1.1 Ikerketaren aurrekariak
Zientziaren eta teknologiaren aurrerapen azkarrarekin,gaitasun adimendunakhobetzen jarraitzen dute, eta horrek fabrikazio adimenduna industria-garapenean joera nagusi bihurtzen du. Adibidez, Txinako Informazio Industria Ministerioak argitaratutako datuek erakusten dute bertako fabrikazio adimendunak % 11,6ko hazkunde nabarmena izan zuela 2023an, nazioak arlo honetan egindako ahalegin eta berrikuntza teknologikoaren lekuko. Gainera, fabrikazio adimenduneko enpresen arteko berrikuntzen kopurua nabarmen handitu da, goi-mailako ekipamenduen fabrikazioa, material aurreratuak eta ingurumen-teknologiak bezalako sektoreak hartuz, industriaren bizitasuna eta eraldaketa sakona islatuz. Joera honek ez ditu manufaktura-ekoizpen metodo tradizionalak irauli bakarrik, baita industria-berrikuntza bizkortu ere, eraginkortasuna eta kalitatea hobetuz. Gero eta gehiago, ekoizpen-lerro automatizatuak eta industria-robotak ordezkatzen ari dira giza lana.
Aurrerapenarekin batera,fabrikazio adimendunaren aroaIndustria-roboten ezaugarri teknologiko automatizatu eta adimendunek bat egiten dute manufaktura-industriak gero eta handiagoak diren zehaztasun handiko, funtzionamendu-erraztasuneko eta ekoizpen-prozesuetako malgutasuneko eskaerekin. Horrek areagotu egin du haien garrantzia fabrikazioan, eta industria-eraldaketa eta hobekuntza bultzatzen duten indar garrantzitsu bihurtu ditu. Lankidetza-robotak —makina arteko eta gizaki-robot lankidetza lortzeko gai diren industria-gailuak— robotika-ikerketaren ardatz nagusi bihurtu dira, duten portaera autonomoari eta lankidetza-gaitasunei esker, eta etorkizuneko industria-robotikan paper nagusia jokatzeko kokatu dira. Lankidetza-roboten teknologian, servo-motorraren errendimendu-metrikek —momentu-erantzunaren abiadura, momentu-zehaztasuna, kokapen-zehaztasuna, energia-kontsumoa eta tenperatura-egonkortasuna barne— zuzenean zehazten dute robotaren mugimendu-eraginkortasuna, egonkortasuna eta zehaztasuna. Roboten potentzia-nukleo gisa, servo-sistemen errendimenduak eragin kritikoa du mugimenduaren zehaztasunean eta fidagarritasunean. Aipagarria da artikulazio-servomotorrek funtsezko zeregina dutela kokapen-zehaztasuna lortzeko. Artikulazio-servomotor bikain batek kokapen zehatza eta mugimendu egonkorra bermatzen ditu zeregin konplexuetan, eta horrela, funtzionamendu-eraginkortasuna hobetzen du eta akatsak gutxitzen ditu.
"Robot Industria Garatzeko 14. Bost Urteko Planak" robot-juntura integratu adimendunen ikerketa sustatzea azpimarratzen du, juntura horiek bereziki egokiak direlarik robot kolaboratiboetarako. Haien diseinu-kontzeptu oso integratuak azpiko aktuadoreak, sentsoreak eta kontrolatzaileak zuzenean junturan bertan sartzen ditu, juntura bakoitza kontrol-unitate independente bihurtuz. Barne-egitura eta diseinua optimizatuz, kontrol-arkitektura banatuak sistema-maila desberdinen arteko kable kopurua nabarmen murrizten du, eta horrela mantentze-kostuak murrizten ditu eta fidagarritasun orokorra hobetzen du. Diseinu modularrak juntura-ordezkapena eta mantentze-lanak errazten ditu, eta horrek robot kolaboratiboen merkatu-lehiakortasuna nabarmen areagotzen du.
Therobot kolaboratiboen kontzeptua1996an aurkeztu zen lehen aldiz, bere diseinu filosofiak robotika tradizionala irauli zuen ekoizpen-lerroetan roboten eta gizakien arteko eragiketa koordinatuak ahalbidetuz. Lankidetza-ikuspegi honek ez ditu roboten eraginkortasuna eta zehaztasuna soilik aprobetxatzen, baita gizakien adimena eta malgutasuna ere integratzen ditu, eragiketa-eraginkortasuna eta jariakortasuna hobetuz. Ohiko industria-robotekin alderatuta, lankidetza-robotek ezaugarri bereziak dituzte, robotika arloan azpikategoria garrantzitsu gisa ezarriz. Bai haien egitura fisikoek bai kontrol-sistemek aldaketa nabarmenak jasan dituzte. Industria-robot tradizionalak —hala nola 1. irudian agertzen diren beso robotikoen konfigurazioak— batez ere paletizazioan, materialen manipulazioan, soldaduran eta laser bidezko ebaketa-aplikazioetan erabiltzen dira. Robot hauek zurruntasun handia, egitura-egonkortasun handia eta karga-ahalmen handia duten arren, mugak ere badituzte: tamaina eta masa nahiko handiak, mugimendu-inertzia handia, malgutasun gutxiko diseinu handiak eta muntaketa-zeregin oso arinak egiteko ezintasuna. Gainera, haien inertzia-momentu handiak eta abiadura handiko mugimenduek segurtasun-arrisku handiak sortzen dituzte beren eragiketa-erradioan dauden langileentzat, eta horrek eremu itxietan funtzionatzea eskatzen du.
1. irudia Beso robotiko industrial tradizionalak eta robot kolaboratiboak
Lankidetza-robotek gizakiekin aldi berean funtzionatzea ahalbidetzen dute espazio partekatuetan eta elkarreragin hurbila errazten dute lankidetza-eremuetan. Beso robotiko tradizionalen aldean, lankidetza-robotek normalean 20 kg-ko gehienezko karga jasaten dute muturreko efektorean, gizakiaren beso baten irismenaren pareko funtzionamendu-eremuarekin. Haien egitura transmisio-mekanismo konplexuak dituzten industria-beso robotiko konbentzionalena baino sinpleagoa da, eta, aldi berean, indar-feedback sentikorra, malgutasun arina eta pertzepzio-gaitasun sendoak eskaintzen dituzte. Ezaugarri horiei esker, indarra dinamikoki doi dezakete gizakien arteko elkarrekintzetan, kalte bortitzak eraginkortasunez saihestuz. Ondorioz, lankidetza-robotek gizakiekin elkarlanean aritu daitezke segurtasunez zereginak burutzeko, ohiko segurtasun-hesien beharrik gabe.
Lankidetza-robotek gizakiekin kontaktu zuzena duten eragiketetan parte hartzen dute; beraz, segurtasuna ezinbesteko baldintza da gizakien eta roboten arteko lankidetzan. Ezinbestekoa da funtzionamendu-potentzia eta biraketa-momentua zorrotz kontrolatzea, aldi berean neurri teknikoak erabiliz, hala nola korronte-kontrola, momentu-kontrola, kontaktu-sentsoreak eta talka-detekzioa, langileei lesioak saihesteko. Roboten kontrol-sistema adimendunek segurtasun-kudeaketaren optimizazio gehiago behar dute, kontrol leun moldagarria ahalbidetuz kalkulu dinamikoen eta behatzaileetan oinarritutako modelizazioaren bidez.
Duela gutxi egindako ikerketa batean, Robotika Nazioarteko Federazioak (IFR) nabarmendu zuen etorkizuneko roboten garapenak batez ere sinpletasunerako, erabiltzeko erraztasunerako, malgutasunerako eta lankidetza segururako joerak erakutsiko dituela. Industria-robotek pixkanaka automatizazio eta adimen maila altuagoak lortuko dituzte; haien diseinu erabilerrazak eragiketa-oztopoak murriztuko ditu, eta enpresa gehiagok robotika-teknologia ahaleginik gabe erabili ahal izango dute ekoizpen-eraginkortasuna hobetzeko. Bitartean, malgutasuna eta lankidetza segurua duten diseinuek robotak hobeto egokitzea ahalbidetuko dute ekoizpen-ingurune anitz eta konplexuetara, gizakien eta roboten arteko lankidetza erraztuz eta industria-ekoizpenaren garapen adimenduna eta eraginkorra sustatuz.
2. irudia: Lankidetza-robotaren lan-eremua
1.2 Ikerketaren garrantzia
Gaur egungo robotika kolaboratiboaren merkatuan, zazpi askatasun-graduko robotak dira hobetsiak duten funtzionamendu-eremu zabala eta malgutasunagatik. Robot hauek askatasun-gradu erredundanteak eskaintzen dituzte, industria-automatizaziorako eta fabrikazio adimendunerako potentzial handiagoa eskainiz. Askatasun-gradu bakoitza juntura robotiko baten bidez lortzen da, eta hori faktore kritikoa da robotaren errendimendua zehazteko. Lau fabrikatzaile nagusiek —FANUC, ABB, Yaskawa eta KUKA— transmisio-sistema desberdinak erabiltzen dituzte beren beso robotiko industrial tradizionaletan; hala ere, funtsean, servomotorrak erabiltzen dituzte engranaje konikoekin, engranaje zuzenekin edo uhal sinkronoekin parekatuta, biraketa-potentzia junturetara transmititzeko. Transmisio-metodo hauek juntura robotikoen tamaina mugatzen dute. Zehaztasun handia lortzea posible den arren, miniaturizazioa erronka bat izaten jarraitzen du. 3. irudian erakusten den bezala, industria-robot tradizionalek kanpoko kontrol-kabineteak behar dituzte, motor-servo unitateak dituztenak, motor bakoitza kabinetera konektatzen dituzten kable ugarirekin, eta horrek kontrol-sistemen hedapen malgua mugatzen du.
3. irudia Industria-robot tradizionala eta kontrol-kabinetea
Industria-beso robotikoen ohiko juntura-konfigurazioek ezin dituztelako robot kolaboratiboen eskakizunak bete, juntura hauek ohiko transmisio-mekanismoak alde batera utzi dituzte diseinu-filosofia berri baten alde. Ikuspegi honek sistema arinak, tentsio baxukoak eta oso integratuak lortzean oinarritzen da, kontrolatzailea, servo-gidaria eta motorra junturan bertan integratuz, azpiko konexio elektrikoak ere barnean inplementatuz. Kontrol-interfaze kopuru minimo bat baino ez dago kanpotik agerian, kanpoko kableatua sinplifikatuz eta ingeniaritza-konplexutasuna murriztuz. Diseinu horri juntura integratu deitzen zaio.
Gaur egungo garapen-beharrak eta -joerak kontuan hartuta, bereziki garrantzitsua da robot kolaboratibo integratu arin, tentsio baxuko, oso integratua eta errendimendu handiko bat diseinatzea. Horrelako juntura integratu batek juntura-mugimendurako beharrezkoak diren osagai guztiak ditu barne —aktuadoreak, kontrolagailuak, gidariak eta sentsoreak barne— eta modu independentean funtziona dezake modulu independente gisa. Kontrolagailu nagusira edo beste modulu batzuetara potentzia- eta kontrol-bus sinpleen bidez konektatuta dagoenean, diseinu oso kohesionatu baina akoplamendu gutxiko honek nabarmen hobetzen du robot kolaboratiboen eskalagarritasuna. Juntura modular integratu hau erabiliz eta tamaina egokiko beso robotikoekin eta amaierako efektoreekin parekatuz, hainbat eskakizunetara egokitutako robot kolaboratiboak erraz muntatu daitezke.
4. irudia Junta modularraren eskema
Lankidetza-robotetarako juntura integratuen eta haien servo-kontrol sistemen ikerketak garrantzi handia du lankidetza-robotikaren aurrerapenerako. Juntura integratu hauen oinarrizko teknologiak bi osagai nagusi dituzte: harmonikoen erreduzitzaileak eta artikulazio-motorren kontrol-sistemak, dagokien kontrol-algoritmoekin batera. Zhixin Drive Technology (Shijiazhuang) Co., Ltd.-k bere ikerketa lankidetza-robotetarako artikulazio-motorren kontrol-sistemetan zentratzen du, artikulazio-motorren eta kontrol-mekanismoen inguruko ikerketa sakonak eginez. Konpainiak robot-juntura integratuetarako motor-produktu oso adimendunen serie bat garatzen ari da, robot-juntura kolaboratiboetarako kontrol-gaitasun malguagoak eta fidagarriagoak ahalbidetzen dituztenak, aldi berean autopertzepzioa, erabaki adimendunak hartzea, exekuzio trebea eta kontrol zehatza bezalako ezaugarri kritikoak txertatuz, eta horrela ekipamendu adimendunen garapenaren eskakizunak asetuz.
2 Ikerketaren egungo egoera, bai estatu mailan, bai nazioartean
1956an, Joe Engelberger fisikari estatubatuarrak eta George Devol asmatzaileak Unimation izeneko robotika enpresa bat sortu zuten, eta honek munduko lehen industria-robotaren garapena lortu zuen: Unimate, 1959an.
General Motorsek lehen aldiz robotak erabili zituen industria-ekoizpenean bere New Jerseyko instalazioan 1961ean. 1969an, Japoniak Unimation-en robotak aurkeztu zituen, eta geroago bere teknologia Kawasaki Heavy Industries eta Erresuma Batuan egoitza duen KUKAI Corporation-i lizentziatu zien Japonian eta Erresuma Batuan robotak fabrikatzeko eragiketetarako, hurrenez hurren. Japoniako automobilgintza industriaren aurrerapenarekin, gero eta robot gehiagok ordezkatu dute giza lana ekoizpenean, haien balio praktikoa guztiz erakutsiz. Ondorioz, Japoniak gero eta garrantzi handiagoa eman dio industria-robotikaren garapenari. Kawasaki Heavy Industries robot-teknologiaren adopzioan aitzindari izan zenetik hasita, eta ondoren mundu osoan ezagunak diren robotika-enpresak sortu zirenetik, hala nola FANUC eta Yaskawa, Japonia mundu osoan punta-puntako robotika-teknologiak menperatzen dituzten nazioetako bat bihurtu da.
1973an, KUKA enpresa alemaniarrak Unimate robota aldatu zuen motor elektriko batek bultzatutako sei graduko askatasun-robot bat sortzeko, Famulus izenekoa. 1974an, ASEAk (ABBren aurrekoak), Suediako enpresa elektriko orokor batek, munduko lehen robot guztiz elektrikoa garatu zuen, IRB 6 izenekoa, mikroprozesadore batek kontrolatua, eta horrek robotaren adimena nabarmen hobetu zuen. 1978an, AEBetako Unimation enpresak bere PUMA robot industriala General Motorsen muntaketa-kateetan zabaldu zuen, robot industrialen praktikotasuna eta balioa erakutsiz eta robotika industrialeko teknologiaren heldutasun osoa markatuz, ondorengo aurrerapen teknologikoetarako oinarri sendoa ezarriz.
Industria-robotikaren garapenaren lau hamarkada baino gehiagotan, aurrerapen teknologikoak etengabeak izan dira. Hala ere, segurtasun kontuengatik, robotak normalean lan-estazio espezifikoetan finkatzen dira eta babes-barandekin isolatzen dira, gizakiekin batera espazio berean lan egitea eragotziz. Konfigurazio tradizional honek gizakien eta roboten arteko lankidetza mugatzen du, eta zaildu egiten du benetako lankidetza-eragiketa eraginkorrak lortzea. Hainbat saiakera eta esplorazio egin arren, gizakien eta roboten arteko lankidetza segurua lortzea erronka handia da industria-robotikaren arloan.
