[发明专利]一种水下仿生侧线触觉传感器

说明书

本发明提供了一种水下仿生侧线触觉传感器，属于水下机器人技术领域，通过胶质囊和补偿器内部充满磁性液，实现内外压的平衡，周围流场压力信号的波动作用在胶质囊上会短暂打破平衡，引起磁性液体在电感管中产生微弱电流，利用多个感知器组成的阵列进行环境信号的测量，实现对环境的感知。本发明的有益效果为：根据鱼类侧线神经丘原理，采用压力补偿的方法实现了传感器能够适应在不同环境压力，始终能够保持良好的动态压力测量精度；利用磁流体发电方法将流场环境压力波动信号转换成了电信号，从而能够实现对流场环境变化的感知，有助于AUV等水下航行器实时的调整动力分配和运动姿态，提高其环境自适应能力。

技术领域

本发明涉及水下机器人技术领域，尤其涉及一种水下仿生侧线触觉传感器。

背景技术

水下机器人是一种用于水下勘测、作业的特种机器人，在海洋资源开发和军事应用上越来越广泛，其中微型化AUV由于具有体积小、成本低、易于隐蔽等优点逐渐受到关注，但微型化AUV也引入了易受复杂流场环境干扰，以及能源携带量较低的问题。为解决上述问题，首先便需要对流场环境进行感知和评估，以此作为调整AUV自适应姿态的依据。生物学领域的研究发现，鱼类具有一种侧线系统的触觉感知器官，由表神经丘和管神经丘组成，当鱼类和周围水流发生相互运动时，水流的流速和水压会引起纤毛下的感知神经产生信号，以此来进行同类间的交互、猎物追踪、地图定位、机动避障、目标识别等功能。

流场信号测量最直观的是通过压力传感器对环境压力进行测量，目前的压力传感器主要采用电容式、压电材料等原理，测量的也主要为静压力，因此在水下环境感知方面存在很大的局限性，例如在量程方面，由于AUV的作业深度通常是一个很大的范围区间，所以传感器的量程往往很大，这就使其测量精度受到限制，无法对流场的微弱波动进行感知；高精度的压力传感器又无法适应大深度的水下环境。因此，研发一种能够适应大水深环境，又能够实时捕捉流场波动信号的仿生触觉传感器，对于提高AUV的环境感知能力具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种水下仿生侧线触觉传感器，根据鱼类侧线神经丘原理，采用压力补偿的方法实现了传感器内外压力的平衡，能够适应在不同环境压力，并且始终能够保持较高的动态压力测量精度；利用磁流体发电方法将流场环境压力波动信号转换成了电信号，从而能够实现对流场环境变化的感知，有助于AUV等水下航行器实时的调整动力分配和运动姿态，提高其环境自适应能力。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种水下仿生侧线触觉传感器，其特征在于，包括胶质囊、集液器、补偿器、电感管、信号采集器、信号放大器、信号滤波器和信号处理器，所述的胶质囊为柔性材料，包括囊体和密封缘，囊体为半球形结构，边缘处为O形密封缘，胶质囊通过上压盖固定在固定台上；所述的上压盖为“凸”字形结构，下表面边缘处设有密封槽一和固定孔，上表面上均匀分布有过滤孔，所述的固定台为“凹”字形结构，边缘处设有与固定孔相匹配的螺纹孔和密封槽二，所述的密封槽一与密封槽二配合而成的凹槽与密封缘的规格尺寸相匹配，固定台的底面上设有进液口和出液口，所述的胶质囊、上压盖和固定台组成的感知器空间内充有磁性液体；所述的电感管分为内管和外管，内管外壁面上设有螺旋线的导线槽，槽内缠绕着导线；所述的外管为非磁性屏蔽材料，侧壁面的两端设有通孔，导线的两端穿过通孔与信号采集器的输入端相连接；所述的信号采集器的输出端依次通过信号放大器和信号滤波器后进入信号处理器；所述的内管两端为密封连接头，其中一端与出液口配合密封连接，另一端通过单向阀二与集液器的进液口密封连接；所述的集液器为空心腔体，上表面设有多组出液口和进液口，每组对应一个胶质囊形成的感知器，出液口通过单向阀一和连通管，与固定台上的进液口相密封连接；下表面与背板之间设有密封圈，背板的中心处设有密封槽三和锁紧孔；所述的补偿器的结构与胶质囊相同，体积大于胶质囊，边缘处的密封缘与密封槽相匹配，并通过下压盖与锁紧孔固定在背板上。

作为本方案的优选实施例，所述的胶质囊为硅胶、氟橡胶中的一种，采用模具压制而成，囊体部分的厚度为0.1-0.2mm，密封缘的尺寸根据O形密封圈标准制作。