Незалежно від того, наскільки складний ваш контролер руху, він не зможе подолати погано розроблену електромеханічну систему.

Системи керування рухом складаються з трьох основних компонентів: механізму позиціонування, електроніки приводу двигуна та контролера руху. Кожен із цих компонентів слід ретельно вибирати, але для досягнення найкращих результатів системи спочатку сплануйте механізм позиціонування. Якщо механізм не відповідає вимогам, приводи та контролер руху не можуть компенсувати різницю.

Першим кроком у проектуванні будь-якої системи руху є повний опис і розуміння процесу. Складіть список параметрів продуктивності компонента з цього опису. Цей список включає такі параметри першого порядку, як кількість осей, довжина ходу кожної осі, точність руху (включаючи роздільну здатність, повторюваність і точність), вантажопідйомність і фізичний розмір ступенів. Менш очевидні, але однаково важливі параметри включають обмеження або проблеми навколишнього середовища, вибір приводу, роботу в кількох орієнтаціях, управління кабелями в багатоосьових конфігураціях, планування терміну експлуатації та простоту інтеграції. Швидкий огляд цих параметрів показує, що всі вони стосуються механізму позиціонування, тому ретельна оцінка цих компонентів має вирішальне значення для успіху проекту.

Програма визначатиме, чи є ступінь позиціонування лінійною, поворотною чи включає комбінацію ступенів у багатоосьову систему. Навіть у досить простих одноосьових застосуваннях існує багато міркувань. Навантаження є життєво важливим аспектом цього профілю, оскільки такі проблеми, як вага корисного навантаження та зміщення (центр ваги) можуть значно вплинути на вимоги до руху. Враховуйте типову та максимальну вагу навантаження, а також максимальну та мінімальну відстань, яку має пройти ступінь, необхідні швидкості руху та прискорення.

Важливо розглядати сцену як невід’ємну частину більшої системи. Спосіб кріплення сцени та монтажна конструкція, наприклад, мають значний вплив на продуктивність сцени та здатність відповідати специфікаціям. Наприклад, у високошвидкісному дослідженні, де зразки швидко коливаються вперед-назад під камерою, столик для лінійного позиціонування повинен бути встановлений на конструкції, яка може витримувати «ефект струсу фарби» від рухомого навантаження. Подібним чином, довгоходовий лінійний ступінь, вибраний для високої точності площинності, повинен бути встановлений на відповідно плоскій поверхні, щоб уникнути спотворення від ступіневої частини, що відповідає неплоскій поверхні.

Також враховуйте вимоги до терміну служби системи під час визначення специфікацій етапу. Якщо вимоги змінюються протягом терміну експлуатації машини, це може вивести систему за межі допуску етапу позиціонування та може погіршити точність, продуктивність і надійність машини. Як і з будь-яким рухомим компонентом, можливості позиціонування можуть змінюватися при тривалому використанні. Переконайтеся, що стіл розрахований на відповідність вимогам руху протягом запланованого терміну служби машини.

Інші впливи включають розмір і обмеження середовища системи. Враховуйте як горизонтальні, так і вертикальні обмеження розміру. Фактори, які можуть вплинути на загальну площу системи, включають зовнішню чи внутрішню механіку приводу та спосіб керування кабелями. Обмеження навколишнього середовища можуть включати використання чистих приміщень, у яких рухомі частини машини мають утворювати мало частинок, або забруднене середовище, де частки навколишнього середовища можуть спричинити надмірне тертя всередині сцени та вплинути на надійність і продуктивність. Робоча температура є ключовим екологічним фактором, який може істотно вплинути на продуктивність сцени. Зміна температури лише на два-три градуси може спричинити достатнє розширення, щоб змінити допуск на ступінь.

Багато застосувань потребують руху по кількох осях. У багатоосьовій системі ступені повинні бути складені для руху в різних напрямках. Наприклад, системі контролю кремнієвих пластин може знадобитися забезпечити лінійністьXіYрух, а також обертаннятета. У таких системах важливо враховувати, як геометрія впливає на допуски в решті системи. Наприклад, якщо два ступені розташовані один на одному, верхній ступінь може відхилятися на кінцях свого ходу. Прогин верхнього ступеня є функцією консольного навантаження на нижній ступені. Цей прогин слід враховувати або слід розглянути іншу конфігурацію. Виробник ступенів повинен переконатися, що технічні характеристики складених ступенів відповідають вимогам застосування.

У багатоступеневих системах управління кабелем може стати проблемою логістики та надійності. Про кабелі часто не звертають уваги, але вони можуть вплинути на термін служби, геометрію та продуктивність системи. Зверніться до виробника сцени за інноваційними кабельними рішеннями. Це може включати внутрішню інтеграцію кабелів для зменшення натирання та опору або використання єдиного зовнішнього кабельного інтерфейсу замість зовнішніх кабельних роз’ємів для більшої гнучкості.

Вибір системного диска є ключовим елементом. Два найпоширеніші типи приводів - це кульково-гвинтові приводи та приводи з лінійним двигуном. Кульково-гвинтові приводи недорогі і прості в розумінні. Завдяки природному демпферу ними легко керувати, і можна легко додати гальмо. З іншого боку, механічне тертя може ускладнювати підтримку постійної швидкості. За деяких умов, таких як екстремальна температура або вологість, крок кулькової гвинти може змінюватися та впливати на точність. Якщо теплові ефекти є проблемою, може знадобитися лінійний кодер або лінійний двигун може бути кращим вибором.

Трансмісія з лінійним двигуном складається з магнітної доріжки та котушки. Магнітна доріжка зазвичай стаціонарна і складається з серії постійних магнітів, встановлених на сталевій підкладці. Вузол котушки містить усі мідні обмотки та зазвичай кріпиться до каретки ковзаючого ступеня. Деякі ступені лінійного двигуна мають постійні магніти на ковзній каретці для спрощення кабелю, але довжина магніту обмежує хід цих систем.

Приводи з лінійним двигуном, як правило, найкраще підходять для легких і помірних навантажень у системах із високою швидкістю, постійною швидкістю або довгим ходом. Приводи з лінійним двигуном мають набагато більшу здатність ходу, ніж кулькові гвинтові трансмісії, оскільки вони не провисають із збільшенням довжини ходу. Вони можуть забезпечити кращий контроль швидкості, але рухома котушка та електроніка лінійного кодера ускладнюють управління кабелем. Крім того, великі лінійні приводи важчі та можуть стати дорогими, оскільки довжина ходу та розмір магніту збільшуються.

Важливим моментом при виборі типу приводу є здатність до зупинки та орієнтація монтажу. Приводи з лінійним двигуном вільно рухаються без напруги, тоді як кулькові гвинтові приводи мають тертя для гасіння руху. Це особливо важливо в додатках, де накопичувач повинен монтуватися вертикально. Оскільки ступінь лінійного двигуна практично не має тертя, втрата потужності призведе до вільного падіння каретки. Крім того, завжди необхідно долати силу тяжіння, що вимагає тривалої тривалої роботи двигуна. Кульково-гвинтові приводи більше підходять для вертикального застосування, оскільки лінійні двигуни можуть швидко перегріватися при вертикальній роботі або можуть потребувати противаги.

Вибір двигуна також може включати компроміси. Звичайні роторні двигуни є найменш дорогим варіантом, але вони збільшують вимоги до простору системи приводу. Лінійні двигуни займають менше місця, але є дорожчими, оскільки вони мають більше магнітів, ніж роторний двигун, і потребують лінійного кодера. Ступені з кульковим гвинтом можуть використовувати лінійні кодери, але поворотні кодери на двигуні та кульковому гвинті часто працюють так само добре і коштують дешевше. Існують також компроміси, пов’язані з використанням крокових або серводвигунів. Крокові двигуни дешевші, але сервомотори мають кращу продуктивність на високій швидкості.

Варіантом ступіні з кульковим гвинтом є безкаркасний двигун. Безкаркасний двигун - це стандартний безщітковий двигун, вбудований в сцену. Магніти ротора приєднані безпосередньо до кульково-гвинтового валу, а обмотки статора вбудовані в кінці ступеня. Ця конфігурація усуває з’єднувач двигуна, що економить кілька дюймів простору. Відсутність муфти зменшує гістерезис і намотування двигуна до кульково-гвинтового з’єднання, що покращує продуктивність. Виробники сцени повинні надати досвід роботи з двигунами та кодерами, щоб допомогти визначити найкраще загальне рішення для застосування.

Після того, як механічні та електричні аспекти руху системи добре зрозумілі та вибрані етапи, можна вирішити деталі системи керування. Система керування має бути сумісною з електронікою приводу, звертаючи особливу увагу на те, що не всі приводи надають інформацію зворотного зв’язку на своїх роз’ємах. В ідеалі контролер повинен взаємодіяти безпосередньо з сигналами перетворювача та приводу без додаткового обладнання. Контролер також повинен мати достатню продуктивність, щоб замкнути цикли керування в межах природних швидкостей передачі даних системи або одночасно координувати рух кількох осей руху, якщо це необхідно.