Mikrorobot o strukturze równoległej sterowany wizyjnie



Mikrorobot o jednym stopniu swobody:



        Pierwsza prototypowa konstrukcja mikrorobota o jednym translacyjnym stopniu swobody zbudowana została na bazie precyzyjnego odkształceniowego napędu piezoelektrycznego. Wirtualny projekt koncepcyjny zbudowany został z użyciem programu do konstrukcji przestrzennych CAD. Przeprowadzono szereg badan symulacyjnych z użyciem oprogramowania Visual Nastran 4D oraz MATLAB/Simulink. Całość układu mechanicznego zaprojektowana została z zastosowaniem elastycznych przegubów złączowych charakteryzujących się barakiem tarcia, brakiem luzów i możliwością uzyskiwania przemieszczeń o rozdzielczościach atomowych. Uzyskano w ten sposób konstrukcje charakteryzującą się dużym zakresem ruchu roboczego wynoszącym  1[mm] przy zachowaniu niewielkich gabarytów oraz rozdzielczości poniżej jednego nanometra. Układ sterowany jest z zastosowaniem wizyjnego sprzężenia zwrotnego mierzącego pozycje. Uzyskane wyniki są bardzo dobre w tej klasie układów.


Mikrorobot o trzech stopniach swobody wykonany w technice SLM:



        Kolejny wykonany prototyp mikrorobota zbudowany został jako nowatorska konstrukcja wykonana w całości w technologii SLM . Idea tej technologii opiera się na selektywnym spiekaniu przestrzennej struktury robota z proszku tytanowego. W ten sposób całą strukturę mechaniczną można wytworzyć przy użyciu pojedynczego procesu technologicznego. Zastosowanie nowatorskiego podejścia do budowy mikrorobota pozwoliło zbudować całkowicie nowa konstrukcję charakteryzującą się przestrzenia robocza rzędu kilku mm3 i rozdzielczością ruchu rzędu nanometrów. Mikrorobot napędzany jest trzema stosowymi mikronapędami piezoelektrycznymi typu „Stack Actuator" Zakres ruchu każdego z napędów wynosi 15[µm] a siła 7200N. Prototyp jest w fazie testowania.


Mikrorobot HYBRYDOWY o trzech stopniach swobody:



        Najnowszy, najbardziej zaawansowany i nowatorski na skale światową prototyp mikrorobota zbudowany został jako konstrukcja hybrydowa. Prototyp łączy klasyczne rozwiązania przegubów zbudowanych na bazie ultra-precyzyjnych łożysk tocznych z rozwiązaniem opartym na bazie elastycznych przegubów złączowych. Ponadto zastosowano w nim dwa typy napędów piezoelektrycznych. Pierwszy to rezonansowy piezoelektryczny napęd obrotowy służący do zgrubnego ustawiania pozycji platformy roboczej z dokładnością poniżej mikrometra. Drugi napęd to piezoelektryczny napęd odkształceniowy o bardzo wysokiej precyzji ruchu poniżej ułamków nanometra, służący do bardzo dokładnego pozycjonowania samej platformy roboczej. Mikrorobot napędzany jest łącznie sześcioma napędami piezoelektrycznymi. Cały mikromanipulator sterowany jest za pomocą układu szybkiego prototypowania dSPACE. Do pomiaru pozycji efektora zbudowano układ sterowania z wizyjnym sprzężeniem zwrotnym i całkowicie nowatorskim aktywnym wzorcem z podświetleniem PowerLED. Takie rozwiązanie ułatwia analizę obrazu i skraca czas odpowiedzi w systemie sterowania. Uzyskane wyniki badan eksperymentalnych są bardzo obiecujące. Przy niewielkich gabarytach zewnętrznych mikrorobot posiada bardzo dużą przestrzeni robocza wynoszącą 6500[mm3], co stawia go na miejsce lidera w swojej klasie.


Obszar zastosowania zbudowanych prototypów mikrorobotów

        Mikroroboty jako bardzo precyzyjne narzędzia manipulacyjne mają zastosowanie w obszarze mikro i nanotechnologii, do manipulacji na komórkach biologicznych, w medycynie (neurochirurgia, kardiochirurgia, chirurgia oka), w przemyśle elektronicznym (wytwarzanie i montaż układów MEMS, NEMS i MOEMS), w układach optycznych i światłowodowych (pozycjonowanie), do mikromanipulacji pod mikroskopami elektronowymi, w badaniach kosmicznych (pozycjonowanie aparatury), a także w mikroobróbce maszynowej.

        Prace badawcze z zakresu mikrorobotyki są cały czas kontynuowane opierają się głównie o udoskonalanie zbudowanych wczesnej konstrukcji, a także o poszukiwanie nowych lepszych rozwiązań i budowanie nowych prototypów. Rozwijane są także nowe algorytmy sterujące i budowana jest nowa elektronika sterująca. Konstrukcje prototypowe są na bieżąco testowane na stanowiskach laboratoryjnych..

http://www.oic.lublin.pl/cudzechwalicie/4-9.html