Каким бы сложным ни был ваш контроллер движения, он не сможет компенсировать недостатки плохо спроектированной электромеханической системы.

Системы управления движением состоят из трех основных компонентов: механизма позиционирования, электроники управления двигателем и контроллера движения. Каждый из этих компонентов следует тщательно выбирать, но для достижения наилучших результатов системы сначала необходимо спланировать механизм позиционирования. Если механизм не способен удовлетворить требованиям, приводы и контроллер движения не смогут компенсировать недостаток.

Первый шаг в проектировании любой системы перемещения — это полное описание и понимание процесса. На основе этого описания составьте список параметров производительности компонентов. Этот список включает в себя параметры первого порядка, такие как количество осей, длина перемещения каждой оси, точность перемещения (включая разрешение, повторяемость и погрешность), грузоподъемность и физические размеры платформ. Менее очевидные, но не менее важные параметры включают в себя ограничения или проблемы, связанные с окружающей средой, выбор привода, работу в нескольких ориентациях, организацию кабелей в многоосевых конфигурациях, планирование срока службы и простоту интеграции. Быстрый обзор этих параметров показывает, что все они связаны с механизмом позиционирования, поэтому тщательная оценка этих компонентов имеет решающее значение для успеха проекта.

В зависимости от типа системы позиционирования, система будет линейной, вращательной или представлять собой комбинацию нескольких платформ в многоосевой системе. Даже в довольно простых одноосевых системах необходимо учитывать множество факторов. Нагрузки являются важнейшим аспектом этого профиля, поскольку такие параметры, как вес полезной нагрузки и смещение (центр тяжести), могут существенно повлиять на требования к перемещению. Следует учитывать типичный и максимальный вес груза, а также максимальное и минимальное расстояние, которое должна пройти платформа, требуемую скорость перемещения и ускорение.

Важно рассматривать платформу как неотъемлемую часть всей системы. Способ крепления платформы и конструкция крепления, например, оказывают существенное влияние на ее производительность и соответствие техническим требованиям. Например, в высокоскоростных системах контроля, где образцы быстро колеблются взад и вперед под камерой, линейная позиционирующая платформа должна быть установлена ​​на конструкции, способной выдерживать «эффект встряхивания краски» движущейся нагрузки. Аналогично, линейная платформа с большим ходом, выбранная для обеспечения высокой точности плоскостности, должна быть установлена ​​на достаточно плоской поверхности, чтобы избежать деформации из-за прилегания платформы к неровной поверхности.

При определении технических характеристик платформы также следует учитывать требования к сроку службы системы. Если требования меняются в течение срока службы машины, это может вывести систему за пределы допустимых отклонений для позиционирующей платформы и ухудшить точность, производительность и надежность машины. Как и в случае с любым движущимся компонентом, возможности позиционирования могут изменяться при длительной эксплуатации. Убедитесь, что платформа рассчитана на соответствие требованиям к перемещению в течение предполагаемого срока службы машины.

К другим факторам относятся размеры и экологические ограничения системы. Следует учитывать как горизонтальные, так и вертикальные ограничения по размерам. Факторы, влияющие на общие габариты системы, включают в себя расположение приводных механизмов — внешние или внутренние, а также способ прокладки кабелей. Экологические ограничения могут включать в себя применение в чистых помещениях, где движущиеся части машины должны генерировать минимальное количество частиц, или в загрязненных средах, где окружающие частицы могут вызывать чрезмерное трение внутри платформы и влиять на надежность и производительность. Рабочая температура является ключевым экологическим фактором, который может существенно повлиять на производительность платформы. Изменение температуры всего на два-три градуса может вызвать достаточное расширение, чтобы изменить допуски платформы.

Многие приложения требуют многоосевого перемещения. В многоосевой системе платформы должны быть расположены друг над другом для обеспечения перемещения в разных направлениях. Например, система контроля кремниевых пластин может нуждаться в обеспечении линейного перемещения.XиYдвижение, а также вращательноететаВ таких системах важно учитывать, как геометрия влияет на допуски в остальной части системы. Например, при установке двух ступеней друг на друга верхняя ступень может прогибаться в конце своего хода. Прогиб верхней ступени зависит от консольной нагрузки на нижнюю ступень. Этот прогиб необходимо учитывать, или же следует рассмотреть другую конфигурацию. Производитель ступеней должен гарантировать, что технические характеристики установленных друг на друга ступеней соответствуют требованиям применения.

В многоступенчатых системах прокладка кабелей может стать проблемой логистики и надежности. Кабели часто остаются без внимания, но могут влиять на срок службы, геометрию и производительность системы. Обратитесь к производителю сценического оборудования за инновационными решениями в области прокладки кабелей. Это может включать в себя интеграцию кабелей внутри конструкции для уменьшения трения и сопротивления, или использование единого внешнего кабельного интерфейса вместо внешних кабельных разъемов для большей гибкости.

Выбор привода системы является ключевым элементом. Два наиболее распространенных типа приводов — это шариковинтовые и линейные мотор-приводы. Шариковинтовые приводы недороги и просты в понимании. Благодаря естественному демпфированию ими легко управлять, и тормоз можно легко добавить. С другой стороны, механическое трение может затруднить поддержание постоянной скорости. В некоторых условиях, таких как экстремальные температуры или влажность, шаг шариковинтовой передачи может изменяться и влиять на точность. Если тепловые эффекты являются проблемой, может потребоваться линейный энкодер или линейный мотор-привод может быть лучшим выбором.

Приводы линейных двигателей состоят из магнитной дорожки и катушки. Магнитная дорожка, как правило, неподвижна и представляет собой ряд постоянных магнитов, установленных на стальной подложке. Катушка содержит все медные обмотки и обычно крепится к каретке скользящего механизма. В некоторых приводах линейных двигателей постоянные магниты расположены на каретке скользящего механизма для упрощения кабельной разводки, но длина магнитов ограничивает перемещение таких систем.

Линейные приводы, как правило, лучше всего подходят для легких и средних нагрузок в высокоскоростных, постоянноскоростных или длинноходовых системах. Линейные приводы обладают гораздо большей длиной хода, чем шариковинтовые приводы, поскольку они не провисают при увеличении длины хода. Они могут обеспечить лучшее управление скоростью, но электроника подвижной катушки и линейного энкодера усложняет прокладку кабелей. Кроме того, большие линейные приводы тяжелее и могут стать дороже по мере увеличения длины хода и размера магнита.

Важным фактором при выборе типа привода является возможность остановки и ориентация при монтаже. Линейные двигатели работают в свободном режиме без питания, тогда как шариковинтовые приводы используют трение для гашения колебаний. Это особенно важно в тех случаях, когда привод должен быть установлен вертикально. Поскольку платформа линейного двигателя практически не имеет трения, потеря мощности приведет к свободному падению каретки. Кроме того, необходимо постоянно преодолевать силу тяжести, что предъявляет к двигателю большие непрерывные требования к усилию. Шариковинтовые приводы больше подходят для вертикальных применений, поскольку линейные двигатели могут быстро перегреваться при вертикальной работе или могут потребовать противовеса.

Выбор двигателя также может подразумевать компромиссы. Обычные роторные двигатели — самый дешевый вариант, но они увеличивают требования к пространству в системе привода. Линейные двигатели занимают меньше места, но стоят дороже, поскольку имеют больше магнитов, чем роторные двигатели, и требуют линейного энкодера. В приводах на шариковинтовой передаче можно использовать линейные энкодеры, но поворотные энкодеры на двигателе и шариковинтовой передаче часто работают так же хорошо и стоят дешевле. Также существуют компромиссы, связанные с использованием шаговых двигателей или серводвигателей. Шаговые двигатели дешевле, но серводвигатели обладают лучшими характеристиками на высоких скоростях.

В качестве альтернативы для привода каскада с шариковинтовой передачей можно использовать бескаркасный двигатель. Бескаркасный двигатель представляет собой стандартный бесщеточный двигатель, встроенный в каскад. Магниты ротора припаяны непосредственно к валу шариковинтовой передачи, а обмотки статора интегрированы в торцевую часть каскада. Такая конфигурация исключает необходимость в соединительной муфте двигателя, что экономит несколько сантиметров пространства. Отсутствие муфты уменьшает гистерезис и натяжение в соединении двигателя с шариковинтовой передачей, что повышает производительность. Производители каскадов должны обладать экспертными знаниями в области двигателей и энкодеров, чтобы помочь определить оптимальное комплексное решение для конкретного применения.

После того, как механические и электрические аспекты движения системы будут хорошо поняты и выбраны этапы, можно будет проработать детали системы управления. Система управления должна быть совместима с электроникой привода, при этом следует учитывать, что не все приводы предоставляют информацию обратной связи через свои разъемы. В идеале контроллер должен напрямую взаимодействовать с сигналами преобразователя и исполнительного механизма без дополнительного оборудования. Контроллер также должен обладать достаточной производительностью для замыкания контуров управления в пределах естественной скорости передачи данных системы или одновременной координации движения нескольких осей движения по мере необходимости.