Kiwiki - Príspevky používateľa [sk]

Súbor:Vysldok.jpg

2010-09-27T12:56:42Z

Privara:

Súbor:Mesh.jpg

2010-09-27T12:56:25Z

Privara:

Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov

2010-09-27T12:55:25Z

Privara:

Keďže pružné mechanizmy sú zhotovené z materiálov ktoré podstupujú veľké pružné deformácie pri malej zmene objemu, je veľmi ťažké ich výpočet. Nedajú sa vypočítať ako staticky lineárne úlohy, z dôvodu že ich deformácia je plne elastická. Aby sme získali obraz o závislosti napätia a pomernej deformácii je potrebné vykonať ťahovú skúšku a jej výsledky použijeme ako vstupné parametre pre metódu konečných prvkov. Táto metóda je použiteľná za pomoci počítača. Je to spôsob výpočtu pomocou matematického modelu, ktorý sa vytvorí na základe vymodelovaného tvaru súčiastky a zadaní okrajových podmienok.
Pri konštruovaní súčiastok namáhaných či už tepelne alebo mechanicky je veľmi vhodnou a v poslednej dobe aj čoraz častejšie využívanou podpornou metódou tzv. FEM (Finite Element Method) modelovanie. Použitím metódy konečných prvkov a pomocou programov (napr. ANSYS, ABAQUS, COMSOL Multiphysics) je možné simulovať zaťaženie súčiastky a vypočítať tak pôsobenie zaťaženia v objeme. Jedná sa najmä o distribúciu napätí a nájdenie najkritickejších miest s vysokou lokálnou hodnotou napätia.

==Postup pri simulácii v programe COMSOL Multiphysics==

V prvom rade je potrebné programu dodať samotný model súčiastky, ktorý sa dá narysovať priamo v danom programe alebo v ktoromkoľvek kresliacom konštruktérskom programe (Autocad) s jeho následným importovaním do FEM programu.
Po vytvorení modelu súčiastky , musíme programu zadať materiálové vlastnosti pre jednoduché výpočty statického zaťažovania (väčšina súčiastok v strojárstve) programu. Pre správne fungovanie väčšinou postačujú hodnoty veľkosti modulu pružnosti, poissonovho čísla (predstavuje absolútnu hodnotu podielu pomerných deformácií), prípadne hustoty. Veľký dôraz je potrebné klásť na jednotky zadávaných veličín!

[[Image:zadanie mat vlastnosti.jpg|center|framed|Obr 6.1 Zadanie materialových vlastnosti v programe COMSOL multiphysics ]]

Po zadaní materiálových vlastností nasleduje navrhnutie a vytvorenie tzv. siete (mesh). Súčiastka sa rozdelí na množstvo malých elementov, napríklad na hexagonály tehličkového tvaru (brick elements), pričom každý z elementov má vo svojich uzlových bodoch (nodes) definované materiálové vlastnosti, ktoré sme programu zadali v predchádzajúcom kroku. Vytvorenie siete je najdôležitejším krokom pred samotným výpočtom, pretože pri generácii zle navrhnutej siete môže dochádzať k deformovaniu elementov v oblastiach so zložitým tvarom súčiastky – to následne pri výpočte zapríčiní, že program nedokáže výpočet dokončiť. Tvarovo zložité oblasti je preto vhodné opatriť jemnejšou sieťou.

[[Image:mesh.jpg|center|framed|Obr 6.2 Mesh ]]

Ďalej nasleduje zaťaženie súčiastky, ktorú je potrebné najprv „ukotviť“, teda určiť pre niektoré z bodov alebo plôch súčiastky počet stupňov voľnosti. Potom aplikujeme vonkajšie napätie.
Po fáze zaťažovania nasleduje presne prevedenie výpočtu. Dôležitým krokom býva nastavenie dĺžky časového kroku výpočtu, resp. počtu krokov, pretože počas výpočtu musí dochádzať ku tzv. iterácii. Metódy iterácie sú užitočné pri riešení (spravidla) veľkých sústav lineárnych rovníc postupným približovaním sa k presnému riešeniu.

[[Image:vysldok.jpg|center|framed|Obr 6.13 Výsledok simulacie ]]

Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov

2010-09-27T12:53:10Z

Privara:

Súbor:Zadanie mat vlastnosti.jpg

2010-09-27T12:51:10Z

Privara:

Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov

2010-09-27T12:49:38Z

Privara: Vytvorená stránka „== == Keďže pružné mechanizmy sú zhotovené z materiálov ktoré podstupujú veľké pružné deformácie pri malej zmene objemu, je veľmi ťažké ich výpočet. Ne…“

== ==

Keďže pružné mechanizmy sú zhotovené z materiálov ktoré podstupujú veľké pružné deformácie pri malej zmene objemu, je veľmi ťažké ich výpočet. Nedajú sa vypočítať ako staticky lineárne úlohy, z dôvodu že ich deformácia je plne elastická. Aby sme získali obraz o závislosti napätia a pomernej deformácii je potrebné vykonať ťahovú skúšku a jej výsledky použijeme ako vstupné parametre pre metódu konečných prvkov. Táto metóda je použiteľná za pomoci počítača. Je to spôsob výpočtu pomocou matematického modelu, ktorý sa vytvorí na základe vymodelovaného tvaru súčiastky a zadaní okrajových podmienok.
Pri konštruovaní súčiastok namáhaných či už tepelne alebo mechanicky je veľmi vhodnou a v poslednej dobe aj čoraz častejšie využívanou podpornou metódou tzv. FEM (Finite Element Method) modelovanie. Použitím metódy konečných prvkov a pomocou programov (napr. ANSYS, ABAQUS, COMSOL Multiphysics) je možné simulovať zaťaženie súčiastky a vypočítať tak pôsobenie zaťaženia v objeme. Jedná sa najmä o distribúciu napätí a nájdenie najkritickejších miest s vysokou lokálnou hodnotou napätia.

==Postup pri simulácii v programe COMSOL Multiphysics==

V prvom rade je potrebné programu dodať samotný model súčiastky, ktorý sa dá narysovať priamo v danom programe alebo v ktoromkoľvek kresliacom konštruktérskom programe (Autocad) s jeho následným importovaním do FEM programu.
Po vytvorení modelu súčiastky , musíme programu zadať materiálové vlastnosti pre jednoduché výpočty statického zaťažovania (väčšina súčiastok v strojárstve) programu. Pre správne fungovanie väčšinou postačujú hodnoty veľkosti modulu pružnosti, poissonovho čísla (predstavuje absolútnu hodnotu podielu pomerných deformácií), prípadne hustoty. Veľký dôraz je potrebné klásť na jednotky zadávaných veličín!

[[Image:zadanie mat vlastnosti.jpg|center|framed|Obr 6.1 Zadanie materialových vlastnosti v programe COMSOL multiphysics ]]

Materiál pre mikrouchopovače

2010-09-27T12:45:59Z

Privara: /* Medza klzu a Youngov modul pružnosti */

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Praca_uvod|5|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}

= =
Mnoho rôznych typov materiálov môže byť použité pre dizajn pružného mechanizmu. I keď každá aplikácia má svoje vlastné kritériá pre výber materiálov, môže sa proces výberu riadiť princípmi, ktoré možno použiť v mnohých situáciách. Snáď najdôležitejšie na zapamätanie je, že tuhosť a sila nie sú rovnaké a je možné, aby materiál bol pružný a silný. Tvárnosť a pružnosť tiež nie sú rovnocenné. Krehké materiály môžu byť použité na výstavbu kompatibilných mechanizmov, ak je ich geometria prispôsobená tak, že nie sú preťažené. Ďalším dôležitým bodom je to, že mechanizmus môže byť flexibilný buď vďaka geometrii, alebo vlastnosťou materiálu. V konečných návrhoch sa uprednostňuje čo najväčšia flexibilita pred tuhosťou.

==Medza klzu a Youngov modul pružnosti==
Youngov modul E je pre väčšinu kovov takmer rovnaký bez ohľadu na pridaní legujúcich prvkoch alebo tepelného spracovania. Medzu klzu σK a pevnosť v ťahu môžeme zvýšiť pomocou tepelného spracovania alebo tvarovania za studena. Nevýhodou toho je že sa tým tiež tieto materiály stávajú krehkejšími a zvyšuje sa riziko výskytu chýb, prasklín, nečistôt a tiež sú citlivejšie na zvýšené napätie. Materiály s vysokou pomernou hodnotou pevnosti a modulu pružnosti dovoľujú väčšie priehyby pred tým ako sa v nich vyskytne chyba. Tento pomer je jedným z najdôležitejších parametrov pri výbere materiálu pre pružné mechanizmy.

[[Image:tab mat.jpg|center|framed|Obr 5.1 σK/E -pomer medze klzu a Youngovho modulu pre vybrané materiály ]]

==Materiály pre pružné mechanizmy==

===Kovy===
Kovy, ako je oceľ, by mal byť z nerezovej ocele, hliníka, titánu atď. Pri návrhu treba brať do úvahy:
* Predpokladané správanie materiálov (vo vysoko presných prístrojoch)
* Dobrý výkon v prostrediach s vysokou teplotou
* Biokompatibilita
* Nízka náchylnosť na sklz
* Predvídateľná únavová životnosť
* Schopnosť pracovať v mnohých nepriaznivých podmienkach
* Elektrická vodivosť (ako je potrebné pre flexibilné elektrické konektory)

Niektoré nevýhody kovov v súlade s mechanizmami zahŕňajú:

* Náklady na materiál
* Náklady na tvárnenie a obrábanie materiálov
* Väčšia potreba spojovacích komponentov
* Vysoká hustota
* Nízky pomer medze klzu k Youngovmu modulu v porovnaní s mnohými polymérmi

===Plasty===
Hoci cena niektorých plastov je porovnateľná s oceľou, ale náklady na ich spracovanie klasickými metódami je výrazne nižšia ako u iných materiálov vo veľkých objemoch. Toto a ich vysoká pomerná hodnota pevnosti a modulu pružnosti sú hlavné dôvody pre ich použitie pri vysokej presných mechanizmoch. Výhody plastov zahŕňajú:

* Nízke výrobné náklady vo veľkých objemoch
* Vsoká pomerná hodnota pevnosti a modulu pružnosti
* Obrobiteľnosť
* Žiadne spojovacie súčiastky
* Nízka hustota
* Biokompatibilita
* Elektricky izolačné vlastnosti

Nevýhody plastov:

* Variabilita mechanických vlastností plastov ich robí menej predvídateľné ako u iných materiálov
* Nízke teploty topenia materiálu a degradácia v niektorých prostrediach
* Zhoršenie vlastnosti v niektorých prostrediach

Sklo je často používané na posilnenie plastov. Toto posilnenie zvyšuje pevnosť aj tuhosť, čo má za následok zníženie pomernej hodnoty pevnosti a modulu pružnosti.
Polypropylén je bežne používaný polymér z niekoľkých dôvodov. Po prvé, je to jeho vysoký pomer medze sklzu k Youngovmu modulu, ako je uvedené v tabuľke 5.1. Má tiež rad výhod v porovnaní s inými polyméry. Polypropylén je ľahko dostupný, lacný, ľahko spracovateľný a má nízku hustotu. Je tiež veľmi tvárny. Hoci to je vynikajúci materiál pre mnohé kompatibilné mechanizmy, nie je vhodný v niektorých prípadoch. A to z dôvodu tečenia, ma obmedzený teplotný rozsah a malú chemickou odolnosť.

===Ostatné materiály===
Diely z krehkých materiálov môžu byť tiež použite v pružných mechanizmoch, ale sú citlivé na prepätie. Keď sú krehké materiály používané ako vyhovujúci materiál, je to zvyčajne preto, že dizajn je obmedzený ďalšími faktormi. To je prípad, kedy sú mechanizmy konštruované s pomocou technológií na výrobu integrovaných obvodov. Materiály sú obmedzené na tie, ktoré sú vhodné pre techniky, z ktorých väčšina je veľmi krehká. Optické časti sú ďalším príkladom toho. Flexibilná časť je vyrobená z krehkého materiálu, pretože podstatné obmedzenie je spojené s aplikáciou.
Kompozitné materiály (napr. grafit, sklenené vlákno, a sklolamináty), elastoméry, textílie a iné materiály sú považované za vyhovujúce pre použitie v mechanizmoch ak daná aplikácia vyžaduje ich použitie. Je dôležité zvážiť všetky požiadavky pri výbere materiálu, pretože veľa vecí, ktoré sa tradične používajú v tuhých štruktúrach môžu byť upravené tak aby boli požité v pružných mechanizmoch.

Súbor:Tvary pružných kĺbov.jpg

2010-09-27T12:42:31Z

Privara:

Súbor:Viacosý pružný kĺb.jpg

2010-09-27T12:41:47Z

Privara:

Súbor:Dvojosý pružný kĺb.jpg

2010-09-27T12:41:30Z

Privara:

Súbor:Jednoosový pružný kĺb.jpg

2010-09-27T12:41:12Z

Privara:

Pružné kĺby

2010-09-27T12:38:27Z

Privara:

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Praca_uvod|4|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}

= =
Pružný kĺb je prvok v rámci konštrukcie, ktorý vďaka svojej pružnosti umožňuje pohyb medzi dvoma susediacimi nehybnými časťami.

[[Image:pružný kĺb.jpg|center|framed|Obr 4.1 Pružný kĺb ]]

Pružný kĺb môžeme zabezpečiť pomocou pružného elementu ako je napríklad tenký oceľový pásik uchytený medzi pevné nepohybujúce sa časti.

[[Image:Oceľový pásik medzi pevnými časťami.jpg|center|framed|Obr 4.2 Oceľový pásik medzi pevnými časťami ]]

Pružný kĺb môžeme dosiahnuť aj opracovaním materiálu tak, aby v mieste ohybu vznikol vrub, teda vytvorí sa ohybové tenké spojítko. V tomto prípade predchádzame rozdeleniu materiálu.

==Výhody pružných kĺbov==
Berme do úvahy len monolitické pružné kĺby. Keďže sú vyrobené z jedného kusa materiálu majú oproti mechanickým značné výhody:
* Žiadne straty spôsobené trením
* Nie je potrebné mazanie
* Nie sú citlivé na znečistenie
* Uloženie je bez vôle
* Žiadna hysterézia
* Kompaktnosť
* Jednoduché zhotovenie
* Prakticky žiadna potrebná údržba

==Nevýhody pružných kĺbov==
Nevýhody sa týkajú najmä obmedzení:
* Kĺby sú schopné poskytnúť pomerne nízku úroveň rotácii.
* Rotácie nie je čistá, pretože vzniká axiálne strihanie prípadne aj torzia zaťaženia, okrem ohýbania.
* Ohýbanie kĺbu je zvyčajne citlivé voči zmenám teploty.
Jeho rozmery sa menia v dôsledku tepelnej rozťažnosti čo vedie k zmenám oproti pôvodným hodnotám.
Mechanizmus s kĺbmi bude fungovať, kým sa niečo nepokazí. Zvyčajne to býva samotný kĺb v dôsledku únavy alebo preťaženia materiálu.

==Osové otáčanie pružných kĺbov==
Pružné kĺby sa rozdeľujú aj podľa pohybu. V dvojrozmerných systémoch sa využívajú kĺby, ktoré umožňujú pohyb iba okolo jednej osi. Je to os okolo ktorej sa otáčajú neohybné pevné časti. Sú to tzv. jednoosé pružné kĺby (Obr. 4.3).

[[Image:jednoosový pružný kĺb.jpg|center|framed|Obr 4.3 jednoosový pružný kĺb ]]

V trojrozmerných systémoch sú zas zapracované dvojosé kĺby (Obr. 4.4). Tieto kĺby umožňujú ohyb okolo dvoch osí, ktoré sú na seba kolmé.

[[Image:dvojosý pružný kĺb.jpg|center|framed|Obr 4.4 jdvojosý pružný kĺb ]]

V trojrozmerných systémoch sa dá využiť aj viacosý kĺb (Obr. 4.5), ktorý umožňuje ohyb v rôznych smeroch [3].

[[Image:viacosý pružný kĺb.jpg|center|framed|Obr 4.5 viacosý pružný kĺb ]]

==Tvary pružných kĺbov==
Asi najviac využívané pružné kĺby v praxi čo sa týka dvojrozmerných systémov sú kĺby s kruhovým zárezom (Obr. 4.6a), trámovy kĺb (Obr. 4.6b), poprípade krížový kĺb (Obr. 4.6c). Samozrejme by sa dalo hovoriť aj o rôznych ďalších možných riešeniach ale kvôli jednoduchosti a ľahkému vyhotoveniu sa väčšinou používajú vyššie uvedené. Hlavnou ich výhodou je však schopnosť redukovať koncentráciu napätia vďaka ich zaobleným častiam v rohoch.

[[Image:tvary pružných kĺbov.jpg|center|framed|Obr 4.6 a) pružný kĺb s kruhovým zárezom, b) pružný trámový kĺb, c) pružný krížový kĺb ]]

==Návrh pružných kĺbov==

Keďže pružné kĺby zabezpečujú pohyb pružných mechanizmov, je kladený obrovský dôraz na ich presnosť a hlavne tvar. Aj ta najmenšia zmena tvaru kĺbu môže ovplyvniť výsledný efekt pri pohybe mechanizmu.
Pri návrhu treba preto zvážiť hľadiská:
• vykonanie požadovanej rotácie, ohybu,
• zabezpečenie žiadanej presnosti rotácie,
• vyhovieť napätiam, vzniknutým pri ohybe,
• vyhovieť požiadavkám na spotrebu alebo akumuláciu energie.

Konečné požiadavky na mechanizmus:
• pevnosť, tuhosť,
• spotreba energie,
• presnosť výstupného pohybu.
[3] [1]

Pri navrhovaní pružných kĺbov treba správne zvolenie vlastností. A to tuhosť
v smere rotácie ψ, tuhosť v smere x-ovej a z-ovej osi, ohybové napätie v smere ψ a tiež
napätia spôsobené normálovou silou Fn [4].

Pružné kĺby

2010-09-27T12:37:04Z

Privara:

Pružné kĺby

2010-09-27T12:35:05Z

Privara:

Pružné kĺby

2010-09-27T12:33:47Z

Privara:

Pružné kĺby

2010-09-27T12:32:38Z

Privara:

Pružné Mechanizmy

2010-09-27T12:29:30Z

Privara: /* História pružných mechanizmov */

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Praca_uvod|3|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}

= =
Pružné mechanizmy vykonávajú zmenu polohy vychyľovaním flexibilných
(pružných) členov, namiesto pohyblivých kĺbov pri tuhých mechanizmoch.

==História pružných mechanizmov==
Podstata pružných členov na uchovanie energie a vytváranie pohybu bol použitý pred tisícročiami. Archeologické dôkazy ukazujú, že luky požívané od roku 8000 pred n.l. boli primárnou zbraňou na lov vo väčšine kultúr.

[[Image:luk.jpg|center|framed|Obr 3.1 Luk ]]

Včasné luky boli vyrobené z relatívne pružných materiálov ako je drevo a zvieracie šľachy. Deformačná energia na prove sa premieňa na kinetickú energiu šípu.
Praky sú ďalším príkladom včasného uplatňovania pružných členov. Používali ich Gréci už vo štvrtom storočí pred n.l.
Včasné katapulty boli postavené z drevených častí, ktoré boli odklonené na uchovanie energie a po uvoľnení vymrštili daný predmet.

[[Image:katapult.jpg|center|framed|Obr 3.2 Katapult ]]

Iné metódy boli vyvinuté na začiatku dvadsiateho storočia. Našlo sa nové využitie pre tento druh pohybu. Počet produktov, ktoré využívajú pružnosť materiálov na výkon svojich funkcií výrazne vzrástol v niekoľkých posledných desaťročiach čiastočne vďaka objaveniu a výrobe silnejších a spoľahlivejších materiálov. Využitie pružnosti materiálov sa bude pravdepodobne aj naďalej zvyšovať s časom a konštrukčné materiály a metodiky sa budú zlepšovať.
V dnešnej dobe je obrovský dopyt, zvyšuje sa kvalita výrobkov a znižujú náklady.
Univerzity a priemyselný výskum zohrávajú dôležitú úlohu vo vývoji mechanizmov s využitím pružných materiálov.

==Konštrukcia pružných mechanizmov==
Výroba mikro a miniatúrnych mechanizmov je veľmi náročná. Nedajú sa vyrobiť bežnými výrobnými postupmi. Jediná možnosť ako ich zhotoviť je zvoliť vhodnú metódu na tvorbu mikroštrukúr ako sú napríklad laserové alebo iónové mikroobrábanie, galvanické pokovovanie, kremíková technológia.
Hlavnou výhodou pružných mechanizmov je zníženie nákladov z dôvodu redukovania konštrukčných dielov a najmä zjednodušenie výrobného procesu. Ďalšie výhody sú presnosť, spoľahlivosť a minimálna údržba.
Ako už bolo spomenuté tieto zariadenia sú vyrobených z jedného kusa materiálu. Obsahujú menej pohyblivých častí, ako sú napríklad čapy alebo rôzne klzné časti, ktoré je nutné mazať. Majú minimálny počet spojov, čím sa zvyšuje presnosť mechanizmu. Je to najmä vďaka pružným prvkom, ktoré dokážu zabezpečiť bezvôľový pohyb jednotlivých častí mechanizmu. Pohyb v pružných mechanizmoch je zabezpečený vychyľovaním jednotlivých prvkov, tým pádom sú nehlučné a nevzniká žiadna vybrácia.

Pružné kĺby

2010-09-27T12:27:39Z

Privara: /* */

Pružné kĺby

2010-09-27T12:26:26Z

Privara: /* */

Pružné kĺby

2010-09-27T12:19:19Z

Privara: /* */

Súbor:Oceľový pásik medzi pevnými časťami.jpg

2010-09-27T12:18:46Z

Privara:

Súbor:Pružný kĺb.jpg

2010-09-27T12:17:57Z

Privara:

Pružné Mechanizmy

2010-09-27T12:13:00Z

Privara: /* História pružných mechanizmov */

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Praca_uvod|3|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}

= =
Pružné mechanizmy vykonávajú zmenu polohy vychyľovaním flexibilných
(pružných) členov, namiesto pohyblivých kĺbov pri tuhých mechanizmoch.

==História pružných mechanizmov==
Podstata pružných členov na uchovanie energie a vytváranie pohybu bol použitý pred tisícročiami. Archeologické dôkazy ukazujú, že luky požívané od roku 8000 pred n.l. boli primárnou zbraňou na lov vo väčšine kultúr.

[[Súbor:luk.jpg]]

Včasné luky boli vyrobené z relatívne pružných materiálov ako je drevo a zvieracie šľachy. Deformačná energia na prove sa premieňa na kinetickú energiu šípu.
Praky sú ďalším príkladom včasného uplatňovania pružných členov. Používali ich Gréci už vo štvrtom storočí pred n.l.
Včasné katapulty boli postavené z drevených častí, ktoré boli odklonené na uchovanie energie a po uvoľnení vymrštili daný predmet.

[[Súbor:katapult.jpg]]

Iné metódy boli vyvinuté na začiatku dvadsiateho storočia. Našlo sa nové využitie pre tento druh pohybu. Počet produktov, ktoré využívajú pružnosť materiálov na výkon svojich funkcií výrazne vzrástol v niekoľkých posledných desaťročiach čiastočne vďaka objaveniu a výrobe silnejších a spoľahlivejších materiálov. Využitie pružnosti materiálov sa bude pravdepodobne aj naďalej zvyšovať s časom a konštrukčné materiály a metodiky sa budú zlepšovať.
V dnešnej dobe je obrovský dopyt, zvyšuje sa kvalita výrobkov a znižujú náklady.
Univerzity a priemyselný výskum zohrávajú dôležitú úlohu vo vývoji mechanizmov s využitím pružných materiálov.

==Konštrukcia pružných mechanizmov==
Výroba mikro a miniatúrnych mechanizmov je veľmi náročná. Nedajú sa vyrobiť bežnými výrobnými postupmi. Jediná možnosť ako ich zhotoviť je zvoliť vhodnú metódu na tvorbu mikroštrukúr ako sú napríklad laserové alebo iónové mikroobrábanie, galvanické pokovovanie, kremíková technológia.
Hlavnou výhodou pružných mechanizmov je zníženie nákladov z dôvodu redukovania konštrukčných dielov a najmä zjednodušenie výrobného procesu. Ďalšie výhody sú presnosť, spoľahlivosť a minimálna údržba.
Ako už bolo spomenuté tieto zariadenia sú vyrobených z jedného kusa materiálu. Obsahujú menej pohyblivých častí, ako sú napríklad čapy alebo rôzne klzné časti, ktoré je nutné mazať. Majú minimálny počet spojov, čím sa zvyšuje presnosť mechanizmu. Je to najmä vďaka pružným prvkom, ktoré dokážu zabezpečiť bezvôľový pohyb jednotlivých častí mechanizmu. Pohyb v pružných mechanizmoch je zabezpečený vychyľovaním jednotlivých prvkov, tým pádom sú nehlučné a nevzniká žiadna vybrácia.

Súbor:Katapult.jpg

2010-09-27T12:11:28Z

Privara:

Súbor:Luk.jpg

2010-09-27T12:10:48Z

Privara:

Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača

2010-09-27T12:09:23Z

Privara: Vytvorená stránka „==Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača== Ako už bolo povedané exitujú rozdiely medzi makro a mikro svetom. Pri uchopovaní väčších súčiastok sa sily …“

==Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača==

Ako už bolo povedané exitujú rozdiely medzi makro a mikro svetom. Pri uchopovaní väčších súčiastok sa sily ako sú napríklad elektrostatická zanedbávajú, ale pri mikrosúčiastkach takéto sily vytvárajú veľký problém.
Ďalším problémom pri návrhu je zvolenie správnych kĺbov. Keďže pri uchopovaní mikrosúčiastok mechanické kĺby treba vylúčiť z dôvodu ich nepresnosti, obtiažnej a nákladnej výrobe a vzniknutom trení pri ich pohybe. Pre potrebnú presnosť preto teda zvolíme kĺby z pružných materiálov tzv. flexibilné alebo pružné kĺby.

Návrh mikrouchopovača

2010-08-31T10:47:05Z

Privara: Vytvorená stránka „Kategória:Študentské práce Kategória:Bakalárske práce Kategória:Mechatronika {{Praca_uvod|6|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Základné problémy pri n…“

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Praca_uvod|6|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}

=Návrh mikrouchopovača =

==Postupné navrhnutie a zjednodušenie mikrouchopovača==

Na obrázkoch 6.1 sú znázornené náčrtky postupného vyvíjania a zjednodušovania mikrouchopovača s dosiahnutým výsledkom, a ten je najjednoduchšia a najúčinnejšia konštrukcia mikromanipulátora.

==Základné vlastnosti==

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-08-31T10:42:47Z

Privara:

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Hlavička_FM|{{PAGENAME}}|Juraj Prívara|Ing. Ján Zápotočný|
2009/2010
|Semetrálna práca|Mechatronika}}
{{Praca_uvod|1|Úvod|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Návrh mikrouchopovača|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Záver||}}
{{Abstrakt|Práca sa zaoberá mikro-pružnými mechanizmami so zameraním na uchopovanie mikro objektov. Prvá časť sa zameriava na teóriu mikrouchopovačov, problémy s nimi a popisom flexibilných mechanizmov, z ktorých sú štruktúry mikrouchopovačov odvodené. Ďalšia časť je zameraná na riešenie problémov a popisuje typy flexibilných kĺbov, ktoré poskytujú pohyb a správanie mikrouchopovačov. V tomto projekte hovoríme aj o materiáloch vhodných na použitie v tejto oblasti.|This work deals with micro flexible mechanisms with a focus on griping of micro objects. The first part focuses on microgrippers theory, issues related to it and description of flexible mechanisms, from which are the structures of microgrippers derived. Next part is oriented on solving the issues and describes the types of flexible joints, which provide the movement and the behavior of microgrippers. In this project we also talk about the materials suitable for use in this area.}}
__TOC__

'''Úvod'''
O mikrosystémoch a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) sa začalo hovoriť v 90. rokoch 20. storočia ako o nastupujúcej kľúčovej technike 21. storočí. Veľké úsilie bolo venované technickému vývoju a novým prístupom spojeným so systémovým inžinierstvom pre vývoj nových aplikácii. Mnohé z nich, ktoré boli skôr rozpracované iba v teoretické rovine, boli teraz uvedené do praxe a na ich základe začali vznikať nové, kvalitatívnejšie odlišné systémy. Jednou z hlavných predností mikrosystémovej techniky je možnosť mikrominiaturizácie, využitie materiálov používaných na výrobu integrovaných elektronických obvodov (napr. kremík), ktorý však práve v týchto aplikáciách vykazuje vlastnosti bežných materiálov: napr. kremík v mikroštruktúrach má vlastnosti ocele.
Elektronicky riadené skalpely alebo biochemické laboratória vytvárané na čipe umožnili dosiahnuť veľkého pokroku v medicíne. Bez mikrosystémovej techniky by nebol možný rozvoj funkcii kardiostimulátorov, ktoré v dnešnej dobe predstavujú inteligentné systémy obsahujúce senzory, aktuátory, riadiacu elektroniku a inteligentný rozhodovací software. Veľké množstvo mikrosystémov je i v moderných automobiloch (airbagy, ABS, riadiace a monitorovacie systémy, navigačné systémy atď.). Bez mikrosystémových technológií by sa nerozvíjal kozmický výskum, letectvo, bezpečnostné systémy alebo ochrana životného prostredia. V mikrosystémoch sú často začlenené i celé nesúrodé súčasti. Vychádza sa z predpokladu, že v mikrosvete sa jednotlivé súčasti systému výrazne vzájomne ovplyvňujú, na rozdiel od makrosveta, kde vlastnosti jednotlivých súčastí sa dá považovať za oddelené, a pritom dohromady vytvárajú funkčný makrosystém.
Pri manipulácii s veľmi malými súčiastkami sa vyvíjajú aj k nim patričné druhy manipulátorov, čiže inak povedané uchopovačov či mikrouchopovačov. Pri súčiastkach väčších ako sú milimetre sa využívajú uchopovače zostrojené z mechanických, guľových a krížových kĺbov. Pri mikrosúčiastkach, teda pri súčiastkach menších ako je milimeter sa musí zvoliť mikrouchopovač, ktorý však funguje na iných princípoch ako to je v makrosvete.

Pružné Mechanizmy

2010-08-31T10:25:19Z

Privara:

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Praca_uvod|3|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}

= =
Pružné mechanizmy vykonávajú zmenu polohy vychyľovaním flexibilných
(pružných) členov, namiesto pohyblivých kĺbov pri tuhých mechanizmoch.

==História pružných mechanizmov==
Podstata pružných členov na uchovanie energie a vytváranie pohybu bol použitý pred tisícročiami. Archeologické dôkazy ukazujú, že luky požívané od roku 8000 pred n.l. boli primárnou zbraňou na lov vo väčšine kultúr.
[[Súbor:luk.jpg]]
Včasné luky boli vyrobené z relatívne pružných materiálov ako je drevo a zvieracie šľachy. Deformačná energia na prove sa premieňa na kinetickú energiu šípu.
Praky sú ďalším príkladom včasného uplatňovania pružných členov. Používali ich Gréci už vo štvrtom storočí pred n.l.
Včasné katapulty boli postavené z drevených častí, ktoré boli odklonené na uchovanie energie a po uvoľnení vymrštili daný predmet.
[[Súbor:katapult.jpg]]

Iné metódy boli vyvinuté na začiatku dvadsiateho storočia. Našlo sa nové využitie pre tento druh pohybu. Počet produktov, ktoré využívajú pružnosť materiálov na výkon svojich funkcií výrazne vzrástol v niekoľkých posledných desaťročiach čiastočne vďaka objaveniu a výrobe silnejších a spoľahlivejších materiálov. Využitie pružnosti materiálov sa bude pravdepodobne aj naďalej zvyšovať s časom a konštrukčné materiály a metodiky sa budú zlepšovať.
V dnešnej dobe je obrovský dopyt, zvyšuje sa kvalita výrobkov a znižujú náklady.
Univerzity a priemyselný výskum zohrávajú dôležitú úlohu vo vývoji mechanizmov s využitím pružných materiálov.

==Konštrukcia pružných mechanizmov==
Výroba mikro a miniatúrnych mechanizmov je veľmi náročná. Nedajú sa vyrobiť bežnými výrobnými postupmi. Jediná možnosť ako ich zhotoviť je zvoliť vhodnú metódu na tvorbu mikroštrukúr ako sú napríklad laserové alebo iónové mikroobrábanie, galvanické pokovovanie, kremíková technológia.
Hlavnou výhodou pružných mechanizmov je zníženie nákladov z dôvodu redukovania konštrukčných dielov a najmä zjednodušenie výrobného procesu. Ďalšie výhody sú presnosť, spoľahlivosť a minimálna údržba.
Ako už bolo spomenuté tieto zariadenia sú vyrobených z jedného kusa materiálu. Obsahujú menej pohyblivých častí, ako sú napríklad čapy alebo rôzne klzné časti, ktoré je nutné mazať. Majú minimálny počet spojov, čím sa zvyšuje presnosť mechanizmu. Je to najmä vďaka pružným prvkom, ktoré dokážu zabezpečiť bezvôľový pohyb jednotlivých častí mechanizmu. Pohyb v pružných mechanizmoch je zabezpečený vychyľovaním jednotlivých prvkov, tým pádom sú nehlučné a nevzniká žiadna vybrácia.

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-08-31T10:23:02Z

Privara:

Blok UART

2010-06-22T16:00:05Z

Privara: /* Vysielač a prijímač sériových dát */

[[Category:Mikroprocesorové systémy]]
__NOTOC__
{{Draft}}
Univerzálny asynchrónny prijímač / vysielač (UART- universal asynchronous receiver/transmitter) je typ "asynchrónneho prijímača / vysielača", hardvéru počítača, ktorý konvertuje dáta medzi paralelný a sériový rozhraním. UART sú bežne používané v spojení s ďalšími komunikačnými štandardmi ako EIA RS-232.

'''UART''' je zvyčajne individuálny (alebo jeho časť), integrovaný obvod a používa sa pre sériovú komunikáciu cez počítač alebo periférne zariadenia, sériový port. UART sú obyčajne zahrnuté v mikroprocesoroch. Dual UART alebo Duart kombinuje dva UART do jediného čipu. Veľa moderných integrovaných obvodov teraz prichádzajú s UART, ktorý tiež môže komunikovať synchrónne, tieto zariadenia sa nazývajú USARTs (univerzálny synchrónny / asynchrónny prijímač / vysielač).

==Vysielač a prijímač sériových dát==
'''Uart''' <ref>http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_asynchronous_receiver/transmitter</ref>

Univerzálny Asynchrónne Prijímač / vysielač (UART), je kľúčovou súčasťou sériovej komunikácie subsystému počítača. UART berie byty dát a prenáša jednotlivé bity v sekvenčným spôsobom. V mieste určenia, druhý UART poskladá bity do kompletných bytov. Sériový prenos digitálnych informácií (BITS) prostredníctvom jediného drôtu, alebo iné médium, je oveľa nákladnejšie ako paralelný prenos prostredníctvom niekoľkých drôtov. UART slúži k prevodu zasielaných informácií medzi sekvenčné a paralelné porty na každom konci spojenia. Každý UART obsahuje posuvný register, ktorý je základný spôsob prepočtu medzi sériový a paralelný portami.

Vonkajšie signály môžu byť z mnohých rôznych foriem. Príklady noriem pre napätie signalizácia sú RS-232, RS-422 a RS-485 z EIA.

'''Historia'''<ref>http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_asynchronous_receiver/transmitter</ref>

Prítomnosť alebo neprítomnosť prúdu (v prúdovej slučke), bol použitý v telegrafných okruhov. Niektoré zabezpečovacie systémy nepoužívajú elektrické drôty. Príkladom takých sú optické vlákno, IrDA (infračervený), a (bezdrôtový) Bluetooth vo svojom Serial Port Profile (SPP). Niektoré zabezpečovacie systémy používajú moduláciu nosného signálu. Príkladom je modulácia audio signálu z modemu telefónnej linky, RF modulácia s dátami rádia.

Komunikácia môže byť "full duplex" (ako posielať a prijímať súčasne) alebo "polovičný duplex" (zariadenia sa striedajú - vysielacie a prijímacie).
Od roku 2008, sú bežne používané UART s RS-232 pre vkladanie systému komunikácie. To je užitočné pre komunikáciu medzi procesormi, a tiež s PC.

'''Synchrónny sériový prenos''' <ref>http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_asynchronous_receiver/transmitter</ref>

Synchrónny sériový prenos vyžaduje, aby odosielateľ aj príjemca zdieľaľ Clock s iným alebo že odosielateľ poskytne časový signál, takže príjemca vie, kedy má čítať ďalší bit dát. Vo väčšine formách sériovej synchrónnej komunikácie, ak niesú k dispozícii žiadne údaje v danom okamihu k prenosu, vyplnený znak musí byť zaslaný skôr tak, že dáta sú neustále prenášané. Synchrónna komunikácia je zvyčajne účinnejšia, lebo dátové bity sú prenášané medzi vysielačom a prijímačom, na druhej strane je zas drahšia, lebo treba extra vodiče a obvody sú povinné zdieľať hodinový signál medzi vysielačom a prijímačom.

Forma Synchrónneho prenosu sa používa u tlačiarní a pevných diskoch v tom, že dáta sú odoslaná na jeden z drôtov, kým časovač je vyslaný na iný drôt. Tlačiarne a pevné disky nie sú obvykle sériovo vybavené, pretože väčšina stanovených noriem diskových rozhraní posiela celé slovo údajov pre každý časovač. V PC sú známe ako paralelné zariadenia.

Štandardný sériový komunikačný hardware v PC nepodporuje Synchrónne operácie. Tento režim je tu popísaný len pre porovnanie.

