Bachelor's Thesis

Navigation and Control of a Mobile Robot Using BLE/Wifi and RFID on the Raspberry Pi 4 Platform

Final Thesis 13 MB

Author of thesis: Lukáš Houzar

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Marcela Zachariášová, Ph.D.

Reviewer: Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the design, implementation, and verification of an educational platform demonstrating the integration of Wi-Fi, Bluetooth Low Energy, and Radio Frequency Identification technologies on a mobile robot equipped with a Raspberry Pi 4 microcomputer. The core of the solution is an asynchronous control application developed in Python, which connects smooth manual control over Wi-Fi using the WebSockets protocol with distributed machine-to-machine communication via stateless BLE Advertisement broadcasting. The low-frequency RFID module RDM6300 is utilized for checkpoint detection and the subsequent real-time triggering of interactive game mechanisms. The thesis also covers hardware modifications of the chassis using 3D printing to ensure mechanical durability and presents exact experimental measurements of the sensory subsystem's limits, including the determination of the reader's hardware latency. Pilot deployment of the developed system in laboratory teaching confirmed its technical stability as well as the high pedagogical and motivational benefits of the proposed gamified concept.

Keywords:

mobile robotics, Raspberry Pi 4, asynchronous control, WebSockets, Bluetooth Low Energy, RFID, RDM6300, educational laboratory task, gamification

Date of defence

19.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky oponenta a na další otázky přítomných, např. ohledně zpětné vazby ze strany studentů k náročnosti a srozumitelnosti úlohy týkající se rozhraní BLE. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky oponenta rozhodla práci hodnotit stupněm B - velmi dobře.

Topics for thesis defence

  1. Popište průběh splnění bodu 5 zadání.
  2. Objasněte způsob zadání úlohy a harmonogram činností, které studenti potřebují vykonat k jejímu vyřešení (např. dle podkap. 4.2, 4.3 či 7.1).

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

doc. Dr. Ing. Otto Fučík (předseda)
doc. Mgr. Kamil Malinka, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Marta Jaroš, Ph.D. (člen)
Ing. Vladimír Veselý, Ph.D. (člen)
Ing. David Bařina, Ph.D. (člen)

Výstupom práce sú 2 laboratórne cvičenia do predmetu IPZ: zadanie laboratórnych úloh, príslušiaci HW (vybrané súčiastky pre prácu s RFID, BLE), SW (komentovaná kostra centrálneho Python programu), webová aplikácia pre ovládanie robota, 3D tisky pre robota, monitorovací SW. Výstupy sú veľmi kvalitné a študent ich zvládol začleniť do aktívnej výuky a spracovať dotazník od študentov. Študenti hodnotili cvičenia ako veľmi prínosné.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Prácu hodnotím ako stredne náročnú, zahŕňa v sebe programovanie HW, prípravu SW a zároveň adaptáciu pre výuku. S výsledkom som spokojná, študent splnil všetky body zadania a implementoval niekoľko rozšírení. Napríklad, vytvoril monitorovací systém pre BLE advertising pakety, čo pomáhalo študentom rýchlo a efektívne overovať výstupy laboratórnej úlohy. Oceňujem jeho veľkú iniciatívu pri príprave gamifikácie výuky a rôzne úpravy HW platformy, s ktorou v IPZ pracujeme.

Práce s literaturou

Študent vyhľadával zdroje sám, jednalo sa o štandardy k BLE, RFID, datasheety a návody k súčiastkam. Pracoval s doporučenou pedagogickou literatúrou pre vytvorenie pedagogicky kvalitných výstupov.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Študent bol vždy pripravený, aktívne prácu konzultoval.

Aktivita při dokončování

Práca bola dokončená včas, finálny obsah bol konzultovaný.

Publikační činnost, ocenění

Študent pomáhal organizovať súťaž pre študentov IPZ, kde sa využívali výstupy jeho práce: SW, webová aplikácia pre ovládanie robota, 3D tisky. Súťaž bola verejne propagovaná ako aktivita FIT VUT a pomáha zvyšovať atraktivitu HW špecializácii.

Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Josef Strnadel, Ph.D.

Vzhledem k tomu, že



  • zadání považuji za středně náročné,

  • realizační výstup, až na jeho neuspokojivé zhodnocení a dokumentaci v technické zprávě (TZ), splňuje stěžejní požadavky zadání, což se však prokázalo až díky osobnímu předvedení realizačního výstupu (RV),


tak výsledek práce studenta (tj., RV a TZ) souhrnně považuji za použitelný pro účel daný zadáním a navrhuji jej ohodnotit stupněm D.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Náročnost zadání

Evaluation level: průměrně obtížné zadání

Zadání považuji za středně obtížné, jelikož předpokládalo využití existující robotické platformy, nevyžadovalo vývoj a nasazení vlastního hardwaru, a jeho stěžejní požadavky byly zvládnutelné pomocí vědomostí a zkušeností získaných během dosavadního studia na FIT VUT.

Prezentační úroveň technické zprávy
  • Technická zpráva (TZ) je poměrně vhodně strukturovaná (byť 9 kapitol bez příloh mi připadá příliš - např. kap. 2, 3 resp. kap. 4, 5 resp. 7, 8 by šlo sloučit), její části na sebe vhodně navazují a přispívají k její velmi dobré čitelnosti i k velmi dobré představě o prostředcích, způsobu a výsledku řešení.
  • Až na absenci některých, čitelnost zlepšujících, ilustrací (vhodných např. v částech 2.2 - 2.4, 3.1, 5.3, 6.1 - 6.5, 9), na nedostatek informací o výchozím stavu robotické platformy, a na nejasnost a výtku z části "Rozsah splnění požadavků zadání" tohoto posudku, nemám k prezentační úrovni TZ vážnější výhrady, a hodnotím ji jako uspokojivou.
60
Formální úprava technické zprávy

Úroveň typografické a jazykové stránky technické zprávy hodnotím jako velmi dobrou - případné nedostatky v ní nejsou závažné a vyskytují se spíše ojediněle.

89
Realizační výstup
  • Zadáním požadovaný realizační výstup (RV) má tři části - hardwarovou, softwarovou, a dokumentační (s technickou a metodickou podčástí).
  • Vzhledem k předpokládanému použití RV, tj., pro výukové účely, považuji  úroveň RV, souhrnně, za dobrou - hardwarová část byla z velké míry daná, softwarová část není výrazně rozsáhlá  a  implementačně náročná, a informační hodnota stěžejní dokumentační části, zejména kap. 4-6, podkap. 7.1, kap. 8 technické zprávy (TZ), je až neuspokojivá (některé informace v TZ chybí, některé jsou dostupné až v elektronické příloze k TZ, další byly doplněny až při osobním předvedení RV).
  • I přes nepříliš kvalitní dokumentaci považuji RV za využitelný pro zadáním předpokládaný účel a -- až na, po přečtení TZ nezodpovězenou, nejasnost ohledně ověření funkčnosti systému (viz bod 5 zadání), která však byla rozptýlena díky osobnímu předvedení RV -- za splňující požadavky zadání.
70
Využitelnost výsledků

Realizační výstup má potenciál být přínosem pro stávající výukovou praxi, nicméně tento přínos je diskutabilní bez předchozího, kvalitně provedeného a zdokumentovaného ověření funkčnosti, a bez kvalitních výukových materiálů.

Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno s drobnými výhradami

  • Až na, z technické zprávy (TZ) plynoucí, nejasnost ohledně splnění požadavku ověření funkčnosti systému na zadané dráze (viz bod 5 zadání), a na výtku ke způsobu zpracování materiálů (viz bod 6 zadání) považuji zadání jako celek za splněné.
  • Nejasnost plyne z absence souvisejících informací v TZ, očekávaných zejména v kap. 8 TZ, která se zadané dráze ani ověření funkčnosti na ní prakticky nevěnuje.
  • Výtka plyne z pochybnosti ohledně využitelnosti zadáním požadované dokumentace ve výuce - kap. 4 TZ sice určitou dokumentací obsahuje, a další materiály jsou elektronicky přiloženy, je ale diskutabilní, zda tato dokumentace a materiály postačují k realizaci výuky.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Rozsah technické zprávy (TZ) považuji za obvyklý, jelikož TZ, až na nejasnost ohledně splnění bodu 5 zadání a výtku ke splnění bodu 6 zadání, obsahuje veškeré podstatné informace k řešené problematice i k realizačnímu výstupu (RV).

Práce s literaturou

V seznamu citací postrádám citace dosavadních přístupů k řešení obdobné či zadání blízké problematiky, avšak jinak jsou informační zdroje použité v technické zprávě, vzhledem k tématu a zadání práce, vhodně zvoleny a technická zpráva na ně odkazuje způsobem umožňujícím řádné odlišení prvků vlastních od převzatých.

75
Topics for thesis defence:
  1. Objasněte způsob zadání úlohy a harmonogram činností, které studenti potřebují vykonat k jejímu vyřešení (např. dle podkap. 4.2, 4.3 či 7.1).
  2. Popište průběh splnění bodu 5 zadání.
Points proposed by reviewer: 65

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová