實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：壓電軟體機(jī)器人設(shè)計(jì)

研究方向：壓電軟體機(jī)器人

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：通過(guò)非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，弛豫鐵電聚合物薄膜在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生面外彎曲。激光測(cè)振儀、信號(hào)發(fā)生器與功率放大器相結(jié)合，對(duì)弛豫鐵電薄膜末端位移信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。此外，信號(hào)發(fā)生器與功率放大器相結(jié)合，直接驅(qū)動(dòng)軟體機(jī)器人，采用相機(jī)記錄軟體機(jī)器人在不同驅(qū)動(dòng)頻率和電場(chǎng)強(qiáng)度下的時(shí)間與位移的信息。

測(cè)試設(shè)備：信號(hào)發(fā)生器，ATA-7030高壓放大器，激光測(cè)振儀，采集卡，相機(jī)等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖：實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)示意圖

圖：實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)通過(guò)功率放大器放大后，施加于弛豫鐵電聚合物薄膜的兩端。薄膜的非對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)使其在交變電場(chǎng)作用下產(chǎn)生往復(fù)彎曲。激光測(cè)振儀用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)薄膜在不同頻率和電場(chǎng)強(qiáng)度下的位移響應(yīng)。通過(guò)將測(cè)得的位移數(shù)據(jù)與信號(hào)發(fā)生器輸出的參比信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，分析薄膜在電場(chǎng)作用下的位移遲滯特性。隨后，將弛豫鐵電聚合物薄膜作為功能層，組裝成軟體機(jī)器人。信號(hào)發(fā)生器與功率放大器的結(jié)合提供精確的驅(qū)動(dòng)控制。相機(jī)記錄機(jī)器人在不同電場(chǎng)強(qiáng)度和驅(qū)動(dòng)頻率下的運(yùn)動(dòng)時(shí)間與位移數(shù)據(jù)，通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)，進(jìn)一步計(jì)算驅(qū)動(dòng)速率。最后，結(jié)合電場(chǎng)的電壓和頻率，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析，以探索軟體機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果

弛豫鐵電聚合物薄膜展現(xiàn)出毫秒級(jí)遲滯，幾乎可忽略不計(jì)，在低電場(chǎng)下能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)的位移。隨著薄膜尺寸的減小，諧振頻率顯著增大。以7mm×10.5mm尺寸的軟體機(jī)器人為例，其最佳工作頻率為560Hz，且在100kV/cm電場(chǎng)強(qiáng)度下，能夠達(dá)到最大驅(qū)動(dòng)速度約為20BL/s。結(jié)果表明，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，壓電軟體機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)高效且穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)控制，具有在復(fù)雜任務(wù)中應(yīng)用的潛力。

功率放大器推薦：ATA-7030高壓放大器

圖：ATA-7030高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