A maioria das pessoas pensa em sistemas de acionamento paralelo como aqueles encontrados em robôs cartesianos/pórticos. Mas os 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 do tipo cartesiano/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 altos picômetros. Esses sistemas vão para áreas como óptica e microscópios, fabricação de semicondutores, máquinas-ferramentas, atuadores com alta força, equipamentos de teste de materiais, trabalho pick-and-place, operações de montagem, manuseio de máquinas-ferramentas e soldagem a arco. Resumindo, existem aplicações tanto no mundo mícron quanto no submícron.

Problemas de unidade paralela
O principal problema com todos os sistemas de acionamento paralelo é o alinhamento ortogonal: a capacidade de manter o eixo paralelo quadrado. Em sistemas acionados mecanicamente, como parafuso, pinhão e cremalheira, correia e corrente, o principal problema é a ligação do sistema mecânico contra desalinhamento ou tolerâncias empilhadas. 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 conduzir e controlar cada lado do sistema paralelo de forma independente, mas sincronizá-los eletronicamente. O custo de tal sistema é alto porque ele precisa do dobro da eletrônica de acionamento e detecção de posição de um sistema de eixo único. Ele também 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 recebe o mesmo sinal de controle.

Tal como acontece com todos os sistemas de acionamento paralelo, os motores de eixo linear devem ser fisicamente acoplados a um mecanismo que permita ao eixo ter apenas um movimento de um grau de liberdade. Isso faz com que os motores de eixo linear paralelo atuem como uma unidade única para permitir a operação com um único encoder e um único servodriver. E, como um motor de eixo linear instalado corretamente opera sem contato, ele não pode introduzir nenhuma ligação mecânica no sistema.

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

O projeto do motor de eixo linear coloca o ímã permanente no centro do campo eletromagnético, tornando o entreferro não crítico. A bobina envolve completamente o ímã, então 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 diferenças de usinagem, simplificando o alinhamento e a instalação do motor.

No entanto, o erro senoidal – um problema importante – pode causar diferenças de força em qualquer motor linear sem contato.

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

Em um sistema de acionamento paralelo, todas as bobinas e trilhas magnéticas tornam-se um único motor quando todos os seus campos magnéticos estão perfeitamente alinhados. Porém, qualquer desalinhamento das bobinas ou trilhas magnéticas causará desalinhamento dos campos magnéticos, produzindo forças diferentes em cada motor. Esta diferença de força pode, por sua vez, vincular o sistema. Portanto, o erro senoidal é a diferença nas forças produzidas pelo desalinhamento das bobinas ou trilhas magnéticas.

O erro senoidal pode ser calculado pela seguinte equação:

F_diferença=F_geração× pecado (2πD_diferença/MP_nn)

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

A maioria dos motores lineares no mercado são projetados com um passo magnético norte-norte na faixa de 25 a 60 mm, sob o pretexto de tentar reduzir as perdas IR e a constante de tempo elétrica. Por exemplo, um desalinhamento de apenas 1 mm em um motor linear com diâmetro de 30 mmnno pitch produzirá uma perda de potência de aproximadamente 21%.

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

Sistemas de acionamento paralelo
O posicionamento verdadeiramente preciso só é possível para robôs de eixo único 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 no centro da massa do ponto de trabalho. No entanto, normalmente é impossível ter o motor e o feedback exatamente no mesmo local!

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

O drive único/codificador único funciona melhor em usos de precisão ultra-alta 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 codificadores conectados eletronicamente com dois acionamentos. Agora, as mesmas ações podem vir de dois motores de eixo linear, um codificador e um amplificador/driver, desde que a rigidez do sistema seja suficientemente alta.

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