高壓放大器在介電彈性體折紙術(shù)軟體機(jī)器人中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)名稱：柔性驅(qū)動(dòng)器的性能測試

研究方向：機(jī)器人的發(fā)展史已經(jīng)超過了100年，機(jī)器人也逐漸從復(fù)雜笨重，功能單一的傳統(tǒng)機(jī)器人進(jìn)化為更為智能、微型且高集成的多功能機(jī)器人。而隨著科技社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)器人被賦予了更多使命，但剛性機(jī)器人的高度發(fā)展無法滿足所有應(yīng)用需求，脆弱的結(jié)構(gòu)與笨重的體型使得它們的應(yīng)用受到環(huán)境的限制。近年來軟體機(jī)器人的不斷發(fā)展使得這一劣勢足以彌補(bǔ)，為了滿足剛性機(jī)器人無法觸及的應(yīng)用需求人們將研究的目光逐漸轉(zhuǎn)向軟體機(jī)器人。

軟體機(jī)器人在機(jī)械和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域正不斷凸顯其不可替代的優(yōu)勢。它們不僅擁有柔軟的身體，還能夠根據(jù)復(fù)雜的物理場景調(diào)整身體形狀，甚至能以剛性機(jī)器人無法做到的運(yùn)動(dòng)方式通過非常狹窄的通道。由于身體的柔軟性，軟體機(jī)器人接觸尖銳的物體后還不會(huì)受到傷害，這一特性使得它們能夠進(jìn)入人體進(jìn)行藥物運(yùn)輸，或者作為醫(yī)療手術(shù)中的操作員進(jìn)行臨床手術(shù)。實(shí)際上，柔性驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)作為操縱器被廣泛應(yīng)用于大型機(jī)器人的開發(fā)中。在具體實(shí)踐時(shí)，為了提高軟體機(jī)器人在行走、醫(yī)療操縱和物體抓取等方面的可操作性，建造具有柔性和可變?nèi)S結(jié)構(gòu)的軟體機(jī)器人至關(guān)重要。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y試軟體材料的性能，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝可實(shí)現(xiàn)獨(dú)立電子控制的折紙三維軟體機(jī)器人、爬行軟體機(jī)器人以及柔性抓取器等。

測試設(shè)備：所需的設(shè)備主要包括MC-3020激光切割機(jī)(銘創(chuàng))、亞克力四向拉伸機(jī)構(gòu)、高壓電源(Aigtek)、信號(hào)源、亞克力固定框等。

實(shí)驗(yàn)過程：本實(shí)驗(yàn)中需要使用激光切割機(jī)(圖2-6)制作柔性驅(qū)動(dòng)器和折紙術(shù)機(jī)器人的PET柔性基板與加強(qiáng)筋，使用激光切割可實(shí)現(xiàn)高精度尺寸控制以及高效且平穩(wěn)的樣品制作，通過USB連接電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊并接收CAD結(jié)構(gòu)圖，可方便切割各種形狀的基板。

本實(shí)驗(yàn)柔性驅(qū)動(dòng)器的制備流程中存在將介電彈性體薄膜四向拉伸的關(guān)鍵步驟,均勻拉伸彈性體薄膜所制作出的器件更具有可靠性。四向拉伸機(jī)構(gòu)使用0.5mm厚的亞克力板材作為基底，通過設(shè)計(jì)CAD平面結(jié)構(gòu)圖(圖2-7(a)所示)并導(dǎo)入U(xiǎn)SB信號(hào)通訊端口進(jìn)行激光切割，最后制作出拉伸機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)單元。

選用合適的螺絲和螺母(M6x20/M6x25)將切割好的亞克力基礎(chǔ)單元進(jìn)行組裝，如圖2-7(b)所示。組裝后的四向拉伸機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)彈性體薄膜的均勻拉伸，其拉伸效果如圖2-7(d)所示。

安泰高壓電源(圖2-8)是一款可高速穩(wěn)定輸出電壓的直流電源，可精確控制輸出的電壓值。其輸出電壓范圍:±5kV，電壓精度為1V,輸出電流:20mA可以提供實(shí)驗(yàn)中所需的高壓電。

本實(shí)驗(yàn)需要一臺(tái)可提供低頻方波信號(hào)輸出的信號(hào)源，根據(jù)需求，本實(shí)驗(yàn)選擇了一臺(tái)是德科技的信號(hào)源，為高壓放大器提供一直方波的電壓信號(hào)，經(jīng)過高壓放大器放大之后，輸出高電壓。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：根據(jù)介電彈性體驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)原理可知（隨著柔性電極兩端電壓的增大，相反電荷會(huì)在電極表面聚集，當(dāng)聚集到一定程度時(shí)兩極表面形成的靜電力會(huì)相互吸引并擠壓中間的彈性體薄膜。由于彈性體體積不變的特性，這種壓力會(huì)使彈性體薄膜厚度減少且向四周擴(kuò)張，進(jìn)而將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并產(chǎn)生形變效果），介電彈性體產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)應(yīng)變與輸出電源的電壓值(V)有關(guān)，而與電壓信號(hào)本身的方向無關(guān)，所以，即使不是交流電壓驅(qū)動(dòng)也能使介電彈性體驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生周期應(yīng)變，然而受到串口通訊速度的限制，該設(shè)備的最高頻率僅為10HZ，電壓輸出范圍:0~5kV。

高壓放大器推薦：ATA-7050

圖：ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布，西安安泰電子科技有限公司（Aigtek）是國內(nèi)專業(yè)從事測量儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。公司致力于功率放大器、功率信號(hào)源、功率放大模塊、計(jì)量校準(zhǔn)產(chǎn)品等產(chǎn)品為核心的相關(guān)行業(yè)測試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測試方案，Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。