'''Asynchrónny sériový prenos''' <ref>http://en.wikipedia.org/wiki/Universal_asynchronous_receiver/transmitter</ref>

Asynchrónny prenos umožňuje že dáta môžu byť bez odoslané bez toho aby odosielateľ musel poslať hodinový signál k prijímaču. Namiesto toho musia odosielateľ a príjemca dohodnúť o tzv. harmonograme parametrov a špeciálnych bitoch, ktoré sú pridané ku každému slovu a sú používané na synchronizáciu vysielajúcej a prijímacej jednotky.

Ak je slovo poslané do UART pre asynchrónne prenos, bit s názvom "Start Bit", je na začiatku každého slova, ktoré sa má zasielať. Štart Bit sa používa na varovanie prijímača, že dáta majú byť zaslané, a prinúti hodiny v prijímači do synchronizácie s hodinami vo vysielači. Tieto dve hodiny musia byť natoľko presné, že frekvencia nesmie byť odlišná viac ako o 10% počas prenosu zvyšných bitov v slove.

Po štart bit, sú jednotlivé bity slova údajov poslané s Least Significant Bit (LSB). Každý bit v prenose je prenášaný v presne rovnakom čase ako všetky ostatné bity a prijímač, sleduje, či bit je 1 alebo 0.
Odosielateľ nevie, kedy prijímač sleduje hodnotu bitu. Odosielateľa len vie, kedy hodiny hovoria o začatí vysielania ďaľšieho bit tohto slova.

Keď sa odošlú , môže vysielač šetky data ,pridá sa Parita, ktorú generuje vysielač. Bit Parity môžu byť použité prijímačom na vykonanie jednoduchej kontroly chýb. Vysielač potom pošle Stop bit.

Akonáhle prijímač dostane všetky bity, môže skontrolovať paritné bity (odosielateľa a príjemač sa musia dohodnúť na tom, či Bit Parit je na použité v prenose), a až potom prijímač hľadá Bit Stop. Ak sa Bit Stop neobjaví, UART informuje o Framing Error. Zvyčajná príčina Framing Erroru je, že časovač odosielateľa aj príjemcu nebežia na rovnakej frekvencii, alebo že signál bol prerušený.

Bez ohľadu na to, či dáta boli prijaté správne alebo nie, UART automaticky osdtraňuje Start bit, paritu a stop bity.

Ak sú ďalšie dáta je pripravené na odoslanie, Štart Bit pre nové dáta budú odoslané, akonáhle sa príjme Bit Stop z predchádzajúcich dát.

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:Charactercode.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Charactercode UART'''
|}
</center>

'''Ostatné funkcie UART'''

Okrem základnej prácu prenosu dát z paralelného na sériový port, UART zvyčajne poskytuje ďalšie signály, ktoré môžu byť použité na označenie stavu prenosových médií a na reguláciu prietoku dát v prípade, že vzdialené zariadenie nie je pripravený prijať ďalšie dáta.

== Implementácia bloku UART v procesoroch Cypress CY8C29x66 ==

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:uart-struktura1.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Vnútorná štruktúra bloku UART'''
|}
</center>

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:uart_19200.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Zapojenie bloku UART pre prenosovú rýchlosť 19200 Bd'''
|}
</center>

== Odkazy a literatúra ==
<references/>

Blok UART

2010-06-22T15:48:50Z

Privara:

[[Category:Mikroprocesorové systémy]]
__NOTOC__
{{Draft}}
Univerzálny asynchrónny prijímač / vysielač (UART- universal asynchronous receiver/transmitter) je typ "asynchrónneho prijímača / vysielača", hardvéru počítača, ktorý konvertuje dáta medzi paralelný a sériový rozhraním. UART sú bežne používané v spojení s ďalšími komunikačnými štandardmi ako EIA RS-232.

'''UART''' je zvyčajne individuálny (alebo jeho časť), integrovaný obvod a používa sa pre sériovú komunikáciu cez počítač alebo periférne zariadenia, sériový port. UART sú obyčajne zahrnuté v mikroprocesoroch. Dual UART alebo Duart kombinuje dva UART do jediného čipu. Veľa moderných integrovaných obvodov teraz prichádzajú s UART, ktorý tiež môže komunikovať synchrónne, tieto zariadenia sa nazývajú USARTs (univerzálny synchrónny / asynchrónny prijímač / vysielač).

== Vysielač a prijímač sériových dát ==

Univerzálny Asynchrónne Prijímač / vysielač (UART), je kľúčovou súčasťou sériovej komunikácie subsystému počítača. UART berie byty dát a prenáša jednotlivé bity v sekvenčným spôsobom. V mieste určenia, druhý UART poskladá bity do kompletných bytov. Sériový prenos digitálnych informácií (BITS) prostredníctvom jediného drôtu, alebo iné médium, je oveľa nákladnejšie ako paralelný prenos prostredníctvom niekoľkých drôtov. UART slúži k prevodu zasielaných informácií medzi sekvenčné a paralelné porty na každom konci spojenia. Každý UART obsahuje posuvný register, ktorý je základný spôsob prepočtu medzi sériový a paralelný portami.

Vonkajšie signály môžu byť z mnohých rôznych foriem. Príklady noriem pre napätie signalizácia sú RS-232, RS-422 a RS-485 z EIA.

'''Historia'''

Prítomnosť alebo neprítomnosť prúdu (v prúdovej slučke), bol použitý v telegrafných okruhov. Niektoré zabezpečovacie systémy nepoužívajú elektrické drôty. Príkladom takých sú optické vlákno, IrDA (infračervený), a (bezdrôtový) Bluetooth vo svojom Serial Port Profile (SPP). Niektoré zabezpečovacie systémy používajú moduláciu nosného signálu. Príkladom je modulácia audio signálu z modemu telefónnej linky, RF modulácia s dátami rádia.

Komunikácia môže byť "full duplex" (ako posielať a prijímať súčasne) alebo "polovičný duplex" (zariadenia sa striedajú - vysielacie a prijímacie).
Od roku 2008, sú bežne používané UART s RS-232 pre vkladanie systému komunikácie. To je užitočné pre komunikáciu medzi procesormi, a tiež s PC.

'''Synchrónny sériový prenos'''

Synchrónny sériový prenos vyžaduje, aby odosielateľ aj príjemca zdieľaľ Clock s iným alebo že odosielateľ poskytne časový signál, takže príjemca vie, kedy má čítať ďalší bit dát. Vo väčšine formách sériovej synchrónnej komunikácie, ak niesú k dispozícii žiadne údaje v danom okamihu k prenosu, vyplnený znak musí byť zaslaný skôr tak, že dáta sú neustále prenášané. Synchrónna komunikácia je zvyčajne účinnejšia, lebo dátové bity sú prenášané medzi vysielačom a prijímačom, na druhej strane je zas drahšia, lebo treba extra vodiče a obvody sú povinné zdieľať hodinový signál medzi vysielačom a prijímačom.

Forma Synchrónneho prenosu sa používa u tlačiarní a pevných diskoch v tom, že dáta sú odoslaná na jeden z drôtov, kým časovač je vyslaný na iný drôt. Tlačiarne a pevné disky nie sú obvykle sériovo vybavené, pretože väčšina stanovených noriem diskových rozhraní posiela celé slovo údajov pre každý časovač. V PC sú známe ako paralelné zariadenia.

Štandardný sériový komunikačný hardware v PC nepodporuje Synchrónne operácie. Tento režim je tu popísaný len pre porovnanie.

'''Asynchrónny sériový prenos'''

Asynchrónny prenos umožňuje že dáta môžu byť bez odoslané bez toho aby odosielateľ musel poslať hodinový signál k prijímaču. Namiesto toho musia odosielateľ a príjemca dohodnúť o tzv. harmonograme parametrov a špeciálnych bitoch, ktoré sú pridané ku každému slovu a sú používané na synchronizáciu vysielajúcej a prijímacej jednotky.

Ak je slovo poslané do UART pre asynchrónne prenos, bit s názvom "Start Bit", je na začiatku každého slova, ktoré sa má zasielať. Štart Bit sa používa na varovanie prijímača, že dáta majú byť zaslané, a prinúti hodiny v prijímači do synchronizácie s hodinami vo vysielači. Tieto dve hodiny musia byť natoľko presné, že frekvencia nesmie byť odlišná viac ako o 10% počas prenosu zvyšných bitov v slove.

Po štart bit, sú jednotlivé bity slova údajov poslané s Least Significant Bit (LSB). Každý bit v prenose je prenášaný v presne rovnakom čase ako všetky ostatné bity a prijímač, sleduje, či bit je 1 alebo 0.
Odosielateľ nevie, kedy prijímač sleduje hodnotu bitu. Odosielateľa len vie, kedy hodiny hovoria o začatí vysielania ďaľšieho bit tohto slova.

Keď sa odošlú , môže vysielač šetky data ,pridá sa Parita, ktorú generuje vysielač. Bit Parity môžu byť použité prijímačom na vykonanie jednoduchej kontroly chýb. Vysielač potom pošle Stop bit.

Akonáhle prijímač dostane všetky bity, môže skontrolovať paritné bity (odosielateľa a príjemač sa musia dohodnúť na tom, či Bit Parit je na použité v prenose), a až potom prijímač hľadá Bit Stop. Ak sa Bit Stop neobjaví, UART informuje o Framing Error. Zvyčajná príčina Framing Erroru je, že časovač odosielateľa aj príjemcu nebežia na rovnakej frekvencii, alebo že signál bol prerušený.

Bez ohľadu na to, či dáta boli prijaté správne alebo nie, UART automaticky osdtraňuje Start bit, paritu a stop bity.

Ak sú ďalšie dáta je pripravené na odoslanie, Štart Bit pre nové dáta budú odoslané, akonáhle sa príjme Bit Stop z predchádzajúcich dát.

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:Charactercode.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Charactercode UART'''
|}
</center>

'''Ostatné funkcie UART'''

Okrem základnej prácu prenosu dát z paralelného na sériový port, UART zvyčajne poskytuje ďalšie signály, ktoré môžu byť použité na označenie stavu prenosových médií a na reguláciu prietoku dát v prípade, že vzdialené zariadenie nie je pripravený prijať ďalšie dáta.

== Implementácia bloku UART v procesoroch Cypress CY8C29x66 ==

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:uart-struktura1.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Vnútorná štruktúra bloku UART'''
|}
</center>

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:uart_19200.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Zapojenie bloku UART pre prenosovú rýchlosť 19200 Bd'''
|}
</center>

== Odkazy a literatúra ==
<references/>

Súbor:Uart-struktura1.png

2010-06-22T15:47:09Z

Privara:

Blok UART

2010-06-22T15:37:52Z

Privara:

[[Category:Mikroprocesorové systémy]]
__NOTOC__
{{Draft}}
Univerzálny asynchrónny prijímač / vysielač (UART- universal asynchronous receiver/transmitter) je typ "asynchrónneho prijímača / vysielača", hardvéru počítača, ktorý konvertuje dáta medzi paralelný a sériový rozhraním. UART sú bežne používané v spojení s ďalšími komunikačnými štandardmi ako EIA RS-232.

'''UART''' je zvyčajne individuálny (alebo jeho časť), integrovaný obvod a používa sa pre sériovú komunikáciu cez počítač alebo periférne zariadenia, sériový port. UART sú obyčajne zahrnuté v mikroprocesoroch. Dual UART alebo Duart kombinuje dva UART do jediného čipu. Veľa moderných integrovaných obvodov teraz prichádzajú s UART, ktorý tiež môže komunikovať synchrónne, tieto zariadenia sa nazývajú USARTs (univerzálny synchrónny / asynchrónny prijímač / vysielač).

== Vysielač a prijímač sériových dát ==

Univerzálny Asynchrónne Prijímač / vysielač (UART), je kľúčovou súčasťou sériovej komunikácie subsystému počítača. UART berie byty dát a prenáša jednotlivé bity v sekvenčným spôsobom. V mieste určenia, druhý UART poskladá bity do kompletných bytov. Sériový prenos digitálnych informácií (BITS) prostredníctvom jediného drôtu, alebo iné médium, je oveľa nákladnejšie ako paralelný prenos prostredníctvom niekoľkých drôtov. UART slúži k prevodu zasielaných informácií medzi sekvenčné a paralelné porty na každom konci spojenia. Každý UART obsahuje posuvný register, ktorý je základný spôsob prepočtu medzi sériový a paralelný portami.

Vonkajšie signály môžu byť z mnohých rôznych foriem. Príklady noriem pre napätie signalizácia sú RS-232, RS-422 a RS-485 z EIA.

'''Historia'''

Prítomnosť alebo neprítomnosť prúdu (v prúdovej slučke), bol použitý v telegrafných okruhov. Niektoré zabezpečovacie systémy nepoužívajú elektrické drôty. Príkladom takých sú optické vlákno, IrDA (infračervený), a (bezdrôtový) Bluetooth vo svojom Serial Port Profile (SPP). Niektoré zabezpečovacie systémy používajú moduláciu nosného signálu. Príkladom je modulácia audio signálu z modemu telefónnej linky, RF modulácia s dátami rádia.

Komunikácia môže byť "full duplex" (ako posielať a prijímať súčasne) alebo "polovičný duplex" (zariadenia sa striedajú - vysielacie a prijímacie).
Od roku 2008, sú bežne používané UART s RS-232 pre vkladanie systému komunikácie. To je užitočné pre komunikáciu medzi procesormi, a tiež s PC.

'''Synchrónny sériový prenos'''

Synchrónny sériový prenos vyžaduje, aby odosielateľ aj príjemca zdieľaľ Clock s iným alebo že odosielateľ poskytne časový signál, takže príjemca vie, kedy má čítať ďalší bit dát. Vo väčšine formách sériovej synchrónnej komunikácie, ak niesú k dispozícii žiadne údaje v danom okamihu k prenosu, vyplnený znak musí byť zaslaný skôr tak, že dáta sú neustále prenášané. Synchrónna komunikácia je zvyčajne účinnejšia, lebo dátové bity sú prenášané medzi vysielačom a prijímačom, na druhej strane je zas drahšia, lebo treba extra vodiče a obvody sú povinné zdieľať hodinový signál medzi vysielačom a prijímačom.

Forma Synchrónneho prenosu sa používa u tlačiarní a pevných diskoch v tom, že dáta sú odoslaná na jeden z drôtov, kým časovač je vyslaný na iný drôt. Tlačiarne a pevné disky nie sú obvykle sériovo vybavené, pretože väčšina stanovených noriem diskových rozhraní posiela celé slovo údajov pre každý časovač. V PC sú známe ako paralelné zariadenia.

Štandardný sériový komunikačný hardware v PC nepodporuje Synchrónne operácie. Tento režim je tu popísaný len pre porovnanie.

'''Asynchrónny sériový prenos'''

Asynchrónny prenos umožňuje že dáta môžu byť bez odoslané bez toho aby odosielateľ musel poslať hodinový signál k prijímaču. Namiesto toho musia odosielateľ a príjemca dohodnúť o tzv. harmonograme parametrov a špeciálnych bitoch, ktoré sú pridané ku každému slovu a sú používané na synchronizáciu vysielajúcej a prijímacej jednotky.

Ak je slovo poslané do UART pre asynchrónne prenos, bit s názvom "Start Bit", je na začiatku každého slova, ktoré sa má zasielať. Štart Bit sa používa na varovanie prijímača, že dáta majú byť zaslané, a prinúti hodiny v prijímači do synchronizácie s hodinami vo vysielači. Tieto dve hodiny musia byť natoľko presné, že frekvencia nesmie byť odlišná viac ako o 10% počas prenosu zvyšných bitov v slove.

Po štart bit, sú jednotlivé bity slova údajov poslané s Least Significant Bit (LSB). Každý bit v prenose je prenášaný v presne rovnakom čase ako všetky ostatné bity a prijímač, sleduje, či bit je 1 alebo 0.
Odosielateľ nevie, kedy prijímač sleduje hodnotu bitu. Odosielateľa len vie, kedy hodiny hovoria o začatí vysielania ďaľšieho bit tohto slova.

Keď sa odošlú , môže vysielač šetky data ,pridá sa Parita, ktorú generuje vysielač. Bit Parity môžu byť použité prijímačom na vykonanie jednoduchej kontroly chýb. Vysielač potom pošle Stop bit.

Akonáhle prijímač dostane všetky bity, môže skontrolovať paritné bity (odosielateľa a príjemač sa musia dohodnúť na tom, či Bit Parit je na použité v prenose), a až potom prijímač hľadá Bit Stop. Ak sa Bit Stop neobjaví, UART informuje o Framing Error. Zvyčajná príčina Framing Erroru je, že časovač odosielateľa aj príjemcu nebežia na rovnakej frekvencii, alebo že signál bol prerušený.

Bez ohľadu na to, či dáta boli prijaté správne alebo nie, UART automaticky osdtraňuje Start bit, paritu a stop bity.

Ak sú ďalšie dáta je pripravené na odoslanie, Štart Bit pre nové dáta budú odoslané, akonáhle sa príjme Bit Stop z predchádzajúcich dát.

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:Charactercode.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Charactercode UART'''
|}
</center>

'''Ostatné funkcie UART'''

Okrem základnej prácu prenosu dát z paralelného na sériový port, UART zvyčajne poskytuje ďalšie signály, ktoré môžu byť použité na označenie stavu prenosových médií a na reguláciu prietoku dát v prípade, že vzdialené zariadenie nie je pripravený prijať ďalšie dáta.

== Implementácia bloku UART v procesoroch Cypress CY8C29x66 ==

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:uart_1.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Vnútorná štruktúra bloku UART'''
|}
</center>

popis ......

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:uart_19200.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Zapojenie bloku UART pre prenosovú rýchlosť 19200 Bd'''
|}
</center>

popis ......

== Odkazy a literatúra ==
<references/>

Blok UART

2010-06-22T15:17:12Z

Privara:

[[Category:Mikroprocesorové systémy]]
__NOTOC__
{{Draft}}
Univerzálny asynchrónny prijímač / vysielač (UART- universal asynchronous receiver/transmitter) je typ "asynchrónneho prijímača / vysielača", hardvéru počítača, ktorý konvertuje dáta medzi paralelný a sériový rozhraním. UART sú bežne používané v spojení s ďalšími komunikačnými štandardmi ako EIA RS-232.

'''UART''' je zvyčajne individuálny (alebo jeho časť), integrovaný obvod a používa sa pre sériovú komunikáciu cez počítač alebo periférne zariadenia, sériový port. UART sú obyčajne zahrnuté v mikroprocesoroch. Dual UART alebo Duart kombinuje dva UART do jediného čipu. Veľa moderných integrovaných obvodov teraz prichádzajú s UART, ktorý tiež môže komunikovať synchrónne, tieto zariadenia sa nazývajú USARTs (univerzálny synchrónny / asynchrónny prijímač / vysielač).

== Vysielač a prijímač sériových dát ==

Univerzálny Asynchrónne Prijímač / vysielač (UART), je kľúčovou súčasťou sériovej komunikácie subsystému počítača. UART berie byty dát a prenáša jednotlivé bity v sekvenčným spôsobom. V mieste určenia, druhý UART poskladá bity do kompletných bytov. Sériový prenos digitálnych informácií (BITS) prostredníctvom jediného drôtu, alebo iné médium, je oveľa nákladnejšie ako paralelný prenos prostredníctvom niekoľkých drôtov. UART slúži k prevodu zasielaných informácií medzi sekvenčné a paralelné porty na každom konci spojenia. Každý UART obsahuje posuvný register, ktorý je základný spôsob prepočtu medzi sériový a paralelný portami.

