بغض النظر عن مدى تطور وحدة التحكم في الحركة لديك، فلن تتمكن من التغلب على نظام كهروميكانيكي مصمم بشكل سيئ.

تتكون أنظمة التحكم في الحركة من ثلاثة مكونات رئيسية: آلية تحديد الموقع، وإلكترونيات تشغيل المحرك، ووحدة التحكم في الحركة. يجب اختيار كل مكون من هذه المكونات بعناية، ولكن للحصول على أفضل نتائج للنظام، يُنصح بتخطيط آلية تحديد الموقع أولًا. إذا لم تكن الآلية قادرة على تلبية المتطلبات، فلن تتمكن المحركات ووحدة التحكم في الحركة من تعويض النقص.

الخطوة الأولى في تصميم أي نظام حركة هي وصف العملية وفهمها بشكل كامل. أعدّ قائمة بمعايير أداء المكونات من هذا الوصف. تتضمن هذه القائمة معلمات من الدرجة الأولى، مثل عدد المحاور، وطول حركة كل محور، ودقة الحركة (بما في ذلك الدقة، وقابلية التكرار، والدقة)، وسعة الحمولة، والحجم الفعلي للمراحل. تشمل المعايير الأقل وضوحًا، ولكنها لا تقل أهمية، القيود أو التحديات البيئية، واختيار محرك الأقراص، والتشغيل في اتجاهات متعددة، وإدارة الكابلات في تكوينات متعددة المحاور، وتخطيط عمر الخدمة، وسهولة التكامل. تُظهر مراجعة سريعة لهذه المعايير أنها جميعها مرتبطة بآلية تحديد المواقع، لذا فإن التقييم الشامل لهذه المكونات أمر بالغ الأهمية لنجاح المشروع.

سيحدد التطبيق ما إذا كانت مرحلة التموضع خطية أم دوارة أم أنها تتضمن مجموعة من المراحل في نظام متعدد المحاور. حتى في التطبيقات البسيطة أحادية المحور، هناك العديد من الاعتبارات. تُعد الأحمال جانبًا حيويًا في هذا النموذج، حيث يمكن لعوامل مثل وزن الحمولة والإزاحة (مركز الثقل) أن تؤثر بشكل كبير على متطلبات الحركة. يجب مراعاة أوزان الأحمال النموذجية والقصوى، بالإضافة إلى المسافة القصوى والدنيا التي يجب أن تقطعها المرحلة، وسرعات الحركة المطلوبة، والتسارع.

من المهم اعتبار المنصة جزءًا لا يتجزأ من النظام الأكبر. فطريقة تركيب المنصة وهيكل التركيب، على سبيل المثال، لهما تأثير كبير على أداء المنصة وقدرتها على تلبية المواصفات. على سبيل المثال، في تطبيقات الفحص عالية السرعة حيث تتأرجح العينات بسرعة ذهابًا وإيابًا تحت كاميرا، يجب تركيب منصة ذات وضع خطي على هيكل يتحمل تأثير "اهتزاز الطلاء" الناتج عن الحمل المتحرك. وبالمثل، يجب تركيب منصة خطية طويلة المدى، مختارة بدقة عالية في الاستواء، على سطح مستوٍ مناسب لتجنب تشوه المنصة عند ملامستها لسطح غير مستوٍ.

ضع في اعتبارك أيضًا متطلبات عمر النظام عند تحديد مواصفات المرحلة. إذا تغيرت المتطلبات على مدار عمر الآلة، فقد يؤدي ذلك إلى تجاوز النظام لحدود مرحلة التموضع، مما قد يؤثر سلبًا على دقة الآلة وإنتاجيتها وموثوقيتها. وكما هو الحال مع أي مكون متحرك، قد تتغير قدرات التموضع مع الاستخدام المطول. تأكد من أن المرحلة مصممة لتلبية متطلبات الحركة طوال عمر الآلة المتوقع.

تشمل التأثيرات الأخرى حجم النظام وقيوده البيئية. خذ في الاعتبار قيود الحجم الأفقية والرأسية. تشمل العوامل التي يمكن أن تؤثر على المساحة الإجمالية للنظام ما إذا كانت آليات الدفع خارجية أم داخلية، وكيفية إدارة الكابلات. يمكن أن تشمل القيود البيئية تطبيقات الغرف النظيفة، حيث يجب أن تُنتج الأجزاء المتحركة من الآلة جسيمات قليلة، أو البيئات الملوثة، حيث يمكن للجسيمات المحيطة أن تسبب احتكاكًا مفرطًا داخل المنصة وتؤثر على الموثوقية والأداء. تُعد درجة حرارة التشغيل مشكلة بيئية رئيسية يمكن أن تؤثر بشكل كبير على أداء المنصة. يمكن أن يؤدي تغير درجة الحرارة بمقدار درجتين أو ثلاث درجات فقط إلى تمدد كافٍ لتغيير تحمل المنصة.

تتطلب العديد من التطبيقات حركة متعددة المحاور. في نظام متعدد المحاور، يجب تكديس المراحل للحركة في اتجاهات مختلفة. على سبيل المثال، قد يحتاج نظام فحص رقاقة السيليكون إلى توفير حركة خطية.XوYالحركة وكذلك الدورانثيتافي مثل هذه الأنظمة، من المهم مراعاة تأثير الهندسة على التفاوتات في بقية النظام. على سبيل المثال، عند تركيب مرحلتين فوق بعضهما البعض، قد تنحرف المرحلة العلوية عند طرفي مسارها. ويعتمد انحراف المرحلة العلوية على حمل الكابولي على المرحلة السفلية. يجب أخذ هذا الانحراف في الاعتبار أو اختيار تصميم مختلف. يجب على مُصنِّع المرحلة التأكد من أن مواصفات المراحل المكدسة تُلبي متطلبات التطبيق.

في الأنظمة متعددة المراحل، قد تُصبح إدارة الكابلات مشكلة لوجستية وموثوقية. غالبًا ما تُغفل الكابلات، ولكنها قد تؤثر على عمر النظام وهندسته وأدائه. ابحث عن حلول كابلات مبتكرة لدى مُصنّعي المراحل. قد يشمل ذلك دمج الكابلات داخليًا لتقليل الاحتكاك والسحب، أو استخدام واجهة كابل خارجية واحدة بدلًا من موصلات الكابلات الخارجية لمزيد من المرونة.

يُعد اختيار محرك النظام عنصرًا أساسيًا. أكثر أنواع المحركات شيوعًا هما محركات الكرة اللولبية والمحركات الخطية. تتميز محركات الكرة اللولبية بانخفاض تكلفتها وسهولة فهمها. وبفضل التخميد الطبيعي، يسهل التحكم بها، ويمكن إضافة مكابح بسهولة. من ناحية أخرى، قد يُصعّب الاحتكاك الميكانيكي الحفاظ على سرعة ثابتة. في بعض الظروف، مثل درجات الحرارة أو الرطوبة العالية، قد تتغير درجة ميل الكرة اللولبية وتؤثر على الدقة. إذا كانت التأثيرات الحرارية مشكلة، فقد يلزم استخدام مُشفِّر خطي، أو قد يكون استخدام مرحلة محرك خطي خيارًا أفضل.

تتكون أنظمة نقل الحركة للمحركات الخطية من مسار مغناطيسي ومجموعة ملف. يكون المسار المغناطيسي ثابتًا عادةً، ويتكون من سلسلة من المغناطيسات الدائمة مثبتة على ركيزة فولاذية. تحتوي مجموعة الملف على جميع اللفات النحاسية، وتُركّب عادةً على عربة المرحلة المنزلقة. تحتوي بعض مراحل المحركات الخطية على مغناطيسات دائمة على مجموعة العربة المنزلقة لتسهيل عملية التوصيل، إلا أن طول المغناطيس يحد من حركة هذه الأنظمة.

عادةً ما تكون محركات الدفع الخطية الأنسب للأحمال الخفيفة إلى المتوسطة في التطبيقات عالية السرعة، أو ثابتة السرعة، أو طويلة المدى. تتميز محركات الدفع الخطية بقدرة حركة أطول بكثير من محركات الدفع اللولبية الكروية، لأنها لا تترهل مع زيادة طول الحركة. كما أنها توفر تحكمًا أفضل في السرعة، إلا أن الملف المتحرك وإلكترونيات المشفر الخطي تجعل إدارة الكابلات أكثر تعقيدًا. بالإضافة إلى ذلك، تكون محركات الدفع الخطية الكبيرة أثقل وزنًا، وقد تصبح باهظة الثمن مع زيادة طول الحركة وحجم المغناطيس.

من الاعتبارات المهمة عند اختيار نوع المحرك القدرة على التوقف واتجاه التركيب. تتحرك محركات الدفع الخطية بحرية دون طاقة، بينما تعتمد محركات الدفع اللولبي الكروي على الاحتكاك لتخفيف الحركة. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب تركيب المحرك عموديًا. ولأن مرحلة المحرك الخطي شبه خالية من الاحتكاك، فإن فقدان الطاقة سيؤدي إلى سقوط العربة سقوطًا حرًا. بالإضافة إلى ذلك، يجب التغلب دائمًا على قوة الجاذبية، مما يتطلب قوة مستمرة كبيرة على المحرك. تُعد محركات الدفع اللولبي الكروي أكثر ملاءمة للتطبيقات العمودية، حيث يمكن أن ترتفع درجة حرارة المحركات الخطية بسرعة عند تشغيلها عموديًا أو قد تتطلب موازنة.

قد ينطوي اختيار المحرك على بعض التنازلات. تُعدّ المحركات الدوارة الشائعة الخيار الأقل تكلفة، لكنها تزيد من متطلبات مساحة نظام الدفع. تشغل المحركات الخطية مساحة أقل، لكنها أغلى ثمنًا نظرًا لاحتوائها على مغناطيسات أكثر من المحرك الدوار، وتتطلب مُشفّرًا خطيًا. يمكن للمراحل المُدارة بالبراغي الكروية استخدام مُشفّرات خطية، لكن المُشفّرات الدوارة على المحرك والبراغي الكروية غالبًا ما تعمل بنفس الكفاءة وبتكلفة أقل. هناك أيضًا بعض التنازلات المرتبطة باستخدام محركات السائر أو محركات السيرفو. تُعتبر محركات السائر أقل تكلفة، لكن محركات السيرفو تتميز بأداء أفضل في السرعات العالية.

يُعدّ المحرك بدون إطار خيارًا مثاليًا للمسارح ذات اللولب الكروي. المحرك بدون إطار هو محرك قياسي بدون فرش مُدمج في المسارح. تُثبّت مغناطيسات الدوار مباشرةً على عمود اللولب الكروي، وتُدمج لفات الجزء الثابت في نهاية المسارح. يُغني هذا التكوين عن مُقرن المحرك، مما يوفر مساحةً كبيرة. يُقلّل غياب المُقرن من التباطؤ واللفّ في وصلة المحرك باللولب الكروي، مما يُحسّن الأداء. ينبغي على مُصنّعي المسارح توفير خبراتهم في المحركات وأجهزة التشفير للمساعدة في تحديد أفضل حل شامل للتطبيق.

بمجرد فهم الجوانب الميكانيكية والكهربائية لحركة النظام جيدًا واختيار المراحل، يُمكن تحديد تفاصيل نظام التحكم. يجب أن يكون نظام التحكم متوافقًا مع إلكترونيات المحرك، مع مراعاة أن محركات الأقراص لا تُوفر جميعها معلومات تغذية راجعة على موصلاتها. في الوضع الأمثل، يجب أن تتصل وحدة التحكم مباشرةً بإشارات المحول والمشغل دون الحاجة إلى أجهزة إضافية. كما يجب أن تتمتع وحدة التحكم بأداء كافٍ لإغلاق حلقات التحكم ضمن معدلات البيانات الطبيعية للنظام، أو لتنسيق حركة محاور الحركة المتعددة في آنٍ واحد حسب الحاجة.