रोबोट पोजिशनिंग सिस्टम गोदामों, एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव सुविधाओं में इस्तेमाल होने वाले लंबे ट्रैक होते हैं, जिनकी मदद से एक रोबोट कई कार्य कर सकता है। इन्हें रोबोट-ट्रांसफर यूनिट, आरटीयू या 7वें अक्ष सिस्टम भी कहा जाता है। असेंबली, बड़े पैमाने पर वेल्डिंग और वेयरहाउसिंग में इस तरह के मोशन डिजाइन तेजी से आम होते जा रहे हैं।

आम तौर पर रोबोट को फर्श पर स्थिर रखने वाले सेटअप के विपरीत, आरटीयू रोबोट को वर्क-सेल और कारखानों में ले जाते हैं और उन्हें स्टेशनों के बीच शटल करते हैं। आरटीयू के लिए सबसे उपयुक्त सेटअप वे होते हैं जिनका निर्माण अभी चल रहा हो या जहां प्रक्रियाओं और संबंधित मशीनों को एक सीधी पंक्ति में रखा जा सके। जहां आरटीयू छह-अक्षीय रोबोटों को गति प्रदान करते हैं, वहां रैखिक पटरियों को कभी-कभी सातवां अक्ष भी कहा जाता है (या कम सामान्यतः, जब रोबोट में स्वयं सात डिग्री ऑफ़ फ़्रीडम होती हैं, तो आठवां अक्ष)। जब ये पटरियां किसी फ्रेम का हिस्सा होती हैं, जिनमें वे फ्रेम भी शामिल हैं जिनसे रोबोट लटका होता है, तो इन्हें गैन्ट्री कहा जाता है।

रोबोट या ट्रैक की संरचना कैसी भी हो, अतिरिक्त अक्ष का उद्देश्य स्थानान्तरण गति प्रदान करना है। इससे या तो कार्यक्षेत्र का विस्तार होता है या रोबोट को वर्कपीस या औजारों को स्थानांतरित करने की सुविधा मिलती है। कुछ व्यवस्थाओं में, पहले वाले उपयोग से रोबोट कई मशीनों को संभाल सकता है, पंक्तियों से पैलेट उठा सकता है या बहुत बड़े घटकों की मशीनिंग कर सकता है। दूसरे वाले उपयोग के लिए, पैकिंग, वेल्डिंग, प्लाज्मा-आर्क कटिंग और अन्य यांत्रिक कार्य आम हैं।

यहां हम आरटीयू के लिए ड्राइव विकल्पों पर ध्यान केंद्रित करते हैं। हालांकि, ध्यान दें कि इंजीनियरों को गाइड और बियरिंग की एक श्रृंखला (आमतौर पर कैम फॉलोवर या प्रोफाइल गाइड के रूप में) के बीच भी चयन करना होगा।

आरटीयू के लिए डिज़ाइन और ड्राइव विकल्प प्रचुर मात्रा में उपलब्ध हैं।
हालांकि कुछ गैन्ट्री में रोबोट को उल्टा लटकाने और मशीनों तक ऊपर से बेहतर पहुंच के लिए फ्रेमिंग शामिल होती है, लेकिन फर्श पर बोल्ट से कसे जाने वाले और रोबोट को सीधा रखने वाले आरटीयू सबसे आम हैं। इन आरटीयू की पेलोड क्षमता औसतन अधिक होती है, जो रोबोट आर्म्स और हजारों पाउंड वजन के ग्रैब्ड लोड को ले जा सकती है।

इंजीनियर पहले से निर्मित आरटीयू खरीद सकते हैं या मोशन-सिस्टम विशेषज्ञता का उपयोग करके स्वयं आरटीयू बना सकते हैं। सबसे सरल लीनियर-ट्रैक जोड़े होते हैं जिन पर प्लेटफॉर्म लगे होते हैं जिन पर रोबोट बोल्ट से कसा जाता है। हालांकि, कई ओईएम ऐसे मामलों के लिए विशेष इंटीग्रेटर्स की सेवाएं लेते हैं जहां आरटीयू पर लगे रोबोट उच्च परिशुद्धता वाले कार्य करेंगे—उदाहरण के लिए, कटिंग का कार्य (जहां डिजाइन में कई अक्षों के जोड़ को सिंक्रनाइज़ करना आवश्यक है) या ढलाई को प्रसंस्करण के लिए विभिन्न मशीन टूल्स से गुजारना।

