Master's Thesis

Design and virtual commissioning of a robotic dispensing system

Final Thesis 2.66 MB Appendix 91 MB

Author of thesis: Ing. Lukáš Komenda

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. František Bradáč, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jan Vetiška, Ph.D.

Abstract:

This diploma thesis deals with the design and implementation of a virtual robotic workstation
focused on food distribution for marketing purposes. The theoretical part of the thesis is devoted
to research in the field of robotization and automation of food dispensing systems, current
trends in robotic workstations, and the possibilities of connecting food-processing equipment
with a virtual environment.
The practical part of the thesis focuses on the design of several variants of the proposed
workstation, their mutual comparison, and the selection of the most suitable variant in terms of
practical implementation possibilities. The selected variant is subsequently structurally
designed, and a complete workstation is created. The virtual commissioning is carried out using
Siemens Process Simulate for simulation creation and TwinCAT 3 for the development of the
control program. Subsequently, both parts are interconnected using an OPC UA server.

Keywords:

robotic workstation, virtual commissioning, Siemens Process Simulate, TwinCAT 3, OPC UA,
food industry, cotton candy, robotic dispensing system

Date of defence

15.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil členy komise se svou diplomovou prací. Student zodpověděl otázky oponenta. Otázky komise: -Jaké rozměry jsou tyčky pro vatu. Student bez problémů odpověděl. -Demontáž stroje pro čištění, ergonomie čištění. Student odpověděl s drobným zaváháním. -Zásonbík tyček, opatření proti vzpříčení. Student bez problémů odpověděl.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Production Machines, Systems and Robotics

Study programme

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

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. František Bradáč, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem a virtuálním zprovozněním robotického výdejního systému, přičemž hlavní důraz je kladen na návrh jednoduché a vizuálně atraktivní robotické aplikace.

Úvod práce v rešeršní části analyzuje využití robotů v různých průmyslových aplikacích a dále se věnuje jejich nasazení nejen v potravinářském průmyslu, ale také v oblasti komerčního pohostinství.

Na základě provedené analýzy autor následně navrhuje vlastní řešení, kde pomocí multikriteriálního hodnocení vybírá ze čtyř uvažovaných variant tu nejvhodnější, kterou následně podrobně zpracovává.

Pro vybranou variantu je zpracován konstrukční návrh pracoviště, návrh gripperu pro dávkování polotovaru na výrobu cukrové vaty a pro manipulaci s dřevěnou tyčkou, na kterou bude vata připravována, návrh zásobníku pro dávkování cukrového granulátu do gripperu a zásobník dřevěných tyček.

Nezbytnou součástí je také řešení bezpečnostních a kontrolních součástí pracoviště, kde je zpracováno oplocení, výdejní dvířka a navržena systém senzoriky na kontrolu jednotlivých mezioperací, jako např. vytvoření cukrové vaty, detekce přítomnosti granulátu a další.

Následně je realizováno virtuální zprovoznění pracoviště, kde pro simulaci procesu je využit program Siemens Process Simulate a pro vytvoření PLC programu je využit TwinCAT 3 od firmy Beckhoff. Jako robot je využit robot od firmy Kuka a to typ KR 3.

Nedílnou součástí práce je také ekonomické porovnání zpracované varianty, a to ve variantách nová, nízkonákladová a zpracovaná. Zde bych měl připomínku ohledně robota v nové variantě, jelikož není uveden typ a cena se zdá podhodnocená.

Jako celek práce splnila zadání a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

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

Diplomová práce Bc. Lukáše Komendy se zabývá návrhem a virtuálním zprovozněním robotického výdejního systému zaměřeného na přípravu cukrové vaty pro marketingové účely. Zvolené téma je aktuální a vhodně reflektuje současné trendy v oblasti robotizace a popularizace technologií směrem k veřejnosti.

Velmi pozitivně hodnotím zpracování rešeršní části, která je nejen rozsáhlá a přehledná, ale zabývá se kromě technických aspektů automatizace i sociologickým dopadem těchto technologií na uživatele. Tento širší pohled významně zvyšuje odborný přínos práce. Praktická část práce prokazuje schopnost systematického přístupu k řešení problému – autor navrhuje několik variant, provádí jejich porovnání a zdůvodňuje výběr finální koncepce. Následné virtuální zprovoznění v prostředích Siemens Process Simulate a TwinCAT 3 je provedeno na odpovídající úrovni.

Stanovené cíle práce byly splněny. Autor vytvořil komplexní návrh robotického pracoviště, který zahrnuje konstrukční, provozní i částečně ekonomické a bezpečnostní aspekty.

Z hlediska připomínek lze uvést, že konstrukční návrh gripperu mohl být detailněji rozpracován, zejména s ohledem na problematiku zanášení cukrovými vlákny, která může negativně ovlivnit dlouhodobou spolehlivost zařízení. Dále by bylo vhodné více rozpracovat návrh uživatelského rozhraní (HMI), především z pohledu jeho využití pro propagační účely, které jsou pro danou aplikaci klíčové.

Pravopisná a stylistická úroveň práce je velmi dobrá. Text je přehledný, srozumitelný a odborně formulovaný, bez zásadních pravopisných či stylistických nedostatků. Citace jsou zpracovány na dobré úrovni, autor využívá relevantní zdroje a správně je uvádí v textu i v seznamu literatury. Určitou slabinou je častější využití internetových zdrojů a spíše popisné než analytické zapojení některých citací, nicméně celkově práce s literaturou odpovídá požadavkům na diplomovou práci.

Celkově hodnotím práci jako kvalitní, oceňuji její komplexní pojetí a praktický přínos. Doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Jak by bylo možné konstrukčně upravit gripper tak, aby se minimalizovalo zanášení cukrovými vlákny a byla zajištěna dlouhodobá spolehlivost provozu?
  2. 2. Jaké prvky by měl obsahovat návrh HMI, aby lépe plnil propagační funkci zařízení při veřejných prezentacích?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová