Bachelor's Thesis

Omnidirectional Robot Control

Final Thesis 2.69 MB Appendix 702.04 kB

Author of thesis: Martin Knor

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jaroslav Rozman, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jakub Liška

Abstract:

The goal of this thesis is to extend the Nexus robotic platform with an omnidirectional
mecanum chassis into an autonomously operating machine. The theoretical part covers
omnidirectional chassis and their kinematics, the Robot Operating System ROS 2 and
the methods of localization, mapping and navigation. A design of the robot extension
with sensors and two computers is then presented and subsequently implemented. The
extended robot has functional control software in the ROS 2 environment, which allows it to
perform remote control, random movement, self-localization, map building and autonomous
navigation to a goal. The thesis also tests the whole system and evaluates the results.

Keywords:

omnidirectional chassis, mecanum wheels, mobile robot, ROS 2, SLAM, localization, mapping, autonomous navigation, Nav2, sensor fusion, odometry, lidar, inertial measurement
unit, ultrasonic sensor, reactive control, Raspberry Pi 5, Arduino

Date of defence

19.08.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

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. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm C.

Topics for thesis defence

  1. Z textu nie je úplne jasné, ako funguje diaľkové ovládanie robota. Spomínate len, že sa využíva terminál. Pripájate sa k robotovi cez SSH tunel a riadiaci NODE beží na robotovi alebo máte spustený riadiaci NODE na osobnom počítači a využívate zasielanie riadiacich správ v rámci lokálnej siete, na ktorej je aj pripojený robot?
  2. V kapilole 6 - Testovanie, konkétne v sekcii 6.2.3. uvádzate, že počas testu enkóderov bola odchýlka 1cm, no bližšie nespecifikujete, o akú dĺžku dráhy sa jednalo pri teste. Viete tento údaj upresniť?
  3. Aké ďalšie rozšírenia a úpravy robotického vozidla ste zvažoval alebo navrhoval do budúcna? Nahradil by ste do budúcna niektoré komponenty, nakoľko ste bol limitovaný na HW poskytnutý vedúcim prace?
  4. Na co v systému potřebujete koprocesor?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

doc. Mgr. Kamil Malinka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Radek Burget, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Hynek, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Milet, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Kekely, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jaroslav Rozman, Ph.D.

Student k práci přistupoval proaktivně a na konzultace chodil připraven. Práci ale po skončení semestru už nekonzultoval a pracoval na ní samostatně. Text práce obsahuje vše potřebné, ale přeci jen mohl být delší. S výsledkem práce jsem ale spokojen.

Evaluation criteria Verbal classification
Information about assignment

Cílem práce bylo vytvořit senzorovou platformu pro všesměrového robota Nexus a zprovoznit a otestovat ROS nody pro lokalizaci a mapování. Práce byla středně náročná a s výsledkem jsem spokojen.

Work with literature

Student si literaturu, potřebnou k projektu, aktivně obstarával sám.

Activity during solution, consultations, communication

Student byt v zimním semestru na Erasmu, tak konzultace probíhaly převážně v průběhu letního semestru.

Activity during completion

Vzhledem ke studentově pobytu na Erasmu a hardwarovém zadání, které mu tam nebylo dostupné, byl student aktivní hlavně během letního semestru. Práci pak měl odevzdat na srpnovou obhajobu, to už ale tak aktivní nebyl.

Publication activity, awards

-

Points proposed by supervisor: 78

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
Ing. Jakub Liška

Bakalárska práca prináša funkčný a prakticky odskúšaný systém, ktorý rozširuje robotickú platformu Nexus o autonómne fungovanie s využitím lokalizácie, mapovania a navigácie v prostredí ROS2. Zadanie bolo splnené vo všetkých požadovaných bodoch a technická realizácia je premyslená, vrátane viacvrstvového bezpečnostného mechanizmu overeného na reálnom hardvéri.
Slabšou stránkou je prezentačná a formálna úroveň technickej správy, najmä nedostatočné množstvo obrázkov v teoretickej časti a miestami neformálny jazykový štýl. Napriek týmto výhradám ide o kvalitne odvedenú inžiniersku prácu s reálnym praktickým a funkčným výstupom, ktorú odporúčam k obhajobe  so stupňom hodnotenia 83 bodov/B. 

