Použitie mikrouchopovačov MEMS: Rozdiel medzi revíziami
| (14 medziľahlých úprav od 2 ďalších používateľov nie je zobrazených) | |||
| Riadok 4: | Riadok 4: | ||
{{Hlavička_FM|{{PAGENAME}}|Juraj Prívara|Ing. Ján Zápotočný| | {{Hlavička_FM|{{PAGENAME}}|Juraj Prívara|Ing. Ján Zápotočný| | ||
2009/2010 | 2009/2010 | ||
| − | | | + | |Bakalárska práca|Mechatronika}} |
| − | {{Praca_uvod|1|Použitie mikrouchopovačov MEMS | + | {{Praca_uvod|1|Použitie mikrouchopovačov MEMS|Čo je to MEMS alebo MST?|Základné problémy pri návrhu mikrouchopovača|Pružné Mechanizmy|Pružné kĺby|Materiál pre mikrouchopovače|Návrh mikrouchopovača|Riešenie pružných mechanizmov pomocou metódy konečných prvkov|||}} |
{{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.}} | {{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__ | __TOC__ | ||
| + | |||
'''Úvod''' | '''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. | 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. | 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. | + | 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. |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | |||
| − | + | =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. | |
| − | =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). | 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. | |
| − | |||
| − | |||
| − | |||
Aktuálna revízia z 19:52, 4. september 2010
|
Trenčianska Univerzita Alexandra Dubčeka v Trenčíne
Fakulta Mechatroniky |
|
| Autor: | Juraj Prívara |
| Pedagogický vedúci: | Ing. Ján Zápotočný |
| Študijný odbor: | Mechatronika |
| Akademický rok |
2009/2010
|
| 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. |
| Abstract
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. |
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.
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.
