לא משנה כמה מתוחכם בקר התנועה שלכם, הוא לא יכול להתגבר על מערכת אלקטרו-מכנית שתוכננה בצורה גרועה.

מערכות בקרת תנועה מורכבות משלושה רכיבים עיקריים: מנגנון המיקום, אלקטרוניקת הנעת המנוע ובקר התנועה. יש לבחור כל אחד מהרכיבים הללו בקפידה, אך לקבלת תוצאות מערכת מיטביות, יש לתכנן תחילה את מנגנון המיקום. אם המנגנון אינו מסוגל לעמוד בדרישות, ההינעים ובקר התנועה לא יוכלו לפצות על ההפרש.

הצעד הראשון בתכנון כל מערכת תנועה הוא לתאר ולהבין את התהליך באופן מלא. ערכו רשימה של פרמטרי ביצועי רכיבים מתיאור זה. רשימה זו כוללת פרמטרים מסדר ראשון כגון מספר צירים, אורך התנועה של כל ציר, דיוק התנועה (כולל רזולוציה, חזרתיות ודיוק), קיבולת מטען וגודל פיזי של השלבים. פרמטרים פחות ברורים אך חשובים לא פחות כוללים אילוצים או אתגרים סביבתיים, בחירת הנעה, פעולה בכיוונים מרובים, ניהול כבלים בתצורות מרובות צירים, תכנון אורך חיים וקלות שילוב. סקירה מהירה של פרמטרים אלה מראה שכולם קשורים למנגנון המיקום ולכן הערכה יסודית של רכיבים אלה היא קריטית להצלחת הפרויקט.

היישום יגדיר האם שלב המיצוב הוא ליניארי, סיבובי, או משלב שילוב של שלביים במערכת רב-צירית. אפילו ביישומים פשוטים למדי של ציר יחיד, ישנם שיקולים רבים. עומסים הם היבט חיוני בפרופיל זה, שכן נושאים כמו משקל מטען והיסט (מרכז כובד) יכולים להשפיע באופן דרמטי על דרישות התנועה. יש לקחת בחשבון משקלי עומס אופייניים ומקסימליים, כמו גם את המרחק המקסימלי והמינימלי שהשלב חייב לעבור, מהירויות התנועה הנדרשות והתאוצה.

חשוב להתייחס לבמה כחלק בלתי נפרד מהמערכת הגדולה יותר. אופן הרכבת הבמה ומבנה ההרכבה, למשל, משפיעים באופן דרמטי על ביצועי הבמה ויכולתה לעמוד במפרטים. לדוגמה, ביישום בדיקה במהירות גבוהה שבו דגימות מתנדנדות במהירות קדימה ואחורה מתחת למצלמה, יש להתקין במה ליניארית על מבנה שיכול לעמוד ב"אפקט ניעור הצבע" של העומס הנע. באופן דומה, במה ליניארית בעלת מהלך ארוך שנבחרה לדיוק גבוה בשטיחות חייבת להיות מותקנת על משטח שטוח כראוי כדי למנוע עיוות מהבמה שמתאים את עצמה למשטח לא שטוח.

כמו כן, יש לקחת בחשבון את דרישות אורך החיים של המערכת בעת הגדרת מפרטי הבמה. אם הדרישות משתנות במהלך חיי המכונה, הדבר עלול להוציא את המערכת מהסבילות של שלב המיקום ולגרום לפגיעה בדיוק, בפריון ובאמינות המכונה. כמו בכל רכיב נע, יכולות המיקום עשויות להשתנות עם שימוש ממושך. יש לוודא שהבמה מדורגת לעמוד בדרישות התנועה לאורך חיי השירות המיועדים של המכונה.

השפעות נוספות כוללות את גודל המערכת ואילוצים סביבתיים. יש לקחת בחשבון גם אילוצי גודל אופקיים וגם אנכיים. גורמים שיכולים להשפיע על טביעת הרגל הכוללת של המערכת כוללים האם מכניקת ההנעה חיצונית או פנימית וכיצד מנוהל הכבלים. אילוצים סביבתיים יכולים לכלול יישומי חדרים נקיים, שבהם החלקים הנעים של המכונה חייבים לייצר מעט חלקיקים, או סביבות מלוכלכות, שבהן חלקיקים סביבתיים יכולים לגרום לחיכוך מוגזם בתוך הבמה ולהשפיע על האמינות והביצועים. טמפרטורת הפעלה היא נושא סביבתי מרכזי שיכול להשפיע באופן דרמטי על ביצועי הבמה. שינוי טמפרטורה של שתיים או שלוש מעלות בלבד יכול לגרום להתפשטות מספקת כדי לשנות את סבילות הבמה.

יישומים רבים דורשים תנועה מרובת צירים. במערכת מרובת צירים, יש לערום שלבים כדי להניע אותם בכיוונים שונים. מערכת בדיקה של פרוסות סיליקון, לדוגמה, עשויה להזדקק לספק תנועה ליניאריתXוYתנועה וגם סיבובתטאבמערכות כאלה, חשוב לקחת בחשבון כיצד הגיאומטריה משפיעה על סבילות בשאר המערכת. לדוגמה, כאשר שני שלבים מונחים זה על גבי זה, השלב העליון יכול לסטות בקצוות התנועה שלו. סטייה של השלב העליון היא פונקציה של עומס הזיז על השלב התחתון. יש לקחת בחשבון סטייה זו או לשקול תצורה שונה. יצרן השלב צריך לוודא שהמפרטים של השלבים המוערמים עומדים בדרישות היישום.

במערכות מרובות שלבים, ניהול כבלים יכול להפוך לבעיה לוגיסטית ואמינות. כבלים לרוב מתעלמים מהם, אך הם יכולים להשפיע על אורך החיים, הגיאומטריה והביצועים של המערכת. פנו ליצרן הבמה לקבלת פתרונות כבלים חדשניים. אלה עשויים לכלול שילוב כבלים פנימי כדי להפחית שפשוף וגרירה, או שימוש בממשק כבל חיצוני יחיד במקום מחברי כבלים חיצוניים לגמישות רבה יותר.

בחירת מערכת ההינע היא מרכיב מפתח. שני סוגי ההינע הנפוצים ביותר הם הנעות בורג כדורי ומנוע ליניארי. הנעות בורג כדורי הן זולות וקלות להבנה. עם ריכוך טבעי, הן קלות לשליטה וניתן להוסיף בלם בקלות. מצד שני, חיכוך מכני יכול להקשות על שמירה על מהירות קבועה. בתנאים מסוימים, כגון טמפרטורה או לחות קיצוניים, גובה הבורג הכדורי יכול להשתנות ולהשפיע על הדיוק. אם השפעות תרמיות מהוות בעיה, ייתכן שיידרש מקודד ליניארי או שדרגת מנוע ליניארית עשויה להיות בחירה טובה יותר.

מערכת הנעה של מנועים ליניאריים מורכבת ממכלול מסילה מגנטית וסליל. המסילה המגנטית היא בדרך כלל נייחת ומורכבת מסדרה של מגנטים קבועים המותקנים על מצע פלדה. מכלול הסליל מכיל את כל פיתולי הנחושת ובדרך כלל מורכב למרכבת הרמה הזזה. בחלק משלבי המנוע הליניאריים יש מגנטים קבועים על מכלול המרכבה הזזה כאמצעי לפישוט הכבלים, אך אורך המגנט מגביל את מהלך המערכות הללו.

