CN116929198B - 一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构及其运动信息解算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构及其运动信息解算方法，涉及机器鱼技术领域，本发明提供的传感结构包括下层支撑架，下层聚合物膜，下层电极，敏感导电聚合物膜，上层电极,上层聚合物膜,上层支撑架；下层支撑架的顶部依次粘连下层聚合物膜和下层电极，下层电极位于下层支撑架覆盖范围内，下层聚合物膜和下层电极的顶部粘连敏感导电聚合物膜，上层支撑架的底部依次粘连上层聚合物膜和上层电极，上层电极位于上层支撑架覆盖范围内，上层聚合物膜和上层电极的底部与敏感导电聚合物膜顶部相粘连。本发明基于上述传感结构，最大程度地避免传感模块对尾鳍动力性能的影响，并且获得最大的有效敏感面积，实现更稳定的尾鳍受力应变测量。
Description
技术领域
本发明属于机器鱼技术领域，具体为一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构及其运动信息解算方法。
背景技术
随着人类对资源的需求与日俱增，加速了陆地资源的消耗，水下机器人应运而生，大大增强了人类对水中资源开发的能力，水下机器人的设计灵感来自鱼类的行为、生理和解剖学，给机器人提供了高机动性、高隐蔽性和低能耗率，相比于基于螺旋桨推进的水下机器人，仿生机器鱼以其模拟真实鱼类游动方式成为研究的热点，能够克服复杂水下环境的灵巧机器鱼应用于生物研究、资源勘探和灾害救援等领域，其中，尾鳍式微小型仿鱼机器人体积小且能够在有限的空间内灵活运动，因此适合用于完成管道探查、水质检测等任务，
要实现机器鱼在水下的灵活运动控制，对其速度、姿态等运动信息的高精度测量非常重要，现有技术多针对具有较大体积、较复杂机体结构和较大负载能力的机器鱼，通过装载常规的GPS接收器、惯性传感器模块以及仿生体表力传感模块等测量装置从不同方向测量解算机器鱼的实时运动状态信息以用于机器鱼的运动控制，但是当前广受关注的新型驱动微小型机器鱼，机身结构往往极尽简化与轻质化，甚至机身主体即为用于驱动的尾鳍，针对微小型机器鱼，机身结构和负载能力的局限大大限制了机身搭载的传感装置以及机器鱼运动信息的实时测量解算能力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构及其运动信息解算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构，包括下层支撑架，下层聚合物膜，下层电极，敏感导电聚合物膜，上层电极,上层聚合物膜,上层支撑架；所述下层支撑架的顶部粘连固定有下层聚合物膜，所述下层聚合物膜的顶部粘连固定有下层电极，所述下层电极的外形与下层支撑架的外形对齐，所述下层电极完全位于下层支撑架覆盖范围内，所述下层聚合物膜和下层电极的顶部均粘连有敏感导电聚合物膜，所述敏感导电聚合物膜呈现为尾鳍扇形且尾鳍根部不覆盖，所述上层支撑架位于下层支撑架上方，所述上层支撑架的底部粘连固定有上层聚合物膜，所述上层聚合物膜的底部粘连固定有上层电极，所述上层电极的外形与上层支撑架外形对齐且完全覆盖在上层支撑架内，所述上层聚合物膜和上层电极的底部与敏感导电聚合物膜顶部相粘连。
优选地，所述下层支撑架和上层支撑架的外形无重合区域，所述下层电极和上层电极外形无重合区域。
优选地，所述下层支撑架设有尾鳍的外缘支撑扇形梁和一体延伸的下层内部支撑梁，所述上层支撑架设有尾鳍的根部支撑板和一体延伸的上层内部支撑梁，所述上层内部支撑梁与下层内部支撑梁的间隔距离不小于支撑梁宽度。
优选地，所述下层电极和上层电极的尾鳍根部区域均包含面积不小于1mm×1mm的引线连接区域，用于焊接引线连接测试电路。
优选地，所述下层支撑架与上层支撑架均采用轻质且具有一定弹性的材料制作，所述下层支撑架和上层支撑架内部支撑梁长宽比不小于10。
优选地，所述下层聚合物膜与上层聚合物膜均采用绝缘柔性聚合物薄膜制作，所述下层电极和上层电极均采用导电性能好的材料制成，所述敏感导电聚合物膜为由聚合物混合微纳导电结构制成的对面内拉应变或厚度方向压应变敏感的柔性导电膜。
机器鱼尾鳍集成应变传感结构的运动信息解算方法，其解算步骤如下：
S1、机器鱼机身安装的传感模块连接到单片机并上电正常工作：将机器鱼尾鳍集成应变传感结构通过引线连接匹配的信号调理与处理电路并接入单片机，由单片机采集表征尾鳍应变信息的数字电压信号U，并将机器鱼机身安装的加速度传感模块输出的数字信号接入单片机，由单片机采集表征机器鱼运动加速度的数字信号A，各传感模块和单片机上电实现正常工作。
优选地，以上两种必要传感结构及模块根据测量要求和机器鱼结构安装在机器鱼机身上，其中机器鱼尾鳍集成应变传感结构代替机器鱼尾鳍结构，上述加速度传感模块至少具备一个轴向的加速度测量功能，安装在机器鱼上的加速度传感模块平面与机身平面平行，并明确加速度传感数据轴向与机体坐标系轴向关系，以至少实现如图7中机器鱼延机体坐标系xB轴方向加速度的测量。
优选地，机器鱼尾鳍集成应变传感结构匹配的信号调理与处理电路可以采用电桥电路以及模数转换模块等将电阻信号转换为数字电压信号，上述加速度模块输出单片机可采集的数字传感信号可以通过集成数字加速度传感器实现，也可以通过组装必要的传感器及信号调理与处理模块实现。
S2、基于应变传感数据的机器鱼运动速度间接解算：基于预先校准的线性参数，在单片机中由机器鱼尾鳍应变传感数字电压信号U计算机器鱼机体坐标系下的前向运动速度vx。
上述机器鱼运动速度间接解算的动力学原理为：如图7所示，建立机体坐标系(xB，yB，zB)与尾鳍坐标系(xCF，yCF，zCF)，机体坐标系原点位于机器鱼质心，xB轴指向机器鱼前进方向，尾鳍坐标系原点位于根部旋转中心，初始各坐标轴指向与机体坐标系一致，由此当机器鱼尾鳍摆动实现水下运动时，根据尾鳍周期性往复变化的摆角θ建立尾鳍坐标系至机体坐标系的旋转矩阵可以得到尾鳍摆动周期内由尾鳍受到的水的作用力FCF所产生的等效作用于机体坐标系原点的机器鱼前向运动推力FB为：/>则尾鳍摆动一个周期提供给机器鱼的平均推力为：/>进一步在机体坐标系下简化机器鱼动力学模型为：/>其中m为机器鱼质量，μ为由水的粘度系数决定的机体水下平移运动阻尼，根据上述方程得到机器鱼稳态运动速度为：/>结合尾鳍受到的水垂直于尾鳍平面作用力与其产生应变之间在一定范围内呈线性关系，由此根据机器鱼水下运动动力学原理得到机器鱼机体坐标系下前向运动速度vx与尾鳍摆动周期内应变ε积分之间呈线性关系：/>机器鱼尾鳍应变传感结构的电阻变化与尾鳍应变之间呈线性关系，经过后续线性测量电路，单片机采集的应变传感结构数字信号与尾鳍应变之间呈线性关系，综合得到单片机采集的尾鳍摆动一个周期内应变传感结构数字电压信号U(n)与机器鱼机体坐标系下前向运动速度vx之间的关系为：/>其中N为尾鳍摆动一个周期内采集的数字信号个数，各数字信号采集时间点对应的尾鳍摆角系数R(n)＝sinθ(n)结合尾鳍摆动驱动设置确定，其中用于解算运动速度的线性参数qx通过预先通过水下实验校准或理论模型计算得到。
