مهما بلغت درجة تطور جهاز التحكم في الحركة لديك، فلن يتمكن من التغلب على نظام كهروميكانيكي مصمم بشكل سيئ.

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

تتمثل الخطوة الأولى في تصميم أي نظام حركة في وصف العملية وفهمها فهمًا كاملًا. قم بإعداد قائمة بمعايير أداء المكونات انطلاقًا من هذا الوصف. تشمل هذه القائمة معايير أساسية مثل عدد المحاور، وطول مسار كل محور، ودقة الحركة (بما في ذلك الدقة، والتكرارية، والضبط)، وسعة الحمولة، والحجم المادي للمراحل. وتشمل المعايير الأقل وضوحًا، ولكنها لا تقل أهمية، القيود أو التحديات البيئية، واختيار المحرك، والتشغيل في اتجاهات متعددة، وإدارة الكابلات في التكوينات متعددة المحاور، وتخطيط العمر الافتراضي، وسهولة التكامل. تُظهر مراجعة سريعة لهذه المعايير أنها جميعًا مرتبطة بآلية تحديد المواقع، ولذا فإن التقييم الشامل لهذه المكونات أمر بالغ الأهمية لنجاح المشروع.

سيحدد التطبيق ما إذا كانت منصة تحديد المواقع خطية، أو دوارة، أو تتضمن مزيجًا من المنصات في نظام متعدد المحاور. حتى في التطبيقات أحادية المحور البسيطة نسبيًا، توجد اعتبارات عديدة. تُعد الأحمال جانبًا حيويًا في هذا التصميم، حيث يمكن لعوامل مثل وزن الحمولة والإزاحة (مركز الثقل) أن تؤثر بشكل كبير على متطلبات الحركة. يجب مراعاة أوزان الأحمال النموذجية والقصوى، بالإضافة إلى أقصى وأدنى مسافة يجب أن تقطعها المنصة، وسرعات الحركة المطلوبة، والتسارع.

من المهم اعتبار المنصة جزءًا لا يتجزأ من النظام ككل. فكيفية تركيب المنصة وهيكل التثبيت، على سبيل المثال، يؤثران بشكل كبير على أدائها وقدرتها على تلبية المواصفات. فعلى سبيل المثال، في تطبيقات الفحص عالية السرعة حيث تتأرجح العينات ذهابًا وإيابًا بسرعة تحت الكاميرا، يجب تركيب منصة تحديد المواقع الخطية على هيكل يتحمل تأثير اهتزاز الطلاء الناتج عن الحمل المتحرك. وبالمثل، يجب تركيب منصة خطية طويلة المدى، مختارة لدقتها العالية في التسطيح، على سطح مستوٍ مناسب لتجنب التشوه الناتج عن تكيف المنصة مع سطح غير مستوٍ.

ضع في اعتبارك أيضًا متطلبات العمر الافتراضي للنظام عند تحديد مواصفات المنصة. فإذا تغيرت هذه المتطلبات خلال عمر الماكينة، فقد يخرج النظام عن نطاق تحمل منصة التموضع، مما قد يؤدي إلى تدهور دقة الماكينة وإنتاجيتها وموثوقيتها. وكما هو الحال مع أي مكون متحرك، قد تتغير قدرات التموضع مع الاستخدام المطول. تأكد من أن المنصة مصممة لتلبية متطلبات الحركة طوال العمر التشغيلي المقصود للماكينة.

