BÁO CÁO THIẾT KẾ HỆ THỐNG VI CƠ ĐIỆN TỬ
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ TAY KẸP VI CƠ SỬ DỤNG
HIỆU ỨNG TĨNH ĐIỆN
GVHD: PGS.TS Nguyễn Thị Phương Mai
Đánh
Tên sinh viên

MSSV

Phân công

giá

Dịch tài liệu, đề xuất mơ hình, ngun
Phạm Hải Triều

20168550

lý hoạt động, tính tốn hệ lực , tổng

A

hợp tài liệu, kết luận.
Tổng hợp tài liệu, dịch tài liệu, đề xuất
Vũ Đinh Đức

20168144

mơ hình, tính tốn hệ lực, kết cấu,
thiết kế 3D, mơ phỏng kết cấu, đề xuất

A

phương pháp chế tạo.
Tìm tài liệu, dịch tài liệu, đề xuất mơ
Đinh Sỹ Cơng

20168059

hình, tính tốn hệ lực, trình bày quy
trình cơng nghệ chế tạo, tổng hợp tài

A

liệu, kết luận.

1


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về MEMS
1.1.1 Khái niệm về vi cơ điện tử - MEMS
MEMS (Micro Electro Mechanical Systems ) là sự tích hợp của các yếu tố cơ, cảm
biến, bộ kích hoạt và các yếu tố điện chung trên một nền Si bằng công nghệ vi chế tạo.
Trong khi những thành phần có thuộc tính điện được chế tạo dùng cơng nghệ mạch tích
hợp (IC) như : CMOS, bipolar, BICMOS, thì những thành phần vi cơ được chế tạo dùng
q trình vi cơ phù hợp đó là khắc đi có chọn lựa những phần wafer Si hoặc thêm vào
những lớp có cấu trúc mới để tạo nên các thiết bị cơ và cơ điện.

Hình 1.1 Một số những ứng dụng của MEMS


Hai dịng sản phẩm chính của công nghệ MEMS là cảm biến (sensor) và cơ cấu
chấp hành (actuator).
1.1.2 Lịch sử MEMS và công nghệ vi cơ
Cơng nghệ vi cơ : Các quy trình lắng đọng, khắc hay xác định vật liệu với đặc trưng
tối thiểu được đo theo đơn vị micro hoặc nhỏ hơn.
Công nghệ MEMS : Mọi thiết bị và hệ thống được sản xuất theo cơng nghệ vi cơ
khác với mạch tích hợp hay với linh kiện bán dẫn truyền thống. Kích thước của chúng
được đo theo đơn vị nano (nm) đến centimet (cm) xuất các mạch tích hợp dùng cơng
nghệ MEMS. Cơng nghệ này là cơ bản cho các sản phẩm MEMS. Lịch sử MEMS, cùng
với định nghĩa của nó phụ thuộc vào sự phát triển của các quy trình vi cơ.

2


-

Năm 1500. Các quy trình in quang đầu tiên để xác định và khắc đặc tính dưới mm.

-

Trong những năm1940. Sự phát triển của chất bán dẫn tinh khiết (Ge và Si).

-

Năm 1947. Sự phát minh của transistor tiếp xúc, báo trước sự khởi đầu nền công
nghiệp mạch bán dẫn.

-

Năm 1949. Khả năng phát triển Si đơn tinh thể tinh khiết cải tiến cách trình bày của

transistor bán dẫn, tuy nhiên chi phí cao và độ tin cậy chưa đạt yêu cầu.

-

Năm1959. Tiến sĩ Feynman đưa ra bài diễn thuyết nổi tiếng có tựa đề ”Có rất nhiều
chỗ ở dưới đáy” Trong đó, ơng ta trình bày số lượng khoảng trống khổng lồ có sẵn
theo đơn vị đo micro.

-

Năm1960. Sự phát minh của quy trình chế tạo khối phẳng (planar) cải tiến rõ rệt độ
tin cậy và giá thành của linh kiện bán dẫn. Ngồi ra, cơng nghệ phẳng cho phép tích
hợp nhiều linh kiện bán dẫn lên một mẩu Si. Sự phát triển này báo trước sự khởi đầu
của nền công nghiệp IC.

-

Năm 1960. Với sự phát triển của transistor hiệu ứng trường oxit bán dẫn kim loại
(metal – oxide – semiconductor field – effect transistor _ MOSFET), nền công
nghiệp IC đạt đươc những hiệu quả liên tiếp đối với các mạch phức tạp được thu
nhỏ.

-

Năm 1964. Transistor cổng cộng hưởng, được sản xuất bởi Nathenson được trình
bày trong hình dưới, linh kiện MEMS chế tạo khối đầu tiên. Sự chuyển động tĩnh
điện của thanh đệm điện cực cổng bằng vàng thay đổi đặc tính điện của linh kiện.

-


Năm 1970. Sự phát triển của vi xử lý, có nhiều ứng dụng hợp lý làm biến đổi xã hội,
đáp ứng tạo nhu cầu về công nghệ IC cao hơn.

-

Trong những năm 1970 và 1980. Nền thương mại MEMS đã được bắt đầu bởi nhiều
công ty sản xuất ra các phần cho nền công nghiệp tự động.

-

Năm 1982. Bài thảo luận của Kurt Petersen với tựa đề “Si một vật liệu cơ “ trình bày
sự phát triển của nhiều linh kiện theo công nghệ vi cơ và được xem là công cụ làm
tăng sự hiểu biết về những khả năng mà công nghệ MEMS mang lại.

-

Năm 1984. Howe và Muller thuộc đại học California phát triển quy trình vi cơ bề
mặt Si đa tinh thể và được dùng để sản

-

Năm 1989. Các nhà nghiên cứu ở UCB và MIT đã phát triển độc lập động cơ đầu
tiên theo công nghệ micro được điều khiển bằng tĩnh điện.

3


-

Trong những năm 1990. Sự phát triển mạnh về số lượng lớn linh kiện, công nghệ và

các ứng dụng mở rộng phạm vi ảnh hưởng của MEMS và ngày nay vẫn đang tiếp
tục.

-

Năm 1991. Các mấu nối dùng công nghệ micro được phát triển tại UCB bởi Pister
mở rộng quy trình xử lý poly được gia cơng micro bề mặt sao cho cấu trúc lớn có thể
được tập hợp lại ra khỏi đường nền, cuối cùng giới thiệu những bước xử lý đặc biệt
của MEMS ba chiều.

1.2 Thị trường MEMS
Các ứng dụng và thị trường MEMS mở ra khi các ứng dụng IC truyền thống kết thúc.
Đặc biệt công nghệ chế tạo vi mơ và cơng nghệ MEMS có thể cung cấp một phương tiện
giao tiếp với thế giới điện tử số, được chi phối bởi IC, với thế giới vật lý tương tự. Trong
thế giới vật lý, những tín hiệu quan tâm khơng có bản chất điện , cần các máy biến năng
tín hiệu vật lý sang tín hiệu điện (ví dụ cảm biến) có thể được xử lý bằng hệ thống điện
tử IC cho phép. Ngoài ra, sự liên kết các máy biến năng trong một hệ thống cũng có nhiều
thuận lợi (ví dụ đầu tiên chuyển tín hiệu nhiệt sang tín hiệu cơ sau đó, thành tín hiệu
quang , và cuối cùng thành một tín hiệu điện). Hơn nữa, có thể kết hợp bộ cảm biến và
bộ kích hoạt tạo ra vi hệ thống hồn chỉnh.
Các sản phẩm thành công về thương mại dùng công nghệ MEMS phải kể đến là vi
cảm biến. Vì vậy, sự thành công của hầu hết các sản phẩm dùng công nghệ MEMS là do
khai thác các tích chất sau đây :
Thuận lợi về tỉ lệ một vài hiện tượng vật lý trình bày tốt hơn và hiệu quả hơn khi tối
thiểu hoá sang đơn vị đo micro. Chế tạo khối với các quy trình in quang (lithographic) và
chế tạo khối (batch fabrication), chi phí sản xuất cho mơt linh kiện MEMS theo khối thấp
hơn so với chi phí sản xuất ra nhiều linh kiện MEMS.
Tích hợp mạch sự tích hợp mạch theo công nghệ MEMS mang lại giá trị lớn, tuy
nhiên giá thành và độ phức tạp có thể bị hạn chế .
1.3 Ứng dụng

Ứng dụng của MEMS có thể được phân loại theo hình thức sử dụng.
-

Cảm biến

-

Thiết bị truyền động

-

Cấu trúc

4


Theo quan điểm của các ứng dụng khác MEMS điểm được phân loại theo lĩnh vực thiết
kế bao gồm:
-

Gia tốc trong xe ô tô hiện đại cho một số lượng lớn các mục đích bao gồm cả túi khí
triển khai trong va chạm.

-

Gia tốc trong các thiết bị điện tử tiêu dùng như bộ điều khiển trị chơi, truyền thơng
cá nhân / điện thoại (di động của Apple iPhone , các mơ hình điện thoại di động
Nokia khác nhau...v.v) và một số ảnh kỹ thuật số). Cũng được sử dụng trong máy
tính để đầu đĩa cứng khi rơi tự do được phát hiện, ngăn chặn thiệt hại và mất mát dữ
liệu.


-

Con quay hồi chuyển MEMS sử dụng trong xe hơi hiện đại.

-

Micro MEMS trong các thiết bị di động, ví dụ như điện thoại di động và máy tính
xách tay.

-

Silicon áp lực cảm biến ví dụ, xe lốp áp lực cảm biến , và dùng một lần huyết áp
cảm biến

-

Màn hình ví dụ, chip DMD trong một máy chiếu dựa trên cơng nghệ DLP , trong đó
có một bề mặt với vài trăm ngàn micromirrors hoặc đơn vi quét-phản ánh cũng được
gọi là microscanners.

-

Chuyển đổi quang học công nghệ, được sử dụng để chuyển đổi công nghệ và liên kết
cho truyền thông dữ liệu

-

Sinh học: MEMS ứng dụng trong y tế và sức khỏe các cơng nghệ liên quan đến
phịng thí nghiệm ( cảm biến sinh học ), hoặc nhúng trong các thiết bị y tế như ống

đỡ động mạch.

-

Màn hình hiển thị điều biến giao thoa ứng dụng (IMOD) trong thiết bị điện tử tiêu
dùng (chủ yếu là màn hình cho các thiết bị di động), được sử dụng để tạo ra điều chế
giao thoa - công nghệ màn hình phản chiếu như được tìm thấy ở các màn hình
mirasol

-

Tăng tốc chất lỏng như là vi làm mát

-

Vi quy mô thu hoạch năng lượng bao gồm áp điện, điện

Vi cơ khí đầu dị siêu âm bao gồm áp điện vi cơ khí cảm biến siêu âm và điện dung dị
siêu âm vi cơ khí.

5


1.4 Giới thiệu về tay kẹp vi cơ
Tay kẹp vi cơ là một trong nhưng ứng dụng phổ biến của ngành vi cơ điện tử
(MEMS). Nó được sử dụng rộng dãi trong y học, vật liệu… để kẹp các vật có kích
thước nhỏ cỡ micro met, đạt độ chính xác đến nano met. Ví dụ như kẹp tế bào…

Hình 1.2 Một số loại tay kẹp vi cơ
Ngyên lý hoạt động của tay kẹp vi cơ rất đơn giản thường dựa trên các hiểu ứng cơ

bản về nhiệt hay điện ( hiệu ứng tĩnh điện, sự trênh lệch khi giãn nở nhiệt) gây ra chuyển
vị cho các tay kẹp để kẹp vật.
1.5 Đề suất cấu trúc
Dựa theo bài báo “Monolithically Fabricated Microgripper With Integrated Force
Sensor for Manipulating Microobjects and Biological Cells Aligned in an Ultrasonic
Field”, ở trong bài báo này hiệu ứng vật lý được sử dụng là hiệu ứng tĩnh điện.

6


 Về hiệu ứng tĩnh điện:
-

Trong hiệu ứng tĩnh điện, sự phân cực giữa hai tấm điện cực tạo ra một lực tĩnh điện
giữa chúng. Lực tĩnh điên này là cơ sở để tạo ra các cơ cấu dịch chuyển (cơ cấu dịch
chuyển tĩnh điện – electrostatic actuators).

-

Mặt khác, chuyển động tương đối của hai tấm phân cực tạo ra dòng điện cảm ứng.
Lượng dịch chuyển chuyển giữ 2 tấm phân cực tỷ lệ thuận với dịng điện.
Do đó hiệu ứng tĩnh điện được sử dụng để chế tạo các cảm biến biến đo dịch chuyển
(cảm biến điện cảm – capacitive sensors).

 Đề suất cấu trúc:
-

Ở đây ta cần thiết kế cơ cấu dịch chuyển sử dụng hiệu ứng này, với mỗi cắp bản tụ
như dưới đây ta thu được một dịch chuyển theo phương x nhờ lực tiếp tuyến sinh ra
khi đặt điện áp vào 2 tấm bản tụ này:


7


Trong đó:
F: lực tính điện theo phương tiếp tuyến
V: điện áp cấp vào cặp bản tụ
z: chiều rộng của bản tụ
y: khoảng cách giữa hai bản tụ

Lực tiếp tuyến:
=

-

.

=

.

. .

hằng số điện mơi, với khơng khí có = 8.85x10-12C2/(Nm2)

Để tăng lực điện ta sẽ thiết kế nhiều cặp bản tụ như trên sẽ được cơ cấu dạng
răng lược như sau:

Với n cặp bản tụ thì lực tĩnh điện tiếp tuyến thu được sẽ là:
= .


.

. .
2

8


-

Để tăng độ cứng vững và linh hoạt cho cơ cấu thì ta thêm vào cơ cấu 4 dầm như
sau, 4 dầm này có tác dụng đàn hồi, trả lại vị trí ban đầu của các cặp bản tụ khi
ngắt điện.

-

Lực F được tận dụng làm lực kẹp thông qua cơ cấu tay kẹp được đề suất như sau
như sau:

-

Nguyên lý hoạt động của tay kẹp như sau: Khi cấp một điện áp V vào cơ cấu răng
lược, các bản tụ sẽ tương tác với nhau theo hiệu ứng tĩnh điện. Bằng lực tĩnh điện
phương tiếp tuyến thì dầm chính sẽ được đẩy vào, dẫn đến tay kẹp cũng đẩy vào kẹp
chặt đối tượng. Khi ngừng cấp điện áp, dưới tác dụng của lực đàn hồi thì cơ cấu kẹp,
tay kẹp trở về vị trí ban đầu. Khi đó đối tượng được nhả ra.

9



CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN HỆ LỰC CHO HỆ THỐNG TAY KẸP VI CƠ
2.1. Xác định hệ lực tác dụng lên cơ cấu tay kẹp:
Xác định hệ lực tác động lên cơ cấu tay kẹp:

Tối giản cơ cấu tay kẹp, ta xác định được các lực như sau:

10


Xét một vế của cơ cấu kẹp (cơ cấu kẹp có 2 vế I và II) ta có:
Fđ

FN

F

F’

Tổng lực điện (lực tĩnh điện phương tiếp
tuyến) của n cặp bản tụ sinh ra
Tổng lực đàn hồi của 4 thanh ngàm (thanh
dầm)

Fd  n.

 . z.V 2
2. y

E.t.w3

FN  K . x A  x A . 3
l

Lực thanh dầm chính tác dụng lên tay
thanh kẹp

F  F'

Lực thanh kẹp tác dụng ngược lại lên
thanh dầm chính (định luật III Niu tơn)

F  F'

Fdh

Lực đàn hồi của thanh kẹp

Fdh  K '. x A  x A .

Fk

Lực kẹp của thanh kẹp tác dụng lên vật

Fk  Fk '

F’k

Lực phản hồi của vật lên tay kẹp

Fk ' 


Fms

Lực ma sát giữa thanh kẹp và vật

Fms 

P

Trọng lực của vật

P  mg

E '.t '.w '3
l '3

Fms


P
2

11


2.2 Chuyển vị của tay kẹp
Đầu tiên, ta sẽ đi tìm chuyển vị cần thiết của thanh dầm để gắp được vật tại vị trí đặt
lực.

Xb


ltk

Xa

Ltk

F

Theo định lý Ta-let ta có:

xa  ltk  x  xb.ltk
a
xb Ltk
Ltk

(1)

Với:
: Chuyển vị tại điểm đặt lực của thanh dầm chính
: Chuyển vị tại vị trí gắp vật
L : Khoảng cách từ vị trí chân thanh kẹp tới vị trí gắp vật
l : Khoảng cách từ vị trí chân thanh kẹp tới vị trí đặt lực của dầm chính

12


2.3 Lực tĩnh điện giữa 2 bản tụ

Lực tĩnh điện tiếp tuyến giữa 1 cặp bản tụ :

2

Fd 1  dw   .z.V 
dx
2. y

 0. r .z.V 2
2. y

(2.1)

Trong đó:
z :Chiều rộng của mỗi bản tụ
:hằng số điện môi (

= 8,85.10-12)

=1
y :khoảng cách giữa hai bản tụ
V :điện áp đặt vào hai bản tụ
Vậy ta có tổng lực tĩnh điện gây tác dụng lên thanh dầm chính là:
2

Fd  n. dw  n.  .z.V  n.
dx
2. y

 0. r .z.V 2
2. y


(2.2)

Với n là số cặp tụ.

2.4 Lực đàn hồi của các thanh dầm.

Hình 2.3 Lực đàn hồi của dầm lên thanh đẩy (thanh dầm chính)

13


Ta có cơng thức tính lực đàn hồi của 4 thanh dầm :

FN  4.K . xa  4. E.t.3w
l

3

. xa

(3)

Trong đó :
FN

:Tổng lực đàn hồi của 4 thanh dầm.

E = 185 Gpa

:Modun đàn hồi của vật liệu Si


t (m)

:Chiều dày thanh dầm

w

:Chiều rộng thanh dầm

l

:Chiều dài thanh thanh dầm

xa

:Chuyển vị của tay kẹp

2.5 Quan hệ giữa lực tĩnh điện và lực đàn hồi

Fđ

F
F’

Phương trình cân bằng lực cho 4 dầm và lực điện:

Fd  FN  F '  0
F  F'

E.t.w3

FN  4.K . xa  4. 3 . xa
l
E.t.w3
 Fd  FN  F  4.
. xa  F
l3

(4)

Với:
F : Lực thanh đẩy tác dụng lên tay kẹp
F’ : Phản lực tay kẹp tác dụng ngược lại thanh đẩy

14


2.6 Các lực tác dụng lên tay kẹp.

Ltk

F’k

Fk

Fdh

l tk

F


Phương trình cân bằng Momen:

F .ltk  Fdh .ltk  Fk '.Ltk  0
Fk  Fk '
E '.t '.w '3
Fdh  K '. xa  xa .
l '3
Ltk
E '.t '.w '3
Ltk
 F  Fdh  Fk '.
 xa .

F
'.
k
ltk
l '3
ltk

(5)

Với:
Fk, F’k

:Lực kẹp và phản lực của lực kẹp

Fđh

:Lực đàn hồi của tay kẹp


t’

:Chiều dày tay kẹp

w’

:Chiều rộng đoạn đàn hồi của tay kẹp

l’

:Chiều dài đoạn đàn hồi của tay kẹp

15


2.6.1 Xét hệ lực tại vị trí kẹp vật:

Fms

Fms
F’k2

F’k

P

Ta có:

Fk 


Fms

Fms 


P
2

 Fk 

P
2

Thay vào (5) ta được:

Ltk
E '.t '.w '3 P Ltk
F  Fdh  Fk '.
 xa .

.
ltk
l '3
2  ltk

(6)

2.6.2 Tính tốn điện áp đầu vào:
Từ cơng thức (1) (2.2) (4) và (6), ta có:


xa  ltk  x  xb.ltk
a
xb Ltk
Ltk

(1)

2
 0. r .z.V 2
dw

.
z
.
V
(2.2)
Fd  n.
 n.
 n.
dx
2. y
2. y

E.t.w3
Fd  FN  F  4.
. xa  F
l3

(4)


Ltk
E '.t '.w '3 P Ltk
(6)
F  Fdh  Fk '.
 xa .

