Большинство людей думают, что системы с параллельным приводом используются в декартовых/портальных роботах. Но системы с параллельным приводом также можно рассматривать как два или более линейных двигателя, работающих параллельно от одного контроллера привода. Сюда входят роботы декартового/портального типа, а также другие основные области управления движением, такие как высокоточные и сверхвысокоточные одноосные роботы, имеющие разрешение и точность позиционирования в диапазоне от субнанометра до высокого пикометра. Эти системы применяются в таких областях, как оптика и микроскопы, производство полупроводников, станки, приводы с высокой силой, оборудование для испытаний материалов, сборочные работы, сборочные операции, манипуляции со станками и дуговая сварка. В общем, есть приложения как в микронном, так и в субмикронном мире.

Проблемы с параллельным приводом
Основной проблемой всех систем с параллельным приводом является ортогональное выравнивание: способность сохранять перпендикулярность параллельной оси. В таких системах с механическим приводом, как винт, реечная шестерня, ремень и цепь, основной проблемой является заклинивание механической системы из-за несоосности или слишком больших допусков. В системах с прямым приводом возникает дополнительная проблема синусоидальной ошибки, возникающая из-за ошибок при установке и отклонений в линейных двигателях.

Наиболее распространенной практикой решения этих проблем является независимое управление каждой стороной параллельной системы с последующей электронной синхронизацией. Стоимость такой системы высока, поскольку для нее требуется вдвое больше приводной и позиционной электроники, чем для одноосной системы. Это также добавляет ошибки синхронизации и отслеживания, которые могут снизить производительность системы.

То, что позволяет подключать двигатели с линейным валом параллельно, — это двигатель с высокой отзывчивостью. Динамическое движение, создаваемое любыми двумя идентичными двигателями с линейным валом, одинаково при подаче одного и того же управляющего сигнала.

Как и во всех системах с параллельным приводом, двигатели с линейным валом должны физически соединяться с механизмом, который позволяет оси совершать движение только с одной степенью свободы. Благодаря этому двигатели с параллельными линейными валами действуют как единое целое, позволяя работать с одним энкодером и одним сервоприводом. А поскольку правильно установленный двигатель с линейным валом работает бесконтактно, он не может вносить никаких механических заеданий в систему.

Эти утверждения справедливы для любого бесконтактного линейного двигателя. Двигатели с линейным валом отличаются от других бесконтактных линейных двигателей в нескольких областях, которые позволяют им хорошо работать в параллельном режиме.

Конструкция двигателя с линейным валом размещает постоянный магнит в центре электромагнитного поля, что делает воздушный зазор некритичным. Катушка полностью окружает магнит, поэтому конечным эффектом магнитного поля является сила. Это практически исключает любое изменение силы, вызванное разницей в воздушном зазоре, либо из-за несоосности, либо из-за различий в обработке, что упрощает центровку и установку двигателя.

Однако синусоидальная ошибка — серьезная проблема — может вызвать разницу в силе в любом бесконтактном линейном двигателе.

Линейные двигатели, как и двигатели с линейным валом, определяются как синхронные двигатели. Фактически, к катушке подается ток, образующий электромагнит, который синхронизируется с магнитным полем постоянных магнитов на магнитной дорожке. Сила в линейном двигателе создается за счет относительной силы этих магнитных полей и угла их намеренного смещения.

В системе с параллельным приводом все катушки и магнитные дорожки становятся единым двигателем, когда все их магнитные поля идеально выровнены. Однако любое смещение катушек или магнитных дорожек приведет к смещению магнитных полей, создавая разные силы в каждом двигателе. Эта разница сил, в свою очередь, может связать систему. Таким образом, синусоидальная ошибка — это разница в силах, возникающая из-за несоосности катушек или магнитных дорожек.

Синусоидальную ошибку можно рассчитать по следующему уравнению:

F_{разница}=F_ген× грех(2πД_{разница}/MP_пп)

гдеF_{разница}= разница сил между двумя катушками,F_ген= создаваемая сила,D_{разница}= длина смещения, иMP_пп= магнитный шаг с севера на север.

Большинство линейных двигателей, представленных на рынке, спроектированы с магнитным шагом с севера на север в диапазоне от 25 до 60 мм под предлогом попытки уменьшить ИК-потери и электрическую постоянную времени. Например, перекос всего в 1 мм у линейного двигателя с 30-ммппшаг приведет к потере мощности примерно 21%.

Двигатель с линейным валом компенсирует эту потерю за счет использования гораздо более длинного магнитного шага с севера на север, что уменьшает эффект синусоидальной ошибки, вызванной случайным смещением. Такое же смещение в 1 мм в двигателе с линейным валом и шагом nn 90 мм приведет к потере мощности всего 7%.

Системы параллельного привода
По-настоящему точное позиционирование возможно только для одноосных роботов высокой и сверхвысокой точности, когда обратная связь находится непосредственно в центре масс рабочей точки. Генерация силы двигателем также должна быть сосредоточена прямо в центре массы рабочей точки. Однако обычно невозможно разместить двигатель и обратную связь в одном и том же месте!

Размещение энкодера в центре масс и использование параллельных двигателей с линейным валом, расположенных на равном расстоянии от центра масс, обеспечивает желаемую обратную связь и создание силы в центре масс. Это невозможно для других типов систем с параллельным приводом, которым для создания параллельного привода этого типа требуются два набора энкодеров и сервоприводов.

Один привод/один энкодер лучше всего работает в условиях сверхвысокой точности и дает производителям портальных систем огромное преимущество. Раньше системы могли иметь два разных двигателя, приводящих в движение отдельные ШВП, с использованием двух разных контроллеров, подключенных электронно, или даже два линейных двигателя с двумя энкодерами, электронно соединенными с двумя приводами. Теперь те же действия могут осуществляться двумя двигателями с линейным валом, одним энкодером и одним усилителем/драйвером, если жесткость системы достаточно высока.

Это также является преимуществом для приложений, требующих чрезвычайно больших усилий. Возможно параллельное соединение любого количества двигателей с линейным валом, складывая таким образом их силы.