Большинство людей представляют себе системы параллельного привода как системы, используемые в декартовых/портальных роботах. Однако системы параллельного привода также можно рассматривать как два или более линейных двигателя, работающих параллельно от одного контроллера привода. Это охватывает декартовы/портальные роботы, а также другие важные области управления движением, такие как высокоточные и сверхвысокоточные одноосевые роботы с разрешением и точностью позиционирования в субнанометровом и пикометровом диапазоне. Эти системы применяются в таких областях, как оптика и микроскопы, производство полупроводников, станки, приводы с высокой силой, оборудование для испытания материалов, операции захвата и перемещения, сборочные операции, обработка на станках и дуговая сварка. В целом, существуют области применения как в микронном, так и в субмикронном мире.

Проблемы параллельного привода
Основная проблема всех систем параллельного привода — ортогональное выравнивание: обеспечение перпендикулярности параллельных осей. В таких системах с механическим приводом, как винтовой, реечный, ременный и цепной, главная проблема — заедание механической системы из-за смещения или накопленных допусков. В системах прямого привода добавляется проблема синусоидальной ошибки, возникающей из-за ошибок при монтаже и различий в линейных двигателях.

Наиболее распространенный способ решения этих проблем — независимое управление каждой стороной параллельной системы с электронной синхронизацией. Стоимость такой системы высока, поскольку она требует вдвое больше электроники для управления приводом и определения положения, чем одноосевая система. Кроме того, она добавляет ошибки синхронизации и слежения, которые могут ухудшить производительность системы.

Возможность параллельного соединения линейных двигателей обеспечивается высокой скоростью реакции двигателя. Динамическое движение, создаваемое любыми двумя одинаковыми линейными двигателями, будет одинаковым при подаче одного и того же управляющего сигнала.

Как и во всех системах параллельного привода, линейные двигатели должны быть физически соединены с механизмом, позволяющим оси иметь только одну степень свободы. Это позволяет использовать параллельные линейные двигатели как единое целое, обеспечивая работу с одним энкодером и одним сервоприводом. Кроме того, поскольку правильно установленный линейный двигатель работает бесконтактно, он не может создавать механических заеданий в системе.

Эти утверждения верны для любого бесконтактного линейного двигателя. Линейные двигатели отличаются от других бесконтактных линейных двигателей по нескольким параметрам, которые позволяют им хорошо работать в параллельном соединении.

Конструкция двигателя с линейным валом размещает постоянный магнит в центре электромагнитного поля, что делает воздушный зазор некритичным. Катушка полностью окружает магнит, поэтому результирующее воздействие магнитного поля выражается в силе. Это практически исключает любые колебания силы, вызванные разницей в воздушном зазоре, будь то из-за смещения или различий в обработке, что упрощает выравнивание и установку двигателя.

Однако ошибка синусоидального сдвига — серьезная проблема — может вызывать различия в силе в любом бесконтактном линейном двигателе.

Линейные двигатели, как и двигатели с линейным валом, определяются как синхронные двигатели. По сути, ток подается на катушку, образуя электромагнит, который синхронизируется с магнитным полем постоянных магнитов в магнитной дорожке. Сила в линейном двигателе создается за счет относительной силы этих магнитных полей и угла их преднамеренного смещения.

В системе параллельного привода все катушки и магнитные дорожки образуют единый двигатель, 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 привести к заклиниванию системы. Таким образом, синусоидальная ошибка — это разница сил, создаваемых смещением катушек или магнитных дорожек.

Погрешность синусоидального сигнала можно рассчитать по следующей формуле:

F_{разность}=F_ген× sin(2πD_{разность}/MP_нн)

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

Большинство представленных на рынке линейных двигателей имеют шаг магнитного поля «север-север» в диапазоне от 25 до 60 мм под предлогом снижения потерь на внутреннее сопротивление и электрической постоянной времени. Например, смещение всего на 1 мм в линейном двигателе с шагом магнитного поля 30 ммннИзменение высоты тона приведет к потере мощности примерно на 21%.

Двигатель с линейным валом компенсирует эти потери за счет использования гораздо большего шага магнитного поля от севера к северу, что уменьшает влияние синусоидальной ошибки, вызванной случайным смещением. Такое же смещение на 1 мм в двигателе с линейным валом и шагом 90 мм приведет лишь к 7% потере мощности.

Системы параллельного привода
По-настоящему точное позиционирование возможно для высокоточных и сверхвысокоточных одноосевых роботов только тогда, когда обратная связь находится непосредственно в центре масс рабочей точки. Сила, создаваемая двигателем, также должна быть сосредоточена точно в центре масс рабочей точки. Однако, как правило, невозможно расположить двигатель и обратную связь точно в одном и том же месте!

Размещение энкодера в центре масс и использование параллельных линейных двигателей, равномерно расположенных от центра масс, обеспечивает желаемую обратную связь и генерацию силы в центре масс. Это невозможно для других типов систем параллельного привода, которые требуют двух комплектов энкодеров и сервоприводов для создания такого типа параллельного привода.

Система с одним приводом и одним энкодером лучше всего подходит для сверхточных задач и дает производителям портальных систем огромное преимущество. В прошлом системы могли включать два разных двигателя, приводящих в движение отдельные шариковинтовые передачи с помощью двух разных контроллеров, соединенных электронным способом, или даже два линейных двигателя с двумя энкодерами, соединенными электронным способом с двумя приводами. Теперь те же действия могут выполняться двумя линейными двигателями, одним энкодером и одним усилителем/драйвером, при условии достаточной жесткости системы.

Это также является преимуществом для применений, требующих чрезвычайно больших усилий. Возможно параллельное соединение любого количества линейных двигателей, что позволяет суммировать их усилия.