Microsystem technológia

Mestertanáraink nemcsak a mikrorendszer-technológia alapszakon diplomáztak itt, a HTW Berlinben. Ön is más tudományterületekről származik, vagy egy ideig az iparban dolgozott az alapképzés befejezése után, és a mesterképzéssel akadémiai képesítést kíván elérni. A négy úgynevezett MST projekt közül az első egy kis értékelés a helyzetről a mikroszisztéma-technológia mesterképzésének sikeres elvégzéséhez.

A mesterképzés egyik mikrorendszertechnológiai projektje (MST projekt) látszólag egyszerű feladattal kezdődött: minden hallgatónak fel kell építenie egy úgynevezett vonalkövetőt, és így a félév végén versenyben kell versenyeznie. Projekttervet kellett készíteni, és válogatni kellett az anyagokból. A komponensek és a verseny kollektív sorrendjét rögzítették. A versenyre a következő játékszabályok vonatkoztak: A jármű súlya legfeljebb 100 gramm lehet, és 25 euróba kerülhet. Fehér vonalat követ, amelyet szürke linóleumra ragasztanak. A versenypályán 40 méteres kört kell teljesíteni.

A linóleum sima padlóburkolat. A jármű maximális 100 grammos tömege szükségessé teszi a kerekek megfelelő súrlódását, ha a hajtónyomatékot közvetlenül a motorról a talajra kell továbbítani. Ezért kell a jármű tömegének lehető legnagyobb részét a kerekekre helyezni. Mivel két hajtómotor áll rendelkezésre, a jármű különböző motorfordulatszámokkal kormányozható. A kellően nagy vágányszélesség biztosítja az érzékeny kormányozást nagy sebességnél. A járművezérlés megvalósítható analóg áramkörben, de mikrokontroller alapján kell megvalósítani.

Két infravörös reflex csatoló szimmetrikusan van felszerelve a fő tengelyre. Az érzékelők közötti távolság valamivel szélesebb, mint a fehér csík, amelyet a járműnek követnie kell. Ha a reflex csatolók fotótranzisztorai a szürke háttér felett vannak, mindkét motor azonos sebességgel működik. Ha egy fototranzisztor „látja” a fehér vonalat, a hozzá tartozó motor alacsonyabb sebességre kapcsol. A jármű a sebességkülönbség alapján korrigálja a menetirányt. Csak akkor, ha a másik fototranzisztor meglátja a fehér vonalat, megváltozik a sebességkülönbség. Útjának további menetében a jármű újra és újra megismétli ezt az inga mozgást. A versenypálya szerint, különösen a kanyarodáshoz való alkalmazkodás érdekében, az a feltétel, hogy a két sebességet egy potenciométer segítségével állítsák be.

A bemutatott megoldás azt a megfontolást követi, hogy egy már üzemelő motor kevés energiát fogyaszt. A bemutatott változatban az is lehetséges, hogy a megfelelő motort csökkentett sebesség helyett teljesen kikapcsolják. Ha azonban ismét szükség van kikapcsolt motorra, az indítás sok áramot fogyaszt. Két úgynevezett napelemes motort (kis súrlódású motor) használnak, amelyek kellően nagy nyomatékot képesek létrehozni a 100 grammos jármű kis feszültségű és alacsony áramú mozgásához.

Az energiaellátáshoz 3,7 voltos lítium-polimer akkumulátort használnak. Ennek alapján egy 3 voltos feszültség-átalakító biztosítja az Arduino ProMini, a motorvezérlő, a két napelemes motor és az optoelektronikus reflexcsatoló tápfeszültségét.

Az első kísérlet megmutatta, hogy a vonalkövető gyorsan lendülni kezd. A hátsó támaszpont alacsony súrlódása miatt a vezérlőrendszer csillapítása túl alacsony volt. A sárkány gyermekkora emlékére mechanikus csappantyút utólag szereltek fel. Ebben az esetben kötélről van szó, amelynek súlya van rögzítve a zsinórkövetőhöz.

A kerekek súrlódásának minél nagyobb növelése érdekében nagy súrlódási együtthatót kell elérni. A normál erő megegyezik a zsinórkövető súlyával. 100 grammnál állandónak és változhatatlannak tekinthető. Tehát hogyan lehet maximalizálni a súrlódási együtthatót? Úgy döntöttek, hogy a kerekeket keskeny csiszolópapírral borítják be.

Végül a zsinórkövető súlya jóval 100 gramm alatt volt, így még mindig volt elegendő mozgástér a jármű kis kamerával történő felszereléséhez. A szállítás és a tesztelés céljából egy piros (port) és egy zöld (jobb oldali) LED jelzi az irányváltást. Fehér LED van irányítva hátul.

A fogadás lebegése - versenyzés a mesterképzés első mikrorendszer-technológiai projektjében

• Tevékenység: Járművet követő vonal tervezése és építése
• Cél: Ki tudja kezelni a versenykört és rendelkezik a leggyorsabb járművel?
• Játékszabályok:
  • max. 100 gramm tömeg
  • max. 25 euró költség
  • Hajtson 40m-t egyenes vonalban
  • Fenntarthatóság: A beépített alkatrészeknek újrafelhasználhatóknak kell lenniük
• Végrehajtás:
  
  • Kövesse a fehér vonalat infravörös reflex csatolóval
  • Kormányzás különböző motorfordulatszámokkal
  • Sima járású/napelemes motorokkal haladjon
  • Mechanikus csillapítás kötél és súlyok segítségével
  • A hajtókerekek súrlódási együtthatójának maximalizálása
  • Bónusz a súlycsökkentés révén: kiegészítő felszerelés kamerával

A könnyű szénszálas anyagok és az optimalizált 3D nyomtatott alkatrészek, például a meghajtott kerekek következetes használata lehetővé teszi egy mobil rádió kamera számára, hogy rögzítse a vonalkövető versenyét.

---