Технологія мікросистем

Студенти наших магістрів - це не лише випускники бакалавра в галузі мікросистемних технологій тут, HTW, Берлін. Ви також походите з інших дисциплін або деякий час працювали в галузі після закінчення бакалаврату і прагнете отримати академічну кваліфікацію зі ступенем магістра. Перший з чотирьох так званих проектів MST - це невелика оцінка позиції на шляху до успішного закінчення магістра в галузі мікросистемних технологій.

Один із проектів мікросистемних технологій (проект MST) в магістратурі розпочався із, мабуть, простого завдання: кожен студент повинен побудувати так званого послідовника ліній і таким чином брати участь у перегонах наприкінці семестру. Потрібно було скласти план проекту та зробити підбірку матеріалів. Дати колективного замовлення компонентів та гонки були встановлені. Для змагань застосовуються наступні правила гри: Транспортний засіб може важити максимум 100 грам і коштувати 25 євро. Це слідує білою лінією, яка наклеєна на сірий лінолеум. На іподромі потрібно пройти довжиною 40 метрів.

Лінолеум - це гладка підлогове покриття. Максимальна вага автомобіля в 100 грам вимагає, щоб колеса мали достатнє тертя, якщо крутний момент передачі повинен передаватися безпосередньо від двигуна на землю. Тому якомога більшу масу транспортного засобу необхідно розміщувати на колесах. Оскільки передбачено два приводних двигуна, транспортним засобом можна керувати, використовуючи різні обороти двигуна. Досить велика ширина колії забезпечує чутливе рульове управління на високих швидкостях. Управління транспортним засобом може бути реалізоване в аналоговій схемі, але повинно здійснюватися на основі мікроконтролера.

На головній осі симетрично встановлені дві інфрачервоні рефлекторні муфти. Відстань між датчиками трохи ширше білої смуги, якою повинен рухатися автомобіль. Якщо фототранзистори рефлекторної муфти знаходяться над сірим фоном, обидва двигуни працюють з однаковою швидкістю. Якщо фототранзистор «бачить» білу лінію, відповідний двигун перемикається на нижчу швидкість. Автомобіль коригує напрямок руху на основі різниці швидкості. Тільки коли інший фототранзистор бачить білу лінію, різниця швидкості змінює сторони. Під час подальшої подорожі транспортний засіб буде повторювати цей рух маятника знову і знову. Відповідно до гоночної траси, особливо для адаптації до поворотів, передбачається, що дві швидкості можна встановити за допомогою потенціометра.

Представлене рішення слідує міркуванню, що вже працюючий двигун споживає мало енергії. У представленому варіанті також можна було б повністю вимкнути відповідний двигун замість зниженої швидкості. Однак, якщо відключений двигун знову потрібен, пуск споживає багато електроенергії. Використовуються два так звані сонячні двигуни (двигуни з низьким тертям), які можуть генерувати досить великий крутний момент для руху 100-грамового автомобіля з низькою напругою та слабким струмом.

Для живлення використовується літій-полімерна батарея на 3,7 В. На цій основі перетворювач напруги на 3 вольта забезпечує напругу живлення для Arduino ProMini, драйвера двигуна, двох сонячних двигунів та оптоелектронної рефлекторної муфти.

мікросистемних технологій

Перша спроба показала, що послідовник рядка починає швидко розгойдуватися. Через низьке тертя задньої опорної точки демпфування в системі управління було занадто низьким. На згадку про повітряного змія з дитинства було модернізовано механічну заслінку. В даному випадку це мотузка з обважнювачами, прикріпленими до лінійки.

Для того, щоб максимально збільшити тертя коліс, необхідно досягти великого коефіцієнта тертя. Нормальна сила дорівнює вазі послідовника лінії. У 100 грам його можна розглядати як постійний і незмінний. То як ви максимізуєте коефіцієнт тертя? Вирішено покрити колеса вузькими смужками наждачного паперу.

Врешті-решт, вага лінійного послідовника була значно нижче 100 грамів, тож все ще було достатньо простору, щоб обладнати транспортний засіб невеликою камерою. У стилі доставки та для тестових цілей червоний (порт) та зелений (правий борт) світлодіод відображають зміну напрямку. Білий світлодіод спрямований у тильну сторону.

Поміркувати про ставки - гонки в першому мікросистемному технологічному проекті магістра

  • Діяльність: Проектування та будівництво лінії, що слідує за транспортним засобом
  • Завдання: Хто може керувати гоночним колом і мати найшвидший автомобіль?
  • Правила гри:
    • макс. 100 грам ваги
    • макс. 25 євро витрат
    • Їдьте 40 м по прямій
    • Стійкість: Вбудовані компоненти повинні бути багаторазовими
  • Реалізація:
    • Дотримуйтесь білої лінії за допомогою інфрачервоного рефлекторного з'єднувача
    • Рульове управління на різних обертах двигуна
    • Привід від плавно працюючих/сонячних двигунів
    • Механічне демпфування за допомогою мотузки та гирі
    • Максимізація коефіцієнта тертя ведучих коліс
    • Бонус за рахунок зниження ваги: ​​додаткове обладнання з камерою

Послідовне використання легких вуглецевих волокон та оптимізовані 3D друковані деталі, такі як ведучі колеса, в кінцевому підсумку дозволяють мобільній радіокамері реєструвати гонку лінійного послідовника.