चाहे आपका मोशन कंट्रोलर कितना भी परिष्कृत क्यों न हो, वह खराब तरीके से डिजाइन की गई इलेक्ट्रोमैकेनिकल प्रणाली को मात नहीं दे सकता।

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

किसी भी गति प्रणाली को डिज़ाइन करने का पहला चरण प्रक्रिया का पूरी तरह से वर्णन और समझना है। इस विवरण से घटक प्रदर्शन मापदंडों की एक सूची बनाएँ। इस सूची में प्रथम-क्रम के मापदंड शामिल हैं जैसे अक्षों की संख्या, प्रत्येक अक्ष की यात्रा अवधि, गति की परिशुद्धता (रिज़ॉल्यूशन, दोहराव और सटीकता सहित), पेलोड क्षमता और चरणों का भौतिक आकार। कम स्पष्ट लेकिन समान रूप से महत्वपूर्ण मापदंड पर्यावरणीय बाधाएँ या चुनौतियाँ, ड्राइव का चयन, बहु-दिशाओं में संचालन, बहु-अक्षीय विन्यासों में केबल प्रबंधन, जीवनकाल नियोजन और एकीकरण में आसानी शामिल हैं। इन मापदंडों की एक त्वरित समीक्षा से पता चलता है कि ये सभी स्थिति निर्धारण तंत्र से संबंधित हैं और इसलिए इन घटकों का गहन मूल्यांकन परियोजना की सफलता के लिए महत्वपूर्ण है।

अनुप्रयोग यह निर्धारित करेगा कि पोजिशनिंग स्टेज रैखिक है, घूर्णी है, या बहु-अक्षीय प्रणाली में स्टेजों के संयोजन को समाहित करता है। यहाँ तक कि सीधे-सादे एकल-अक्षीय अनुप्रयोगों में भी, कई बातों का ध्यान रखना पड़ता है। भार इस प्रोफ़ाइल का एक महत्वपूर्ण पहलू है, क्योंकि पेलोड भार और ऑफसेट (गुरुत्व केंद्र) जैसे मुद्दे गति आवश्यकताओं को नाटकीय रूप से प्रभावित कर सकते हैं। सामान्य और अधिकतम भार भार के साथ-साथ स्टेज द्वारा तय की जाने वाली अधिकतम और न्यूनतम दूरी, आवश्यक यात्रा गति और त्वरण पर भी विचार करें।

स्टेज को बड़ी प्रणाली का एक अभिन्न अंग मानना ज़रूरी है। उदाहरण के लिए, स्टेज को कैसे लगाया जाता है और उसकी संरचना का स्टेज के प्रदर्शन और उसकी विशिष्टताओं को पूरा करने की क्षमता पर गहरा प्रभाव पड़ता है। उदाहरण के लिए, एक उच्च-गति निरीक्षण अनुप्रयोग में, जहाँ नमूने कैमरे के नीचे तेज़ी से आगे-पीछे दोलन करते हैं, एक रैखिक-स्थिति स्टेज को ऐसी संरचना पर लगाया जाना चाहिए जो गतिमान भार के "पेंट-शेकर प्रभाव" को झेल सके। इसी प्रकार, समतलता में उच्च परिशुद्धता के लिए चुने गए एक लंबी-यात्रा वाले रैखिक स्टेज को एक उचित रूप से समतल सतह पर लगाया जाना चाहिए ताकि एक असमान सतह पर स्टेज के अनुरूप होने से होने वाली विकृति से बचा जा सके।

स्टेज विनिर्देशों को परिभाषित करते समय सिस्टम की जीवन-काल आवश्यकताओं पर भी विचार करें। यदि मशीन के जीवन-काल 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, पोजिशनिंग क्षमताएँ लंबे समय तक उपयोग के साथ बदल सकती हैं। सुनिश्चित करें कि स्टेज को मशीन के इच्छित सेवा जीवन के दौरान गति आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए रेट किया गया है।

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

कई अनुप्रयोगों में बहु-अक्षीय गति की आवश्यकता होती है। बहु-अक्षीय प्रणाली में, विभिन्न दिशाओं में गति के लिए चरणों को एक साथ रखना आवश्यक होता है। उदाहरण के लिए, एक सिलिकॉन-वेफर निरीक्षण प्रणाली को रैखिक गति प्रदान करने की आवश्यकता हो सकती है।XऔरYगति 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, यदि दो स्टेज एक-दूसरे के ऊपर रखे हों, तो ऊपरी स्टेज अपनी यात्रा के अंत में विक्षेपित हो सकता है। ऊपरी स्टेज का विक्षेपण निचले स्टेज पर कैंटिलीवर भार का एक कार्य है। इस विक्षेपण को ध्यान में रखा जाना चाहिए या किसी भिन्न विन्यास पर विचार किया जाना चाहिए। स्टेज निर्माता को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि ढेर किए गए स्टेज के विनिर्देश अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करते हों।

बहु-चरणीय प्रणालियों में, केबल प्रबंधन एक रसद और विश्वसनीयता समस्या बन सकता है। केबलों को अक्सर अनदेखा कर दिया जाता है, लेकिन ये सिस्टम के जीवनकाल, ज्यामिति और प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। नवीन केबलिंग समाधानों के लिए स्टेज निर्माता से संपर्क करें। इनमें घर्षण और खिंचाव को कम करने के लिए केबलों को आंतरिक रूप से 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 का चयन एक महत्वपूर्ण तत्व है। दो सबसे आम ड्राइव प्रकार हैं बॉल-स्क्रू और लीनियर-मोटर ड्राइव। बॉल-स्क्रू ड्राइव सस्ते और समझने में आसान होते हैं। प्राकृतिक अवमंदन के कारण, इन्हें नियंत्रित करना आसान होता है और ब्रेक आसानी से लगाया जा सकता है। दूसरी ओर, यांत्रिक घर्षण के कारण स्थिर वेग बनाए रखना मुश्किल हो सकता है। कुछ परिस्थितियों में, जैसे तापमान या आर्द्रता की चरम सीमा पर, बॉल स्क्रू की पिच बदल सकती है और सटीकता को प्रभावित कर सकती है। यदि तापीय प्रभाव एक समस्या है, तो एक लीनियर एनकोडर की आवश्यकता हो सकती है या एक लीनियर-मोटर स्टेज एक बेहतर विकल्प हो सकता है।

रैखिक-मोटर ड्राइवट्रेन में एक 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 तांबे की वाइंडिंग होती हैं और आमतौर पर स्लाइडिंग स्टेज कैरिज पर लगी होती हैं। कुछ रैखिक मोटर स्टेज में केबल बिछाने को सरल बनाने के लिए स्लाइडिंग कैरिज असेंबली पर स्थायी चुंबक लगे होते हैं, लेकिन चुंबक की लंबाई इन प्रणालियों की यात्रा को सीमित करती है।

रैखिक-मोटर ड्राइव आमतौर पर उच्च गति, स्थिर-वेग, या लंबी-यात्रा वाले अनुप्रयोगों में हल्के से मध्यम भार के लिए सर्वोत्तम होते हैं। रैखिक-मोटर ड्राइव में बॉल-स्क्रू ड्राइवट्रेन की तुलना में अधिक लंबी यात्रा क्षमता होती है क्योंकि यात्रा की लंबाई बढ़ने पर वे ढीले नहीं पड़ते। वे बेहतर वेग नियंत्रण प्रदान कर सकते हैं, लेकिन मूविंग कॉइल और रैखिक एनकोडर इलेक्ट्रॉनिक्स केबल प्रबंधन को और अधिक जटिल बना देते हैं। इसके अलावा, बड़े रैखिक ड्राइव भारी होते हैं और यात्रा की लंबाई और चुंबक के आकार में वृद्धि के साथ महंगे हो सकते हैं।

ड्राइव के प्रकार का चयन करते समय एक महत्वपूर्ण विचार रोकने की क्षमता और माउंटिंग अभिविन्यास है। रैखिक-मोटर ड्राइव बिना शक्ति के स्वतंत्र रूप से गतिशील होते हैं, जबकि बॉल-स्क्रू ड्राइव में गति को कम करने के लिए घर्षण होता है। यह उन अनुप्रयोगों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहाँ ड्राइव को लंबवत रूप से माउंट किया जाना आवश्यक है। चूँकि रैखिक-मोटर चरण वस्तुतः घर्षण रहित होता है, इसलिए शक्ति की हानि से कैरिज मुक्त रूप से गिर सकता है। इसके अतिरिक्त, गुरुत्वाकर्षण बल को हमेशा दूर करना आवश्यक होता है, जिससे मोटर पर निरंतर अधिक बल की आवश्यकता होती है। बॉल-स्क्रू ड्राइव ऊर्ध्वाधर अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त होते हैं, क्योंकि रैखिक मोटर लंबवत रूप से चलने पर जल्दी गर्म हो सकते हैं या उन्हें प्रतिसंतुलन की आवश्यकता हो सकती है।

मोटर चुनने में कुछ समझौते भी शामिल हो सकते हैं। सामान्य रोटरी मोटर सबसे कम खर्चीले विकल्प होते हैं, लेकिन वे ड्राइव-सिस्टम में जगह की ज़रूरतें बढ़ा देते हैं। लीनियर मोटर कम जगह घेरते हैं, लेकिन ज़्यादा महंगे होते हैं क्योंकि उनमें रोटरी मोटर की तुलना में ज़्यादा चुम्बक होते हैं और उन्हें लीनियर एनकोडर की ज़रूरत होती है। बॉल-स्क्रू से चलने वाले स्टेज में लीनियर एनकोडर का इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन मोटर और बॉल स्क्रू पर लगे रोटरी एनकोडर अक्सर उतने ही अच्छे से काम करते हैं और उनकी कीमत भी कम होती है। स्टेपर मोटर या सर्वोमोटर के इस्तेमाल से जुड़े कुछ समझौते भी हैं। स्टेपर मोटर कम खर्चीले होते हैं, लेकिन सर्वोमोटर का उच्च-गति प्रदर्शन बेहतर होता है।

बॉल-स्क्रू-चालित स्टेज के लिए एक विकल्प फ्रेमलेस मोटर है। फ्रेमलेस मोटर, स्टेज में निर्मित एक मानक ब्रशलेस मोटर होती है। रोटर चुम्बक सीधे बॉल-स्क्रू शाफ्ट से जुड़े होते हैं और स्टेटर वाइंडिंग स्टेज के सिरे में एकीकृत होती हैं। इस विन्यास में मोटर कपलर की आवश्यकता नहीं होती, जिससे कई इंच जगह बचती है। कपलर की अनुपस्थिति मोटर-से-बॉल-स्क्रू कनेक्शन के हिस्टैरिसीस और वाइंड-अप को कम करती है, जिससे प्रदर्शन में सुधार होता है। स्टेज निर्माताओं को मोटर और एनकोडर पर विशेषज्ञता प्रदान करनी चाहिए ताकि इस अनुप्रयोग के लिए सर्वोत्तम समग्र समाधान निर्धारित करने में मदद मिल सके।

एक बार जब सिस्टम गति के यांत्रिक और विद्युतीय पहलुओं को अच्छी तरह समझ लिया जाता है और चरणों का चयन कर लिया जाता है, तो नियंत्रण प्रणाली के विवरण हल किए जा सकते हैं। एक नियंत्रण प्रणाली ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ संगत होनी चाहिए, इस तथ्य पर विशेष ध्यान देते हुए कि सभी ड्राइव अपने कनेक्टरों पर फीडबैक जानकारी प्रदान नहीं करते हैं। आदर्श रूप से, नियंत्रक को बिना किसी अतिरिक्त हार्डवेयर के सीधे ट्रांसड्यूसर और एक्चुएटर संकेतों से इंटरफेस करना चाहिए। नियंत्रक में सिस्टम की प्राकृतिक डेटा दरों के भीतर नियंत्रण लूपों को बंद करने, या आवश्यकतानुसार एक साथ कई गति अक्षों की गति का समन्वय करने के लिए पर्याप्त प्रदर्शन भी होना चाहिए।