决赛将于11月5日公布获得第二届年度LEAP奖运动控制的范畴。比赛由一个独立的工程评审小组评分。
下面是对这些有价值的运动控制决赛选手的描述。获奖者将在加州圣克拉拉举行的颁奖典礼上与医疗保健机器人工程论坛和DeviceTalks西12月9日的活动。有关如何登记参加典礼的资料将于稍后公布。
Beckhoff的XTS机电线性运输系统
的交通系统扩展(XTS)从Beckhoff自动化现在是可用的。支持ethercat的XTS通过将经过验证的旋转和线性运动原理的优点结合到一个新的模块化平台，提供了运动控制和机电一体化的范式转换功能。其紧凑和灵活的设计，先进的机电系统可以减少50%的机器占地面积。XTS革命性的驱动技术，促进创新，全球竞争的机器概念。
XTS包含所有必要的功能，以支持在许多行业的运动控制应用的有效集成。带有附加的机械导轨，XTS电机模块具有直接集成电力电子、EtherCAT通信和位置测量功能。无限数量的无线XTS移动器可以在非常可定制的路径上以高达4米/秒的高动态控制。通过利用EtherCAT、基于pc的控制和Beckhoff的TwinCAT 3自动化软件的灵活性和可扩展性，XTS能够为当今的智能工厂实现灵活的批量生产，最小可达批量1。
Houdijk Holland:Flex Skipper饼干堆叠喂料机从…起Beckhoff自动化
XTS的应用可能性几乎是无限的：移动设备可以通过TwinCAT 3软件提供的自动避碰功能在飞行中进行加速、制动、定位和同步。它们可以占据绝对位置和相对位置；他们可以将自己分组并积累；它们可以在运动中产生夹紧力，通过曲线和直线行驶，通过再生制动回收能量，并将返回和向外的路径用于运输目的。
应用包括包装;食品和饮料;制药和生物技术;组装;机器人技术;物流内部和物料处理。然而，该系统特别适用于高速物料处理:
- 优化不规则的产品流程，使其达到恒定的间隔和速度
- 夹紧和移动产品;产品的提取、运输和排放
- 操纵产品-提起，关闭，旋转，或旋上盖子
- 一次加工一个产品，或者并行地分组加工一个产品
- 通过EtherCAT与机器人实时集成
凭借线性传输系统领域无与伦比的能力，XTS为许多行业的用户提供了领先的功能和竞争优势。
“个人电脑的处理能力每10年就增长1000倍以上。因此，问题就出现了:这将帮助我们在未来实现哪些新的技术突破?此外，EtherCAT工业以太网系统能够将大量数据传输到pc，充分发挥其潜力，”Beckhoff自动化驱动器技术高级产品经理Uwe Prüßmeier说。
“Beckhoff摒弃了传统方法，从用户的角度思考了最佳直线电机应具备的功能。主要标准似乎是：任何数量的移动器和连续行程。集中控制所有电机线圈并计算PC中的所有位置并控制它们在技术上似乎是可行的从那里开始。计算能力是可以负担的，概念对用户来说是可管理的。这促使我们开发了一个机电系统。XTS不仅仅是一项IT工作。机械工程师和电子开发人员也密切参与了设计过程，”普吕梅耶补充道。
简单的XTS电机模块和移动器和导轨构成一个完整的单元。目标几何形状、长度和半径由所选组件的数量和类型决定，可选择22.5度、45度和180度模块，以实现圆形、clotho面和s曲线设计以及开放的直线段。电机模块包含电磁线圈和运行所需的所有其他主动功能。唯一更多的要求是电源和EtherCAT连接。电机模块没有运动部件，因此不容易磨损。
XTS移动器包含有磁性板，与电机模块中的线圈一起，产生推进力。移动器吸收两侧磁铁的吸引力并对其进行补偿。因此，由特别低磨损塑料组成的滚轮可以以大于100米/秒的加速度高速移动2一个机械健壮的编码器标志将移动位置传递给电机模块。
Aerotech PRO-SV长行程提升级
Aerotech公司的PRO-SV系列长距离升力级提供了超精确的性能垂直运动低调包装。PRO-SV由三种不同行程范围和尺寸的型号组成，提供最长的行程范围和最短的总高度。
除了提供充足的有效载荷，PRO-SV提供卓越的定位精度，几何性能，最小增量运动性能。每个模型都有一个大直径精密地滚珠丝杠传动机构直接连接到无刷无齿扭矩电机-从而消除了需要皮带，联轴器，或齿轮。PRO-SV由超精密交叉滚子轴承引导。所有阶段都有一个旋转编码器，并可以配备一个额外的线性编码器，用于在移动马车上的直接位置反馈。
Aerotech公司的PRO-SV长行程提升级在一个低外形的包内实现了超精确的垂直运动。它提供了最长的旅行距离和最短的整体高度。除了提供充足的载荷能力，PRO-SV还拥有最佳的几何性能和最小的步长。它还提供了所有滚珠丝杠驱动举升级的最大可靠性。
PRO-SV适用于高度有限制的应用场合，或者需要堆叠多个定位段，例如beamline和同步加速器样品定位和操作；W经过检查;和surface计量。
提升级的买家不得不在外形、性能、负载能力、稳定性和寿命之间做出权衡。在PRO-SV首次亮相之前，不可能找到一个将这些权衡最小化的提升阶段。
Aerotech公司的PRO-SV长行程提升级在一个低外形的包内实现了超精确的垂直运动。它提供了最长的旅行距离和最短的整体高度。除了提供充足的有效载荷能力，PRO-SV还拥有最佳的几何性能和最小的步长。它还提供了所有滚珠丝杠驱动举升级的最大可靠性。PRO-SV的主要优点包括:
过程质量改进:PRO-SV提供了较长的旅行能力和较短的高度。短型材有助于最小化阿贝误差，导致更好的工作点精度，更高的产量和提高质量。此外，精度和重复性得到了优化，因为电机直接连接到滚珠丝杠驱动机构，这意味着没有皮带、齿轮或联轴器，不会随着时间的推移产生间隙或磨损。
提高精度:PRO-SV提供了最小的增量运动，最多10倍于第二最好的竞争对手。这使得用户能够处理更小的功能，以更好的分辨率检查零件，并生产具有更高公差的组件。
大过程的灵活性:PRO-SV的负载能力是仅次于它的竞争对手的5倍。这允许用户携带更耐用、更高质量的有效载荷轴(如旋转工作台)和额外的加工设备，而无需担心工作台超载。
降低风险:由于PRO-SV没有需要定期维护的传动带、齿轮或联轴器，最终可能会发生故障，因此与其他竞争产品相比，它提供了卓越的可靠性。
HEIDENHAIN ETEL TELICA定位系统
TELICA是ETEL最新定位系统有望彻底改变半导体后端工艺中的运动控制。它让用户通过在平台上使用新专利的移动计量框架(MMF)来达到下一代先进封装的模粘接要求，从而在非常高的吞吐量下获得异常高的精度1µm全局放置精度(350 nm局部)在大面板衬底(720x 650 mm)非常高的吞吐量(高达10 kUPH)。
TELICA有一个在X, Y, Z方向移动的双龙门架构。强大的直线电机是水冷式的，允许极高的负载周期以及60米/秒的加速度2同时确保热稳定性，实现卓越的放置精度。
TELICA平台的集成MMF作为双位置反馈回路平面在流程级别,允许实时校正位置精度没有妥协的吞吐量,MMF使计量沿着焊接过程提供一个稳定的参考机工作状态,位置精度从冷启动到热稳态。
与ETEL最先进的运动控制器相结合，TELICA平台受益于许多控制功能，例如：
