Použitie mikrouchopovačov MEMS
|
Trenčianska Univerzita Alexandra Dubčeka v Trenčíne
Fakulta Mechatroniky |
|
| Autor: | Juraj Prívara |
| Pedagogický vedúci: | Ing. Ján Zápotočný |
| Študijný odbor: | Mechatronika |
| Akademický rok |
2009/2010
|
| 1. | Základné problémy pri návrhu 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. |
| 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.
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
