本發(fā)明涉及感知導(dǎo)航，特別是涉及一種柔性仿生傳感器、仿生晶須陣列單元及水下航行器。

背景技術(shù)：

1、在海洋研究、海上搜救和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，水下機(jī)器人或航行器的流場感知能力至關(guān)重要。這些設(shè)備常用的感知工具包括光學(xué)傳感器和聲學(xué)傳感器，但他們各有缺點。如光學(xué)傳感器的性能可能會受到水質(zhì)渾濁度、光照條件等環(huán)境因素的影響；光學(xué)傳感器對準(zhǔn)和校準(zhǔn)要求高。而聲波在水下傳播時可能會遇到多條路徑，這會影響聲學(xué)傳感器的精度和可靠性；聲學(xué)傳感器處理信號可能存在延遲等等。上述缺點都會導(dǎo)致傳感器在流場感知方面的能力受限，從而限制了傳感器感知的準(zhǔn)確性和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對現(xiàn)有水下感知單元在復(fù)雜水下環(huán)境中流場感知能力受限的問題，提供一種柔性仿生傳感器、仿生晶須陣列單元及水下航行器。

2、一種柔性仿生傳感器，其用于感知所處環(huán)境的流場變化并由此生成相應(yīng)的電信號；所述柔性仿生傳感器包括：

3、須軸，其用于感知所處環(huán)境的流場變化并產(chǎn)生相應(yīng)振動；

4、柔性波紋套，其內(nèi)部形成密封腔，其一端為可變形的波紋部；

5、外殼，其安裝在密封腔內(nèi)；

6、至少四個摩擦納米發(fā)電單元，其在所述外殼內(nèi)壁上周向均勻固定；

7、碰撞單元，其包括彈性體和碰撞體；所述彈性體的一端連接在所述外殼遠(yuǎn)離波紋部的內(nèi)壁上，另一端與碰撞體連接；所述須軸的一端貫穿所述波紋部連接在所述碰撞體上；在初始狀態(tài)時，所述彈性體、碰撞體和須軸位于同一軸線，且所述軸線與每個摩擦納米發(fā)電單元之間的距離相等；所述碰撞體位于外殼內(nèi)，其用于受須軸影響產(chǎn)生相應(yīng)振動后與所述摩擦納米發(fā)電單元發(fā)生碰撞，所述摩擦納米發(fā)電單元發(fā)生碰撞后產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。

8、作為優(yōu)選實例，所述外殼朝向所述波紋部的一側(cè)設(shè)置有開口；所述須軸穿過開口與碰撞體連接；所述外殼的內(nèi)腔設(shè)置為四方體形狀，所述外殼垂直所述開口的四個內(nèi)壁均連接摩擦納米發(fā)電單元。

9、作為優(yōu)選實例，所述摩擦納米發(fā)電單元包括彈性套、導(dǎo)電油墨層和薄膜層；所述導(dǎo)電油墨層和薄膜層分別連接在彈性套相對的兩內(nèi)側(cè)壁上；所述彈性套連接導(dǎo)電油墨層或薄膜層的一端外側(cè)與外殼內(nèi)壁連接，另一端外側(cè)與碰撞體相對應(yīng)。

10、作為優(yōu)選實例，所述碰撞體遠(yuǎn)離彈性體的一端開設(shè)有盲孔，所述須軸的一端伸入盲孔內(nèi)與所述碰撞體固定。

11、作為優(yōu)選實例，所述彈性體設(shè)置為彈簧或彈性棒；所述碰撞體設(shè)置為pla材質(zhì)的球體。

12、作為優(yōu)選實例，所述須軸包括傳動桿和位于柔性波紋套外部的橢圓柱體；所述傳動桿的一端連接碰撞體，另一端貫穿所述波紋部與橢圓柱體同軸連接。

13、作為優(yōu)選實例，所述橢圓柱體的長軸和短軸長度比例為12.4：5。

14、作為優(yōu)選實例，所述柔性仿生傳感器還包括底座；所述柔性波紋套遠(yuǎn)離波紋部的一端與所述底座連接；所述外殼遠(yuǎn)離波紋部的一側(cè)連接在底座上。

15、一種仿生晶須陣列單元，其包括至少四個如上所述的柔性仿生傳感器；多個所述柔性仿生傳感器共同連接有固定座。

16、一種水下航行器，其包括航行器本體和至少一個如上所述的仿生晶須陣列單元；所述仿生晶須陣列單元安裝在航行器本體的頭部位置。

17、本發(fā)明的有益效果在于：

18、1、本發(fā)明通過模仿海豹須的結(jié)構(gòu)，并集成接觸分離模式的摩擦電納米發(fā)電機(jī)，將微小的流場干擾轉(zhuǎn)換為電信號，以此能夠同時獲取多種近場信息，包括三維流場的流速、迎角以及尾跡信息，同時本發(fā)明克服現(xiàn)有水下感知單元的缺點，不受水質(zhì)、傳播路徑等影響，具有響應(yīng)時間短、靈敏度高、信噪比高、不受環(huán)境限制等優(yōu)點。

