आपका मोशन कंट्रोलर कितना भी परिष्कृत क्यों न हो, वह खराब ढंग से डिजाइन किए गए इलेक्ट्रोमैकेनिकल सिस्टम की कमियों को दूर नहीं कर सकता।

गति नियंत्रण प्रणालियों में तीन मुख्य घटक होते हैं: स्थिति निर्धारण तंत्र, मोटर ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स और गति नियंत्रक। इनमें से प्रत्येक घटक का सावधानीपूर्वक चयन किया जाना चाहिए, लेकिन सर्वोत्तम प्रणाली परिणामों के लिए, सबसे पहले स्थिति निर्धारण तंत्र की योजना बनाएं। यदि तंत्र आवश्यकताओं को पूरा करने में सक्षम नहीं है, तो ड्राइव और गति नियंत्रक इसकी कमी को पूरा नहीं कर सकते।

किसी भी गति प्रणाली को डिज़ाइन करने का पहला चरण प्रक्रिया का पूर्ण वर्णन और उसे समझना है। इस वर्णन से घटकों के प्रदर्शन मापदंडों की एक सूची बनाएं। इस सूची में प्राथमिक मापदंड जैसे अक्षों की संख्या, प्रत्येक अक्ष की यात्रा लंबाई, गति की परिशुद्धता (जिसमें रिज़ॉल्यूशन, दोहराव और सटीकता शामिल है), भार वहन क्षमता और चरणों का भौतिक आकार शामिल हैं। कम स्पष्ट लेकिन समान रूप से महत्वपूर्ण मापदंडों में पर्यावरणीय बाधाएं या चुनौतियां, ड्राइव का चयन, विभिन्न अभिविन्यासों में संचालन, बहुअक्षीय विन्यासों में केबल प्रबंधन, जीवनकाल नियोजन और एकीकरण में सुगमता शामिल हैं। इन मापदंडों की त्वरित समीक्षा से पता चलता है कि ये सभी स्थिति निर्धारण तंत्र से संबंधित हैं, इसलिए इन घटकों का गहन मूल्यांकन परियोजना की सफलता के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है।

यह एप्लिकेशन परिभाषित करेगा कि पोजिशनिंग स्टेज रैखिक है, घूर्णी है, या बहुअक्षीय प्रणाली में कई स्टेजों का संयोजन है। यहां तक ​​कि अपेक्षाकृत सरल एकल-अक्षीय अनुप्रयोगों में भी, कई बातों पर विचार करना आवश्यक है। भार इस प्रोफाइल का एक महत्वपूर्ण पहलू है, क्योंकि पेलोड का वजन और ऑफसेट (गुरुत्वाकर्षण केंद्र) जैसे कारक गति संबंधी आवश्यकताओं को काफी हद तक प्रभावित कर सकते हैं। सामान्य और अधिकतम भार के साथ-साथ स्टेज द्वारा तय की जाने वाली अधिकतम और न्यूनतम दूरी, आवश्यक यात्रा गति और त्वरण पर भी विचार करें।

स्टेज को समग्र प्रणाली के अभिन्न अंग के रूप में देखना महत्वपूर्ण है। उदाहरण के लिए, स्टेज की स्थापना का तरीका और स्थापना संरचना, स्टेज के प्रदर्शन और विशिष्टताओं को पूरा करने की क्षमता पर गहरा प्रभाव डालती है। उदाहरण के लिए, उच्च गति निरीक्षण अनुप्रयोग में जहां नमूने कैमरे के नीचे तेजी से आगे-पीछे हिलते हैं, वहां एक रैखिक-स्थिति स्टेज को ऐसी संरचना पर स्थापित किया जाना चाहिए जो गतिशील भार के "पेंट-शेक प्रभाव" को सहन कर सके। इसी प्रकार, समतलता में उच्च परिशुद्धता के लिए चयनित एक लंबी-यात्रा रैखिक स्टेज को एक उपयुक्त समतल सतह पर स्थापित किया जाना चाहिए ताकि असमान सतह पर स्टेज के अनुरूप होने से होने वाली विकृति से बचा जा सके।

स्टेज स्पेसिफिकेशन तय करते समय सिस्टम की लाइफटाइम आवश्यकताओं पर भी विचार करें। यदि मशीन की लाइफटाइम के दौरान आवश्यकताएं बदलती हैं, तो सिस्टम पोजिशनिंग-स्टेज टॉलरेंस से बाहर हो सकता है और मशीन की सटीकता, उत्पादकता और विश्वसनीयता को कम कर सकता है। किसी भी गतिशील पुर्जे की तरह, लंबे समय तक उपयोग करने से पोजिशनिंग क्षमताएं बदल सकती हैं। सुनिश्चित करें कि स्टेज मशीन की निर्धारित सर्विस लाइफ के दौरान गति संबंधी आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उपयुक्त हो।

अन्य कारकों में सिस्टम का आकार और पर्यावरणीय सीमाएँ शामिल हैं। क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर आकार संबंधी सीमाओं पर विचार करें। सिस्टम के कुल क्षेत्रफल को प्रभावित करने वाले कारकों में ड्राइव यांत्रिकी का बाहरी या आंतरिक होना और केबलिंग का प्रबंधन शामिल है। पर्यावरणीय सीमाओं में क्लीन-रूम अनुप्रयोग शामिल हो सकते हैं, जिसमें मशीन के गतिशील भागों को कम से कम कण उत्पन्न करने चाहिए, या गंदे वातावरण, जहाँ परिवेशीय कण स्टेज के भीतर अत्यधिक घर्षण पैदा कर सकते हैं और विश्वसनीयता और प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। परिचालन तापमान एक प्रमुख पर्यावरणीय मुद्दा है जो स्टेज के प्रदर्शन को नाटकीय रूप से प्रभावित कर सकता है। तापमान में केवल दो या तीन डिग्री का परिवर्तन भी इतना विस्तार पैदा कर सकता है कि स्टेज की सहनशीलता बदल जाए।

कई अनुप्रयोगों में बहु-अक्षीय गति की आवश्यकता होती है। एक बहुअक्षीय प्रणाली में, विभिन्न दिशाओं में गति के लिए चरणों को एक के ऊपर एक रखना पड़ता है। उदाहरण के लिए, एक सिलिकॉन-वेफर निरीक्षण प्रणाली को रैखिक गति प्रदान करने की आवश्यकता हो सकती है।XऔरYगति के साथ-साथ घूर्णीथीटाऐसे सिस्टम में, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि ज्यामिति सिस्टम के बाकी हिस्सों में सहनशीलता को कैसे प्रभावित करती है। उदाहरण के लिए, दो चरणों को एक दूसरे के ऊपर रखने पर, ऊपरी चरण अपनी यात्रा के सिरों पर विक्षेपित हो सकता है। ऊपरी चरण का विक्षेपण निचले चरण पर कैंटिलीवर भार का एक कार्य है। इस विक्षेपण को ध्यान में रखा जाना चाहिए या एक अलग विन्यास पर विचार किया जाना चाहिए। चरण निर्माता को यह सुनिश्चित करना चाहिए कि स्टैक्ड चरणों के विनिर्देश अनुप्रयोग आवश्यकताओं को पूरा करते हैं।

कई चरणों वाली प्रणालियों में, केबल प्रबंधन एक लॉजिस्टिक्स और विश्वसनीयता संबंधी समस्या बन सकता है। केबलों पर अक्सर ध्यान नहीं दिया जाता, लेकिन वे सिस्टम के जीवनकाल, संरचना और प्रदर्शन को प्रभावित कर सकते हैं। नवीन केबलिंग समाधानों के लिए स्टेज निर्माता से संपर्क करें। इनमें घर्षण और खिंचाव को कम करने के लिए केबलों को आंतरिक रूप से एकीकृत करना, या अधिक लचीलेपन के लिए बाहरी केबल कनेक्टर्स के बजाय एक एकल बाहरी केबल इंटरफ़ेस का उपयोग करना शामिल हो सकता है।

सिस्टम ड्राइव का चुनाव करना एक महत्वपूर्ण पहलू है। दो सबसे आम ड्राइव प्रकार बॉल-स्क्रू और लीनियर-मोटर ड्राइव हैं। बॉल-स्क्रू ड्राइव सस्ते और समझने में आसान होते हैं। प्राकृतिक अवमंदन के कारण इन्हें नियंत्रित करना आसान होता है और इनमें आसानी से ब्रेक लगाया जा सकता है। दूसरी ओर, यांत्रिक घर्षण के कारण स्थिर वेग बनाए रखना मुश्किल हो सकता है। कुछ परिस्थितियों में, जैसे कि अत्यधिक तापमान या आर्द्रता में, बॉल-स्क्रू की पिच बदल सकती है और सटीकता को प्रभावित कर सकती है। यदि तापीय प्रभाव एक समस्या है, तो लीनियर एनकोडर की आवश्यकता हो सकती है या लीनियर-मोटर स्टेज एक बेहतर विकल्प हो सकता है।

लीनियर मोटर ड्राइवट्रेन में एक चुंबकीय ट्रैक और कॉइल असेंबली होती है। चुंबकीय ट्रैक आमतौर पर स्थिर होता है और इसमें स्टील सब्सट्रेट पर लगे स्थायी चुंबकों की एक श्रृंखला होती है। कॉइल असेंबली में सभी तांबे की वाइंडिंग होती हैं और यह आमतौर पर स्लाइडिंग स्टेज कैरिज पर लगी होती है। कुछ लीनियर मोटर स्टेज में केबलिंग को सरल बनाने के लिए स्थायी चुंबक स्लाइडिंग कैरिज असेंबली पर लगे होते हैं, लेकिन चुंबक की लंबाई इन प्रणालियों की गति को सीमित कर देती है।

लीनियर-मोटर ड्राइव आमतौर पर उच्च गति, स्थिर वेग या लंबी दूरी के लिए हल्के से मध्यम भार वाले अनुप्रयोगों के लिए सबसे उपयुक्त होते हैं। लीनियर-मोटर ड्राइव में बॉल-स्क्रू ड्राइवट्रेन की तुलना में कहीं अधिक लंबी दूरी तय करने की क्षमता होती है क्योंकि दूरी बढ़ने पर इनमें झुकाव नहीं होता। ये बेहतर वेग नियंत्रण प्रदान कर सकते हैं, लेकिन मूविंग कॉइल और लीनियर एनकोडर इलेक्ट्रॉनिक्स के कारण केबल प्रबंधन अधिक जटिल हो जाता है। इसके अलावा, बड़े लीनियर ड्राइव भारी होते हैं और दूरी और चुंबक का आकार बढ़ने पर महंगे भी हो सकते हैं।

ड्राइव का प्रकार चुनते समय, उसकी रोकने की क्षमता और माउंटिंग ओरिएंटेशन महत्वपूर्ण हैं। लीनियर-मोटर ड्राइव बिना बिजली के भी स्वतंत्र रूप से चलती हैं, जबकि बॉल-स्क्रू ड्राइव में घर्षण होता है जो गति को नियंत्रित करता है। यह उन अनुप्रयोगों में विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां ड्राइव को लंबवत रूप से माउंट करना होता है। चूंकि लीनियर-मोटर स्टेज लगभग घर्षण रहित होती है, इसलिए बिजली जाने पर कैरिज नीचे गिर सकता है। इसके अलावा, गुरुत्वाकर्षण बल पर भी नियंत्रण रखना आवश्यक होता है, जिससे मोटर पर लगातार अधिक बल लगता है। बॉल-स्क्रू ड्राइव लंबवत अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हैं, क्योंकि लंबवत रूप से चलने पर लीनियर मोटर जल्दी गर्म हो सकती हैं या उन्हें काउंटरबैलेंस की आवश्यकता हो सकती है।

मोटर का चयन करते समय कुछ बातों का ध्यान रखना पड़ता है। सामान्य रोटरी मोटर सबसे सस्ता विकल्प है, लेकिन इससे ड्राइव सिस्टम में अधिक जगह की आवश्यकता होती है। लीनियर मोटर कम जगह घेरती हैं, लेकिन अधिक महंगी होती हैं क्योंकि इनमें रोटरी मोटर की तुलना में अधिक चुंबक होते हैं और लीनियर एनकोडर की आवश्यकता होती है। बॉल-स्क्रू-चालित स्टेज लीनियर एनकोडर का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन मोटर और बॉल स्क्रू पर रोटरी एनकोडर अक्सर उतना ही अच्छा काम करते हैं और कम खर्चीले होते हैं। स्टेपर मोटर या सर्वोमोटर के उपयोग से भी कुछ फायदे और नुकसान जुड़े होते हैं। स्टेपर मोटर कम महंगी होती हैं, लेकिन सर्वोमोटर उच्च गति पर बेहतर प्रदर्शन करती हैं।

बॉल-स्क्रू-चालित स्टेज के लिए एक विकल्प फ्रेमलेस मोटर है। फ्रेमलेस मोटर एक मानक ब्रशलेस मोटर होती है जो स्टेज में ही निर्मित होती है। रोटर मैग्नेट सीधे बॉल-स्क्रू शाफ्ट से जुड़े होते हैं और स्टेटर वाइंडिंग स्टेज के सिरे में एकीकृत होती हैं। इस कॉन्फ़िगरेशन से मोटर कपलर की आवश्यकता समाप्त हो जाती है, जिससे कई इंच जगह बच जाती है। कपलर की अनुपस्थिति से मोटर और बॉल-स्क्रू के बीच हिस्टैरिसीस और वाइंड-अप कम हो जाता है, जिससे प्रदर्शन बेहतर होता है। स्टेज निर्माताओं को मोटर्स और एनकोडर्स पर विशेषज्ञता प्रदान करनी चाहिए ताकि एप्लिकेशन के लिए सर्वोत्तम संपूर्ण समाधान निर्धारित करने में मदद मिल सके।

सिस्टम की गति के यांत्रिक और विद्युत पहलुओं को अच्छी तरह समझ लेने और चरणों का चयन कर लेने के बाद, नियंत्रण प्रणाली के विवरण को सुलझाया जा सकता है। नियंत्रण प्रणाली ड्राइव इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ संगत होनी चाहिए, इस बात का विशेष ध्यान रखते हुए कि सभी ड्राइव अपने कनेक्टर्स पर फीडबैक जानकारी प्रदान नहीं करते हैं। आदर्श रूप से, नियंत्रक को अतिरिक्त हार्डवेयर के बिना सीधे ट्रांसड्यूसर और एक्चुएटर संकेतों से इंटरफेस करना चाहिए। नियंत्रक में सिस्टम की प्राकृतिक डेटा दरों के भीतर नियंत्रण लूप को पूरा करने या आवश्यकतानुसार एक साथ कई गति अक्षों की गति को समन्वित करने के लिए पर्याप्त क्षमता भी होनी चाहिए।