Построение и исследование динамической модели портального манипулятора

|(Пи) |2 |2,51 |1,8 |1,20 |0,72 |

| |3 |2,1 |1,50 |1,00 |0,6 |

|Нормативная |1 |1,7 |1,21 |0,81 |0,49 |

|справочная информация|2 |1,51 |1,08 |0,72 |0,43 |

|(НСи) |3 |1,26 |0,9 |0,6 |0,36 |

|Банки и базы данных |1 |1,42 |1,01 |0,68 |0,4 |

| |2 |1,26 |0,9 |0,6 |0,36 |

| |3 |1,05 |0,75 |0,5 |0,3 |

|Комплекс решаемых задач: |Задачи расчетного характера |

|Степень новизны разработки: |А |

|Степень сложности алгоритма: |2,52 |

|Количество разновидностей форм входной |7 |

|информации: | |

|Количество разновидностей форм выходной |4 |

|информации: | |

Балансовая стоимость применяемого оборудования:

|Персональные компьютеры: |80000 руб. |

|P-II-300/128 SD RAM/4.3 Gb UW SCSI/1.44/4Mb Matrox | |

|Millenium/24x CDROM/SB AWE 64 | |

|в количестве 3-х штук. Общая стоимость: | |

|Оргтехника: | |

|Принтер Epson Stylus Color 400 |10000 руб. |

|Принтер HP LaserJet 5Si |20000 руб. |

1. Определение трудоемкости, длительности разработки, численности и состава

разработчиков.

Нормативная трудоемкость задач по стадиям.

|Таблица 2. |

|Этапы разработки |Нормативная |

| |трудоемкость, |

| |человеко-дней |

|Затраты времени при выполнении работ на стадии |92 |

|“Техническое задание” | |

|Затраты времени на стадии “Технический проект” работ, |33 |302 |

|выполняемых разработчиками программного обеспечения | | |

|Трудоемкость работ, выполняемых разработчиками на стадии |84 | |

|постановка задачи | | |

|Нормы времени на стадии “Рабочий проект”, человеко-дней |185 | |

|Трудоемкость работ, выполняемых разработчиками |36 |

|программного обеспечения на стадии “Внедрение” | |

Общая трудоемкость выполнения работ по созданию программного изделия

определяется суммированием затрат на каждой стадии:

|[pic], |(5.1)|

где [pic] – трудоемкость работ по составлению технического задания; [pic] –

трудоемкость работ по проектированию; [pic] – трудоемкость работ по

внедрению.

|[pic]. | |

Длительность разработки:

|[pic] |(5.2)|

|[pic] | |

Среднее число исполнителей рассчитывается исходя из определенных

характеристик трудоемкости и длительности разработки программного изделия:

|[pic] |(5.3)|

|[pic] | |

В создании программного изделия принимают участие: главный специалист

– руководитель разработки (РР), ведущий специалист – старший инженер-

программист (СИП), инженеры программисты (ИП). Состав исполнителей по

стадиям и этапам разработки приведен в табл. 3.

Состав исполнителей по стадиям и этапам разработки

|Таблица 3. |

|№ этапа |Испол-ните|Кол-во |Нормативная трудоемкость |Длительность |

| |ли |человек |этапа |этапа дней |

| | | |% от |чел. дней | |

| | | |трудоемкости | | |

| | | |стадии | | |

|1.1. |РР, СИП |2 |60 |55 |27,5 |

|1.2. |РР |1 |40 |37 |37 |

|2.1. |РР, СИП, |3 |14 |42 |14 |

| |ИП | | | | |

|2.2. |СИП, ИП |2 |6 |18 |9 |

|2.3. |ИП |1 |2 |6 |6 |

|2.4. |ИП |1 |6 |18 |18 |

|2.5. |РР |1 |2 |6 |6 |

|2.6. |СИП, ИП |2 |31 |94 |47 |

|2.7. |СИП, ИП |2 |14 |42 |21 |

|2.8. |СИП, ИП |2 |20 |60 |30 |

|2.9. |РР, СИП |2 |5 |15 |7,5 |

|3.1. |РР, СИП |2 |57 |21 |10,5 |

|3.2. |СИП, ИП |2 |11 |4 |2 |

|3.3. |СИП, ИП |2 |32 |12 |6 |

Длительность этапа:

|[pic], |(5.4)|

где [pic] – нормативная трудоемкость i-го этапа, чел.-дней; [pic] –

количество исполнителей i-го этапа разработки, чел.

Распределение трудоемкости по исполнителям.

|Таблица 4. |

|Стадия разработки |Трудоемкость |Должность |Распределение |

| |чел./дн. |исполнителя |трудоемкости по |

| | | |исполнителям |

|Техническое |92 |РР |45 |

|задание | | | |

| | |СИП |47 |

|Технический проект|302 |РР |32 |

| | |СИП |128 |

| | |ИП |142 |

|Внедрение |36 |РР |11 |

| | |СИП |17 |

| | |ИП |8 |

2. Расчет текущих затрат на создание программного изделия (себестоимости)

Текущие затраты:

|[pic] |(5.5)|

где [pic] – заработная плата программистов, руб.;

[pic] – стоимость использованных материалов (носители информации, бумага и

т.д.), руб.;

A – амортизационные отчисления (выделяются из накладных расходов только в

тех случаях, когда оборудование используется только для создания

рассматриваемого программного изделия), руб.;

[pic] – затраты на отладку программы;

[pic] – процент накладных расходов.

|[pic]= 57401 + 500 + 4603 + 6257,8 + (100 ( 57401)/100 =126162,8руб. |(5.5)|

Заработная плата программистов:

|[pic] |(5.6)|

где [pic] – трудоемкость работ j-го разработчика, чел./дн.;

[pic] – основная заработная плата j-го разработчика, руб./мес.;

[pic] – коэффициент, учитывающий дополнительные выплаты (0,25 – 0,5);

[pic] – коэффициент, учитывающий отчисления на социальные нужды по

действующему законодательству;

Система окладов программистов.

|Таблица 5. |

|Должность |Вилка окладов, |Оклад принятый при|Стоимость одного |

|исполнителя в |руб. |расчетах, |человеко-дня, |

|организации | |руб. |руб. |

|Руководитель |800-1000 |2400 |100 |

|разработки | | | |

|Старший инженер- |600-750 |1800 |75 |

|программист | | | |

|Инженер |400-550 |1200 |50 |

|программист | | | |

|[pic] | |

Годовой фонд оплаты труда программистов участвующих в разработке:

|[pic]руб. | |

Стоимость использованных материалов на эксплуатационные нужды:

|[pic]= 500 руб. | |

Размер амортизационных отчислений:

|[pic] |(5.7)|

где [pic] – установленная норма амортизации k-го оборудования;

[pic] – балансовая стоимость k-го вида оборудования;

m – число видов оборудования применяемого при разработке программы.

|[pic]руб. | |

Затраты на отладку:

|[pic] |(5.8)|

где [pic] – время, требуемое для отладки программы, ч.;

[pic] – стоимость одного машино-часа руб./час. ([pic]= 10 руб./ч.)

Время, требуемое для отладки:

|[pic] |(5.9)|

где q – предполагаемое число корректируемых операторов;

c – коэффициент сложности программы;

p – коэффициент коррекции программы (p = 0,05-1);

[pic] – средний коэффициент квалификации разработчиков ([pic]);

Число корректируемых операторов:

|[pic] |(5.10)|

|[pic] | |

|[pic] | |

|[pic]руб. | |

Процент накладных расходов: [pic]

Сводная таблица капитальных затрат по проектному варианту.

|Наименование затрат |Сумма затрат, руб. |

|Заработная плата программистов |57401 |

|Стоимость использованных материалов на |500 |

|эксплуатационные нужды | |

|Амортизационные отчисления на используемую |4603,4 |

|вычислительную и орг. технику | |

|Затраты на отладку |6257,8 |

|Накладные расходы |57401 |

|Суммарные затраты на разработку программного |126162,8 |

|обеспечения | |

В связи с тем, что в базовом варианте отсутствуют капитальные затраты,

расчет капитальных затрат и сводная таблица капитальных затрат по базовому

варианту не приводится.

5.2.2 Расчет эксплуатационных затрат

За эксплуатационные затраты приняты затраты на выполнение

технологической операции: “Сверление отверстий в электронной плате”.

В эксплуатационные затраты входят:

заработная плата персонала обслуживающего роботизированный модуль на базе

портального манипулятора МРЛ 901-П;

затраты на электроэнергию;

затраты на ремонт и техническое обслуживание оборудования;

амортизационные отчисления на оборудование;

прочие расходы.

1. Расчет годовой трудоемкости операции.

Трудоемкости операции:

|[pic], |(5.18)|

где [pic]– время перемещения рабочего органа (для базового варианта [pic]=

0,4; для проектного варианта [pic] = 0,1); [pic]– длительность операции

сверления ([pic]= 0,3); [pic] – количество отверстий; [pic]– коэффициент

использования; [pic] – годовая программа выпуска

Для базового варианта:

|[pic]1917,4ч. | |

Для проектного варианта:

|[pic]1095,7 ч. | |

2. Расчет эксплуатационных затрат.

Заработная плата обслуживающего персонала:

|[pic], |(5.11)|

где [pic] – основная заработная плата; [pic] – дополнительная заработная

плата;

[pic] – начисления соцстраху.

Для базового варианта:

|[pic]11504,4 + 5900 + 621,2 = 18025,6 руб. | |

Для проектного варианта:

|[pic]6574,4 + 3200 + 355 = 10129,4 руб. | |

Основная заработная плата обслуживающего персонала:

|[pic], |(5.12)|

где [pic] – часовая тарифная ставка 1-го разряда; [pic] – тарифный

коэффициент соответствующего разряда; [pic] – коэффициент учета нормы

обслуживания; m – количество смен.

Для базового варианта:

|[pic] 1 ( 12 ( 1917,4 ( 0,5 ( 1 = 11504,4 руб. | |

Для проектного варианта:

|[pic]1 ( 12 ( 1095,7 ( 0,5 ( 1 = 6574,2 руб. | |

Затраты на энергию:

|[pic], |(5.13)|

где [pic] – установленная мощность, кВт; К – коэффициент использование по

времени; [pic] – стоимость 1 кВт ( час; [pic] – действительный фонд времени

работы техники ([pic] = 1920 ч.); [pic] – коэффициент использования

мощности.

Для базового варианта:

|[pic] = 2208,8 руб. | |

Для проектного варианта:

|[pic]1095,7 = 1262,2 руб. | |

Затраты на ремонт и техническое обслуживание принимаются равными 15% от

стоимости оборудования:

|[pic], |(5.14)|

где [pic] – действительный годовой фонд времени работы оборудования; [pic]

– стоимость оборудования ([pic]= 100000 руб.);

Для базового варианта:

|[pic]= 14979,7 руб. | |

Для проектного варианта:

|[pic]= 8560,2 руб. | |

Величина амортизационных отчислений:

|[pic], |(5.15) |

где [pic] – норма амортизации, %;

Для базового варианта:

|[pic]12483,1 руб. | |

Для проектного варианта:

|[pic]7133,5 руб. | |

Прочие расходы:

|[pic], |(5.16) |

где [pic] – размер основной зарплаты; a – процент прочих расходов.

Для базового варианта:

|[pic] 18025,6 руб. | |

Для проектного варианта:

|[pic] 5064,7 руб. | |

Суммарные годовые эксплуатационные затраты:

Для базового варианта:

|[pic]= 18025,6 + 2208,8 + 14979,7 + 12483,1 + 18025,6 = 65722,8 руб. | |

Для проектного варианта:

|[pic]= 10129,4+ 1262,2+ 8560,2 + 7133,5+ 5064,7 = 32150 руб. | |

Сводная таблица эксплуатационных затрат

|Наименование затрат |Сумма затрат по вариантам, |

| |руб. |

| |Базовый |Проектный |

|Заработная плата обслуживающего персонала |18025,6 |10129,4 |

|Затраты на электроэнергию |2208,8 |1262,2 |

|Затраты на ремонт и техническое обслуживание|14979,7 |8560,2 |

|Величина амортизационных отчислений |12483,1 |7133,5 |

|Прочие расходы |18025,6 |5064,7 |

| |65722,8 |32150 |

5.2.3 Расчет условно-годового экономического эффекта и срока окупаемости

Экономический эффект:

|[pic], |(5.20)|

где [pic], [pic] – капитальные затраты по базовому и проектному варианту

соответственно (у базового варианта капитальные затраты отсутствуют);

[pic]– нормативный коэффициент эффективности ([pic] = 0,15).

|[pic] = 14648 руб. | |

Срок окупаемости капитальных затрат:

|[pic] | |

|[pic]3,5 лет | |

Сводная таблица технико-экономических показателей

|Показатели |Базовый |Проектный |

|Назначение |Длительность |Расчет длительности |

| |переходных процессов |переходных процессов|

| |устанавливается | |

| |технологом | |

|Область применения |Разработка технологических процессов |

|Технические показатели |

|Быстродействие элементарной |0,7 |0,4 |

|операции, с. | | |

|Производительность, дет./год |20000 |31400 |

|Коэффициент экономии рабочего | |57 |

|времени, % | | |

|Экономические показатели |

|Капитальные затраты, руб. |( |126162,8 |

|Заработная плата |18025,6 |10129,4 |

|обслуживающего персонала, руб.| | |

|Затраты на ремонт и |14979,7 |8560,2 |

|техническое обслуживание, руб.| | |

|Величина амортизационных |12483,1 |7133,5 |

|отчислений, руб. | | |

|Затраты на электроэнергию, |2208,8 |1262,2 |

|руб. | | |

|Эксплуатационные затраты, руб.|65722,8 |32150 |

|Условно-годовой экономический | |14648 |

|эффект, руб. | | |

|Срок окупаемости капитальных | |3,5 |

|затрат, лет. | | |

Заключение

В ходе выполнения дипломной работы была построена динамическая модель

портального манипулятора, параметры которой хорошо соответствуют параметрам

реального манипулятора. При исследовании модели особое внимание уделялось

получению выражений для определения оптимальных значений скорости движения

рабочего органа с целью увеличения быстродействия манипулятора. Также в

ходе исследования определены численные значения коэффициентов, входящих в

динамическую модель манипулятора при его позиционировании. Установлено

хорошее соответствие (ошибка в пределах 1...2%) расчетного значения

продолжительности переходного процесса при позиционировании и реального

позиционирования манипулятора. Разработаны методы влияния на вид и

продолжительность переходного процесса путем управляемого регулирования

технологических факторов: натяжения зубчатого ремня и взаимного

расположения подвижных частей манипулятора МРЛ-901П. Исследованы диапазоны

варьирования, определены значения технологических факторов, обеспечивающие

максимальную производительность роботизированного оборудования,

создаваемого на базе робота МРЛ 901П.

Проведенные исследования могут быть использованы для определения

рациональных динамических параметров манипуляторов, разработки

технологических процессов, а также в учебном процессе при проведении

лабораторных работ.

Литература

Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника: Пер. с англ. – М.: Мир, 1989.

2. Робототехника и гибкие автоматизированные производства. В 9-ти кн. Кн.

5. Моделирование робототехнических систем и гибких автоматизированных

производств: Учеб. пособие для втузов/С. В. Пантюшин, В. М. Назаретов,

О.А. Тягунов и др.; Под ред. И.М. Макарова. – М.: Высш. шк., 1986.

Лурье А.И. Аналитическая механика. – М.: Физматгиз, 1961.

Феодосьев В.И. Сопротивление материалов: Изд. 8-е – у М.: Наука, 1970.

