On associe généralement les systèmes d'entraînement parallèle aux robots cartésiens/portiques. Cependant, on peut aussi les considérer comme deux moteurs linéaires ou plus fonctionnant en parallèle, commandés par un seul contrôleur. Ceci englobe les robots cartésiens/portiques, ainsi que d'autres domaines importants du contrôle de mouvement, tels que les robots mono-axes de haute et ultra-haute précision, dont la résolution et la précision de position se situent dans la gamme subnanométrique à picométrique. Ces systèmes trouvent des applications dans des secteurs comme l'optique et la microscopie, la fabrication de semi-conducteurs, les machines-outils, les actionneurs à force élevée, les équipements d'essais de matériaux, le prélèvement et le placement de composants, l'assemblage, la manutention et le soudage à l'arc. En résumé, leurs applications s'étendent du micron au submicron.

Problèmes liés aux entraînements parallèles
Le principal problème des systèmes à entraînement parallèle réside dans l'alignement orthogonal : la capacité à maintenir la perpendicularité des axes parallèles. Dans les systèmes à entraînement mécanique tels que les vis, les crémaillères, les courroies et les chaînes, le problème majeur est le blocage du système mécanique dû à un défaut d'alignement ou à des tolérances cumulées. Dans les systèmes à entraînement direct, s'ajoute le problème de l'erreur sinusoïdale introduite par les erreurs d'installation et les variations des moteurs linéaires.

La solution la plus courante pour pallier ces problèmes consiste à piloter et contrôler chaque côté du système parallèle indépendamment, tout en les synchronisant électroniquement. Le coût d'un tel système est élevé car il nécessite deux fois plus d'électronique de pilotage et de détection de position qu'un système mono-axe. Il introduit également des erreurs de synchronisation et de suivi susceptibles de dégrader les performances du système.

Ce qui permet de connecter des moteurs à arbre linéaire en parallèle, c'est la grande réactivité du moteur. Le mouvement dynamique généré par deux moteurs à arbre linéaire identiques est le même lorsqu'ils reçoivent le même signal de commande.

Comme pour tous les systèmes à entraînement parallèle, les moteurs à arbre linéaire doivent être physiquement couplés à un mécanisme qui limite le mouvement de l'axe à un seul degré de liberté. Ainsi, les moteurs à arbre linéaire parallèles fonctionnent comme une seule unité, permettant l'utilisation d'un seul codeur et d'un seul servomoteur. De plus, un moteur à arbre linéaire correctement installé fonctionnant sans contact, il ne peut introduire aucun blocage mécanique dans le système.

Ces affirmations sont vraies pour tout moteur linéaire sans contact. Les moteurs à arbre linéaire se distinguent des autres moteurs linéaires sans contact par plusieurs aspects qui leur permettent de fonctionner efficacement en parallèle.

La conception du moteur à arbre linéaire place l'aimant permanent au centre du champ électromagnétique, rendant l'entrefer négligeable. La bobine entoure complètement l'aimant, de sorte que l'effet net du champ magnétique est une force. Ceci élimine quasiment toute variation de force due à une différence d'entrefer, qu'elle soit due à un défaut d'alignement ou à des différences d'usinage, simplifiant ainsi l'alignement et l'installation du moteur.

Cependant, l'erreur sinusoïdale — un problème majeur — pourrait entraîner des différences de force dans tout moteur linéaire sans contact.

Les moteurs linéaires, comme les moteurs à arbre linéaire, sont des moteurs synchrones. Concrètement, un courant est appliqué à la bobine pour former un électroaimant qui se synchronise avec le champ magnétique des aimants permanents situés sur le rail magnétique. La force générée par un moteur linéaire résulte de l'intensité relative de ces champs magnétiques et de l'angle de leur désalignement volontaire.

Dans un système à entraînement parallèle, toutes les bobines et pistes magnétiques forment un seul moteur lorsque leurs champs magnétiques sont parfaitement alignés. Cependant, tout défaut d'alignement des bobines ou des pistes magnétiques entraîne un défaut d'alignement des champs magnétiques, générant des forces différentes dans chaque moteur. Cette différence de force peut, à son tour, bloquer le système. L'erreur sinusoïdale correspond donc à la différence de forces produite par le défaut d'alignement des bobines ou des pistes magnétiques.

L'erreur de sinus peut être calculée par l'équation suivante :

F_dif=F_gen× sin(2πD_dif/MP_nn)

oùF_dif= différence de force entre les deux bobines,F_gen= force générée,D_dif= longueur du désalignement, etMP_nn= angle magnétique nord-nord.

La plupart des moteurs linéaires disponibles sur le marché sont conçus avec un pas magnétique nord-nord compris entre 25 et 60 mm, dans le but de réduire les pertes par effet Joule et la constante de temps électrique. Par exemple, un défaut d'alignement de seulement 1 mm dans un moteur linéaire avec un pas de 30 mm peut entraîner des pertes importantes.nnL'inclinaison entraînera une perte de puissance d'environ 21 %.

Le moteur à arbre linéaire compense cette perte grâce à un pas magnétique nord-nord beaucoup plus important, ce qui réduit l'effet de l'erreur sinusoïdale due à un défaut d'alignement accidentel. Un défaut d'alignement de 1 mm sur un moteur à arbre linéaire avec un pas nord-nord de 90 mm n'entraînera qu'une perte de puissance de 7 %.

Systèmes d'entraînement parallèle
Un positionnement véritablement précis n'est possible pour les robots mono-axes de haute et très haute précision que si le retour d'information est directement centré sur le centre de gravité du point de travail. La force générée par le moteur doit également être concentrée au centre de gravité du point de travail. Cependant, il est généralement impossible de positionner exactement le moteur et le retour d'information au même endroit.

L'utilisation d'un codeur placé au centre de gravité et de moteurs linéaires parallèles, équidistants de ce centre, permet d'obtenir le retour d'information et la force souhaités. Cette configuration est impossible avec d'autres systèmes d'entraînement parallèle qui nécessitent deux ensembles de codeurs et de servomoteurs.

Le système à entraînement unique et codeur unique est idéal pour les applications de très haute précision et offre un avantage considérable aux concepteurs de portiques. Auparavant, les systèmes pouvaient comporter deux moteurs distincts entraînant des vis à billes séparées, chacun contrôlé par un système différent et connecté électroniquement, voire deux moteurs linéaires avec deux codeurs connectés électroniquement à deux entraînements. Désormais, les mêmes actions peuvent être réalisées par deux moteurs à arbre linéaire, un codeur et un seul amplificateur/pilote, à condition que la rigidité du système soit suffisamment élevée.

C'est également un avantage pour les applications nécessitant des forces extrêmement élevées. Il est possible de connecter en parallèle un nombre quelconque de moteurs à arbre linéaire, additionnant ainsi leurs forces.