לא משנה עד כמה בקר התנועה שלך מתוחכם, הוא לא יכול להתגבר על מערכת אלקטרומכנית מעוצבת בצורה לא טובה.

מערכות בקרת תנועה מורכבות משלושה רכיבים עיקריים: מנגנון המיקום, האלקטרוניקה של כונן מנוע ובקר תנועה. יש לבחור בקפידה את כל אחד מהרכיבים הללו אך לקבלת תוצאות המערכת הטובות ביותר, תכנן תחילה את מנגנון המיקום. אם המנגנון אינו מסוגל לעמוד בדרישות, הכוננים ובקר התנועה אינם יכולים להוות את ההבדל.

השלב הראשון בעיצוב כל מערכת תנועה הוא לתאר ולהבין את התהליך באופן מלא. ערוך רשימה של פרמטרי ביצועי רכיב מתיאור זה. רשימה זו כוללת פרמטרים מסדר ראשון כגון מספר צירים, אורך הנסיעה של כל ציר, דיוק של התנועה (כולל רזולוציה, יכולת חוזרת ודיוק), יכולת עומס המשא וגודל הפיזי של השלבים. פרמטרים פחות ברורים אך חשובים לא פחות כוללים אילוצים או אתגרים סביבתיים, בחירת כניסה, תפעול בכיוונים מרובים, ניהול כבלים בתצורות מולטיקס, תכנון לכל החיים וקלות השילוב. סקירה מהירה של פרמטרים אלה מראה כי כולם מתייחסים למנגנון המיקום ולכן הערכה יסודית של רכיבים אלה היא קריטית להצלחה בפרויקט.

היישום יגדיר אם שלב המיקום הוא לינארי, סיבוב או משלב שילוב של שלבים במערכת מולטיקסיס. אפילו ביישומים די פשוטים עם ציר יחיד, ישנם שיקולים רבים. העומסים הם היבט חיוני בפרופיל זה, שכן סוגיות כמו משקל עומס וקיזוז (מרכז הכובד) יכולות להשפיע באופן דרמטי בדרישות התנועה. שקול משקולות עומס טיפוסיות ומקסימאליות כמו גם את המרחק המרבי והמינימלי שעל השלב לנסוע, מהירויות נסיעה נדרשות ותאוצה.

חשוב לראות את הבמה כחלק בלתי נפרד מהמערכת הגדולה יותר. אופן הרכבה של הבמה ומבנה ההרכבה, למשל, משפיעים דרמטיים על ביצועי הבמה ויכולת לעמוד במפרטים. לדוגמה, ביישום בדיקה במהירות גבוהה בה דגימות מתנדנדות במהירות קדימה ואחורה מתחת למצלמה, יש להרכיב שלב מיקום ליניארי על מבנה שיכול לעמוד ב"אפקט הצבע-שייקר "של העומס הנע. באופן דומה, יש להרכיב שלב ליניארי ארוך-נסיעה שנבחר לדיוק גבוה בשטוח על משטח שטוח כראוי כדי למנוע עיוות מהבמה המתאימה למשטח שאינו פלאט.

שקול גם את דרישות החיים של המערכת בעת הגדרת מפרטי הבמה. אם הדרישות משתנות לאורך חיי המכונה, היא עשויה לשים את המערכת מחוץ לסובלנות שלב המיקום ויכולה להשפיל את דיוק המכונה, הפרודוקטיביות והאמינות. כמו בכל רכיב נע, יכולות המיקום עשויות להשתנות עם שימוש מורחב. וודא שהשלב מדורג כדי לעמוד בדרישות ההצעה על חיי השירות המיועדים של המכונה.

השפעות אחרות כוללות את הגודל והאילוצים הסביבתיים של המערכת. שקול אילוצי גודל אופקיים וגם אנכיים. גורמים שיכולים להשפיע על טביעת הרגל הכוללת של המערכת כוללים האם מכניקת הכונן הם חיצוניים או פנימיים וכיצד מנוהל הכבלים. אילוצים סביבתיים יכולים לכלול יישומי חדר נקי, בהם החלקים הנעים של המכונה חייבים לייצר מעט חלקיקים, או סביבות מלוכלכות, בהן חלקיקי הסביבה יכולים לגרום לחיכוך מוגזם בשלב ולהשפיע על אמינות וביצועים. טמפרטורת ההפעלה היא סוגיה סביבתית מרכזית שיכולה להשפיע באופן דרמטי בביצועי הבמה. שינוי טמפרטורה של שתיים או שלוש מעלות יכול לגרום להתרחבות מספקת לשינוי סובלנות הבמה.

יישומים רבים דורשים תנועה של ציר מרובה. במערכת Multiaxis, יש לערום שלבים לתנועה בכיוונים שונים. מערכת פיקוח סיליקון-וופר, למשל, עשויה להיות צריכה לספק ליניאריXוכןYתנועה כמו גם סיבוביתתטאו במערכות כאלה, חשוב לקחת בחשבון כיצד הגיאומטריה משפיעה על סובלנות בשאר המערכת. לדוגמה, עם שני שלבים מוערמים זה על זה, השלב העליון יכול להסיט בקצות נסיעתו. סטיה של השלב העליון היא פונקציה של עומס השלוחה בשלב התחתון. יש לקחת בחשבון סטיה זו או שיש לקחת בחשבון תצורה שונה. על יצרן הבמה להבטיח כי המפרט של השלבים הנערמים עומד בדרישות היישום.

