La mayoría de la gente piensa en los sistemas de accionamiento paralelo como los que se encuentran en los robots cartesianos/de pórtico. Sin embargo, los sistemas de accionamiento paralelo también pueden considerarse como dos o más motores lineales que funcionan en paralelo desde un único controlador. Esto abarca los robots cartesianos/de pórtico, además de otras áreas importantes del control de movimiento, como los robots de un solo eje de alta y ultraalta precisión con una resolución y precisión de posición en el rango subnanómetro a picómetro. Estos sistemas se utilizan en áreas como la óptica y los microscopios, la fabricación de semiconductores, las máquinas herramienta, los actuadores de alta fuerza, los equipos de ensayo de materiales, los trabajos de selección y colocación, las operaciones de ensamblaje, la manipulación de máquinas herramienta y la soldadura por arco. En resumen, existen aplicaciones tanto en el ámbito micrométrico como en el submicrónico.

Problemas con la unidad paralela
El principal problema con todos los sistemas de accionamiento paralelo es la alineación ortogonal: la capacidad de mantener el eje paralelo perpendicular. En sistemas de accionamiento mecánico como husillo, cremallera, correa y cadena, el principal problema reside en la desalineación o el exceso de tolerancias del sistema mecánico. En los sistemas de accionamiento directo, existe el problema adicional del error sinusoidal, debido a errores de instalación y variaciones en los motores lineales.

La práctica más común para solucionar estos problemas es accionar y controlar cada lado del sistema paralelo de forma independiente, pero sincronizarlos electrónicamente. El coste de este sistema es elevado, ya que requiere el doble de electrónica de accionamiento y detección de posición que un sistema de un solo eje. Además, añade errores de sincronización y seguimiento que pueden reducir el rendimiento del sistema.

Lo que permite conectar motores de eje lineal en paralelo es un motor de alta capacidad de respuesta. El movimiento dinámico generado por dos motores de eje lineal idénticos es el mismo cuando reciben la misma señal de control.

Al igual que con todos los sistemas de accionamiento paralelo, los motores de eje lineal deben acoplarse físicamente a un mecanismo que permite que el eje tenga un solo grado de libertad de movimiento. Esto hace que los motores de eje lineal paralelo actúen como una sola unidad, permitiendo el funcionamiento con un solo codificador y un solo servoaccionamiento. Además, dado que un motor de eje lineal correctamente instalado funciona sin contacto, no puede introducir ninguna obstrucción mecánica en el sistema.

Estas afirmaciones son válidas para cualquier motor lineal sin contacto. Los motores de eje lineal se diferencian de otros motores lineales sin contacto en varias áreas que les permiten funcionar correctamente en una aplicación paralela.

El diseño del motor de eje lineal coloca el imán permanente en el centro del campo electromagnético, lo que reduce el entrehierro. La bobina rodea completamente el imán, por lo que el efecto neto del campo magnético es fuerza. Esto prácticamente elimina cualquier variación de fuerza causada por una diferencia en el entrehierro, ya sea por desalineación o por diferencias de mecanizado, lo que simplifica la alineación e instalación del motor.

Sin embargo, el error sinusoidal, un problema importante, podría causar diferencias de fuerza en cualquier motor lineal sin contacto.

Los motores lineales, al igual que los motores de eje lineal, se definen como motores síncronos. En efecto, se aplica corriente a la bobina para formar un electroimán que se sincroniza con el campo magnético de los imanes permanentes en la pista magnética. La fuerza en un motor lineal se genera a partir de la intensidad relativa de estos campos magnéticos y el ángulo de su desalineación intencional.

En un sistema de accionamiento en paralelo, todas las bobinas y pistas magnéticas se convierten en un solo motor cuando todos sus campos magnéticos están perfectamente alineados. Sin embargo, cualquier desalineación de las bobinas o pistas magnéticas provocará una desalineación de los campos magnéticos, generando fuerzas diferentes en cada motor. Esta diferencia de fuerza puede, a su vez, bloquear el sistema. Por lo tanto, el error senoidal es la diferencia de fuerzas producida por la desalineación de las bobinas o pistas magnéticas.

El error senoidal se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

F_diferente=F_generación× pecado(2πD_diferente/MP_nn)

dóndeF_diferente= diferencia de fuerza entre las dos bobinas,F_generación= fuerza generada,D_diferente= longitud de desalineación, yMP_nn= paso magnético de norte a norte.

La mayoría de los motores lineales del mercado están diseñados con un paso magnético norte-norte de 25 a 60 mm con el pretexto de reducir las pérdidas IR y la constante de tiempo eléctrica. Por ejemplo, una desalineación de tan solo 1 mm en un motor lineal con un paso magnético de 30 mm...nnEl tono producirá una pérdida de potencia de aproximadamente el 21%.

El motor de eje lineal compensa esta pérdida mediante un paso magnético norte-norte mucho mayor, lo que reduce el efecto del error sinusoidal causado por una desalineación accidental. La misma desalineación de 1 mm en un motor de eje lineal con un paso nn de 90 mm producirá solo una pérdida de potencia del 7 %.

Sistemas de accionamiento paralelo
Un posicionamiento verdaderamente preciso solo es posible en robots de un solo eje de alta y ultraalta precisión cuando la retroalimentación se encuentra directamente en el centro de masa del punto de trabajo. La generación de fuerza del motor también debe concentrarse justo en el centro de masa del punto de trabajo. Sin embargo, normalmente es imposible que el motor y la retroalimentación estén en la misma posición.

Al colocar un codificador en el centro de masas y usar motores lineales de eje paralelo equidistantes del centro de masas, se obtiene la retroalimentación y la generación de fuerza deseadas en el centro de masas. Esto no es posible con otros tipos de sistemas de accionamiento paralelo que requieren dos conjuntos de codificadores y servoaccionamientos para crear este tipo de accionamiento paralelo.

El sistema de accionamiento único con codificador único funciona mejor en aplicaciones de ultraalta precisión y ofrece una gran ventaja a los fabricantes de sistemas de pórtico. Anteriormente, los sistemas podían contar con dos motores diferentes que accionaban husillos de bolas separados mediante dos controladores conectados electrónicamente, o incluso con dos motores lineales con dos codificadores conectados electrónicamente con dos accionamientos. Ahora, las mismas acciones pueden provenir de dos motores de eje lineal, un codificador y un amplificador/controlador, siempre que la rigidez del sistema sea suficientemente alta.

Esto también supone una ventaja para aplicaciones que requieren fuerzas extremadamente altas. Es posible conectar cualquier número de motores de eje lineal en paralelo, sumando así sus fuerzas.