1 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ВЫБОР ОСНОВНОГО
ОБОРУДОВАНИЯ 9
1.1 Характеристика рабочей площадки, описание технологического
процесса работы механизма 9
1.2 Характеристика и кинематическая схема механизма 11
1.3 Требования к приводам и системе автоматизации 14
1.4 Описание системы привода 17
1.5 Анализ нагрузочной диаграммы и тахограммы 18
1.6 Описание основного силового оборудования 20
1.7 Описание защиты привода 22
Выводы по главе 1 24
2 РАЗРАБОТКА САУ 26
2.1 Разработка архитектуры системы автоматизации 26
2.1.1 Системный уровень САУ 28
2.1.2 Прикладной уровень САУ 29
2.1.3 Входные и выходные данные для ПО 31
2.2 Описание контроллеров и датчиков технических координат 31
2.3 Описание функциональной электрической схемы САР привода
коллаборативого робота 33
2.4 Описание базовых алгоритмов привязки виртуальных объектов 35
2.5 Описание структурной схемы САУ и моделирование типовых
режимов работы привода 39
2.5.1 Алгоритм работы модулей прикладного уровня 40
2.5.2 Алгоритм работы модулей системного уровня 42
2.5.3 Моделирование типовых режимов работы привода 46
Выводы по 2 главе 47
3 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 49
3.1 Расчет производственной программы 49
3.1.1 Расчет производительности оборудования 49
3.1.2 Расчет фактического годового фонда рабочего времени 51
3.2 Расчет сметы капитальных затрат 52
3.3 Расчет расходов на содержание и эксплуатацию оборудования 56
3.3.1 Расчет фонда заработной платы 56
3.3.2 Расчет годовой суммы амортизации 61
3.3.3 Расчет материальных затрат 62
3.3.4 Расчет прочих затрат 63
3.4 Расчет срока окупаемости проекта 63
3.5 Сводная таблица технико-экономических расчетов 67
Выводы к главе 3 68
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 69
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 71
ПРИЛОЖЕНИЯ 73
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73
В любой современной производственной среде ключевой задачей является безопасное использование мощности и точности роботов наряду с умением людей решать возникающие проблемы для повышения общей производительности.
Коллаборативный робот, предназначенный для работы как с людьми, так и с оборудованием, позволяет повысить эффективность для широкого ряда промышленных применений, гарантируя при этом безопасность на рабочей площадке [1].
Кобот и оператор могут работать в одном и том же пространстве без защитного барьера. Такое сосуществование стало возможным благодаря тому, что совместные роботы оснащены сложными механизмами безопасности, основанными на контроле силы и постоянном мониторинге того, что происходит вокруг них. Действительно, благодаря ощущению осязания, камерам и специальным системам противодействия столкновениям, они координируют свои движения с движениями человека, контролируя возникновение несчастных случаев [2].
Среди преимуществ коллаборативных роботов нужно отметить низкие затраты на установку и запуск. Режим обучения коботов упрощает их установку и программирование. Они более гибкие, чем другие роботы, их можно перемещать с одной станции на другую и легко перепрограммировать.
Сегодня коллаборативные роботы находят широкое применение в промышленном производстве, особенно в автомобильном секторе, в мониторинге, погрузке/разгрузке и в медицинской области, особенно в хирургии [3].
Рутинные хирургические манипуляции вполне могут быть автоматизированы при использовании современных технологий. Хирург-ассистент подходит для выполнения различных задач, в том числе и для осуществления процесса подачи инструментов хирургу во время операции, уборки операционного кабинета, выполнения обработки хирургических инструментов. Выполнение тяжелого рутинного труда вместо человека - первоначальная задача робототехники.
Цель данной выпускной квалификационной работы - разработка лабораторного образца многофункционального модульного роботизированного комплекса для ассистирования в хирургии. Для решения поставленной цели обозначены следующие задачи:
1) дать характеристику рабочей площадки и технологического процесса;
2) изучить кинематическую схему проектируемого механизма;
3) выделить требования к приводам и системе автоматизации;
4) рассмотреть систему привода;
5) проанализировать нагрузочную диаграмму и тахограмму;
6) рассмотреть основное силовое оборудование;
7) рассмотреть защиту привода;
8) рассмотреть архитектуру систем автоматизации;
9) дать характеристику выбранного оборудования;
10) рассмотреть функциональную схему САР привода проектируемого агрегата;
11) рассмотреть базовые алгоритмы привязки виртуальных объектов кобота;
12) рассмотреть структурную схему САУ;
13) проиллюстрировать моделирование типовых режимов работы привода;
14) рассчитать производственную программу;
15) рассчитать сметы капитальных затрат;
16) рассчитать расходы на содержание и эксплуатацию оборудования;
17) рассчитать срок окупаемости проекта.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы был разработан лабораторный образец многофункционального модульного роботизированного комплекса для ассистирования в хирургии.
В состав системы привода вошли шесть последовательно расположенных приводных узлов, три нижних из которых большие, а остальные малые. В состав аппаратной части узла вошли: бесколлекторный электродвигатель, волновой редуктор, контроллер, асболютный магнитный энкодер. Защита привода была реализована механическими ограничителями, программным ограничения на критичный угол поворота или на опасное положение и реализацией модуля диагностики, логирования и безопасности системы в архитектуре САУ, разработанной в главе 2.
Была разработана архитектура системы автоматизации: прописаны ее основные задачи, структура, алгоритм работы и описание схемы взаимодействия функциональных блоков. Также составлен список выбранного оборудования и дана его характеристика. Описан процесс взаимодействия элементов функциональной электрической схемы САР привода проектируемого агрегата. Были рассмотрены базовые алгоритмы привязки виртуальных объектов кобота к реальным. Также был описан алгоритм работы элементов структурной схемы САУ. Приведено моделирование типовых режимов работы привода, которое выявило полную идентичность действий модели симулятора и коллаборативного шестистепенного манипулятора.
Были рассчитаны показатели экономической эффективности разработки лабораторного образца многофункционального модульного роботизированного комплекса для ассистирования в хирургии. Предложенная разработка позволит заменить медсестру, а, следовательно, сократить затраты на выплату заработной платы медицинскому персоналу. Также будет снижена нагрузка на медицинских работников за счет избавления от рутинных утомляющих действий. Общее увеличение прибыли в год равняется 1934341,98 рублей. Срок окупаемости составил 2 года 3 месяца, что меньше 3 лет, а, следовательно, удовлетворяет нашим требованиям и обосновывает эффективность данной разработки с экономической точки зрения.