- 非线性控制以及先进的前馈和轨迹滤波器
- 全同步所有轴与纳秒抖动
- 特定的龙门控制方式
- 基于真实地图位置的多维映射和高级触发功能
- 用于控制优化的高级软件诊断和系统识别工具
在全动态条件下，可在整个面板尺寸上达到1-µm的绝对定位精度。
TELICA平台适用于以下应用：
- 扇出晶圆级封装(FO-WLP);扇出面板级封装(FO-PLP)
- TCB、C4、C2模接工艺;µ主导结合
- 任何同时调用吞吐量和准确性的应用程序
TELICA系统中使用的移动计量框架(MMF)的概念是为了普遍提高系统放置精度而设计的，美国专利2015/0280529 A1。TELICA系统集成了这一概念，并改进了计量框架的c臂末端在物理工具点-美国专利2019/0063669 A1。
由于MMF概念，TELICA允许用户达到下一代先进封装的模具粘接要求。作为参考，目前最先进的倒装芯片贴合机在10 μ m贴合精度下可以达到7 kUPH，在5 μ m贴合精度下可以达到3.5 kUPH。在870 × 800 mm的工作空间内，TELICA可以在1µm放置精度下达到10 kUPH。TELICA平台于2019年7月发布，并首次在旧金山Semicon West 2019上公开展示。该平台已经成功进行了beta测试，并由模具粘合世界的主要玩家认证。
与MMF相关的一个非常具体的控制体系结构使该平台在市场上的性能独一无二。
该系统首先作为功能模型设计，以验证MMF概念，然后作为原型，以充分验证其性能。同时，利用有限元和模型降阶来建立数值模型来模拟和预测行为，从而改进设计。
传统的运动系统设计在吞吐量和放置精度之间进行权衡，前者与后者成反比。TELICA是市场上唯一一个允许同时结合放置精度和吞吐量的运动系统平台。该平台还表现出非常低的热瞬态，转化为极短的停机时间。通常，TELICA需要10分钟才能恢复到全精度性能，而在传统设计中需要1小时以上。
这种性能组合使客户能够面对不同的扇出过程的挑战，并以比以往更高的速度生产准确的包装。
CUI Devices的AMT33换向编码器系列
AMT33系列从CUI设备是一个坚固的高精度换向编码器，产生标准的U-V-W通信信号换向无刷直流电机。基于CUI专有的电容传感技术，该系列结合了高耐久性和准确性，并对可能困扰其他编码器技术的工业环境中的灰尘、灰尘和油增加了弹性。
该系列采用42.3 × 42.3 × 13.5 mm封装，提供CMOS电压或差分线驱动器输出，在5 V下低电流消耗16 mA，宽-40至+125°C的工作温度范围。这使得AMT33编码器适用于工业、自动化、机器人和可再生能源应用，以及能源消耗是主要设计考虑因素的电池供电设备。
| 编码器模型 | 类型 | 工作电压 | 最高分辨率电流 | 动力在4马达系统 |
| AMT33 | 电容 | 5伏 | 16毫安 | 0.32瓦 |
| 竞争对手1 | 视力的 | 5伏 | 85毫安 | 1.7 W |
| 竞争对手2 | 磁 | 5伏 | 160毫安 | 3.2 W |
CUI的AMT33系列采用电容式技术，其功耗仅为光或磁型功耗的10%以下第一次接触零特点-允许在电机安装过程中节省大量的时间。在无刷直流电机(BLDC)上安装换向光学编码器可能是一个迭代和耗时的过程，因为光盘必须进行物理和精确旋转，以对准正确的电机绕组。一旦对准，组装必须通过反电动势检查，以确保安装精度…这一过程可能需要15分钟以上的每个电机。AMT33(作为ASIC和MCU的基础，通过一键零功能将这个耗时的过程减少到几秒钟，节省了制造过程中的时间和成本。