.
ltk
l '3
2  ltk
Thay (1) (2.2) và (6) vào (4):

16


E.t.w3
E '.t '.w '3 P Ltk
Fd  FN  F  4.
. xa  x a .

.
l3
l '3
2  ltk
n.

 0. r .z.V 2

n.


 0. r .z.V 2

2. y

2. y

E.t.w3
E '.t '.w '3 P Ltk
 4.
. xa  xa .

.
l3
l '3
2  ltk

(7)

xb .ltk E '.t '.w '3 P Ltk
E.t.w3
 4.
. xa 
.

.
l3
Ltk
l '3
2  ltk


17


CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ CƠ CẤU TAY KẸP BẰNG PHẦN MỀM 3D
3.1 Hệ số thu nhỏ S
Kích thước của cơ cấu tay kẹp vi cơ sẽ phải dưới 1mm theo các chiều, kích thước thiết
kế ban đầu của chúng em chọn là gấp 100 lần kích thước yêu cầu. Tức kích thước cơ
cấu sẽ nằm trong khổ giới hạn 100mm x 100mm x 100mm.

Hệ số thu nhỏ của cơ cấu là S = 1/100 = 0.01
(phóng to gấp 100 lần)
Từ cơng thức (7) mối quan hệ giữa đầu vào (điện áp) và đầu ra (dịch chuyển của má
kẹp) ta có:

E.t.w3
E '.t '.w '3 P Ltk
Fd  FN  F  4.
. xa  x a .

.
l3
l '3
2  ltk
n.

 0. r .z.V 2

n.


 0. r .z.V 2

2. y

2. y

E.t.w3
E '.t '.w '3 P Ltk
 4.
. xa  xa .

.
l3
l '3
2  ltk
xb .ltk E '.t '.w '3 P Ltk
E.t.w3
 4.
. xa 
.

.
l '3
2  ltk
l3
Ltk

18



Cơng thức trên tính tốn cho cơ cấu kẹp với kích thước gấp 100 lần so với yêu cầu. Giả
sử hệ có cấu tạo đồng chất,với hệ số thu nhỏ S=0.01, thì các kích thước dài cũng giảm
100 lần, khối lượng sẽ giảm 1 triệu lần (106):

n.

 0. r .z.S.V '2
2. y.S

3 3
.S
E '.t '.S .w '3 .S 3 P.S 3 Ltk .S
E
.
t
.
S
.
w
 4.

.
. xa . S  xa . S .
l '3 . S 3
2  ltk .S
l 3 .S 3

Lực điện sau khi thu nhỏ: Fd '

 0. r .z.V '2


3
E
.
t
.
w
E '.t '.w '3 2 P Ltk 3
2
n.
.S 
 4. 3 . xa .S  xa .
. .S
2. y
l.
l '3
2  ltk
3
E '.t '.w '3 P Ltk 
E
.
t
.
w
2
Fd '  S  4.
. xa  xa .

. .S 
3

3
l
.
l
'
2

ltk 


Xét sấp sỉ của Fd ' :

 E.t.w3
E '.t '.w '3 P Ltk

.
Fd '  S  4.
. xa  xa .
3
3
.
l
'
2

ltk
l

 V '2  S 2 .V 2
 V '  S .V

2


2
  S .Fd


Ta nhận thấy khi kích thước thu nhỏ 100 lần thì điện áp cần cung cấp cũng giảm đi 100
lần, điện áp cung cấp ít đi, năng lượng cũng khơng cần nhiều, điều này có thể chứng
minh được rằng cơ cấu này của ta có khả năng chế tạo và sử dụng được.

19


3.2 Thiết kế cơ cấu tay kẹp
3.2.1 Các bước thiết kế:
Dựa theo cấu trúc đã đề suất ở trên, cơ cấu tay kẹp vi cơ của chúng em được thiết kế
như sau:
-

Để thu được chuyển động nhờ lực tĩnh điện dọc trục, 1 hàng răng lược được cố định,
còn hàng còn lại sẽ chuyển động (được tự do):

Để tăng lực điện thì các cặp bản tụ sẽ được thiết kế theo cơ cấu răng lược như trên
hình, 1 hàng lược sẽ được cố định với đế, một hàng lược sẽ tự do. Khi cấp điện áp V,
thanh dầm chính sẽ được tạo một chuyển động theo phương ngang, ta sẽ lợi dụng
chuyển động này để tạo chuyển động cho thanh kẹp.