रोबोट-स्थानांतरण इकाइयों (आरटीयू) के निर्माण में सबसे बड़ी चुनौती उन्हें उन रोबोट भुजाओं की गति के साथ सिंक्रनाइज़ करने के लिए प्रोग्राम करना है जिन्हें वे ले जाती हैं। दूसरी सबसे बड़ी चुनौती आरटीयू को कई मीटर की दूरी तक सटीक रैखिक गति बनाए रखने में सक्षम बनाना है।

लंबे स्ट्रोक के लिए शारीरिक आवश्यकताओं को पूरा करना
कई बार, गति ही आरटीयू डिज़ाइन का सर्वोपरि उद्देश्य होता है। यह बात तब और भी सच हो जाती है जब आरटीयू रोबोटों को कुछ सौ फीट या विशेष सेटअप में इससे भी अधिक दूरी तक ले जाते हैं। गतिशील रोबोटों के संदर्भ में उच्च गति - जिनमें कभी-कभी हजारों पाउंड वजनी भुजाएँ और उनका भार शामिल होता है - सापेक्षिक होती है। हालांकि, कुछ आरटीयू 10 फीट/सेकंड से अधिक की गति से और एक ग्री त्वरण के साथ चल सकते हैं।

लेकिन अक्सर, सटीकता ही आरटीयू डिज़ाइन का सर्वोपरि उद्देश्य होता है। उदाहरण के लिए, एक ऐसे अनुप्रयोग पर विचार करें जहाँ एक रोबोट मशीनिंग में एक सहयोगी वर्क-सेल की सहायता करता है। यहाँ, गति और रोबोट के कार्य क्षेत्र का विस्तार तभी उपयोगी होता है जब आसपास का ढांचा सटीकता को बरकरार रख सके। ऐसे डिज़ाइनों में अक्सर ट्रैक की गति के दौरान 0.02 मिमी की सटीकता और लगभग 0.2 मिमी की स्थिति निर्धारण दोहराव की आवश्यकता होती है।

इसके विपरीत, यदि कोई एप्लिकेशन ऐसे अनुप्रयोगों के लिए रोबोट आर्म का उपयोग करता है जिनमें अनुकूली नियंत्रणों का उपयोग तो होता है लेकिन पूर्ण परिशुद्धता पर कम निर्भरता होती है, तो अन्य व्यवस्थाएँ भी काम कर सकती हैं। उदाहरण के लिए, शिपिंग कंटेनरों को उतारने के लिए रोबोट आर्म से लैस एक मोबाइल वाहन भी इसका उदाहरण हो सकता है।

डिजाइन चाहे जैसा भी हो, सभी आरटीयू सेटअपों के लिए कम रखरखाव और लंबी आयु अत्यंत महत्वपूर्ण हैं, क्योंकि वे आमतौर पर एक से अधिक संयंत्र कार्यों और कई अन्य मशीनों से जुड़े होते हैं। इसलिए, आरटीयू के बंद होने से अक्सर अन्य स्टेशन भी काम करना बंद कर देते हैं।

एकीकृत सुरक्षा भी महत्वपूर्ण है क्योंकि कई आरटीयू रोबोटिक्स को ऐसे क्षेत्रों से होकर ले जाते हैं जहां मशीन टूल्स या यहां तक ​​कि श्रमिक जैसे महंगे उपकरण मौजूद होते हैं - खासकर जहां वे असेंबली कर्मियों वाले क्षेत्रों के आसपास काम करते हैं।

आरटीयू के लिए बेल्ट, स्क्रू और न्यूमेटिक्स
मध्यम दूरी तय करने वाले रोबोट गैन्ट्री अक्सर बेल्ट ड्राइव के साथ मोटर का उपयोग करते हैं। ये अपेक्षाकृत सरल प्रणालियाँ हैं जो इलेक्ट्रिक मोटर-चालित पुली का उपयोग करके बेल्ट पर तनाव पैदा करती हैं और तेजी से गति बढ़ाती हैं। हालांकि, लंबी दूरी तय करने पर, यदि प्रणाली पूरी लंबाई में तनाव बनाए रखने में असमर्थ होती है, तो बेल्ट के ढीले पड़ने की समस्या उत्पन्न हो सकती है। स्पष्ट रूप से, समस्या भार सीमा की नहीं है। बल्कि, यह बेल्ट के लचीलेपन के कारण गति रुकने का जोखिम है।

स्केलेबिलिटी संबंधी चेतावनी के कुछ अपवाद भी हैं। कुछ आरटीयू में, बेल्ट अक्ष (एक सामान्य ड्राइवशाफ्ट से संचालित) हार्मोनिक क्रैंक को चलाते हैं। यहाँ, सही परिस्थितियों में बेल्ट ड्राइव लंबी दूरी के रोबोटिक पोजिशनिंग में 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 एक्चुएटर वाले कुछ ऐसे आरटीयू, दर्जनों फीट तक एक टन के रोबोट को स्थानांतरित करते समय भी ± 0.001 इंच की पुनरावृत्ति बनाए रख सकते हैं। यहाँ (सही रेलों के कारण) बेल्ट-चालित एक्चुएटर आरटीयू को अन्य विकल्पों की तुलना में सस्ता और अधिक लचीला बनाते हैं।

सातवें अक्ष के लिए एक अन्य विकल्प बॉलस्क्रू-चालित अक्ष है। यह सेटअप बेल्ट ड्राइव में उत्पन्न होने वाले कंपन और झटके को दूर करता है। मूल रूप से, एक स्थिर यांत्रिक तत्व सटीक स्टॉपिंग और पोजिशनिंग के लिए नियंत्रण बनाए रखता है।

बॉलस्क्रू आमतौर पर लगभग छह मीटर तक की लंबाई वाले सेटअप में बीच-बीच में बेयरिंग सपोर्ट की मदद से अच्छी तरह काम करते हैं। लंबी धुरी पर मुख्य समस्या यह है कि स्क्रू तेज़ गति से हिलने लगते हैं, खासकर अगर उन्हें पर्याप्त सपोर्ट न मिले। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि बॉलस्क्रू शाफ्ट अपने ही वजन से मुड़ जाते हैं। फिर एक निश्चित गति (जो स्क्रू शाफ्ट के व्यास, सीधापन, संरेखण और बिना सपोर्ट वाली लंबाई पर निर्भर करती है) पर यह हलचल शाफ्ट की प्राकृतिक आवृत्ति को उत्तेजित करती है। इसलिए बॉलस्क्रू की लंबाई बढ़ने के साथ अधिकतम गति कम हो जाती है।

कुछ सेटअप में बेयरिंग ब्लॉक का उपयोग किया जाता है जो अलग होकर एक साथ जुड़ जाते हैं और फिर स्क्रू को सहारा देते हुए लंबे समय तक बिना झटके के ट्रैक को आगे बढ़ाते हैं। हालांकि, अतिरिक्त लंबी बॉलस्क्रू-चालित पटरियों के लिए, निर्माताओं को कई स्क्रू को जोड़ना पड़ता है (आमतौर पर टेढ़ी ज्यामिति से बचने के लिए वेल्डिंग के बजाय गोंद का उपयोग किया जाता है)। अन्यथा, झटके की समस्या से निपटने के लिए स्क्रू का व्यास अतिरिक्त बड़ा होना चाहिए। ऐसे कुछ बॉलस्क्रू-आधारित सेटअप से स्ट्रोक 10 मीटर तक पहुँचते हैं और 4,000 आरपीएम तक चलते हैं। एक और बात: रोबोट ट्रैक में लगे स्क्रू को धूल और मलबे से बचाना आवश्यक है। हालांकि, जहां ये काम करते हैं, वहां बॉलस्क्रू के साथ इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग करने वाले आरटीयू बेल्ट-चालित अक्षों की तुलना में अधिक भार संभाल सकते हैं।

लंबे स्ट्रोक वाले सेटअप के लिए फ्लूइड पावर भी उपलब्ध है। ऐसे न्यूमेटिक आरटीयू आमतौर पर उन अनुप्रयोगों के लिए कम लागत वाला समाधान होते हैं जिन्हें केवल आगे-पीछे दो स्टॉप पोजिशनिंग की आवश्यकता होती है। औसत पेशकश 2 मीटर/सेकंड की गति से चलती हैं और अन्य रोबोट नियंत्रणों के साथ एकीकृत हो जाती हैं।