除了简化组装，AMT33还具有高度可定制性，通过CUI的AMT Viewpoint软件可以快速配置编码器的分辨率、极点计数、零位和旋转方向。这包括22个可编程分辨率从48到4096 PPR和2,4,6,8,10,12，或20极对。AMT33系列还支持9个不同的轴尺寸，从9毫米到15.875毫米。
其他编码器通常只支持单个编码器的单一分辨率和轴尺寸，而CUI的AMT33系列在单个SKU下支持2400多个配置。这为工程师在开发或生产过程中提供了极大的灵活性，同时节省了时间和金钱，而不必在每次需要新配置时更换编码器。
AMT33系列的诊断功能进一步为设计人员提供了宝贵的系统数据，这在以前的纯模拟解决方案中是无法获得的。该数据可用于快速允许系统确定编码器是否运行正常，是否出现故障或无法操作，或是否发生偏移。然后，系统可以使用这些数据来通知操作人员潜在的问题，或者在启动电机并造成潜在的灾难性损坏之前自行做出明智的决定。这种诊断数据使故障排除变得更容易，同时缩短或消除了严重的停机时间。与传统的模拟编码器不同，AMT33系列的数字可编程性和诊断能力使其非常适合新兴的工业物联网和工业4.0应用。
自2006年CUI推出第一代电容式编码器以来，CUI的电容式编码器技术与数字卡钳采用的原理相同，具有良好的跟踪记录。AMT33系列已被证明是高度可靠和准确的，解决了许多光学和磁性技术的应用问题。电容式编码器比光学编码器更加坚固耐用，可以承受各种环境污染物，如灰尘、污垢和油。电容式编码器对振动和极端温度也有更好的承受能力。此外，与光学编码器相比，它具有更长的寿命、更小的占地面积和更低的电流消耗。它不受磁干扰和电噪声的影响，与磁编码器一样坚固耐用——但提供更高的精度和分辨率。
比较AMT33系列电容技术与其他型号的性能优势:
多佛运动成像DOF-5低成本纳米定位平台
生命科学和诊断仪器已经看到了过程自动化的上升，传统上使用手动显微镜。DOF-5是用于自动成像仪器，通过移动物镜聚焦相机图像。
适合的成像应用包括:
- 用于细胞成像(细胞学)的自动显微镜诊断仪器;组织成像(组织学)——例如，用于癌症筛查;血细胞成像(血液学)
- 用于大学和生命科学研究的数字显微镜;DNA测序
- 纳米技术检测；半导体检测设备
- 计量
DOF-5的基础技术由美国专利10367436涵盖，用于单轴线性运动系统。这项专利涵盖了嵌入在舞台结构中的电路板的新实现，该电路板集成了位置反馈、直线电机驱动电路和运动控制器。
多年来，聚焦的行业标准一直是带有压电电机和弯曲轴承的舞台。尽管成本高，带宽和调优问题，以及旅行时间短，但这项技术一直存在。DOF-5是一种新颖的颠覆性纳米定位产品，具有突破性的价格，提供高性能和增加行程。DOF-5采用集成控制器和刚性交叉滚子轴承，在价格上具有优越的性能，与压电电机柔性轴承阶段的高价格和局限性形成鲜明对比。
通过DOF-5, Dover Motion解决了客户在高价格压电聚焦阶段的几个主要痛点，为需要客观聚焦的自动成像应用提供了更好、更低成本的z轴聚焦阶段选择。
尽管压电驱动驱动器在显微镜聚焦市场普遍存在，但它们有许多局限性。
1.压电级联的行程非常有限，通常只有0.2至0.5 mm。这使得目标和样品之间的结构回路中的许多部件有非常严格的公差。此外，压电致动器不能清除样品载体上的骄傲元件，也不能帮助样品装卸。它们也不适合光学较厚的物体，如组织样本。
在某些系统中，由于压电工作台行程非常有限，设计师采用了一种“宏观-微观”策略，即高分辨率压电工作台在一个额外的粗分辨率长行程工作台上运行。这种方法使移动轴的数量翻倍，增加了复杂性和成本。
Dover Motion DOF-5采用直接驱动直线电机代替压电驱动，提供超过5mm的行程(大约是竞争的压电级的10倍)和可调硬止动。增加的行程消除了对二次轴的需要，并可以设置硬止损，以防止碰撞，使制造工具更容易。DOF-5的行程范围大到足以消除手动调整点的需要，用于调整聚焦轴结构到样品的运动轴，这是使用压电工作台时常见的。DOF-5还提供了一个更长的笔画聚焦厚的样品，或复杂的样品不平坦。
2.典型的压电聚焦平台使用杠杆放大和弯曲轴承来约束运动，这导致轴向刚度差，伺服带宽低，步进和稳定性能慢。相比之下，新的DOF-5直线电机平台使用交叉滚子轴承代替挠曲。这些轴承更硬，因此不容易受到来自仪器内其他移动轴的离轴运动力的影响。DOF-5更高的带宽和刚度非常重要，因为它直接关系到更快的吞吐量，允许给定的仪器每天处理更多的样品。
3.压电聚焦台有一个笨重的控制器，电机和位置反馈装置的布线，在仪器内部或控制箱中占据了大量空间。Dover Motion的专利方法将位置反馈和控制嵌入到直线电机阶段，消除了额外的电缆和控制器。DOF-5只需要一个简单的电源和通信电缆来操作。
多年来，Dover Motion一直在使用直接驱动的直线电机，但在支撑垂直负载时，依赖于气动平衡。DOF-5的另一项创新是首次在舞台结构中植入了恒力磁力平衡装置。这是一种改进，消除了以前气动平衡所需要的空气供应。
与现有解决方案相比，DOF-5独特的体系结构和创新大大降低了价格。目前可用的压电式工作台和控制装置的典型低容量（<10）售价在9000美元至12000美元之间。DOF-5提供同等或更好的性能，价格不到4000美元。车载控制器还允许舞台直接连接到自动对焦系统，便于集成。DOF-5优越的价格和性能正在改变物镜聚焦阶段的模式。
| 压电弯曲阶段 | DOF-5物镜聚焦级 |
| 单台价格~$8,000 - $12,000与控制。 | 单台售价4,400美元起。 |
| 挠曲轴承导致离轴运动和位置相关的寄生力。 | 交叉滚子轴承为更快的移动提供更高的刚度。这将增加吞吐量。 |
| 叠加或振荡驱动具有非线性响应，带宽随载荷质量的增加而减小。 | 无刷直线伺服电机驱动提供更高的伺服带宽和光学显微镜的线性响应。 |
| 2-500μm行程需要精确对准，当需要更多行程时，需要额外的粗轴。 | >5毫米的行程使校准更容易。它还有助于避免显微镜物镜碰撞，并提供足够的行程以清除干扰。 |
| 离轴、复杂的控制通常体积庞大且成本高。 | 由于更简单和更少的电缆，板载控制刺激了更低的拥有成本。 |
考虑一下最近的一项申请:WDI Wise设备公司是一家紧凑型自动聚焦传感器，自动显微镜模块和终端用户红外成像系统的制造商。以前，WDI的自动对焦动作有复杂的布线和控制。自动对焦系统将校正信息发送回控制器，然后控制器必须解释该校正并向对焦平台发送运动位置命令。现在，自动对焦传感器可以直接连接到物镜的对焦运动轴。这简化了布线和控制系统，成本仅为之前解决方案的一小部分。
“Dover Motion的DOF-5为单台高NA显微镜物镜驱动提供了很好的解决方案。它提供了压电的所有优点，在速度和分辨率方面，没有任何限制，如短的旅行范围和铃声较低的成本，”WDI销售和营销副总裁特德·科勒曼说。
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