A maioria das pessoas pensa em sistemas de acionamento paralelo como aqueles encontrados em robôs cartesianos/pórticos. Mas sistemas de acionamento paralelo também podem ser vistos como dois ou mais motores lineares trabalhando em paralelo a partir de um único controlador de acionamento. Isso abrange os robôs cartesianos/pórticos, além de outras áreas importantes de controle de movimento, como robôs de eixo único de alta e ultra-alta precisão com resolução e precisão de posicionamento na faixa de subnanômetros a picômetros. Esses sistemas são utilizados em áreas como óptica e microscopia, fabricação de semicondutores, máquinas-ferramenta, atuadores de alta força, equipamentos de teste de materiais, operações de pick-and-place, montagem, manuseio de máquinas-ferramenta e soldagem a arco. Em suma, existem aplicações tanto no mundo micrométrico quanto no submicrométrico.

Problemas com acionamentos paralelos
A principal dificuldade em todos os sistemas de acionamento paralelo é o alinhamento ortogonal: a capacidade de manter os eixos paralelos em esquadro. Em sistemas de acionamento mecânico, como os de parafuso, cremalheira e pinhão, correia e corrente, o principal problema é o travamento do sistema mecânico devido ao desalinhamento ou ao acúmulo de tolerâncias. Em sistemas de acionamento direto, há o problema adicional do erro senoidal introduzido por erros de instalação e variações nos motores lineares.

A prática mais comum para superar esses problemas é acionar e controlar cada lado do sistema paralelo de forma independente, mas sincronizá-los eletronicamente. O custo de tal sistema é alto porque ele requer o dobro da eletrônica de acionamento e de sensoriamento de posição de um sistema de eixo único. Além disso, introduz erros de sincronização e rastreamento que podem degradar o desempenho do sistema.

O que possibilita a conexão paralela de motores de eixo linear é um motor de alta resposta. O movimento dinâmico gerado por dois motores de eixo linear idênticos é o mesmo quando recebem o mesmo sinal de controle.

Como em todos os sistemas de acionamento paralelo, os motores de eixo linear devem ser acoplados fisicamente a um mecanismo que permita ao eixo ter apenas um grau de liberdade de movimento. Isso faz com que os motores de eixo linear paralelos atuem como uma única unidade, permitindo a operação com um único encoder e um único servodriver. Além disso, como um motor de eixo linear instalado corretamente opera sem contato, ele não pode introduzir qualquer travamento mecânico no sistema.

Essas afirmações são verdadeiras para qualquer motor linear sem contato. Os motores de eixo linear diferem de outros motores lineares sem contato em diversas áreas que lhes permitem funcionar bem em aplicações em paralelo.

O projeto do motor de eixo linear posiciona o ímã permanente no centro do campo eletromagnético, tornando o entreferro irrelevante. A bobina envolve completamente o ímã, de modo que o efeito resultante do campo magnético é uma força. Isso elimina praticamente qualquer variação de força causada por uma diferença no entreferro, seja por desalinhamento ou diferenças de usinagem, simplificando o alinhamento e a instalação do motor.

No entanto, o erro senoidal — um problema grave — pode causar diferenças de força em qualquer motor linear sem contato.

Os motores lineares, assim como os motores de eixo linear, são definidos como motores síncronos. Na prática, uma corrente elétrica é aplicada à bobina para formar um eletroímã que se sincroniza com o campo magnético dos ímãs permanentes na pista magnética. A força em um motor linear é gerada pela intensidade relativa desses campos magnéticos e pelo ângulo de desalinhamento intencional entre eles.

Em um sistema de acionamento paralelo, todas as bobinas e trilhas magnéticas se tornam um único motor quando seus campos magnéticos estão perfeitamente alinhados. No entanto, qualquer desalinhamento das bobinas ou trilhas magnéticas causará desalinhamento dos campos magnéticos, produzindo forças diferentes em cada motor. Essa diferença de força pode, por sua vez, travar o sistema. Portanto, o erro senoidal é a diferença nas forças produzidas pelo desalinhamento das bobinas ou trilhas magnéticas.

O erro senoidal pode ser calculado pela seguinte equação:

F_dif=F_gen× sin(2πD_dif/MP_nn)

ondeF_dif= diferença de força entre as duas bobinas,F_gen= força gerada,D_dif= comprimento do desalinhamento, eMP_nn= inclinação magnética de norte a norte.

A maioria dos motores lineares disponíveis no mercado é projetada com um espaçamento magnético norte-norte entre 25 e 60 mm, sob o pretexto de tentar reduzir as perdas por reflexão interna (IR) e a constante de tempo elétrica. Por exemplo, um desalinhamento de apenas 1 mm em um motor linear com um espaçamento de 30 mm pode causar perdas por reflexão interna.nnA inclinação resultará em uma perda de potência de aproximadamente 21%.

O motor de eixo linear compensa essa perda utilizando um passo magnético norte-norte muito maior, o que reduz o efeito do erro senoidal causado por desalinhamento acidental. O mesmo desalinhamento de 1 mm em um motor de eixo linear com um passo nn de 90 mm produzirá apenas uma perda de potência de 7%.

Sistemas de acionamento paralelo
O posicionamento verdadeiramente preciso só é possível para robôs de eixo único de alta e ultra-alta precisão quando o feedback está diretamente no centro de massa do ponto de trabalho. A geração de força do motor também deve se concentrar exatamente no centro de massa do ponto de trabalho. No entanto, normalmente é impossível ter o motor e o feedback exatamente no mesmo local!

Ao posicionar um encoder no centro de massa e utilizar motores lineares paralelos equidistantes do centro de massa, obtém-se o feedback e a geração de força desejados nesse ponto. Isso não é possível em outros tipos de sistemas de acionamento paralelo, que necessitam de dois conjuntos de encoders e servomotores para criar esse tipo de acionamento.

O sistema com um único acionamento e um único encoder funciona melhor em aplicações de altíssima precisão e oferece uma enorme vantagem aos construtores de sistemas de pórtico. No passado, os sistemas podiam ter dois motores diferentes acionando fusos de esferas separados, utilizando dois controladores diferentes conectados eletronicamente, ou até mesmo dois motores lineares com dois encoders conectados eletronicamente por dois acionamentos. Agora, as mesmas ações podem ser obtidas com dois motores de eixo linear, um encoder e um amplificador/acionador, desde que a rigidez do sistema seja suficientemente alta.

Isso também representa uma vantagem para aplicações que exigem quantidades extremamente elevadas de força. É possível conectar qualquer número de motores de eixo linear em paralelo, somando assim suas forças.