實驗名稱：柔性(xing)爬行機器人的材料(liao)測試(shi)

　　研究方向：介(jie)電(dian)(dian)彈性(xing)(xing)體的(de)(de)(de)最小(xiao)(xiao)能量(liang)結(jie)構(gou)(gou)是(shi)一種利用(yong)DE材料的(de)(de)(de)電(dian)(dian)致變(bian)形與柔性(xing)(xing)框架形變(bian)相結(jie)合設(she)計的(de)(de)(de)新型柔性(xing)(xing)驅動器，所謂最小(xiao)(xiao)能量(liang)是(shi)指驅動器在(zai)(zai)(zai)平(ping)衡狀態時(shi)整(zheng)個系(xi)統的(de)(de)(de)能量(liang)最小(xiao)(xiao)，當(dang)系(xi)統在(zai)(zai)(zai)外界(jie)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)刺(ci)激下(xia)就會(hui)產(chan)生(sheng)對應(ying)大小(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)形變(bian)，當(dang)外界(jie)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)減小(xiao)(xiao)或(huo)者消失(shi)的(de)(de)(de)時(shi)候，整(zheng)體系(xi)統由(you)于變(bian)量(liang)的(de)(de)(de)移除從而變(bian)回(hui)最小(xiao)(xiao)能量(liang)狀態。其制作(zuo)方法通常是(shi)將(jiang)DE薄(bo)膜預拉伸之后(hou)固定(ding)在(zai)(zai)(zai)剛(gang)性(xing)(xing)框架上(shang)，然后(hou)將(jiang)柔性(xing)(xing)框架裁剪(jian)后(hou)粘貼在(zai)(zai)(zai)薄(bo)膜的(de)(de)(de)一側(ce)或(huo)兩側(ce)，當(dang)撤銷剛(gang)性(xing)(xing)框架后(hou)，在(zai)(zai)(zai)DE彈性(xing)(xing)回(hui)復(fu)力的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下(xia)，外部的(de)(de)(de)框架由(you)簡單(dan)的(de)(de)(de)平(ping)面結(jie)構(gou)(gou)變(bian)成受力復(fu)雜的(de)(de)(de)馬鞍(an)形，當(dang)在(zai)(zai)(zai)DE薄(bo)膜上(shang)施(shi)加電(dian)(dian)壓(ya)時(shi)，薄(bo)膜的(de)(de)(de)麥克斯韋應(ying)力在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)應(ying)力的(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)下(xia)減小(xiao)(xiao)，馬鞍(an)形的(de)(de)(de)結(jie)構(gou)(gou)就又會(hui)變(bian)成剛(gang)開(kai)始的(de)(de)(de)平(ping)面結(jie)構(gou)(gou)。

　　實驗目的：為(wei)了減(jian)少傳統馬鞍形的(de)(de)(de)最小能(neng)量體(ti)(ti)能(neng)量不足對驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)(qi)所造成的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，提出(chu)了一(yi)種新型的(de)(de)(de)DE驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)(qi)，該驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)(qi)由彈(dan)簧和加載電(dian)壓后可(ke)以產生(sheng)純剪(jian)切(qie)(qie)形變(bian)(bian)的(de)(de)(de)介電(dian)彈(dan)性(xing)(xing)體(ti)(ti)組成。正如所述(shu)，DE薄膜的(de)(de)(de)純剪(jian)切(qie)(qie)形變(bian)(bian)可(ke)以實(shi)現在單一(yi)方向(xiang)的(de)(de)(de)往復驅(qu)動(dong)，并且(qie)有(you)(you)著比較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)驅(qu)動(dong)應變(bian)(bian)，所以DE薄膜的(de)(de)(de)純剪(jian)切(qie)(qie)形變(bian)(bian)在介電(dian)彈(dan)性(xing)(xing)體(ti)(ti)驅(qu)動(dong)器(qi)(qi)(qi)、雙向(xiang)穩(wen)定器(qi)(qi)(qi)和柔性(xing)(xing)驅(qu)動(dong)機器(qi)(qi)(qi)人中有(you)(you)著廣泛的(de)(de)(de)運(yun)用。