تشمل العوامل المؤثرة الأخرى حجم النظام والقيود البيئية. يجب مراعاة قيود الحجم الأفقية والرأسية. من بين العوامل التي تؤثر على المساحة الإجمالية للنظام ما إذا كانت آليات التشغيل خارجية أم داخلية، وكيفية إدارة الكابلات. تشمل القيود البيئية تطبيقات الغرف النظيفة، حيث يجب أن تُنتج الأجزاء المتحركة من الجهاز أقل قدر من الجسيمات، أو البيئات الملوثة، حيث يمكن أن تُسبب الجسيمات المحيطة احتكاكًا مفرطًا داخل المنصة، مما يؤثر على الموثوقية والأداء. تُعد درجة حرارة التشغيل عاملًا بيئيًا رئيسيًا يُمكن أن يؤثر بشكل كبير على أداء المنصة. يُمكن أن يُسبب تغير طفيف في درجة الحرارة بمقدار درجتين أو ثلاث درجات تمددًا كافيًا لتغيير مدى 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 رقائق السيليكون إلى توفير حركة خطيةXوYالحركة وكذلك الدورانثيتافي مثل هذه الأنظمة، من المهم مراعاة تأثير الهندسة على التفاوتات في باقي أجزاء النظام. على سبيل المثال، عند تركيب مرحلتين فوق بعضهما، قد تنحرف المرحلة العلوية عند نهاية مسارها. ويعتمد انحراف المرحلة العلوية على الحمل الواقع على المرحلة السفلية. يجب أخذ هذا الانحراف في الحسبان، أو النظر في تصميم مختلف. ينبغي على الشركة المصنعة للمراحل التأكد من أن مواصفات المراحل المكدسة تلبي متطلبات التطبيق.

في الأنظمة متعددة المراحل، قد تُصبح إدارة الكابلات مشكلة لوجستية وتؤثر على موثوقية النظام. غالبًا ما يتم إهمال الكابلات، مع أنها قد تؤثر على عمر النظام وشكله وأدائه. لذا، يُنصح بالتواصل مع مُصنِّع النظام للحصول على حلول مبتكرة لإدارة الكابلات. قد تشمل هذه الحلول دمج الكابلات داخليًا لتقليل الاحتكاك والسحب، أو استخدام واجهة كابل خارجية واحدة بدلًا من موصلات الكابلات الخارجية لمزيد من المرونة.

يُعدّ اختيار نظام التشغيل عنصرًا أساسيًا. النوعان الأكثر شيوعًا هما محركات اللولب الكروي ومحركات الخطية. تتميز محركات اللولب الكروي بانخفاض تكلفتها وسهولة فهمها. وبفضل التخميد الطبيعي، يسهل التحكم بها، كما يُمكن إضافة مكابح بسهولة. مع ذلك، قد يُصعّب الاحتكاك الميكانيكي الحفاظ على سرعة ثابتة. في بعض الظروف، كدرجات الحرارة أو الرطوبة القصوى، قد تتغير خطوة اللولب الكروي مما يؤثر على الدقة. إذا كانت التأثيرات الحرارية تُشكّل مشكلة، فقد يلزم استخدام مُشفّر خطي، أو قد يكون استخدام محرك خطي خيارًا أفضل.

تتكون أنظمة نقل الحركة في المحركات الخطية من مسار مغناطيسي ومجموعة ملفات. يكون المسار المغناطيسي عادةً ثابتًا ويتكون من سلسلة من المغناطيسات الدائمة المثبتة على قاعدة فولاذية. تحتوي مجموعة الملفات على جميع اللفات النحاسية وتُثبّت عادةً على عربة المنصة المنزلقة. في بعض مراحل المحركات الخطية، تُثبّت المغناطيسات الدائمة على عربة المنصة المنزلقة لتسهيل عملية التوصيل، ولكن طول المغناطيس يحد من مدى حركة هذه الأنظمة.

تُعدّ محركات الخطية الخيار الأمثل للأحمال الخفيفة إلى المتوسطة في التطبيقات عالية السرعة، أو ذات السرعة الثابتة، أو ذات المسافات الطويلة. تتميز محركات الخطية بقدرة حركة أكبر بكثير من محركات اللولب الكروي، لأنها لا تترهل مع زيادة طول الحركة. كما أنها توفر تحكمًا أفضل في السرعة، إلا أن وجود الملف المتحرك والإلكترونيات الخاصة بالمشفر الخطي يزيد من تعقيد إدارة الكابلات. إضافةً إلى ذلك، فإن محركات الخطية الكبيرة أثقل وزنًا، وقد تصبح مكلفة مع زيادة طول الحركة وحجم المغناطيس.

