चाहे आपका मोशन कंट्रोलर कितना भी परिष्कृत क्यों न हो, वह खराब तरीके से डिजाइन की गई इलेक्ट्रोमैकेनिकल प्रणाली पर विजय नहीं पा सकता।

गति-नियंत्रण प्रणाली में तीन मुख्य घटक होते हैं: पोजिशनिंग मैकेनिज्म, मोटर ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स और मोशन कंट्रोलर। इनमें से प्रत्येक घटक को सावधानीपूर्वक चुना जाना चाहिए लेकिन सर्वोत्तम सिस्टम परिणामों के लिए, पहले पोजिशनिंग मैकेनिज्म की योजना बनाएं। यदि मैकेनिज्म आवश्यकताओं को पूरा करने में सक्षम नहीं है, तो ड्राइव और मोशन कंट्रोलर अंतर को पूरा नहीं कर सकते हैं।

किसी भी गति प्रणाली को डिजाइन करने में पहला कदम प्रक्रिया का पूरी तरह से वर्णन करना और समझना है। इस विवरण से घटक प्रदर्शन मापदंडों की एक सूची बनाएं। इस सूची में प्रथम-क्रम के पैरामीटर शामिल हैं जैसे कि अक्षों की संख्या, प्रत्येक अक्ष की यात्रा लंबाई, गति की सटीकता (रिज़ॉल्यूशन, दोहराव और सटीकता सहित), पेलोड क्षमता और चरणों का भौतिक आकार। कम स्पष्ट लेकिन समान रूप से महत्वपूर्ण मापदंडों में पर्यावरणीय बाधाएँ या चुनौतियाँ, ड्राइव का चयन, कई ओरिएंटेशन में संचालन, मल्टीएक्सिस कॉन्फ़िगरेशन में केबल प्रबंधन, जीवनकाल योजना और एकीकरण की आसानी शामिल हैं। इन मापदंडों की एक त्वरित समीक्षा से पता चलता है कि वे सभी पोजिशनिंग तंत्र से संबंधित हैं और इसलिए इन घटकों का गहन मूल्यांकन परियोजना की सफलता के लिए महत्वपूर्ण है।

आवेदन यह परिभाषित करेगा कि पोजिशनिंग स्टेज रैखिक है, रोटरी है, या मल्टीएक्सिस सिस्टम में स्टेज के संयोजन को शामिल करता है। काफी सरल एकल-अक्ष अनुप्रयोगों में भी, कई विचार हैं। भार इस प्रोफ़ाइल का एक महत्वपूर्ण पहलू है, क्योंकि पेलोड वजन और ऑफसेट (गुरुत्वाकर्षण का केंद्र) जैसे मुद्दे गति आवश्यकताओं को नाटकीय रूप से प्रभावित कर सकते हैं। सामान्य और अधिकतम भार भार के साथ-साथ स्टेज को यात्रा करनी चाहिए अधिकतम और न्यूनतम दूरी, आवश्यक यात्रा गति और त्वरण पर विचार करें।

स्टेज को बड़ी प्रणाली का अभिन्न अंग मानना ​​महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, स्टेज को कैसे माउंट किया जाता है और माउंटिंग संरचना, स्टेज के प्रदर्शन और विनिर्देशों को पूरा करने की क्षमता पर नाटकीय प्रभाव डालती है। उदाहरण के लिए, एक उच्च गति निरीक्षण अनुप्रयोग में जहां नमूने कैमरे के नीचे तेजी से आगे-पीछे होते हैं, एक रैखिक-स्थिति मंच को एक ऐसी संरचना पर माउंट किया जाना चाहिए जो चलती लोड के "पेंट-शेकर प्रभाव" का सामना कर सके। इसी तरह, समतलता में उच्च परिशुद्धता के लिए चयनित एक लंबी-यात्रा रैखिक स्टेज को एक गैर-सपाट सतह के अनुरूप स्टेज से विरूपण से बचने के लिए उचित रूप से सपाट सतह पर माउंट किया जाना चाहिए।

स्टेज विनिर्देशों को परिभाषित करते समय सिस्टम की जीवनकाल आवश्यकताओं पर भी विचार करें। यदि मशीन के जीवनकाल में आवश्यकताएँ बदलती हैं, तो यह सिस्टम को पोजिशनिंग-स्टेज सहनशीलता से बाहर कर सकता है और मशीन की सटीकता, उत्पादकता और विश्वसनीयता को कम कर सकता है। किसी भी गतिशील घटक की तरह, विस्तारित उपयोग के साथ पोजिशनिंग क्षमताएँ बदल सकती हैं। सुनिश्चित करें कि स्टेज को मशीन के इच्छित सेवा जीवन पर गति आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए रेट किया गया है।

