Por mais sofisticado que seja o seu controlador de movimento, ele não conseguirá superar um sistema eletromecânico mal projetado.

Os sistemas de controle de movimento consistem em três componentes principais: o mecanismo de posicionamento, a eletrônica de acionamento do motor e o controlador de movimento. Cada um desses componentes deve ser cuidadosamente selecionado, mas para obter os melhores resultados do sistema, planeje primeiro o mecanismo de posicionamento. Se o mecanismo não for capaz de atender aos requisitos, os acionamentos e o controlador de movimento não poderão compensar a diferença.

O primeiro passo no projeto de qualquer sistema de movimento é descrever e compreender completamente o processo. A partir dessa descrição, faça uma lista dos parâmetros de desempenho dos componentes. Essa lista inclui parâmetros de primeira ordem, como número de eixos, comprimento do curso de cada eixo, precisão do movimento (incluindo resolução, repetibilidade e exatidão), capacidade de carga e dimensões físicas dos estágios. Parâmetros menos óbvios, mas igualmente importantes, incluem restrições ou desafios ambientais, seleção do acionamento, operação em múltiplas orientações, gerenciamento de cabos em configurações multieixos, planejamento de vida útil e facilidade de integração. Uma breve análise desses parâmetros mostra que todos estão relacionados ao mecanismo de posicionamento e, portanto, uma avaliação completa desses componentes é fundamental para o sucesso do projeto.

A aplicação definirá se o estágio de posicionamento é linear, rotativo ou incorpora uma combinação de estágios em um sistema multieixos. Mesmo em aplicações de eixo único relativamente simples, há muitas considerações a serem feitas. As cargas são um aspecto vital deste perfil, pois questões como o peso da carga útil e o deslocamento (centro de gravidade) podem impactar drasticamente os requisitos de movimento. Considere os pesos de carga típicos e máximos, bem como a distância máxima e mínima que o estágio deve percorrer, as velocidades de deslocamento necessárias e a aceleração.

É importante considerar a plataforma como parte integrante de um sistema maior. A forma como a plataforma é montada e a estrutura de montagem, por exemplo, têm um impacto significativo no desempenho da plataforma e na sua capacidade de atender às especificações. Por exemplo, em uma aplicação de inspeção de alta velocidade, onde as amostras oscilam rapidamente para frente e para trás sob uma câmera, uma plataforma de posicionamento linear deve ser montada em uma estrutura capaz de suportar o "efeito de agitação" da carga em movimento. Da mesma forma, uma plataforma linear de longo curso, selecionada para alta precisão de planicidade, deve ser montada em uma superfície adequadamente plana para evitar distorções causadas pela adaptação da plataforma a uma superfície irregular.

Ao definir as especificações da plataforma, considere também os requisitos de vida útil do sistema. Se os requisitos mudarem ao longo da vida útil da máquina, o sistema poderá ficar fora da tolerância da plataforma de posicionamento, o que pode degradar a precisão, a produtividade e a confiabilidade da máquina. Como acontece com qualquer componente móvel, as capacidades de posicionamento podem mudar com o uso prolongado. Certifique-se de que a plataforma seja dimensionada para atender aos requisitos de movimento durante a vida útil prevista da máquina.

Outras influências incluem o tamanho e as restrições ambientais do sistema. Considere as restrições de tamanho tanto horizontais quanto verticais. Fatores que podem influenciar a área total ocupada pelo sistema incluem se os mecanismos de acionamento são externos ou internos e como o cabeamento é gerenciado. As restrições ambientais podem incluir aplicações em salas limpas, nas quais as partes móveis da máquina devem gerar poucas partículas, ou ambientes sujos, onde as partículas presentes no ambiente podem causar atrito excessivo dentro da plataforma e afetar a confiabilidade e o desempenho. A temperatura de operação é uma questão ambiental crucial que pode afetar drasticamente o desempenho da plataforma. Uma variação de temperatura de apenas dois ou três graus pode causar expansão suficiente para alterar a tolerância da plataforma.

Muitas aplicações exigem movimento em múltiplos eixos. Em um sistema multieixos, as plataformas precisam ser empilhadas para permitir o movimento em diferentes direções. Um sistema de inspeção de wafers de silício, por exemplo, pode precisar fornecer movimento linear.XeYmovimento, bem como rotacionaltetaEm tais sistemas, é importante considerar como a geometria afeta as tolerâncias no restante do sistema. Por exemplo, com dois estágios empilhados um sobre o outro, o estágio superior pode sofrer deflexão nas extremidades do seu curso. A deflexão do estágio superior é função da carga em balanço no estágio inferior. Essa deflexão deve ser levada em consideração ou uma configuração diferente deve ser considerada. O fabricante dos estágios deve garantir que as especificações dos estágios empilhados atendam aos requisitos da aplicação.