5. Лойцинский Л.Г., Лурье А.И. Курс теоретической механики: В 2-х т. Т.II:

Динамика. Изд. 6-е перераб. и доп. – М.: Наука, 1983. – 640 с.

6. Анго Андре. Математика для электро и радиоинженеров. Пер. с франц.: Под

общ. ред. К.С. Шифрина. – М.: Наука, 1985. – 780 с.

7. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и

учащихся втузов: Изд. 13-е испр. – М.: Наука, 1986. – 544 с.

8. Справочник по промышленной робототехнике: В 2-х кн. Кн. 1/Под ред. Ш.

Нофа; Пер. с англ. Д. Ф. Миронова и др. – Машиностроение, 1989.

9. Рынок научной продукции, рынок научного труда. Материалы семинара,

общество “Знание”. 1990 г.

10. Симановский С. Направления интенсификации инновационного процесса.

“Вопросы изобретательства” № 1-2, 1992 г.

11. Симановский С., К использованию научно-технического потенциала РФ и

СНГ, “Российский экономический журнал”, № 4, 1992 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ

В приложении приведены программы для расчета параметров динамической

модели портального манипулятора.

// File Mrl.сpp

// Программа для расчета времени переходного процесса и оптимальной

// скорости позиционирования

#include

#include

#include

#include

int Transient(double&,

double,

double,

double,

double,

double );

int OptimalSpeed(double&,

double,

double,

double,

double );

char * s_title = "\n Расчет времени переходного процесса и оптимальной "

"скорости позиционирования\n Разработал Д.В. Грачев 1999"

" E-Mail denis@mail.saratov.ru";

char * s_v0 = "\n\n Иcходные данные для расчетов:\n\n Скорость"

" позиционирования рабочего органа, мм/c - # ";

char * s_d = " Требуемая точность позиционирования рабочего органа, мм - #

";

char * s_b = " Коэффициент демпфирования кинематической"

" схемы манипулятора, кг/c - # ";

char * s_c = " Жесткость кинематической схемы манипулятора, Н/м - # ";

char * s_m = " Масса подвижной части манипулятора, кг - # ";

char * s_inp = "%lf";

char * s_out = "%g\n";

char * s_outp = "\n Результаты расчетов: \n\n Длительность переходного"

" процесса при заданной скорости %g м/c\n составит - %g с."

"\n Оптимальная скорость позиционирования - %g мм/c\n";

char * fn = "resultat.txt";

char * s_badparam = "\n Недопустимый параметр - %c";

void inpparam(char** p)

{

if (*p[1] != 'f'){

printf (s_badparam, *p[1]);

exit(0);

}

strcpy(fn, p[2]);

}

int main(int as, char** av)

{

double t, v0, opv0, b, c, d, m;

printf (s_title);

if (as > 1) inpparam(av);

*strstr(s_v0,"#") = 0;

*strstr(s_d,"#") = 0;

*strstr(s_b,"#") = 0;

*strstr(s_c,"#") = 0;

*strstr(s_m,"#") = 0;

printf (s_v0);

scanf (s_inp, &v0);

v0 /= 1000;

printf (s_d);

scanf (s_inp, &d);

d /= 1000;

printf (s_b);

scanf (s_inp, &b);

printf (s_c);

scanf (s_inp, &c);

printf (s_m);

scanf (s_inp, &m);

Transient(t, v0, d, b, c, m);

OptimalSpeed(opv0, d, b, c, m);

opv0 *= 1000;

printf (s_outp, v0, t, opv0);

FILE * f_res = fopen(fn, "a+");

v0 *= 1000;

fprintf (f_res,strcat(s_v0,s_out), v0);

d *= 1000;

fprintf (f_res,strcat(s_d,s_out), d);

fprintf (f_res,strcat(s_b,s_out), b);

fprintf (f_res,strcat(s_c,s_out), c);

fprintf (f_res,strcat(s_m,s_out), m);

fprintf (f_res,s_outp, v0, t, opv0);

return 0;