अन्य प्रभावों में सिस्टम का आकार और पर्यावरण संबंधी बाधाएँ शामिल हैं। क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर दोनों आकार की बाधाओं पर विचार करें। सिस्टम के कुल पदचिह्न को प्रभावित करने वाले कारकों में शामिल है कि ड्राइव मैकेनिक्स बाहरी हैं या आंतरिक और केबलिंग का प्रबंधन कैसे किया जाता है। पर्यावरणीय बाधाओं में क्लीन-रूम अनुप्रयोग शामिल हो सकते हैं, जिसमें मशीन के चलने वाले हिस्सों को कुछ कण उत्पन्न करने चाहिए, या गंदे वातावरण, जहाँ परिवेशी कण स्टेज के भीतर अत्यधिक घर्षण पैदा कर सकते हैं और विश्वसनीयता और प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। ऑपरेटिंग तापमान एक प्रमुख पर्यावरणीय मुद्दा है जो स्टेज के प्रदर्शन को नाटकीय रूप से प्रभावित कर सकता है। दो या तीन डिग्री जितना कम तापमान परिवर्तन स्टेज की सहनशीलता को बदलने के लिए पर्याप्त विस्तार का कारण बन सकता है।

कई अनुप्रयोगों में बहु-अक्षीय गति की आवश्यकता होती है। एक बहु-अक्षीय प्रणाली में, विभिन्न दिशाओं में गति के लिए चरणों को स्टैक किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, एक सिलिकॉन-वेफर निरीक्षण प्रणाली को रैखिक प्रदान करने की आवश्यकता हो सकती हैXऔरYगति के साथ-साथ घूर्णनशीलथीटाऐसी प्रणालियों में, यह विचार करना महत्वपूर्ण है कि ज्यामिति शेष प्रणाली में सहनशीलता को कैसे प्रभावित करती है। उदाहरण के लिए, जब दो स्टेज एक दूसरे के ऊपर रखे जाते हैं, तो शीर्ष स्टेज अपनी यात्रा के अंत में विक्षेपित हो सकता है। शीर्ष स्टेज का विक्षेपण निचले स्टेज पर कैंटिलीवर लोड का एक कार्य है। इस विक्षेपण को ध्यान में रखा जाना चाहिए या एक अलग विन्यास पर विचार किया जाना चाहिए। स्टेज निर्माता को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि स्टैक्ड स्टेज के विनिर्देश आवेदन आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

मल्टीपल-स्टेज सिस्टम में, केबल प्रबंधन एक लॉजिस्टिक्स और विश्वसनीयता समस्या बन सकता है। केबलों को अक्सर अनदेखा किया जाता है लेकिन वे सिस्टम के जीवन, ज्यामिति और प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। अभिनव केबलिंग समाधानों के लिए स्टेज निर्माता से संपर्क करें। इनमें रगड़ और खिंचाव को कम करने के लिए आंतरिक रूप से केबलों को एकीकृत करना, या अधिक लचीलेपन के लिए बाहरी केबल कनेक्टर के बजाय एकल बाहरी केबल इंटरफ़ेस का उपयोग करना शामिल हो सकता है।

सिस्टम ड्राइव पर निर्णय लेना एक महत्वपूर्ण तत्व है। दो सबसे आम ड्राइव प्रकार बॉल-स्क्रू और लीनियर-मोटर ड्राइव हैं। बॉल-स्क्रू ड्राइव सस्ती और समझने में आसान हैं। प्राकृतिक डंपिंग के साथ, उन्हें नियंत्रित करना आसान है और ब्रेक आसानी से जोड़ा जा सकता है। दूसरी ओर, यांत्रिक घर्षण एक स्थिर वेग बनाए रखना मुश्किल बना सकता है। कुछ स्थितियों में, जैसे तापमान या आर्द्रता चरम पर, बॉल स्क्रू की पिच बदल सकती है और सटीकता को प्रभावित कर सकती है। यदि थर्मल प्रभाव एक मुद्दा है, तो एक रैखिक एनकोडर की आवश्यकता हो सकती है या एक रैखिक-मोटर चरण एक बेहतर विकल्प हो सकता है।

रैखिक-मोटर ड्राइवट्रेन में चुंबकीय ट्रैक और कॉइल असेंबली होती है। चुंबकीय ट्रैक आमतौर पर स्थिर होता है और इसमें स्टील सब्सट्रेट पर लगे स्थायी चुंबकों की एक श्रृंखला होती है। कॉइल असेंबली में सभी कॉपर वाइंडिंग होती हैं और आमतौर पर स्लाइडिंग स्टेज कैरिज पर माउंट होती हैं। कुछ रैखिक मोटर चरणों में केबलिंग को सरल बनाने के साधन के रूप में स्लाइडिंग कैरिज असेंबली पर स्थायी चुंबक होते हैं, लेकिन चुंबक की लंबाई इन प्रणालियों की यात्रा को सीमित करती है।

रैखिक-मोटर ड्राइव आमतौर पर उच्च गति, निरंतर-वेग या लंबी-यात्रा अनुप्रयोगों में हल्के से मध्यम भार के लिए सबसे अच्छे होते हैं। रैखिक-मोटर ड्राइव में बॉल-स्क्रू ड्राइवट्रेन की तुलना में बहुत लंबी यात्रा क्षमता होती है क्योंकि वे यात्रा की लंबाई बढ़ने पर भी नहीं झुकते हैं। वे बेहतर वेग नियंत्रण प्रदान कर सकते हैं लेकिन मूविंग कॉइल और रैखिक एनकोडर इलेक्ट्रॉनिक्स केबल प्रबंधन को अधिक जटिल बनाते हैं। इसके अलावा, बड़ी रैखिक ड्राइव भारी होती हैं और यात्रा की लंबाई और चुंबक के आकार में वृद्धि के साथ महंगी हो सकती हैं।

ड्राइव के प्रकार को चुनने में एक महत्वपूर्ण विचार रोकने की क्षमता और माउंटिंग अभिविन्यास है। रैखिक-मोटर ड्राइव बिना शक्ति के स्वतंत्र रूप से चलती हैं, जबकि बॉल-स्क्रू ड्राइव में गति को कम करने के लिए घर्षण होता है। यह उन अनुप्रयोगों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां ड्राइव को लंबवत रूप से माउंट किया जाना चाहिए। क्योंकि एक रैखिक-मोटर चरण वस्तुतः घर्षण रहित होता है, इसलिए बिजली की कमी से गाड़ी स्वतंत्र रूप से गिर जाएगी। इसके अलावा, गुरुत्वाकर्षण बल को हमेशा दूर किया जाना चाहिए, जो मोटर पर एक बड़ी निरंतर बल की आवश्यकता डालता है। बॉल-स्क्रू ड्राइव ऊर्ध्वाधर अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हैं, क्योंकि रैखिक मोटर लंबवत रूप से चलने पर जल्दी से गर्म हो सकते हैं या उन्हें प्रतिसंतुलन की आवश्यकता हो सकती है।

मोटर का चयन करने में ट्रेड-ऑफ़ भी शामिल हो सकते हैं। आम रोटरी मोटर सबसे कम खर्चीले विकल्प हैं, लेकिन वे ड्राइव-सिस्टम स्पेस आवश्यकताओं को बढ़ाते हैं। रैखिक मोटर कम जगह लेते हैं लेकिन अधिक महंगे होते हैं क्योंकि उनमें रोटरी मोटर की तुलना में अधिक चुंबक होते हैं और उन्हें रैखिक एनकोडर की आवश्यकता होती है। बॉल-स्क्रू-चालित चरण रैखिक एनकोडर का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन मोटर और बॉल स्क्रू पर रोटरी एनकोडर अक्सर उतना ही अच्छा काम करेंगे और कम खर्च होंगे। स्टेपर मोटर या सर्वोमोटर का उपयोग करने से जुड़े ट्रेड-ऑफ़ भी हैं। स्टेपर कम महंगे हैं लेकिन सर्वोमोटर का उच्च गति प्रदर्शन बेहतर है।

बॉल-स्क्रू-चालित स्टेज के लिए एक विकल्प फ्रेमलेस मोटर है। फ्रेमलेस मोटर स्टेज में निर्मित एक मानक ब्रशलेस मोटर है। रोटर मैग्नेट सीधे बॉल-स्क्रू शाफ्ट से बंधे होते हैं और स्टेटर वाइंडिंग स्टेज के अंत में एकीकृत होते हैं। यह विन्यास मोटर कपलर को समाप्त करता है, जो कई इंच की जगह बचाता है। कपलर की अनुपस्थिति मोटर-टू-बॉल-स्क्रू कनेक्शन के हिस्टैरिसिस और वाइंड-अप को कम करती है, जिससे प्रदर्शन में सुधार होता है। स्टेज निर्माताओं को अनुप्रयोग के लिए सर्वोत्तम कुल समाधान को परिभाषित करने में मदद करने के लिए मोटर और एनकोडर पर विशेषज्ञता प्रदान करनी चाहिए।

एक बार जब सिस्टम गति के यांत्रिक और विद्युत पहलुओं को अच्छी तरह से समझ लिया जाता है और चरणों का चयन किया जाता है, तो नियंत्रण प्रणाली के विवरण को हल किया जा सकता है। एक नियंत्रण प्रणाली को ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ संगत होना चाहिए, इस तथ्य पर विशेष ध्यान देते हुए कि सभी ड्राइव अपने कनेक्टर पर फीडबैक जानकारी प्रदान नहीं करते हैं। आदर्श रूप से, नियंत्रक को अतिरिक्त हार्डवेयर के बिना सीधे ट्रांसड्यूसर और एक्ट्यूएटर सिग्नल से इंटरफेस करना चाहिए। नियंत्रक के पास सिस्टम की प्राकृतिक डेटा दरों के भीतर नियंत्रण लूप को बंद करने या आवश्यकतानुसार कई गति अक्षों की गति को एक साथ समन्वयित करने के लिए पर्याप्त प्रदर्शन भी होना चाहिए।