高壓放大器在柔性爬行機(jī)器人驅(qū)動(dòng)性能研究中的應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)。并且因?yàn)樵摬牧蠟槿粘：牟?，所以比較容易獲得且價(jià)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(shí)驗(yàn)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(hào)。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(jī)并實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)。其他耗材如表3.1所示。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：如圖4.2(a)和4.2(b)所示是介電彈性體驅(qū)動(dòng)器的伸長量和驅(qū)動(dòng)力測試的實(shí)物圖，在測量電壓的大小和DE驅(qū)動(dòng)器位移量的關(guān)系時(shí)，可以先把驅(qū)動(dòng)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(dòng)。其具體的步驟如下：（1）在鋁型材支架的一端固定上驅(qū)動(dòng)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(dòng)器一端的外殼上；（2）通過高壓發(fā)生器對DE驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行電壓驅(qū)動(dòng)；（3）隨著驅(qū)動(dòng)器接收的電壓不斷增大，驅(qū)動(dòng)器的一端也在不斷的伸長，直到驅(qū)動(dòng)器里面的介電彈性體薄膜被擊穿；（4）在驅(qū)動(dòng)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(jī)中；（5）制作多個(gè)同一大小的驅(qū)動(dòng)器樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，去的多組的測量數(shù)據(jù)后取平均值。在測量驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)力時(shí)，步驟與上述一致：（1）固定住驅(qū)動(dòng)器和壓力傳感器，保證驅(qū)動(dòng)器只有一端可以活動(dòng)；（2）將DE驅(qū)動(dòng)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(gè)樣品并取其平均值。

在進(jìn)行DE驅(qū)動(dòng)器的性能測試之前，本文首先進(jìn)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(jī)的推動(dòng)下對彈簧進(jìn)行擠壓。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4.3所示，因?yàn)閺椈稍谛巫兊倪^程中并不能一直保持垂直壓縮的狀態(tài)。可能會(huì)在彈力的作用下發(fā)生形變，所以結(jié)果并不是一條完美的直線。但是因?yàn)榘惭b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(huì)出現(xiàn)類似的情況。

DE驅(qū)動(dòng)器通電后就會(huì)發(fā)生形變，如圖4.4所示，該圖為驅(qū)動(dòng)器在靜止?fàn)顟B(tài)和通入4kv電壓后的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)的對比。驅(qū)動(dòng)狀態(tài)和靜止?fàn)顟B(tài)的長度區(qū)別即為DE驅(qū)動(dòng)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(dòng)方向上維持平衡，這時(shí)驅(qū)動(dòng)器處于靜止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)在DE薄膜上施加大電壓時(shí)，平衡狀態(tài)由于麥克斯韋應(yīng)力的產(chǎn)生而被打破，這時(shí)DE驅(qū)動(dòng)器就會(huì)發(fā)生位移，并會(huì)在新的位置達(dá)到平衡，此時(shí)驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)就被成為驅(qū)動(dòng)狀態(tài)。

本文在測試驅(qū)動(dòng)器的靜態(tài)特性時(shí)，保證電壓為4kv不變，然后選用200v/s的三角波作為DE驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。在實(shí)驗(yàn)中因?yàn)?00v/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(gè)時(shí)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(dòng)器的粘連性實(shí)驗(yàn)，左圖為預(yù)測模型，右圖為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從對比圖可以看出實(shí)驗(yàn)結(jié)果是比較吻合的。

放大器推薦：ATA-7050

圖：ATA-7050高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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