Evaluation criteria Verbal classification Points Max. points
The difficulty of the assignment

Evaluation level: moderately difficult assignment

Zadanie považujem za priemerne náročné.

Presentation level of the technical report

Rozsah jednotlivých kapitol je primeraný a kapitoly na seba pomerne prirodzene nadväzujú. Autor však miestami zasahuje do teoretickej časti prvkami, ktoré patria skôr do implementácie, napríklad kapitola 4 (východiskový stav) čiastočne opisuje už realizované riešenie, nie len pôvodný stav. Text je zrozumiteľný pre čitateľa, ktorý má aspoň základný prehľad v robotike a v ROS/ROS2, pre laického čitateľa bez tohto backgroundu však môže byť práca na viacerých miestach málo pochopiteľná.
Výraznou slabinou je nízke množstvo obrázkov a grafov, keďže výklad je takmer výhradne slovný. Najciteľnejšie je to práve v teoretickej časti, konkrétne 2. kapitola obsahuje jediný obrázok, a to fotografiu mecanum kolesa, zatiaľ čo 3. kapitola žiadny obrázok neobsahuje. Táto jediná fotografia navyše nepokrýva ani omni wheel, ani Ackermannov podvozok, hoci oba typy sú v texte spomínané, a ako fotografia navyše nevysvetľuje samotný princíp fungovania kolesa. Čitateľ bez technického backgroundu tak nemá reálnu šancu pochopiť rozdiely medzi jednotlivými typmi podvozkov len na základe slovného popisu v texte.
Ďalšou výhradou je chýbajúci bližší popis použitého hardvéru, ktorý bol  autorovi odporučený a zabezpečený vedúcim práce. V teoretickej časti by však bolo vhodné doplniť aj vysvetlenie princípu jeho fungovania, prípadne stručný prehľad alternatív, aby bol výber hardvéru pre čitateľa lepšie zdôvodnený. Situácia sa výrazne zlepšuje v druhej polovici práce, konkrétne v kapitole 4, kde obrazová zložka podstatne pomáha pochopeniu textu. Táto disproporcia len potvrdzuje, že v teoretickej časti by obrázky (ideálne schematické, nielen fotografické) boli veľmi žiaduce.

75 100
Formal preparation of a technical report

Práca je písaná mierne neformálnym štýlom a na viacerých miestach sa v nej objavujú slová, ktoré sú v odbornom technickom texte nezvyčajné, priam hovorové. Text tiež nesie znaky použitia jazykového modelu, čo sa prejavuje aj výskytom niektorých neobvyklých alebo neprirodzene preložených výrazov na miestach, kde by bolo vhodnejšie zachovať zaužívanú anglickú terminológiu. Podobne sa v texte objavuje aj vetná stavba a štylistika typická pre strojovo generovaný text, ktorá však v slovenčine ani v češtine nie je prirodzená a v odbornom prejave sa takto vety a súvetia bežne netvoria.
Z formálnej stránky chýba číslovanie rovníc, ktoré by uľahčilo ich prípadné odkazovanie v texte. Autor tiež nepoužíva prehľadnejšie formátovanie typu odrážkových zoznamov ani pri vymenovaní viacerých položiek, a namiesto toho ich vkladá do súvislého textu, čo znižuje čitateľnosť.
Jazyková stránka obsahuje občasné preklepy a nespisovné výrazy. Nesprávne formulované vety sa objavujú najmä v druhej polovici textu, čo môže naznačovať, že táto časť vznikala v časovom strese bližšie k termínu odovzdania, hoci toto tvrdenie nie je možné jednoznačne overiť.

70 100
Realisation output

Predložené riešenie predstavuje funkčný a prakticky odskúšaný softvérový a firmvérový systém, ktorý ovláda rozšírenú robotickú platformu Nexus. Vlastný kód, teda balík nexus_base a nové moduly firmvéru pre Arduino, je čitateľný a dobre komentovaný, s premysleným viacvrstvovým bezpečnostným mechanizmom, ktorý bol aj reálne overený. Miernou slabinou je nejednotné ošetrenie korektného ukončenia behu medzi jednotlivými uzlami.
Dokumentácia je formálne na dobrej úrovni, na viacerých miestach však nezodpovedá aktuálnemu stavu kódu, čo naznačuje absenciu jej priebežnej aktualizácie. Validácia je založená najmä na empirickom testovaní na reálnom hardvéri, dobre zaznamenanom vo vývojovom denníku, chýbajú však automatizované testy. Použitie prevzatého softvéru je v súlade s licenčnými podmienkami, vlastné zásahy sú minimálne a jasne odlíšené od pôvodného kódu.

85 100
Usability of results

Práca má prevažne kompilačný charakter, keďže integruje existujúce metódy a nástroje (ROS2, SLAM Toolbox, Nav2, robot_localization) do funkčného celku na komerčne dostupnej platforme, bez ambície prinášať nové vedecké poznatky. Prínosom je premyslená integrácia hardvéru a softvéru do konzistentného a bezpečnostne odolného systému, vrátane vlastného firmvéru a komunikačného rozhrania medzi mikrokontrolérom Arduino a hlavným jednodoskovým počítačom Raspberry Pi5.
Výsledná platforma má potenciál praktického využitia najmä v rámci výučby, ako demonštračná ukážka viacsenzorovej fúzie, lokalizácie a autonómnej navigácie na reálnom mobilnom robote so všesmerovým podvozkom.

The extent to which the requirements of the assignment have been met

Evaluation level: assignment fulfilled

Všetky body zadania boli splnené v požadovanom rozsahu. K zásadnejším rozšíreniam nad rámec zadania nedošlo.

Extent of the technical report

Evaluation level: meets the minimum requirements only

Textová správa dosahuje približne 44 normostrán, vďaka čomu len s minimálnou rezervou splňuje minimálne požiadavky. 

Work with literature

Výber prameňov je pre tému a rozsah bakalárskej práce primeraný a vhodne kombinuje akademické zdroje k lokalizácii, mapovaniu a navigácii (napríklad Thrun, Fox, Grisetti, Elfes, Kalmanov filter, MPPI) s technickou dokumentáciou použitého hardvéru a softvérových balíkov reálne nasadených v implementácii (slam_toolbox, robot_localization, Nav2, micro-ROS, OpenVMP). Autor sa nepokúša riešiť už vyriešené problémy, naopak na existujúce metódy (AMCL, SLAM Toolbox, Nav2) explicitne odkazuje a vlastný prínos smeruje do ich integrácie.
Bibliografické záznamy sú formálne úplné a jednotné, medzi zdrojmi sa okrem odbornej literatúry nachádzajú aj datasheety použitých komponentov, čo je vzhľadom na praktický a implementačný charakter práce prípustné.

85 100
Topics for thesis defence:
  1. Z textu nie je úplne jasné, ako funguje diaľkové ovládanie robota. Spomínate len, že sa využíva terminál. Pripájate sa k robotovi cez SSH tunel a riadiaci NODE beží na robotovi alebo máte spustený riadiaci NODE na osobnom počítači a využívate zasielanie riadiacich správ v rámci lokálnej siete, na ktorej je aj pripojený robot?
  2. V kapilole 6 - Testovanie, konkétne v sekcii 6.2.3. uvádzate, že počas testu enkóderov bola odchýlka 1cm, no bližšie nespecifikujete, o akú dĺžku dráhy sa jednalo pri teste. Viete tento údaj upresniť?
  3. Aké ďalšie rozšírenia a úpravy robotického vozidla ste zvažoval alebo navrhoval do budúcna? Nahradil by ste do budúcna niektoré komponenty, nakoľko ste bol limitovaný na HW poskytnutý vedúcim prace?
Points proposed by reviewer: 83

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová