عنوان پایان‌نامه
طراحی تحلیل و ساخت میکرو گریپر الکترو استاتیک
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک- ساخت و تولید
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1918;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48239
- تاریخ دفاع
- ۱۱ اسفند ۱۳۸۹
- دانشجو
- پریسا سلیمی
- استاد راهنما
- محسن حامدی
- چکیده
- در سال های اخیر، با گسترش روزافزون استفاده از ادوات میکروالکترومکانیکی در علوم و صنایع گوناگون معرفی روش هایی به منظور حمل و نگهداری ایمن آن ها به طور عمیقی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. در همین این راستا در این پژوهش، میکروگریپری با تحریک الکترواستاتیک، شامل دو مجموعه گیرش با چهار بازوی گیرنده به منظور حمل و نگهداری همزمان دو قطعه در محدوده ابعادی 150- 100 میکرومتر به ازای ولتاژهای متناظر 20- 80 ولت طراحی و ساخته شده است. نحوه عملکرد این مجموعه بدین صورت است که پس از قرارگیری قطعه بین دو بازوی گیرنده میکروگریپر و تحریک عملگرهای شانه ای الکترواستاتیک مورد استفاده، دو بازوی گیرنده به یکدیگر نزدیک شده و در نهایت قطعه موردنظر را می گیرند و به این ترتیب گیرش قطعات صورت می پذیرد. در ابتدا به منظور شبیه سازی رفتار عملگرهای الکترواستاتیک مورد استفاده در طرح پیشنهادی، مدلی جدید ارائه شده است که علاوه بر سادگی نسبت به مدل های مشابه قبلی از دقت بسیار بالاتری نیز برخوردار است؛ در ادامه پس از تعیین پارامترهای طراحی با استفاده از مدل معرفی شده، رفتار میکروگریپر پیشنهادی در نرم افزار المان محدود ANSYS شبیه سازی شده و میزان جابه جایی بازوهای گیرنده آن محاسبه شده است. سپس نمونه پیشنهادی با اعمال تغییرات طراحی لازم به منظور امکان پذیر نمودن ساخت آن با توجه به امکانات موجود در داخل کشور با استفاده از فرآیندهای ریز ساخت سیلیکون ساخته شده است. مهمترین فرآیندهای به کار گرفته شده در ساخت سازه میکروگریپر عبارتند از اکسیداسیون خشک، لایه نشانی به روش باریکه الکترونی، لایه نشانی فیزیکی و شیمیایی بخار، فتولیتوگرافی، زدایش عمودی، زدایش شیمیایی، زدایش یون واکنش دهنده و پوشش دهی لایه نازک. پس از گذراندن مراحل فوق و ساخت میکروگریپر پیشنهادی، آزمایش های لازم بر روی آن انجام گرفته و نتایج حاصل از اندازه گیری ها با نتایج حل تحلیلی و المان محدود مقایسه شده اند. و در نهایت روش های تحلیلی و المان محدود به کار رفته برای ارزیابی طرح، توافق خوبی را با نتایج حاصل از اندازه گیری های تجربی نشان دادند.
- Abstract
- Increasing and diversified use of micro electromechanical components necessitates further development of methods for their secure gripping and transfer. In this research, an electrostatically driven microgripper including two gripping sets with four arms have been designed and fabricated. The system can hold and handle microparts from 100 to 150 microns by applying corresponding voltage between 80 to 20 volts. The design is such that after positioning the workpiece between the two microgripper arms the electrostatic comb-drive actuators are activated. Then the two gripping arms are moved toward each other and ultimately grasp the workpiece. In order to determine the behavior of the electrostatic actuators used in the proposed schema, a new formulation has been derived. The derived formula simulated the actuators’ movement with higher simplicity and accuracy compared with the other published similar models. Next, after defining the parameters regarding the proposed formulation, displacement of arms is calculated through ANSYS finite element simulation. Then appropriate changes are made into the design for making it compatible with available fabrication techniques and equipments so that the device can be fabricated on a silicon substrate using microfabrication processes. The major utilized fabrication processes are as follows: dry oxidation, electron beam evaporation, physical and chemical vapor deposition, standard photolithography, vertical etching, chemical etching, reactive ion etching and thin film sputtering. Following manufacture of the system, experimental works are performed on the device and the experimental measurements output are compared with the results of analytical and finite element method. Proposed analytical formulation and finite element method showed satisfactory agreement with experimental results.
