Technológia mikrosystému

Študenti nášho magisterského štúdia nie sú iba absolventmi bakalárskeho štúdia v odbore technológia mikrosystémov na HTW Berlín. Pochádzate tiež z iných odborov alebo ste nejaký čas po ukončení bakalárskeho štúdia pracovali v priemysle a chcete získať akademickú kvalifikáciu s magisterským titulom. Prvý zo štyroch takzvaných projektov MST je malým hodnotením pozície na ceste k úspešnému ukončeniu magisterského štúdia v odbore technológia mikrosystémov.

Jeden z magisterských projektov v oblasti mikrosystémových technológií (projekt MST) začal zjavne jednoduchou úlohou: každý študent by si mal postaviť takzvaného sledovateľa čiary a na konci semestra tak súťažiť v preteku. Bolo treba vypracovať projektový plán a urobiť výber materiálov. Termíny hromadného poradia komponentov a preteku boli opravené. Na preteky platili nasledujúce pravidlá hry: Vozidlo môže vážiť najviac 100 gramov a stáť 25 eur. Sleduje bielu čiaru, ktorá je nalepená na sivom linoleu. Na dostihovej dráhe musí byť prekonaný 40 metrový okruh.

Linoleum je hladká podlahová krytina. Maximálna hmotnosť vozidla 100 gramov vyžaduje, aby mali kolesá dostatočné trenie, ak sa má hnací moment prenášať priamo z motora na zem. Z tohto dôvodu musí byť najväčšia možná časť hmotnosti vozidla umiestnená cez kolesá. Pretože sú k dispozícii dva hnacie motory, môže byť vozidlo riadené pri rôznych otáčkach motora. Dostatočne veľký rozchod kolies zaisťuje citlivé riadenie pri vysokých rýchlostiach. Ovládanie vozidla môže byť realizované v analógovom obvode, ale malo by byť realizované na základe mikrokontroléra.

Na hlavnej osi sú symetricky namontované dva infračervené reflexné spriahadlá. Vzdialenosť medzi snímačmi je o niečo väčšia ako biely pruh, ktorým by sa malo vozidlo riadiť. Ak sú fototranzistory reflexných spriahadiel nad sivým pozadím, obidva motory bežia rovnakou rýchlosťou. Ak fototranzistor „vidí“ bielu čiaru, prepne súvisiaci motor na nižšiu rýchlosť. Vozidlo koriguje smer jazdy na základe rozdielu rýchlostí. Iba keď druhý fototranzistor uvidí bielu čiaru, zmení sa rozdiel rýchlostí. V ďalšom priebehu svojej cesty bude vozidlo tento pohyb kyvadla opakovať znovu a znovu. Podľa pretekárskej trate, najmä z hľadiska prispôsobenia sa zákrutám, je stanovené, že tieto dve rýchlosti je možné nastaviť pomocou potenciometra.

Prezentované riešenie vychádza z úvahy, že motor, ktorý je už v prevádzke, spotrebuje málo energie. V predloženom variante by bolo tiež možné príslušný motor úplne vypnúť namiesto zníženej rýchlosti. Ak je však vypnutý motor opäť potrebný, uvedenie do prevádzky spotrebuje veľa elektrickej energie. Používajú sa dva takzvané solárne motory (motory s nízkym trením), ktoré dokážu generovať dostatočne veľký krútiaci moment pre pohyb 100 gramového vozidla s nízkym napätím a nízkym prúdom.

Na dodávku energie sa používa lítium-polymérová batéria s 3,7 voltu. Na tomto základe poskytuje 3 voltový menič napätia napájacie napätie pre Arduino ProMini, budič motora, dva solárne motory a optoelektronický reflexný väzbový člen.

bielu čiaru

Prvý pokus ukázal, že sledovač vlasca sa začne rýchlo hojdať. Z dôvodu nízkeho trenia zadného oporného bodu bolo tlmenie v ovládacom systéme príliš nízke. Na pamiatku draka z detstva bola dodatočne namontovaná mechanická klapka. V tomto prípade ide o lano so závažiami pripevnenými k lanovodu.

Aby sa trenie kolies čo najviac zvýšilo, musí sa dosiahnuť veľký koeficient trenia. Normálna sila sa rovná hmotnosti sledovača čiary. Pri 100 gramoch to možno považovať za nemenné a nemenné. Ako teda maximalizovať koeficient trenia? Rozhodlo sa pokryť kolesá úzkymi pruhmi brúsneho papiera.

Nakoniec bola hmotnosť sledovača hlboko pod 100 gramov, takže ešte zostával dostatočný priestor na vybavenie vozidla malou kamerou. V štýle prepravy a na testovacie účely červená (port) a zelená (pravá) LED indikujú zmenu smeru. Biela LED dióda smeruje dozadu.

Majstrovanie o stávke - preteky v prvom magisterskom projekte s technológiou mikrosystémov

  • Činnosť: Dizajn a konštrukcia vozidla nasledujúceho po linke
  • Cieľ: Kto zvládne závodné kolo a má najrýchlejšie vozidlo?
  • Pravidlá hry:
    • max. 100 gramov hmotnosti
    • max. 25 eur náklady
    • Choďte 40 metrov po priamke
    • Udržateľnosť: Vstavané komponenty by mali byť opakovane použiteľné
  • Realizácia:
    • Choďte po bielej čiare s infračerveným reflexným spriahadlom
    • Riadenie cez rôzne otáčky motora
    • Pohon plynulým chodom/solárnymi motormi
    • Mechanické tlmenie pomocou lana a závažia
    • Maximalizácia koeficientu trenia hnacích kolies
    • Bonus vďaka redukcii hmotnosti: ďalšie vybavenie s fotoaparátom

Dôsledné používanie ľahkých materiálov z uhlíkových vlákien a optimalizované 3D tlačené časti, ako napríklad hnacie kolesá, umožňujú v konečnom dôsledku mobilnej rádiovej kamere zaznamenať závod sledovateľa linky.