Rezonančný systém riadenia mikrorobota

Číslo patentu: U 7005

Dátum: 07.01.2015

Autori: Naščák Ľubomír, Šurianský Jozef, Koleda Peter

Stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Technické riešenie systému riadenia míkrorobota na mikroobrábanie a mikromanipuláciu.Mikrorobot polohovaný cievkamí využíva bezdrôtový prenos energie. Magnetický mikromanipulátor pomocou meníaceho sa prúdu v riadiacich cievkach vykonáva riadenie rýchlosti míkrorobota. Typická rýchlosť, ktorú je možné dosiahnuť, býva viac ako 50 mm/s vo vzduchu (i 00 dlžok tela míkrorobota za sekundu) a 20 mm/s pod vodou. Vizuálne sledovanie je možné pomocou digitálnej kamery. Riadenie pohybu môže byť realizované a spustené prostredníctvom algoritmu na počítači.Na riadenie prúdu cez polohovacie a levitačné cievky je využívaná ŠIM - PWM (pulse Width modulation). Tvar signálu ŠIM je ovplyvňovaný parazitnými prvkami obvodov, ktoré sa prejavia prietokom deformovaných priebehov prúdov. Optimalizácia riadenia míkrorobota potom predstavuje okrem stanovania pracovnej frekvencie PWM aj neutralízáciu induktívnej a kapacitnej zložky elektronického obvodu. Tento postup môže byť využitý na polohovanie a otáčanie mikročastíc v pracovnom prostredí. Uvedený model predpokladá konštantné magnetické charakteristiky míkrorobota. Technikou riadenia mikrorobotov v magnetickom poli sa zaoberajú predovšetkým na univerzitách v USA, pričom popredným pracoviskom je Nanorobotics Lab v Carnegie Mellon University Pittsburgh, USA.Systém navrhnutého riadenia míkrorobota využíva rezonančnú metódu riadenia prúdu, ktorý preteká cievkami, a tým mení silové účinky na míkrorobota. Na míkrorobota je aj v tomto prípade pôsobené prostredníctvom polohových a levitačných cievok. Použitá rezonančná metóda vychádza z aplikácie využitia paralelného rezonančného obvodu, ktorý je tvorený paralelnou kombináciou kapacitora C a induktora L. Rezonančný kmitočet rezonančného obvodu je volený s ohľadom na elektromagnetickú kompatibilitu.Pre uvedený obvod je možné určiť impedanciu ako závislosť na budiacom kmitočte zdroja.V pripade, že zabezpečíme preladenie digitálne ríadeného generátora vo vzostupnej, prípadne zostupnej časti impedančnej charakteristiky, potom sa bude prúd pretekajúci polohovacou cievkou proporcionálne meniť. Na zabezpečenie nenulovej strednej hodnoty prúdu, ktorý preteká polohovacimi a levitačnýrni cievkami,je potrebné harmonický priebeh usmemiť.- zvýši sa časová stabilita pohybu míkrorobota,- zníži sa rušivé magnetické pole vytvárané polohovými a levitačnými cievkami, ktoré vzniká pri riadení šírkovo impulznou moduláciou,- zjednoduší sa algoritmus ovládania polohových a levitačných cievok.Prehľad obrázkov na výkresochObrázok č. 1 znázorňuje akčný podsystém míkrorobota. Obrázok č. 2 znázorňuje tvar míkrorobota. Obrázok č. 3 znázorňuje blokovú štruktúru riadenia míkrorobota.Magnetický aktuátor predstavuje akčný podsystém (obrázok l), ktorý slúži na polohovanie magnetického míkrorobota (obrázok 2), sa sldadá zo šiestich elektromagnetických cievok, ktoré ho obkolesujú. Štyri cievky(polohové) vytvárajú v rovine definované magnetické pole a obkolesujú pracovnú oblasť s naznačeným mikrorobotom (obrázok l). Levitačné cievky (na obrázku 1 šedý kruh) vytvárajú zvislé polia. Napájaním polohových cievok nedokážeme spoľahlivo presunúť míkrorobota kvôli vysokému treniu a príľnavosti na po 10vrchu. Vytvárané premenlivé magnetické pole levitačných cievok potom zabezpečuje polohovanie mikrorobota. Na zabezpečenie nenulovej strednej hodnoty prúdu, ktorý preteká polohovacími a levítačnými Cievkami, je potrebné harmonický priebeh prúdu z výstupu digitálne ríadeného generátora a rezonančného obvodu usmemiť.Na obrázku č. 3 je bloková schéma navrhnutého riadenia mikrorobota. Mikropočítač g riadi cez svorku § digitálne riadený generátor ě. Jeho výstup, svorka 2, budí prúdom rezonančný obvod i. Zároveň Výstupný prúd rezonančného obvodu i cez svorku m je usmerňovaný na usmerňovači á. Cez Výstupnú svorku 11 usmerňovača i sú budené jednosmemým prúdom polohové a levitačné cievky g. Tým dochádza k definovaniu tvaru magnetického poľa, v ktorom je umiestnený mikrorobot tvorený feromagnetickým materiálom. Interakcia magnetického poľa budeného polohovými a levítačnými cievkami g a magnetického poľa mikrorobota vytvára potrebné sílové pôsobenie, ktoré má za následok polohovanie mikrorobota. Poloha mikrorobota je detegovana kamerou l a jej výstupná infonnácia je cez svorku Z pripojená na mikropočítač g. Požadovaná trajektória zmeny polohy je vykonávaná rezonančným prúdovým budením polohových a levitačných cievok Q.Rezonančný systém riadenia mikrorobota naznačuje jednu altematívu mikropolohovania mikrorobotov a ich využitia vo výrobnej technike, prípadne v sťažených podmienkach agresívneho prostredia. Môže ísť o činnosti, pri ktorých sa manipuluje s mikrometrovými súčiastkami v mikrometrovej mierke alebo napríklad aj s toxickými látkami, ktoré sú nebezpečné pre človeka.- s nebezpečným biologickým a chemickým odpadom pri spracovávaní v kontajneroch,- s analýzou toxických látok,- s analýzou stavu zariadení (technický stav).l. Rezonančný systém riadenia mikrorobota, v y z n a č uj ú c i s a t ý m , že sa skladá z digitálnej kamery (l), ktorej svorka (7) je zapojená na mikropočítač (2), zároveň svorka (8) mikropočítača (2) je zapojená na digitálne riadený generátor (3), pričom svorka (9) digitálne riadeného generátora (3) je zapojená na rezonančný obvod (4), zároveň svorka (10) rezonančného obvodu (4) je zapojená na usmerňovač (5) a zároveň svorka (1 l) usmerňovača (5) je zapojená na polohové a levitačné cievky (6).

MPK / Značky

MPK: B25J 7/00

Značky: riadenia, rezonančný, mikrorobota, systém

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/6-u7005-rezonancny-system-riadenia-mikrorobota.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Rezonančný systém riadenia mikrorobota</a>

Podobne patenty