應用案例

　　實驗名稱：超聲微機器人的制備、振動特性表征、運動性能測試及在復雜管道環(huán)境中的實驗研究

　　實驗目的：探究超聲驅(qū)動頻率、電壓及管道尺寸等關(guān)鍵參數(shù)對微機器人運動性能的影響，通過MEMS基壓電薄膜與頻率調(diào)制技術(shù)，驗證其高速、低壓、強爬坡與高負載能力，以支撐復雜管道的高效實時檢測需求。

　　測試設(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、集成光學高速相機、激光多普勒測振儀、紅外熱像儀及精密位移平臺、掃描電子顯微鏡、阻抗分析儀以及有限元仿真平臺

　　實驗過程：以超聲微機器人為研究對象，通過MEMS基超薄壓電復合薄膜結(jié)構(gòu)與超聲頻率調(diào)制技術(shù)，實現(xiàn)狹窄管道內(nèi)超快雙向運動驗證。首先完成機器人制備與結(jié)構(gòu)表征，利用SEM和阻抗測試確認共振頻率及振動模式；隨后結(jié)合有限元分析與激光測振，以函數(shù)發(fā)生器和放大器驅(qū)動系統(tǒng)，在21mm管道中達到81cm/s峰值速度，并通過頻率調(diào)制實現(xiàn)雙向控制。實驗在不同管道環(huán)境測試適應性，最終通過實時運動分析、爬坡和負載評估，證實其具備低電壓驅(qū)動、高速及強魯棒性，滿足復雜管道檢測需求。

圖1：電學/動力學測量實驗流程圖

　　實驗結(jié)果：基于MEMS制備的超薄壓電復合薄膜結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)超聲微機器人的超快雙向運動控制，在54.8kHz驅(qū)動頻率下達到81cm/s峰值速度，運動方向切換響應時間＜0.3s；系統(tǒng)在3Vpp超低驅(qū)動電壓下即可啟動，負載能力超過自重36倍，斜坡攀爬角度達24.25°；頻率調(diào)制可實現(xiàn)精準雙向控制，在不同管徑及多種材料管道中保持穩(wěn)定運動，L形彎管通過率100%；集成微內(nèi)窺鏡實現(xiàn)在線影像采集，驗證了該方法在運動速度、負載能力與環(huán)境適應性方面全面滿足復雜管道檢測需求。

圖2：微機器人在不同形狀管道中的運動演示與分析

　　圖3：驅(qū)動性能對比及攀爬與承重能力演示

　　產(chǎn)品推薦：ATA-2022B

　　圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數(shù)

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