Vonkajšie signály môžu byť z mnohých rôznych foriem. Príklady noriem pre napätie signalizácia sú RS-232, RS-422 a RS-485 z EIA.

'''Historia'''

Prítomnosť alebo neprítomnosť prúdu (v prúdovej slučke), bol použitý v telegrafných okruhov. Niektoré zabezpečovacie systémy nepoužívajú elektrické drôty. Príkladom takých sú optické vlákno, IrDA (infračervený), a (bezdrôtový) Bluetooth vo svojom Serial Port Profile (SPP). Niektoré zabezpečovacie systémy používajú moduláciu nosného signálu. Príkladom je modulácia audio signálu z modemu telefónnej linky, RF modulácia s dátami rádia.

Komunikácia môže byť "full duplex" (ako posielať a prijímať súčasne) alebo "polovičný duplex" (zariadenia sa striedajú - vysielacie a prijímacie).
Od roku 2008, sú bežne používané UART s RS-232 pre vkladanie systému komunikácie. To je užitočné pre komunikáciu medzi procesormi, a tiež s PC.

'''Synchrónny sériový prenos'''

Synchrónny sériový prenos vyžaduje, aby odosielateľ aj príjemca zdieľaľ Clock s iným alebo že odosielateľ poskytne časový signál, takže príjemca vie, kedy má čítať ďalší bit dát. Vo väčšine formách sériovej synchrónnej komunikácie, ak niesú k dispozícii žiadne údaje v danom okamihu k prenosu, vyplnený znak musí byť zaslaný skôr tak, že dáta sú neustále prenášané. Synchrónna komunikácia je zvyčajne účinnejšia, lebo dátové bity sú prenášané medzi vysielačom a prijímačom, na druhej strane je zas drahšia, lebo treba extra vodiče a obvody sú povinné zdieľať hodinový signál medzi vysielačom a prijímačom.

Forma Synchrónneho prenosu sa používa u tlačiarní a pevných diskoch v tom, že dáta sú odoslaná na jeden z drôtov, kým časovač je vyslaný na iný drôt. Tlačiarne a pevné disky nie sú obvykle sériovo vybavené, pretože väčšina stanovených noriem diskových rozhraní posiela celé slovo údajov pre každý časovač. V PC sú známe ako paralelné zariadenia.

Štandardný sériový komunikačný hardware v PC nepodporuje Synchrónne operácie. Tento režim je tu popísaný len pre porovnanie.

'''Asynchrónny sériový prenos'''

Asynchrónny prenos umožňuje že dáta môžu byť bez odoslané bez toho aby odosielateľ musel poslať hodinový signál k prijímaču. Namiesto toho musia odosielateľ a príjemca dohodnúť o tzv. harmonograme parametrov a špeciálnych bitoch, ktoré sú pridané ku každému slovu a sú používané na synchronizáciu vysielajúcej a prijímacej jednotky.

Ak je slovo poslané do UART pre asynchrónne prenos, bit s názvom "Start Bit", je na začiatku každého slova, ktoré sa má zasielať. Štart Bit sa používa na varovanie prijímača, že dáta majú byť zaslané, a prinúti hodiny v prijímači do synchronizácie s hodinami vo vysielači. Tieto dve hodiny musia byť natoľko presné, že frekvencia nesmie byť odlišná viac ako o 10% počas prenosu zvyšných bitov v slove.

Po štart bit, sú jednotlivé bity slova údajov poslané s Least Significant Bit (LSB). Každý bit v prenose je prenášaný v presne rovnakom čase ako všetky ostatné bity a prijímač, sleduje, či bit je 1 alebo 0.
Odosielateľ nevie, kedy prijímač sleduje hodnotu bitu. Odosielateľa len vie, kedy hodiny hovoria o začatí vysielania ďaľšieho bit tohto slova.

Keď sa odošlú , môže vysielač šetky data ,pridá sa Parita, ktorú generuje vysielač. Bit Parity môžu byť použité prijímačom na vykonanie jednoduchej kontroly chýb. Vysielač potom pošle Stop bit.

Akonáhle prijímač dostane všetky bity, môže skontrolovať paritné bity (odosielateľa a príjemač sa musia dohodnúť na tom, či Bit Parit je na použité v prenose), a až potom prijímač hľadá Bit Stop. Ak sa Bit Stop neobjaví, UART informuje o Framing Error. Zvyčajná príčina Framing Erroru je, že časovač odosielateľa aj príjemcu nebežia na rovnakej frekvencii, alebo že signál bol prerušený.

Bez ohľadu na to, či dáta boli prijaté správne alebo nie, UART automaticky osdtraňuje Start bit, paritu a stop bity.

Ak sú ďalšie dáta je pripravené na odoslanie, Štart Bit pre nové dáta budú odoslané, akonáhle sa príjme Bit Stop z predchádzajúcich dát.
[[Súbor:Charactercode.png]]

'''Ostatné funkcie UART'''

Okrem základnej prácu prenosu dát z paralelného na sériový port, UART zvyčajne poskytuje ďalšie signály, ktoré môžu byť použité na označenie stavu prenosových médií a na reguláciu prietoku dát v prípade, že vzdialené zariadenie nie je pripravený prijať ďalšie dáta.

== Implementácia bloku UART v procesoroch Cypress CY8C29x66 ==

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:uart_1.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Vnútorná štruktúra bloku UART'''
|}
</center>

popis ......

<center>
{|class="wikitable"
| align="center" width=600 | [[Súbor:uart_19200.png| 600px]]
|-
| align="center" width=600 | '''Zapojenie bloku UART pre prenosovú rýchlosť 19200 Bd'''
|}
</center>

popis ......

== Odkazy a literatúra ==
<references/>

Súbor:Charactercode.png

2010-06-22T15:14:20Z

Privara:

Blok UART

2010-05-21T09:53:01Z

Privara:

Univerzálny asynchrónny prijímač / vysielač (UART- universal asynchronous receiver/transmitter) je typ "asynchrónneho prijímača / vysielača", hardvéru počítača, ktorý konvertuje dáta medzi paralelný a sériový rozhraním. UART sú bežne používané v spojení s ďalšími komunikačnými štandardmi ako EIA RS-232.

'''UART''' je zvyčajne individuálny (alebo jeho časť), integrovaný obvod a používa sa pre sériovú komunikáciu cez počítač alebo periférne zariadenia, sériový port. UART sú obyčajne zahrnuté v mikroprocesoroch. Dual UART alebo Duart kombinuje dva UART do jediného čipu. Veľa moderných integrovaných obvodov teraz prichádzajú s UART, ktorý tiež môže komunikovať synchrónne, tieto zariadenia sa nazývajú USARTs (univerzálny synchrónny / asynchrónny prijímač / vysielač).

'''
Vysielač a prijímač sériových dát'''

Univerzálny Asynchrónne Prijímač / vysielač (UART), je kľúčovou súčasťou sériovej komunikácie subsystému počítača. UART berie byty dát a prenáša jednotlivé bity v sekvenčným spôsobom. V mieste určenia, druhý UART poskladá bity do kompletných bytov. Sériový prenos digitálnych informácií (BITS) prostredníctvom jediného drôtu, alebo iné médium, je oveľa nákladnejšie ako paralelný prenos prostredníctvom niekoľkých drôtov. UART slúži k prevodu zasielaných informácií medzi sekvenčné a paralelné porty na každom konci spojenia. Každý UART obsahuje posuvný register, ktorý je základný spôsob prepočtu medzi sériový a paralelný portami.

Vonkajšie signály môžu byť z mnohých rôznych foriem. Príklady noriem pre napätie signalizácia sú RS-232, RS-422 a RS-485 z EIA.

'''Historia'''
Prítomnosť alebo neprítomnosť prúdu (v prúdovej slučke), bol použitý v telegrafných okruhov. Niektoré zabezpečovacie systémy nepoužívajú elektrické drôty. Príkladom takých sú optické vlákno, IrDA (infračervený), a (bezdrôtový) Bluetooth vo svojom Serial Port Profile (SPP). Niektoré zabezpečovacie systémy používajú moduláciu nosného signálu. Príkladom je modulácia audio signálu z modemu telefónnej linky, RF modulácia s dátami rádia.

Komunikácia môže byť "full duplex" (ako posielať a prijímať súčasne) alebo "polovičný duplex" (zariadenia sa striedajú - vysielacie a prijímacie).
Od roku 2008, sú bežne používané UART s RS-232 pre vkladanie systému komunikácie. To je užitočné pre komunikáciu medzi procesormi, a tiež s PC.

'''Synchrónny sériový prenos'''

Synchrónny sériový prenos vyžaduje, aby odosielateľ aj príjemca zdieľaľ Clock s iným alebo že odosielateľ poskytne časový signál, takže príjemca vie, kedy má čítať ďalší bit dát. Vo väčšine formách sériovej synchrónnej komunikácie, ak niesú k dispozícii žiadne údaje v danom okamihu k prenosu, vyplnený znak musí byť zaslaný skôr tak, že dáta sú neustále prenášané. Synchrónna komunikácia je zvyčajne účinnejšia, lebo dátové bity sú prenášané medzi vysielačom a prijímačom, na druhej strane je zas drahšia, lebo treba extra vodiče a obvody sú povinné zdieľať hodinový signál medzi vysielačom a prijímačom.

Forma Synchrónneho prenosu sa používa u tlačiarní a pevných diskoch v tom, že dáta sú odoslaná na jeden z drôtov, kým časovač je vyslaný na iný drôt. Tlačiarne a pevné disky nie sú obvykle sériovo vybavené, pretože väčšina stanovených noriem diskových rozhraní posiela celé slovo údajov pre každý časovač. V PC sú známe ako paralelné zariadenia.

Štandardný sériový komunikačný hardware v PC nepodporuje Synchrónne operácie. Tento režim je tu popísaný len pre porovnanie.

'''Asynchrónny sériový prenos'''

Asynchrónny prenos umožňuje že dáta môžu byť bez odoslané bez toho aby odosielateľ musel poslať hodinový signál k prijímaču. Namiesto toho musia odosielateľ a príjemca dohodnúť o tzv. harmonograme parametrov a špeciálnych bitoch, ktoré sú pridané ku každému slovu a sú používané na synchronizáciu vysielajúcej a prijímacej jednotky.

Ak je slovo poslané do UART pre asynchrónne prenos, bit s názvom "Start Bit", je na začiatku každého slova, ktoré sa má zasielať. Štart Bit sa používa na varovanie prijímača, že dáta majú byť zaslané, a prinúti hodiny v prijímači do synchronizácie s hodinami vo vysielači. Tieto dve hodiny musia byť natoľko presné, že frekvencia nesmie byť odlišná viac ako o 10% počas prenosu zvyšných bitov v slove.

Po štart bit, sú jednotlivé bity slova údajov poslané s Least Significant Bit (LSB). Každý bit v prenose je prenášaný v presne rovnakom čase ako všetky ostatné bity a prijímač, sleduje, či bit je 1 alebo 0.
Odosielateľ nevie, kedy prijímač sleduje hodnotu bitu. Odosielateľa len vie, kedy hodiny hovoria o začatí vysielania ďaľšieho bit tohto slova.

Keď sa odošlú , môže vysielač šetky data ,pridá sa Parita, ktorú generuje vysielač. Bit Parity môžu byť použité prijímačom na vykonanie jednoduchej kontroly chýb. Vysielač potom pošle Stop bit.

Akonáhle prijímač dostane všetky bity, môže skontrolovať paritné bity (odosielateľa a príjemač sa musia dohodnúť na tom, či Bit Parit je na použité v prenose), a až potom prijímač hľadá Bit Stop. Ak sa Bit Stop neobjaví, UART informuje o Framing Error. Zvyčajná príčina Framing Erroru je, že časovač odosielateľa aj príjemcu nebežia na rovnakej frekvencii, alebo že signál bol prerušený.

Bez ohľadu na to, či dáta boli prijaté správne alebo nie, UART automaticky osdtraňuje Start bit, paritu a stop bity.

Ak sú ďalšie dáta je pripravené na odoslanie, Štart Bit pre nové dáta budú odoslané, akonáhle sa príjme Bit Stop z predchádzajúcich dát.

'''Ostatné funkcie UART'''

Okrem základnej prácu prenosu dát z paralelného na sériový port, UART zvyčajne poskytuje ďalšie signály, ktoré môžu byť použité na označenie stavu prenosových médií a na reguláciu prietoku dát v prípade, že vzdialené zariadenie nie je pripravený prijať ďalšie dáta.

Blok UART

2010-05-21T09:51:02Z

Privara: Vytvorená stránka „Univerzálny asynchrónny prijímač / vysielač (UART- universal asynchronous receiver/transmitter) je typ "asynchrónneho prijímača / vysielača", hardvéru počítača…“

Univerzálny asynchrónny prijímač / vysielač (UART- universal asynchronous receiver/transmitter) je typ "asynchrónneho prijímača / vysielača", hardvéru počítača, ktorý konvertuje dáta medzi paralelný a sériový rozhraním. UART sú bežne používané v spojení s ďalšími komunikačnými štandardmi ako EIA RS-232.

'''UART''' je zvyčajne individuálny (alebo jeho časť), integrovaný obvod a používa sa pre sériovú komunikáciu cez počítač alebo periférne zariadenia, sériový port. UART sú obyčajne zahrnuté v mikroprocesoroch. Dual UART alebo Duart kombinuje dva UART do jediného čipu. Veľa moderných integrovaných obvodov teraz prichádzajú s UART, ktorý tiež môže komunikovať synchrónne, tieto zariadenia sa nazývajú USARTs (univerzálny synchrónny / asynchrónny prijímač / vysielač).

'''
Vysielač a prijímač sériových dát'''

Univerzálny Asynchrónne Prijímač / vysielač (UART), je kľúčovou súčasťou sériovej komunikácie subsystému počítača. UART berie byty dát a prenáša jednotlivé bity v sekvenčným spôsobom. V mieste určenia, druhý UART poskladá bity do kompletných bytov. Sériový prenos digitálnych informácií (BITS) prostredníctvom jediného drôtu, alebo iné médium, je oveľa nákladnejšie ako paralelný prenos prostredníctvom niekoľkých drôtov. UART slúži k prevodu zasielaných informácií medzi sekvenčné a paralelné porty na každom konci spojenia. Každý UART obsahuje posuvný register, ktorý je základný spôsob prepočtu medzi sériový a paralelný portami.

Vonkajšie signály môžu byť z mnohých rôznych foriem. Príklady noriem pre napätie signalizácia sú RS-232, RS-422 a RS-485 z EIA.

'''Historia'''
Prítomnosť alebo neprítomnosť prúdu (v prúdovej slučke), bol použitý v telegrafných okruhov. Niektoré zabezpečovacie systémy nepoužívajú elektrické drôty. Príkladom takých sú optické vlákno, IrDA (infračervený), a (bezdrôtový) Bluetooth vo svojom Serial Port Profile (SPP). Niektoré zabezpečovacie systémy používajú moduláciu nosného signálu. Príkladom je modulácia audio signálu z modemu telefónnej linky, RF modulácia s dátami rádia.

Komunikácia môže byť "full duplex" (ako posielať a prijímať súčasne) alebo "polovičný duplex" (zariadenia sa striedajú - vysielacie a prijímacie).
Od roku 2008, sú bežne používané UART s RS-232 pre vkladanie systému komunikácie. To je užitočné pre komunikáciu medzi procesormi, a tiež s PC.

'''
Synchrónne sériový prenos'''

Synchrónny sériový prenos vyžaduje, aby odosielateľ aj príjemca zdieľaľ Clock s iným alebo že odosielateľ poskytne časový signál, takže príjemca vie, kedy má čítať ďalší bit dát. Vo väčšine formách sériovej synchrónnej komunikácie, ak niesú k dispozícii žiadne údaje v danom okamihu k prenosu, vyplnený znak musí byť zaslaný skôr tak, že dáta sú neustále prenášané. Synchrónna komunikácia je zvyčajne účinnejšia, lebo dátové bity sú prenášané medzi vysielačom a prijímačom, na druhej strane je zas drahšia, lebo treba extra vodiče a obvody sú povinné zdieľať hodinový signál medzi vysielačom a prijímačom.

Forma Synchrónneho prenosu sa používa u tlačiarní a pevných diskoch v tom, že dáta sú odoslaná na jeden z drôtov, kým časovač je vyslaný na iný drôt. Tlačiarne a pevné disky nie sú obvykle sériovo vybavené, pretože väčšina stanovených noriem diskových rozhraní posiela celé slovo údajov pre každý časovač. V PC sú známe ako paralelné zariadenia.

Štandardný sériový komunikačný hardware v PC nepodporuje Synchrónne operácie. Tento režim je tu popísaný len pre porovnanie.

'''Asynchrónne sériový prenos'''

Asynchrónny prenos umožňuje že dáta môžu byť bez odoslané bez toho aby odosielateľ musel poslať hodinový signál k prijímaču. Namiesto toho musia odosielateľ a príjemca dohodnúť o tzv. harmonograme parametrov a špeciálnych bitoch, ktoré sú pridané ku každému slovu a sú používané na synchronizáciu vysielajúcej a prijímacej jednotky.

Ak je slovo poslané do UART pre asynchrónne prenos, bit s názvom "Start Bit", je na začiatku každého slova, ktoré sa má zasielať. Štart Bit sa používa na varovanie prijímača, že dáta majú byť zaslané, a prinúti hodiny v prijímači do synchronizácie s hodinami vo vysielači. Tieto dve hodiny musia byť natoľko presné, že frekvencia nesmie byť odlišná viac ako o 10% počas prenosu zvyšných bitov v slove.

Po štart bit, sú jednotlivé bity slova údajov poslané s Least Significant Bit (LSB). Každý bit v prenose je prenášaný v presne rovnakom čase ako všetky ostatné bity a prijímač, sleduje, či bit je 1 alebo 0.
Odosielateľ nevie, kedy prijímač sleduje hodnotu bitu. Odosielateľa len vie, kedy hodiny hovoria o začatí vysielania ďaľšieho bit tohto slova.

Keď sa odošlú , môže vysielač šetky data ,pridá sa Parita, ktorú generuje vysielač. Bit Parity môžu byť použité prijímačom na vykonanie jednoduchej kontroly chýb. Vysielač potom pošle Stop bit.

Akonáhle prijímač dostane všetky bity, môže skontrolovať paritné bity (odosielateľa a príjemač sa musia dohodnúť na tom, či Bit Parit je na použité v prenose), a až potom prijímač hľadá Bit Stop. Ak sa Bit Stop neobjaví, UART informuje o Framing Error. Zvyčajná príčina Framing Erroru je, že časovač odosielateľa aj príjemcu nebežia na rovnakej frekvencii, alebo že signál bol prerušený.

Bez ohľadu na to, či dáta boli prijaté správne alebo nie, UART automaticky osdtraňuje Start bit, paritu a stop bity.

Ak sú ďalšie dáta je pripravené na odoslanie, Štart Bit pre nové dáta budú odoslané, akonáhle sa príjme Bit Stop z predchádzajúcich dát.

'''Ostatné funkcie UART'''

Okrem základnej prácu prenosu dát z paralelného na sériový port, UART zvyčajne poskytuje ďalšie signály, ktoré môžu byť použité na označenie stavu prenosových médií a na reguláciu prietoku dát v prípade, že vzdialené zariadenie nie je pripravený prijať ďalšie dáta.

Konfigurovateľné mikroprocesorové systémy

2010-05-05T08:07:24Z

Privara:

__NOTOC__
[[Category:Mikroprocesorové systémy]]
[[Kategória:Študijné materiály]]
<properties>
Názov=Konfigurovateľné mikroprocesorové systémy
Forma=Prednáška a praktické cvičenia
Abstrakt=Všeobecnej architektúra počítača a mikrokontroléra, rozdiely a porovnanie. Návrh a tvorb hybridných elektronických systémov na báze mikrokontrolérov PSoC. Komunikácia mikrokontroléra s prostredím. Komunikačné protokoly a štandardy. Pripájanie a riadenie periférií.
Rozvrh=3/0/2
Hodnotenie=Spracovanie projektu a skúška
Poznámky=Predmetom projektu môže byť téma podľa vlastného výberu z oblasti prednášky a/alebo cvičení spracovaná v písomnej elektronickej podobe a verejne publikovaná na serveri KiWiKi. Hodnotenie a poznámky k projektu budú verejné a zverejnené v diskusii k práci.
</properties>

== Obsah prednášok ==
* Všeobecný úvod
** [[Od počítača k mikrokontroléru]]
*** Architektúra všeobecného počítača
*** Architektúra mikrokontrolera
*** Prehľad aktuálneho stavu technológie
* [[Úvod do technológie PSoC]]
** Prehľad architektúry
** Elektrické a mechanické parametre
** Vývojové prostredie
* Assembler M8C
** Štruktúra assembleru
** Pseudoinštrukcie assembleru
** Makrá
* Inštrukcie procesora M8C
** Inštrukcie presunu dát
** Aritmetické inštrukcie
** Logické inštrukcie
** Inštrukcie pre prácu zo zásobníkom
** Skoky a podprogramy
** Špeciálne inštrukcie
** Prerušenia
* Základné programové konštrukcie
** Konštrukcia IF-ELSE
** Konštrukcia SWITCH-CASE
** Cykly DO-WHILE, FOR-LOOP
* GPIO - Všeobecne použiteľné vstupy a výstupy
** Popis GPIO
** Konfigurácia GPIO pomocou designera obvodu
** Programová konfigurácia GPIO
** Módy portov
** Pripojenie periférnych obvodov
** Pripojenie tlačítok a ošetrenie zákmitov
* Sériová asynchrónna komunikácia - UART
** Historický vývoj
** Štandard RS232
*** Rozhranie TTL/RS232
** Štandard RS485
*** Rozhranie TTL/RS485
** [[Blok UART]]
** API UART
** Protokol MODBUS/uBUS
*** Popis
*** Implementácia
* Synchrónna komunikácia I2C
** Meranie teploty pomocou LM92
** Hodiny reálneho času
* [[Synchrónna komunikácia SPI]]
* Distribuovaný systém zber dát 1-Wire
** Meranie teploty pomocou teplomera DS18S20
* Čítače a časovače
** Blok čítača a časovača
** API Čítača a časovača
** Generovanie časových intervalov
** Meranie času a frekvencie
** Presné meranie kapacity
** Meranie polohy pomocou magnetostrikčného senzoru
* Šírkový modulátor PWM
** Blok čítača a časovača
** API PWM
** Riadenie modelárskeho serva pomocou PWM
* Prevodníky ADC
** Aproximačné prevodníky
** Delta-Sigma prevodníky
* Prevodníky DAC
* Analógové spracovanie signálov
** Zosilňovače
** Komparátor
*** Spracovanie prerušenia od komparátora
** Filtre
*** Návrh a realizácia filtrov
* Všeobecné zásady tvorby programov
** Analýza
** Návrh
** Implementácia
** Testovanie a ladenie programu

== Podklady k cvičeniam ==
# Binárne čísla
## Reprezentácia a formáty zobrazenia čísel
## Prevody medzi číselnými sústavami
## Matematické operácie s binárnymi číslami
# Vývojové prostredie PSoC
## Tvorba programov v PSoC Designer
## Vývojový kit CY3210

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T14:06:54Z

Privara: /* Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov */

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Hlavička_FM|{{PAGENAME}}|Juraj Prívara|Ing. Ján Zápotočný|
2009/2010
|Semetrálna práca|Mechatronika}}
{{Praca_uvod|1|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}
{{Abstrakt|Práca sa zaoberá mikro-pružnými mechanizmami so zameraním na uchopovanie mikro objektov. Prvá časť sa zameriava na teóriu mikrouchopovačov, problémy s nimi a popisom flexibilných mechanizmov, z ktorých sú štruktúry mikrouchopovačov odvodené. Ďalšia časť je zameraná na riešenie problémov a popisuje typy flexibilných kĺbov, ktoré poskytujú pohyb a správanie mikrouchopovačov. V tomto projekte hovoríme aj o materiáloch vhodných na použitie v tejto oblasti.|This work deals with micro flexible mechanisms with a focus on griping of micro objects. The first part focuses on microgrippers theory, issues related to it and description of flexible mechanisms, from which are the structures of microgrippers derived. Next part is oriented on solving the issues and describes the types of flexible joints, which provide the movement and the behavior of microgrippers. In this project we also talk about the materials suitable for use in this area.}}
__TOC__

'''Úvod'''
O mikrosystémoch a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) sa začalo hovoriť v 90. rokoch 20. storočia ako o nastupujúcej kľúčovej technike 21. storočí. Veľké úsilie bolo venované technickému vývoju a novým prístupom spojeným so systémovým inžinierstvom pre vývoj nových aplikácii. Mnohé z nich, ktoré boli skôr rozpracované iba v teoretické rovine, boli teraz uvedené do praxe a na ich základe začali vznikať nové, kvalitatívnejšie odlišné systémy. Jednou z hlavných predností mikrosystémovej techniky je možnosť mikrominiaturizácie, využitie materiálov používaných na výrobu integrovaných elektronických obvodov (napr. kremík), ktorý však práve v týchto aplikáciách vykazuje vlastnosti bežných materiálov: napr. kremík v mikroštruktúrach má vlastnosti ocele.
Elektronicky riadené skalpely alebo biochemické laboratória vytvárané na čipe umožnili dosiahnuť veľkého pokroku v medicíne. Bez mikrosystémovej techniky by nebol možný rozvoj funkcii kardiostimulátorov, ktoré v dnešnej dobe predstavujú inteligentné systémy obsahujúce senzory, aktuátory, riadiacu elektroniku a inteligentný rozhodovací software. Veľké množstvo mikrosystémov je i v moderných automobiloch (airbagy, ABS, riadiace a monitorovacie systémy, navigačné systémy atď.). Bez mikrosystémových technológií by sa nerozvíjal kozmický výskum, letectvo, bezpečnostné systémy alebo ochrana životného prostredia. V mikrosystémoch sú často začlenené i celé nesúrodé súčasti. Vychádza sa z predpokladu, že v mikrosvete sa jednotlivé súčasti systému výrazne vzájomne ovplyvňujú, na rozdiel od makrosveta, kde vlastnosti jednotlivých súčastí sa dá považovať za oddelené, a pritom dohromady vytvárajú funkčný makrosystém.
Pri manipulácii s veľmi malými súčiastkami sa vyvíjajú aj k nim patričné druhy manipulátorov, čiže inak povedané uchopovačov či mikrouchopovačov. Pri súčiastkach väčších ako sú milimetre sa využívajú uchopovače zostrojené z mechanických, guľových a krížových kĺbov. Pri mikrosúčiastkach, teda pri súčiastkach menších ako je milimeter sa musí zvoliť mikrouchopovač, ktorý však funguje na iných princípoch ako to je v makrosvete.

=Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača=
Ako už bolo povedané exitujú rozdiely medzi makro a mikro svetom. Pri uchopovaní väčších súčiastok sa sily ako sú napríklad elektrostatická zanedbávajú, ale pri mikrosúčiastkach takéto sily vytvárajú veľký problém.
Ďalším problémom pri návrhu je zvolenie správnych kĺbov. Keďže pri uchopovaní mikrosúčiastok mechanické kĺby treba vylúčiť z dôvodu ich nepresnosti, obtiažnej a nákladnej výrobe a vzniknutom trení pri ich pohybe. Pre potrebnú presnosť preto teda zvolíme kĺby z pružných materiálov tzv. flexibilné alebo pružné kĺby.

==Paralelné a uhlové uchopenie telesa==
Hlavný rozdiel medzi uchopením paralelným (obr.1.1) a uhlovým (obr.1.2) je ten že pri paralelnom nám pri uchopení telesa pôsobia sily len v smere osi x a pri uchytení uhlovom nám sily pôsobia pod uhlom, čiže sú zložené z x-ovej a y-ovej zložky. Samozrejme že existujú aj v týchto prípadoch parazitné sily. Pôsobenie síl však závisí aj od danej súčiastky. Napríklad ak manipulujeme so súmernou súčiastkou kruhového tvaru a jej paralelným uchopením tak nám pôsobia sily kolmo na súčiastku. Preto je paralelné uchopenie vhodne na kruhové súčiastky, pretože v nich nepôsobia sily v smere y, tým pádom je aj jednoduchší ich výpočet a lepšie držanie súčiastky v manipulátore. Pri uhlovom uchytení treba vyjadriť x-ové aj y-ové zložky sily. Nieje vhodné na uchytenie súmerných súčiastok, keďže môže dôjsť k ich vyšmyknutiu.
[[Súbor:Paralelné_uchopenie.jpg]]
[[Súbor:Uhlové uchopenie.jpg]]

==Sily pri uhlovom uchopení==
Pri uchopovaní sa sily rozkladajú a pôsobia na teleso ako to je na obrázku (obr.1.3). FA a FB sú uchopovacie sily, ktoré pôsobia kolmo na teleso. Dotykové body A a B ležia na dotykovej čiare a na teleso tiež pôsobia trecie sily FtA a FtB. Trecia sila Ft je definovaná ako súčin koeficientu trenia μ a normálovej sily Fn, ktorá je kolmá na treciu silu Ft. V našom prípade funkciu normálovej sily preberá sila FA a FB, pričom platí, že trecia sila
FtA = μA.FA a FtB = μB.FB (1.1)
Koeficienty trenia μA a μB môžeme definovať ako
μA = tg ΦA a μB = tg ΦB (1.2)
kde uhly ΦA a ΦB predstavujú uhly trecieho kužeľa. Ich veľkosť závisí od polohy dotykových bodov, tvaru uchopovaného telesa tvaru ramien. Stláčacia čiara prechádza cez ťažisko a je kolmá na dotykovú čiaru. Z ťažiska kolmo na zem pôsobí tiažová sila G a zviera so stláčacou čiarou uhol φG. Na teleso ďalej pôsobí aj vonkajší točivý moment M v kladnom smere.
[[Súbor:Rozloženie síl na teleso pri uhlovom uchopení.jpg]]

===Statická rovnováha telesa pri uhlovom uchopení===

Ak má byť teleso uchopované uhlovým uchopením v rovnováhe, výslednica síl,
pôsobiacich na teleso vo všetkých smeroch, musí byť rovná nule, a teda musia platiť
silové podmienky:
ΣFi x = 0 , (1.3)
kde ΣFix predstavuje sumu všetkých síl pôsobiacich na uchopované teleso v x-ovom
smere podľa súradnicového systému vyznačeného na obrázku (Obr. 1.3). Podľa obrázku
môžeme ďalej napísať,
FA x + FtA x − FB x − FBt x −Gx = 0 , (1.4)
FAcosφA +FtAsinφA − FBcosφB − FtBsinφB − GsinφG =0 (1.5)
Dosadením výrazu (1.1) za FtA a FtB do vzťahu (1.5) získavame rovnicu reprezentujúcu
silovú podmienku v x-ovom smere, pre spôsob uchopenia znázornený na obrázku
(Obr. 1.3),
FAcosφA + μAFAsinφA − FBcosφB − μBFBsinφB − GsinφG =0 (1.6)
Dalšia silová podmienka predstavuje sumu všetkých síl, pôsobiacich na uchopované
teleso v y-ovom smere, rovnú nule,
ΣFi y = 0 (1.7)
FtA y + FtB y − FA y − FB y −Gy = 0, (1.8)
FtAcosφA +FtBcosφB − FAsinφA − FBsinφB − GcosφG =0 (1.9)
Podobne ako pre silovú podmienku v x-ovom smere, dosadením výrazu (1.1) za FtA
a FtB, získavame rovnicu silovej podmienky v y-ovom smere,
μAFAcosφA + μBFBcosφB − FAsinφA − FBsinφB − GcosφG =0 (1.10)
Ďalšou podmienkou je tzv. momentová podmienka, ktorá predstavuje sumu
všetkých momentov k bodu O rovnú nule,
ΣMio = 0, (1.11)
M + rA FA y − rA FtA y + rB FtB y − rBFB y − rt Gx = 0 (1.12)
M+ r A FAsinφA − rAFtAcosφA + rBFtBcosφB − rBFBsinφB − rtGsinφG =0 (1.13)
M+ r A FAsinφA − rAμAFAcosφA + rBμBFtBcosφB − rBFBsinφB − rtGsinφG =0 (1.14)
Po úprave výrazu (1.14) získavame rovnicu momentovej podmienky, pre spôsob
uchopenia zobrazený na obrázku (Obr. 1.3),
M+ r A FA (sinφA − μAcosφA) + rBFB (μBcosφB − sinφB) − rtGsinφG =0 (1.15)

=Čo je to MEMS alebo MST?=
V Spojených štátoch je to technológia, známa ako Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS), v Európe je to len Microsystem Technologies (MST). Majú za úlohu presnejšie vymedzenie alebo vytváranie odpovedí, s niekoľkými spoločnými znakmi ako "miniaturizácia". MEMS je súčasť nástrojov, fyzických výrobkov, a
metodík na spracovanie:
* Je to súbor techník a postupov pre navrhovanie a vytváranie miniatúrnych systémov
* Je to fyzický produkt často neštandartný a jedinečný ku konečnej aplikácii.
MEMS je aj spôsob, ako robiť veci. "Microsystems Technology" tento pojem presne definuje Úrad Spojených štátov pre pokročilý výskum obrany (DARPA- The Defense Advanced Research Projects Agency).
Tieto "veci" zlučujú funkcie pre snímanie, ovládanie s výpočtami a komunikáciou s
lokálnou kontrolou fyzikálnych parametrov na mikroúrovni. Hoci univerzálna definícia chýba, MEMS výrobky majú početné charakteristické rysy. Ide o miniatúrne systémy zahŕňajúce jednu alebo viac mikromechanických súčasti alebo štruktúr. Často menšie integrovateľné funkcie sa spájajú do jedného balíka pre väčšiu úžitkovosť. Môžu tiež priniesť výhody zníženia nákladov, priamo prostredníctvom nízkych jednotkových cien, alebo nepriamo znížením služby a nákladov na údržbu. Drvivá väčšina dnešných produktov MEMS sú v kategórií ako komponenty alebo podsystémy. Mikrosystémy sa stále ešte len vyvíjajú, ale ich vývoj napreduje. Ľudia sa spoliehajú na úspech dnešných komponentov najmä preto, že tieto komponenty sú schopné vykonať funkciu v stále rastúcej zložitosti. Mikrosystém je vo fázy evolúčného procesu. Posledných tridsať rokov sme strávili učením sa, ako zostaviť
mikromechanické komponenty. Len nedávno sme sa začali učiť o ich bezproblémovej integrácie do subsystémov, a nakoniec do kompletných mikrosystémov.

=Pružné Mechanizmy=
Pružné mechanizmy vykonávajú zmenu polohy vychyľovaním flexibilných
(pružných) členov, namiesto pohyblivých kĺbov pri tuhých mechanizmoch.

==História pružných mechanizmov==
Podstata pružných členov na uchovanie energie a vytváranie pohybu bol použitý pred tisícročiami. Archeologické dôkazy ukazujú, že luky požívané od roku 8000 pred n.l. boli primárnou zbraňou na lov vo väčšine kultúr.
[[Súbor:luk.jpg]]
Včasné luky boli vyrobené z relatívne pružných materiálov ako je drevo a zvieracie šľachy. Deformačná energia na prove sa premieňa na kinetickú energiu šípu.
Praky sú ďalším príkladom včasného uplatňovania pružných členov. Používali ich Gréci už vo štvrtom storočí pred n.l.
Včasné katapulty boli postavené z drevených častí, ktoré boli odklonené na uchovanie energie a po uvoľnení vymrštili daný predmet.
[[Súbor:katapult.jpg]]

Iné metódy boli vyvinuté na začiatku dvadsiateho storočia. Našlo sa nové využitie pre tento druh pohybu. Počet produktov, ktoré využívajú pružnosť materiálov na výkon svojich funkcií výrazne vzrástol v niekoľkých posledných desaťročiach čiastočne vďaka objaveniu a výrobe silnejších a spoľahlivejších materiálov. Využitie pružnosti materiálov sa bude pravdepodobne aj naďalej zvyšovať s časom a konštrukčné materiály a metodiky sa budú zlepšovať.
V dnešnej dobe je obrovský dopyt, zvyšuje sa kvalita výrobkov a znižujú náklady.
Univerzity a priemyselný výskum zohrávajú dôležitú úlohu vo vývoji mechanizmov s využitím pružných materiálov.

==Konštrukcia pružných mechanizmov==
Výroba mikro a miniatúrnych mechanizmov je veľmi náročná. Nedajú sa vyrobiť bežnými výrobnými postupmi. Jediná možnosť ako ich zhotoviť je zvoliť vhodnú metódu na tvorbu mikroštrukúr ako sú napríklad laserové alebo iónové mikroobrábanie, galvanické pokovovanie, kremíková technológia.
Hlavnou výhodou pružných mechanizmov je zníženie nákladov z dôvodu redukovania konštrukčných dielov a najmä zjednodušenie výrobného procesu. Ďalšie výhody sú presnosť, spoľahlivosť a minimálna údržba.
Ako už bolo spomenuté tieto zariadenia sú vyrobených z jedného kusa materiálu. Obsahujú menej pohyblivých častí, ako sú napríklad čapy alebo rôzne klzné časti, ktoré je nutné mazať. Majú minimálny počet spojov, čím sa zvyšuje presnosť mechanizmu. Je to najmä vďaka pružným prvkom, ktoré dokážu zabezpečiť bezvôľový pohyb jednotlivých častí mechanizmu. Pohyb v pružných mechanizmoch je zabezpečený vychyľovaním jednotlivých prvkov, tým pádom sú nehlučné a nevzniká žiadna vybrácia.

=Pružné kĺby=
Pružný kĺb je prvok v rámci konštrukcie, ktorý vďaka svojej pružnosti umožňuje pohyb medzi dvoma susediacimi nehybnými časťami.
[[Súbor:pružný kĺb.jpg]]
Pružný kĺb môžeme zabezpečiť pomocou pružného elementu ako je napríklad tenký oceľový pásik uchytený medzi pevné nepohybujúce sa časti.
[[Súbor:Oceľový pásik medzi pevnými časťami.jpg]]
Pružný kĺb môžeme dosiahnuť aj opracovaním materiálu tak, aby v mieste ohybu vznikol vrub, teda vytvorí sa ohybové tenké spojítko. V tomto prípade predchádzame rozdeleniu materiálu.

==Výhody pružných kĺbov==
Berme do úvahy len monolitické pružné kĺby. Keďže sú vyrobené z jedného kusa materiálu majú oproti mechanickým značné výhody:
* Žiadne straty spôsobené trením
* Nie je potrebné mazanie
* Nie sú citlivé na znečistenie
* Uloženie je bez vôle
* Žiadna hysterézia
* Kompaktnosť
* Jednoduché zhotovenie
* Prakticky žiadna potrebná údržba

==Nevýhody pružných kĺbov==
Nevýhody sa týkajú najmä obmedzení:
* Kĺby sú schopné poskytnúť pomerne nízku úroveň rotácii.
* Rotácie nie je čistá, pretože vzniká axiálne strihanie prípadne aj torzia zaťaženia, okrem ohýbania.
* Ohýbanie kĺbu je zvyčajne citlivé voči zmenám teploty.
Jeho rozmery sa menia v dôsledku tepelnej rozťažnosti čo vedie k zmenám oproti pôvodným hodnotám.
Mechanizmus s kĺbmi bude fungovať, kým sa niečo nepokazí. Zvyčajne to býva samotný kĺb v dôsledku únavy alebo preťaženia materiálu.

=Materiál pre mikrouchopovače=
Mnoho rôznych typov materiálov môže byť použité pre dizajn pružného mechanizmu. I keď každá aplikácia má svoje vlastné kritériá pre výber materiálov, môže sa proces výberu riadiť princípmi, ktoré možno použiť v mnohých situáciách. Snáď najdôležitejšie na zapamätanie je, že tuhosť a sila nie sú rovnaké a je možné, aby materiál bol pružný a silný. Tvárnosť a pružnosť tiež nie sú rovnocenné. Krehké materiály môžu byť použité na výstavbu kompatibilných mechanizmov, ak je ich geometria prispôsobená tak, že nie sú preťažené. Ďalším dôležitým bodom je to, že mechanizmus môže byť flexibilný buď vďaka geometrii, alebo vlastnosťou materiálu. V konečných návrhoch sa uprednostňuje čo najväčšia flexibilita pred tuhosťou.

==Medza klzu a Youngov modul pružnosti==
Youngov modul E je pre väčšinu kovov takmer rovnaký bez ohľadu na pridaní legujúcich prvkoch alebo tepelného spracovania. Medzu klzu σK a pevnosť v ťahu môžeme zvýšiť pomocou tepelného spracovania alebo tvarovania za studena. Nevýhodou toho je že sa tým tiež tieto materiály stávajú krehkejšími a zvyšuje sa riziko výskytu chýb, prasklín, nečistôt a tiež sú citlivejšie na zvýšené napätie. Materiály s vysokou pomernou hodnotou pevnosti a modulu pružnosti dovoľujú väčšie priehyby pred tým ako sa v nich vyskytne chyba. Tento pomer je jedným z najdôležitejších parametrov pri výbere materiálu pre pružné mechanizmy.

==Materiály pre pružné mechanizmy==

===Kovy===
Kovy, ako je oceľ, by mal byť z nerezovej ocele, hliníka, titánu atď. Pri návrhu treba brať do úvahy:
* Predpokladané správanie materiálov (vo vysoko presných prístrojoch)
* Dobrý výkon v prostrediach s vysokou teplotou
* Biokompatibilita
* Nízka náchylnosť na sklz
* Predvídateľná únavová životnosť
* Schopnosť pracovať v mnohých nepriaznivých podmienkach
* Elektrická vodivosť (ako je potrebné pre flexibilné elektrické konektory)

Niektoré nevýhody kovov v súlade s mechanizmami zahŕňajú:

* Náklady na materiál
* Náklady na tvárnenie a obrábanie materiálov
* Väčšia potreba spojovacích komponentov
* Vysoká hustota
* Nízky pomer medze klzu k Youngovmu modulu v porovnaní s mnohými polymérmi

===Plasty===
Hoci cena niektorých plastov je porovnateľná s oceľou, ale náklady na ich spracovanie klasickými metódami je výrazne nižšia ako u iných materiálov vo veľkých objemoch. Toto a ich vysoká pomerná hodnota pevnosti a modulu pružnosti sú hlavné dôvody pre ich použitie pri vysokej presných mechanizmoch. Výhody plastov zahŕňajú:

* Nízke výrobné náklady vo veľkých objemoch
* Vsoká pomerná hodnota pevnosti a modulu pružnosti
* Obrobiteľnosť
* Žiadne spojovacie súčiastky
* Nízka hustota
* Biokompatibilita
* Elektricky izolačné vlastnosti

Nevýhody plastov:

* Variabilita mechanických vlastností plastov ich robí menej predvídateľné ako u iných materiálov
* Nízke teploty topenia materiálu a degradácia v niektorých prostrediach
* Zhoršenie vlastnosti v niektorých prostrediach

Sklo je často používané na posilnenie plastov. Toto posilnenie zvyšuje pevnosť aj tuhosť, čo má za následok zníženie pomernej hodnoty pevnosti a modulu pružnosti.
Polypropylén je bežne používaný polymér z niekoľkých dôvodov. Po prvé, je to jeho vysoký pomer medze sklzu k Youngovmu modulu, ako je uvedené v tabuľke 5.1. Má tiež rad výhod v porovnaní s inými polyméry. Polypropylén je ľahko dostupný, lacný, ľahko spracovateľný a má nízku hustotu. Je tiež veľmi tvárny. Hoci to je vynikajúci materiál pre mnohé kompatibilné mechanizmy, nie je vhodný v niektorých prípadoch. A to z dôvodu tečenia, ma obmedzený teplotný rozsah a malú chemickou odolnosť.

===Ostatné materiály===
Diely z krehkých materiálov môžu byť tiež použite v pružných mechanizmoch, ale sú citlivé na prepätie. Keď sú krehké materiály používané ako vyhovujúci materiál, je to zvyčajne preto, že dizajn je obmedzený ďalšími faktormi. To je prípad, kedy sú mechanizmy konštruované s pomocou technológií na výrobu integrovaných obvodov. Materiály sú obmedzené na tie, ktoré sú vhodné pre techniky, z ktorých väčšina je veľmi krehká. Optické časti sú ďalším príkladom toho. Flexibilná časť je vyrobená z krehkého materiálu, pretože podstatné obmedzenie je spojené s aplikáciou.
Kompozitné materiály (napr. grafit, sklenené vlákno, a sklolamináty), elastoméry, textílie a iné materiály sú považované za vyhovujúce pre použitie v mechanizmoch ak daná aplikácia vyžaduje ich použitie. Je dôležité zvážiť všetky požiadavky pri výbere materiálu, pretože veľa vecí, ktoré sa tradične používajú v tuhých štruktúrach môžu byť upravené tak aby boli požité v pružných mechanizmoch.

=Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov=
Keďže pružné mechanizmy sú zhotovené z materiálov ktoré podstupujú veľké pružné deformácie pri malej zmene objemu, je veľmi ťažké ich výpočet. Nedajú sa vypočítať ako staticky lineárne úlohy, z dôvodu že ich deformácia je plne elastická. Aby sme získali obraz o závislosti napätia a pomernej deformácii je potrebné vykonať ťahovú skúšku a jej výsledky použijeme ako vstupné parametre pre metódu konečných prvkov. Táto metóda je použiteľná za pomoci počítača. Je to spôsob výpočtu pomocou matematického modelu, ktorý sa vytvorí na základe vymodelovaného tvaru súčiastky a zadaní okrajových podmienok.
Pri konštruovaní súčiastok namáhaných či už tepelne alebo mechanicky je veľmi vhodnou a v poslednej dobe aj čoraz častejšie využívanou podpornou metódou tzv. FEM (Finite Element Method) modelovanie. Použitím metódy konečných prvkov a pomocou programov (napr. ANSYS, ABAQUS) je možné simulovať zaťaženie súčiastky a vypočítať tak pôsobenie zaťaženia v objeme. Jedná sa najmä o distribúciu napätí a nájdenie najkritickejších miest s vysokou lokálnou hodnotou napätia.

==Postup pri simulácii v programe==

V prvom rade je potrebné programu dodať samotný model súčiastky, ktorý sa dá narysovať priamo v danom FEM programe alebo v ktoromkoľvek kresliacom konštruktérskom programe s jeho následným importovaním do FEM programu.
Ak už je model súčiastky vytvorený, musíme programu zadať materiálové vlastnosti. Pre jednoduché výpočty statického zaťažovania (väčšina súčiastok v strojárstve) programu pre správne fungovanie väčšinou postačujú hodnoty veľkosti modulu pružnosti, poissonovho čísla (predstavuje absolútnu hodnotu podielu pomerných deformácií), prípadne hustoty. Veľký dôraz je potrebné klásť na jednotky zadávaných veličín! Väčšinou je vhodné zadávať ich v jednotkách SI sústavy.
Po zadaní materiálových vlastností nasleduje navrhnutie a vytvorenie tzv. siete (mesh). Súčiastka sa rozdelí na množstvo malých elementov, napríklad na hexagonály tehličkového tvaru (brick elements), pričom každý z elementov má vo svojich uzlových bodoch (nodes) definované materiálové vlastnosti, ktoré sme programu zadali v predchádzajúcom kroku. Vytvorenie siete je najdôležitejším krokom pred samotným výpočtom, pretože pri generácii zle navrhnutej siete môže dochádzať k deformovaniu elementov v oblastiach so zložitým tvarom súčiastky – to následne pri výpočte zapríčiní, že program nedokáže výpočet dokončiť. Tvarovo zložité oblasti je preto vhodné opatriť jemnejšou sieťou, avšak pozor – čím jemnejšia sieť, tým dlhší je proces výpočtu.
Nasleduje zaťaženie súčiastky, ktorú je potrebné najprv „ukotviť“, teda určiť pre niektoré z bodov alebo plôch súčiastky počet stupňov voľnosti. Potom môžeme aplikovať vonkajšie napätie.
Ak máme za sebou aj fázu zaťažovania, môžeme sa pokúsiť o prevedenie výpočtu. Dôležitým krokom býva nastavenie dĺžky časového kroku výpočtu, resp. počtu krokov, pretože počas výpočtu musí dochádzať ku tzv. iterácii. Metódy iterácie sú užitočné pri riešení (spravidla) veľkých sústav lineárnych rovníc postupným približovaním sa k presnému riešeniu.
V prvom rade je dôležité uvedomiť si, že samotné bezproblémové prebehnutie výpočtu neznamená, že jeho výsledky budú v poriadku. Je nevyhnutnosťou v prvom rade posúdiť na základe platných fyzikálnych zákonov a pravidiel, či výsledok spĺňa podmienky logiky.

=Návrh mikrouchopovača=

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T14:06:05Z

Privara: /* Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov */

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Hlavička_FM|{{PAGENAME}}|Juraj Prívara|Ing. Ján Zápotočný|
2009/2010
|Semetrálna práca|Mechatronika}}
{{Praca_uvod|1|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}
{{Abstrakt|Práca sa zaoberá mikro-pružnými mechanizmami so zameraním na uchopovanie mikro objektov. Prvá časť sa zameriava na teóriu mikrouchopovačov, problémy s nimi a popisom flexibilných mechanizmov, z ktorých sú štruktúry mikrouchopovačov odvodené. Ďalšia časť je zameraná na riešenie problémov a popisuje typy flexibilných kĺbov, ktoré poskytujú pohyb a správanie mikrouchopovačov. V tomto projekte hovoríme aj o materiáloch vhodných na použitie v tejto oblasti.|This work deals with micro flexible mechanisms with a focus on griping of micro objects. The first part focuses on microgrippers theory, issues related to it and description of flexible mechanisms, from which are the structures of microgrippers derived. Next part is oriented on solving the issues and describes the types of flexible joints, which provide the movement and the behavior of microgrippers. In this project we also talk about the materials suitable for use in this area.}}
__TOC__

'''Úvod'''
O mikrosystémoch a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) sa začalo hovoriť v 90. rokoch 20. storočia ako o nastupujúcej kľúčovej technike 21. storočí. Veľké úsilie bolo venované technickému vývoju a novým prístupom spojeným so systémovým inžinierstvom pre vývoj nových aplikácii. Mnohé z nich, ktoré boli skôr rozpracované iba v teoretické rovine, boli teraz uvedené do praxe a na ich základe začali vznikať nové, kvalitatívnejšie odlišné systémy. Jednou z hlavných predností mikrosystémovej techniky je možnosť mikrominiaturizácie, využitie materiálov používaných na výrobu integrovaných elektronických obvodov (napr. kremík), ktorý však práve v týchto aplikáciách vykazuje vlastnosti bežných materiálov: napr. kremík v mikroštruktúrach má vlastnosti ocele.
Elektronicky riadené skalpely alebo biochemické laboratória vytvárané na čipe umožnili dosiahnuť veľkého pokroku v medicíne. Bez mikrosystémovej techniky by nebol možný rozvoj funkcii kardiostimulátorov, ktoré v dnešnej dobe predstavujú inteligentné systémy obsahujúce senzory, aktuátory, riadiacu elektroniku a inteligentný rozhodovací software. Veľké množstvo mikrosystémov je i v moderných automobiloch (airbagy, ABS, riadiace a monitorovacie systémy, navigačné systémy atď.). Bez mikrosystémových technológií by sa nerozvíjal kozmický výskum, letectvo, bezpečnostné systémy alebo ochrana životného prostredia. V mikrosystémoch sú často začlenené i celé nesúrodé súčasti. Vychádza sa z predpokladu, že v mikrosvete sa jednotlivé súčasti systému výrazne vzájomne ovplyvňujú, na rozdiel od makrosveta, kde vlastnosti jednotlivých súčastí sa dá považovať za oddelené, a pritom dohromady vytvárajú funkčný makrosystém.
Pri manipulácii s veľmi malými súčiastkami sa vyvíjajú aj k nim patričné druhy manipulátorov, čiže inak povedané uchopovačov či mikrouchopovačov. Pri súčiastkach väčších ako sú milimetre sa využívajú uchopovače zostrojené z mechanických, guľových a krížových kĺbov. Pri mikrosúčiastkach, teda pri súčiastkach menších ako je milimeter sa musí zvoliť mikrouchopovač, ktorý však funguje na iných princípoch ako to je v makrosvete.

=Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača=
Ako už bolo povedané exitujú rozdiely medzi makro a mikro svetom. Pri uchopovaní väčších súčiastok sa sily ako sú napríklad elektrostatická zanedbávajú, ale pri mikrosúčiastkach takéto sily vytvárajú veľký problém.
Ďalším problémom pri návrhu je zvolenie správnych kĺbov. Keďže pri uchopovaní mikrosúčiastok mechanické kĺby treba vylúčiť z dôvodu ich nepresnosti, obtiažnej a nákladnej výrobe a vzniknutom trení pri ich pohybe. Pre potrebnú presnosť preto teda zvolíme kĺby z pružných materiálov tzv. flexibilné alebo pružné kĺby.

==Paralelné a uhlové uchopenie telesa==
Hlavný rozdiel medzi uchopením paralelným (obr.1.1) a uhlovým (obr.1.2) je ten že pri paralelnom nám pri uchopení telesa pôsobia sily len v smere osi x a pri uchytení uhlovom nám sily pôsobia pod uhlom, čiže sú zložené z x-ovej a y-ovej zložky. Samozrejme že existujú aj v týchto prípadoch parazitné sily. Pôsobenie síl však závisí aj od danej súčiastky. Napríklad ak manipulujeme so súmernou súčiastkou kruhového tvaru a jej paralelným uchopením tak nám pôsobia sily kolmo na súčiastku. Preto je paralelné uchopenie vhodne na kruhové súčiastky, pretože v nich nepôsobia sily v smere y, tým pádom je aj jednoduchší ich výpočet a lepšie držanie súčiastky v manipulátore. Pri uhlovom uchytení treba vyjadriť x-ové aj y-ové zložky sily. Nieje vhodné na uchytenie súmerných súčiastok, keďže môže dôjsť k ich vyšmyknutiu.
[[Súbor:Paralelné_uchopenie.jpg]]
[[Súbor:Uhlové uchopenie.jpg]]

==Sily pri uhlovom uchopení==
Pri uchopovaní sa sily rozkladajú a pôsobia na teleso ako to je na obrázku (obr.1.3). FA a FB sú uchopovacie sily, ktoré pôsobia kolmo na teleso. Dotykové body A a B ležia na dotykovej čiare a na teleso tiež pôsobia trecie sily FtA a FtB. Trecia sila Ft je definovaná ako súčin koeficientu trenia μ a normálovej sily Fn, ktorá je kolmá na treciu silu Ft. V našom prípade funkciu normálovej sily preberá sila FA a FB, pričom platí, že trecia sila
FtA = μA.FA a FtB = μB.FB (1.1)
Koeficienty trenia μA a μB môžeme definovať ako
μA = tg ΦA a μB = tg ΦB (1.2)
kde uhly ΦA a ΦB predstavujú uhly trecieho kužeľa. Ich veľkosť závisí od polohy dotykových bodov, tvaru uchopovaného telesa tvaru ramien. Stláčacia čiara prechádza cez ťažisko a je kolmá na dotykovú čiaru. Z ťažiska kolmo na zem pôsobí tiažová sila G a zviera so stláčacou čiarou uhol φG. Na teleso ďalej pôsobí aj vonkajší točivý moment M v kladnom smere.
[[Súbor:Rozloženie síl na teleso pri uhlovom uchopení.jpg]]

