La mayoría de la gente piensa que los sistemas de accionamiento paralelo se encuentran en los robots cartesianos/pórtico. Pero los sistemas de accionamiento en paralelo también pueden verse como dos o más motores lineales que funcionan en paralelo desde un único controlador de accionamiento. Esto cubre los robots de estilo cartesiano/pórtico además de otras áreas importantes de control de movimiento, como robots de un solo eje de alta y ultraalta precisión con resolución y precisión de posición en el rango subnanómetro a alto picómetro. Estos sistemas se utilizan en áreas como óptica y microscopios, fabricación de semiconductores, máquinas herramienta, actuadores de gran fuerza, equipos de prueba de materiales, trabajos de recogida y colocación, operaciones de montaje, manipulación de máquinas herramienta y soldadura por arco. En definitiva, existen aplicaciones tanto en el mundo micrométrico como en el submicrónico.

Problemas de conducción paralela
El principal problema con todos los sistemas de accionamiento paralelo es la alineación ortogonal: la capacidad de mantener el eje paralelo cuadrado. En sistemas accionados mecánicamente como tornillo, piñón y cremallera, correa y cadena, el problema principal es el bloqueo del sistema mecánico debido a la desalineación o las tolerancias apiladas. En los sistemas de accionamiento directo, se introduce un problema adicional de error sinusoidal debido a errores de instalación y variaciones en los motores lineales.

La práctica más común para superar estos problemas es impulsar y controlar cada lado del sistema paralelo de forma independiente, pero sincronizarlos electrónicamente. El coste de un sistema de este tipo es elevado porque necesita el doble de electrónica de accionamiento y detección de posición que un sistema de un solo eje. También agrega errores de sincronización y seguimiento que pueden degradar el rendimiento del sistema.

Lo que hace posible la conexión en paralelo de motores de eje lineal es un motor con una gran capacidad de respuesta. El movimiento dinámico generado por dos motores de eje lineal idénticos es el mismo cuando se les da la misma señal de control.

Como ocurre con todos los sistemas de transmisión en paralelo, los motores de eje lineal deben acoplarse físicamente con un mecanismo que permita que el eje tenga solo un movimiento de un grado de libertad. Esto hace que los motores de eje lineal paralelo actúen como una sola unidad para permitir el funcionamiento con un único codificador y un único servocontrolador. Y, como un motor de eje lineal correctamente instalado funciona sin contacto, no puede introducir ningún bloqueo mecánico 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 bien en una aplicación en paralelo.

El diseño del motor de eje lineal coloca el imán permanente en el centro del campo electromagnético, haciendo que el entrehierro no sea crítico. La bobina rodea completamente al 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 diferencias de mecanizado, lo que simplifica la alineación y la instalación del motor.

Sin embargo, el error sinusoidal (un problema importante) podría provocar 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 del imán. La fuerza en un motor lineal se genera a partir de la fuerza 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, produciendo fuerzas diferentes en cada motor. Esta diferencia de fuerzas puede, a su vez, vincular el sistema. Entonces el error sinusoidal es la diferencia de fuerzas producida por la desalineación de las bobinas o pistas magnéticas.

El error sinusoidal se puede calcular mediante la siguiente ecuación:

F_diferencia=F_generación× pecado(2πD_diferencia/MP_nn)

dóndeF_diferencia= diferencia de fuerza entre las dos bobinas,F_generación= fuerza generada,D_diferencia= longitud de la desalineación, yMP_nn= paso magnético de norte a norte.

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

El motor de eje lineal compensa esta pérdida utilizando un paso magnético de norte a norte mucho más largo 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 sólo una pérdida de potencia del 7%.

Sistemas de accionamiento paralelo
Un posicionamiento verdaderamente preciso sólo es posible para robots de un solo eje de alta y ultraalta precisión cuando la retroalimentación está directamente en el centro de masa del punto de trabajo. La generación de fuerza del motor también debe centrarse justo en el centro de masa del punto de trabajo. Sin embargo, normalmente es imposible tener el motor y la retroalimentación exactamente en el mismo lugar.

Colocar un codificador en el centro de masa y usar motores de eje lineal paralelos igualmente espaciados del centro de masa proporciona la retroalimentación y generación de fuerza deseadas en el centro de masa. Esto no es posible para otros tipos de sistemas de accionamiento en paralelo que necesitan dos juegos de codificadores y servovariadores para crear este tipo de accionamiento en paralelo.

La unidad única/codificador único funciona mejor en usos de precisión ultraalta y brinda a los constructores de sistemas de pórtico una gran ventaja. En el pasado, los sistemas podían haber tenido dos motores diferentes que accionaban husillos de bolas separados usando dos controladores diferentes que estaban conectados electrónicamente, o incluso dos motores lineales con dos codificadores conectados electrónicamente con dos unidades. 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 es una ventaja para aplicaciones que necesitan cantidades de fuerza extremadamente altas. Es posible conectar cualquier número de motores de eje lineal en paralelo, sumando así sus fuerzas.