Micropart Motion on a Surface Due to Controlled Surface Excitation
- 1. University of Engineering and Technology Lahore
- 2. The University of Texas at Arlington
Description
Many types of devices and handling platforms are used for microscale manipulation and microassembly ranging from microgrippers for individual part handling to work surfaces equipped with discrete actuators capable of simultaneous multiple part handling and manipulation. Micropart handling using discrete actuators suffers from dead zone constraint that requires the size of the part to be larger than the gap between consecutive actuators to ensure part contact with multiple actuators at all times for proper handling. In the context of the dead zone constraint, a new micromanipulation technique was proposed in our previous work based on the concept of active deformable surface. The time-dependent deformation geometry of the micropart carrying surface is controlled by actuators rigidly attached to it. The deformation acceleration imparted by the actuators generates an inertia which, considering other parameters, can induce a motion on the micropart placed on the surface. These parameters include size, mass and material properties of the micropart and the surface roughness characteristics. This research extends our previous work of modeling micropart dynamics and motion from 1D to motion on a 2D surface. The mathematical model is developed and subsequently employed in numerical simulations to study the micropart motion and controlled translocation on the deformable active surface. The analysis allows for the identification of a feasible region of influence of the actuator, effects of surface motion characteristics, micropart convergence at particular locations and evaluation of motion characteristics. The results of this research could be advantageously employed for the development of 2D microconveyors as an integral component of microassembly platforms.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
يتم استخدام العديد من أنواع الأجهزة ومنصات المناولة للتلاعب المجهري والتجميع الدقيق بدءًا من القابضات الدقيقة لمناولة الأجزاء الفردية إلى أسطح العمل المجهزة بمشغلات منفصلة قادرة على المناولة والمعالجة متعددة الأجزاء في وقت واحد. يعاني التعامل مع الأجزاء الدقيقة باستخدام المشغلات المنفصلة من قيود المنطقة الميتة التي تتطلب أن يكون حجم الجزء أكبر من الفجوة بين المشغلات المتتالية لضمان تلامس الجزء مع المشغلات المتعددة في جميع الأوقات من أجل التعامل السليم. في سياق قيود المنطقة الميتة، تم اقتراح تقنية جديدة للتلاعب الدقيق في عملنا السابق بناءً على مفهوم السطح النشط القابل للتشوه. يتم التحكم في هندسة التشوه المعتمدة على الوقت للسطح الحامل للقطعة الدقيقة بواسطة مشغلات متصلة به بشكل صارم. يؤدي تسارع التشوه الذي تنقله المشغلات إلى توليد قصور ذاتي والذي، مع الأخذ في الاعتبار المعلمات الأخرى، يمكن أن يحفز الحركة على الجزء الدقيق الموضوع على السطح. تشمل هذه المعلمات الحجم والكتلة وخصائص المادة للقطعة الدقيقة وخصائص خشونة السطح. يوسع هذا البحث عملنا السابق في نمذجة ديناميكيات الأجزاء الدقيقة والحركة من 1D إلى الحركة على سطح ثنائي الأبعاد. تم تطوير النموذج الرياضي واستخدامه لاحقًا في المحاكاة العددية لدراسة حركة القطعة الدقيقة والإزاحة المتحكم بها على السطح النشط القابل للتشوه. يسمح التحليل بتحديد منطقة تأثير ممكنة للمشغل، وتأثيرات خصائص الحركة السطحية، وتقارب الأجزاء الدقيقة في مواقع معينة وتقييم خصائص الحركة. يمكن استخدام نتائج هذا البحث بشكل مفيد لتطوير ناقلات دقيقة ثنائية الأبعاد كجزء لا يتجزأ من منصات التجميع الدقيق.Translated Description (French)
De nombreux types de dispositifs et de plates-formes de manipulation sont utilisés pour la manipulation et le microassemblage à l'échelle microscopique, allant des micro pinces pour la manipulation de pièces individuelles aux surfaces de travail équipées d'actionneurs discrets capables de manipuler et de manipuler simultanément plusieurs pièces. La manipulation de micropièces à l'aide d'actionneurs discrets souffre d'une contrainte de zone morte qui nécessite que la taille de la pièce soit plus grande que l'espace entre les actionneurs consécutifs pour assurer le contact de la pièce avec plusieurs actionneurs à tout moment pour une manipulation correcte. Dans le cadre de la contrainte de zone morte, une nouvelle technique de micromanipulation a été proposée dans nos travaux précédents basée sur le concept de surface déformable active. La géométrie de déformation en fonction du temps de la surface de support de la micro-pièce est contrôlée par des actionneurs fixés rigidement à celle-ci. L'accélération de déformation communiquée par les actionneurs génère une inertie qui, compte tenu d'autres paramètres, peut induire un mouvement sur la micropartie placée sur la surface. Ces paramètres comprennent la taille, la masse et les propriétés matérielles de la micropartie et les caractéristiques de rugosité de surface. Cette recherche prolonge nos travaux antérieurs de modélisation de la dynamique et du mouvement des microparties de la 1D au mouvement sur une surface 2D. Le modèle mathématique est développé et ensuite utilisé dans des simulations numériques pour étudier le mouvement des microparties et la translocation contrôlée sur la surface active déformable. L'analyse permet l'identification d'une région d'influence réalisable de l'actionneur, les effets des caractéristiques de mouvement de surface, la convergence des microparties à des emplacements particuliers et l'évaluation des caractéristiques de mouvement. Les résultats de cette recherche pourraient être avantageusement utilisés pour le développement de microconvoyeurs 2D en tant que partie intégrante des plates-formes de microassemblage.Translated Description (Spanish)
Se utilizan muchos tipos de dispositivos y plataformas de manipulación para la manipulación y el microensamblaje a microescala, desde microgrippers para la manipulación de piezas individuales hasta superficies de trabajo equipadas con actuadores discretos capaces de manipular y manipular múltiples piezas simultáneamente. La manipulación de micropartes con actuadores discretos sufre una restricción de zona muerta que requiere que el tamaño de la pieza sea mayor que el espacio entre actuadores consecutivos para garantizar el contacto de la pieza con múltiples actuadores en todo momento para una manipulación adecuada. En el contexto de la restricción de zona muerta, en nuestro trabajo anterior se propuso una nueva técnica de micromanipulación basada en el concepto de superficie deformable activa. La geometría de deformación dependiente del tiempo de la superficie de transporte de micropartes se controla mediante actuadores rígidamente unidos a ella. La aceleración de la deformación impartida por los actuadores genera una inercia que, teniendo en cuenta otros parámetros, puede inducir un movimiento en la microparte colocada en la superficie. Estos parámetros incluyen el tamaño, la masa y las propiedades del material de la microparte y las características de rugosidad de la superficie. Esta investigación amplía nuestro trabajo previo de modelado de la dinámica y el movimiento de micropartes de 1D a movimiento en una superficie 2D. El modelo matemático se desarrolla y posteriormente se emplea en simulaciones numéricas para estudiar el movimiento de las micropartes y la translocación controlada en la superficie activa deformable. El análisis permite la identificación de una región de influencia factible del actuador, los efectos de las características de movimiento de la superficie, la convergencia de micropartes en ubicaciones particulares y la evaluación de las características de movimiento. Los resultados de esta investigación podrían emplearse ventajosamente para el desarrollo de microtransportadores 2D como un componente integral de las plataformas de microensamblaje.Files
09478865.pdf.pdf
Files
(245 Bytes)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:bac29065aa20c4a6d8f468d26e44aedb
|
245 Bytes | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- حركة الأجزاء الدقيقة على السطح بسبب الإثارة السطحية المتحكم فيها
- Translated title (French)
- Mouvement de la micropartie sur une surface en raison d'une excitation de surface contrôlée
- Translated title (Spanish)
- Movimiento de micropartes en una superficie debido a la excitación superficial controlada
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3180461681
- DOI
- 10.1109/access.2021.3096047
References
- https://openalex.org/W1908092540
- https://openalex.org/W1990932773
- https://openalex.org/W1991985007
- https://openalex.org/W1994079768
- https://openalex.org/W2000289337
- https://openalex.org/W2008770078
- https://openalex.org/W2017857609
- https://openalex.org/W2030822624
- https://openalex.org/W2039338928
- https://openalex.org/W2067652013
- https://openalex.org/W2068422563
- https://openalex.org/W2085026179
- https://openalex.org/W2089788111
- https://openalex.org/W2094395502
- https://openalex.org/W2095430341
- https://openalex.org/W2114413153
- https://openalex.org/W2127030906
- https://openalex.org/W2136782667
- https://openalex.org/W2142709732
- https://openalex.org/W2154235616
- https://openalex.org/W2164067102
- https://openalex.org/W2165011506
- https://openalex.org/W2484353477
- https://openalex.org/W2513276422
- https://openalex.org/W2620783411
- https://openalex.org/W27680024
- https://openalex.org/W3027987054
- https://openalex.org/W584647343