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實(shí)驗名稱(chēng)：基于振動(dòng)驅動(dòng)的旋轉及攀爬軟體機器人的研究 研究方向：利用振動(dòng)驅動(dòng)原理，設計了能夠實(shí)現快速旋轉運動(dòng)和攀爬運動(dòng)的兩種軟體驅動(dòng)結構。 實(shí)驗內容： 旋轉軟體機器人具有可實(shí)現大變形、柔性接觸、人體友好等特性，在移動(dòng)機器人、生物醫學(xué)器件等領(lǐng)域具有重要的應用價(jià)值。本文主要設計并制作了壓電振動(dòng)驅動(dòng)的旋轉軟體機器人，并通過(guò)有限元仿真對其運動(dòng)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速度影響，最后通過(guò)實(shí)驗驗證有限元仿真結果。 旋轉軟體機械人的制作實(shí)驗設備： 實(shí)驗過(guò)程： 旋轉軟體機器人的實(shí)驗研究： 在旋轉軟件機器人的轉速測量實(shí)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角度，在機器人上標明箭頭，并將其置于坐標紙上，該坐標紙的每小格夾角為30°。使用數碼相機同步拍攝機器人的運動(dòng)過(guò)程，然后根據機器人轉過(guò)一周所需時(shí)間計算機器人的旋轉速度。 實(shí)驗結果： 下圖為電壓和頻率對旋轉軟體機器人轉速的影響，其中橫坐標為頻率，縱坐標為機器人的轉速，當施加頻率超過(guò)700Hz后，該旋轉軟體機器人旋轉速度存在明顯的規律，其呈現旋轉速度先增大后減小得趨勢，造成這種現象原因可能是當外加電壓接近機器人的共振頻率時(shí)，旋轉軟體機器人的轉速越大。當在電壓400Vpp時(shí)，頻率1400Hz，該機器人最大轉速可達118.3r/min，與模擬得到的機器人轉速113.5r/min相近，驗證了理論與數據分析結果。 功率放大器在實(shí)驗過(guò)程中提供了高電壓，施加在機器人上，通過(guò)數值模擬和實(shí)驗的結果對旋轉軟體機器人進(jìn)行了運動(dòng)機理分析，并通過(guò)實(shí)驗對其旋轉性能進(jìn)行了研究對其旋轉性能進(jìn)行了研究。該機器人通過(guò)壓電雙晶片產(chǎn)生振動(dòng)驅動(dòng)旋轉軟體結構的觸角周期性下彎和上彈運動(dòng)，在觸角向下彎運動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的靜摩檫力大于觸角向上彈起運動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生滑動(dòng)摩檫力，從而產(chǎn)生凈動(dòng)力，進(jìn)而在高頻激勵力作用下可以實(shí)現快速旋轉。 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，可以驅動(dòng)高壓型負載。電壓增益數控可調，一鍵保存常用設置，提供了方便簡(jiǎn)潔的操作選擇，可與主流的信號發(fā)生器配套使用，實(shí)現信號的完美放大。 |
