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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(xué)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(jìn)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(fēng)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(jìn)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(biāo)明箭頭,，并將其置于坐標(biāo)紙上,，該坐標(biāo)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(biāo)為頻率,，縱坐標(biāo)為機器人的轉(zhuǎn)速,，當(dāng)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(dāng)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(dāng)在電壓400Vpp時,，頻率1400Hz，該機器人最大轉(zhuǎn)速可達(dá)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(jìn)行了運動機理分析，并通過實驗對其旋轉(zhuǎn)性能進(jìn)行了研究對其旋轉(zhuǎn)性能進(jìn)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(jìn)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(fù)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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