Master's Thesis

Object positioning in 3D space using parallel cable-driven robot

Final Thesis 4.93 MB Appendix 4.08 MB

Author of thesis: Ing. Andrej Rajnoha

Acad. year: 2015/2016

Supervisor: prof. Ing. Petr Pivoňka, CSc.

Reviewer: Ing. Jakub Dokoupil, Ph.D.

Abstract:

At the beginning of this master’s thesis the definition of types of robots using parallel kinematics are presented, its possibilities of usage and current prototypes are described. The second chapter focuses on the proposal of robot construction and sizing electric and non-electric components of robot hardware. Derivation of direct and inverse transform mechanisms with creating flowcharts of their algorithms are stated in the two following chapters. The state machine controlled from user interface is then programmed based on these flowcharts. At the end of the work, cable-driven robot positioning accuracy is evaluated and platform workspace, together with motion and electric parameters, are measured.

Keywords:

cable-driven parallel robot, parallel manipulator, parallel robotics, serial and parallel kinematic, B&R Automation, Automation Studio V4, object positioning, six degrees of freedom, direct and inverse kinematic

Date of defence

07.06.2016

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student obhájil diplomovou práci.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electrical, Electronic, Communication and Control Technology (EEKR-M)

Field of study

Cybernetics, Control and Measurements (M-KAM)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Koziorek, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Petr Pivoňka, CSc. (místopředseda)
Ing. Radovan Holek, CSc. (člen)
prof. Ing. Pavel Jura, CSc. (člen)
Ing. Stanislav Klusáček, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Málek, CSc. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Petr Pivoňka, CSc.

Cílem práce bylo navrhnout algoritmus řízení paralelního lanového robota se šesti stupni volnosti a vytvoření funkčního modelu. Zadání bylo po odborné i časové stránce značně náročné.
Student přistupoval k práci velmi zodpovědně. Pracoval samostatně a výsledky své práce pravidelně a včas konzultoval. Velmi rychle se seznámil s problematikou úlohy, vytvořil nejen simulační model a aplikační software, ale také navrhl a sestavil plně funkční model včetně vhodného řídicího systému, pohonů a obslužné vizualizace. Porozumněl složité problematice řízení paralelní kinematiky natolik, že byl schopen najít efektivní rozložení jednotlivých lan a dosáhl tak šesti stupňů volnosti a výborných dynamických vlastností systému.
Diplomant Andrej Rajnoha splnil všechny požadované termíny, samostatně navrhl přístrojové i programové vybavení robota a poradil si i s delšími dodacími lhůtami materiálů pro konstrukci, které jej značně zdržely.

Při práci v neobvyklé míře projevil své inženýrské znalosti a schopnosti, proto navrhuji nejlepší možné hodnocení.

Ing. Roman Mužík, B+R Brno. konzultant Points proposed by supervisor: 100
Display more

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jakub Dokoupil, Ph.D.

Předložená diplomová práce řeší komplexní návrh a algoritmus řízení modelu lanového robota se šesti stupni volnosti. Téma práce je aktuální a poměrně náročné, neboť vyžaduje syntézu poznatků o transformacích v robotice, řešení systému nelineárních rovnic a samotné implementaci algoritmu ve vývojovém prostředí firmy B&R.
Diplomant prokázal, že je schopen své teoretické znalosti získané v průběhu studia, rozšířené samostudiem, úspěšně aplikovat při řešení inženýrského problému. Zadání diplomové práce bylo v plném rozsahu splněno. Písemná zpráva je logicky členěna, má dobrou grafickou úroveň a výsledky jsou zdokumentovány a podloženy grafy.
V práci jsem nezaznamenal závažnější nedostatky. Uvádím pouze připomínky formálního charakteru. Doporučuji se vyvarovat anglickým popiskům u obrázků, jestliže práce není prezentována jednotně v anglickém jazyce. Operace násobení není v odborných textech obvykle označována tečkou.  Při popisu realizace přímé transformace postrádám diskuzi o způsobu implementace výpočtu inverzní matice, která představuje největší výpočetní zátěž algoritmu.
Závěrem lze uvést, že diplomant prokázal své schopnosti řešit komplexní inženýrský problém a tím své výborné znalosti v oboru. Navrhuji proto práci klasifikovat stupněm A – výborně. Topics for thesis defence:
  1. V práci uvádíte, že techniku přímé transformace nebylo možné použít v reálném čase. Zkoušel jste aplikovat proměnný krok učení u Gauss-Newtonovy metody, který v obecné rovině snižuje počet iterací metody k dosažení požadované přesnosti? Lze inverzi u Gauss-Newtonovy metody efektivně nahradit řešením systému lineárních rovnic (s pomocí rozkladu symetrické matice)?
  2. Je možné odstranit nejednoznačnost při přímé transformaci metodou Levenberg-Marquardt? Jaký praktický význam má vzhledem k danému případu regularizační člen vystupující v kriteriální funkci této metody?
Points proposed by reviewer: 97
Display more

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová