Diplomová práce studentky Karolíny Němečkové se věnuje návrhu a realizaci balancujícího robota se sférickou základnou. Práce navazuje na několik předchozích studentských prací v Mechatronické laboratoři, po kterých však robot zůstal v nefunkčním stavu. Hlavním výsledkem práce je nový Ballbot, který je schopný balancovat a který plánujeme používat pro propagační účely laboratoře.

Ze zkušenosti z její bakalářské práce vím, že studentka dokáže na rozdíl od řady studentů projekty dotahovat do funkční podoby. I proto jsem byl ochoten nechat jí při řešení větší volnost. U podobného projektu bych normálně volil postup po menších iteracích, například s využitím dostupných motorových driverů a s rychlejším přechodem k ladění řízení. Studentka se ale rozhodla nejprve vytvořit celé zařízení včetně vlastní mechaniky, hlavní řídicí DPS a motorových driverů a až následně se výrazněji věnovat samotnému řízení.

Tento postup byl náročnější a rizikovější, ale nakonec po dílčích úpravách vedl k funkčnímu výsledku. Studentka navrhla novou modulární konstrukci, vyřešila sférickou základnu, použila mikrokontroléry STM32, komunikaci CAN, BLDC motory s převodovkou a bezdrátové ovládání pomocí Xbox ovladače. Oceňuji také rozsah firmwarové práce, protože systém musel číst senzory, řídit motory, provádět odhad stavu a zajišťovat komunikaci mezi deskami.

Silnou stránkou práce je propojení modelování, simulací a reálného testování. Studentka vytvořila 2D i 3D modely v prostředí Simscape Multibody, popsala kinematiku, převod momentů a otestovala různé přístupy k řízení. Výsledný robot byl schopen udržet rovnováhu i po vnějších poruchách a v prezentovaném měření balancoval po dobu 400 s.

Z pohledu vedoucího práce mám pouze komentář k rozložení času. Pokud by bylo méně času věnováno návrhu vlastních DPS a více času samotnému řízení, bylo by pravděpodobně možné vyzkoušet více možností pokročilejší regulace. LQR regulátor zůstal pouze v simulaci a finální regulátor na reálném robotu je založen hlavně na experimentálně laděném PID řízení. To však nesnižuje skutečnost, že práce splnila své zadání a výsledkem je funkční demonstrátor.

Celkově hodnotím práci jako velmi kvalitní diplomovou práci s výrazným praktickým přínosem. Studentka prokázala schopnost propojit mechanický návrh, elektroniku, embedded firmware, simulace a řízení nestabilního mechatronického systému. Jsem si jistý, že studentka bude na zařízení dále pracovat a zmíněné pokročilejší řízení postupně implementuje. Práci doporučuji k obhajobě.

Diplomová práce se zabývá návrhem a realizací balancujícího robota se sférickou základnou. Za velmi silnou stránku práce považuji skutečnost, že jde o komplexní mechatronické téma, které zahrnuje mechanický návrh, návrh elektroniky včetně DPS, senzoriku, firmware, komunikaci, matematické modelování a vývoj i implementaci řídicího algoritmu na reálném zařízení. Práce má tedy výrazný praktický přínos a je dobře využitelná jako demonstrační platforma pro mechatroniku i jako základ pro další studentské projekty. Studentka tím prokázala velmi široký odborný záběr a schopnost dotáhnout celý projekt do funkčního stavu, což hodnotím velmi kladně.

V práci mi chybí systematičtější definice požadavků na systém. Kandidátem pro tuto část je kapitola 3.1, kde jsou návrhová rozhodnutí a požadované vlastnosti systému částečně uvedeny, nejsou však shrnuty do přehledné struktury funkčních, technických a provozních požadavků. Takové vymezení by práci zpřehlednilo a lépe by propojilo zjištěné nedostatky předchozí platformy s návrhem nové realizace. Podobně bych uvítal souhrnnější popis architektury celého systému, například ve formě blokového schématu jasně oddělujícího senzory, odhad stavu, řídicí algoritmus, komunikaci, motorové drivery, aktuátory a uživatelské rozhraní. Některé tyto informace jsou v práci uvedeny, zejména v části věnované elektronice a firmwaru, ale čtenář si je musí poskládat z více kapitol.