申请/专利权人：天津瀚海蓝帆海洋科技有限公司

申请日：2017-12-12

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN107782373B

主分类号：G01D21/02

分类号：G01D21/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2018.04.03#实质审查的生效;2018.03.09#公开

摘要：本发明提供了一种新型仿生侧线传感器，应用目标定位为水下机器人。主要功能为协助水下机器人进行流体环境的感知，包括对流体速度、加速度、波动频率的感知，通过提取传感器检测得到的信息水下机器人可以自主的进行运行姿态的调整。传感器的仿生原理基于鱼类的侧线感知器官，在水下机器人运作过程中，垂直于仿生纤毛方向上的水流的冲击作用将力传递到受力杆上，然后进一步引起应变梁发生形变，应变梁上的检测元件金属箔式应变片检测应变梁的变形量，转化成电压信号传递出去，最终能够得到流体变化与电压信号变化的对应关系，因而可以通过提取电压的反馈信号判别水下机器人周围的流体状态。

主权项：1.一种新型仿生侧线传感器，包括外壳4、夹具一5、夹具二6、固定座8、PU管插头9、PU管固定套10、PU管11和导线12，其特征在于，还包括仿生纤毛1、受力杆2、压板3、应变梁7和应变片13，所述的仿生纤毛1的材质为柔性材料，为“凸”字形结构，上凸部分的端面为半球形结构，另一端的固定边通过压板3与外壳4相连接，仿生纤毛1内为中空结构，中空部分内设有受力杆2，所述的受力杆2的另一端与固定座8内部的应变梁7的中心位置相连接，所述的应变梁7分为四个支梁，整体为“十”字形结构，中心位置处为与受力杆2相匹配的连接孔，所述的夹具二6为两端开口的圆柱形结构，底部端面的内侧含有十字交叉排列的四根支梁，四根支梁交叉中心处设有一个向上凸起的半球，所述的应变梁7四个支梁的另一端分别与外壳4侧壁面相连接，所述的外壳4的侧壁面上安装有夹具一5和夹具二6，夹具一5为一个两端开口的圆柱形结构，夹具一5下端面和夹具二6上端面上分别设有四个相匹配的半圆形凹槽，凹槽半径与应变梁7支梁末端的半径相匹配，所述的应变梁7的支梁两端为圆柱形结构，中间部分的侧面为上下对称的平面结构，平面部分的长度和宽度分别与应变片13的尺寸相匹配，所述的应变片13的数量为八个，其中四个分别安装在应变梁7的四根支梁平面部分处的上侧，另外四个安装在夹具二6的四根支梁上，所述的固定座8的底部设有PU管插头9，PU管插头9上设有相匹配的PU管固定套10，所述的应变片13的导线12通过PU管11引出。

全文数据：一种新型仿生侧线传感器技术领域[0001]本发明涉及水下传感器技术领域，尤其涉及一种新型仿生侧线传感器。背景技术[0002]在深海1000米以下自然光已经无法渗入，在这种漆黑的环境下，视觉己然不能够发挥作用，但是在这种环境下生存的鱼类却能够自由的翱翔、猎食以及躲避天敌的追杀，借助的就是鱼类的侧线器官。鱼类侧线系统的发现给予科学家们灵感，可通过制造仿生侧线系统感知流体环境。目前关于在无人自主水下机器人上应用侧线感知原理进行水下自适应调节的研宄报道非常少。发明内容[0003]本发明涉及了一种新型仿生侧线传感器，结构小巧，布置合理，采用原理基于鱼类的仿生侧线机制，具有对流体速度、加速度、力、冲击频率与幅值敏感的优点，可以在水下工作中感受流体对传感器的作用，利用特殊结构的仿生纤毛代替鱼类的侧线感受器官，既能够直接检测到流体冲击，亦具有密封防水的作用。[0004]为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种新型仿生侧线传感器，包括外壳、夹具一、夹具二、固定座、管插头、管固定套、PU管和导线，其特征在于，还包括仿生纤毛、受力杆、压板、应变梁和应变片，所述的仿生纤毛的材质为柔性材料，为“凸”字形结构，上凸部分的端面为半球形结构，另一端的两个固定边与压板和外壳相连接，仿生纤毛内为中空结构，中空部分内设有受力杆，所述的受力杆的另一端与固定座内部的应变B的中心位置相连接，所述的应变梁分为四个支梁，整体为“十”字形结构，中心位置处为与受力杆相匹配的连接孔，所述的夹具二为两端开口的圆柱形结构，底部端面的内侧含有十字交叉排列的四根支梁，四根支梁交叉中心处设有一个向上凸起的半球，所述的应变梁四个支梁的另一端分别与外壳侧壁面相连接，所述的外壳的侧壁面上安装有夹具一和夹具二，夹具一为一个两端开口的圆柱形结构，夹具一下端面和夹具二上端面上分别设有四个相匹配的半圆形凹槽，凹槽半径与应变梁支梁末端的半径相匹配，所述的应变梁的支梁两端为圆柱形结构，中间部分的侧面为上下对称的平面结构，平面部分的长度和宽度分别与应变片的尺寸相匹配，所述的应变片的数量为八个，其中四个分别安装在应变梁的四根支梁平面部分处的上侧，另外四个安装在夹具二的四根支梁上，所述的固定座的底部设有PU管插头，PU管插头的上设有相匹配的PU管固定套，所述的应变片的导线通过PU管引出。。[0005]作为本方案的优选实施例，所述的仿生纤毛的材质为丁腈橡胶，长度为8.3mm，直径为4mm，底部通过环形压板与外壳固定连接，其中压板和外壳上设有相匹配的Ml•6型号的十字槽沉头螺钉连接孔。[0006]作为本方案的优选实施例，根据权利要求1所述的一种新型仿生侧线传感器，其特征在于，所述的应变梁7的材质为ABS，加工工艺为3D打印，应变梁7中间有一中心连接孔，中心连接孔与受力杆2之间的连接方式为轴孔配合，并通过粘结剂进行固定，受力杆2底平面与夹具二6中心位置处的半球凸起相接触。[0007]作为本方案的优选实施例，所述的夹具一和夹具二的材质为304不锈钢，夹具一和夹具二均在壁面上均含有半圆槽，夹具一含有一个凸台，夹具二含有一个凹槽，夹具一和夹具二的连接方式通过凹槽与凸台的配合完成。[0008]作为本方案的优选实施例，所述的PU管插头与PU管插头固定套通过螺纹连接，PU管受到ro管插头与ro管插头固定套的挤压。[0009]本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：[0010]结构小巧，布置合理，采用原理基于鱼类的仿生侧线机制，具有对流体速度、加速度、力、冲击频率与幅值敏感的优点，可以在水下工作中感受流体对传感器的作用，利用特殊结构的仿生纤毛代替鱼类的侧线感受器官，既能够直接检测到流体冲击，亦具有密封防水的作用。附图说明[0011]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0012]图1是本申请实施例的结构示意图。[0013]图2是本申请实例的夹具安装后的示意图。[0014]图3是本申请实例的夹具一的三维结构示意图。[0015]图4是本申请实例的夹具二的三维结构示意图。[0016]图5是本申请实例的零件应变梁的结构示意图。[0017]图6是本申请实例的总体外观图。[0018]图7是本申请实例的仿生纤毛的结构示意图。[0019]图1-图7中，1.仿生纤毛、2.受力杆、3.压板、4.外壳、5.夹具一、6.夹具二、7•应变梁、8.固定座、9.PU管插头、10.PU管固定套、11.PU管、12.导线、13.金属箱式应变片。具体实施方式[0020]本发明提供了一种新型仿生侧线传感器，结构小巧，布置合理，采用原理基于鱼类的仿生侧线机制，具有对流体速度、加速度、力、冲击频率与幅值敏感的优点，可以在水下工作中感受流体对传感器的作用，利用特殊结构的仿生纤毛代替鱼类的侧线感受器官，既能够直接检测到流体冲击，亦具有密封防水的作用。[0021]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。[0022]如图1-图7所示，一种新型仿生侧线传感器，包括包括外壳4、夹具一5、夹具二6、固定座8、PU管插头9、PU管固定套10、PU管11和导线12,其特征在于，还包括仿生纤毛1、受力杆2、压板3、应变梁7和应变片13,所述的仿生纤毛1的材质为柔性材料，为“凸”字形结构，上凸部分的端面为半球形结构，另一端的两个固定边与压板3和外壳4相连接，仿生纤毛1内为中空结构，中空部分内设有受力杆2,所述的受力杆2的另一端与固定座8内部的应变梁7的中心位置相连接，所述的应变梁7分为四个支梁，整体为“十”字形结构，中心位置处为与受力杆2相匹配的连接孔，所述的夹具二6为两端开口的圆柱形结构，底部端面的内侧含有十字交叉排列的四根支梁，四根支梁交叉中心处设有一个向上凸起的半球，所述的应变梁7四个支梁的另一端分别与外壳4侧壁面相连接，所述的外壳4的侧壁面上设有夹具一5和夹具二6,夹具一5为一个两端开口的圆柱形结构，夹具一5下端面和夹具二6上端面上分别设有四个相匹配的半圆形凹槽，凹槽半径与应变梁7支梁末端的半径相匹配，所述的应变梁7的支梁两端为圆柱形结构，中间部分的侧面为上下对称的平面结构，平面部分的长度和宽度分别与应变片13的尺寸相匹配，所述的应变片13的数量为八个，其中四个分别安装在应变梁7的四根支梁平面部分处的上侧，另外四个安装在夹具二6的四根支梁上，所述的固定座8的底部设有PU管插头9，PU管插头9的上设有相匹配的PU管固定套10,所述的应变片13的导线12通过PU管11引出。[0023]其中，在实际应用中，所述的仿生纤毛1为用丁晴橡胶制作，利用模具工艺加工而成，长度为18.3mm，直径为4mm，既能够起到密封的作用，亦具有弹性，在对仿生纤毛1施加一个方向上的力时，由于仿生纤毛比较柔软，能够引起受力杆2的倾斜，进而引起应变梁7的四根支梁发生形变，仿生纤毛1代替了鱼类侧线器官上的纤毛的作用，作为水流的直接作用对象，仿生纤毛1的底部通过环形压板3与外壳4固定连接。[0024]其中，在实际应用中，所述的应变梁7的梁尾端为直径3mm长度0.5-lmm的圆柱，材质为ABS，与圆柱紧挨着的部分为上下对称的平面槽结构，平面部分的上表面用于安装四个型号为BX120-1M-A-X3的金属箔式应变片13,同时在夹具二6结构的支梁上也装有应变片，作为温度补偿片进行使用。[0025]其中，在实际应用中，所述的夹具一5和夹具二6为配合安装，配合之后的整体会含有四个直径为3mm的孔，该孔分别与应变梁6尾部的四个圆柱结构配合安装，该结构的目的是为了通过孔轴配合消除应力对应变梁6所产生的扭力的影响，消除了传感器检测的机械误差，提高了检测精度，受力杆2与夹具二6上的半球点接触，在不同深度时，由于海水的压力发生变化，受力杆产生的竖直向下的压力也发生变化，对应变梁7的支梁的应变产生很大的影响，该结构的设计避免了传感器所处的不同深度引起的压力变化对传感器检测的数据的影响。[0026]其中，在实际应用中，所述的PU管插头9和PU管插头固定套10通过螺纹连接，该结构用于压紧TO管12,将尺寸为4X6的PU管11安装到PU管插头9上，PU管插头固定套10通过旋紧螺纹挤压PU管11，从而起到密封导线的作用。[0027]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

