn)對車流量的檢測，結(jié)合后端強(qiáng)化學(xué)習(xí)的深度q網(wǎng)絡(luò)(dqn)模型優(yōu)化交通信號燈配時實(shí)現(xiàn)交通車流量調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了摩擦納米發(fā)電機(jī)能量俘獲與信號傳感的雙功能。
11、本發(fā)明的有益效果：
12、本發(fā)明提出的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其通過齒輪齒條的相互嚙合構(gòu)成雙向傳動機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高效的動力傳遞，在雙向傳動機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上開發(fā)了接觸-滑動-分離模式的摩擦納米發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)高效的能量收集，大大提升了智能減速帶的能量俘獲效率與自供電傳感能力，在智慧交通、智慧城市的建設(shè)中具有良好的應(yīng)用前景。
1.一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其特征在于，該自供能智能減速帶由大齒輪i(1)、大齒輪固定軸(2)、中心定位軸(3)、中間齒輪(4)、齒條i(5)、側(cè)板齒輪i(6)、側(cè)板定位軸i(7)、大齒輪ii(8)、小齒輪固定軸ii(9)、單向軸承ii(10)、彈簧(11)、齒條架(12)、減速帶殼體(13)、連接塊(14)、海綿(15)、發(fā)電單元(16)、側(cè)板定位軸ii(17)、側(cè)板齒輪ii(18)、側(cè)板(19)、齒條ii(20)、殼體(21)、單向軸承i(22)、小齒輪固定軸i(23)、小齒輪ii(24)、小齒輪i(25)、底板(26)組成，其中，大齒輪i(1)、中間齒輪(4)、齒條i(5)、側(cè)板齒輪i(6)、大齒輪ii(8)、齒條ii(20)、小齒輪ii(24)、小齒輪i(25)共同構(gòu)成雙向傳動機(jī)構(gòu)，并通過軸孔配合的方式固定在底板(26)上，由殼體(21)實(shí)現(xiàn)定位約束，齒條架(12)受到外界激勵產(chǎn)生線性運(yùn)動從而驅(qū)動齒輪傳動部件互相嚙合運(yùn)動，齒輪傳動部件的運(yùn)動最后傳遞到發(fā)電單元(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其特征在于，所述雙向傳動結(jié)構(gòu)中，齒條架(12)的齒條與側(cè)板齒輪i(6)、側(cè)板齒輪ii(18)嚙合提供驅(qū)動力，側(cè)板齒輪i(6)與齒條i(5)嚙合，側(cè)板齒輪ii(18)與齒條ii(20)嚙合提供驅(qū)動力，齒條i(5)與大齒輪i(1)嚙合，大齒輪i(1)與小齒輪i(25)嚙合，最后由小齒輪i(25)與小齒輪固定軸i(23)通過軸孔配合相連接，大齒輪ii(8)與小齒輪固定軸i(23)通過單向軸承i(22)連接進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，中間齒輪(4)與大齒輪固定軸(2)嚙合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動，中間齒輪(4)的旋轉(zhuǎn)帶動與其連接的發(fā)電單元運(yùn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其特征在于，所述齒條i(5)和齒條ii(20)具有垂直、水平兩個方向的齒條設(shè)計，齒條i(5)與齒條ii(20)在底板(26)兩側(cè)相反布置，垂直齒條與側(cè)板齒輪i(6)、側(cè)板齒輪ii(20)嚙合，水平齒條與大齒輪i(1)嚙合；齒條架(12)的齒條安裝在殼體(21)上，側(cè)板齒輪i(6)通過側(cè)板定位軸i(7)與殼體側(cè)板定位孔i(21-2)和側(cè)板定位孔(19-1)的軸孔配合實(shí)現(xiàn)固定，側(cè)板齒輪ii(18)也按照相同的方式實(shí)現(xiàn)固定，側(cè)板(19)通過膠粘或焊接的方式與底板(26)進(jìn)行連接安裝，大齒輪i(1)通過大齒輪固定軸(2)安裝在底板(26)上，小齒輪i(25)通過小齒輪固定軸i(23)安裝在底板(26)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3中所述的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其特征在于，所述齒條架(12)通過安裝在殼體(21)上的彈簧(11)提供復(fù)位彈性力；大齒輪i(1)、小齒輪i(25)、大齒輪ii(8)通過對應(yīng)的定位凹槽安裝在殼體(21)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其特征在于，所述兩個相同大齒輪i(1)、小齒輪i(25)在底板(26)上關(guān)于中心孔(26-3)中心對稱布置，構(gòu)成第一層齒輪傳動部件；兩個相同的大齒輪ii(8)和中間齒輪(4)相互嚙合構(gòu)成第二層齒輪傳動部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其特征在于，所述第二層齒輪傳動部件的大齒輪ii(8)分別與單向軸承i(22)和單向軸承ii(10)配合，單向軸承i(22)和單向軸承ii(10)布置方向相同；中間齒輪(4)與大齒輪ii(8)嚙合實(shí)現(xiàn)單向轉(zhuǎn)動，發(fā)電單元(16)通過中心定位軸(3)與中間齒輪(4)同步轉(zhuǎn)動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其特征在于，所述發(fā)電單元(16)通過海綿(15)、連接塊(14)與齒條架(12)通過膠粘的方式固定；發(fā)電單元(16)的旋轉(zhuǎn)發(fā)電單元(16-3)與中心定位軸(3)固定同步旋轉(zhuǎn)，直線發(fā)電單元上層(16-2)與直線發(fā)電單元下層(16-4)通過直線發(fā)電單元連接塊(16-1)連接成整體進(jìn)行直線運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)發(fā)電單元(16-3)上下表面依次貼有海綿、金屬薄膜電極、高分子薄膜作為摩擦納米發(fā)電機(jī)的電極與摩擦材料，直線發(fā)電單元上層(16-2)的內(nèi)側(cè)，直線發(fā)電單元下層(16-4)的內(nèi)層依次貼有緩沖海綿、金屬薄膜電極、高分子薄膜作為電極與摩擦材料，旋轉(zhuǎn)發(fā)電單元(16-3)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動與直線發(fā)電單元的垂直線性運(yùn)動構(gòu)成了接觸-滑動-分離運(yùn)動模式的摩擦納米發(fā)電機(jī)，提高了輸出性能。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于多功能摩擦納米發(fā)電機(jī)的自供能智能減速帶，其特征在于，摩擦納米發(fā)電機(jī)是在雙向傳動結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了接觸-滑動-分離的運(yùn)動模式，將汽車通過減速帶產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能輸出，通過電能驅(qū)動紅外led燈，通過接收紅外led燈的信號實(shí)現(xiàn)對車流量的檢測，結(jié)合后端強(qiáng)化學(xué)習(xí)的深度q網(wǎng)絡(luò)(dqn)模型優(yōu)化交通信號燈配時實(shí)現(xiàn)交通車流量調(diào)控，實(shí)現(xiàn)了摩擦納米發(fā)電機(jī)能量俘獲與信號傳感的雙功能。