實驗名稱：柔性驅(qū)動器的性能測試

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)。實際上，柔性驅(qū)動器已經(jīng)作為操縱器被廣泛應(yīng)用于大型機(jī)器人的開發(fā)中。在具體實踐時，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。

實驗?zāi)康模簻y試軟體材料的性能，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝可實現(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)、信號源、亞克力固定框等。

實驗過程：本實驗中需要使用激光切割機(jī)(圖2-6)制作柔性驅(qū)動器和折紙術(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。

本實驗柔性驅(qū)動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CAD平面結(jié)構(gòu)圖(圖2-7(a)所示)并導(dǎo)入USB信號通訊端口進(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可以提供實驗中所需的高壓電。

本實驗需要一臺可提供低頻方波信號輸出的信號源，根據(jù)需求，本實驗選擇了一臺是德科技的信號源，為高壓放大器提供一直方波的電壓信號，經(jīng)過高壓放大器放大之后，輸出高電壓。

實驗結(jié)果：根據(jù)介電彈性體驅(qū)動器的驅(qū)動原理可知（隨著柔性電極兩端電壓的增大，相反電荷會在電極表面聚集，當(dāng)聚集到一定程度時兩極表面形成的靜電力會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)動應(yīng)變與輸出電源的電壓值(V)有關(guān)，而與電壓信號本身的方向無關(guān)，所以，即使不是交流電壓驅(qū)動也能使介電彈性體驅(qū)動器產(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)

本文實驗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、功率信號源、功率放大模塊、計量校準(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。