實驗(yan)名稱：基于振動(dong)驅(qu)動(dong)的旋轉(zhuan)及攀爬軟(ruan)體機器人的研究

研(yan)究方向：利用振(zhen)動驅(qu)動原(yuan)理，設計了能夠實現(xian)快速旋轉運(yun)動和攀(pan)爬運(yun)動的兩種軟體驅(qu)動結構。

實驗內容(rong)：

旋轉軟體機器人(ren)(ren)具(ju)有可實現大變(bian)形(xing)、柔性接(jie)觸、人(ren)(ren)體友好等特性，在移動(dong)機器人(ren)(ren)、生物醫學器件等領域具(ju)有重要的應用價值(zhi)。本(ben)文主(zhu)要設計并制(zhi)作了(le)壓電(dian)振動(dong)驅動(dong)的旋轉軟體機器人(ren)(ren)，并通(tong)過(guo)有限(xian)元(yuan)仿真對其運動(dong)進行分析，然后(hou)研究了(le)施加的激勵力的幅值(zhi)和角頻率(lv)對該(gai)機器人(ren)(ren)旋轉速度影響，最后(hou)通(tong)過(guo)實驗驗證(zheng)有限(xian)元(yuan)仿真結果。

旋轉軟體機(ji)械人的制(zhi)作實驗設備：

硅膠、PLA、振動電機、鋰電池、亞克力玻璃管、可調直流穩壓電源、高速攝像機、3D打印機、精密電子天平、恒溫鼓風干燥箱、電子秒表、信號發生器、功率放大器、數碼攝像機。

實(shi)驗過程：

旋轉軟體機器人的實驗(yan)研(yan)究：

在旋轉軟件機器人的轉速測量實驗中，高壓功率放大器將信號發生器發出的激勵信號進行放大，然后激勵信號施加在機器人上。為了測量機器人的旋轉角度，在機器人上標明箭頭，并將其置于坐標紙上，該坐標紙的每小格夾角為30°。使用數碼相機(ji)(ji)同步拍攝機(ji)(ji)器人的運動過程，然(ran)后根據機(ji)(ji)器人轉過一(yi)周(zhou)所(suo)需時間計算機(ji)(ji)器人的旋(xuan)轉速度。

實(shi)驗結果：

下(xia)圖為(wei)電壓和頻率對旋(xuan)轉(zhuan)軟(ruan)體機器人(ren)(ren)轉(zhuan)速的(de)影(ying)響，其(qi)中(zhong)橫坐(zuo)標為(wei)頻率，縱坐(zuo)標為(wei)機器人(ren)(ren)的(de)轉(zhuan)速，當(dang)施加(jia)頻率超過(guo)700Hz后(hou)，該旋轉(zhuan)軟體(ti)(ti)機(ji)器人(ren)旋轉(zhuan)速(su)(su)度(du)存在(zai)明(ming)顯(xian)的(de)(de)規律，其呈現(xian)旋轉(zhuan)速(su)(su)度(du)先增(zeng)大后(hou)減小得(de)趨(qu)勢，造(zao)成(cheng)這種現(xian)象原(yuan)因可能是當外加(jia)電(dian)壓(ya)接近(jin)機(ji)器人(ren)的(de)(de)共振頻率時，旋轉(zhuan)軟體(ti)(ti)機(ji)器人(ren)的(de)(de)轉(zhuan)速(su)(su)越大。當在(zai)電(dian)壓(ya)400Vpp時，頻率1400Hz，該機(ji)器人(ren)最大轉(zhuan)速(su)(su)可達(da)118.3r/min，與模擬得(de)到的(de)(de)機(ji)器人(ren)轉(zhuan)速(su)(su)113.5r/min相(xiang)近(jin)，驗(yan)證(zheng)了(le)理論與數(shu)據分析(xi)結果(guo)。

高壓(ya)放(fang)大器在(zai)(zai)實驗(yan)(yan)過(guo)程中(zhong)提(ti)供了(le)高電(dian)(dian)壓，施加在(zai)(zai)機(ji)器(qi)人(ren)上，通(tong)過(guo)數值模擬和實驗(yan)(yan)的結果對(dui)(dui)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軟(ruan)(ruan)體機(ji)器(qi)人(ren)進(jin)(jin)行了(le)運動(dong)(dong)機(ji)理分析，并通(tong)過(guo)實驗(yan)(yan)對(dui)(dui)其(qi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)性(xing)(xing)能進(jin)(jin)行了(le)研(yan)究對(dui)(dui)其(qi)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)性(xing)(xing)能進(jin)(jin)行了(le)研(yan)究。該機(ji)器(qi)人(ren)通(tong)過(guo)壓電(dian)(dian)雙晶片產(chan)生振(zhen)動(dong)(dong)驅動(dong)(dong)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)軟(ruan)(ruan)體結構(gou)的觸(chu)(chu)角周期性(xing)(xing)下(xia)彎(wan)(wan)和上彈運動(dong)(dong)，在(zai)(zai)觸(chu)(chu)角向(xiang)下(xia)彎(wan)(wan)運動(dong)(dong)過(guo)程產(chan)生的靜摩檫力大于(yu)觸(chu)(chu)角向(xiang)上彈起運動(dong)(dong)過(guo)程中(zhong)產(chan)生滑動(dong)(dong)摩檫力，從而產(chan)生凈動(dong)(dong)力，進(jin)(jin)而在(zai)(zai)高頻激(ji)勵(li)力作用(yong)下(xia)可以(yi)實現快(kuai)速旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。

功率放(fang)大器選(xuan)擇的是ATA-2042，最大(da)可輸出400Vpp的(de)電(dian)壓，頻率(lv)范圍DC-500KHz，輸出功率(lv)最大(da)20W，可以驅動(dong)高壓型負載。電(dian)壓增益(yi)數(shu)控可調，一鍵保存(cun)常用設置，提供了方便簡潔的(de)操作選擇，可與主流的(de)信(xin)號發生(sheng)器配套使用，實現信(xin)號的(de)完(wan)美放大(da)。

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