Design of Advanced Methods in the Field of Industrial Robotics fitting into the Concept of Industry 4.0.
Loading...
Date
Authors
Parák, Roman
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Význam robotických manipulátorů v inženýrských aplikacích a vědeckém výzkumu v posledních letech podstatně vzrostl. Tento nárůst lze přičíst zvýšenému využívání technologií, jako je autonomní robotika, digitální dvojčata, komplexní systémová integrace atd., spolu s využitím technik umělé inteligence. Omezení v použití těchto technologií může být spojeno se zaměřením na konkrétní typ robotického manipulátoru a konkrétní řešený úkol, což brání modularitě a reprodukovatelnosti v budoucím rozšiřování. Tato disertační práce se zaměřuje na návrh a implementaci pokročilých metod v průmyslové robotice, které úzce souvisejí s principy Průmyslu 4.0. Zahrnuje vývoj komplexních kinematických řešení a strategií plánování pohybu pro různé robotické manipulátory, včetně redukovaných, standardních i redundantních struktur. Pro zajištění výpočetní efektivity je navržena kolizní struktura, která zabraňuje kolizím s vnějšími objekty nebo kolizím se sebou samým. V oblasti plánování pohybu je klíčovým výzkumným cílem zkoumání inovativních metod využívajících zpětnovazební učení. Další významný výzkumný cíl se týká návrhu všestranného robotického pracoviště v souladu s konceptem Průmysl 4.0. To znamená začlenění vertikální systémové integrace pro bezproblémovou interoperabilitu a optimální propojení různých systémů v rámci pracoviště. Cílem disertační práce je také návrh propracovaného uživatelského rozhraní a unikátního simulačního nástroje založeného na Unity3D. Kritický aspekt této disertační práce se zaměřuje na všestrannost, vzdělávání a budoucí expanzi. Smyslem disertační práce je přispět nejen k rozvoji průmyslové robotiky, ale také k jejímu uplatnění ve výuce.
The significance of robot manipulators in engineering applications and scientific research has increased substantially in recent years. This surge can be attributed to the increased use of technologies such as autonomous robotics, digital twins, complex system integration, etc., along with the utilization of artificial intelligence techniques. The limitation in the use of these technologies may be associated with a focus on a specific type of robotic manipulator and a particular solved task, hindering modularity and reproducibility in future expansions. This dissertation focuses on the design and development of advanced methods in industrial robotics that are closely related to the principles of Industry 4.0. It encompasses the development of comprehensive kinematic solutions and motion planning strategies for various robotic manipulators, including under-articulated, articulated, and over-articulated structures. To ensure computational efficiency, a collision avoidance structure is designed to prevent collisions with external objects or self-collision. Within the area of motion planning, a key research objective involves exploring innovative methods using reinforcement learning. Another significant research objective relates to the design of a versatile robotic workstation in accordance with the Industry 4.0 concept. This entails incorporating vertical system integration for seamless interoperability and optimal interconnection of diverse systems within the workstation. The dissertation objective also includes the design of a sophisticated user interface and a unique simulation tool based on Unity3D. A critical aspect of this dissertation focuses on versatility, education, and future expansion. The purpose of this dissertation is to contribute not only to the advancement of industrial robotics but also to its application in educational settings.
The significance of robot manipulators in engineering applications and scientific research has increased substantially in recent years. This surge can be attributed to the increased use of technologies such as autonomous robotics, digital twins, complex system integration, etc., along with the utilization of artificial intelligence techniques. The limitation in the use of these technologies may be associated with a focus on a specific type of robotic manipulator and a particular solved task, hindering modularity and reproducibility in future expansions. This dissertation focuses on the design and development of advanced methods in industrial robotics that are closely related to the principles of Industry 4.0. It encompasses the development of comprehensive kinematic solutions and motion planning strategies for various robotic manipulators, including under-articulated, articulated, and over-articulated structures. To ensure computational efficiency, a collision avoidance structure is designed to prevent collisions with external objects or self-collision. Within the area of motion planning, a key research objective involves exploring innovative methods using reinforcement learning. Another significant research objective relates to the design of a versatile robotic workstation in accordance with the Industry 4.0 concept. This entails incorporating vertical system integration for seamless interoperability and optimal interconnection of diverse systems within the workstation. The dissertation objective also includes the design of a sophisticated user interface and a unique simulation tool based on Unity3D. A critical aspect of this dissertation focuses on versatility, education, and future expansion. The purpose of this dissertation is to contribute not only to the advancement of industrial robotics but also to its application in educational settings.
Description
Citation
PARÁK, R. Design of Advanced Methods in the Field of Industrial Robotics fitting into the Concept of Industry 4.0. [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2024.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Konstrukční a procesní inženýrství
Comittee
prof. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Ivan Sekaj, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Zuzana Komínková Oplatková, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Radim Farana, CSc. (člen)
Date of acceptance
2024-09-13
Defence
Doktorand prezentoval svou disertační práci a v diskusi fundovaně zodpověděl všechny otázky oponentů a dalších členů komise. Jeho práce je přínosná pro praxi a má teoretický přínos pro rozvoj oboru. Doktorand prokázal schopnost řešit netriviální problémy z oblasti robotiky, publikovat výsledky na mezinárodním fóru a to s ohlasy v odborné komunitě. V hlasování získal všechny hlasy, což rovněž dokládá kvalitu dosažených výsledků.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení