X、Y、Z方向（直交座標系とも呼ばれる）に移動する直線システムを構築する方法は数多くあります。これらのシステムの業界用語は、軸の組み立て方、負荷の位置、そして（ある程度）システムの設計目的によって異なります。多くの産業用途では、直交座標系ロボットやガントリー型ロボットが広く使われていますが、精密用途では、コンパクトで剛性の高い構造と非常に高い移動精度および位置決め精度を持つXYテーブルの方が適している場合が多くあります。

直交座標系は、XY軸、XZ軸、またはXYZ軸の2つまたは3つの軸で構成されます。多くの場合、負荷やワークピースの向きを調整するための回転機構を備えたエンドエフェクタが組み込まれていますが、少なくとも3つの直交座標のうち2つにおいて直線運動が可能です。

直交座標系は、2軸（X軸とY軸）または3軸（X軸、Y軸、Z軸）で構成されます。直交座標系を使用する場合、荷重は通常、最も外側の軸（Y軸またはZ軸）から片持ち梁状に配置されます。たとえば、XYガントリーでは、荷重はY軸の端または軸から離れた位置に取り付けられ、Y軸上にモーメントアームが形成されます。これは、特に最も外側の軸のストロークが非常に長い場合、下側の支持軸に大きなモーメントが発生するため、荷重容量を制限する可能性があります。直交座標系は、各軸の最大ストロークが通常1メートル以下の幅広い用途で使用されます。これらの用途で最も一般的なものには、ピックアンドプレース、ディスペンシング、およびアセンブリなどがあります。

外側の軸が内側の軸にモーメント荷重をかけるという問題に対処するため、ガントリーシステムでは2つのX軸を使用し、場合によっては2つのY軸と2つのZ軸を使用することもあります。ガントリーはほぼ常にX、Y、Zの3軸を備えています。ガントリーシステムにかかる荷重はガントリーの設置面積内にあり、ガントリーは作業エリアの上に設置されます。ただし、上から扱うことができない部品の場合は、ガントリーを下から操作するように構成することもできます。

ガントリーシステムは、ストロークが長い（1メートル以上）用途で使用され、片持ち梁構造には適さない非常に重いペイロードを搬送できます。ガントリーシステムの最も一般的な用途の1つは、オーバーヘッド搬送であり、例えば、自動車の組み立て工程で大型部品をあるステーションから別のステーションへ移動させる場合などが挙げられます。

XYテーブルは、その名の通り2つの軸（X軸とY軸）が上下に取り付けられており、ストロークが通常1メートル以下であるという点で、XY直交座標系に似ています。しかし、XY直交座標系とXYテーブルの決定的な違いは、荷重の配置方法にあります。直交座標系のように片持ち梁構造ではなく、XYテーブルでは荷重はほぼ常にY軸の中心に位置し、荷重によってY軸に大きなモーメントは発生しません。

ここで、システムの使用方法の原理が、さまざまな種類の多軸システムを区別するのに役立ちます。XYテーブルは通常、自身の設置面積内でのみ動作し、つまり、荷重はY軸を超えて広がりません。そのため、荷重を水平面（XY）に配置する必要があるアプリケーションに最適です。典型的な例としては、半導体ウェハを検査のために配置する場合や、加工操作を行うために部品を配置する場合などがあります。オープンフレームまたはオープンアパーチャと呼ばれる設計では、テーブルの中央に明確な開口部があります。これにより、バックライト検査アプリケーションや挿入プロセスなど、光や物体が通過する必要があるアプリケーションで使用できます。

XYテーブルは主に非常に高い精度が求められる用途で使用されるため、ガイドウェイにはクロスローラー式スライドが採用され、極めて滑らかで平坦な移動を実現します。駆動機構としては、一般的にボールねじまたはリニアモーターが用いられますが、非常に細かいピッチのリードスクリューもよく使われます。

直交座標ロボットのベース（X）軸は通常、全長にわたって支持されていますが、Y軸またはZ軸は片持ち梁構造になっています。ガントリー構成では、耐荷重と剛性を高めるために、2つのY軸および/または2つのZ軸を含めることができますが、ガントリーロボットの決定的な特徴は、2つのベース（X）軸です。大きな片持ち荷重がかかる直交座標システムとは異なり、XYテーブルではどちらの軸にも片持ち荷重はほとんどかかりません。

ステージの特殊なケース

位置決めステージと回転テーブルは、モーションアプリケーションにおける統合設計への移行を牽引しています。光ファイバー、テスト・計測、半導体製造などのアプリケーションでは、スループットと品質向上のために高精度ステージとテーブルが活用されています。特に、フラットパネルディスプレイの製造は、リニアモーター駆動とエアベアリングによる荷重支持を備えた、より大型のモーションステージの需要を喚起しています。また、ベルト駆動ステージは、長ストロークのニーズを満たしつつ、ボールねじによる支持の課題やリニアモーターのコストを回避しています。

位置決めステージを活用するもう一つの成長産業は、積層造形です。この分野では、材料と積層技術の絶え間ない進歩に伴い、あらゆる性能レベルに対応した新しいステージが求められています。多くの基本的なメーカー向けマシンでは、同期ベルト駆動軸を備えたステージが使用されています。より高度な用途（研究開発、プロトタイピング、医療、小ロット生産など）では、モーター駆動ボールねじを備えた位置決めステージが一般的に使用され、動作の協調制御に用いられています。同様に、医療や生命科学の分野では、10年前には不可能だった性能を実現する超精密ステージが活用されています。こうした用途では、ピエゾモーター、小型リニアサポート、粗動・微動タンデムアクチュエータなどが、ますます一般的な選択肢となっています。

プレエンジニアリングされた位置決めステージがパッケージングの主流となっているのは、この業界ではインテグレーターが設計スケジュールを満たす必要があり、多軸機能の設計とセットアップを社内で行うことができない場合が多いためです。同様に、工作機械業界では、レーザー切断機などの機械において、カスタムメイドの位置決めステージの利用が増えています。これらのステージやCNCアプリケーション用のステージは、特定の動作タスクに合わせてカスタマイズされることが増えています。これにより、既存のセットアップを再フォーマットしたり改造したりする手間をかけずに、より低コストで動的パラメータを実現できます。この新しいアプローチを可能にしているのが、OEMやエンドユーザーが、実際のステージコンポーネントの正確なモデルを備えた仮想環境内で初期設計の反復を操作できるソフトウェアツールの普及です。

組み立て工程は異なります。ここでは、セミカスタムの直交座標ステージがピックアンドプレースやマシンビジョンによる検査に最適です。こうした構成でより一般的なのは、従来の回転モーターと回転・直線変換装置（例えばボールねじ）を組み合わせ、システムの動特性を補正して数マイクロメートル以下の精度を実現するコントローラーです。

自動車用途は多岐にわたります。例えば、大規模な板金加工や車体組立作業では、オーバーヘッドステージ（またはラックアンドピニオン機構を備えたステージ）でしか対応できない特有の課題が生じます。一方、ナノメートルスケールで部品の特徴を検出する検査機器を搭載したステージは、環境変動を補正する高精度コントローラによって駆動されるダイレクトドライブ軸アセンブリの形をとることがよくあります。