من الاعتبارات المهمة عند اختيار نوع المحرك قدرة الإيقاف واتجاه التركيب. محركات الخطية تتحرك بحرية دون طاقة، بينما محركات اللولب الكروي تعتمد على الاحتكاك لتخميد الحركة. وهذا مهم بشكل خاص في التطبيقات التي تتطلب تركيب المحرك عموديًا. نظرًا لأن مرحلة المحرك الخطي تكاد تكون عديمة الاحتكاك، فإن فقدان الطاقة سيؤدي إلى سقوط العربة سقوطًا حرًا. إضافةً إلى ذلك، يجب دائمًا التغلب على قوة الجاذبية، مما يفرض على المحرك قوة مستمرة كبيرة. تُعد محركات اللولب الكروي أكثر ملاءمة للتطبيقات العمودية، حيث يمكن أن ترتفع درجة حرارة المحركات الخطية بسرعة عند تشغيلها عموديًا أو قد تتطلب ثقلًا موازنًا.

قد ينطوي اختيار المحرك على بعض المفاضلات. تُعد المحركات الدوارة الشائعة الخيار الأقل تكلفة، لكنها تزيد من متطلبات المساحة لنظام القيادة. أما المحركات الخطية، فتشغل مساحة أقل، لكنها أغلى ثمناً لاحتوائها على عدد أكبر من المغناطيسات مقارنةً بالمحركات الدوارة، فضلاً عن حاجتها إلى مُشفِّر خطي. يمكن استخدام مُشفِّرات خطية في المراحل التي تعمل ببراغي كروية، لكن استخدام مُشفِّرات دوارة على المحرك والبرغي الكروي غالباً ما يؤدي الغرض نفسه بتكلفة أقل. كما توجد مفاضلات مرتبطة باستخدام المحركات الخطوية أو المحركات المؤازرة. فالمحركات الخطوية أقل تكلفة، بينما تتميز المحركات المؤازرة بأداء أفضل عند السرعات العالية.

يُعدّ المحرك بدون إطار خيارًا مناسبًا للمنصات التي تعمل بآلية لولبية كروية. وهو محرك قياسي بدون فرشات مُدمج في المنصة، حيث تُربط مغناطيسات الدوّار مباشرةً بعمود اللولب الكروي، بينما تُدمج ملفات الجزء الثابت في نهاية المنصة. يُلغي هذا التصميم الحاجة إلى وصلة المحرك، مما يوفر مساحةً كبيرة. كما يُقلل غياب الوصلة من التخلف المغناطيسي والالتفاف في وصلة المحرك باللولب الكروي، مما يُحسّن الأداء. ينبغي على مُصنّعي المنصات توفير خبراتهم في مجال المحركات وأجهزة التشفير للمساعدة في تحديد الحل الأمثل للتطبيق.

بمجرد فهم الجوانب الميكانيكية والكهربائية لحركة النظام جيدًا واختيار المراحل المناسبة، يمكن تحديد تفاصيل نظام التحكم. يجب أن يكون نظام التحكم متوافقًا مع إلكترونيات المحرك، مع مراعاة أن بعض المحركات لا توفر معلومات التغذية الراجعة عبر موصلاتها. من الناحية المثالية، يجب أن يتصل جهاز التحكم مباشرةً بإشارات المحول والمشغل دون الحاجة إلى أجهزة إضافية. كما يجب أن يتمتع جهاز التحكم بأداء كافٍ لإغلاق حلقات التحكم ضمن معدلات نقل البيانات الطبيعية للنظام، أو لتنسيق حركة محاور الحركة المتعددة في آنٍ واحد حسب الحاجة.