}

// File speed.cpp

// Вычисление оптимального значения скорости в момент позиционирования

// по исходным данным

#include

int OptimalSpeed(double& V0, // Начальная скорость

double Delta, // Требуемое значение точности

позиционирования

double betta, // Коэффициент демпфирования

double C, // Жесткость

double m) // Масса

{

double mc2 = 2*m/C;

V0 = Delta * (1/mc2) * sqrt( fabs( pow(betta/C,2

) - 2 * mc2 ) );

return 0;

}

// File transient.cpp

// Вычисление времени перходного процесса

// по исходным данным

#include

int Transient(double& t, // Время переходного процесса

double V0, // Начальная скорость

double Delta, // Требуемое значение точности

позиционирования

double betta, // Коэффициент демпфирования

double C, // Жесткость

double m) // Масса

{

double mc2 = 2*m/C;

t = (log(V0)-log(Delta)-log( sqrt( fabs(pow(betta/C,2)-2*mc2

)

)/mc2 )

)*2*m/betta;

return 0;

}

-----------------------

i-1

i

Oi-1

Oi0

Oi

i+1

yi0

zi0

xi0

zi

xi

yi

O

Yo

Xo

Zo

Рис. 1.1. Связанные системы координат с началом в центре кинематической

пары [pic] и в центре инерции [pic]

Рис. 2.1. Физическая модель портального манипулятора:

q1, q2, q3 ( смещение звеньев манипулятора вследствие деформации;

?3 ( угол изгиба основания консоли вследствие деформации;

m ( сосредоточенная масса;

l ( плечо приложения сосредоточенной массы.

[pic]

Рис. 2.2. Зависимость коэффициента демпфирования ? манипулятора МРЛ-901П от

начального натяжения ремня ? и смещения [pic]рабочего органа вдоль консоли.

[pic]

[pic]

Рис. 2.3. Жесткость кинематической схемы робота МРЛ(901П.

1 ( деформация по оси X при Y = Ymax;

2 ( деформация по оси X при Y = [pic];

3 ( деформация по оси X при Y = 0 и по оси Y;

[pic]

Рис. 2.4. Зависимость деформации ( модуля ПР с зубчатой ременной передачей

от возмущающего усилия F для различных значений начального натяжения ?

зубчатого ремня.

[pic]

Рис. 2.5. Совместная механическая характеристика манипулятора МРЛ-901П:

( среденее измереннное значение с его доверительным интервалом; (

кривая, описываемая эмпирической зависимостью.

[pic]

Рис.2.6 График потерь тяговой силы манипулятора МРЛ-901П

Рис. 2.7 Стенд для исследования механической характеристики

манипулятора МРЛ-901П

[pic]

Рис. 2.8. Время переходного процесса в роботе МРЛ-901П до требуемой

точности позиционирования при [pic]= 0,35 м; [pic] = 0,02; (

расчетное значение,

( среднее измеренное значение с доверительным интервалом.

S1

S2

S3

vmax

v0

Рис 3.1. График изменения скорости движения рабочего органа манипулятора

при перемещении между двумя рабочими точками.

Рис. 3.2. Время перемещения рабочего органа с учетом переходного процесса в

зависимости от скорости в момент выхода на конечную точку при, S = 20см.

S1

S2

vд

v0

Рис 3.3. График изменения скорости движения рабочего органа манипулятора

при перемещении между двумя рабочими точками, в случае, когда рабочий орган

не успевает набрать максимальную скорость.

Рис. 3.4. Время перемещения рабочего органа с учетом переходного процесса в

зависимости от скорости в момент выхода на конечную точку, при S = 1см.

Рис 3.5. Время перемещения рабочего органа с учетом переходного процесса в

зависимости от точности позиционирования, при S = 20 см.

Рис 3.6. Время перемещения рабочего органа с учетом переходного процесса в

зависимости от точности позиционирования, при S = 1см.

Рис. 4.1 Программа для вычисления параметров переходного процесса

потального манипулятора.

Рис. 4.2

Рис. 4.3 Диалоговое окно для ввода исходных данных.

Рис. 4.4 Вычисление времени переходного процесса и оптимальной скорости

позиционирования.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5