Master's Thesis

Design of RC vehicle model for testing autonomous systems

Final Thesis 6.22 MB Appendix 10.21 MB

Author of thesis: Ing. Jan Ventura

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D.

Reviewer: Ing. David Svída, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the structural design of an autonomous RC vehicle model and its subsequent realisation, intended for future use in mechatronics education and for practical demonstrations of control systems based on neural networks. The literature review focuses on technologies used in both autonomous vehicle models and full-scale autonomous vehicles. Based on consultations with experts from Reichard Modelsport, the chassis components were selected. The sensors for autonomous control were often chosen after consultation with the thesis supervisor. All structural parts were then designed, manufactured, and integrated with the modified chassis. In addition, a printed circuit board was designed and produced to provide a compact solution for the required power supply, control, and communication between all parts of the model. In the final stage of the thesis, the model was assembled and initially powered up and communication with all systems was established to demonstrate the functionality of all components and the possibility of controlling the chassis both by remote control and by the autonomous control system.

Keywords:

autonomous vehicle models, RC model, Jetson AGX Orin, testing platform, printed circuit board

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil zkušební komisi s průběhem a výsledky své závěrečné práce. Následně zodpověděl otázky oponenta. Dále odpovídal na otázky členů komise: Bylo by možno zjednodušit komunikační zařízení? Zodpovězeno Jaká byla inspirace pro ovládací algoritmy jednotlivých komponent? Zodpovězeno Je autorem kódu ovládacích algoritmů autor, nebo bylo využito nějakých předpřipravených knihoven? Zodpovězeno Je vhodné používat variabilní, nebo fixní krok? Zodpovězeno Proč byl využit snímač otáček motoru? Zodpovězeno Jak by se dále vyvíjelo testování autonomity? Zodpovězeno

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. (předseda)
doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Marek Bačovský (člen)
Ing. Petr Škara (člen)
Ing. Tomáš Heger (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Pavel Kučera, Ph.D.

Diplomová práce se zabývá konstrukčním návrhem a realizací RC modelu vozidla určeného pro testování autonomních systémů. Součástí práce je návrh mechanické konstrukce, výběr vhodných senzorů, návrh napájecí soustavy, elektrických obvodů a jejich praktická realizace.

Student pracoval po celou dobu řešení práce samostatně a aktivně přistupoval k řešení vznikajících technických problémů. Pravidelně konzultoval dosažené výsledky. Lze ocenit zejména vlastní návrh konstrukčních dílů, návrh desky plošných spojů a schopnost koordinovat mechanickou, elektrickou i programovou část projektu. Student prokázal schopnost samostatné inženýrské práce.

Rešeršní část poskytuje rozsáhlý přehled problematiky autonomních vozidel, jejich senzorů a testovacích platforem. Použité zdroje jsou relevantní a vytvářejí vhodný základ pro návrh vlastního řešení. Některé části mají však spíše popisný charakter a mohly být více zaměřeny na přímou vazbu k navrhované platformě.

Student provedl výběr vhodné platformy, navrhl konstrukční úpravy podvozku, vytvořil vlastní nosné díly pomocí CAD nástrojů a navrhl desku plošných spojů zajišťující napájení a komunikaci systému. Významný vlastní přínos spatřuji zejména v realizaci kompletní funkční platformy připravené pro budoucí vývoj autonomních algoritmů.

Všechny cíle definované v zadání byly splněny. Byla provedena rešerše, navržena konstrukce modelu, zvoleny vhodné senzory a hardware, navrženo napájení i elektrické obvody a realizována funkční platforma. Určitou rezervu lze spatřovat v omezeném rozsahu experimentálního ověření jednotlivých senzorů v rámci jedné řídicí smyčky a v absenci podrobnější analýzy vlivu konstrukčních úprav na jízdní vlastnosti modelu. Přestože student během řešení práce reálně překonal řadu technických problémů a vytvořil rozsáhlou práci, forma zpracování a struktura textové práce působí místy roztříštěně. Některé kapitoly na sebe nenavazují zcela plynule a vazba jednotlivých návrhových kroků na celkovou koncepci platformy není vždy dostatečně zdůrazněna, což může u čtenáře vyvolávat dojem méně uceleného postupu řešení a nemusí vystihoval skutečný objem toho co studen musel vytvořit a řešit.

Práce je graficky zpracována na dobré úrovni. Vyskytují se pouze drobné stylistické nepřesnosti a místy méně technicky přesné formulace.

Student během řešení práce prokázal schopnost samostatně řešit komplexní technický problém zahrnující mechanickou konstrukci, elektroniku i základní programové vybavení systému. Oceňuji zejména rozsah praktické realizace a skutečnost, že výsledkem práce není pouze návrh, ale funkční fyzický prototyp. Využití generativní AI je v práci transparentně uvedeno a dle deklarace autora sloužilo pouze jako podpůrný nástroj při korekturách textu, práci s Linuxem a ověřování programového kódu. Diplomovou práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations B
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. David Svída, Ph.D.

Diplomová práce pana Jana Ventury se zabývá konstrukčním návrhem RC modelu vozidla pro testování autonomních systémů.
Text samotné práce je rozdělen do osmi kapitol, ve kterých student postupuje od obecné rešeršní části přes výběr snímačů a řídicího systému až po samotnou konstrukci, zapojení, programování, sestavení a závěr.
Úvodní rešeršní část je napsána stručně a srozumitelně a představuje vhodný úvod do řešené problematiky. Kapitoly 2 a 3 se věnují výběru vhodných snímačů, řídicího systému a akčních členů. Jako řídicí systém byl zvolen Nvidia Jetson AGX Orin, jehož výstupy jsou přes šestnáctikanálový PWM generátor a čtyřkanálový multiplexor přiváděny do regulátoru hnacího elektromotoru a servomotoru řízení. Pro dálkové ruční řízení byla zvolena RC sestava Futaba T3PV s možností telemetrie. Je škoda, že nebylo využito komunikačního protokolu Futaba S.BUS2, o kterém autor prohlásil, že se ukázal jako nepraktický. S tímto závěrem oponent nesouhlasí a naopak se domnívá, že by jeho nasazení posunulo ovládání na další úroveň. Díky digitální komunikaci s vysílačem může Nvidia Jetson obousměrně přijímat a vysílat celou řadu dalších řídicích pokynů. Je otázkou, proč nebyla zvolena RC souprava, která by disponovala více kanály a pro studenta možná i otevřenějším komunikačním protokolem. Stejně tak není upřesněno, na jakou vzdálenost má autonomní vozidlo samostatně fungovat. V práci zcela chybí popis toho, jak autor s autonomním vozidlem za jízdy komunikuje (pouze v kapitole 6.1 student zmiňuje, že pro komunikaci a konfiguraci Jetsonu používá ethernetový kabel). Dle názoru oponenta měla být vybrána vícekanálová digitální RC souprava pracující v sub-GHz pásmu. Pokud by digitální komunikaci nezvládal samotný Jetson, jistě by bylo možné vytvořit jednoduchý převodník mezi protokolem S.BUS2 a sběrnicí CAN. Stejně tak oponent považuje za nepraktické použití čtyřkanálového multiplexoru. Signál z vysílače (včetně ručního režimu) by měl být veden přímo do Jetsonu a ten by měl sám rozhodovat, zda na motory pošle signál z autonomního algoritmu, nebo od uživatele. Provozovat autonomní vozidlo bez spuštěného Jetsonu, tj. pouze na vysílač, nedává praktický smysl.
Významná část práce je věnována konstrukci hlavní nosné platformy pro uložení komponent. Je zřejmé, že autor tomuto tématu věnoval velkou pozornost a navrhl široce univerzální řešení. Vzhledem k tloušťce nosné desky 5 mm působí studentem provedená pevnostní analýza spíše formálně. To, že se od počátku jedná o předimenzovanou konstrukci, ostatně zmiňuje i sám autor v textu.
V kapitole 5 student navrhl a sestavil napájecí systém a potřebné elektrické obvody. Tuto problematiku ve své práci podrobně a přehledně zdokumentoval a oponent k ní nemá žádné připomínky.
Zřejmě z časových důvodů jsou samotné oživení a popis programování velmi povrchní a zjednodušené. Popisované oživení by se hodilo spíše pro úvodní seznámení s problematikou než pro finální testování a ověření autonomního systému vozidla. To, že modul GPS nezachytil uvnitř budovy signál, bylo očekávatelné. Nabízí se proto logická otázka, proč autor neprovedl testování venku.
Autor rovněž tvrdí, že celý model byl následně sestaven do funkční prototypové podoby, v textu však chybí jakákoliv fotodokumentace, která by to potvrzovala. Na druhou stranu je nutné uvést, že v zadání práce byl požadován pouze návrh a fyzická realizace tak byla zcela nad rámec původních požadavků.
Práci jako celek hodnotím velmi pozitivně, student prokázal, že dokáže komplexně řešit současné mechatronické systémy. Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods B
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout B
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. Jak se bude prakticky s autonomním vozidlem komunikovat? Budou se příkazy posílat přes RC soupravu, WiFi, nebo mobilní síť? Jaký má student názor na 2,4GHz pásmo, nebo sub-GHz pásmo z hlediska překážek a šíření signálu v terénu?
  2. Jaký způsob, případně komunikační protokol by student navrhoval pro komunikaci mezi RC přijímačem a Nvidia Jetson?
  3. Student v kapitole 3.1 zmiňuje, že jim vybraný podvozek má dobrou prostupnost terénem. Jak je řešeno chlazení a odolnost proti nečistotám při umístění počítače Nvidia Jetson ve spodní části rámu vozidla?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová