Master's Thesis

Design of Technology and Implementation of the Pick and Place System for Magnetic Dot Application

Final Thesis 3.93 MB

Author of thesis: Ing. Martin Hluší

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Slaný, Ph.D.

Reviewer: Ing. Štěpán Kolomý, Ph.D.

Abstract:

This master's thesis focuses on the analysis and design of an upgraded prototype of an automated Pick and Place machine for cutting and applying self-adhesive magnetic dots. The primary objective was to overcome the technological and operational limitations of a previous laboratory apparatus. The newly developed system utilizes a rigid gantry structure with linear ball bearings, integrating the cutting mechanism and the magnetic tape spool directly onto the mobile X-axis carriage, which significantly minimizes axis travel distances and optimizes the production cycle time. The control system has been transformed into a modern hierarchical Klipper architecture, using a Raspberry Pi as the logical host with a customized touch-screen graphic user interface (GUI), and an Arduino Mega acting as the motion microcontroller paired with digital DM542T stepper drivers and stepper motors. To eliminate human error, a QR code reader was integrated to ensure automatic loading of programs controlling the desired positions of magnetic points. A major process innovation involves replacing the original pneumatic vacuum ejector with a permanent magnetic applicator, which verifiably eliminates compressed air consumption and provides electrical energy savings. The thesis also includes a comprehensive risk assessment in accordance with ISO 12100 and the implementation of hardware functional safety elements achieving Performance Level C per ISO 13849-1, elevating the prototype to industrial safety standards.

Keywords:

pick and place system, automation, raspberry pi, arduino, magnetic applicator, functional safety, graphical user interface

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Diplomant seznámil komisi s obsahem a výsledky své diplomové práce a zodpověděl otázky oponenta. V průběhu obhajoby byly položeny následující doplňující otázky: 1. Elektronické rozhraní bylo dotaženo do konce? Testoval jste jej a byla funkční? zodpovězeno 2. Mainsaill je Váš návrh a originální řešení? zodpovězeno 3. Kdy jste dospěl k poslední interaci? Bylo by reálné to vyrobit v rámci měsíců? zodpovězeno 4. Jaké jste měl zkušenosti s programovacími jazyky? zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Manufacturing Technology (N-STG-P)

Specialization

Manufacturing Technology and Management in Industry (STM)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Zouhar, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Miroslav Zetek, Ph.D. (místopředseda)
prof. Dr. Ing. Antonín Kříž (člen)
doc. Ing. Josef Chladil, CSc. (člen)
Ing. Jiří Bejtkovský, Ph.D. (člen)
Ing. Janka Vydrová, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Sedláček, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Slaný, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá návrhem technologie a konstrukčním řešením inovovaného Pick and Place zařízení pro aplikaci magnetických bodů. Zadání práce bylo splněno převážně, přičemž řešené téma je svým rozsahem a komplexností nadstandardní.

Student přistupoval k řešení práce velmi aktivně, pravidelně konzultoval postup a na konzultace byl systematicky připraven. V průběhu řešení prokázal schopnost samostatného technického uvažování i interdisciplinárního přístupu zahrnujícího mechanickou konstrukci, řízení i software.

Je však nutné konstatovat, že se nepodařilo splnit všechny cíle práce, zejména nebyla realizována komplexní fyzická výroba a ověření funkce zařízení. Výroba byla realizována v rozsahu několika dílů. Bohužel popis této výroby autor do práce nezahrnul. S ohledem na rozsah řešené problematiky a náročnost návrhu to však nepovažuji za zásadní nedostatek. Práce představuje kvalitní základ pro další rozvoj a na základě provedené analýzy, návrhu a vyhodnocení lze předpokládat správnou funkci budoucího zařízení.

Velmi pozitivně hodnotím srovnání s předchozími řešeními a přístupy dalších autorů, stejně jako vlastní přínos studenta v podobě návrhových úprav směřujících ke zvýšení efektivity a zkrácení výrobního taktu. Přínos práce je patrný jak v oblasti mechanického řešení, tak v oblasti optimalizace řídicího systému a návrhu uživatelského rozhraní.

Formální i odborná úroveň práce je velmi dobrá.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment C
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 A
Logical arrangement of thesis and its layout B
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: B

Reviewer’s report
Ing. Štěpán Kolomý, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá analýzou a konstrukčním návrhem inovovaného prototypu automatizovaného osazovacího zařízení typu Pick and Place pro dělení a aplikaci samolepicích magnetických bodů. Po teoretické stránce je práce zpracována správně. Praktická část se zabývá analýzou stávajícího řešení a identifikací okrajových podmínek. Značným nedostatkem diplomové práce je skutečnost, že zůstává pouze v teoretické rovině a chybí v ní prezentace reálné výroby součástí a jejich montáž a výsledné testování (i když to je slibováno). Práce nesplňuje všechny slibované cíle, což je zásadní, protože nabízené téma je velice komplexní a praktické. Závěrečná práce prezentuje analýzu rizik a návrh řídicího software a grafického uživatelského rozhraní. I přes tuto výhradu hodnotím práci jako uspokojivou, doporučuji ji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení D – uspokojivě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment E
Working process, extent and suitability of applied methods D
Scholarly contribution and originality D
Ability to interpret achieved results and draw conclusions C
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level C
Work with used sources including quotations C
Topics for thesis defence:
  1. Byla realizována výroba dílčích součástí?
  2.  V jakém rozhraní probíhala tvorba nového konceptu pick and place zařízení?
  3. Z jakého důvodu nebyly splněny cíle DP?

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová