کنترل ترکیبی موقعیت/نیروی بازوی مکانیکی ماکرو/میکرو در نصب سطحی قطعات برد مدار چاپی با استفاده از کنترل فازی

کریمی, محمد رضا; فرزانه, یداله

کنترل ترکیبی موقعیت/نیروی بازوی مکانیکی ماکرو/میکرو در نصب سطحی قطعات برد مدار چاپی با استفاده از کنترل فازی

نوع مقاله : گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل

نویسندگان

گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد مشهد

چکیده

در حال حاضر قطعات الکترونیکی بسیار نازک و شکننده هستند و مونتاژ آن‌ها بر روی بردهای مدار چاپی بسیار حساس شده است. در صورت اعمال نیروی بیش‌ازحد مجاز، احتمال معیوب شدن قطعات و شکستگی آن‌ها وجود دارد. بنابراین استفاده از سازوکاری با توانایی کنترل نیرو در هنگام نصب ضروری است. به‌کارگیری سازوکاری با عضوی بزرگ (ماکرو) برای حرکت‌های طولانی و عضوی کوچک (میکرو) برای حرکت‌های کوتاه و ظریف، کنترل نیروی مناسب و همچنین سرعت بالا در نصب را به همراه خواهد داشت. عضو ماکرو با کنترل مکان به‌سرعت به سطح مدار چاپی نزدیک می‌شود و پس از آن عضو میکرو حرکتش را آغاز می‌کند. با برخورد عضو میکرو به سطح مدار چاپی، روش کنترلی از کنترل موقعیت به کنترل نیرو تغییر می‌یابد و امکان نصب قطعه را با نیروی کنترل‌شده فراهم می‌کند. جهت کنترل سیستم در ابتدا از کنترل‌کننده تناسبی- مشتقی استفاده‌شده است. در ادامه کنترل‌کننده فازی برای کنترل سیستم انتخاب‌شده است. با استفاده از کنترل فازی نیرو و مکان، کنترل بهتری فراهم‌شده است و از شکل‌گیری اغتشاشات در هنگام نصب قطعات جلوگیری شده است. همچنین نحوه تغییر نیرو و زمان برخورد با سرعت هد نصب مورد بررسی قرار گرفت و بهینه‌ترین سرعت برخورد محاسبه شد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.26455323.1400.17.2.8.1

عنوان مقاله [English]

Hybrid Position/Force Control of the Macro/Micro Manipulator for Assembly of PCB Utilizing Fuzzy Control

نویسندگان [English]

Mohamad Reza Karimi
yadollah farzaneh

department of mechanics, faculty of engineering, Islamic Azad University, Mashhad branch

چکیده [English]

Currently, electronic components are very thin as well as fragile and their assembly on PCB boards is highly sensitive. The components may be damaged and broken in response to an excessive force. Therefore, it is necessary to use a mechanism with force control ability. A mechanism with a large member (macro) for long movements and a small member (micro) for short and delicate movements, is selected to provide accurate force control as well as high speed in installation. The macro member is rapidly approaches the surface of the PCB with the position control and then the micro member initiate its movement. As the micro member contacts the surface of the PCB, the position control is switched to force control and enables the installation of the device with controlled force. At the first attempt, PID controller is used. Thereafter, the fuzzy controller is selected to control the system. The fuzzy controller has a better performance and reduces the disturbances during installation. The relation between maximum contact force and contact time with velocity is also investigated and optimal velocity is determined.

کلیدواژه‌ها [English]

Surface Mounting
Macro/Micro Mechanism
Force Control
Fuzzy Controller

مراجع

Lee D.-Y. and Cho H., “Precision force control via macro/micro actuator for surface mounting system, in: IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems,” IEEE, pp. 2227-2232, 2002.##
Lee D.-Y., Jang K.-N., and Cho H., “A visual servoing method for high-precision chip mounting technology,” in: Optomechatronic Systems IV, International Society for Optics and Photonics, pp. 295-305, 2003.##
Makita S., Kadono Y., Maeda Y., Miura S., Kunioka I., and Yoshida K., “Manipulation of submillimeter-sized electronic parts using force control and vision-based position control,” in: 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, IEEE, pp. 1834-1839, 2007.##
Shim J. H. and Cho Y.-I., “Intelligent force control of a microchip packaging system,” in: Y. Katagiri (Ed.) Optomechatronic Micro/Nano Devices and Components, pp. 109.101-109, 2006.##
Shim J. H., Im Cho Y., “Intelligent Force Control of a Flip Chip Mounting System,” International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems, 4 (2004) 316-321.##
Adediji A. C., Essegbey J., “Fuzzy Logic-based Robust Control of a Flexible two-mass System (1990 ACC Benchmark Problem),” in: Midwest Artificial Intelligence and Cognitive Science Conference, Citeseer, 2012.##

Selzo M. R., Moore C. J., Hossain M. M., Palmeri M. L., Gallippi C. M., “On the quantitative potential of viscoelastic response (VisR) ultrasound using the one-dimensional mass-spring-damper model,” IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, Vol. 63, pp. 1276-1287, 2016.##

Sala G., Valente G., Formentini A., Papini L., Gerada D., Zanchetta P., Tani A., Gerada C., “Space vectors and pseudoinverse matrix methods for the radial force control in bearingless multisector permanent magnet machines,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, pp. 6912-6922, 2018.##
Vidal C., Infante V., and Vilacaca P., “Monitoring of the mechanical load and thermal history during friction stir channelling under constant position and constant force control modes,” Journal of Manufacturing Processes, Vol. 49, pp. 323-334, 2020.##
Rani M., Kumar N., Singh H. P., “Motion/force control scheme for electrically driven cooperative multiple mobile manipulators,” Control Engineering Practice, Vol. 88, pp. 52-64, 2019.##

Sangdani M. H., Tavakolpour-Saleh A. R., “Modeling and Control of a Vision-Based Target Tracker Robot with Active Force Control Capability,” Journal of Aerospace mechanics, Vol. 13, pp. 89-98, 2016. (In Persian)##