सटीक आरटीयू के लिए रैखिक मोटर
लंबी गति वाले आरटीयू (उदाहरण के लिए प्रयोगशाला रोबोटिक्स में उपयोग के लिए) लीनियर-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 मोशन कंट्रोल भी शामिल होते हैं।

एक लीनियर मोटर की सामान्य पहुंच लगभग चार मीटर होती है। इतनी पहुंच पिक-एंड-प्लेस और सेमीकंडक्टर वेफर हैंडलिंग जैसे भारी आरटीयू अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त है। संक्षेप में, आरटीयू में लीनियर मोटर्स विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण होती हैं क्योंकि वे यांत्रिक सटीकता तो प्रदान करती हैं लेकिन उन्हें भारी भार उठाना पड़ता है। इसके लिए महंगे स्थायी चुंबकों की अधिक आवश्यकता होती है जो लीनियर मोटर्स को इतना अच्छा प्रदर्शन करने में सक्षम बनाते हैं।

कुछ अपवाद भी हैं। विश्व रिकॉर्ड तोड़ने वाली एक आरटीयू (RTU) जिसमें टैंडम लीनियर एक्चुएटर्स लगे हैं, को 12 मीटर तक सटीक गति की आवश्यकता वाले एक स्वचालन सेटअप के लिए विशेष रूप से तैयार किया गया था। कठोर एल्युमीनियम सपोर्ट रेल दो छह-पंक्ति वाले लीनियर रीसर्क्युलेटिंग बॉल बेयरिंग और गाइडवे असेंबली के साथ काम करती हैं। दो स्लॉटेड सिंक्रोनस लीनियर मोटर 4,200 N तक बल उत्पन्न करती हैं।

आरटीयू के लिए रैक-एंड-पिनियन सेट
रैक-एंड-पिनियन सेट का उपयोग करने वाले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध आरटीयू सबसे आम हैं। इनकी सामान्य 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 प्लेनेटरी गियरबॉक्स को ग्राउंड हेलिकल रैक-एंड-पिनियन सेट के साथ जोड़कर 30 मीटर तक के स्ट्रोक में भी सटीकता बनाए रखते हैं। अन्य सेटअप में एक कैरिज का उपयोग किया जाता है जो एक ब्लॉक में भारी-भरकम रोलर्स पर एक सिंगल-एज रेल पर चलता है। यहां, रेल आमतौर पर आयताकार होती हैं जिनके भीतरी किनारे पर एक रैक कटा होता है। जहां यह लेआउट उपयोगी होता है, वहां इन्हें घुमावदार खंडों के साथ जोड़ा जा सकता है।

कुछ आरटीयू (रोबोट को गतिशील प्लेटफॉर्म पर घुमाने वाले उपकरण) कठोर स्टील से बनी सपाट सतह वाली रेलों का उपयोग करते हैं और इन्हें कैम-फॉलोअर क्लस्टर के साथ जोड़ते हैं। अन्य आरटीयू प्लेटफॉर्म को शक्ति प्रदान करने के लिए हेलिकल बेवल रिड्यूसर और बेल्ट के साथ एक इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग करते हैं। फिर लंबी शटल अक्ष पर, आरटीयू एक इलेक्ट्रिक गियरमोटर से लैस होता है जो एक रैक को संलग्न करने वाले पिनियन को चलाता है।

सिमुलेशन और प्रोग्रामिंग आरटीयू
ऐसे उपकरण मौजूद हैं जिनकी मदद से इंजीनियर आरटीयू के पथ की योजना बना सकते हैं और उन्हें रोबोट के कार्यों के साथ समन्वयित कर सकते हैं। रोबोट सिमुलेशन सॉफ्टवेयर और कुछ मोशन-कंट्रोलर मॉड्यूल भी इंजीनियरों को ट्रैक की योजना बनाने, परिणामी सॉफ्टवेयर को कंट्रोलर पर लोड करने और फिर उस एक हार्डवेयर के माध्यम से रोबोट और आरटीयू को नियंत्रित करने की सुविधा देते हैं।