2005era arte ez zuen EBk finantzatutako proiektu garrantzitsu batek robot kolaboratiboen kontzeptua aurkeztu. Ekimenak ABB, KUKA, Reis, Comau eta Gudel bezalako robotika industrialeko enpresa nagusiak elkartu zituen enpresa txiki eta ertainentzat bereziki diseinatutako robot merke, trinkoa eta malgua garatzeko, lanaren azpikontratazioaren mendekotasuna murrizteko helburuarekin. Proiektu honek gizakien eta roboten arteko lankidetzaren potentziala nabarmendu zuen, robot kolaboratiboen kontzeptuaren oinarri sendoa ezarriz.
Hasierako robot kolaboratiboak batez ere industria-robot tradizionalen aldaketak eta aplikazioak ziren, haien diseinu-filosofia edo funtzionamendu-moduak funtsean aldatu gabe. 2005ean sortu zenetik, Universal Robots langileekin batera segurtasunez lan egiteko gai diren robot kolaboratiboak garatzera dedikatu da. 2009an, konpainiak UR5 merkaturatu zuen —munduko lehen robot kolaboratiboa—, aro honen hasiera markatuz. Ondoren, Rethinkek Baxter beso bikoitzekoa eta Sawyer beso bakarreko robot berria aurkeztu zituen, robotika kolaboratiboa pixkanaka robotika industrialean diziplina aitortu eta onartu gisa ezarriz. Aurrerapen honek etorkizuneko industria-automatizaziorako eta garapen adimendunerako ikuspegi eta norabide berriak eman ditu.
5. irudia: UR5 robota eta Sawyer Baxter robota
Siasun Robot Company-k, Txinako Zientzien Akademiako Shenyang Automatizazio Institutuarekin afiliatuta, lehen aldiz zazpi ardatzeko robot kolaboratibo malgu bat aurkeztu zuen, Txinako maila teknologiko aurreratua irudikatzen zuena, 2015eko azaroan egindako Industria Erakusketan. Ordutik, Luoshi eta Aobo bezalako etxeko robot kolaboratiboen modelo ugarik pixkanaka aintzatespena lortu dute.
Robot-junturari dagokionez, robot kolaboratiboen junturen eta industria-robot astun tradizionalen arteko bereizketa nagusia haien "malgutasunean" datza. Malgutasun hori zurruntasun mekaniko txikiagoaren, inertzia murriztuaren eta momentua hautemateko gaitasunaren bidez agertzen da. Gaur egun, beso robotiko kolaboratiboetan erabiltzen den junturen malgutasuna batez ere posizio-kontrol zehatzetik eta momentu-kontroletik dator.
6. irudia Robot kolaboratiboetan juntura integratuaren egitura tipikoa
Gaur egungo ikerketen ikuspegi orokorrak agerian uzten du Txinako robotikaren garapena Estatu Batuak eta Japonia bezalako herrialdeena baino beranduago hasi zela. Robot kolaboratiboen ikerketa oraindik ere atzeratuta dago dauden nazioarteko produktuen atzetik, eta oztopo nagusiak harmonikoen murriztaileetan eta artikulazioetako motorren kontrol sistemetan daude. Bertako robot kolaboratiboek hobekuntza-tarte handia dute artikulazioen kontrol gaitasunetan, batez ere kontrol zehaztasunari eta kontrol adimentsuari dagokionez. Gainera, robotika ikerketaren joera globalek adierazten dute segurtasuna, malgutasuna eta adimena direla aurrerapen teknologikoaren ezaugarri nagusiak. Robot junturak oso integratutako gidatze-kontrol sistema eta adimen handiagoetarantz eboluzionatzen ari dira. Robot junturak kontrol zentralizatu tradizionaletik banatutako gidatze-kontrol arkitekturetara igaro diren arren, gaur egun motor bidezko ekintzak baino ez dituzte egiten, pertzepzio autonomoan, erabaki adimentsuak hartzeko eta exekuzio trebean gaitasunik gabe, eta horrek adimen maila nahiko baxuak ditu. Robotika sistema adimendunen eskaria handitzeko potentzial handia dago oraindik.
Argitaratze data: 2026ko maiatzaren 22a
