THIẾT KẾ VÀ PHÂN TÍCH CƠ CẤU MỀM THAY ĐỔI CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN THÀNH CHUYỂN ĐỘNG XOAY DỰA TRÊN VI CƠ CẤU TRUYỀN ĐỘNG TĨNH ĐIỆN RĂNG LƯỢC

Tóm tắt

Một cơ cấu mềm có khả năng thay đổi linh hoạt chuyển động tịnh tiến thành chuyển động tròn xoay được nghiên cứu để ứng dụng trong hệ thống vi cơ điện tử (MEMS). Phương pháp để đạt được sự biến đổi chuyển động này là do sự sắp xếp đối xứng cùa hai đầu vào chuyển động tuyến tính. Chuyển động tính tiến này được cung cấp bởi cơ cấu truyền động comb-drive được sắp xếp đối xứng nhau và được treo bởi hệ thống các lò xò đối xứng. Sự chuyển động tịnh tiến được hình thành bởi lực tĩnh điện giữa răng lược di chuyển (movable comb-drive) đóng vai trò cực âm V_- và răng lược cố định (fixed comb-drive) đóng vai trò cực dương V_+. Để đạt được một tỷ số biến đổi (transduction ratio) của chuyển động xoay tròn so với chuyển động tịnh tiến, thuật toán giải thuật di truyền NSGA-II (Genetic Algorithm) được sử dụng để tối ưu hóa thiết kế cho đường cong tham số Bézier. Trong nghiên cứu này, vật liệu tổng hợp (composite materials) bao gồm một lớp kim loại và lớp Silicon dioxide 〖SiO〗_2 phủ trên và dưới bề mặt lớp kim loại được sử dụng để chế tạo cơ cấu mềm này. Với sự đột phá trong MEMS, cơ cấu mềm này có thể được sử dụng trong một số các ứng dụng vi quang học như bộ chuyển mạch quang học, đo đạc các nhiễu xạ, bộ giảm cường độ quang học, v.v… Phân tích phần tử hữu hạn (FEA) được thực hiện để dự đoán các hành vi của cơ cấu. Tỷ số truyền biến đổi chuyển động đạt được xấp xỉ khoảng 1.2 độ/µm. Để đáp ứng cho việc gia công chế tạo, cơ cấu mềm tích hợp mạch điện điều khiển sẽ được thiết kế trên phần mềm Cadence Virtuoso. Dựa vào các kết quả mô phỏng cho thấy sự dịch chuyển theo phương z (out-of-plane) tại vi trí đĩa xoay là rất nhỏ, điều này chứng tỏ cơ cấu không bị  xoắn, võng khi điện áp được đặt vào. Ngoài ra, ứng suất sinh ra trong cơ cấu mềm nhỏ hơn rất nhiều so với ứng suất cho phép của vật liệu. Một hệ thống thí nghiệm được trình bày để xác định khả năng làm việc của cơ cấu.