एक अन्य विकल्प रोबोट विकास किट बेचने वाली विशेष सॉफ्टवेयर कंपनियों का सॉफ्टवेयर है, जो API के माध्यम से लगभग किसी भी ब्रांड के रोबोट को प्रोग्राम करने की सुविधा देता है। ये और कई अन्य सॉफ्टवेयर उपकरण रोबोट सेटअप को पहले से कहीं अधिक आसान बनाते हैं, खासकर उन टीमों के लिए जिन्हें मोशन-कंट्रोल या CNC का सामान्य अनुभव है। प्रारंभिक डिज़ाइन में बदलाव आमतौर पर ऑफ़लाइन PC प्रोग्रामिंग के माध्यम से किए जाते हैं। फिर जब कर्मचारी रोबोट और RTU स्थापित करते हैं, तो प्रोग्रामिंग सॉफ्टवेयर कोड उत्पन्न करता है जो नियंत्रणों पर लोड हो जाता है। सॉफ्टवेयर समस्याओं की जांच के लिए प्रोग्राम किए गए पथों के माध्यम से RTU और रोबोट को चलाता है। इसके बाद, इंस्टॉलर एक पेंडेंट का उपयोग करके रोबोट के ग्रिपर, कटर या एंड इफ़ेक्टर को कार्य-विशिष्ट बिंदुओं पर स्थापित करता है, जबकि कंट्रोलर गतिविधियों को रिकॉर्ड करता है। अन्यथा, इंस्टॉलर पूरे सेटअप के लिए एक पेंडेंट का उपयोग कर सकते हैं और फिर बैकएंड पर प्रक्षेप पथों को परिष्कृत कर सकते हैं - यह एक तेजी से प्रचलित दृष्टिकोण है।

चेतावनी: आरटीयू रोबोट अंशांकन को जटिल बनाते हैं
भौतिक सेटअप के बाद, आरटीयू और रोबोट को कैलिब्रेट करने की आवश्यकता होती है। समस्या यह है कि आरटीयू के साथ जोड़े गए औद्योगिक रोबोट अक्सर दोहराने योग्य लेकिन सटीक नहीं गति करते हैं, इसलिए आउटपुट गति सिमुलेशन अनुमानों से भिन्न होती है। अकेले औद्योगिक रोबोटों की एकदिशीय दोहराव क्षमता औसतन 0.1 मिमी से 0.01 मिमी होती है। सामान्य अक्षों में शून्य-बैकलैश गियरहेड और मोटर का संयोजन होता है, और एक नियंत्रक उच्च-रिज़ॉल्यूशन एनकोडर के साथ इन सभी को ट्रैक करता है। आउटपुट गति की सटीकता को और बढ़ाना महंगा हो जाता है, क्योंकि गियरिंग जैसे असेंबली और घटक गति हानि (मुख्यतः यांत्रिक अनुपालन के कारण) उत्पन्न करते हैं। इसलिए, कुछ मामलों में नियंत्रणों को अक्सर मिलीमीटर के पैमाने पर स्थितिगत त्रुटि की भरपाई करनी पड़ती है।

परंपरागत रोबोट कैलिब्रेशन में महंगी लेजर अलाइनमेंट तकनीक का उपयोग किया जाता है। कभी-कभी इससे आउटपुट त्रुटि बीस गुना तक कम हो जाती है। इसके अलावा, रोबोट निर्माता फैक्ट्री कैलिब्रेशन की सुविधा भी देते हैं। विशेष रोबोट कैलिब्रेशन कंपनियां ऐसी सेवाएं भी प्रदान करती हैं जो रोबोट की समग्र परिशुद्धता आउटपुट पर अतिरिक्त आरटीयू के प्रभाव को ध्यान में रखती हैं। इसके अलावा, डुअल-कैमरा सेंसर ऑप्टिक्स और विशेष प्रकाश व्यवस्था के माध्यम से जांच और गतिशील माप की सुविधा प्रदान करते हैं। कैलिब्रेशन के यांत्रिक तरीके भी एक विकल्प हैं, हालांकि लंबी पटरियों पर चलने वाले रोबोटों पर इन्हें लागू करना कठिन होता है।