[发明专利]一种流场传感装置和水下机器人

说明书

本申请公开了一种流场传感装置和水下机器人，其中，流场传感装置包括传感元件，传感元件包括基板件、设置在基板件的流场接触面的鞭毛感受件以及设置在基板件的流场隔离面并与鞭毛感受件一一对应的鞭尾随动件，鞭毛感受件用于在流体流经时，朝流体流动方式进行摆动，鞭尾随动件用于在与之对应的鞭毛感受件摆动时，沿与鞭毛感受件的摆动方向相反的方向进行同步摆动。利用鞭毛感受件和鞭尾随动件的倒伏方向及倒伏角度，与流场的流向及流速之间所存在的线性对应关系，在实际应用时，可通过观察、分析及比对鞭尾随动件的各时刻或阶段状态来确定流场的流向和流速；作为与流场流体直接接触的部件，该传感结构具有灵敏性高、应用成本低廉的特点。

技术领域

本申请涉及传感器领域，特别涉及一种流场传感装置和水下机器人。

背景技术

周知，流场传感器是一种可对二维流场的流速、流向及剪切力进行测量的重要传感器，其被广泛应用于水下航行体及飞行器的流场检测和主动流场控制、流体传输的过程控制、环境气象监测等方面。

以现有的流场传感器在诸如水下作业机器人等装备上的应用为例，通常需要在机器人（如机体总成、末端执行机构）上安装多个流场传感器，以通过流场传感器来感知不同部位的流场流速、流向及剪切力等，以为实现对机器人的补偿控制创造条件。受水下流场环境温度多变、腐蚀性强、水压大等因素的影响，往往需要对流场传感器的耐腐蚀性和抗压性能进行额外设计，使得流场传感器的应用成本急剧增加，无法进行集群化应用；同时，流场传感器所能够感知的微弱信号也容易会受到严重干扰，从而对其感知性能（如灵敏性）造成不利影响。

发明内容

本申请提供一种仿生流场传感结构以及应用了该流场传感结构的流场传感装置和水下机器人，用以解决现有流场传感器的应用成本高和感知性能差的问题。

根据第一方面，本申请所提供的一种仿生流场传感结构，包括：

基板件，所述基板件具有相对分布的流场接触面和流场隔离面；

鞭毛感受件，所述鞭毛感受件设置在所述基板件的流场接触面，用于在与流场内的流体接触时，沿流体的流动方向相对于基板件进行摆动；以及

鞭尾随动件，所述鞭尾随动件设置在基板件的流场隔离面，且所述鞭尾随动件与鞭毛感受件一一对应，用于在对应的所述鞭毛感受件摆动时，沿与所述鞭毛感受件的摆动方向相反的方向相对于基板件进行摆动。

优选地，还包括柔性连接件，所述柔性连接件设置在基板件内，用于将所述基板件、鞭毛感受件和鞭尾随动件连为一体。

优选地，所述鞭毛感受件与鞭尾随动件同轴连为一体，以贯穿所述基板件分布；所述柔性连接件为环绕鞭毛感受件或鞭尾随动件分布的环状结构，且所述柔性连接件的外周边缘连接基板件、内周边缘连接鞭毛感受件或鞭尾随动件。

优选地，所述基板件、鞭毛感受件、鞭尾随动件和柔性连接件由柔性材料一体浇注或一体注塑成型。

优选地，所述基板件的流场接触面间隔排布有若干根鞭毛感受件，每根所述鞭毛感受件均同轴对应有一根鞭尾随动件。

优选地，所述鞭毛感受件和/或鞭尾随动件为柱状结构。

根据第二方面，本申请所提供的一种基于视觉的流场传感装置，包括传感元件和取像元件，所述传感元件的结构采用第一方面所述的仿生流场传感结构；所述取像元件设置在基板件的流场隔离面的所在侧，用于捕捉并获取所述鞭尾随动件的状态信息。

优选地，还包括光源元件，所述光源元件设置在基板件的流场隔离面的所在侧，用于向所述基板件的流场隔离面发射可见光，以使所述取像元件捕捉并获取鞭尾随动件的状态信息。

优选地，所述光源元件为若干个，若干个所述光源元件发射的可见光的颜色不同，且若干个所述光源元件围绕基板件的流场隔离面分布。