रोबोट पोजिशनिंग सिस्टम, गोदाम, एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव सुविधाओं में लंबे ट्रैक होते हैं जो एक रोबोट को कई कार्य करने देते हैं। इन्हें रोबोट-ट्रांसफर यूनिट या आरटीयू या 7वीं-अक्ष प्रणाली भी कहा जाता है, ये गति डिज़ाइन असेंबली, बड़े पैमाने पर वेल्डिंग और वेयरहाउसिंग के लिए तेजी से आम हो रहे हैं।

रोबोट को ज़मीन से जोड़ने वाले सामान्य सेटअप के विपरीत, RTU रोबोट को कार्य-कक्षों और कारखानों से होकर ले जाते हैं और स्टेशनों के बीच आवागमन करते हैं। RTU के लिए सबसे अच्छे सेटअप वे हैं जो अभी बनाए जा रहे हैं या वे जहाँ प्रक्रियाओं और संबंधित मशीनों को एक सीधी पंक्ति में रखा जा सकता है। जहाँ RTU छह-अक्ष वाले रोबोटों को ले जाते हैं, वहाँ रैखिक ट्रैक को कभी-कभी सातवाँ अक्ष भी कहा जाता है (या कम सामान्यतः, जब रोबोट में स्वयं सात डिग्री स्वतंत्रता होती है, तो आठवाँ अक्ष)। जब ये ट्रैक किसी फ़्रेम का हिस्सा होते हैं, जिसमें वे फ़्रेम भी शामिल होते हैं जिनसे रोबोट लटका होता है, तो वे गैन्ट्री होते हैं।

रोबोट या ट्रैक की आकृति विज्ञान चाहे जो भी हो, अतिरिक्त अक्ष का उद्देश्य स्थानान्तरणीय गति को जोड़ना है। यह या तो कार्य क्षेत्र का विस्तार करता है या रोबोट को कार्य-खंडों या औजारों को ले जाने में सक्षम बनाता है। कुछ व्यवस्थाओं में, पूर्व व्यवस्था रोबोट को कई मशीनों की देखभाल करने, पंक्तियों से पैलेट उठाने, या बहुत बड़े पुर्जों को मशीन करने में सक्षम बनाती है। बाद की व्यवस्था में, सामान्य अनुप्रयोग पैकिंग, वेल्डिंग, प्लाज़्मा-आर्क कटिंग और अन्य यांत्रिक कार्य हैं।

यहाँ हम RTU के लिए ड्राइव विकल्पों पर ध्यान केंद्रित करेंगे। हालाँकि, ध्यान दें कि इंजीनियरों को गाइड और बेयरिंग (आमतौर पर कैम फ़ॉलोअर्स या प्रोफ़ाइल गाइड के रूप में) की एक श्रृंखला के बीच भी निर्णय लेना होगा।

आरटीयू के लिए डिज़ाइन और ड्राइव विकल्प प्रचुर मात्रा में हैं
हालाँकि कुछ गैन्ट्री में रोबोट को उल्टा करने और ऊपर से मशीनों तक बेहतर पहुँच के लिए उन्हें लटकाने के लिए फ्रेमिंग होती है, लेकिन ज़मीन से बोल्ट लगाकर रोबोट को सीधा रखने वाले आरटीयू सबसे आम हैं। इन आरटीयू में औसतन ज़्यादा पेलोड होते हैं, जो रोबोट की भुजाओं और हज़ारों पाउंड वज़न के भार को ढो सकते हैं।

इंजीनियर पूर्व-निर्मित आरटीयू खरीद सकते हैं या गति-प्रणाली विशेषज्ञता का उपयोग करके स्वयं आरटीयू बना सकते हैं। सबसे सरल रैखिक-ट्रैक युग्म होते हैं जो प्लेटफ़ॉर्म पर रोबोट को बोल्ट करते हैं। हालाँकि, कई ओईएम उन स्थितियों के लिए समर्पित इंटीग्रेटर्स की नियुक्ति करते हैं जहाँ आरटीयू पर रोबोट उच्च-सटीक कार्य करेंगे—उदाहरण के लिए, काटने का कार्य (जहाँ डिज़ाइन को कई अक्षों के संयोजन को समकालिक करना होगा) या प्रसंस्करण के लिए विभिन्न मशीन टूल्स के माध्यम से कास्टिंग को स्थानांतरित करना।