19、2、本發(fā)明可以識別迎角的連續(xù)變化，并對上游尾流渦流特征進(jìn)行精確檢測。使用本發(fā)明的水下航行器基于仿生須的感知可以提供有效的近流場信息，幫助水下航行器完成局部導(dǎo)航任務(wù)，為海洋研究、搜救和環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用帶來革命性的改進(jìn)。

技術(shù)特征：

1.一種柔性仿生傳感器，其特征在于，其用于感知所處環(huán)境的流場變化并由此生成相應(yīng)的電信號；所述柔性仿生傳感器包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性仿生傳感器，其特征在于，所述外殼(2)朝向所述波紋部(11)的一側(cè)設(shè)置有開口；所述須軸穿過開口與碰撞體(5)連接；所述外殼(2)的內(nèi)腔設(shè)置為四方體形狀，所述外殼(2)垂直所述開口的四個內(nèi)壁均連接摩擦納米發(fā)電單元(3)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性仿生傳感器，其特征在于，所述摩擦納米發(fā)電單元(3)包括彈性套(31)、導(dǎo)電油墨層(32)和薄膜層(33)；所述導(dǎo)電油墨層(32)和薄膜層(33)分別連接在彈性套(31)相對的兩內(nèi)側(cè)壁上；所述彈性套(31)連接導(dǎo)電油墨層(32)或薄膜層(33)的一端外側(cè)與外殼(2)內(nèi)壁連接，另一端外側(cè)與碰撞體(5)相對應(yīng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性仿生傳感器，其特征在于，所述碰撞體(5)遠(yuǎn)離彈性體(4)的一端開設(shè)有盲孔，所述須軸的一端伸入盲孔內(nèi)與所述碰撞體(5)固定。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性仿生傳感器，其特征在于，所述彈性體(4)設(shè)置為彈簧或彈性棒；所述碰撞體(5)設(shè)置為pla材質(zhì)的球體。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性仿生傳感器，其特征在于，所述須軸包括傳動桿(6)和位于柔性波紋套(1)外部的橢圓柱體(7)；所述傳動桿(6)的一端連接碰撞體(5)，另一端貫穿所述波紋部(11)與橢圓柱體(7)同軸連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柔性仿生傳感器，其特征在于，所述橢圓柱體(7)的長軸和短軸長度比例為12.4：5。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柔性仿生傳感器，其特征在于，所述柔性仿生傳感器還包括底座(8)；所述柔性波紋套(1)遠(yuǎn)離波紋部(11)的一端與所述底座(8)連接；所述外殼(2)遠(yuǎn)離波紋部(11)的一側(cè)連接在底座(8)上。

9.一種仿生晶須陣列單元，其特征在于，其包括至少四個如權(quán)利要求1至8任意一項所述的柔性仿生傳感器；多個所述柔性仿生傳感器共同連接有固定座。

10.一種水下航行器，其特征在于，其包括航行器本體(9)和至少一個如權(quán)利要求9所述的仿生晶須陣列單元；所述仿生晶須陣列單元安裝在航行器本體(9)的頭部位置。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種柔性仿生傳感器、仿生晶須陣列單元及水下航行器。柔性仿生傳感器包括柔性波紋套、外殼、至少四個摩擦納米發(fā)電單元、碰撞單元和須軸；柔性波紋套的內(nèi)部形成密封腔，其一端為可變形的波紋部；外殼的一側(cè)開口，所述外殼連接在密封腔內(nèi)，且開口朝向所述波紋部設(shè)置；摩擦納米發(fā)電單元在所述外殼內(nèi)壁周向均勻連接；碰撞單元包括彈性體和碰撞體。本發(fā)明通過模仿海豹須的結(jié)構(gòu)，并集成接觸分離模式的摩擦電納米發(fā)電機(jī)，將微小的流場干擾轉(zhuǎn)換為電信號，以此能夠同時獲取多種近場信息，包括三維流場的流速、迎角以及尾跡信息，同時本發(fā)明克服現(xiàn)有水下感知單元的缺點，具有響應(yīng)時間短、靈敏度高、信噪比高、不受環(huán)境限制等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：鄒永久,張馨予,孫敏崢,劉搏,徐敏義,王中林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州藍(lán)色能源研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10