Em sistemas com múltiplos estágios, o gerenciamento de cabos pode se tornar um problema de logística e confiabilidade. Os cabos são frequentemente negligenciados, mas podem afetar a vida útil, a geometria e o desempenho do sistema. Busque soluções inovadoras de cabeamento junto ao fabricante do palco. Essas soluções podem incluir a integração interna dos cabos para reduzir o atrito e o arrasto, ou o uso de uma única interface externa para cabos em vez de conectores externos, para maior flexibilidade.

A escolha do acionamento do sistema é um elemento crucial. Os dois tipos mais comuns são os acionamentos por fuso de esferas e os acionamentos por motor linear. Os acionamentos por fuso de esferas são econômicos e fáceis de entender. Com amortecimento natural, são fáceis de controlar e um freio pode ser adicionado com facilidade. Por outro lado, o atrito mecânico pode dificultar a manutenção de uma velocidade constante. Em certas condições, como temperaturas ou umidade extremas, o passo do fuso de esferas pode variar e afetar a precisão. Se os efeitos térmicos forem um problema, um encoder linear pode ser necessário ou um estágio de motor linear pode ser uma opção melhor.

Os sistemas de transmissão de motores lineares consistem em uma pista magnética e um conjunto de bobinas. A pista magnética é geralmente fixa e consiste em uma série de ímãs permanentes montados em um substrato de aço. O conjunto de bobinas contém todos os enrolamentos de cobre e geralmente é montado no carro deslizante. Alguns estágios de motores lineares possuem os ímãs permanentes no conjunto do carro deslizante como forma de simplificar a fiação, mas o comprimento dos ímãs limita o curso desses sistemas.

Os acionamentos por motor linear são geralmente mais adequados para cargas leves a moderadas em aplicações de alta velocidade, velocidade constante ou longo curso. Os acionamentos por motor linear têm capacidade de curso muito maior do que os acionamentos por fuso de esferas, pois não sofrem deformação permanente à medida que o comprimento do curso aumenta. Eles podem proporcionar melhor controle de velocidade, mas a bobina móvel e a eletrônica do encoder linear tornam o gerenciamento de cabos mais complexo. Além disso, os acionamentos lineares de grande porte são mais pesados ​​e podem se tornar caros à medida que o comprimento do curso e o tamanho do ímã aumentam.

Um fator importante na escolha do tipo de acionamento é a capacidade de parada e a orientação de montagem. Os acionamentos por motor linear são de movimento livre sem energia, enquanto os acionamentos por fuso de esferas possuem atrito para amortecer o movimento. Isso é particularmente importante em aplicações onde o acionamento precisa ser montado verticalmente. Como um estágio de motor linear é praticamente sem atrito, uma perda de energia fará com que o carro caia livremente. Além disso, a força da gravidade precisa ser sempre vencida, o que impõe uma grande força contínua ao motor. Os acionamentos por fuso de esferas são mais adequados para aplicações verticais, pois os motores lineares podem superaquecer rapidamente quando operados verticalmente ou podem exigir um contrapeso.

A escolha de um motor também pode envolver concessões. Os motores rotativos comuns são a opção mais barata, mas aumentam os requisitos de espaço do sistema de acionamento. Os motores lineares ocupam menos espaço, mas são mais caros porque possuem mais ímãs do que um motor rotativo e exigem um encoder linear. Estágios acionados por fuso de esferas podem usar encoders lineares, mas encoders rotativos no motor e no fuso de esferas geralmente funcionam tão bem quanto e custam menos. Também existem concessões associadas ao uso de motores de passo ou servomotores. Os motores de passo são mais baratos, mas os servomotores têm melhor desempenho em alta velocidade.

Uma opção para um estágio acionado por fuso de esferas é um motor sem carcaça. Um motor sem carcaça é um motor brushless padrão integrado ao estágio. Os ímãs do rotor são fixados diretamente ao eixo do fuso de esferas e os enrolamentos do estator são integrados à extremidade do estágio. Essa configuração elimina o acoplador do motor, o que economiza alguns centímetros de espaço. A ausência do acoplador reduz a histerese e a torção da conexão motor-fuso de esferas, o que melhora o desempenho. Os fabricantes de estágios devem oferecer conhecimento especializado em motores e encoders para ajudar a definir a melhor solução completa para a aplicação.

Uma vez compreendidos os aspectos mecânicos e elétricos do movimento do sistema e selecionados os estágios, os detalhes do sistema de controle podem ser definidos. Um sistema de controle deve ser compatível com a eletrônica de acionamento, com atenção especial ao fato de que nem todos os acionamentos fornecem informações de feedback em seus conectores. Idealmente, o controlador deve se conectar diretamente aos sinais do transdutor e do atuador sem a necessidade de hardware adicional. O controlador também deve ter desempenho suficiente para fechar os laços de controle dentro das taxas de dados naturais do sistema ou coordenar simultaneamente o movimento de múltiplos eixos, conforme necessário.