實驗名稱：機器人攀爬速度測試實驗

研究方向：機器人創新攀爬機制、柔性驅動與機身設計、精密制造工藝開發

實驗目的：本實驗是對制造出的柔性爬桿機器人的驅動器及整機進行爬升測試，并且確定爬桿機器人是否能夠在桿上成功爬升，并使用高速相機對上升過程進行了記錄，通過獲得爬桿機器人的各項關鍵性能指標與理論設計進行對比，為機器人未來版本的優化與改進提供了重要數據支持。

測試設備：信號發生器、ATA-2082高壓放大器、高精度測力計、兩根鎢鋼桿/高速相機系統、高頻同步光源、同步控制器、交換機、電腦等。

圖1機器人驅動系統組成

實驗過程：

先將壓電驅動器的導線連接至高壓放大器輸出，連接時要使兩個壓電驅動器的電場方向相同，即在同一時刻，兩個壓電驅動器的兩側電壓同為上正下負或者上負下正的狀態。然后將兩個高速相機的拍攝幀數設置為3600幀/s，畫幅大小為384×680，啟動高速相機開始拍攝記錄后，再啟動函數發生器和高壓放大器輸出交流電壓，調節頻率值為380~430Hz，觀察到爬桿機器人成功實現了在桿上的迅速攀爬，同時機器人的上升過程圖像通過高速相機拍攝并上傳到電腦上保存，實驗示意圖以及實物圖見圖2、圖3。

圖2攀爬測試平臺設備連接示意圖

圖3攀爬測試平臺實物圖

實驗結果：

1、攀爬頻率：僅380-430Hz可實現爬升，對應驅動器“扭轉運動”；其他頻率（如60-70Hz）因驅動器“上下擺動”無法爬升。

2、速度與高度：405Hz時無負載爬升速度最快，達120mm/s；395-420Hz時最大爬升高度11.5cm（受限于測試桿長度），換用20cm桿可爬至頂部并躍出，速度與頻率關系圖見圖4。

圖4機器人攀爬速度與頻率的關系

性能對比：在100g以下微型機器人中，相對速度（3.64身長/s）最大，質量（82mg）最小，優于傳統仿尺蠖/輪式爬桿機器人，對比圖見圖5。

圖5多種攀爬機器人的相對身長速度與質量的對比

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圖：ATA-2082高壓放大器指標參數

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審核編輯 黃宇