安泰ATA-2042高压放大器在快速旋转软体驱动器研究中的应用

实验名称：快速旋转软体驱动器研究

实验目的：提出一种基于压电振动驱动的新型可旋转软体驱动器，通过理论和有限元模拟分析了该驱动器在激励力作用下的受力及运动机理，研究了施加激励力的幅值与角频率对驱动旋转性能的影响，并通过实验验证了有限元仿真结果。

测试设备：ATA-2042高压放大器、信号发生器、数码摄像机、二维升降台等。

软体驱动器是一种柔软、可实现大变形的驱动系统，区别于一般由电机、轴承、齿轮、铰链等刚性构件组成的传统刚性驱动器.软体驱动器通常由软材料制作而成,理论上具有无限自由度、承受大变形、连续变形、柔顺接触等优点。因此，软体驱动器在易碎物体的抓取及搬运、复杂非结构化环境下运动等方面具有明显的优势。

从无肢动物获得灵感，提出一种基于压电振动驱动的新型可旋转软体驱动器，通过理论和有限元模拟分析了该驱动器在激励力作用下的受力及运动机理，研究了施加激励力的幅值与角频率对驱动旋转性能的影响，并通过实验验证了有限元仿真结果。

实验中先搭建转软体驱动器，采用振动源及软体刚毛结构组成，合理的振动源可以为该驱动器提供适宜的激励力。实验需要一种可以产生高频振动的振动源，且需具有一定的驱动力。

振动驱动的刚毛机器人通过压电双晶片产生的振动驱动刚毛上下运动,由于刚毛倾斜排列，上下振动过程中会与地面产生非对称摩擦力(向前摩擦力大于向后摩擦力)，驱动机器人朝一个方向推进。本文中将阵列倾斜刚毛沿圆周方向布置，当旋转软体结构的圆端面受到均匀分布的周期性激励力时，该结构会沿着刚毛倾斜方向产生摩擦力,从而可以提供旋转的驱动力。

搭建旋转软体驱动器实验平台，电压放大器先将信号发生器发出的激励信号进行放大，然后将激励信号施加在驱动器上。为了测量驱动器的旋转角度，在驱动器上标明箭头，并将其置于坐标纸上，该坐标纸的每小格夹角为15°。使用数码相机同步拍摄驱动器的运动过程，然后根据驱动器转过一周所需时间计算驱动器的旋转速度。

通过运动建模和数值模拟对旋转软体驱动器进行了运动机理分析，并通过实验对其旋转性能进行了研究，该驱动器通过压电双晶片产生振动驱动旋转软体结构的刚毛周期性下弯和上弹运动，在刚毛向下弯曲运动过程中产生的静摩擦力大于刚毛向上弹起运动过程中产生的滑动摩擦力，从而产生了净驱动力，进一步在高频激励力作用下实现快速旋转。当旋转软体驱动器施加电压VP-P为400V、频率为1400Hz时，其旋转速度可达到118.3r/min，此类旋转软体驱动器有望在高性能移动机器人、机械手及人工关节等设计开发中有所应用。

电压放大器推荐：ATA-2042

图：ATA-2042高压放大器指标参数

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审核编辑 黄宇