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實(shí)驗(yàn)名稱：基于振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)及攀爬軟體機(jī)器人的研究

研究方向：利用振動(dòng)驅(qū)動(dòng)原理,，設(shè)計(jì)了能夠?qū)崿F(xiàn)快速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和攀爬運(yùn)動(dòng)的兩種軟體驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu),。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

旋轉(zhuǎn)軟體機(jī)器人具有可實(shí)現(xiàn)大變形、柔性接觸、人體友好等特性,，在移動(dòng)機(jī)器人,、生物醫(yī)學(xué)器件等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。本文主要設(shè)計(jì)并制作了壓電振動(dòng)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)軟體機(jī)器人,，并通過有限元仿真對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，然后研究了施加的激勵(lì)力的幅值和角頻率對(duì)該機(jī)器人旋轉(zhuǎn)速度影響,，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有限元仿真結(jié)果,。

旋轉(zhuǎn)軟體機(jī)械人的制作實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

硅膠、PLA,、振動(dòng)電機(jī),、鋰電池、亞克力玻璃管,、可調(diào)直流穩(wěn)壓電源,、高速攝像機(jī)、3D打印機(jī),、精密電子天平,、恒溫鼓風(fēng)干燥箱、電子秒表,、信號(hào)發(fā)生器,、功率放大器、數(shù)碼攝像機(jī),。

實(shí)驗(yàn)過程：

旋轉(zhuǎn)軟體機(jī)器人的實(shí)驗(yàn)研究：

在旋轉(zhuǎn)軟件機(jī)器人的轉(zhuǎn)速測(cè)量實(shí)驗(yàn)中,，功率放大器將信號(hào)發(fā)生器發(fā)出的激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，然后激勵(lì)信號(hào)施加在機(jī)器人上,。為了測(cè)量機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)角度,，在機(jī)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(jī)同步拍攝機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)過程，然后根據(jù)機(jī)器人轉(zhuǎn)過一周所需時(shí)間計(jì)算機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)速度,。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

下圖為電壓和頻率對(duì)旋轉(zhuǎn)軟體機(jī)器人轉(zhuǎn)速的影響,，其中橫坐標(biāo)為頻率，縱坐標(biāo)為機(jī)器人的轉(zhuǎn)速,，當(dāng)施加頻率超過700Hz后,，該旋轉(zhuǎn)軟體機(jī)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(shì)，造成這種現(xiàn)象原因可能是當(dāng)外加電壓接近機(jī)器人的共振頻率時(shí),，旋轉(zhuǎn)軟體機(jī)器人的轉(zhuǎn)速越大,。當(dāng)在電壓400Vpp時(shí)，頻率1400Hz,，該機(jī)器人最大轉(zhuǎn)速可達(dá)118.3r/min,，與模擬得到的機(jī)器人轉(zhuǎn)速113.5r/min相近，驗(yàn)證了理論與數(shù)據(jù)分析結(jié)果,。

功率放大器在實(shí)驗(yàn)過程中提供了高電壓,，施加在機(jī)器人上，通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果對(duì)旋轉(zhuǎn)軟體機(jī)器人進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)機(jī)理分析,，并通過實(shí)驗(yàn)對(duì)其旋轉(zhuǎn)性能進(jìn)行了研究對(duì)其旋轉(zhuǎn)性能進(jìn)行了研究,。該機(jī)器人通過壓電雙晶片產(chǎn)生振動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軟體結(jié)構(gòu)的觸角周期性下彎和上彈運(yùn)動(dòng)，在觸角向下彎運(yùn)動(dòng)過程產(chǎn)生的靜摩檫力大于觸角向上彈起運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生滑動(dòng)摩檫力,，從而產(chǎn)生凈動(dòng)力,，進(jìn)而在高頻激勵(lì)力作用下可以實(shí)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(dòng)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(jiǎn)潔的操作選擇，可與主流的信號(hào)發(fā)生器配套使用,，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大,。

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