S3、结合加速度传感数据进行传感信息融合，得到运动速度估计值：将单片机采集的加速度传感数字信号根据其信号转换关系计算得到机器鱼机体坐标系下加速度，之后将其中xB轴方向加速度数据ax作为过程模型中控制输入量，将步骤S2中得到的速度解算量vx作为观测模型中观测量，进行卡尔曼滤波计算，得到机器鱼运动速度估计值
其中，上述步骤S1至S3所有计算操作均在单片机中进行。
本发明的有益效果如下：
1、本发明通过设置敏感导电聚合物膜，敏感导电聚合物膜夹在下层聚合物膜和上层聚合物膜之间一起构成尾鳍柔性面，且覆盖几乎全部受力变形区域，相较于将单独的电阻应变膜片粘贴到尾鳍中，可以最大程度地避免传感模块对尾鳍动力性能的影响，并且获得最大的有效敏感面积，实现更稳定的尾鳍受力应变测量。
2、本发明通过设置下层电极和上层电极，其中下层电极和上层电极呈现叉指状交错分布，既符合尾鳍仿生支架结构，又将整个柔性区域的敏感导电聚合物膜并联在一起，且交错位于敏感导电聚合物膜上下表面的电极相较于已有的位于敏感导电聚合物膜同侧的叉指电极设计更适用于尾鳍的往复摆动受力测量，两侧的电极结合支撑梁将敏感导电聚合物膜夹在中间，使得尾鳍在向两侧摆动时应变传感结构的受力变形是基本对称的，均可进行有效的应变测量，而单侧的电极设计则只能有效测量朝向敏感膜一侧的摆动，而且敏感膜单侧固定结构在往复载荷下的可靠性远不及本发明的敏感膜双侧固定结构。
3、本发明一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构可以在制作尾鳍结构的同时通过加入简单的电极和敏感膜制作步骤完成集成传感模块的制作，并且作为尾鳍柔性面的绝缘膜经过制作过程将导电传感结构都覆盖在内，避免水环境对电阻传感模块的干扰，提高应变传感的稳定性。
4、本发明基于机器鱼尾鳍应变测量数据的运动信息解算方法，由得到的尾鳍应变数据进行机器鱼水下运动速度解算，并结合加速度传感数据进行多传感器信息融合，首先基于机器鱼自身集成的应变传感器数据解算速度信息，几乎不占用负载能力实现速度量观测功能，结合同样机身搭载的加速度传感器测量的加速度数据进行信息融合实现更高精度的速度估计，不需要使用信标系统即可实现机器鱼平移运动信息解算。
附图说明
图1为本发明机器鱼尾鳍集成应变传感结构示意图；
图2为本发明机器鱼尾鳍集成应变传感结构底部示意图；
图3为本发明机器鱼尾鳍集成应变传感结构横截面示意图；
图4为本发明机器鱼尾鳍集成应变传感结构的制作方法示意图；
图5为本发明机器鱼运动信息解算方法流程示意图；
图6为本发明机器鱼运动信息解算系统示意图；
图7为本发明机器鱼运动分析坐标系示意图。
图中：1、下层支撑架；2、下层聚合物膜；3、下层电极；4、敏感导电聚合物膜；5、上层电极；6、上层聚合物膜；7、上层支撑架；8、聚酰亚胺膜；9、碳纤维预浸板；10、下层电极引线；11、上层电极引线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构，包括下层支撑架1，下层聚合物膜2，下层电极3，敏感导电聚合物膜4，上层电极5,上层聚合物膜6,上层支撑架7；下层支撑架1的顶部粘连固定有下层聚合物膜2，下层聚合物膜2的顶部粘连固定有下层电极3，下层电极3的外形与下层支撑架1的外形对齐，下层电极3完全位于下层支撑架1覆盖范围内，下层聚合物膜2和下层电极3的顶部均粘连有敏感导电聚合物膜4，敏感导电聚合物膜4呈现为尾鳍扇形且尾鳍根部不覆盖，上层支撑架7位于下层支撑架1上方，上层支撑架7的底部粘连固定有上层聚合物膜6，上层聚合物膜6的底部粘连固定有上层电极5，上层电极5的外形与上层支撑架7外形对齐且完全覆盖在上层支撑架7内，上层聚合物膜6和上层电极5的底部与敏感导电聚合物膜4顶部相粘连。
通过敏感导电聚合物膜4的设计，使得敏感导电聚合物膜4夹在下层聚合物膜2和上层聚合物膜6之间一起构成尾鳍柔性面，且覆盖几乎全部受力变形区域，相较于将单独的电阻应变膜片粘贴到尾鳍中，可以最大程度地避免传感模块对尾鳍动力性能的影响，并且获得最大的有效敏感面积，实现更稳定的尾鳍受力应变测量。
其中，下层支撑架1和上层支撑架7的外形无重合区域，下层电极3和上层电极5外形无重合区域。
通过其中敏感导电聚合物膜上下表面的电极呈叉指状交错分布，既符合尾鳍仿生支架结构，又将整个柔性区域的敏感导电聚合物膜并联在一起，同时下层支撑架1和上层支撑架7交错分布，其便于敏感导电聚合物膜4的固定。
其中，下层支撑架1设有尾鳍的外缘支撑扇形梁和一体延伸的下层内部支撑梁，上层支撑架7设有尾鳍的根部支撑板和一体延伸的上层内部支撑梁，上层内部支撑梁与下层内部支撑梁的间隔距离不小于支撑梁宽度。
通过下层支撑架1和上层支撑架7内部设置的支撑梁，使得便于对下层聚合物膜2、敏感导电聚合物膜4和上层聚合物膜6进行铺设，使得便于对机器鱼尾鳍集成应变传感结构进行制作。
其中，下层电极3和上层电极5的尾鳍根部区域均包含面积不小于1mm×1mm的引线连接区域。
通过引线连接区域的设置，使得便于将后续对下层电极引线10和上层电极引线11进行连接，使得便于将机器鱼尾鳍集成应变传感结构连接到测量电路，同时将引线连接区域和电极区域均由硬质支撑架覆盖，避免在尾鳍往复摆动过程中造成电极及引线接头的变形和损伤，减小引线干扰，提高电阻应变传感的稳定性和可靠性。
其中，下层支撑架1与上层支撑架7均采用轻质且具有一定弹性的材料制作，下层支撑架1和上层支撑架7内部支撑梁长宽比不小于10。
下层支撑架1和上层支撑架7可以采用碳纤维板、聚合物薄板和轻质金属薄板等材料加工，使得具备弹性和轻质。
其中，下层聚合物膜2与上层聚合物膜6均采用绝缘柔性聚合物薄膜制作，下层电极3和上层电极5均采用导电性能好的材料制成，敏感导电聚合物膜4为由聚合物混合微纳导电结构制成的对面内拉应变或厚度方向压应变敏感的柔性导电膜。
本发明机器鱼尾鳍集成应变传感结构的工作原理是：
尾鳍中的上层电极和下层电极各作为传感结构的引出电极，夹在两电极之间的敏感导电聚合物膜则形成了曲折延伸的敏感电阻，两电极分别连接长条敏感电阻的两侧。当机器鱼尾鳍在水中摆动时，水对尾鳍的作用力使内部支撑梁之间的柔性膜区域变形产生面内拉应变以及厚度方向压应变，该区域的导电聚合物敏感电阻受到应变发生电阻值变化，后经上层电极和下层电极引线连接后端测量电路得到电阻值变化量，即实现尾鳍受力应变的测量。
本发明实施例机器鱼尾鳍应变传感结构的制作方法如图4所示：
(1)在聚酰亚胺薄膜8上表面相对制作图形化的下层电极3和上层电极5；
(2)在下层电极3对应区域涂覆敏感导电聚合物膜；
(3)在碳纤维预浸板9上相对制作出下层支撑架1与上层支撑架7图形，将聚酰亚胺薄膜8转移粘贴到碳纤维预浸板9上表面，并将下层电极3与上层电极5和下层支撑架1与上层支撑架7图形对准；
(4)在尾鳍根部的下层电极3与上层电极5的引线连接区域采用导电胶分别连接下层电极引线10和上层电极引线11；
(5)将上层支撑架和同侧聚酰亚胺薄膜与上层电极一起翻折，对准覆盖在下层支撑架及该侧结构上方。
(6)在两层聚酰亚胺膜之间的非敏感导电聚合物膜覆盖区域补充适当粘合剂，整个尾鳍压平加热固化，使各层支撑架、聚酰亚胺薄膜和敏感导电聚合物膜之间形成可靠粘附。
