Conference Paper

Reconfigurable micro-assembly system for photonics applications

Rensselaer Polytechnic Institute;
DOI: 10.1109/ROBOT.2002.1014755 In proceeding of: Robotics and Automation, 2002. Proceedings. ICRA '02. IEEE International Conference on, Volume: 2
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    ABSTRACT: Les travaux de thèse s‟inscrivent dans le cadre de la conception des systèmes de production/assemblage pour les produits de taille micrométrique, appelés micro-produits. Il s‟agit de produits constitués de composants de taille submillimétrique, si bien qu‟il est difficile, voire impossible, de les observer à l‟oeil nu et encore de les manipuler précisément soit directement avec les doigts, soit avec un outillage manuel. FEMTO-ST, dans son équipe SAMMI - Systèmes Automatisés de Micromanipulation et de Micro assemblage - propose des solutions robotisées pour la manipulation et l‟assemblage de ces microproduits. Ces microrobots sont conçus et réalisés pour tenir compte des forces en présence à cette échelle et les exploiter au mieux pour une manipulation dextre et précise. L‟intégration de ces microrobots pour concevoir des systèmes de production - nous traitons ici le problème du micro-assemblage - a fait émerger le concept de micro-usine. Au niveau international, nous avons pris un positionnement original en proposant une modularité non seulement au niveau des cellules de production mais également à l‟intérieur de ces cellules. Cette modularité porte à la fois sur les structures physiques mais également sur les systèmes de commande et de supervision. Dans ce manuscrit, nous proposons d‟étudier la pertinence de cette décomposition modulaire en fonction des conditions de production. Notamment, nous nous placerons dans le contexte de production changeante nécessitant réorganisation et/ou reconfiguration du système de production. Trois parties composent le travail de thèse. Nous avons établi une structure de micro-usine et une stratégie de commande dont nous avons identifié les propriétés. Nous avons ensuite formalisé une architecture des données. Enfin, l‟étude du comportement a été obtenue par simulation d‟un modèle réalisé par réseau de Petri stochastique et T-temporisé. L‟évolution stochastique se justifie par l‟incertitude inhérente au micromonde, celle-ci est d‟autant moins importante que s‟accroit la connaissance et le savoir-faire dans une situation donnée. La temporisation permet de prendre en considération les durées relatives des reconfigurations ou réorganisations qui évoluent au gré des expérimentations. Dans le cadre d‟une conception orientée objet, les modélisations sont établies au moyen du langage de modélisation graphique UML qui autorise une analyse syntaxique. Concernant les études menées avec le modèle mathématique discret de réseau de Pétri, l‟outil de simulation utilisé est PACE - IBE Simulation Engineering Gmbh -. Ce logiciel permet une programmation conditionnant les transitions grâce au langage de programmation orienté objet, SMALLTALK, pour temporiser et rendre stochastique l‟exécution du modèle. PACE comporte par ailleurs une interface graphique utilisateur souple et lisible. Les résultats de simulation sont ensuite analysés et mis en forme avec MATLAB. Ces résultats nous ont montré la pertinence de l‟approche modulaire et du choix de décomposition mis en place pour assurer de bonnes performances à une cellule de micro-assemblage.
    01/2010;
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    ABSTRACT: The paper deals with the manipulation of silicon microcomponents in order to assembly automatically. The size of the components vary from 600 mum times 400 mum times 100 mum to 300 mum times 300 mum times 100 mum with a notch of 100 mum thickness on every side. The microassembly process is split up into elementary tasks (aligning component, positioning component, centering component, opening gripper, ...) where every one is achieved by visual servoing. The control laws are of the type exponential or polynomial decrease of error according to the task. The performing of the latter has required the implementation of an effective tracking algorithm in combination with a depth-from-focus technique in order to maintain the target in focus and to recover the distance between the gripper and the component. The process includes the adaptation of the video microscope magnification to the required resolution (coarse to fine servoings). A multiple scale modelling and calibration of the photon video microscope is performed. The picking and placing of above components were achieved : the errors of positioning are respectively 1.4 mum in x and y and 0.5 degree in orientation.
    Automation Science and Engineering, 2008. CASE 2008. IEEE International Conference on; 09/2008
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    ABSTRACT: The dawn of next generation robots and systems era which is quietly emerging, requires miniaturized and integrated sensors, actuators, and entire microrobots. One of the defining characteristics of these microsystems is their multiscale nature, e.g., the span of their size, features, and tolerances across multiple dimensional scales, from the meso to the micro and nanoscales. Another defining characteristic is the need to reliably integrate heterogeneous materials via assembly and packaging, in a cost-effective manner, even in low quantities. Thus, it is argued in this paper that cost-effective manufacturing of complex microsystems requires special precision robotic assembly cells with modular and reconfigurable characteristics. This paper presents recent research aimed at developing theoretical underpinnings for how to construct such a manufacturing platform. M<sup>3</sup> is a multirobot system spanning across the macro-meso-microscales and specifically configured to package. The M<sup>3</sup> robots are systematically characterized in terms of quasi-static precision measures and assembly plans are generated using kinematic identification, inverse kinematics and visual servoing. The advantage of our approach the fact that high assembly yields for our system are a consequence of a set of so-called precision resolution-repeatability-accuracy (RRA) rules introduced in this paper. Experimental results for packaging of a microelectromechanical systems switch are provided to support our findings.
    IEEE Transactions on Automation Science and Engineering 05/2009; · 1.67 Impact Factor

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