במערכות מרובות שלבים, ניהול כבלים יכול להפוך לבעיית לוגיסטיקה ואמינות. לעתים קרובות מתעלמים מהכבלים אך יכולים להשפיע על החיים, הגיאומטריה והביצועים של המערכת. התבונן ביצרן הבמה אחר פתרונות כבלים חדשניים. אלה עשויים לכלול שילוב של כבלים באופן פנימי להפחתת שפשוף וגרור, או שימוש בממשק כבלים חיצוני יחיד ולא מחברי כבלים חיצוניים לגמישות רבה יותר.

ההחלטה בכונן המערכת היא אלמנט מפתח. שני סוגי הכונן הנפוצים ביותר הם כונני בורג כדורים ומנועי ליניארית. כונני בורג כדורים זולים וקלים להבנה. עם דעיכה טבעית, הם קלים לשליטה וניתן להוסיף בקלות בלם. מצד שני, חיכוך מכני יכול להקשות על שמירה על מהירות קבועה. בתנאים מסוימים, כמו טמפרטורה או קיצוניות לחות, המגרש של בורג הכדור יכול להשתנות ולהשפיע על הדיוק. אם השפעות תרמיות הן בעיה, יתכן ויהיה צורך בקודד ליניארי או שלב מנוע ליניארי עשוי להיות בחירה טובה יותר.

מסלולי המנוע לינאריים-מוטוריים מורכבים ממסלול מגנטי ומכלול סליל. המסלול המגנטי נייח בדרך כלל ומורכב מסדרה של מגנטים קבועים המותקנים על מצע פלדה. מכלול הסליל מכיל את כל פיתולי הנחושת ובדרך כלל מתקנים לעגלת הבמה הזזה. כמה שלבי מנוע ליניאריים כוללים את המגנטים הקבועים במכלול העגלה הזזה כאמצעי לפשטת הכבלים, אך אורך המגנט מגביל את נסיעתן של מערכות אלה.

כוננים לינאריים-מוטוריים הם בדרך כלל הטובים ביותר לעומסים קלים עד בינוניים ביישומים במהירות גבוהה, מהירות קבועה או מסע ארוך. לכוננים לינאריים-מוטוריים יש יכולת נסיעה ארוכה בהרבה מאשר מסלולי טיסה של בורג הכדור מכיוון שהם אינם שופעים ככל שאורך הנסיעה גדל. הם יכולים לספק בקרת מהירות טובה יותר אך הסליל הנע והאלקטרוניקה המקודדת הליניארית הופכים את ניהול הכבלים למורכב יותר. בנוסף, כוננים לינאריים גדולים הם כבדים יותר ויכולים להיות יקרים ככל שאורך הנסיעה וגודל המגנט גדלים.

שיקול חשוב בבחירת סוג הכונן הוא יכולת עצירה וכיוון הרכבה. כוננים לינאריים-מוטוריים נעים חופשיים ללא כוח, ואילו כונני בורח כדור יש חיכוך להטיל תנועה. זה חשוב במיוחד ביישומים שבהם הכונן צריך להתגבר אנכית. מכיוון ששלב מוטורי ליניארי הוא כמעט ללא חיכוך, אובדן כוח יאפשר לכרכרה חופשית ליפול. בנוסף, תמיד יש להתגבר על כוח הכובד, מה שמציב דרישת כוח רציפה גדולה על המנוע. כונני בורג כדורים מתאימים יותר ליישומים אנכיים, מכיוון שמנועים לינאריים יכולים להתחמם יתר על המידה במהירות כאשר הם מפעילים אנכית או עשויים לדרוש איזון נגדי.

בחירת מנוע עשויה להיות כרוכה גם בסחר. מנועים סיבוביים נפוצים הם האפשרות הפחות יקרה, אך הם מוסיפים לדרישות שטח של מערכות כונן. מנועים לינאריים תופסים פחות מקום אך הם יקרים יותר מכיוון שיש להם יותר מגנטים מאשר מנוע סיבוב ודורשים מקודד ליניארי. שלבים מונעים על ידי בורח בכדור יכולים להשתמש בקודדים לינאריים, אך מקודדים סיבוביים על המנוע ובורג הכדור יעבדו לעיתים קרובות באותה מידה ויעלו פחות. ישנם גם חילופי דברים הקשורים לשימוש במנועי צעד או סרוו-מוטורים. פסגות פחות יקרות אך לסרוו-מוטורים יש ביצועים טובים יותר במהירות גבוהה.

אפשרות לשלב מונע על ידי בורח היא מנוע ללא מסגרת. מנוע ללא מסגרת הוא מנוע ללא מברשות סטנדרטי המובנה בתוך הבמה. מגנטים הרוטור קשורים ישירות לפיר הברגה בכדור ופיתולי הסטטור משולבים בסוף הבמה. תצורה זו מבטלת את מצמד המנוע, החוסך כמה סנטימטרים של שטח. היעדרו של המצמד מקטין את ההיסטריה ואת פיתול החיבור למוטור לכדור-בורג, המשפר את הביצועים. על יצרני הבמה לספק מומחיות על מנועים וקודדים שיעזרו להגדיר את הפיתרון הכולל הטוב ביותר ליישום.

ברגע שמובנים היטב את ההיבטים המכניים והחשמליים של תנועת המערכת ואת השלבים שנבחרו, ניתן לפתור את פרטי מערכת הבקרה. מערכת בקרה צריכה להיות תואמת לאלקטרוניקה של Drive, תוך תשומת לב מיוחדת לעובדה שלא כל הכוננים מספקים מידע משוב על המחברים שלהם. באופן אידיאלי, על הבקר להתממשק ישירות לאותות מתמר ומפעיל ללא חומרה נוספת. על הבקר להיות מספיק ביצועים כדי לסגור את לולאות הבקרה בתוך שיעורי הנתונים הטבעיים של המערכת, או לתאם בו זמנית את התנועה של צירי תנועה מרובים לפי הצורך.