Большинство людей представляют себе системы с параллельными приводами как системы, используемые в декартовых/портальных роботах. Но системы с параллельными приводами также можно рассматривать как два или более линейных двигателя, работающих параллельно от одного контроллера привода. Это относится к декартовым/портальным роботам, а также к другим основным областям управления движением, таким как высокоточные и сверхвысокоточные одноосные роботы с разрешением и точностью позиционирования в субнанометровом и высоком пикометрическом диапазонах. Эти системы находят применение в таких областях, как оптика и микроскопия, производство полупроводников, станки, приводы с высоким усилием, оборудование для испытания материалов, подъемно-транспортные работы, сборочные операции, погрузочно-разгрузочные работы на станках и дуговая сварка. В целом, они находят применение как в микронном, так и в субмикронном мире.

Проблемы с параллельным приводом
Основная проблема всех систем с параллельным приводом — ортогональное выравнивание: способность сохранять перпендикулярность параллельных осей. В таких системах с механическим приводом, как винтовые, реечные, ременные и цепные, основная проблема заключается в заклинивании механической системы из-за несоосности или наложенных допусков. В системах с прямым приводом возникает дополнительная проблема синусоидальной погрешности, возникающей из-за ошибок монтажа и отклонений в характеристиках линейных двигателей.

Наиболее распространённый способ решения этих проблем — независимое управление каждой стороной параллельной системы с их электронной синхронизацией. Стоимость такой системы высока, поскольку она требует вдвое больше приводов и электронных датчиков положения, чем однокоординатная система. Кроме того, это приводит к ошибкам синхронизации и отслеживания, которые могут снизить производительность системы.

Параллельное соединение линейных двигателей возможно благодаря высокой отзывчивости двигателя. Динамическое движение, создаваемое любыми двумя идентичными линейными двигателями, одинаково при подаче на них одного и того же управляющего сигнала.

Как и во всех системах с параллельным приводом, линейные двигатели должны быть физически соединены с механизмом, обеспечивающим ось только одной степенью свободы движения. Это позволяет параллельным линейным двигателям работать как единое целое, обеспечивая работу с одним энкодером и одним сервоприводом. Кроме того, поскольку правильно установленный линейный двигатель работает бесконтактно, он не может внести никаких механических помех в систему.

Эти утверждения справедливы для любого бесконтактного линейного двигателя. Двигатели с линейным валом отличаются от других бесконтактных линейных двигателей по ряду характеристик, которые позволяют им эффективно работать в параллельном режиме.

Конструкция линейного двигателя с валом размещает постоянный магнит в центре электромагнитного поля, что делает воздушный зазор некритичным. Катушка полностью охватывает магнит, поэтому суммарное воздействие магнитного поля представляет собой силу. Это практически исключает любые изменения силы, вызванные разницей в воздушном зазоре, будь то из-за несоосности или различий в обработке, что упрощает выравнивание и монтаж двигателя.

Однако ошибка синуса — серьезная проблема — может привести к разнице сил в любом бесконтактном линейном двигателе.

Линейные двигатели, как и двигатели с линейным валом, называются синхронными. 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 напряженности этих магнитных полей и угла их преднамеренного смещения.

В системе параллельного привода все катушки и магнитные дорожки образуют единый двигатель, когда их магнитные поля идеально выровнены. Однако любое несоосное расположение катушек или магнитных дорожек приведёт к несоосности магнитных полей, что создаст различные силы в каждом двигателе. Эта разница сил, в свою очередь, может связать систему. Таким образом, синусоидальная ошибка — это разность сил, возникающих из-за несоосности катушек или магнитных дорожек.

Погрешность синуса можно рассчитать с помощью следующего уравнения:

F_{разница}=F_ген× грех(2πD_{разница}/MP_нн)

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

Большинство линейных двигателей, представленных на рынке, спроектированы с шагом магнитной спирали от 25 до 60 мм, что является предлогом для снижения потерь на электрическую проводимость и электрической постоянной времени. Например, несоосность всего 1 мм в линейном двигателе с шагом 30 ммннсмола приведет к потере мощности примерно на 21%.

Линейный двигатель компенсирует эти потери за счёт значительно большего шага магнитной оси с севера на север, что снижает влияние синусоидальной ошибки, вызванной случайным смещением. Аналогичное смещение в 1 мм в линейном двигателе с шагом 90 мм (NN) приведёт к потере мощности всего лишь 7%.

Системы параллельного привода
По-настоящему точное позиционирование возможно только для высокоточных и сверхвысокоточных одноосевых роботов, когда обратная связь находится непосредственно в центре масс рабочей точки. Усилие, создаваемое двигателем, также должно быть сосредоточено точно в центре масс рабочей точки. Однако, как правило, невозможно расположить двигатель и обратную связь в одном месте!

Размещение энкодера в центре масс и использование параллельных линейных двигателей, равномерно расположенных относительно центра масс, обеспечивает необходимую обратную связь и генерацию силы в центре масс. Это невозможно для других типов систем параллельного привода, которым для создания такого типа параллельного привода требуются два комплекта энкодеров и сервоприводов.

Схема с одним приводом и одним энкодером оптимально подходит для сверхточных применений и даёт разработчикам портальных систем огромное преимущество. Раньше системы могли состоять из двух разных двигателей, приводящих в движение отдельные шарико-винтовые пары с помощью двух разных контроллеров, электронно соединённых, или даже из двух линейных двигателей с двумя энкодерами, электронно соединёнными с двумя приводами. Теперь те же действия могут выполняться двумя линейными двигателями, одним энкодером и одним усилителем/драйвером, при условии достаточной жёсткости системы.

Это также является преимуществом для приложений, требующих чрезвычайно большого усилия. Можно соединить параллельно любое количество линейных двигателей, суммируя их усилия.