　　測試設備：ATA-7050高(gao)壓放大器、介電彈性(xing)體材料、壓力傳感器、位移傳感器等(deng)。

　　實驗過程：在眾多(duo)的(de)(de)(de)(de)介電彈性(xing)體材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)中，如(ru)圖(tu)(tu)3.1(a)所(suo)(suo)示(shi)，選擇丙烯酸(suan)膠帶為(wei)實(shi)(shi)驗材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)，該材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)有(you)著形變能力(li)大、單(dan)位(wei)(wei)(wei)條件下的(de)(de)(de)(de)能量(liang)密度高(gao)(gao)(gao)、有(you)著較高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)介電常(chang)數等特(te)點(dian)。并且(qie)因為(wei)該材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)為(wei)日常(chang)耗(hao)材(cai)，所(suo)(suo)以(yi)比較容易獲(huo)得且(qie)價格適中。對(dui)于柔性(xing)電極(ji)，如(ru)圖(tu)(tu)3.1(b)所(suo)(suo)示(shi)，本(ben)文(wen)選擇了碳導電油脂846-80G作為(wei)制造材(cai)料(liao)(liao)(liao)(liao)。對(dui)于實(shi)(shi)驗所(suo)(suo)需要的(de)(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)壓(ya)，圖(tu)(tu)3-1(c)所(suo)(suo)示(shi)，使用(yong)了安(an)泰電子科技有(you)限公司的(de)(de)(de)(de)ATA-7050高(gao)(gao)(gao)壓(ya)電源(yuan)，其(qi)電壓(ya)最(zui)大輸(shu)出為(wei)10KV，可以(yi)提供(gong)多(duo)種列如(ru)常(chang)波(bo)、三角(jiao)波(bo)、正弦波(bo)、方波(bo)等多(duo)種信號。有(you)著比較高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)安(an)全性(xing)。位(wei)(wei)(wei)移傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器使用(yong)的(de)(de)(de)(de)是(shi)BL-100NZ激光(guang)位(wei)(wei)(wei)移傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器，其(qi)精(jing)(jing)度為(wei)0.075mm。壓(ya)力(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器為(wei)LANRINAUMI型，其(qi)測量(liang)精(jing)(jing)度為(wei)1g，量(liang)程為(wei)1kg。位(wei)(wei)(wei)移傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器和壓(ya)力(li)傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)(gan)器都(dou)可以(yi)通過(guo)數據線(xian)連接電腦里面的(de)(de)(de)(de)上位(wei)(wei)(wei)機并實(shi)(shi)時采集數據。其(qi)他耗(hao)材(cai)如(ru)表3.1所(suo)(suo)示(shi)。

　　實驗結果：如圖4.2(a)和4.2(b)所示是介電(dian)彈(dan)性(xing)體(ti)驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)伸長量和驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)測(ce)試(shi)的(de)(de)實物圖，在測(ce)量電(dian)壓(ya)的(de)(de)大(da)小(xiao)和DE驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)位(wei)(wei)移(yi)量的(de)(de)關系時，可以(yi)(yi)先(xian)把驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)不(bu)用伸長的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)端(duan)(duan)(duan)固定(ding)(ding)在支(zhi)架上(shang)，另(ling)一(yi)(yi)(yi)(yi)端(duan)(duan)(duan)懸(xuan)空(kong)可以(yi)(yi)自(zi)由(you)移(yi)動(dong)(dong)(dong)(dong)。其具(ju)體(ti)的(de)(de)步驟(zou)如下：（1）在鋁型材支(zhi)架的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)端(duan)(duan)(duan)固定(ding)(ding)上(shang)驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，另(ling)一(yi)(yi)(yi)(yi)端(duan)(duan)(duan)固定(ding)(ding)上(shang)激光位(wei)(wei)移(yi)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)發(fa)射出的(de)(de)激光打在驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)一(yi)(yi)(yi)(yi)端(duan)(duan)(duan)的(de)(de)外殼上(shang)；（2）通過高壓(ya)發(fa)生器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)對(dui)DE驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)進(jin)行電(dian)壓(ya)驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)；（3）隨著(zhu)驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)接(jie)收的(de)(de)電(dian)壓(ya)不(bu)斷增大(da)，驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)端(duan)(duan)(duan)也在不(bu)斷的(de)(de)伸長，直到驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)里面的(de)(de)介電(dian)彈(dan)性(xing)體(ti)薄(bo)膜被擊穿；（4）在驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)伸長的(de)(de)過程中(zhong)，位(wei)(wei)移(yi)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)不(bu)斷的(de)(de)記錄(lu)數(shu)據(ju)并上(shang)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)到電(dian)腦端(duan)(duan)(duan)的(de)(de)上(shang)位(wei)(wei)機(ji)中(zhong)；（5）制作(zuo)多(duo)個同(tong)一(yi)(yi)(yi)(yi)大(da)小(xiao)的(de)(de)驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)樣品(pin)進(jin)行實驗，去的(de)(de)多(duo)組的(de)(de)測(ce)量數(shu)據(ju)后(hou)取(qu)平均值。在測(ce)量驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)(de)驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)力(li)(li)(li)時，步驟(zou)與上(shang)述一(yi)(yi)(yi)(yi)致：（1）固定(ding)(ding)住驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)和壓(ya)力(li)(li)(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)，保(bao)證驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)只(zhi)有(you)一(yi)(yi)(yi)(yi)端(duan)(duan)(duan)可以(yi)(yi)活(huo)動(dong)(dong)(dong)(dong)；（2）將(jiang)DE驅(qu)(qu)(qu)(qu)動(dong)(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)介入(ru)高壓(ya)發(fa)生器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)；（3）隨著(zhu)電(dian)壓(ya)的(de)(de)不(bu)斷增大(da)，壓(ya)力(li)(li)(li)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)感(gan)器(qi)(qi)(qi)(qi)(qi)讀(du)取(qu)示數(shu)后(hou)傳(chuan)(chuan)(chuan)(chuan)入(ru)電(dian)腦；（4）測(ce)量多(duo)個樣品(pin)并取(qu)其平均值。

　　在(zai)進行DE驅動(dong)器的(de)(de)性能測(ce)試(shi)之前，本文首先進了彈(dan)(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)的(de)(de)彈(dan)(dan)(dan)(dan)力(li)系數測(ce)試(shi)，彈(dan)(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)初始為無加載狀態，壓(ya)力(li)傳(chuan)感器在(zai)電機的(de)(de)推動(dong)下對彈(dan)(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)進行擠(ji)壓(ya)。實驗結(jie)果如(ru)圖4.3所示，因(yin)為彈(dan)(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)在(zai)形變的(de)(de)過程(cheng)中并(bing)(bing)不能一直(zhi)保持垂直(zhi)壓(ya)縮的(de)(de)狀態。可能會在(zai)彈(dan)(dan)(dan)(dan)力(li)的(de)(de)作用下發(fa)生(sheng)形變，所以(yi)結(jie)果并(bing)(bing)不是一條完(wan)美的(de)(de)直(zhi)線。但是因(yin)為安裝在(zai)外殼上(shang)的(de)(de)彈(dan)(dan)(dan)(dan)簧(huang)(huang)有(you)外殼的(de)(de)阻(zu)擋(dang)，因(yin)此(ci)可以(yi)保持單一方向的(de)(de)壓(ya)縮，并(bing)(bing)不會出(chu)現類似的(de)(de)情況。

　　DE驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)通(tong)電(dian)后(hou)就會(hui)發生形變，如(ru)圖(tu)4.4所(suo)示，該圖(tu)為(wei)驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)在(zai)(zai)靜(jing)止狀(zhuang)態(tai)(tai)和(he)通(tong)入4kv電(dian)壓后(hou)的(de)驅動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)對(dui)比。驅動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)態(tai)(tai)和(he)靜(jing)止狀(zhuang)態(tai)(tai)的(de)長(chang)度區(qu)別即為(wei)DE驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)的(de)伸長(chang)量ΔL。由(you)(you)于(yu)外殼上的(de)彈(dan)簧(huang)存在(zai)(zai)，DE薄(bo)(bo)膜的(de)恢復(fu)力與(yu)彈(dan)簧(huang)的(de)彈(dan)力在(zai)(zai)驅動(dong)(dong)(dong)方向上維持平衡，這時驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)處于(yu)靜(jing)止狀(zhuang)態(tai)(tai)。當在(zai)(zai)DE薄(bo)(bo)膜上施加大電(dian)壓時，平衡狀(zhuang)態(tai)(tai)由(you)(you)于(yu)麥克斯(si)韋應力的(de)產生而被打破(po)，這時DE驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)就會(hui)發生位移，并會(hui)在(zai)(zai)新(xin)的(de)位置達到平衡，此時驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)(qi)(qi)的(de)狀(zhuang)態(tai)(tai)就被成為(wei)驅動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)態(tai)(tai)。

　　本文在(zai)測試驅(qu)(qu)(qu)動器的(de)(de)靜(jing)態特性時，保證電壓為(wei)(wei)(wei)4kv不(bu)(bu)變，然后選(xuan)用200v/s的(de)(de)三(san)角(jiao)波(bo)作為(wei)(wei)(wei)DE驅(qu)(qu)(qu)動器的(de)(de)驅(qu)(qu)(qu)動信號。在(zai)實(shi)驗中因為(wei)(wei)(wei)200v/s三(san)角(jiao)波(bo)的(de)(de)壓縮量是(shi)比較小的(de)(de)，所以(yi)可(ke)以(yi)認(ren)為(wei)(wei)(wei)DE薄膜在(zai)每個(ge)時刻都是(shi)相對(dui)(dui)靜(jing)態的(de)(de)，即發生器輸出的(de)(de)電壓相對(dui)(dui)不(bu)(bu)變的(de)(de)。如圖(tu)(tu)(tu)4.5所示為(wei)(wei)(wei)驅(qu)(qu)(qu)動器的(de)(de)粘連(lian)性實(shi)驗，左(zuo)圖(tu)(tu)(tu)為(wei)(wei)(wei)預測模型，右(you)圖(tu)(tu)(tu)為(wei)(wei)(wei)實(shi)驗結果，從對(dui)(dui)比圖(tu)(tu)(tu)可(ke)以(yi)看出實(shi)驗結果是(shi)比較吻合的(de)(de)。

　　放大(da)器推薦：ATA-7050

　　圖：ATA-7050高壓放大器指標參數

　　本文實(shi)驗素材(cai)由西安(an)安(an)泰(tai)電子(zi)整(zheng)理(li)發布，西安(an)安(an)泰(tai)電子(zi)科(ke)技有限公(gong)司（Aigtek）是國內(nei)專業(ye)從(cong)事測(ce)(ce)量儀(yi)器(qi)研發、生產和銷售的(de)(de)高科(ke)技企(qi)業(ye)。公(gong)司致力于功(gong)率(lv)放大器(qi)、功(gong)率(lv)信(xin)號(hao)源、功(gong)率(lv)放大模塊、計量校準產品(pin)等產品(pin)為(wei)核(he)心的(de)(de)相(xiang)關行業(ye)測(ce)(ce)試(shi)解決方案的(de)(de)研究，為(wei)用戶提供具有競爭(zheng)力的(de)(de)測(ce)(ce)試(shi)方案，Aigtek已經(jing)成為(wei)在業(ye)界(jie)擁(yong)有廣(guang)泛產品(pin)線(xian)，且具有相(xiang)當規(gui)模的(de)(de)儀(yi)器(qi)設備供應商，樣機都支持免費試(shi)用。如(ru)想了(le)解更多實(shi)驗方案，請持續關注安(an)泰(tai)電子(zi)官(guan)網hkdyw.cn或撥打(da)029-88865020。