Bachelor's Thesis

Design of a small low-cost robot AI.SCARA

Final Thesis 7.01 MB Appendix 11.77 MB

Author of thesis: Bc. Tomáš Janoušek

Acad. year: 2023/2024

Supervisor: prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Roman Parák, Ph.D.

Abstract:

The aim of this bachelor thesis is to design and build a low-cost robot based on the industrial concept SCARA, which meets the requirements in terms of rigidity and repeatability for application in a wide range of manipulation tasks primarily implemented in a university environment. The thesis includes not only the unique mechanical design, but also design and implementation of the electrical circuitry, control system, and design of a user-friendly human-machine interface for basic control, diagnosis and calibration of the robotic structure. The theoretical part of the thesis focuses on a research of existing robotic structures, SCARA systems available on the market and end-effectors for manipulation operations.

Keywords:

SCARA, industrial robot, system integration, motion control, kinematics, user interface

Date of defence

13.06.2024

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student odprezentoval práci, přečetli se posudky vedoucího a oponenta. Student odpověděl na otázky oponenta a zodpověděl otázky z komise: doc. Ing. Wagnerová Renata, Ph.D.- Interface robota, proč je v anglickém jazyce? Ing. Ivana Hromková, Ph.D. - Budete pokračovat v práci na robotovi?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Engineering (B-STR-P)

Specialization

Applied Computer Science and Control (AIŘ)

Composition of Committee

prof. Ing. Zuzana Komínková Oplatková, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Ivan Švarc, CSc. (člen)
RNDr. Jiří Dvořák, CSc. (člen)
doc. Ing. Renata Wagnerová, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Heriban, Ph.D. (člen)
Mgr. Monika Dosoudilová, Ph.D. (člen)
Ing. Ivana Hromková, Ph.D. (člen)

Práce na systému robotu AI.SCARA je nadstandardně komplexní. Zahrnuje nejen teoretický návrh, ale také praktickou realizaci robota, kontroleru i obslužného software s důrazem na optimalizaci nákladů daného řešení a přiblížení se průmyslové funkcionalitě. Student prokázal hluboké porozumění problematice, přičemž se zabýval všemi aspekty návrhu, včetně výběru materiálů, komponent, vývoje kontrolního systému a integrované softwarové podpory.

Výsledný projekt nejen že splňuje všechny požadavky na funkčnost a ekonomičnost, ale také překračuje běžná očekávání bakalářské práce svou hloubkou a šíří zpracování. Student přistupoval k řešení úkolů systematicky a metodicky, s množstvím konzultací a bezesporu splnil požadavky zadání.

Předložená práce by byla dobře obhajitelná i jako diplomová práce. Tento fakt podtrhuje mimořádnou schopnost studenta aplikovat teoretické a praktické znalosti na praktické inženýrské problémy.
Práce již prokázala své kvality při prezentaci na soutěži STOČ 2024, kde obsadila 1. místo v kategorii Robotické systémy, a dále při nominaci na  exponánt VUT na MSV 2024.

Vzhledem k vynikajícímu provedení a inovačnímu přístupu hodnotím práci známkou A/výborně a jednoznačně doporučuji studenta k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Roman Parák, Ph.D.

Student Tomáš Janoušek ve své bakalářské práci řeší problém zaměřený na návrh malého nízkorozpočtového robota založeného na průmyslovém konceptu SCARA.

Teoretická část práce se zabývá všeobecným představením průmyslových robotů podle jejich základního rozdělení z hlediska kinematických struktur, včetně detailnějšího popisu konkrétního robota typu SCARA. Autor logickým uspořádáním jednotlivých částí uvádí čtenáře do dané problematiky, přičemž dbá na přehlednost podání informací, díky čemuž se bakalářská práce dobře čte. Vyzdvihuji část zaměřenou na související práce týkající se neprůmyslových řešení robotů pocházejících z akademické i neakademické sféry.

Praktická část práce řeší návrh a realizaci nízkorozpočtového robota založeného na průmyslovém konceptu typu SCARA. Autor ve třech kapitolách přehledně a srozumitelně popisuje komplexní návrh netriviálního řešení, jehož součástí byla unikátní mechanická konstrukce, návrh a realizace elektrického zapojení, systémová integrace, a v neposlední řadě uživatelsky přívětivé rozhraní člověk-stroj pro základní ovládání, diagnostiku a kalibraci robotické struktury. Řešení vyžadovalo rovněž implementaci analytického řešení pro efektivní výpočet kinematiky a synchronizaci os s využitím rychlostních profilů pro kloubní interpolaci pohybu. Vysoce nadstandardní úkol, jehož úspěšnost je podpořena sérií testů zaměřených na opakovatelnost, tuhost, apod., spíše odpovídá diplomové práci než bakalářské práci.

Z bakalářské práce je zřejmé, že student věnoval velký objem času návrhu a implementaci samotného řešení. Vyzdvihuji studentovu komplexnost při tvorbě bakalářské práce, která vyžadovala znalost různých vědních oborů, jako jsou elektrotechnika, mechanika a informatika. Chválím praktickou i teoretickou část práce, které jsou na vysoké úrovni a nad rámec přesahují kritéria pro tvorbu bakalářské práce. Výsledky práce, ať už praktické nebo teoretické, mohou být použity k rozšíření materiálů výuky předmětu Programování robotů a manipulátorů (VRM), a také mohou rozšířit výzkumné aktivity Ústavu automatizace a informatiky (ÚAI) v oblasti robotiky.

Předloženou práci jednoznačně doporučuji k obhajobě a hodnotím ji známkou A / výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Pohyb robota ve vaší práci je omezen pouze na kloubní interpolaci, avšak z dlouhodobého hlediska může být absence pohybu s využitím lineární interpolace limitující. Zejména při úloze typu přemísťování objektů. Stručně vysvětlete, jak byste realizovali pohybovou funkci lineární interpolace.
  2. Vaše práce postrádá nástroj pro simulaci robotického pracoviště. Jaké možnosti v tomto směru navrhujete do budoucnosti? Uveďte hlavní výhody použití simulačních nástrojů pro tvorbu robotických aplikací.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová