實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：超聲微機(jī)器人的制備、振動(dòng)特性表征、運(yùn)動(dòng)性能測(cè)試及在復(fù)雜管道環(huán)境中的實(shí)驗(yàn)研究

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>探究超聲驅(qū)動(dòng)頻率、電壓及管道尺寸等關(guān)鍵參數(shù)對(duì)微機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能的影響，通過(guò)MEMS基壓電薄膜與頻率調(diào)制技術(shù)，驗(yàn)證其高速、低壓、強(qiáng)爬坡與高負(fù)載能力，以支撐復(fù)雜管道的高效實(shí)時(shí)檢測(cè)需求。

　　測(cè)試設(shè)備：函數(shù)波形發(fā)生器、電壓放大器、電極引線及管道固定裝置、集成光學(xué)高速相機(jī)、激光多普勒測(cè)振儀、紅外熱像儀及精密位移平臺(tái)、掃描電子顯微鏡、阻抗分析儀以及有限元仿真平臺(tái)

　　實(shí)驗(yàn)過(guò)程：以超聲微機(jī)器人為研究對(duì)象，通過(guò)MEMS基超薄壓電復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)與超聲頻率調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)狹窄管道內(nèi)超快雙向運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證。首先完成機(jī)器人制備與結(jié)構(gòu)表征，利用SEM和阻抗測(cè)試確認(rèn)共振頻率及振動(dòng)模式；隨后結(jié)合有限元分析與激光測(cè)振，以函數(shù)發(fā)生器和放大器驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在21mm管道中達(dá)到81cm/s峰值速度，并通過(guò)頻率調(diào)制實(shí)現(xiàn)雙向控制。實(shí)驗(yàn)在不同管道環(huán)境測(cè)試適應(yīng)性，最終通過(guò)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)分析、爬坡和負(fù)載評(píng)估，證實(shí)其具備低電壓驅(qū)動(dòng)、高速及強(qiáng)魯棒性，滿足復(fù)雜管道檢測(cè)需求。

圖1：電學(xué)/動(dòng)力學(xué)測(cè)量實(shí)驗(yàn)流程圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果：基于MEMS制備的超薄壓電復(fù)合薄膜結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)超聲微機(jī)器人的超快雙向運(yùn)動(dòng)控制，在54.8kHz驅(qū)動(dòng)頻率下達(dá)到81cm/s峰值速度，運(yùn)動(dòng)方向切換響應(yīng)時(shí)間＜0.3s；系統(tǒng)在3Vpp超低驅(qū)動(dòng)電壓下即可啟動(dòng)，負(fù)載能力超過(guò)自重36倍，斜坡攀爬角度達(dá)24.25°；頻率調(diào)制可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)雙向控制，在不同管徑及多種材料管道中保持穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)，L形彎管通過(guò)率100%；集成微內(nèi)窺鏡實(shí)現(xiàn)在線影像采集，驗(yàn)證了該方法在運(yùn)動(dòng)速度、負(fù)載能力與環(huán)境適應(yīng)性方面全面滿足復(fù)雜管道檢測(cè)需求。

圖2：微機(jī)器人在不同形狀管道中的運(yùn)動(dòng)演示與分析

圖3：驅(qū)動(dòng)性能對(duì)比及攀爬與承重能力演示

　　產(chǎn)品推薦：ATA-2022B

圖：ATA-2022B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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