रोबोट-ट्रांसफर इकाइयों को डिज़ाइन करने में सबसे बड़ी चुनौती उन्हें अपने रोबोट भुजाओं की गति के साथ तालमेल बिठाने के लिए प्रोग्राम करना है। दूसरी सबसे बड़ी चुनौती आरटीयू को कई मीटर तक सटीक रैखिक गति बनाए रखने में सक्षम बनाना है।

लंबे स्ट्रोक के लिए शारीरिक आवश्यकताओं को पूरा करना
कभी-कभी गति ही RTU डिज़ाइन का सर्वोपरि उद्देश्य होती है। यह विशेष रूप से तब सच होता है जब RTU रोबोटों को कुछ सौ फीट या उससे भी ज़्यादा दूरी तक ले जाते हैं, विशेष सेटअप में। गतिमान रोबोटों के संदर्भ में—कभी-कभी हज़ारों पाउंड वज़न वाले हथियारों और उनके पेलोड के संदर्भ में—उच्च गति सापेक्ष होती है। हालाँकि, कुछ RTU एक g के त्वरण के साथ 10 फीट/सेकंड से भी ज़्यादा की गति से चल सकते हैं।

लेकिन अक्सर, सटीकता ही RTU डिज़ाइन का सर्वोपरि उद्देश्य होती है। उदाहरण के लिए, एक ऐसे अनुप्रयोग पर विचार करें जहाँ एक रोबोट, मशीनिंग में एक सहयोगी कार्य-कोशिका की सहायता करता है। यहाँ, रोबोट कार्य-क्षेत्र की गति और विस्तार तभी उपयोगी होते हैं जब आसपास का ढाँचा सटीकता को मज़बूती से बनाए रख सके। ऐसे डिज़ाइनों में अक्सर ट्रैक गति के दौरान 0.02 मिमी तक सटीकता और 0.2 मिमी या उससे अधिक की स्थिति-निर्धारण पुनरावृत्ति की आवश्यकता होती है।

इसके विपरीत, अगर कोई एप्लिकेशन रोबोट आर्म का इस्तेमाल ऐसे अनुप्रयोगों के लिए करता है जो अनुकूली नियंत्रणों को गति देते हैं लेकिन पूर्ण सटीकता पर कम निर्भर होते हैं, तो अन्य सेटअप काम कर सकते हैं। यह रोबोट आर्म से सुसज्जित एक मोबाइल वाहन का रूप भी ले सकता है—उदाहरण के लिए, शिपिंग कंटेनरों को उतारने के लिए।

डिज़ाइन चाहे जो भी हो, कम रखरखाव और लंबी उम्र सभी आरटीयू सेटअपों के लिए महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे आमतौर पर एक से ज़्यादा प्लांट फंक्शन और कई अन्य मशीनरी से जुड़े होते हैं। इसलिए, आरटीयू डाउनटाइम अक्सर अन्य स्टेशनों को भी काम करने से रोक देता है।

एकीकृत सुरक्षा भी महत्वपूर्ण है, क्योंकि कई आरटीयू रोबोटिक्स को महंगे उपकरणों जैसे मशीन टूल्स या यहां तक कि श्रमिकों से भरे क्षेत्रों में ले जाते हैं - विशेष रूप से जहां वे असेंबली कर्मियों के साथ क्षेत्रों के आसपास काम करते हैं।

आरटीयू के लिए बेल्ट, स्क्रू और न्यूमेटिक्स
मध्यम दूरी की रैखिक दूरी तय करने वाले रोबोट गैन्ट्री अक्सर बेल्ट ड्राइव के साथ मोटरों का उपयोग करते हैं। ये अपेक्षाकृत सरल प्रणालियाँ हैं जो बेल्ट पर तनाव पैदा करने और तेज़ी से त्वरण प्रदान करने के लिए विद्युत-मोटर चालित पुली का उपयोग करती हैं। हालाँकि, जैसे-जैसे ये लंबे स्ट्रोक तक पहुँचते हैं, बेल्ट के ढीले होने की समस्याएँ उत्पन्न हो सकती हैं यदि सिस्टम पूरी लंबाई में तनाव बनाए नहीं रख पाता। स्पष्ट रूप से, समस्या पेलोड की सीमा नहीं है। बल्कि, बेल्ट के अनुपालन से गति खोने का जोखिम है।

