Micro motion stages with flexure hinges - design and control
Esnek bağlantı elemanlı mikro hareket platformlarının tasarımı ve kontrolü
- Tez No: 348726
- Danışmanlar: PROF. DR. ASIF ŞABANOVİÇ, DOÇ. DR. ALİ KOŞAR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Bilim ve Teknoloji, Makine Mühendisliği, Mechatronics Engineering, Science and Technology, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Gözlemleyici, Kayan kipli denetim, Komplians, Paralel manipülatörler, Piezoelektrik, Observer, Sliding mode control, Compliance, Parallel manipulators, Piezoelectric
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikro ve Nano teknolojilerindeki gelişmeler yüksek hassasiyetli mikro konumlandırma platformlarının hücre manipülasyonu, ameliyatlar, uzay sistemleri, mikro akışkan sistemler, optik sistemler, mikro işleme ve mikro montaj gibi mikro/nano uygulamalarda kullanımı için tasarımını gerektirmiştir. Esnek bağlantı elemanlı mikro hareket platformları gerekli doğruluk ve hassasiyeti sağlamak için geliştirilmiş mekanizmalardır. Bu tezde yeni kontrol metotları uygulayarak düzlemsel esnek bağlantı elemanlı mikro hareket platformlarının x-y yönlerinde mikro konumlandırma düzeneği olarak kullanılması amaçlanılmıştır. İlk önce literatürde de çokça kullanılmış olan 3-RRR düzlemsel paralel kinematik yapı seçilmiştir. Daha sonra mekanizma geliştirilmiş ve yeni bir yapıya sahip olup 3-PRR mekanizma haline gelmiştir. Gerekli geometrik parametreler sonlu elemanlar analizi ile seçilmiştir. Mekanizmaların yer değişimi, stres ve frekans davranışları karşılaştırılıp tartışılmıştır. Ayrıca 3-PRR esnek bağlantı elemanlı mekanizmanın modellemesi de esnek bağlantı elemanlarının komplians hesaplarını mekanizmanın kinematiği ile birleştiren kinetostatik modelleme metodu kullanılarak yapılmıştır. Platformların tahriki için piezoelektrik eyleyiciler, ölçümü için de lazer bir kaynak kullanan optik 2 boyutta pozisyon sensörü kullanılmıştır. Deneysel çalışmalardan sonra görülmüştür ki deneysel sonuçlar sonlu elemanlar analizinin sonuçları ile imalat ve montajdan dolayı ortaya çıkan, öngörülemeyen hatalardan dolayı uyuşmamaktadır. Bu hataları, kayan kipli kontrol ile doğrusal piezoelektrik eyleyici modeli kullanarak yine kayan kipli kontrolle oluşturulmuş bozan etmen gözleyicisi kontrol metodu uygulayarak elemeyi başardık. Son olarak, her tahrik yönü için platformun deneysel modelini çıkardık ve bu modelleri piezoelektrik eyleyici modelleri yerine kullanarak pozisyon kontrol hatamızı kullandığımız ölçüm sisteminin hassasiyetine indirgedik ve platformumuzu mikro sistem uygulamaları için yüksek hassasiyetli bir mikro konumlandırma platformu olarak kullanılabilir haline getirdik.
Özet (Çeviri)
The developments in micro and nano technologies brought the need of high precision micropositioning stages to be used in micro/nano applications such as cell manipulation, surgery, aerospace, micro fluidics, optical systems, micromachining and microassembly etc. Micro motion stages with flexible joints called compliant mechanisms are built to provide the needed accuracy and precision. This thesis aims to build compliant planar micro motion stages using flexure hinges to be used as micropositioning devices in x-y directions by applying new control methods. First 3-RRR planar parallel kinematic structure is selected which is also popular in the literature. Then the mechanism is developed to have a new structure which is a 3-PRR mechanism. The necessary geometric parameters are selected by using Finite Element Analysis (FEA). The displacement, stress and frequency behaviors of the mechanisms are compared and discussed. Modeling of the flexure based mechanisms is also studied for 3-PRR compliant stage by using Kinetostatic modeling method which combines the compliance calculations of flexure hinges with kinematics of the mechanism. Piezoelectric actuators and optical 2d position sensor which uses a laser source are used for actuation and measurement of the stages. After the experimental studies it's seen that the results are not compatible with FEA because of the unpredictable errors caused by manufacturing and assembly. We have succeeded to eliminate those errors by implementing a control methodology based on Sliding Mode Control with Disturbance Observer which is also based on Sliding Mode Control using linear piezoelectric actuator models. Finally, we have extracted experimental models for each actuation direction of the stage and used those models instead of piezoelectric actuator models which lowered our errors in the accuracy of our measurement and ready to be used as a high precision micro positioning stage for our micro system applications.
Benzer Tezler
- 1,3-difenil-4,5-bis(hidroksiimino)-imidazolidin ve Ni(II), Cu(II), Pd(II), UO2(VI) komplekslerinin sentezi
Başlık çevirisi yok
VEFA AHSEN
Doktora
Türkçe
1984
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER BEKAROĞLU
- IgM, IgG ve lgA romatoid faktörlerin değişik artritli hasta gruplarında mikro-ELISA test yöntemiyle ölçülmesi
Başlık çevirisi yok
BAHRİYE KEŞ
- New algorithms and techniques for microprocessor-controlled PWM induction drives
Başlık çevirisi yok
OSMAN KÜKRER
Doktora
İngilizce
1987
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. H. BÜLENT ERTAN
- Çiğit ve ayçiçek yağlarının doğal antioksidan içerikleri ile bu yağların stabilitelerinin arttırılmaları üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
ALİ KEMAL YALNIZ
Doktora
Türkçe
1985
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MAHİR ÇOLAKO¦LU
- Üniversitelerdeki öğrenci işlerinin mikrobilgisayarlar yardımı ile çözümlenmesine ilişkin bir araştırma
Başlık çevirisi yok
SAİT ESLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolEge ÜniversitesiBilgisayar Bilimleri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HALİL ŞENGONCA