Os redutores de precisão para robôs industriais em todo o mundo são essencialmente monopolizados pelo Japão. Embora os redutores de RV tenham sido produzidos-em massa na China nos últimos anos, poucas empresas nacionais de robôs os adotaram. Atualmente, o mercado chinês geralmente depende de importações de redutores.
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▲ Um robô Yaskawa japonês cortando ervilhas
Como potências de fabricação tradicionais, os produtos redutores de países como Alemanha, Itália e Japão lideram a indústria em termos de materiais, design, controle de qualidade, precisão, densidade de potência, confiabilidade e vida útil.
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No campo da transmissão mecânica, os redutores são intermediários entre a fonte de energia e o atuador. Eles normalmente reduzem a velocidade da potência de alta-velocidade de motores elétricos e motores de combustão interna engrenando uma pequena engrenagem no eixo de entrada com uma engrenagem grande no eixo de saída, transmitindo assim maior torque.
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Impulsionado pelo desenvolvimento da indústria aeroespacial, da robótica e de dispositivos médicos, há uma demanda crescente por redutores de precisão de alto-desempenho com estruturas simples e compactas, transmissão de alta potência, baixo ruído e transmissão suave. Os redutores RV e os redutores harmônicos são dois dos tipos mais importantes de redutores de precisão.
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Um redutor de precisão é um mecanismo de transmissão de energia que utiliza um conversor de velocidade de engrenagem para reduzir a velocidade de rotação do motor até a velocidade desejada e gerar alto torque.
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▲ Redutor Nabtesco
Atualmente, existem apenas alguns fabricantes globais de redutores de precisão que podem fornecer desempenho confiável e em grande-escala. A grande maioria da participação de mercado é detida por empresas japonesas: os redutores RV da Nabtesco respondem por aproximadamente 60%, os redutores harmônicos da Harmonica respondem por aproximadamente 15% e a Sumitomo Heavy Industries (SUMITOMO; a porcentagem é desconhecida). A sua aplicação no campo da robótica é particularmente esmagadora.
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▲ Desmontagem da Estrutura Interna de um Redutor de Precisão
A Nabtesco foi formada através da fusão de duas empresas japonesas, Teijin Seiki e Nabco (que produziu a primeira porta automática do Japão em 1956). Como fabricantes de sistemas e componentes de controle de movimento, ambas as empresas possuem tecnologias centrais avançadas em suas áreas de negócios específicas e controlam uma participação significativa no mercado.
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Como maior fabricante mundial de redutores ciclóides de precisão, a Nabtesco produz redutores de alto-desempenho, redutores de eixo oco e servoatuadores e controladores-de eixo único.
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Esses equipamentos de precisão apresentam alto torque, alta rigidez e alta resistência a sobrecargas e choques, ao mesmo tempo que oferecem alta precisão e folga muito baixa. Eles são amplamente utilizados em aplicações de automação industrial, como satélites, antenas de radar, robôs industriais, semicondutores e tecnologia de soldagem.
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▲ Redutores de precisão para diversas juntas de robôs industriais
A Harmonic Drive Systems Inc. (HDSI) do Japão é uma empresa líder em controle de movimento integrado. Seus redutores harmônicos combinados Harmonic Drive apresentam tamanho leve e compacto, folga zero na engrenagem e alta capacidade de torque. Eles são amplamente utilizados em diversas-aplicações de ponta, como robôs industriais, robôs humanóides, equipamentos de produção de cristal líquido semicondutor, equipamentos fotovoltaicos, instrumentos ópticos e máquinas-ferramentas de precisão.
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▲ Estrutura interna de um redutor harmônico
Para lidar com baixas taxas de redução além das capacidades dos redutores harmônicos, a linha de produtos da HDSI também inclui redutores harmônicos do tipo caixa de engrenagens planetárias de precisão.{0}}. O processo exclusivo de deformação da coroa interna permite um engrenamento mais apertado das engrenagens planetárias, eliminando folgas e obtendo erros de transmissão precisos.
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▲ Engrenagens Planetárias Harmônicas
Um redutor de acionamento harmônico é um sistema de transmissão por engrenagem que usa um gerador de ondas para induzir deformação elástica controlável de uma engrenagem flexível, que então se engata com uma engrenagem rígida para transmitir movimento e potência.
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▲ Engrenagens Planetárias Harmônicas
A Sumitomo, fabricante japonesa de máquinas de construção do Grupo Sumitomo, uma das empresas Fortune 500, possui mais de 400 anos de história. Desde que desenvolveu sua primeira escavadeira hidráulica em 1967 usando tecnologia própria, as escavadeiras hidráulicas Sumitomo são agora amplamente utilizadas em todo o mundo.
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▲ Redutor Sumitomo
Os redutores Sumitomo incluem uma variedade de modelos, como grandes caixas de engrenagens helicoidais Sumitomo, redutores de engrenagens planetárias Sumitomo, redutores de engrenagens helicoidais Sumitomo e redutores de engrenagens helicoidais Sumitomo. Com uma grande taxa de redução e alta eficiência, o sistema de malha de pino-dente usa atrito de rolamento do tipo-luva, eliminando o deslizamento relativo nas superfícies de malha. A eficiência de redução primária pode chegar a 94%.
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Como o auge das máquinas de precisão, os redutores possuem requisitos técnicos extremamente elevados. Os redutores RV são compostos inteiramente de componentes de alta-precisão, com engrenagens engrenadas. Isso impõe demandas extremamente altas à ciência de materiais, equipamentos de usinagem de precisão, exatidão de usinagem, técnicas de montagem e tecnologia de testes de alta-precisão.
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As empresas nacionais conduzem frequentemente I&D através de engenharia inversa, adquirindo dados sem compreender os princípios subjacentes. Portanto, embora algumas empresas nacionais tenham alcançado avanços tecnológicos significativos, os redutores nacionais enfrentam desafios de desenvolvimento em termos de retenção de precisão, vida útil de precisão e vida útil do produto. Esses desafios resultam em baixa consistência e reprodutibilidade limitada entre produtos.
Além disso, o equipamento utilizado para fabricar componentes redutores é extremamente caro. Por exemplo, uma retificadora de superfície Meigler custa quase 10 milhões de RMB por unidade. Sem volume de produção suficiente, o custo de amortização deste equipamento é proibitivamente elevado.
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Os redutores de precisão nacionais custam mais do que os seus concorrentes estrangeiros, mas o seu desempenho é inferior. Naturalmente, as vendas são baixas e é impossível obter economias de escala e rentabilidade. Sem lucratividade e volume, não há recursos suficientes para melhoria tecnológica, pesquisa e desenvolvimento, e não há como estabelecer controle de qualidade e muito menos melhorar tecnologia e desempenho.
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Atualmente, existem dois tipos principais de redutores utilizados em robótica: redutores RV e redutores harmônicos. Em robôs articulados, os redutores RV oferecem maior rigidez e precisão rotacional, portanto, normalmente são colocados em locais-de carga pesada, como base, braços e ombros, enquanto os redutores harmônicos são colocados no antebraço, pulso ou mão.
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O Japão detém a liderança em redutores robóticos de alta-precisão. Atualmente, 75% dos redutores de precisão da indústria robótica global são monopolizados pelas empresas japonesas Nabtesco e HarmonicDrive (comumente conhecidas na indústria como redutores RV e redutores harmônicos). Essas duas empresas fornecem redutores para os principais fabricantes internacionais de robôs, incluindo ABB, FANUC e KUKA.
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De acordo com especialistas do setor, os principais fabricantes internacionais de robôs, como ABB, FANUC, Yaskawa e Kuka, confiam nessas duas empresas japonesas para seus redutores. Estas empresas também têm condições de cooperação muito rigorosas: não podem utilizar produtos de outras empresas quando utilizam produtos destas duas empresas, caso contrário a sua parceria será rescindida.
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Os componentes principais têm sido uma restrição ao rápido desenvolvimento da indústria robótica da China. Se quisermos alcançar a industrialização, libertar-nos das restrições das empresas estrangeiras de robôs e alcançar a independência no campo da robótica, devemos acelerar a localização dos redutores.
