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實驗名稱：基于振動驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)及攀爬軟體機器人的研究

研究方向：利用振動驅(qū)動原理,，設(shè)計了能夠?qū)崿F(xiàn)快速旋轉(zhuǎn)運動和攀爬運動的兩種軟體驅(qū)動結(jié)構(gòu),。

實驗內(nèi)容：

旋轉(zhuǎn)軟體機器人具有可實現(xiàn)大變形、柔性接觸,、人體友好等特性,，在移動機器人、生物醫(yī)學器件等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值,。本文主要設(shè)計并制作了壓電振動驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)軟體機器人,，并通過有限元仿真對其運動進行分析，然后研究了施加的激勵力的幅值和角頻率對該機器人旋轉(zhuǎn)速度影響,，最后通過實驗驗證有限元仿真結(jié)果,。

旋轉(zhuǎn)軟體機械人的制作實驗設(shè)備：

硅膠、PLA,、振動電機,、鋰電池,、亞克力玻璃管、可調(diào)直流穩(wěn)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(fā)生器,、功率放大器,、數(shù)碼攝像機。

實驗過程：

旋轉(zhuǎn)軟體機器人的實驗研究：

在旋轉(zhuǎn)軟件機器人的轉(zhuǎn)速測量實驗中,，功率放大器將信號發(fā)生器發(fā)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(zhuǎn)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(shù)碼相機同步拍攝機器人的運動過程，然后根據(jù)機器人轉(zhuǎn)過一周所需時間計算機器人的旋轉(zhuǎn)速度,。

實驗結(jié)果：

下圖為電壓和頻率對旋轉(zhuǎn)軟體機器人轉(zhuǎn)速的影響,，其中橫坐標為頻率，縱坐標為機器人的轉(zhuǎn)速,，當施加頻率超過700Hz后,，該旋轉(zhuǎn)軟體機器人旋轉(zhuǎn)速度存在明顯的規(guī)律，其呈現(xiàn)旋轉(zhuǎn)速度先增大后減小得趨勢,，造成這種現(xiàn)象原因可能是當外加電壓接近機器人的共振頻率時,，旋轉(zhuǎn)軟體機器人的轉(zhuǎn)速越大。當在電壓400Vpp時,，頻率1400Hz,，該機器人最大轉(zhuǎn)速可達118.3r/min，與模擬得到的機器人轉(zhuǎn)速113.5r/min相近,，驗證了理論與數(shù)據(jù)分析結(jié)果,。

功率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(shù)值模擬和實驗的結(jié)果對旋轉(zhuǎn)軟體機器人進行了運動機理分析,，并通過實驗對其旋轉(zhuǎn)性能進行了研究對其旋轉(zhuǎn)性能進行了研究。該機器人通過壓電雙晶片產(chǎn)生振動驅(qū)動旋轉(zhuǎn)軟體結(jié)構(gòu)的觸角周期性下彎和上彈運動,，在觸角向下彎運動過程產(chǎn)生的靜摩檫力大于觸角向上彈起運動過程中產(chǎn)生滑動摩檫力,，從而產(chǎn)生凈動力,，進而在高頻激勵力作用下可以實現(xiàn)快速旋轉(zhuǎn)。

功率放大器選擇的是ATA-2042,，最大可輸出400Vpp的電壓,，頻率范圍DC-500KHz，輸出功率最大20W,，可以驅(qū)動高壓型負載,。電壓增益數(shù)控可調(diào)，一鍵保存常用設(shè)置,，提供了方便簡潔的操作選擇,，可與主流的信號發(fā)生器配套使用，實現(xiàn)信號的放大,。

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