मापनीयता चेतावनी के कुछ अपवाद हैं। कुछ आरटीयू में, बेल्ट अक्ष (एक सामान्य ड्राइवशाफ्ट से संचालित) हार्मोनिक क्रैंक चलाते हैं। यहाँ, बेल्ट ड्राइव सही परिस्थितियों में लंबे स्ट्रोक वाले रोबोट की स्थिति निर्धारण के लिए सटीकता बनाए रख सकते हैं। अधिकांश सफल बेल्ट-चालित आरटीयू, बेल्ट-चालित सेटअप से अधिक सटीकता प्राप्त करने के लिए पूरक अभिविन्यासों में फ्रेमिंग और रैखिक ट्रैक का उपयोग करते हैं। बेल्ट-चालित रेल एक्ट्यूएटर वाले कुछ ऐसे आरटीयू, एक टन के रोबोट को दर्जनों फीट ऊपर ले जाते समय भी, ± 0.001 इंच तक दोहराव बनाए रख सकते हैं। यहाँ (सही रेल के कारण) बेल्ट-चालित एक्ट्यूएटर ऐसे आरटीयू बनाते हैं जो विकल्पों की तुलना में सस्ते और अधिक लचीले होते हैं।

सातवें अक्ष के लिए एक अन्य विकल्प बॉलस्क्रू-चालित अक्ष है। यह सेटअप बेल्ट ड्राइव में उत्पन्न होने वाले कंपन और स्प्रिंगिंग को नियंत्रित करता है। मूलतः एक स्थिर यांत्रिक तत्व सटीक रोक और स्थिति निर्धारण के लिए नियंत्रण बनाए रखता है।

बॉलस्क्रू आमतौर पर लगभग छह मीटर लंबे सेटअप में, बीच-बीच में बेयरिंग सपोर्ट की मदद से, अच्छी तरह काम करते हैं। लंबे अक्षों पर, मुख्य समस्या यह होती है कि स्क्रू तेज़ गति से घूमते हैं, खासकर अगर उन्हें पर्याप्त सपोर्ट न मिले। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि बॉलस्क्रू शाफ्ट अपने ही भार के कारण मुड़ जाते हैं। फिर महत्वपूर्ण गति (स्क्रू-शाफ्ट व्यास, सीधापन, संरेखण और बिना सपोर्ट वाली लंबाई का एक कार्य) पर गति शाफ्ट की प्राकृतिक आवृत्ति को उत्तेजित करती है। इसलिए बॉलस्क्रू की लंबाई बढ़ने के साथ अधिकतम गति कम होती जाती है।

कुछ सेटअप बेयरिंग ब्लॉक का उपयोग करते हैं जो अलग होकर एक साथ जुड़ जाते हैं—और फिर लंबे व्हिप-मुक्त विस्तार के लिए स्क्रू को सहारा देते हुए स्थिर रहते हैं। हालाँकि, अतिरिक्त लंबे बॉलस्क्रू-चालित ट्रैक के लिए, निर्माताओं को कई स्क्रू जोड़ने पड़ते हैं (आमतौर पर विकृत ज्यामिति से बचने के लिए वेल्डिंग के बजाय गोंद से)। अन्यथा, व्हिप की समस्या से निपटने के लिए स्क्रू का व्यास अतिरिक्त बड़ा होना चाहिए। कुछ ऐसे बॉलस्क्रू-आधारित सेटअप के स्ट्रोक 10 मीटर तक पहुँचते हैं और 4,000 आरपीएम तक चलते हैं। एक और चेतावनी: रोबोट ट्रैक में स्क्रू को गंदगी और मलबे से बचाने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, जहाँ वे काम करते हैं, वहाँ बॉलस्क्रू के साथ युग्मित इलेक्ट्रिक मोटर वाले आरटीयू बेल्ट-चालित कुल्हाड़ियों की तुलना में अधिक भार संभालते हैं।

लॉन्ग-स्टोक सेटअप के लिए द्रव शक्ति भी उपलब्ध है। ऐसे न्यूमेटिक आरटीयू आमतौर पर उन अनुप्रयोगों के लिए कम लागत वाला समाधान होते हैं जिनमें केवल आगे-पीछे दो-स्टॉप पोजिशनिंग की आवश्यकता होती है। औसतन ये 2 मीटर/सेकंड की गति से चलते हैं और अन्य रोबोट नियंत्रणों के साथ एकीकृत होते हैं।

परिशुद्धता RTUs के लिए रैखिक मोटर्स
लंबे स्ट्रोक वाले आरटीयू (उदाहरण के लिए, प्रयोगशाला रोबोटिक्स में उपयोग के लिए) रैखिक-मोटर ड्राइव का उपयोग कर सकते हैं। ऐसे अधिकांश आरटीयू में अत्याधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स, एब्सोल्यूट एनकोडर और त्रुटियों या शटडाउन के बाद भी अक्षों को ट्रैक करने के लिए गति नियंत्रण भी शामिल होता है।

एक रैखिक मोटर की पहुँच आमतौर पर लगभग चार मीटर होती है। यह पहुँच भारी आरटीयू (RTU) अनुप्रयोगों की तुलना में पिक-एंड-प्लेस और सेमीकंडक्टर वेफर हैंडलिंग के लिए अधिक उपयुक्त होती है। संक्षेप में, आरटीयू (RTU) में रैखिक मोटर विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण होती हैं क्योंकि वे यांत्रिक सटीकता प्रदान करती हैं, लेकिन उन्हें भारी पेलोड ले जाना पड़ता है। इसके लिए अधिक महंगे स्थायी चुम्बकों की आवश्यकता होती है जो रैखिक मोटरों को इतना अच्छा प्रदर्शन करने में सक्षम बनाते हैं।

कुछ अपवाद भी हैं। टेंडम लीनियर एक्ट्यूएटर्स वाला एक विश्व-रिकॉर्ड आरटीयू चालू किया गया और 12 मीटर तक सटीक गति की आवश्यकता वाले एक ऑटोमेशन सेटअप के लिए विशेष रूप से निर्मित किया गया। कठोर एल्युमीनियम सपोर्ट रेल दो छह-पंक्ति लीनियर रीसर्क्युलेटिंग बॉल बेयरिंग और गाइडवे असेंबली के साथ काम करते हैं। ट्विन स्लॉटेड सिंक्रोनस लीनियर मोटर्स 4,200 न्यूटन तक का बल उत्पन्न करते हैं।

आरटीयू के लिए रैक-एंड-पिनियन सेट
रैक-एंड-पिनियन सेट का उपयोग करने वाले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध आरटीयू सबसे आम हैं। आमतौर पर इनकी लंबाई 15 मीटर तक होती है। रैखिक इकाई का नियंत्रण रोबोट नियंत्रक में गणितीय रूप से युग्मित अक्ष के रूप में एकीकृत होता है, जिससे अतिरिक्त नियंत्रक की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। ऐसे कई आरटीयू ब्रशलेस एसी सर्वोमोटर और प्लैनेटरी गियरबॉक्स को ग्राउंड हेलिकल रैक-एंड-पिनियन सेट के साथ जोड़कर 30 मीटर के स्ट्रोक तक भी सटीकता बनाए रखते हैं। अन्य सेटअप एक ऐसे कैरिज का उपयोग करते हैं जो एक ब्लॉक में भारी-भरकम रोलर्स पर सिंगल-एज रेल पर चलता है। यहाँ, रेल आमतौर पर आयताकार होती हैं जिनके अंदरूनी किनारे पर एक रैक काटा जाता है। इन्हें घुमावदार खंडों से जोड़ा जा सकता है जहाँ यह एक उपयोगी लेआउट है।

कुछ आरटीयू, जो रोबोट को यात्रा प्लेटफ़ॉर्म पर घुमाते हैं, कठोर स्टील से बनी सपाट सतह वाली रेल का उपयोग करते हैं और इन्हें कैम-फॉलोअर क्लस्टर के साथ जोड़ते हैं। कुछ अन्य, प्लेटफ़ॉर्म को शक्ति प्रदान करने के लिए एक हेलिकल बेवल रिड्यूसर और बेल्ट वाली इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग करते हैं। फिर, लंबी शटल अक्ष पर, आरटीयू एक इलेक्ट्रिक गियरमोटर लगाता है जो एक रैक से जुड़े पिनियन को चलाता है।

सिमुलेशन और प्रोग्रामिंग RTUs
ऐसे उपकरण मौजूद हैं जिनकी मदद से इंजीनियर आरटीयू के पथों की योजना बना सकते हैं और उन्हें रोबोट के कार्यों के साथ समन्वयित कर सकते हैं। रोबोट सिमुलेशन सॉफ़्टवेयर और यहाँ तक कि कुछ गति-नियंत्रक मॉड्यूल भी इंजीनियरों को ट्रैक की योजना बनाने, परिणामी सॉफ़्टवेयर को नियंत्रक पर लोड करने और फिर उस एक हार्डवेयर से रोबोट और आरटीयू को नियंत्रित करने की सुविधा देते हैं।

