La mayoría de la gente asocia los sistemas de accionamiento paralelo con los robots cartesianos o de pórtico. Sin embargo, también pueden considerarse como dos o más motores lineales que trabajan en paralelo desde un único controlador. Esto abarca los robots cartesianos o de pórtico, además de otras áreas importantes del control de movimiento, como los robots monoeje de alta y ultra alta precisión, con una resolución y precisión de posicionamiento en el rango de subnanómetros a picómetros. Estos sistemas se utilizan en campos como la óptica y la microscopía, la fabricación de semiconductores, las máquinas herramienta, los actuadores de alta fuerza, los equipos de ensayo de materiales, las operaciones de recogida y colocación, el ensamblaje, la manipulación de máquinas herramienta y la soldadura por arco. En definitiva, existen aplicaciones tanto en el ámbito de las micras como en el de las submicras.

Problemas de accionamiento paralelo
El principal problema de todos los sistemas de accionamiento paralelo es la alineación ortogonal: la capacidad de mantener los ejes paralelos perpendiculares. En sistemas de accionamiento mecánico como los de tornillo, cremallera y piñón, correa y cadena, el problema principal radica en la limitación del sistema mecánico debido a la desalineación o a las tolerancias acumuladas. En los sistemas de accionamiento directo, se suma el problema del error sinusoidal, introducido por errores de instalación y variaciones en los motores lineales.

La práctica más común para superar estos problemas consiste en accionar y controlar cada lado del sistema paralelo de forma independiente, pero sincronizándolos electrónicamente. El coste de dicho sistema es elevado, ya que requiere el doble de componentes electrónicos de accionamiento y detección de posición que un sistema de un solo eje. Además, introduce errores de sincronización y seguimiento que pueden degradar el rendimiento del sistema.

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

Como en todos los sistemas de accionamiento paralelo, los motores de eje lineal deben acoplarse físicamente a un mecanismo que permita que el eje tenga un único grado de libertad de movimiento. Esto hace que los motores de eje lineal paralelos funcionen como una sola unidad, permitiendo su uso con un único codificador y un único servocontrolador. Además, dado que un motor de eje lineal correctamente instalado funciona sin contacto, no puede generar ninguna interferencia 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 varios aspectos que les permiten funcionar correctamente en aplicaciones en paralelo.

El diseño del motor de eje lineal sitúa el imán permanente en el centro del campo electromagnético, lo que hace que el entrehierro no sea crítico. La bobina rodea completamente el imán, por lo que el efecto neto del campo magnético es una fuerza. Esto elimina prácticamente cualquier variación de fuerza causada por una diferencia en el entrehierro, ya sea por desalineación o 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, como los motores de eje lineal, se definen como motores síncronos. En esencia, 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 intencionada.

En un sistema de accionamiento en paralelo, todas las bobinas y pistas magnéticas se convierten en un único motor cuando 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 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_dif=F_gen× sen(2πD_dif/MP_nn)

dóndeF_dif= diferencia de fuerza entre las dos bobinas,F_gen= fuerza generada,D_dif= 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 en el rango de 25 a 60 mm con el pretexto de intentar reducir las pérdidas IR y la constante de tiempo eléctrica. Por ejemplo, una desalineación de solo 1 mm en un motor lineal con un paso magnético de 30 mmnnEl cambio de 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 una pérdida de potencia de tan solo el 7 %.

Sistemas de accionamiento paralelo
El posicionamiento verdaderamente preciso solo es posible para robots monoeje de alta y ultra alta 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 en el centro de masa de dicho punto. Sin embargo, ¡normalmente es imposible que el motor y la retroalimentación se encuentren exactamente en la misma ubicación!

Colocar un codificador en el centro de masa y utilizar motores lineales paralelos equidistantes del centro de masa proporciona la retroalimentación y la generación de fuerza deseadas en dicho centro. Esto no es posible con otros tipos de sistemas de accionamiento paralelo, que requieren dos conjuntos de codificadores y servomotores para lograr este tipo de accionamiento.

El sistema de un solo accionamiento y un solo codificador funciona mejor en aplicaciones de ultra alta precisión y ofrece una gran ventaja a los fabricantes de sistemas de pórtico. Anteriormente, los sistemas podían tener dos motores diferentes que accionaban husillos de bolas independientes mediante dos controladores distintos conectados electrónicamente, o incluso dos motores lineales con dos codificadores conectados electrónicamente a dos accionamientos. Ahora, las mismas acciones pueden lograrse con 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 elevadas. Es posible conectar varios motores de eje lineal en paralelo, sumando así sus fuerzas.