[發明專利]一種基于多軸云臺的仿生蝙蝠聲納實驗系統裝置

在審

• 申請號: 201611239457.3
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106772328A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 孔睿雯
• 申請（專利權）人: 孔睿雯
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 北京恒博知識產權代理有限公司11528
• 代理人: 范勝祥

技術領域

本發明涉及仿生聲納技術領域，特別是涉及基于多軸云臺的仿生蝙蝠聲納實驗系統裝置。

背景技術

基于蝙蝠超聲波回波定位的超聲波測距系統已廣泛使用在工業控制、勘探測量、安全防范、機器人避障等領域。典型超聲測距系統采用的模式是單發單收模式,既由一個超聲波發射器和超聲波接收器及其相關的調理電路組成，通過超聲脈沖回波渡越時間來計算目標或障礙物的距離。迄今為止，即使最先進的人造聲吶系統，仍遠不如蝙蝠回聲定位系統精確和高效。實際上蝙蝠的耳朵、嘴巴和鼻葉的外形結構對于聲納探測具有非常重要的作用，實驗證明蝙蝠聲納器官的調節可改變蝙蝠發出或接收聲波的空間分布，影響聲場的近、遠場分布特性，有助于蝙蝠聲吶波束的形成，提高蝙蝠聲吶系的指向性和靈敏度。

目前基于蝙蝠超聲波回波定位的仿生蝙蝠聲納系統存在以下不足：

(1)蝙蝠發出的聲音頻率范圍通常在25kHz至100kHz之間，而目前常用的壓電式超聲換能器體積龐大，且工作在固定頻率，無法滿足仿生蝙蝠聲納科學研究的要求。

(2)蝙蝠頭部的生理結構對于蝙蝠聲納系統的指向性和靈敏度具有重要的影響，而目前廣泛采用單發單收、單發雙收(一嘴兩耳)蝙蝠模型過于簡單，無法真實反映蝙蝠復雜生理結構對聲場調控的影響。

(3)現有的聲納測量裝置，通常固定在相應的設備上，僅針對某一固定方向進行目標檢測，且功能單一，大大限制了使用范圍。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種基于多軸云臺的仿生蝙蝠聲納實驗系統裝置。

本發明所采用的技術方案是：

提供一種基于多軸云臺的仿生蝙蝠聲納實驗系統裝置，包括仿生蝙蝠模型、機械本體和電氣控制系統。其中，所述機械本體包括水平轉臺、U形支架和云臺基座，電氣控制系統包括控制器、舵機、超聲波換能器、信號調理電路、LCD顯示屏、控制鍵和電源。水平轉臺固定在云臺基座上面，控制U形支架擺動的舵機固定于水平轉臺的轉盤上，水平轉臺和U形支架分別由獨立舵機驅動。在云臺基座上面設置有LCD顯示屏和控制鍵，在云臺基座內側設置有控制器、信號調理電路和電源。仿生蝙蝠模型固定連接于U形支架上，在仿生蝙蝠的口腔中安裝有小型超聲波發射器，耳道中安裝有小型超聲波接收器。本發明一方面可以模擬蝙蝠的聲納識物功能，利用超聲波換能器進行障礙檢測，將檢測的信息發送到控制器中，并在LCD顯示屏上顯示障礙物的距離和回波信號強弱，另一方面可以模擬蝙蝠的聲納搜尋功能，通過云臺連接到舵機上的結構，使舵機帶動仿生蝙蝠旋轉，利用雙耳探測到的障礙物的距離和回波信號強弱，自動搜索障礙目標。

根據本發明的一種優選方式，在所述控制器還連接有耳廓調控舵機。

作為優選方式，所述控制器還連接有無線通信模塊，并通過無線通信模塊與計算機連接。

與現有技術相比，本發明的有益效果是:

(1)本發明的仿生蝙蝠頭部模型采用從微型CT掃描的蝙蝠樣品斷層切面圖像中三維重建結構模型，并采用3D打印技術制作而成，保留了蝙蝠的自然生理結構。

(2)本發明的超聲波接收傳感器采用Knowles公司的MEMS超聲波微型硅麥克風，尺寸只有2-3mm，可直接塞入蝙蝠模型的耳道內，在100KHz頻率范圍內具有良好的靈敏度。

(3)本發明采用多軸云臺，可實現仿生蝙蝠模型的水平搖擺、豎直俯仰，甚至蝙蝠耳朵的動態調節，可真實地反映蝙蝠在回聲定位的動作和姿態。

附圖說明

圖1為根據本發明的結構示意圖。

圖2為圖1所示裝置蝙蝠頭部3D模型圖，(a)正視圖，(b)側視圖。

圖3為圖1所示裝置的內部控制電路原理圖。

圖4為目標距離和方位的計算示意圖

具體實施方式