實驗名稱：柔(rou)性(xing)驅動(dong)器的性(xing)能測試(shi)

　　研(yan)究(jiu)方向：機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)發展(zhan)史已經超過了(le)100年，機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)也逐(zhu)(zhu)漸從復雜笨重，功(gong)能單一(yi)的(de)(de)傳統機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)進化為更為智能、微型且高(gao)(gao)集成的(de)(de)多功(gong)能機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)。而隨著科技社會(hui)的(de)(de)進步(bu)，機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)被賦(fu)予了(le)更多使命，但剛性(xing)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)高(gao)(gao)度發展(zhan)無法滿(man)足(zu)(zu)所有應用需求(qiu)，脆弱(ruo)的(de)(de)結(jie)構與笨重的(de)(de)體型使得(de)它們的(de)(de)應用受到環(huan)境的(de)(de)限(xian)制。近年來軟體機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)的(de)(de)不斷(duan)發展(zhan)使得(de)這一(yi)劣勢足(zu)(zu)以彌(mi)補，為了(le)滿(man)足(zu)(zu)剛性(xing)機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)無法觸及的(de)(de)應用需求(qiu)人(ren)(ren)(ren)們將研(yan)究(jiu)的(de)(de)目光逐(zhu)(zhu)漸轉向軟體機(ji)(ji)(ji)器(qi)(qi)(qi)人(ren)(ren)(ren)。

　　軟(ruan)體(ti)(ti)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)在(zai)機(ji)(ji)械(xie)和生(sheng)物(wu)(wu)醫學工(gong)程領(ling)域正不(bu)(bu)斷(duan)凸顯(xian)其不(bu)(bu)可(ke)替代的(de)(de)(de)優勢。它們(men)不(bu)(bu)僅擁有(you)柔軟(ruan)的(de)(de)(de)身(shen)體(ti)(ti)，還(huan)能(neng)夠根據復雜(za)的(de)(de)(de)物(wu)(wu)理場景調(diao)整(zheng)身(shen)體(ti)(ti)形狀，甚至能(neng)以剛性(xing)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)無法做到的(de)(de)(de)運動方式通(tong)過非(fei)常狹窄(zhai)的(de)(de)(de)通(tong)道。由于(yu)身(shen)體(ti)(ti)的(de)(de)(de)柔軟(ruan)性(xing)，軟(ruan)體(ti)(ti)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)接(jie)觸(chu)尖銳的(de)(de)(de)物(wu)(wu)體(ti)(ti)后還(huan)不(bu)(bu)會受到傷害，這一特(te)性(xing)使得它們(men)能(neng)夠進入人(ren)體(ti)(ti)進行(xing)(xing)藥(yao)物(wu)(wu)運輸(shu)，或者作為(wei)醫療手(shou)術(shu)中的(de)(de)(de)操作員(yuan)進行(xing)(xing)臨床手(shou)術(shu)。實(shi)際(ji)上，柔性(xing)驅動器(qi)已經(jing)作為(wei)操縱器(qi)被廣泛應用于(yu)大(da)型機(ji)(ji)器(qi)人(ren)的(de)(de)(de)開發中。在(zai)具(ju)(ju)體(ti)(ti)實(shi)踐時，為(wei)了提高軟(ruan)體(ti)(ti)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)在(zai)行(xing)(xing)走、醫療操縱和物(wu)(wu)體(ti)(ti)抓取等方面的(de)(de)(de)可(ke)操作性(xing)，建造具(ju)(ju)有(you)柔性(xing)和可(ke)變三維結構的(de)(de)(de)軟(ruan)體(ti)(ti)機(ji)(ji)器(qi)人(ren)至關(guan)重要。

　　實驗目的(de)：測試(shi)軟體材料的(de)性能，通過結構設計和(he)工藝可實現獨立電(dian)子控制(zhi)的(de)折紙(zhi)三維軟體機(ji)器人、爬行軟體機(ji)器人以及(ji)柔性抓取器等。

　　測試設(she)備：所需的(de)設(she)備主要包括(kuo)MC-3020激光切割機(銘創)、亞克力(li)(li)四向(xiang)拉伸機構、高(gao)壓電源(Aigtek)、信(xin)號源、亞克力(li)(li)固定框等。

　　實驗過(guo)程：本實驗中(zhong)需(xu)要使(shi)用(yong)激(ji)光切(qie)割機(圖2-6)制作柔(rou)性驅動(dong)器(qi)和(he)折紙(zhi)術機器(qi)人的PET柔(rou)性基(ji)板(ban)與加強(qiang)筋，使(shi)用(yong)激(ji)光切(qie)割可實現高(gao)精(jing)度尺寸控制以及(ji)高(gao)效且平穩的樣(yang)品制作，通(tong)過(guo)USB連接電腦進(jin)行數據通(tong)訊并接收CAD結構圖，可方便切(qie)割各種形狀的基(ji)板(ban)。