एक अन्य विकल्प समर्पित सॉफ़्टवेयर कंपनियों के सॉफ़्टवेयर हैं जो रोबोट डेवलपमेंट किट बेचते हैं, जो API के माध्यम से लगभग किसी भी ब्रांड के रोबोट की प्रोग्रामिंग की अनुमति देते हैं। ये और अनगिनत अन्य सॉफ़्टवेयर टूल रोबोट सेटअप को पहले से कहीं अधिक आसान बनाते हैं, खासकर उन टीमों के लिए जिनके पास मध्यम गति-नियंत्रण या CNC अनुभव है। प्रारंभिक डिज़ाइन पुनरावृत्तियाँ आमतौर पर ऑफ़लाइन PC प्रोग्रामिंग के माध्यम से होती हैं। फिर जब कर्मचारी रोबोट और RTU स्थापित करते हैं, तो प्रोग्रामिंग सॉफ़्टवेयर कोड उत्पन्न करता है जो नियंत्रणों पर लोड होता है। सॉफ़्टवेयर समस्याओं का परीक्षण करने के लिए RTU और रोबोट को प्रोग्राम किए गए पथों के माध्यम से चलाता है। इसके बाद इंस्टॉलर एक पेंडेंट का उपयोग करके रोबोट के ग्रिपर, कटर, या एंड इफ़ेक्टर को अंतरिक्ष में कार्य-विशिष्ट बिंदुओं पर रखता है जबकि नियंत्रक चालों को रिकॉर्ड करता है। अन्यथा, इंस्टॉलर पूरे सेटअप के लिए एक पेंडेंट का उपयोग कर सकते हैं और फिर बैकएंड पर प्रक्षेप पथों को पॉलिश कर सकते हैं—एक तेजी से आम तरीका।

चेतावनी: आरटीयू रोबोट अंशांकन को जटिल बनाते हैं
भौतिक सेटअप के बाद, आरटीयू और रोबोट को कैलिब्रेशन की आवश्यकता होती है। समस्या यह है कि आरटीयू के साथ युग्मित औद्योगिक रोबोट अक्सर दोहराए जाने योग्य गतियाँ तो करते हैं, लेकिन सटीक नहीं, इसलिए आउटपुट गति सिमुलेशन अनुमानों से भिन्न होती है। अकेले, औद्योगिक रोबोट की औसत एकदिशीय दोहराव क्षमता 0.1 मिमी से 0.01 मिमी तक होती है। विशिष्ट अक्ष एक शून्य-बैकलैश गियरहेड और मोटर को जोड़ते हैं, और एक नियंत्रक उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनकोडर के साथ उन सभी को ट्रैक करता है। आउटपुट गति सटीकता को और बढ़ाना महंगा हो जाता है, क्योंकि असेंबली और गियरिंग जैसे घटक गति में कमी लाते हैं (ज्यादातर यांत्रिक अनुपालन के कारण)। इसलिए, कुछ मामलों में नियंत्रणों को अक्सर मिलीमीटर के पैमाने पर स्थितिगत त्रुटि की भरपाई करनी पड़ती है।

पारंपरिक रोबोट कैलिब्रेशन में महंगे लेज़र अलाइनमेंट का इस्तेमाल होता है। कभी-कभी इससे आउटपुट त्रुटि बीस गुना कम हो सकती है। इसके अलावा, रोबोट निर्माता फ़ैक्टरी कैलिब्रेशन की सुविधा देते हैं। समर्पित रोबोट-कैलिब्रेशन कंपनियाँ ऐसी सेवाएँ भी प्रदान करती हैं जो रोबोट के समग्र सटीक आउटपुट पर अतिरिक्त RTU के प्रभाव का हिसाब लगा सकती हैं। इसके अलावा, दोहरे कैमरे वाले सेंसर ऑप्टिक्स और विशेष प्रकाश व्यवस्था के माध्यम से गहन निरीक्षण और गतिशील माप की अनुमति देते हैं। कैलिब्रेशन के यांत्रिक तरीके एक और विकल्प हैं, हालाँकि लंबे ट्रैक पर रोबोटों पर इन्हें लागू करना कठिन होता है।