-


Để đảm bảo độ cứng vững, tăng tính ổn định cũng như giúp thanh dầm có thể hồi vị
trí ban đầu thì ta thêm 4 thanh dầm đàn hồi như sau:

-

Cơ cấu thanh kẹp vật sẽ thiết kế như sau:

20


-

Vì phần chuyển động và phần cố định phải được tách nhau ra để cấp điện áp nên ta
tạo những vách ngăn như sau:

-

Vấn đề phát sinh nữa ở đây là cơ cấu kẹp của chúng ta cần phải cấp điện liên lục
trong q trình kẹp vật, ngồi điện áp cung cấp được điều khiển một cách chính
xác, cung cấp cho ta một điện áp cần thiết để tạo ra một dịch chuyển cần thiết
cho má kẹp thì má kẹp cũng phải cách điện so với đối tượng cần gắp. Đối với
những đối tượng không bị ảnh hưởng bởi điện áp thì khơng sao nhưng với

21


những đối tượng như tế bào, hồng cầu… thì điện áp ở tay kẹp sẽ làm hỏng mất
tế bào của ta. Vì vậy ta cần cách điện tay kẹp với vật.
Có 2 phương pháp để cách điện trong trường hợp này:
•


Mạ một lớp vật chất cách điện cho tay kẹp.

•

Thiết kế cách điện tay kẹp với dầm chính.

Ở đây chúng em sẽ chọn cách thứ 2 vì có dễ dàng hơn cách thứ nhất, thiết kế sẽ
như sau:

Tạo rãnh ngăn giữa tay kẹp và thanh dầm chính giúp cho 2 đối tượng này cách
điện với nhau. Lớp cách điện bên dưới có tác dụng nối 2 đối tượng này với nhau
mà vẫn cách điện chúng, lớp cách điên có tác dụng giúp thanh kẹp ổn định, khi
ngắt điện, nhờ sự đàn hồi của 4 thanh dầm thì cũng đưa thanh kẹp về.
-

Thiết kế của tay cơ cấu tay kẹp sẽ như sau:

22


Những chỗ đánh dấu trịn sẽ là vị trí điện cực cung cấp điện áp cho cơ cấu kẹp.
3.2.2 Kích thước của cơ cấu kẹp
Ở đây chúng em thiết kế cơ cấu kẹp với mục đích gắp tế bào, hồng cầu với kích thước
cần kẹp trong khoảng từ 7-10  m .
Kích thước của tay kẹp vi cơ nằm trong khổ giới hạn 1mm x 1mm x 1mm. Kích thước
của thiết kế như sau: (đơn vị
-

m )


Kích thước phần mỏ kẹp, thanh kẹp của thiết kế:
•

Kích thước mỏ kẹp:

•

Kích thước thanh kẹp:

23


-

Kích thước cơ cấu răng lược:

24


-

Kích thước tổng thể:

3.2.3 Tính tốn điện áp cung cấp
-

Mối quan hệ giữa điện áp cung cấp và dịch chuyển của má kẹp được thể hiện qua
công thức sau:


E '.t '.w '3 P Ltk
E.t.w3
Fd  FN  F  4.
. xa  xa .

.
l '3
2  ltk
l3

-

n.

 0. r .z.V 2

n.

 0. r .z.V 2

2. y

2. y

E '.t '.w '3 P Ltk
E.t.w3
 4.
. xa  xa .

.

l '3
2  ltk
l3

E.t.w3 xb .ltk xb .ltk E '.t '.w '3 P Ltk
 4.
.

.

.
l3
Ltk
Ltk
l '3
2  ltk

Các giá trị của cái đại lượng trong công thức thể hiện trong bảng sau:

Tên đại lượng

Ký hiệu

Giá trị

n.

 0.1.z.V 2

Lực tĩnh điện tiếp tuyến của n cặp tụ


Fd

Số cặp tụ của cơ cấu răng lược

n

112

 0. r

8,85.10-12

Hằng số điện môi

2. y

Đơn vị
N
cặp

25