基于仿生平衡棒结构的共振隧穿导航传感器研究

家蝇等飞行昆虫利用后翅棒状平衡器检测哥氏力,实现了在空中飞行过程中的快速航行控制。本文基于家蝇后翅微球杆结构建立了一种仿生机械平衡器的运动学模型,并采用MATLAB分析了该模型的航行控制原理。结合家蝇的微球杆平衡结构原理和共振隧穿薄膜微结构(resonant tunneling membrane structure,RTS)的力电耦合效应,设计了一种新型的高精度仿生微型棒状导航传感器(bionic micro-stick-shaped navigation sensor,BMSSNS),并研究了BMSSNS的加工工艺、信号检测方式与路径解算方法。基于ANSYS对该BMSSNS结构进行仿真分析,仿真结果表明,给定初始边界条件下,通过测量平衡棒的哥氏力信息和驱动力信息,可积分解算出运动路径。进一步的路径实验研究结果表明,该BMSSNS能有效检测传感器的俯仰,翻滚和偏航的姿态和路径信息,其短时水平和垂直路径定位精度分别达1. 5 mm和0. 5 mm。该传感器能够在小空间、高定位精度要求的场所中实现精确路径定位。