　　本實驗柔(rou)性驅動器的制(zhi)(zhi)備流程中(zhong)存(cun)在(zai)將介(jie)電彈性體薄(bo)膜(mo)四向(xiang)拉(la)伸(shen)的關鍵(jian)步驟,均勻(yun)拉(la)伸(shen)彈性體薄(bo)膜(mo)所制(zhi)(zhi)作(zuo)出的器件更具有可靠性。四向(xiang)拉(la)伸(shen)機構(gou)(gou)使用0.5mm厚的亞克(ke)力板材作(zuo)為基(ji)底，通過設(she)計CAD平面(mian)結(jie)構(gou)(gou)圖(圖2-7(a)所示)并導(dao)入USB信號通訊端口進行激光切割，最(zui)后制(zhi)(zhi)作(zuo)出拉(la)伸(shen)機構(gou)(gou)的基(ji)礎單(dan)元。

　　選用合適的(de)螺絲和螺母(M6x20/M6x25)將切割好(hao)的(de)亞(ya)克(ke)力(li)基礎單元進行(xing)組裝，如(ru)圖2-7(b)所(suo)示(shi)。組裝后的(de)四向(xiang)拉(la)(la)伸(shen)機(ji)構可以(yi)實現彈性體薄膜的(de)均勻拉(la)(la)伸(shen)，其(qi)拉(la)(la)伸(shen)效果如(ru)圖2-7(d)所(suo)示(shi)。

　　安泰高(gao)壓(ya)電源(圖2-8)是一款(kuan)可高(gao)速穩(wen)定(ding)輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電壓(ya)的直流電源，可精確控制輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)的電壓(ya)值。其輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電壓(ya)范圍:±5kV，電壓(ya)精度為1V,輸(shu)(shu)出(chu)(chu)(chu)電流:20mA可以(yi)提供實驗中所需的高(gao)壓(ya)電。

　　本實驗需(xu)要一(yi)(yi)臺(tai)可(ke)提(ti)供低(di)頻方(fang)波信(xin)號輸出的信(xin)號源，根據需(xu)求，本實驗選擇了一(yi)(yi)臺(tai)是(shi)德科(ke)技(ji)的信(xin)號源，為高壓(ya)放大(da)器提(ti)供一(yi)(yi)直方(fang)波的電(dian)壓(ya)信(xin)號，經過高壓(ya)放大(da)器放大(da)之后，輸出高電(dian)壓(ya)。

　　實驗結果：根據介電(dian)彈性(xing)(xing)(xing)體(ti)驅(qu)動器(qi)的(de)(de)驅(qu)動原理可知（隨著柔性(xing)(xing)(xing)電(dian)極(ji)兩端電(dian)壓的(de)(de)增(zeng)大(da)，相(xiang)反電(dian)荷會在電(dian)極(ji)表(biao)面(mian)聚集，當(dang)聚集到一定(ding)程(cheng)度時兩極(ji)表(biao)面(mian)形成的(de)(de)靜電(dian)力會相(xiang)互吸引并擠壓中(zhong)間的(de)(de)彈性(xing)(xing)(xing)體(ti)薄膜(mo)。由于彈性(xing)(xing)(xing)體(ti)體(ti)積不變(bian)(bian)的(de)(de)特(te)性(xing)(xing)(xing)，這種壓力會使(shi)彈性(xing)(xing)(xing)體(ti)薄膜(mo)厚(hou)度減少(shao)且向四周擴張(zhang)，進(jin)而(er)將電(dian)能(neng)轉(zhuan)化為機(ji)械(xie)能(neng)并產(chan)生形變(bian)(bian)效果），介電(dian)彈性(xing)(xing)(xing)體(ti)產(chan)生驅(qu)動應變(bian)(bian)與輸出電(dian)源的(de)(de)電(dian)壓值(V)有關(guan)，而(er)與電(dian)壓信號本身的(de)(de)方向無關(guan)，所(suo)以，即(ji)使(shi)不是交流電(dian)壓驅(qu)動也能(neng)使(shi)介電(dian)彈性(xing)(xing)(xing)體(ti)驅(qu)動器(qi)產(chan)生周期應變(bian)(bian)，然而(er)受到串口通訊速(su)度的(de)(de)限制，該設備的(de)(de)最高頻率僅(jin)為10HZ，電(dian)壓輸出范圍:0~5kV。

　　高壓放大器(qi)推薦(jian)：ATA-7050

圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

　　本文實驗素(su)材(cai)由西安安泰(tai)電(dian)子(zi)整理發(fa)(fa)布，西安安泰(tai)電(dian)子(zi)科技(ji)有限(xian)公司（Aigtek）是國(guo)內專業從事測量儀(yi)器(qi)研發(fa)(fa)、生產(chan)和銷售的(de)(de)高科技(ji)企業。公司致力于功率放大器(qi)、功率信號源、功率放大模(mo)塊、計(ji)量校準產(chan)品(pin)等產(chan)品(pin)為(wei)核心的(de)(de)相(xiang)關行業測試解決方(fang)案的(de)(de)研究，為(wei)用戶提供具(ju)有競爭力的(de)(de)測試方(fang)案，Aigtek已經成為(wei)在業界擁有廣泛產(chan)品(pin)線，且(qie)具(ju)有相(xiang)當規模(mo)的(de)(de)儀(yi)器(qi)設(she)備(bei)供應商，樣機都支持免費試用。如想了(le)解更多實驗方(fang)案，請持續關注安泰(tai)電(dian)子(zi)官網hkdyw.cn或撥打029-88865020。