Мехатроника и робототехнология. Динамо-машины.

Динамо-машины Мехатроника и робототехнология

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

мехатроника и робототехнология

В связи с ухудшением экологической обстановки, возрастающей вероятностью возникновения техногенных катастроф, связанных в первую очередь с атомными объектами, а также с проявлением терроризма возникла острая необходимость создания мобильных миниатюрных систем. Эти на первый взгляд игрушечные устройства должны выполнять сложнейшие задачи по передвижению в различных средах и по поверхностям, а также осуществлять ряд технологических операций (например, взятие проб зараженного грунта). Эти AMP могут быть оснащены микроманипуляторами [4, 49].

Особое место с точки зрения уменьшения размеров системы занимают AMP, предназначенные для малотравматичных хирургических лапороскопи-ческих и внутрисосудистых операций. Удаление холестериновых бляшек на стенках сосудов, прижигание язв внутри пищевого тракта при помощи AMP выполняются в настоящее время во .многих крупных клиниках мира. Основной трудностью при разработке таких систем является энергошггание, осуществ-

ляемое в настоящее время по тонким проводам, а также создание рабочих ор- порядка 20 кГц обеспечивает достаточную конвекцию воздуха для создания ганов и средств их очувствления. Микроэндоскопические AMP предназначены нормального режима работы процессоров. Для управления давлением, движе-для осмотра внутренних полостей организма, а также для взятия микрообраз- нием и распределением потоков жидкости и газа с расходом порядка 0,1 -100 цов тканей для онкологических исследований. мм/с в миниатюрных устройствах автоматики с 80-х годов начали применять Приборные СМП могут быть составными частями как различных аппаратов микроклапаны, микродозаторы, микронасосы и микрорегуляторы [38]. Такие и приборов обычных габаритов, так и элементами ММС и AMP. В первую приборные СМП необходимы для создания аппаратов, обеспечивающих под-очередь к ним можно отнести различные средства для доставки информации и держание нормальных физиологических параметров пациентов при круглосу-ее перераспределения. В первую очередь наиболее перспективны оптоэлек- точном мониторинге их состояния в реанимационных отделениях клиник, а тронные устройства, где основными элементами являются мини- и микрозер- также для инсулинозависимых больных. Кроме того, миниатюрные и микрокала, а также оптические волноводьт К ним относятся оптические сканеры, устройства пневмогидроавтоматики необходимы для работы миниатюрных волоконно-оптические переключатели, матрицы микрозеркал для дисплеев, аналитико-технологических устройств, установленных на AMP, в химической Потребности в этих системах ощущаются в таких областях как полиграфия, и фармакологической промышленности, для осуществления постоянного мо-цифровая обработка изображений, проверка качества изделий, считывание ниторинга окружающей среды и в агрессивных средах.

штрих-кода, конфокальная микроскопия, эндоскопия, передача информации К приборным СМП относятся также сенсорные микросистемы. Чувстви-

через оптоволоконные распределители информационных потоков [7]. Для этих тельные элементы сенсорных микросистем, являющиеся первичными преобра-

устройств характерны следующие характеристики: диаметр (максимальный зователями входящих сигналов, выдают на выходе электрический сигнал, со-

размер) зеркала от 0,4 мм до 5 мм, угол сканирования от 2 deg; до 25 deg;, частота ска- ответствующий внешнему воздействию. Внешнее воздействие может иметь

ш1рования от 100 Гц до 40 кГц. Волоконно-оптические переключатели состоят различную природу: механическую, электрическую, магнитную, химическую,

из оптических волноводов, между торцами которых на пути луча устанавлива- радиоактивную и т.д. В этой области находят применеш1е МЭМС [15]. Особое

ется система подвижных микрозеркал размерами порядка 0,2 мм и толщиной 5 место занимают вибрационшле микрогироскопы, применение которых в бес-

мкм. Угол поворота таких зеркал достигает 28 deg; [7]. пилотных малогабаритных летательных аппаратах существенно улучшают их

В информационных лазерных системах используются элементы адаптивной Динамические характеристики при больших перегрузках [17]. 01ггики - деформируемые зеркала с управляемой локальной кривизной, в кото-

рых местные деформации ограничиваются 1 3 мкм [39]. 2. ПРИВОДЫ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Следующим перспективным направлением приборных СМП является развитие мини- и микроустройств пневматики и гидравлики. Еще в 90-х годах

В зависимости от быстродействия, ходов и точности отработки движений

прошлого века ведущие компании стали использовать биморфные пьезопри-

рабочих органов ММС, а также выходных звеньев приборных СМП, приме-

воды в качестве микровентиляторов для охлаждения мощных интегральных

няют разные электромеханические преобразователи, являющиеся приводными

микросхем, в частности процессоров [32]. Вибрация пьезопластин на частотах

элементами систем.

Для СМП характерны следующие типы элементов, преобразующих энергию электромагнитного поля в механическую энергию. Их можно разделить на две группы (рис. 1.2):

приводы непосредственного преобразования электрической энергии в механическую,

гфиводы многоступенчатого преобразования электрической энергии в механическую: сначала в тепловую или иную, например, волновую энергию (либо механических волн, либо электромагнитных волн, в частности волн оптического диапазона), а потом в механическую энергию однонаправленного движения выходного звена СМП.

Приводы непосредственного преобразования энергии достаточно широко применяют в микротехнических системах, к ним относятся следующие (они расположены по возрастающему значению быстродействия).

1. Мини- и микроэлектродвигатели постоянного тока и шаговые вращательного и линейного типов.

2. Электромагнитные приводы.

3. Магнитострикционные приводы.

4. Пьезоэлектрические и электрострикционные приводьт

5. Электростатические приводы.

6. Электроосмотические приводы.

7. Электрогидродинамические приводы.

Как правило, эти приводы имеют высокое быстродействие. Наихудшее быстродействие у систем, преобразующих энергию электромагнитного поля в механическую энергию (постоянная времени г = 10 - 50 мс). Это связано с проявлением инерционности индуктивной составляющей преобразователя и относительно большой массой ротора. Заслуживает внимания пневматический электормагнитный микроклапан, предназначенный для управления малыми потоками. Микроклапан с электромагнитным управлением показан на рис. 1,3, Головка клапана, выполненного из сплава Ni-Fe, поджимается пружиной к

Приводы непосредственного преобразования энергии

Микроэлектродвигатели вращательные, линейные

Электромагнитные приводы

Магнитострикционные приводы

Пьезоэлектрические приводы

Электростатические приводы

Электроосмотические приводы

Электрогидродинамические приводы

Приводы многоступенчатогх) преобразования энергии

Приводы преобразования энергии: электрическая - тепловая - механическая

Приводы с биметаллами

Приводы на основе эффекта памяти фор,чы

Приводы иа основе теплового фазового перехода

Приводы преобразования энергии: электрическая -волновая электромагнитная -тепловая - механическая

Термолазерные приводы

Рис. 1.2. Типы приводов, применяемых в СМП

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Сканеры Datalogic в Минске можно купит на сайте компании Филфар