高压放大器在机器人攀爬速度测试实验中的应用

实验名称：机器人攀爬速度测试实验

研究方向：机器人创新攀爬机制、柔性驱动与机身设计、精密制造工艺开发

实验目的：本实验是对制造出的柔性爬杆机器人的驱动器及整机进行爬升测试，并且确定爬杆机器人是否能够在杆上成功爬升，并使用高速相机对上升过程进行了记录，通过获得爬杆机器人的各项关键性能指标与理论设计进行对比，为机器人未来版本的优化与改进提供了重要数据支持。

测试设备：信号发生器、ATA-2082高压放大器、高精度测力计、两根钨钢杆/高速相机系统、高频同步光源、同步控制器、交换机、电脑等。

图1机器人驱动系统组成

实验过程：

先将压电驱动器的导线连接至高压放大器输出，连接时要使两个压电驱动器的电场方向相同，即在同一时刻，两个压电驱动器的两侧电压同为上正下负或者上负下正的状态。然后将两个高速相机的拍摄帧数设置为3600帧/s，画幅大小为384×680，启动高速相机开始拍摄记录后，再启动函数发生器和高压放大器输出交流电压，调节频率值为380~430Hz，观察到爬杆机器人成功实现了在杆上的迅速攀爬，同时机器人的上升过程图像通过高速相机拍摄并上传到电脑上保存，实验示意图以及实物图见图2、图3。

图2攀爬测试平台设备连接示意图

图3攀爬测试平台实物图

实验结果：

1、攀爬频率：仅380-430Hz可实现爬升，对应驱动器“扭转运动”；其他频率（如60-70Hz）因驱动器“上下摆动”无法爬升。

2、速度与高度：405Hz时无负载爬升速度最快，达120mm/s；395-420Hz时最大爬升高度11.5cm（受限于测试杆长度），换用20cm杆可爬至顶部并跃出，速度与频率关系图见图4。

图4机器人攀爬速度与频率的关系

性能对比：在100g以下微型机器人中，相对速度（3.64身长/s）最大，质量（82mg）最小，优于传统仿尺蠖/轮式爬杆机器人，对比图见图5。

图5多种攀爬机器人的相对身长速度与质量的对比

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图：ATA-2082高压放大器指标参数

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审核编辑 黄宇