===Statická rovnováha telesa pri uhlovom uchopení===

Ak má byť teleso uchopované uhlovým uchopením v rovnováhe, výslednica síl,
pôsobiacich na teleso vo všetkých smeroch, musí byť rovná nule, a teda musia platiť
silové podmienky:
ΣFi x = 0 , (1.3)
kde ΣFix predstavuje sumu všetkých síl pôsobiacich na uchopované teleso v x-ovom
smere podľa súradnicového systému vyznačeného na obrázku (Obr. 1.3). Podľa obrázku
môžeme ďalej napísať,
FA x + FtA x − FB x − FBt x −Gx = 0 , (1.4)
FAcosφA +FtAsinφA − FBcosφB − FtBsinφB − GsinφG =0 (1.5)
Dosadením výrazu (1.1) za FtA a FtB do vzťahu (1.5) získavame rovnicu reprezentujúcu
silovú podmienku v x-ovom smere, pre spôsob uchopenia znázornený na obrázku
(Obr. 1.3),
FAcosφA + μAFAsinφA − FBcosφB − μBFBsinφB − GsinφG =0 (1.6)
Dalšia silová podmienka predstavuje sumu všetkých síl, pôsobiacich na uchopované
teleso v y-ovom smere, rovnú nule,
ΣFi y = 0 (1.7)
FtA y + FtB y − FA y − FB y −Gy = 0, (1.8)
FtAcosφA +FtBcosφB − FAsinφA − FBsinφB − GcosφG =0 (1.9)
Podobne ako pre silovú podmienku v x-ovom smere, dosadením výrazu (1.1) za FtA
a FtB, získavame rovnicu silovej podmienky v y-ovom smere,
μAFAcosφA + μBFBcosφB − FAsinφA − FBsinφB − GcosφG =0 (1.10)
Ďalšou podmienkou je tzv. momentová podmienka, ktorá predstavuje sumu
všetkých momentov k bodu O rovnú nule,
ΣMio = 0, (1.11)
M + rA FA y − rA FtA y + rB FtB y − rBFB y − rt Gx = 0 (1.12)
M+ r A FAsinφA − rAFtAcosφA + rBFtBcosφB − rBFBsinφB − rtGsinφG =0 (1.13)
M+ r A FAsinφA − rAμAFAcosφA + rBμBFtBcosφB − rBFBsinφB − rtGsinφG =0 (1.14)
Po úprave výrazu (1.14) získavame rovnicu momentovej podmienky, pre spôsob
uchopenia zobrazený na obrázku (Obr. 1.3),
M+ r A FA (sinφA − μAcosφA) + rBFB (μBcosφB − sinφB) − rtGsinφG =0 (1.15)

=Čo je to MEMS alebo MST?=
V Spojených štátoch je to technológia, známa ako Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS), v Európe je to len Microsystem Technologies (MST). Majú za úlohu presnejšie vymedzenie alebo vytváranie odpovedí, s niekoľkými spoločnými znakmi ako "miniaturizácia". MEMS je súčasť nástrojov, fyzických výrobkov, a
metodík na spracovanie:
* Je to súbor techník a postupov pre navrhovanie a vytváranie miniatúrnych systémov
* Je to fyzický produkt často neštandartný a jedinečný ku konečnej aplikácii.
MEMS je aj spôsob, ako robiť veci. "Microsystems Technology" tento pojem presne definuje Úrad Spojených štátov pre pokročilý výskum obrany (DARPA- The Defense Advanced Research Projects Agency).
Tieto "veci" zlučujú funkcie pre snímanie, ovládanie s výpočtami a komunikáciou s
lokálnou kontrolou fyzikálnych parametrov na mikroúrovni. Hoci univerzálna definícia chýba, MEMS výrobky majú početné charakteristické rysy. Ide o miniatúrne systémy zahŕňajúce jednu alebo viac mikromechanických súčasti alebo štruktúr. Často menšie integrovateľné funkcie sa spájajú do jedného balíka pre väčšiu úžitkovosť. Môžu tiež priniesť výhody zníženia nákladov, priamo prostredníctvom nízkych jednotkových cien, alebo nepriamo znížením služby a nákladov na údržbu. Drvivá väčšina dnešných produktov MEMS sú v kategórií ako komponenty alebo podsystémy. Mikrosystémy sa stále ešte len vyvíjajú, ale ich vývoj napreduje. Ľudia sa spoliehajú na úspech dnešných komponentov najmä preto, že tieto komponenty sú schopné vykonať funkciu v stále rastúcej zložitosti. Mikrosystém je vo fázy evolúčného procesu. Posledných tridsať rokov sme strávili učením sa, ako zostaviť
mikromechanické komponenty. Len nedávno sme sa začali učiť o ich bezproblémovej integrácie do subsystémov, a nakoniec do kompletných mikrosystémov.

=Pružné Mechanizmy=
Pružné mechanizmy vykonávajú zmenu polohy vychyľovaním flexibilných
(pružných) členov, namiesto pohyblivých kĺbov pri tuhých mechanizmoch.

==História pružných mechanizmov==
Podstata pružných členov na uchovanie energie a vytváranie pohybu bol použitý pred tisícročiami. Archeologické dôkazy ukazujú, že luky požívané od roku 8000 pred n.l. boli primárnou zbraňou na lov vo väčšine kultúr.
[[Súbor:luk.jpg]]
Včasné luky boli vyrobené z relatívne pružných materiálov ako je drevo a zvieracie šľachy. Deformačná energia na prove sa premieňa na kinetickú energiu šípu.
Praky sú ďalším príkladom včasného uplatňovania pružných členov. Používali ich Gréci už vo štvrtom storočí pred n.l.
Včasné katapulty boli postavené z drevených častí, ktoré boli odklonené na uchovanie energie a po uvoľnení vymrštili daný predmet.
[[Súbor:katapult.jpg]]

Iné metódy boli vyvinuté na začiatku dvadsiateho storočia. Našlo sa nové využitie pre tento druh pohybu. Počet produktov, ktoré využívajú pružnosť materiálov na výkon svojich funkcií výrazne vzrástol v niekoľkých posledných desaťročiach čiastočne vďaka objaveniu a výrobe silnejších a spoľahlivejších materiálov. Využitie pružnosti materiálov sa bude pravdepodobne aj naďalej zvyšovať s časom a konštrukčné materiály a metodiky sa budú zlepšovať.
V dnešnej dobe je obrovský dopyt, zvyšuje sa kvalita výrobkov a znižujú náklady.
Univerzity a priemyselný výskum zohrávajú dôležitú úlohu vo vývoji mechanizmov s využitím pružných materiálov.

==Konštrukcia pružných mechanizmov==
Výroba mikro a miniatúrnych mechanizmov je veľmi náročná. Nedajú sa vyrobiť bežnými výrobnými postupmi. Jediná možnosť ako ich zhotoviť je zvoliť vhodnú metódu na tvorbu mikroštrukúr ako sú napríklad laserové alebo iónové mikroobrábanie, galvanické pokovovanie, kremíková technológia.
Hlavnou výhodou pružných mechanizmov je zníženie nákladov z dôvodu redukovania konštrukčných dielov a najmä zjednodušenie výrobného procesu. Ďalšie výhody sú presnosť, spoľahlivosť a minimálna údržba.
Ako už bolo spomenuté tieto zariadenia sú vyrobených z jedného kusa materiálu. Obsahujú menej pohyblivých častí, ako sú napríklad čapy alebo rôzne klzné časti, ktoré je nutné mazať. Majú minimálny počet spojov, čím sa zvyšuje presnosť mechanizmu. Je to najmä vďaka pružným prvkom, ktoré dokážu zabezpečiť bezvôľový pohyb jednotlivých častí mechanizmu. Pohyb v pružných mechanizmoch je zabezpečený vychyľovaním jednotlivých prvkov, tým pádom sú nehlučné a nevzniká žiadna vybrácia.

=Pružné kĺby=
Pružný kĺb je prvok v rámci konštrukcie, ktorý vďaka svojej pružnosti umožňuje pohyb medzi dvoma susediacimi nehybnými časťami.
[[Súbor:pružný kĺb.jpg]]
Pružný kĺb môžeme zabezpečiť pomocou pružného elementu ako je napríklad tenký oceľový pásik uchytený medzi pevné nepohybujúce sa časti.
[[Súbor:Oceľový pásik medzi pevnými časťami.jpg]]
Pružný kĺb môžeme dosiahnuť aj opracovaním materiálu tak, aby v mieste ohybu vznikol vrub, teda vytvorí sa ohybové tenké spojítko. V tomto prípade predchádzame rozdeleniu materiálu.

==Výhody pružných kĺbov==
Berme do úvahy len monolitické pružné kĺby. Keďže sú vyrobené z jedného kusa materiálu majú oproti mechanickým značné výhody:
* Žiadne straty spôsobené trením
* Nie je potrebné mazanie
* Nie sú citlivé na znečistenie
* Uloženie je bez vôle
* Žiadna hysterézia
* Kompaktnosť
* Jednoduché zhotovenie
* Prakticky žiadna potrebná údržba

==Nevýhody pružných kĺbov==
Nevýhody sa týkajú najmä obmedzení:
* Kĺby sú schopné poskytnúť pomerne nízku úroveň rotácii.
* Rotácie nie je čistá, pretože vzniká axiálne strihanie prípadne aj torzia zaťaženia, okrem ohýbania.
* Ohýbanie kĺbu je zvyčajne citlivé voči zmenám teploty.
Jeho rozmery sa menia v dôsledku tepelnej rozťažnosti čo vedie k zmenám oproti pôvodným hodnotám.
Mechanizmus s kĺbmi bude fungovať, kým sa niečo nepokazí. Zvyčajne to býva samotný kĺb v dôsledku únavy alebo preťaženia materiálu.

=Materiál pre mikrouchopovače=
Mnoho rôznych typov materiálov môže byť použité pre dizajn pružného mechanizmu. I keď každá aplikácia má svoje vlastné kritériá pre výber materiálov, môže sa proces výberu riadiť princípmi, ktoré možno použiť v mnohých situáciách. Snáď najdôležitejšie na zapamätanie je, že tuhosť a sila nie sú rovnaké a je možné, aby materiál bol pružný a silný. Tvárnosť a pružnosť tiež nie sú rovnocenné. Krehké materiály môžu byť použité na výstavbu kompatibilných mechanizmov, ak je ich geometria prispôsobená tak, že nie sú preťažené. Ďalším dôležitým bodom je to, že mechanizmus môže byť flexibilný buď vďaka geometrii, alebo vlastnosťou materiálu. V konečných návrhoch sa uprednostňuje čo najväčšia flexibilita pred tuhosťou.

==Medza klzu a Youngov modul pružnosti==
Youngov modul E je pre väčšinu kovov takmer rovnaký bez ohľadu na pridaní legujúcich prvkoch alebo tepelného spracovania. Medzu klzu σK a pevnosť v ťahu môžeme zvýšiť pomocou tepelného spracovania alebo tvarovania za studena. Nevýhodou toho je že sa tým tiež tieto materiály stávajú krehkejšími a zvyšuje sa riziko výskytu chýb, prasklín, nečistôt a tiež sú citlivejšie na zvýšené napätie. Materiály s vysokou pomernou hodnotou pevnosti a modulu pružnosti dovoľujú väčšie priehyby pred tým ako sa v nich vyskytne chyba. Tento pomer je jedným z najdôležitejších parametrov pri výbere materiálu pre pružné mechanizmy.

==Materiály pre pružné mechanizmy==

===Kovy===
Kovy, ako je oceľ, by mal byť z nerezovej ocele, hliníka, titánu atď. Pri návrhu treba brať do úvahy:
* Predpokladané správanie materiálov (vo vysoko presných prístrojoch)
* Dobrý výkon v prostrediach s vysokou teplotou
* Biokompatibilita
* Nízka náchylnosť na sklz
* Predvídateľná únavová životnosť
* Schopnosť pracovať v mnohých nepriaznivých podmienkach
* Elektrická vodivosť (ako je potrebné pre flexibilné elektrické konektory)

Niektoré nevýhody kovov v súlade s mechanizmami zahŕňajú:

* Náklady na materiál
* Náklady na tvárnenie a obrábanie materiálov
* Väčšia potreba spojovacích komponentov
* Vysoká hustota
* Nízky pomer medze klzu k Youngovmu modulu v porovnaní s mnohými polymérmi

===Plasty===
Hoci cena niektorých plastov je porovnateľná s oceľou, ale náklady na ich spracovanie klasickými metódami je výrazne nižšia ako u iných materiálov vo veľkých objemoch. Toto a ich vysoká pomerná hodnota pevnosti a modulu pružnosti sú hlavné dôvody pre ich použitie pri vysokej presných mechanizmoch. Výhody plastov zahŕňajú:

* Nízke výrobné náklady vo veľkých objemoch
* Vsoká pomerná hodnota pevnosti a modulu pružnosti
* Obrobiteľnosť
* Žiadne spojovacie súčiastky
* Nízka hustota
* Biokompatibilita
* Elektricky izolačné vlastnosti

Nevýhody plastov:

* Variabilita mechanických vlastností plastov ich robí menej predvídateľné ako u iných materiálov
* Nízke teploty topenia materiálu a degradácia v niektorých prostrediach
* Zhoršenie vlastnosti v niektorých prostrediach

Sklo je často používané na posilnenie plastov. Toto posilnenie zvyšuje pevnosť aj tuhosť, čo má za následok zníženie pomernej hodnoty pevnosti a modulu pružnosti.
Polypropylén je bežne používaný polymér z niekoľkých dôvodov. Po prvé, je to jeho vysoký pomer medze sklzu k Youngovmu modulu, ako je uvedené v tabuľke 5.1. Má tiež rad výhod v porovnaní s inými polyméry. Polypropylén je ľahko dostupný, lacný, ľahko spracovateľný a má nízku hustotu. Je tiež veľmi tvárny. Hoci to je vynikajúci materiál pre mnohé kompatibilné mechanizmy, nie je vhodný v niektorých prípadoch. A to z dôvodu tečenia, ma obmedzený teplotný rozsah a malú chemickou odolnosť.

===Ostatné materiály===
Diely z krehkých materiálov môžu byť tiež použite v pružných mechanizmoch, ale sú citlivé na prepätie. Keď sú krehké materiály používané ako vyhovujúci materiál, je to zvyčajne preto, že dizajn je obmedzený ďalšími faktormi. To je prípad, kedy sú mechanizmy konštruované s pomocou technológií na výrobu integrovaných obvodov. Materiály sú obmedzené na tie, ktoré sú vhodné pre techniky, z ktorých väčšina je veľmi krehká. Optické časti sú ďalším príkladom toho. Flexibilná časť je vyrobená z krehkého materiálu, pretože podstatné obmedzenie je spojené s aplikáciou.
Kompozitné materiály (napr. grafit, sklenené vlákno, a sklolamináty), elastoméry, textílie a iné materiály sú považované za vyhovujúce pre použitie v mechanizmoch ak daná aplikácia vyžaduje ich použitie. Je dôležité zvážiť všetky požiadavky pri výbere materiálu, pretože veľa vecí, ktoré sa tradične používajú v tuhých štruktúrach môžu byť upravené tak aby boli požité v pružných mechanizmoch.

=Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov=
Keďže pružné mechanizmy sú zhotovené z materiálov ktoré podstupujú veľké pružné deformácie pri malej zmene objemu, je veľmi ťažké ich výpočet. Nedajú sa vypočítať ako staticky lineárne úlohy, z dôvodu že ich deformácia je plne elastická. Aby sme získali obraz o závislosti napätia a pomernej deformácii je potrebné vykonať ťahovú skúšku a jej výsledky použijeme ako vstupné parametre pre metódu konečných prvkov. Táto metóda je použiteľná za pomoci počítača. Je to spôsob výpočtu pomocou matematického modelu, ktorý sa vytvorí na základe vymodelovaného tvaru súčiastky a zadaní okrajových podmienok.
Pri konštruovaní súčiastok namáhaných či už tepelne alebo mechanicky je veľmi vhodnou a v poslednej dobe aj čoraz častejšie využívanou podpornou metódou tzv. FEM (Finite Element Method) modelovanie. Použitím metódy konečných prvkov a pomocou programov (napr. ANSYS, ABAQUS) je možné simulovať zaťaženie súčiastky a vypočítať tak pôsobenie zaťaženia v objeme. Jedná sa najmä o distribúciu napätí a nájdenie najkritickejších miest s vysokou lokálnou hodnotou napätia.

=Návrh mikrouchopovača=

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T14:05:33Z

Privara: /* Materiál pre mikrouchopovače */

[[Kategória:Študentské práce]]
[[Kategória:Bakalárske práce]]
[[Kategória:Mechatronika]]
{{Hlavička_FM|{{PAGENAME}}|Juraj Prívara|Ing. Ján Zápotočný|
2009/2010
|Semetrálna práca|Mechatronika}}
{{Praca_uvod|1|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača|Čo je to MEMS alebo MST?|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|Návrh mikrouchopovača||||}}
{{Abstrakt|Práca sa zaoberá mikro-pružnými mechanizmami so zameraním na uchopovanie mikro objektov. Prvá časť sa zameriava na teóriu mikrouchopovačov, problémy s nimi a popisom flexibilných mechanizmov, z ktorých sú štruktúry mikrouchopovačov odvodené. Ďalšia časť je zameraná na riešenie problémov a popisuje typy flexibilných kĺbov, ktoré poskytujú pohyb a správanie mikrouchopovačov. V tomto projekte hovoríme aj o materiáloch vhodných na použitie v tejto oblasti.|This work deals with micro flexible mechanisms with a focus on griping of micro objects. The first part focuses on microgrippers theory, issues related to it and description of flexible mechanisms, from which are the structures of microgrippers derived. Next part is oriented on solving the issues and describes the types of flexible joints, which provide the movement and the behavior of microgrippers. In this project we also talk about the materials suitable for use in this area.}}
__TOC__

'''Úvod'''
O mikrosystémoch a MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) sa začalo hovoriť v 90. rokoch 20. storočia ako o nastupujúcej kľúčovej technike 21. storočí. Veľké úsilie bolo venované technickému vývoju a novým prístupom spojeným so systémovým inžinierstvom pre vývoj nových aplikácii. Mnohé z nich, ktoré boli skôr rozpracované iba v teoretické rovine, boli teraz uvedené do praxe a na ich základe začali vznikať nové, kvalitatívnejšie odlišné systémy. Jednou z hlavných predností mikrosystémovej techniky je možnosť mikrominiaturizácie, využitie materiálov používaných na výrobu integrovaných elektronických obvodov (napr. kremík), ktorý však práve v týchto aplikáciách vykazuje vlastnosti bežných materiálov: napr. kremík v mikroštruktúrach má vlastnosti ocele.
Elektronicky riadené skalpely alebo biochemické laboratória vytvárané na čipe umožnili dosiahnuť veľkého pokroku v medicíne. Bez mikrosystémovej techniky by nebol možný rozvoj funkcii kardiostimulátorov, ktoré v dnešnej dobe predstavujú inteligentné systémy obsahujúce senzory, aktuátory, riadiacu elektroniku a inteligentný rozhodovací software. Veľké množstvo mikrosystémov je i v moderných automobiloch (airbagy, ABS, riadiace a monitorovacie systémy, navigačné systémy atď.). Bez mikrosystémových technológií by sa nerozvíjal kozmický výskum, letectvo, bezpečnostné systémy alebo ochrana životného prostredia. V mikrosystémoch sú často začlenené i celé nesúrodé súčasti. Vychádza sa z predpokladu, že v mikrosvete sa jednotlivé súčasti systému výrazne vzájomne ovplyvňujú, na rozdiel od makrosveta, kde vlastnosti jednotlivých súčastí sa dá považovať za oddelené, a pritom dohromady vytvárajú funkčný makrosystém.
Pri manipulácii s veľmi malými súčiastkami sa vyvíjajú aj k nim patričné druhy manipulátorov, čiže inak povedané uchopovačov či mikrouchopovačov. Pri súčiastkach väčších ako sú milimetre sa využívajú uchopovače zostrojené z mechanických, guľových a krížových kĺbov. Pri mikrosúčiastkach, teda pri súčiastkach menších ako je milimeter sa musí zvoliť mikrouchopovač, ktorý však funguje na iných princípoch ako to je v makrosvete.

=Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača=
Ako už bolo povedané exitujú rozdiely medzi makro a mikro svetom. Pri uchopovaní väčších súčiastok sa sily ako sú napríklad elektrostatická zanedbávajú, ale pri mikrosúčiastkach takéto sily vytvárajú veľký problém.
Ďalším problémom pri návrhu je zvolenie správnych kĺbov. Keďže pri uchopovaní mikrosúčiastok mechanické kĺby treba vylúčiť z dôvodu ich nepresnosti, obtiažnej a nákladnej výrobe a vzniknutom trení pri ich pohybe. Pre potrebnú presnosť preto teda zvolíme kĺby z pružných materiálov tzv. flexibilné alebo pružné kĺby.

==Paralelné a uhlové uchopenie telesa==
Hlavný rozdiel medzi uchopením paralelným (obr.1.1) a uhlovým (obr.1.2) je ten že pri paralelnom nám pri uchopení telesa pôsobia sily len v smere osi x a pri uchytení uhlovom nám sily pôsobia pod uhlom, čiže sú zložené z x-ovej a y-ovej zložky. Samozrejme že existujú aj v týchto prípadoch parazitné sily. Pôsobenie síl však závisí aj od danej súčiastky. Napríklad ak manipulujeme so súmernou súčiastkou kruhového tvaru a jej paralelným uchopením tak nám pôsobia sily kolmo na súčiastku. Preto je paralelné uchopenie vhodne na kruhové súčiastky, pretože v nich nepôsobia sily v smere y, tým pádom je aj jednoduchší ich výpočet a lepšie držanie súčiastky v manipulátore. Pri uhlovom uchytení treba vyjadriť x-ové aj y-ové zložky sily. Nieje vhodné na uchytenie súmerných súčiastok, keďže môže dôjsť k ich vyšmyknutiu.
[[Súbor:Paralelné_uchopenie.jpg]]
[[Súbor:Uhlové uchopenie.jpg]]

==Sily pri uhlovom uchopení==
Pri uchopovaní sa sily rozkladajú a pôsobia na teleso ako to je na obrázku (obr.1.3). FA a FB sú uchopovacie sily, ktoré pôsobia kolmo na teleso. Dotykové body A a B ležia na dotykovej čiare a na teleso tiež pôsobia trecie sily FtA a FtB. Trecia sila Ft je definovaná ako súčin koeficientu trenia μ a normálovej sily Fn, ktorá je kolmá na treciu silu Ft. V našom prípade funkciu normálovej sily preberá sila FA a FB, pričom platí, že trecia sila
FtA = μA.FA a FtB = μB.FB (1.1)
Koeficienty trenia μA a μB môžeme definovať ako
μA = tg ΦA a μB = tg ΦB (1.2)
kde uhly ΦA a ΦB predstavujú uhly trecieho kužeľa. Ich veľkosť závisí od polohy dotykových bodov, tvaru uchopovaného telesa tvaru ramien. Stláčacia čiara prechádza cez ťažisko a je kolmá na dotykovú čiaru. Z ťažiska kolmo na zem pôsobí tiažová sila G a zviera so stláčacou čiarou uhol φG. Na teleso ďalej pôsobí aj vonkajší točivý moment M v kladnom smere.
[[Súbor:Rozloženie síl na teleso pri uhlovom uchopení.jpg]]

===Statická rovnováha telesa pri uhlovom uchopení===

Ak má byť teleso uchopované uhlovým uchopením v rovnováhe, výslednica síl,
pôsobiacich na teleso vo všetkých smeroch, musí byť rovná nule, a teda musia platiť
silové podmienky:
ΣFi x = 0 , (1.3)
kde ΣFix predstavuje sumu všetkých síl pôsobiacich na uchopované teleso v x-ovom
smere podľa súradnicového systému vyznačeného na obrázku (Obr. 1.3). Podľa obrázku
môžeme ďalej napísať,
FA x + FtA x − FB x − FBt x −Gx = 0 , (1.4)
FAcosφA +FtAsinφA − FBcosφB − FtBsinφB − GsinφG =0 (1.5)
Dosadením výrazu (1.1) za FtA a FtB do vzťahu (1.5) získavame rovnicu reprezentujúcu
silovú podmienku v x-ovom smere, pre spôsob uchopenia znázornený na obrázku
(Obr. 1.3),
FAcosφA + μAFAsinφA − FBcosφB − μBFBsinφB − GsinφG =0 (1.6)
Dalšia silová podmienka predstavuje sumu všetkých síl, pôsobiacich na uchopované
teleso v y-ovom smere, rovnú nule,
ΣFi y = 0 (1.7)
FtA y + FtB y − FA y − FB y −Gy = 0, (1.8)
FtAcosφA +FtBcosφB − FAsinφA − FBsinφB − GcosφG =0 (1.9)
Podobne ako pre silovú podmienku v x-ovom smere, dosadením výrazu (1.1) za FtA
a FtB, získavame rovnicu silovej podmienky v y-ovom smere,
μAFAcosφA + μBFBcosφB − FAsinφA − FBsinφB − GcosφG =0 (1.10)
Ďalšou podmienkou je tzv. momentová podmienka, ktorá predstavuje sumu
všetkých momentov k bodu O rovnú nule,
ΣMio = 0, (1.11)
M + rA FA y − rA FtA y + rB FtB y − rBFB y − rt Gx = 0 (1.12)
M+ r A FAsinφA − rAFtAcosφA + rBFtBcosφB − rBFBsinφB − rtGsinφG =0 (1.13)
M+ r A FAsinφA − rAμAFAcosφA + rBμBFtBcosφB − rBFBsinφB − rtGsinφG =0 (1.14)
Po úprave výrazu (1.14) získavame rovnicu momentovej podmienky, pre spôsob
uchopenia zobrazený na obrázku (Obr. 1.3),
M+ r A FA (sinφA − μAcosφA) + rBFB (μBcosφB − sinφB) − rtGsinφG =0 (1.15)

=Čo je to MEMS alebo MST?=
V Spojených štátoch je to technológia, známa ako Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS), v Európe je to len Microsystem Technologies (MST). Majú za úlohu presnejšie vymedzenie alebo vytváranie odpovedí, s niekoľkými spoločnými znakmi ako "miniaturizácia". MEMS je súčasť nástrojov, fyzických výrobkov, a
metodík na spracovanie:
* Je to súbor techník a postupov pre navrhovanie a vytváranie miniatúrnych systémov
* Je to fyzický produkt často neštandartný a jedinečný ku konečnej aplikácii.
MEMS je aj spôsob, ako robiť veci. "Microsystems Technology" tento pojem presne definuje Úrad Spojených štátov pre pokročilý výskum obrany (DARPA- The Defense Advanced Research Projects Agency).
Tieto "veci" zlučujú funkcie pre snímanie, ovládanie s výpočtami a komunikáciou s
lokálnou kontrolou fyzikálnych parametrov na mikroúrovni. Hoci univerzálna definícia chýba, MEMS výrobky majú početné charakteristické rysy. Ide o miniatúrne systémy zahŕňajúce jednu alebo viac mikromechanických súčasti alebo štruktúr. Často menšie integrovateľné funkcie sa spájajú do jedného balíka pre väčšiu úžitkovosť. Môžu tiež priniesť výhody zníženia nákladov, priamo prostredníctvom nízkych jednotkových cien, alebo nepriamo znížením služby a nákladov na údržbu. Drvivá väčšina dnešných produktov MEMS sú v kategórií ako komponenty alebo podsystémy. Mikrosystémy sa stále ešte len vyvíjajú, ale ich vývoj napreduje. Ľudia sa spoliehajú na úspech dnešných komponentov najmä preto, že tieto komponenty sú schopné vykonať funkciu v stále rastúcej zložitosti. Mikrosystém je vo fázy evolúčného procesu. Posledných tridsať rokov sme strávili učením sa, ako zostaviť
mikromechanické komponenty. Len nedávno sme sa začali učiť o ich bezproblémovej integrácie do subsystémov, a nakoniec do kompletných mikrosystémov.

=Pružné Mechanizmy=
Pružné mechanizmy vykonávajú zmenu polohy vychyľovaním flexibilných
(pružných) členov, namiesto pohyblivých kĺbov pri tuhých mechanizmoch.

==História pružných mechanizmov==
Podstata pružných členov na uchovanie energie a vytváranie pohybu bol použitý pred tisícročiami. Archeologické dôkazy ukazujú, že luky požívané od roku 8000 pred n.l. boli primárnou zbraňou na lov vo väčšine kultúr.
[[Súbor:luk.jpg]]
Včasné luky boli vyrobené z relatívne pružných materiálov ako je drevo a zvieracie šľachy. Deformačná energia na prove sa premieňa na kinetickú energiu šípu.
Praky sú ďalším príkladom včasného uplatňovania pružných členov. Používali ich Gréci už vo štvrtom storočí pred n.l.
Včasné katapulty boli postavené z drevených častí, ktoré boli odklonené na uchovanie energie a po uvoľnení vymrštili daný predmet.
[[Súbor:katapult.jpg]]

Iné metódy boli vyvinuté na začiatku dvadsiateho storočia. Našlo sa nové využitie pre tento druh pohybu. Počet produktov, ktoré využívajú pružnosť materiálov na výkon svojich funkcií výrazne vzrástol v niekoľkých posledných desaťročiach čiastočne vďaka objaveniu a výrobe silnejších a spoľahlivejších materiálov. Využitie pružnosti materiálov sa bude pravdepodobne aj naďalej zvyšovať s časom a konštrukčné materiály a metodiky sa budú zlepšovať.
V dnešnej dobe je obrovský dopyt, zvyšuje sa kvalita výrobkov a znižujú náklady.
Univerzity a priemyselný výskum zohrávajú dôležitú úlohu vo vývoji mechanizmov s využitím pružných materiálov.

==Konštrukcia pružných mechanizmov==
Výroba mikro a miniatúrnych mechanizmov je veľmi náročná. Nedajú sa vyrobiť bežnými výrobnými postupmi. Jediná možnosť ako ich zhotoviť je zvoliť vhodnú metódu na tvorbu mikroštrukúr ako sú napríklad laserové alebo iónové mikroobrábanie, galvanické pokovovanie, kremíková technológia.
Hlavnou výhodou pružných mechanizmov je zníženie nákladov z dôvodu redukovania konštrukčných dielov a najmä zjednodušenie výrobného procesu. Ďalšie výhody sú presnosť, spoľahlivosť a minimálna údržba.
Ako už bolo spomenuté tieto zariadenia sú vyrobených z jedného kusa materiálu. Obsahujú menej pohyblivých častí, ako sú napríklad čapy alebo rôzne klzné časti, ktoré je nutné mazať. Majú minimálny počet spojov, čím sa zvyšuje presnosť mechanizmu. Je to najmä vďaka pružným prvkom, ktoré dokážu zabezpečiť bezvôľový pohyb jednotlivých častí mechanizmu. Pohyb v pružných mechanizmoch je zabezpečený vychyľovaním jednotlivých prvkov, tým pádom sú nehlučné a nevzniká žiadna vybrácia.

=Pružné kĺby=
Pružný kĺb je prvok v rámci konštrukcie, ktorý vďaka svojej pružnosti umožňuje pohyb medzi dvoma susediacimi nehybnými časťami.
[[Súbor:pružný kĺb.jpg]]
Pružný kĺb môžeme zabezpečiť pomocou pružného elementu ako je napríklad tenký oceľový pásik uchytený medzi pevné nepohybujúce sa časti.
[[Súbor:Oceľový pásik medzi pevnými časťami.jpg]]
Pružný kĺb môžeme dosiahnuť aj opracovaním materiálu tak, aby v mieste ohybu vznikol vrub, teda vytvorí sa ohybové tenké spojítko. V tomto prípade predchádzame rozdeleniu materiálu.

==Výhody pružných kĺbov==
Berme do úvahy len monolitické pružné kĺby. Keďže sú vyrobené z jedného kusa materiálu majú oproti mechanickým značné výhody:
* Žiadne straty spôsobené trením
* Nie je potrebné mazanie
* Nie sú citlivé na znečistenie
* Uloženie je bez vôle
* Žiadna hysterézia
* Kompaktnosť
* Jednoduché zhotovenie
* Prakticky žiadna potrebná údržba

==Nevýhody pružných kĺbov==
Nevýhody sa týkajú najmä obmedzení:
* Kĺby sú schopné poskytnúť pomerne nízku úroveň rotácii.
* Rotácie nie je čistá, pretože vzniká axiálne strihanie prípadne aj torzia zaťaženia, okrem ohýbania.
* Ohýbanie kĺbu je zvyčajne citlivé voči zmenám teploty.
Jeho rozmery sa menia v dôsledku tepelnej rozťažnosti čo vedie k zmenám oproti pôvodným hodnotám.
Mechanizmus s kĺbmi bude fungovať, kým sa niečo nepokazí. Zvyčajne to býva samotný kĺb v dôsledku únavy alebo preťaženia materiálu.

=Materiál pre mikrouchopovače=
Mnoho rôznych typov materiálov môže byť použité pre dizajn pružného mechanizmu. I keď každá aplikácia má svoje vlastné kritériá pre výber materiálov, môže sa proces výberu riadiť princípmi, ktoré možno použiť v mnohých situáciách. Snáď najdôležitejšie na zapamätanie je, že tuhosť a sila nie sú rovnaké a je možné, aby materiál bol pružný a silný. Tvárnosť a pružnosť tiež nie sú rovnocenné. Krehké materiály môžu byť použité na výstavbu kompatibilných mechanizmov, ak je ich geometria prispôsobená tak, že nie sú preťažené. Ďalším dôležitým bodom je to, že mechanizmus môže byť flexibilný buď vďaka geometrii, alebo vlastnosťou materiálu. V konečných návrhoch sa uprednostňuje čo najväčšia flexibilita pred tuhosťou.

==Medza klzu a Youngov modul pružnosti==
Youngov modul E je pre väčšinu kovov takmer rovnaký bez ohľadu na pridaní legujúcich prvkoch alebo tepelného spracovania. Medzu klzu σK a pevnosť v ťahu môžeme zvýšiť pomocou tepelného spracovania alebo tvarovania za studena. Nevýhodou toho je že sa tým tiež tieto materiály stávajú krehkejšími a zvyšuje sa riziko výskytu chýb, prasklín, nečistôt a tiež sú citlivejšie na zvýšené napätie. Materiály s vysokou pomernou hodnotou pevnosti a modulu pružnosti dovoľujú väčšie priehyby pred tým ako sa v nich vyskytne chyba. Tento pomer je jedným z najdôležitejších parametrov pri výbere materiálu pre pružné mechanizmy.

==Materiály pre pružné mechanizmy==

===Kovy===
Kovy, ako je oceľ, by mal byť z nerezovej ocele, hliníka, titánu atď. Pri návrhu treba brať do úvahy:
* Predpokladané správanie materiálov (vo vysoko presných prístrojoch)
* Dobrý výkon v prostrediach s vysokou teplotou
* Biokompatibilita
* Nízka náchylnosť na sklz
* Predvídateľná únavová životnosť
* Schopnosť pracovať v mnohých nepriaznivých podmienkach
* Elektrická vodivosť (ako je potrebné pre flexibilné elektrické konektory)

Niektoré nevýhody kovov v súlade s mechanizmami zahŕňajú:

* Náklady na materiál
* Náklady na tvárnenie a obrábanie materiálov
* Väčšia potreba spojovacích komponentov
* Vysoká hustota
* Nízky pomer medze klzu k Youngovmu modulu v porovnaní s mnohými polymérmi

===Plasty===
Hoci cena niektorých plastov je porovnateľná s oceľou, ale náklady na ich spracovanie klasickými metódami je výrazne nižšia ako u iných materiálov vo veľkých objemoch. Toto a ich vysoká pomerná hodnota pevnosti a modulu pružnosti sú hlavné dôvody pre ich použitie pri vysokej presných mechanizmoch. Výhody plastov zahŕňajú:

* Nízke výrobné náklady vo veľkých objemoch
* Vsoká pomerná hodnota pevnosti a modulu pružnosti
* Obrobiteľnosť
* Žiadne spojovacie súčiastky
* Nízka hustota
* Biokompatibilita
* Elektricky izolačné vlastnosti

Nevýhody plastov:

* Variabilita mechanických vlastností plastov ich robí menej predvídateľné ako u iných materiálov
* Nízke teploty topenia materiálu a degradácia v niektorých prostrediach
* Zhoršenie vlastnosti v niektorých prostrediach

Sklo je často používané na posilnenie plastov. Toto posilnenie zvyšuje pevnosť aj tuhosť, čo má za následok zníženie pomernej hodnoty pevnosti a modulu pružnosti.
Polypropylén je bežne používaný polymér z niekoľkých dôvodov. Po prvé, je to jeho vysoký pomer medze sklzu k Youngovmu modulu, ako je uvedené v tabuľke 5.1. Má tiež rad výhod v porovnaní s inými polyméry. Polypropylén je ľahko dostupný, lacný, ľahko spracovateľný a má nízku hustotu. Je tiež veľmi tvárny. Hoci to je vynikajúci materiál pre mnohé kompatibilné mechanizmy, nie je vhodný v niektorých prípadoch. A to z dôvodu tečenia, ma obmedzený teplotný rozsah a malú chemickou odolnosť.

===Ostatné materiály===
Diely z krehkých materiálov môžu byť tiež použite v pružných mechanizmoch, ale sú citlivé na prepätie. Keď sú krehké materiály používané ako vyhovujúci materiál, je to zvyčajne preto, že dizajn je obmedzený ďalšími faktormi. To je prípad, kedy sú mechanizmy konštruované s pomocou technológií na výrobu integrovaných obvodov. Materiály sú obmedzené na tie, ktoré sú vhodné pre techniky, z ktorých väčšina je veľmi krehká. Optické časti sú ďalším príkladom toho. Flexibilná časť je vyrobená z krehkého materiálu, pretože podstatné obmedzenie je spojené s aplikáciou.
Kompozitné materiály (napr. grafit, sklenené vlákno, a sklolamináty), elastoméry, textílie a iné materiály sú považované za vyhovujúce pre použitie v mechanizmoch ak daná aplikácia vyžaduje ich použitie. Je dôležité zvážiť všetky požiadavky pri výbere materiálu, pretože veľa vecí, ktoré sa tradične používajú v tuhých štruktúrach môžu byť upravené tak aby boli požité v pružných mechanizmoch.

=Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov=

=Návrh mikrouchopovača=

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T14:02:45Z

Privara: /* Materiál pre mikrouchopovače */

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T14:00:09Z

Privara: /* Nevýhody pružných kĺbov */

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T13:59:31Z

Privara: /* Pružné kĺby */

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T13:57:06Z

Privara: /* Pružné kĺby */

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T13:54:46Z

Privara:

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T13:50:10Z

Privara:

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T13:48:55Z

Privara:

Použitie mikrouchopovačov MEMS

2010-02-16T13:47:13Z

Privara: /* Konštrukcia pružných mechanizmov */