Master's Thesis

Robotics milling workplace

Final Thesis 6.73 MB Appendix 857.43 kB

Author of thesis: Bc. Lukáš Berner

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr.

Abstract:

This thesis deals with the design and implementation of a robotic milling workplace as an alternative to traditional multi-axis CNC machines. The main objective was to develop a machining process in Autodesk PowerMill CAM software and verify the generated toolpaths in a virtual environment. The work describes the advantages and disadvantages of robotic machining, selection of tools and spindle, as well as the specifics of the used industrial robot. It includes kinematic analysis using Denavit-Hartenberg parameters and generation of control code for simulation. The benefit of this work lies in creating a complete workflow for applying a robot in machining tasks, including accuracy testing and analysis of orientation problems (quaternions, TCP calibration).

Keywords:

Robotic machining, CAM PowerMill, TCP, quaternions, inverse kinematics, wood milling, Denavit-Hartenberg, toolpath simulation

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaEznamka

Grading

E

Process of defence

Student seznámil členy komise se svou diplomovou prací. Student zodpověděl otázky oponenta. Otázka komise: -Tuhost / poddajnost, definice Student odpověděl s velkou pomocí komise. -Kontrola obrobku obrobkovou sondou na robotu Student odpověděl s mírnou pomocí komise. -Použití software powermill, tvorba knihoven. Student odpověděl s velkou pomocí komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Production Machines, Systems and Robots (N-VSR-K)

Composition of Committee

doc. Ing. Radek Knoflíček, Dr. (člen)
Ing. Roman Dvořák (člen)
prof. Dr. Ing. Jiří Marek, Ph.D., DBA, FEng. (předseda)
prof. Ing. Peter Demeč, CSc. (místopředseda)
Ing. Aleš Polzer, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Vlček (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Diplomová práce na téma „Robotické frézovací pracoviště“ se zabývá návrhem a realizací automatizovaného systému s využitím robotického ramene pro frézovací operace, zejmína příravou CAM. Student si zvolil prakticky orientované téma s vysokou mírou technické náročnosti, které úzce souvisí s aktuálními trendy v oblasti automatizace a digitální výroby.

Z hlediska obsahového členění je práce rozčleněna do několika tematických celků. Rešeršní část, která uvádí čtenáře do problematiky robotického obrábění a CAM technologií, mohla být zpracována přehledněji a s větším důrazem na strukturu a logické členění. Systémový rozbor, ačkoliv je v práci částečně obsažen, chybí jako samostatná a jasně definovaná kapitola, což mírně snižuje celkovou srozumitelnost projektu.

Naopak velmi dobře a rozsáhle je zpracována kapitola věnovaná přípravě CAM softwaru, kde student prokázal praktické znalosti i schopnost samostatné aplikace technických nástrojů. Rovněž virtuální zprovoznění a následné testování systému jsou popsány věcně a věrohodně, i když by ocenění zasloužila podrobnější analýza výsledků a kritičtější zhodnocení dosažených výstupů.

Po formální stránce má práce určité nedostatky. Text trpí nejednotným formátováním a grafická stránka dokumentu působí místy nesourodě. Přesto je však práce srozumitelná a po odborné stránce přináší funkční řešení, které vykazuje praktickou využitelnost.

Závěrem lze konstatovat, že student prokázal schopnost samostatné inženýrské práce, a to zejména v praktické části projektu. S přihlédnutím k výše uvedeným nedostatkům hodnotím práci stupněm C.

Grade proposed by supervisor: C

K oponování byla předložena DP pod názvem Robotické frézovacie pracovisko. K předmětné DP mám tyto připomínky obsahového i formálního rázu:

a) v textu DP není vloženo IS VUT vygenerované Zadání DP, které bylo schváleno ředitelem ústavu a děkanem fakulty, a to v obvyklé struktuře a v jazyce českém. Oponentovi není jasné, proč si jej diplomant přepsal do jazyka slovenského. 

b) Zadání DP zní, cituji z DP Bc. Lukáše Brenera:
- Rešerš danej problematiky
- Systémová analýza
- Príprava CAM softvéru
- Virtuálne sprevádzkovanie
-Testovanie
Ale náhledem na kapitolu Obsah, kde je nutné očekávat, že jednotlivé body zadání jsou v podstatě názvy hlavních kapitol, definované dílčí cíle chybí. Diplomant je všechny poskládal na přeskáčku bez logického pořadí pravděpodobně tak, jak se mu to hodilo. Tím se stala DP méně čtivá, bez logických návazností.

c) v textu DP se použito mnoho odborných textů, obrázků, rovnic a podobně. Oponentovi se jeví, že s citacemi zdrojů bylo poněkud šetřeno. Ne, že by nebyly použity, ale jejich malá četnost vzbuzuje - možná nesprávný - dojem, že DP byla psána z hlavy (což není vyloučeno). 

Co je však nutné kladně vyzdvihnout, že:

- DP se zabývá návrhem a realizací robotického frézovacího pracoviště, jako alternativy k v praxi běžně používaným  CNC obráběcím strojům - splněno. 

- hlavním cílem bylo vytvořit pracovní proces v CAM prostředí Autodesk PowerMill a následně ověřit navrhnuté obráběcí strategie ve virtuálním prostředí - splněno.

- bylo provedeno vyšetření kinematiky robotu pomocí Denavit-Hartenberg-ových parametrů a zpracování řídícího kódu pro simulaci - splněno.

Lze tedy konstatovat, že i přes poněkud neuspořádaný postup je zhruba zadání splněno. Přínosem DP je vytvoření uceleného postupu pro nasazení robotu do aplikací robotického obrábění, včetně testování přesnosti a analýzy problémů s orientací nástroje, upnutého v koncovém bodu ramene robotu (dokonce byly využity kvaterniony, TCP kalibrace).

I přes uvedené námitky doporučuji DP k její obhajobě a žádám o velmi kvalifikované odpovědi na níže uvedené dotazy: Topics for thesis defence:
  1. Během skutečného odebírání třísky z obráběné součástky pomocí robotu nepochybně vznikají řezné síly a momenty. Vysvětlete, jaký mají vliv na konstrukci běžného průmyslového robotu typu RRR během jeho práce.
  2. Vysvětlete, co je smyslem simulace obrábění poháněným nástrojem (zváštním KE) pomocí robotu.
  3. Proč jste si jako příklad obráběné součásti zvolil obrobek prizmatického tvaru právě z bukového dřeva? Prosím podrobné zdůvodnění této volby.
  4. Vysvětlete, jakým způsobem se prakticky zajišťuje nastavení řezných podmínek obrábění, je-li výkonným strojem průmyslový robot typu RRR(RRR) nikoliv CNC obráběcí stroj či centrum, v podstatě typu TTT(R)?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová