Tehnologia microsistemului

Studenții noștri de masterat nu sunt doar absolvenți ai licenței în tehnologia microsistemelor aici la HTW Berlin. De asemenea, proveniți din alte discipline sau ați lucrat în industrie de ceva timp după ce ați absolvit diploma de licență și vizați o calificare academică cu masteratul. Primul dintre cele patru așa-numite proiecte MST este o mică evaluare a situației pe calea finalizării cu succes a masterului în tehnologia microsistemelor.

Unul dintre proiectele de tehnologie a microsistemelor (proiectul MST) din cadrul masterului a început cu o sarcină aparent simplă: fiecare student ar trebui să construiască un așa-numit liniar și astfel să concureze într-o cursă la sfârșitul semestrului. Trebuia întocmit un plan de proiect și realizat o selecție de materiale. Datele pentru ordinea colectivă a componentelor și cursa au fost stabilite. Următoarele reguli ale jocului se aplică cursei: Vehiculul poate cântări maximum 100 de grame și poate costa 25 de euro. Urmează o linie albă care este lipită pe linoleum gri. Un tur de 40 de metri trebuie parcurs pe pista de curse.

Linoleum este o pardoseală netedă. Greutatea maximă a vehiculului de 100 de grame face necesar ca roțile să aibă suficientă frecare dacă cuplul de antrenare trebuie transmis direct de la motor la sol. Prin urmare, cât mai mare posibil din masa vehiculului trebuie plasată peste roți. Deoarece sunt furnizate două motoare de acționare, vehiculul poate fi direcționat folosind turații diferite ale motorului. Lățimea liniei suficient de mare asigură o direcție sensibilă la viteze mari. Controlul vehiculului poate fi implementat într-un circuit analogic, dar trebuie implementat pe baza unui microcontroler.

Două cuplaje reflexe în infraroșu sunt montate simetric pe axa principală. Distanța dintre senzori este puțin mai mare decât banda albă pe care ar trebui să o urmeze vehiculul. Dacă foto-tranzistoarele cuplajelor reflex sunt deasupra fundalului gri, ambele motoare funcționează cu aceeași viteză. Dacă un fototranzistor „vede” linia albă, motorul asociat trece la o viteză mai mică. Vehiculul corectează direcția de deplasare pe baza diferenței de viteză. Numai când celălalt fototranzistor vede linia albă, diferența de viteză schimbă laturile. Pe parcursul călătoriei sale, vehiculul va repeta această mișcare a pendulului din nou și din nou. Conform pistei de curse, în special pentru a se adapta la viraje, se prevede că cele două viteze pot fi setate cu ajutorul unui potențiometru.

Soluția prezentată urmează considerarea că un motor care funcționează deja consumă puțină energie. În varianta prezentată, ar fi, de asemenea, posibilă oprirea completă a motorului relevant în loc de viteză redusă. Cu toate acestea, dacă motorul oprit este necesar din nou, pornirea consumă multă energie electrică. Sunt utilizate două așa-numite motoare solare (motoare cu frecare redusă), care pot genera un cuplu suficient de mare pentru mișcarea vehiculului de 100 de grame cu tensiune redusă și curent redus.

Pentru alimentarea cu energie se folosește o baterie litiu-polimer cu 3,7 volți. Pe această bază, un convertor de tensiune de 3 volți furnizează tensiunea de alimentare pentru Arduino ProMini, driverul motorului, cele două motoare solare și cuplajul reflex optoelectronic.

tehnologia

O primă încercare a arătat că urmăritorul de linie începe să se miște rapid. Datorită frecării reduse a punctului de sprijin din spate, amortizarea sistemului de control a fost mult prea mică. În memoria zmeului din copilărie, a fost adaptat un amortizor mecanic. În acest caz, este o frânghie cu greutăți atașate la următorul liniei.

Pentru a crește frecarea roților cât mai mult posibil, trebuie atins un coeficient mare de frecare. Forța normală este egală cu greutatea adeptului liniei. La 100 de grame, poate fi văzut ca fiind constant și neschimbat. Deci, cum maximizați coeficientul de frecare? Se decide acoperirea roților cu benzi înguste de șmirghel.

În cele din urmă, greutatea adeptului liniei a fost cu mult sub 100 de grame. Acest lucru a lăsat suficientă libertate pentru a echipa vehiculul cu o cameră mică. Pe baza transportului și în scopul testării, un LED roșu (port) și un LED verde (tribord) indică schimbarea direcției. Un LED alb este îndreptat înapoi.

Gândindu-se unul cu celălalt - concurând în primul proiect de tehnologie a microsistemelor de masterat

  • Activitate: Proiectarea și construcția unei linii care urmează vehiculul
  • Obiectiv: Cine poate gestiona un tur de cursă și să aibă cel mai rapid vehicul?
  • Regulile jocului:
    • Max. 100 grame greutate
    • Max. 25 euro cost
    • Conduceți 40m în linie dreaptă
    • Sustenabilitate: componentele încorporate ar trebui să fie reutilizabile
  • Implementare:
    • Urmați o linie albă cu un cuplaj reflex în infraroșu
    • Direcția prin diferite turații ale motorului
    • Conduceți cu motoare solare care funcționează fără probleme
    • Amortizare mecanică prin frânghie și greutăți
    • Maximizarea coeficientului de frecare a roților motoare
    • Bonus prin reducerea greutății: echipament suplimentar cu cameră

Utilizarea consecventă a materialelor ușoare din fibră de carbon și a pieselor imprimate 3D optimizate, cum ar fi roțile motoare, permit în cele din urmă unei camere radio mobile să înregistreze cursa adeptului liniei.