高壓放大器在軟體機器人特性測試中的應用

實驗名稱：軟體機器人特性測試

實驗目的：仿尺蠖軟體機器人，作為軀干的軟體驅(qū)動器是整個機器人能運動的核心組成部分，它不僅能提供靈活的運動，而且提供輸出力。因此，對軟體驅(qū)動器的運動性能與輸出力的研究是非常有意義的。根據(jù)分析，靜電吸附腳需要符合要求得切向力和法向力，因此對靜電吸附腳的輸出性能進行研究是十分必要的。

測試設(shè)備：高壓放大器、激光位移傳感器等。

圖：伸長特性測量系統(tǒng)

實驗過程：

在進行軟體驅(qū)動器輸出位移特性測試時，搭建伸長特性測量系統(tǒng)。軟體驅(qū)動器在一個光滑玻璃平臺上進行測試，為方便測量伸長特性數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)中固定腳1。使用LABVIEW編程，控制器對高壓電源進行控制，激光位移傳感器測量機器人腳的伸長量。傳感器數(shù)據(jù)通過控制器傳輸?shù)?a target="_blank">電腦中。

首先選取直流激勵電壓進行測試，信號高電平VA為（0.5kV、1.0kV、1.5kV、2.0kV、2.5kV、3.0kV、3.5kV、4.0kV、4.5kV、5.0kV、5.5kV、6.0kV），低電平VF為0V。通電時長為60s，數(shù)據(jù)采集時長為100s。使用上述激勵信號，對三種拉伸倍率，300%×400%、300%×450%以及300%×500%的DE薄膜進行了實驗。如圖2所示，拉伸倍率為300%×500%的DE薄膜輸出位移性能最好，而且對于不同的拉伸倍率，可看出隨著電壓的升高，機器人伸長步長均隨之呈二次曲線增長。但由于DE薄膜本身的特性，超過6kV恐有擊穿的風險。因此，在伸長量測試情況下，最佳激勵電壓選取為6.0kV。由圖可知，在拉伸倍率為300%×500%，輸入電壓高電平為6.0kV時，仿生軟體驅(qū)動器在60s的極限輸出伸長量為16.2mm。

圖2：伸長步長與直流電壓的關(guān)系

本文測試了以高電平VA分別為3.0kV、4.0kV、5.0kV、6.0kV，低電平VF為0V的正弦信號為激勵電壓，并采用在此四組不同幅值正弦電壓下的一系列不同頻率（1~30Hz，間隔1Hz）的正弦信號來測試拉伸倍率為300%×500%的DE薄膜制作的仿生軟體驅(qū)動器伸長性能。

實驗結(jié)果：

圖3：伸長步長隨不同正弦幅值與頻率的變化關(guān)系

上圖所示為仿生軟體驅(qū)動器輸出伸長步長數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為在不同頻率下仿生軟體驅(qū)動器的最大輸出步長伸長量。由圖中可以看出，在不同電壓幅值下，隨著頻率的升高，機器人的伸長步長整體呈下降趨勢。但電壓幅值越小，下降趨勢越不明顯；電壓幅值越高，下降趨勢越明顯的同時波動也越大。因此，當應用需要要求機器人步長更長時，則選取電壓幅值更高，電壓頻率更小的激勵信號。在高電平為6kV，頻率為1Hz時，驅(qū)動器輸出步長能達到10.42mm。

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圖：ATA-7020高壓放大器指標參數(shù)

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審核編輯 黃宇