Master's Thesis

Design of a robotic grinding cell and its simulation

Final Thesis 5.95 MB Appendix 213.29 MB

Author of thesis: Bc. Jan Riedl

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Mikuláš Szabari, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jakub Bražina

Abstract:

The thesis focuses on the design of a robotic grinding workplace for grinding grey cast iron castings. Research was carried out in the field of robotic grinding, in an analysis of the casting issues, in an analysis of the issues of the individual elements that make up the workplace, a calculation of cutting conditions was performed and possible ways of distributing the cell were assessed.
Based on the assessment of the necessary elements of the assembly, their specific variants were selected in the design part or a design solution was implemented and it was composed within the SOLIDWORKS environment. The simulation was performed in the RobotStudio software from ABB. For the casting used in the simulation with dimensions of 1109 x 604 x 343 mm and a weight of 331 kg, the grinding time by the robot was found to be 530 s.
The economic evaluation compares the costs of purchasing and operating a robotic workplace with a workplace where castings are ground with hand tools. The return on investment is determined mainly by sufficient workplace utilization and at the same time by a sufficient difference between the costs of machining a unit between robotic and manual grinding.

Keywords:

Robotic grinding of castings, gray cast iron, raw casting, rough casting, gravity casting

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Študent predstavil členom komisie svoju diplomovú prácu. Študent odpovedal na otázky oponenta -Kompenzátor na robotovi, jeho úloha - Študent odpovedal s miernou pomocou komisie. -Implementácia bunky v praxi – Študent odpovedal s miernou pomocou komisie. -Dotykové odmerovanie vs. strojové videnie vs. skenovanie – Študent odpovedal na otázky komisie s menším zaváhaním. -Agregát na čistenie vzduchu - Študent odpovedal s miernou pomocou komisie.

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)
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. Mikuláš Szabari, Ph.D.

Úkolem studenta bylo navrhnout a simulovat robotickou brousicí buňku. Práce začíná dobře zpracovanou rešerší zahrnující vše podstatné z řešené oblasti a správně používá citace. Následuje rozbor s dobře zpracovaným systémovým rozborem, popisem odlitku a návrhem dílčích skupin. V návaznosti na to je pracoviště navrženo. Výběr nakupovaných komponentů je odůvodněný a správný. Součástí návrhu jsou i vlastní konstrukce přípravku, který by mohl být navržen lépe s ohledem na přístup robota. Práce pokračuje generováním trajektorií a simulací. Zde bych očekával lepší popis vytvořených trajektorií, zejména zdůvodnění zvolených řezných a brusných pohybů, jejich ofsetování a kontrolu kolizí. Součástí kapitoly je také správně vytvořená logika pracoviště pro výměnu nástrojů a grafické zobrazování odlitku. Závěr práce je věnován ekonomickému zhodnocení, které student vypracoval pečlivě. K práci bylo rovněž přiloženo video simulace, které prokazuje funkčnost navrženého řešení, avšak vykazuje nedostatky v podobě kolizí.

Práce také obsahuje řadu formálních nedostatků, jako jsou nesprávně umístěné popisky obrázků, nečíslované rovnice, nepoužívání správného řádkování, použití čtvrté úrovně podkapitol a další.

Práce splnila všechny cíle zadání a hodnotím ji známkou B, velmi dobře.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry C
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti D
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Jakub Bražina

Hlavním cílem předložené diplomové práce byl návrh robotické brousící buňky a její simulace. Práce je členěna do několika hlavních částí. Rešeršní část slouží jako úvod do problematiky broušení, průmyslové robotiky a prvků nutných pro kompletaci robotického brousícího pracoviště. K rešeršní části bych pouze vytkl, že se opakovaně v textu nevyskytují odkazy na obrázky. Další kapitola rozebírá požadavky na navrhované pracoviště a laboruje nad zařízeními potřebnými k sestavení funkčního pracoviště. Ocenil bych, kdyby diagram na obrázku 3.1-1 obsahoval taktéž vysvětlivky použitých barev. Kapitola 3 poskytuje dostatečný a jednoznačný popis řešené úlohy. V kapitole 4 „Návrh pracoviště“ jsou popsány zvolené komponenty a návrh pracoviště. Navzdory tomu, že bezpečnost pracoviště nebyla hlavním cílem práce, považuji tento aspekt za jeho esenciální součást a očekával bych vytvoření alespoň jedné kapitoly, která by toto téma zběžně zhodnotila. Kapitola 3.5 se zaměřuje na měření obrobku, avšak v návrhu pracoviště není vůbec zahrnut. Z tohoto důvodu bych uvítal podrobnější zpracování ustavení a zaměření obrobku. V práci dále postrádám návrh řešení případného porovnávání brusných kotoučů, kompenzace trajektorie při úbytku brusného materiálu, případně výměny brusných nástrojů v pracovišti. V kapitole 5 „Generování trajektorií a simulace pracoviště“ bych uvítal, kdyby v obrázcích se souřadnými systémy a body trajektorie, byly tyto předkládané body pojmenovány, jelikož považuji za náročné z textu rozpoznat, o čem autor právě píše.

V přiložené simulaci lze vidět množství kolizí nástroje s upínkami. Nedostatky při práci s upínkami autor zmiňuje v závěru. Podle mého názoru by to však mělo být součástí dodané simulace. Ekonomické zhodnocení lze využít jako určitý podklad pro tvorbu reálného pracoviště. Uváděná cena je pouhým odhadem, a proto je nutné brát vypočtené hodnoty s rezervou. Na druhé straně oceňuji, jakým způsobem diplomant zpracoval model návratnosti nákladů na robotické a ruční broušení. V závěru student zároveň správně zmiňuje, že se návratnost investice odvíjí od počtu kusů, které by dané pracoviště mělo obrábět, a firma tento aspekt musí rovněž zohlednit při potenciální integraci pracoviště.

Z pohledu textu je práce čtivá a nevykazuje zásadní formální nedostatky.

Cíle práce považuji za splněné – ocenil bych však, výsledná simulace byla více propracovaná. Práci hodnotím velmi dobře B.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání C
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod D
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii C
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Můžete popsat, jak by se naměřená data ze sondy promítla do programu robotu?
  2. Můžete popsat jak by byla řešena bezpečnost pracviště?
  3. Jaký bude proces při úbytku brusného materiálu kotouče? Vymění se? Dojde k jeho odměření a kompenzaci trajektorii robotu?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová