高压放大器在软体机器人特性测试中的应用

　　实验名称：软体机器人特性测试

　　实验目的：仿尺蠖软体机器人，作为躯干的软体驱动器是整个机器人能运动的核心组成部分，它不仅能提供灵活的运动，而且提供输出力。因此，对软体驱动器的运动性能与输出力的研究是非常有意义的。根据分析，静电吸附脚需要符合要求得切向力和法向力，因此对静电吸附脚的输出性能进行研究是十分必要的。

　　测试设备：高压放大器、激光位移传感器等。

图：伸长特性测量系统

　　实验过程：

　　在进行软体驱动器输出位移特性测试时，搭建伸长特性测量系统。软体驱动器在一个光滑玻璃平台上进行测试，为方便测量伸长特性数据，在系统中固定脚1。使用LABVIEW编程，控制器对高压电源进行控制，激光位移传感器测量机器人脚的伸长量。传感器数据通过控制器传输到电脑中。

　　首先选取直流激励电压进行测试，信号高电平VA为（0.5kV、1.0kV、1.5kV、2.0kV、2.5kV、3.0kV、3.5kV、4.0kV、4.5kV、5.0kV、5.5kV、6.0kV），低电平VF为0V。通电时长为60s，数据采集时长为100s。使用上述激励信号，对三种拉伸倍率，300%×400%、300%×450%以及300%×500%的DE薄膜进行了实验。如图2所示，拉伸倍率为300%×500%的DE薄膜输出位移性能最好，而且对于不同的拉伸倍率，可看出随着电压的升高，机器人伸长步长均随之呈二次曲线增长。但由于DE薄膜本身的特性，超过6kV恐有击穿的风险。因此，在伸长量测试情况下，最佳激励电压选取为6.0kV。由图可知，在拉伸倍率为300%×500%，输入电压高电平为6.0kV时，仿生软体驱动器在60s的极限输出伸长量为16.2mm。

　　图2：伸长步长与直流电压的关系

　　本文测试了以高电平VA分别为3.0kV、4.0kV、5.0kV、6.0kV，低电平VF为0V的正弦信号为激励电压，并采用在此四组不同幅值正弦电压下的一系列不同频率（1~30Hz，间隔1Hz）的正弦信号来测试拉伸倍率为300%×500%的DE薄膜制作的仿生软体驱动器伸长性能。

　　实验结果：

　　图3：伸长步长随不同正弦幅值与频率的变化关系

　　上图所示为仿生软体驱动器输出伸长步长数据，该数据为在不同频率下仿生软体驱动器的最大输出步长伸长量。由图中可以看出，在不同电压幅值下，随着频率的升高，机器人的伸长步长整体呈下降趋势。但电压幅值越小，下降趋势越不明显；电压幅值越高，下降趋势越明显的同时波动也越大。因此，当应用需要要求机器人步长更长时，则选取电压幅值更高，电压频率更小的激励信号。在高电平为6kV，频率为1Hz时，驱动器输出步长能达到10.42mm。

　　电压放大器推荐：ATA-7020

　　图：ATA-7020高压放大器指标参数

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