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Aigtek高壓放大器在柔性爬行機器人驅(qū)動性能研究中的應(yīng)用

測試技術(shù)分享 ? 來源:測試技術(shù)分享 ? 作者:測試技術(shù)分享 ? 2024-06-17 10:49 ? 次閱讀
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實驗名稱:柔性爬行機器人的材料測試

研究方向:介電彈性體的最小能量結(jié)構(gòu)是一種利用DE材料的電致變形與柔性框架形變相結(jié)合設(shè)計的新型柔性驅(qū)動器,所謂最小能量是指驅(qū)動器在平衡狀態(tài)時整個系統(tǒng)的能量最小,當(dāng)系統(tǒng)在外界的電壓刺激下就會產(chǎn)生對應(yīng)大小的形變,當(dāng)外界的電壓減小或者消失的時候,整體系統(tǒng)由于變量的移除從而變回最小能量狀態(tài)。其制作方法通常是將DE薄膜預(yù)拉伸之后固定在剛性框架上,然后將柔性框架裁剪后粘貼在薄膜的一側(cè)或兩側(cè),當(dāng)撤銷剛性框架后,在DE彈性回復(fù)力的作用下,外部的框架由簡單的平面結(jié)構(gòu)變成受力復(fù)雜的馬鞍形,當(dāng)在DE薄膜上施加電壓時,薄膜的麥克斯韋應(yīng)力在電應(yīng)力的作用下減小,馬鞍形的結(jié)構(gòu)就又會變成剛開始的平面結(jié)構(gòu)。

實驗?zāi)康模?/strong>為了減少傳統(tǒng)馬鞍形的最小能量體能量不足對驅(qū)動器所造成的影響,提出了一種新型的DE驅(qū)動器,該驅(qū)動器由彈簧和加載電壓后可以產(chǎn)生純剪切形變的介電彈性體組成。正如所述,DE薄膜的純剪切形變可以實現(xiàn)在單一方向的往復(fù)驅(qū)動,并且有著比較高的驅(qū)動應(yīng)變,所以DE薄膜的純剪切形變在介電彈性體驅(qū)動器、雙向穩(wěn)定器和柔性驅(qū)動機器人中有著廣泛的運用。

測試設(shè)備:ATA-7050高壓放大器、介電彈性體材料、壓力傳感器、位移傳感器等。

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實驗過程:在眾多的介電彈性體材料中,如圖3.1(a)所示,選擇丙烯酸膠帶為實驗材料,該材料有著形變能力大、單位條件下的能量密度高、有著較高的介電常數(shù)等特點。并且因為該材料為日常耗材,所以比較容易獲得且價格適中。對于柔性電極,如圖3.1(b)所示,本文選擇了碳導(dǎo)電油脂846-80G作為制造材料。對于實驗所需要的高壓,圖3-1(c)所示,使用了安泰電子科技有限公司的ATA-7050高壓電源,其電壓最大輸出為10KV,可以提供多種列如常波、三角波、正弦波、方波等多種信號。有著比較高的安全性。位移傳感器使用的是BL-100NZ激光位移傳感器,其精度為0.075mm。壓力傳感器為LANRINAUMI型,其測量精度為1g,量程為1kg。位移傳感器和壓力傳感器都可以通過數(shù)據(jù)線連接電腦里面的上位機并實時采集數(shù)據(jù)。其他耗材如表3.1所示。

實驗結(jié)果:如圖4.2(a)和4.2(b)所示是介電彈性體驅(qū)動器的伸長量和驅(qū)動力測試的實物圖,在測量電壓的大小和DE驅(qū)動器位移量的關(guān)系時,可以先把驅(qū)動器不用伸長的一端固定在支架上,另一端懸空可以自由移動。其具體的步驟如下:(1)在鋁型材支架的一端固定上驅(qū)動器,另一端固定上激光位移傳感器,傳感器發(fā)射出的激光打在驅(qū)動器一端的外殼上;(2)通過高壓發(fā)生器對DE驅(qū)動器進行電壓驅(qū)動;(3)隨著驅(qū)動器接收的電壓不斷增大,驅(qū)動器的一端也在不斷的伸長,直到驅(qū)動器里面的介電彈性體薄膜被擊穿;(4)在驅(qū)動器伸長的過程中,位移傳感器不斷的記錄數(shù)據(jù)并上傳到電腦端的上位機中;(5)制作多個同一大小的驅(qū)動器樣品進行實驗,去的多組的測量數(shù)據(jù)后取平均值。在測量驅(qū)動器的驅(qū)動力時,步驟與上述一致:(1)固定住驅(qū)動器和壓力傳感器,保證驅(qū)動器只有一端可以活動;(2)將DE驅(qū)動器介入高壓發(fā)生器;(3)隨著電壓的不斷增大,壓力傳感器讀取示數(shù)后傳入電腦;(4)測量多個樣品并取其平均值。

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在進行DE驅(qū)動器的性能測試之前,本文首先進了彈簧的彈力系數(shù)測試,彈簧初始為無加載狀態(tài),壓力傳感器在電機的推動下對彈簧進行擠壓。實驗結(jié)果如圖4.3所示,因為彈簧在形變的過程中并不能一直保持垂直壓縮的狀態(tài)??赡軙趶椓Φ淖饔孟掳l(fā)生形變,所以結(jié)果并不是一條完美的直線。但是因為安裝在外殼上的彈簧有外殼的阻擋,因此可以保持單一方向的壓縮,并不會出現(xiàn)類似的情況。

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DE驅(qū)動器通電后就會發(fā)生形變,如圖4.4所示,該圖為驅(qū)動器在靜止?fàn)顟B(tài)和通入4kv電壓后的驅(qū)動狀態(tài)的對比。驅(qū)動狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)的長度區(qū)別即為DE驅(qū)動器的伸長量ΔL。由于外殼上的彈簧存在,DE薄膜的恢復(fù)力與彈簧的彈力在驅(qū)動方向上維持平衡,這時驅(qū)動器處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)在DE薄膜上施加大電壓時,平衡狀態(tài)由于麥克斯韋應(yīng)力的產(chǎn)生而被打破,這時DE驅(qū)動器就會發(fā)生位移,并會在新的位置達(dá)到平衡,此時驅(qū)動器的狀態(tài)就被成為驅(qū)動狀態(tài)。

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本文在測試驅(qū)動器的靜態(tài)特性時,保證電壓為4kv不變,然后選用200v/s的三角波作為DE驅(qū)動器的驅(qū)動信號。在實驗中因為200v/s三角波的壓縮量是比較小的,所以可以認(rèn)為DE薄膜在每個時刻都是相對靜態(tài)的,即發(fā)生器輸出的電壓相對不變的。如圖4.5所示為驅(qū)動器的粘連性實驗,左圖為預(yù)測模型,右圖為實驗結(jié)果,從對比圖可以看出實驗結(jié)果是比較吻合的。

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放大器推薦:ATA-7050

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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,樣機都支持免費試用。

審核編輯 黃宇

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