权利要求：1.一种新型仿生侧线传感器，包括外壳⑷、夹具—⑸、夹具二⑹、固定座⑻、pu管插头9、PU管固定套（10、HJ管（11和导线（12，其特征在于，还包括仿生纤毛（1、受力杆⑵、压板3、应变梁⑺和应变片（13，所述的仿生纤毛⑴的材质为柔性材料，为“凸”字形结构，上凸部分的端面为半球形结构，另一端的固定边通过压板⑶与外壳⑷相连接，仿生纤毛⑴内为中空结构，中空部分内设有受力杆2，所述的受力杆2的另一端与固定座⑻内部的应变梁⑺的中心位置相连接，所述的应变梁⑺分为四个支梁，整体为“十”字形结构，中心位置处为与受力杆2相匹配的连接孔，所述的夹具二6为两端开口的圆柱形结构，底部端面的内侧含有十字交叉排列的四根支梁，四根支梁交叉中心处设有一个向上凸起的半球，所述的应变梁7四个支梁的另一端分别与外壳4侧壁面相连接，所述的外壳4的侧壁面上安装有夹具一（5和夹具二6，夹具一（5为一个两端开口的圆柱形结构，夹具一⑸下端面和夹具二⑹上端面上分别设有四个相匹配的半圆形凹槽，凹槽半径与应变梁7支梁末端的半径相匹配，所述的应变梁7的支梁两端为圆柱形结构，中间部分的侧面为上下对称的平面结构，平面部分的长度和宽度分别与应变片（13的尺寸相匹配，所述的应变片（13的数量为八个，其中四个分别安装在应变梁⑺的四根支梁平面部分处的上侧，另外四个安装在夹具二6的四根支梁上，所述的固定座8的底部设有TO管插头⑼，PU管插头⑼上设有相匹配的PU管固定套（10，所述的应变片（13的导线（1¾通过PU管（11引出。2.根据权利要求1所述的一种新型仿生侧线传感器，其特征在于，所述的仿生纤毛a的材质为丁腈橡胶，长度为直径为4mm，底部通过环形压板⑶与外壳⑷固定连接，其中压板⑶和外壳⑷上设有相匹配的組•6型号的十字槽沉头螺钉连接孔。3.根据权利要求1所述的一种新型仿生侧线传感器，其特征在于，所述的应变梁7的材质为ABS，加工工艺为3D打印，应变梁⑺中间有一中心连接孔，中心连接孔与受力杆2之间的连接方式为轴孔配合，并通过粘结剂进行固定，受力杆2底平面与夹具二6中心位置处的半球凸起相接触。4.根据权利要求1所述的一种新型仿生侧线传感器，其特征在于，所述的夹具一5和夹具二⑹的材质为304不锈钢，夹具一⑸和夹具二⑹在壁面上均含有半圆槽，夹具一5含有一个凸台，夹具二⑹含有一个凹槽，夹具一5和夹具二6的连接方式通过凹槽与凸台的配合完成。5.根据权利要求1所述的一种新型仿生侧线传感器，其特征在于，所述的PU管插头9与PU管插头固定套（10通过螺纹连接，PU管受到PU管插头9与PU管插头固定套（10的挤压。

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