מנועי מנוע ליניאריים בדרך כלל מתאימים ביותר לעומסים קלים עד בינוניים ביישומים במהירות גבוהה, במהירות קבועה או עם מהלך ארוך. מנועי מנוע ליניאריים בעלי יכולת מהלך ארוכה בהרבה מאשר מנועי הנעה בעלי בורג כדורי מכיוון שהם אינם שוקעים ככל שאורך המהלך עולה. הם יכולים לספק בקרת מהירות טובה יותר, אך הסליל הנע והאלקטרוניקה של המקודד הליניארי הופכים את ניהול הכבלים למורכב יותר. בנוסף, מנועי מנוע ליניאריים גדולים כבדים יותר ויכולים להפוך יקרים ככל שאורך המהלך וגודל המגנט גדלים.

שיקול חשוב בבחירת סוג ההינע הוא יכולת העצירה וכיוון ההרכבה. מנועי מנוע ליניאריים נעים בחופשיות ללא חשמל, בעוד שלמנועי בורג כדוריים יש חיכוך כדי לבלום את התנועה. זה חשוב במיוחד ביישומים שבהם ההינע חייב להתקין אנכית. מכיוון ששלב מנוע ליניארי הוא כמעט ללא חיכוך, אובדן הספק יאפשר לגררה ליפול בחופשיות. בנוסף, יש להתגבר תמיד על כוח הכבידה, מה שמציב דרישת כוח רציפה גדולה על המנוע. מנועי בורג כדוריים מתאימים יותר ליישומים אנכיים, מכיוון שמנועים ליניאריים עלולים להתחמם יתר על המידה במהירות כאשר הם פועלים אנכית או עשויים לדרוש איזון נגדי.

בחירת מנוע עשויה לכלול גם פשרות. מנועים סיבוביים נפוצים הם האפשרות הזולה ביותר, אך הם מוסיפים לדרישות המקום של מערכת ההנעה. מנועים ליניאריים תופסים פחות מקום אך יקרים יותר מכיוון שיש להם יותר מגנטים מאשר מנוע סיבובי והם דורשים מקודד ליניארי. שלבים המונעים על ידי בורג כדורי יכולים להשתמש במקודדים ליניאריים, אך מקודדים סיבוביים על המנוע ועל בורג הכדור יעבדו לרוב באותה מידה ויעלו פחות. ישנם גם פשרות הקשורות לשימוש במנועי צעד או סרוו-מנועים. מנועי צעד זולים יותר אך למנועי סרוו ביצועים טובים יותר במהירות גבוהה.

אפשרות לשלב המונע על ידי בורג כדורי היא מנוע ללא מסגרת. מנוע ללא מסגרת הוא מנוע סטנדרטי ללא מברשות המובנה בתוך השלב. מגנטים של הרוטור מחוברים ישירות לפיר הבורג הכדורי וסלילי הסטטור משולבים בקצה השלב. תצורה זו מבטלת את הצורך במצמד המנוע, מה שחוסך כמה סנטימטרים של מקום. היעדר המצמד מפחית את ההיסטרזיס והפיתול של החיבור בין המנוע לבורג הכדורי, מה שמשפר את הביצועים. יצרני שלב צריכים לספק מומחיות במנועים ובמקודדים כדי לסייע בהגדרת הפתרון הכולל הטוב ביותר עבור היישום.

לאחר שההיבטים המכניים והחשמליים של תנועת המערכת מובנים היטב ונבחרו השלבים, ניתן לפתור את פרטי מערכת הבקרה. מערכת בקרה צריכה להיות תואמת לאלקטרוניקה של ההינע, תוך שימת לב מיוחדת לעובדה שלא כל ההינעים מספקים מידע משוב על המחברים שלהם. באופן אידיאלי, הבקר צריך להתחבר ישירות לאותות מתמר ומפעיל ללא חומרה נוספת. הבקר צריך גם להיות בעל ביצועים מספיקים כדי לסגור את לולאות הבקרה במסגרת קצבי הנתונים הטבעיים של המערכת, או לתאם בו זמנית את תנועתם של צירי תנועה מרובים לפי הצורך.