其中，下层电极3与上层电极5的制作可以根据尺寸需求采用微加工方法通过薄膜沉积结合光刻刻蚀实现，也可以采用激光加工方法通过金属膜切割转移实现；下层支撑架1与上层支撑架7可以采用激光加工方法等可行的切割方法制作图形。
如图5至图7所示，本发明实施例还提供了一种基于机器鱼尾鳍集成应变传感结构得到传感数据的运动信息解算方法，其解算步骤如下：
S1、机器鱼机身安装的传感模块连接到单片机并上电正常工作：将机器鱼尾鳍集成应变传感结构通过引线连接匹配的信号调理与处理电路并接入单片机，由单片机采集表征尾鳍应变信息的数字电压信号U，并将机器鱼机身安装的加速度传感模块输出的数字信号接入单片机，由单片机采集表征机器鱼运动加速度的数字信号A，各传感模块和单片机上电实现正常工作。
其中，以上两种必要传感结构及模块根据测量要求和机器鱼结构安装在机器鱼机身上，其中机器鱼尾鳍集成应变传感结构代替机器鱼尾鳍结构，上述加速度传感模块至少具备一个轴向的加速度测量功能，安装在机器鱼上的加速度传感模块平面与机身平面平行，并明确加速度传感数据轴向与机体坐标系轴向关系，以至少实现如图7中机器鱼延机体坐标系xB轴方向加速度的测量。
其中，机器鱼尾鳍集成应变传感结构匹配的信号调理与处理电路可以采用电桥电路以及模数转换模块等将电阻信号转换为数字电压信号，上述加速度模块输出单片机可采集的数字传感信号可以通过集成数字加速度传感器实现，也可以通过组装必要的传感器及信号调理与处理模块实现。
S2、基于应变传感数据的机器鱼运动速度间接解算：基于预先校准的线性参数，在单片机中由机器鱼尾鳍应变传感数字电压信号U计算机器鱼机体坐标系下的前向运动速度vx。
上述机器鱼运动速度间接解算的动力学原理为：如图7所示，建立机体坐标系(xB，yB，zB)与尾鳍坐标系(xCF，yCF，zCF)，机体坐标系原点位于机器鱼质心，xB轴指向机器鱼前进方向，尾鳍坐标系原点位于根部旋转中心，初始各坐标轴指向与机体坐标系一致，由此当机器鱼尾鳍摆动实现水下运动时，根据尾鳍周期性往复变化的摆角θ建立尾鳍坐标系至机体坐标系的旋转矩阵可以得到尾鳍摆动周期内由尾鳍受到的水的作用力FCF所产生的等效作用于机体坐标系原点的机器鱼前向运动推力FB为：/>则尾鳍摆动一个周期提供给机器鱼的平均推力为：/>进一步在机体坐标系下简化动力学模型为：/>其中m为机器鱼质量，μ为由水的粘度系数决定的机体水下平移运动阻尼，根据上述方程得到机器鱼稳态运动速度为：/>结合尾鳍受到的水垂直于尾鳍平面作用力与其产生应变之间在一定范围内呈线性关系，由此根据机器鱼水下运动动力学原理得到机器鱼机体坐标系下前向运动速度vx与尾鳍摆动周期内应变ε积分之间呈线性关系：/>机器鱼尾鳍应变传感结构的电阻变化与尾鳍应变之间呈线性关系，经过后续线性测量电路，单片机采集的应变传感结构数字信号与尾鳍应变之间呈线性关系，综合得到单片机采集的尾鳍摆动一个周期内应变传感结构数字电压信号U(n)与机器鱼机体坐标系下前向运动速度vx之间的关系为：/>其中N为尾鳍摆动一个周期内采集的数字信号个数，各数字信号采集时间点对应的尾鳍摆角系数R(n)＝sinθ(n)结合尾鳍摆动驱动设置确定，其中用于解算运动速度的线性参数qx通过预先通过水下实验校准或理论模型计算得到。
S3、结合加速度传感数据进行传感信息融合，得到运动速度估计值：将单片机采集的加速度传感数字信号根据其信号转换关系计算得到机器鱼机体坐标系下加速度，之后将其中xB轴方向加速度数据ax作为过程模型中控制输入量，将步骤S2中得到的速度解算量vx作为观测模型中观测量，进行卡尔曼滤波计算，得到机器鱼运动速度估计值
其中，上述步骤S1至S3所有计算操作均在单片机中进行。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (4)
1.一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构，包括下层支撑架(1)，下层聚合物膜(2)，下层电极(3)，敏感导电聚合物膜(4)，上层电极(5),上层聚合物膜(6),上层支撑架(7)；其特征在于：所述下层支撑架(1)的顶部粘连固定有下层聚合物膜(2)，所述下层聚合物膜(2)的顶部粘连固定有下层电极(3)，所述下层电极(3)的外形与下层支撑架(1)的外形对齐，所述下层电极(3)完全位于下层支撑架(1)覆盖范围内，所述下层聚合物膜(2)和下层电极(3)的顶部均粘连有敏感导电聚合物膜(4)，所述敏感导电聚合物膜(4)呈现为尾鳍扇形且尾鳍根部不覆盖，所述上层支撑架(7)位于下层支撑架(1)上方，所述上层支撑架(7)的底部粘连固定有上层聚合物膜(6)，所述上层聚合物膜(6)的底部粘连固定有上层电极(5)，所述上层电极(5)的外形与上层支撑架(7)外形对齐且完全覆盖在上层支撑架(7)内，所述上层聚合物膜(6)和上层电极(5)的底部与敏感导电聚合物膜(4)顶部相粘连；所述下层支撑架(1)和上层支撑架(7)的外形无重合区域，所述下层电极(3)和上层电极(5)外形无重合区域；所述下层支撑架(1)设有尾鳍的外缘支撑扇形梁和一体延伸的下层内部支撑梁，所述上层支撑架(7)设有尾鳍的根部支撑板和一体延伸的上层内部支撑梁，所述上层内部支撑梁与下层内部支撑梁的间隔距离不小于支撑梁宽度；所述下层电极(3)和上层电极(5)的尾鳍根部区域均包含面积不小于1mm×1mm的引线连接区域，用于焊接引线连接测试电路。
2.根据权利要求1所述的一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构，其特征在于：所述下层支撑架(1)与上层支撑架(7)均采用轻质且具有一定弹性的材料制作，所述下层支撑架(1)和上层支撑架(7)内部支撑梁长宽比不小于10。
3.根据权利要求1所述的一种机器鱼尾鳍集成应变传感结构，其特征在于：所述下层聚合物膜(2)与上层聚合物膜(6)均采用绝缘柔性聚合物薄膜制作，所述下层电极(3)和上层电极(5)均采用导电性能好的材料制成，所述敏感导电聚合物膜(4)为由聚合物混合微纳导电结构制成的对面内拉应变或厚度方向压应变敏感的柔性导电膜。
4.权利要求1-3任一所述机器鱼尾鳍集成应变传感结构的运动信息解算方法，其特征在于：其解算步骤如下：
S1、机器鱼机身安装的传感模块连接到单片机并上电正常工作：将机器鱼尾鳍集成应变传感结构通过引线连接匹配的信号调理与处理电路并接入单片机，由单片机采集表征尾鳍应变信息的数字电压信号U，并将机器鱼机身安装的加速度传感模块输出的数字信号接入单片机，由单片机采集表征机器鱼运动加速度的数字信号A，各传感模块和单片机上电实现正常工作；
S2、基于应变传感数据的机器鱼运动速度间接解算：基于预先校准的线性参数，在单片机中由机器鱼尾鳍应变传感数字电压信号U计算机器鱼机体坐标系下的前向运动速度vx；
S3、结合加速度传感数据进行传感信息融合，得到运动速度估计值：将单片机采集的加速度传感数字信号根据其信号转换关系计算得到机器鱼机体坐标系下加速度，之后将其中xB轴方向加速度数据ax作为过程模型中控制输入量，将步骤S2中得到的速度解算量vx作为观测模型中观测量，进行卡尔曼滤波计算，得到机器鱼运动速度估计值
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