A maioria das pessoas pensa em sistemas de acionamento paralelo como aqueles encontrados em robôs cartesianos/de pórtico. Mas sistemas de acionamento paralelo também podem ser vistos como dois ou mais motores lineares trabalhando em paralelo a partir de um único controlador de acionamento. Isso abrange os robôs estilo cartesiano/de pórtico, além de outras áreas importantes de controle de movimento, como robôs de eixo único de alta e ultra-alta precisão com resolução e precisão de posição na faixa de subnanômetros a picômetros altos. Esses sistemas abrangem áreas como óptica e microscópios, fabricação de semicondutores, máquinas-ferramentas, atuadores de alta força, equipamentos de teste de materiais, trabalho de pick-and-place, operações de montagem, manuseio de máquinas-ferramentas e soldagem a arco. Em suma, existem aplicações tanto no mundo micrométrico quanto submicrométrico.

Problemas de acionamento paralelo
O principal problema com todos os sistemas de acionamento paralelo é o alinhamento ortogonal: a capacidade de manter o eixo paralelo em esquadro. Em sistemas acionados mecanicamente, como parafuso, cremalheira e pinhão, correia e corrente, o principal problema é a fixação do sistema mecânico devido a desalinhamentos ou tolerâncias sobrepostas. Em sistemas de acionamento direto, há um problema adicional de erro senoidal introduzido devido a erros de instalação e variações nos motores lineares.

A prática mais comum para superar esses problemas é acionar e controlar cada lado do sistema paralelo de forma independente, mas sincronizá-los eletronicamente. O custo desse sistema é alto, pois requer o dobro da eletrônica de acionamento e detecção de posição de um sistema de eixo único. Além disso, adiciona erros de sincronização e rastreamento que podem degradar o desempenho do sistema.

O que torna possível conectar motores de eixo linear em paralelo é um motor altamente responsivo. O movimento dinâmico gerado por quaisquer dois motores de eixo linear idênticos é o mesmo quando recebem o mesmo sinal de controle.

Como em todos os sistemas de acionamento paralelo, os motores de eixo linear devem ser fisicamente acoplados a um mecanismo que permita que o eixo tenha apenas um grau de liberdade de movimento. Isso faz com que os motores de eixo linear paralelos atuem como uma unidade única, permitindo a operação com um único encoder e um único servodrive. E, como um motor de eixo linear instalado corretamente opera sem contato, ele não pode introduzir nenhuma restrição mecânica no sistema.

Essas afirmações são verdadeiras para qualquer motor linear sem contato. Os motores de eixo linear diferem de outros motores lineares sem contato em vários aspectos que os permitem funcionar bem em aplicações paralelas.

O projeto do motor de eixo linear posiciona o ímã permanente no centro do campo eletromagnético, tornando o entreferro não crítico. A bobina envolve completamente o ímã, de modo que o efeito líquido do campo magnético é a força. Isso praticamente elimina qualquer variação de força causada por uma diferença no entreferro, seja por desalinhamento ou por diferenças de usinagem, simplificando o alinhamento e a instalação do motor.

Entretanto, o erro de seno — um problema importante — pode causar diferenças de força em qualquer motor linear sem contato.

Motores lineares, assim como motores de eixo linear, são definidos como motores síncronos. Na prática, a corrente é aplicada à bobina para formar um eletroímã que se sincroniza com o campo magnético dos ímãs permanentes na trilha magnética. A força em um motor linear é gerada a partir da intensidade relativa desses campos magnéticos e do ângulo de seu desalinhamento intencional.

Em um sistema de acionamento paralelo, todas as bobinas e trilhas magnéticas se tornam um único motor quando todos os seus campos magnéticos estão perfeitamente alinhados. No entanto, qualquer desalinhamento das bobinas ou trilhas magnéticas causará desalinhamento dos campos magnéticos, produzindo forças diferentes em cada motor. Essa diferença de força pode, por sua vez, travar o sistema. Portanto, o erro senoidal é a diferença nas forças produzidas pelo desalinhamento das bobinas ou trilhas magnéticas.

O erro seno pode ser calculado pela seguinte equação:

F_diferente=F_geração× pecado(2πD_diferente/MP_nn)

ondeF_diferente= diferença de força entre as duas bobinas,F_geração= força gerada,D_diferente= comprimento do desalinhamento eMP_nn= passo magnético norte-norte.

A maioria dos motores lineares do mercado é projetada com um passo magnético norte-norte na faixa de 25 a 60 mm, sob o pretexto de tentar reduzir as perdas por infravermelho e a constante de tempo elétrica. Por exemplo, um desalinhamento de apenas 1 mm em um motor linear com passo magnético de 30 mmnno passo produzirá uma perda de potência de aproximadamente 21%.

O motor de eixo linear compensa essa perda usando um passo magnético norte-norte muito maior, o que reduz o efeito do erro de seno causado por desalinhamento acidental. O mesmo desalinhamento de 1 mm em um motor de eixo linear com passo de 90 mm produzirá uma perda de potência de apenas 7%.

Sistemas de acionamento paralelo
Um posicionamento verdadeiramente preciso só é possível para robôs uniaxiais de alta e ultra-alta precisão quando o feedback está diretamente no centro de massa do ponto de trabalho. A geração de força do motor também deve se concentrar exatamente no centro de massa do ponto de trabalho. No entanto, normalmente é impossível ter o motor e o feedback exatamente no mesmo local!

Colocar um encoder no centro de massa e usar motores de eixo linear paralelos igualmente espaçados do centro de massa proporciona o feedback e a geração de força desejados no centro de massa. Isso não é possível para outros tipos de sistemas de acionamento paralelo que precisam de dois conjuntos de encoders e servodrives para criar esse tipo de acionamento paralelo.

O acionamento/codificador único funciona melhor em aplicações de ultra-alta precisão e oferece aos construtores de sistemas de pórtico uma enorme vantagem. No passado, os sistemas podiam ter dois motores diferentes acionando fusos de esferas separados usando dois controladores diferentes conectados eletronicamente, ou até mesmo dois motores lineares com dois encoders conectados eletronicamente a dois acionamentos. Agora, as mesmas ações podem ser obtidas com dois motores de eixo linear, um encoder e um amplificador/driver, desde que a rigidez do sistema seja suficientemente alta.

Isso também é uma vantagem para aplicações que exigem quantidades extremamente altas de força. É possível conectar qualquer número de motores de eixo linear em paralelo, somando assim suas forças.