實驗名稱：基于振動驅動的旋轉及攀爬軟體機器人的研究

研究方向：利用振動驅動原理，設計了能夠實現快速旋轉運動和攀爬運動的兩種軟體驅動結構。

實驗內容：

旋轉軟體機器人具有可實現大變形、柔性接觸、人體友好等特性，在移動機器人、生物醫學器件等領域具有重要的應用價值。本文主要設計並制作了壓電振動驅動的旋轉軟體機器人，並通過有限元仿真對其運動進行分析，然後研究了施加的激勵力的幅值和角頻率對該機器人旋轉速度影響，最後通過實驗驗證有限元仿真結果。

旋轉軟體機械人的制作實驗設備：

矽膠、PLA、振動電機、锂電池、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、恒溫鼓風幹燥箱、電子秒表、信號發生器、功率放大器、數碼攝像機。

實驗過程：

旋轉軟體機器人的實驗研究：

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，然後激勵信號施加在機器人上。爲了測量機器人的旋轉角度，在機器人上標明箭頭，並將其置于坐標紙上，該坐標紙的每小格夾角爲30°。使用數碼相機同步拍攝機器人的運動過程，然後根據機器人轉過一周所需時間計算機器人的旋轉速度。

實驗結果：

下圖爲電壓和頻率對旋轉軟體機器人轉速的影響，其中橫坐標爲頻率，縱坐標爲機器人的轉速，當施加頻率超過700Hz後，該旋轉軟體機器人旋轉速度存在明顯的規律，其呈現旋轉速度先增大後減小得趨勢，造成這種現象原因可能是當外加電壓接近機器人的共振頻率時，旋轉軟體機器人的轉速越大。當在電壓400Vpp時，頻率1400Hz，該機器人最大轉速可達118.3r/min，與模擬得到的機器人轉速113.5r/min相近，驗證了理論與數據分析結果。

高壓放大器在實驗過程中提供了高電壓，施加在機器人上，通過數值模擬和實驗的結果對旋轉軟體機器人進行了運動機理分析，並通過實驗對其旋轉性能進行了研究對其旋轉性能進行了研究。該機器人通過壓電雙晶片産生振動驅動旋轉軟體結構的觸角周期性下彎和上彈運動，在觸角向下彎運動過程産生的靜摩檫力大于觸角向上彈起運動過程中産生滑動摩檫力，從而産生淨動力，進而在高頻激勵力作用下可以實現快速旋轉。

功率放大器選擇的是ATA-2042，最大可输出400Vpp的电压，频率范围DC-500KHz，输出功率最大20W，可以驱动高壓型负载。电压增益数控可调，一键保存常用设置，提供了方便简洁的操作选择，可与主流的信号发生器配套使用，实现信号的完美放大。

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布，如想了解更多實驗方案，請持續關注安泰官網www.aigtek.com。Aigtek是國內專業從事測量儀器研發、生産和銷售的高科技企業，一直專注于功率放大器、功率放大器模塊、功率信號源、計量校准源等測試儀器産品的研發與制造。