Doctoral Thesis

Robotic assemblies using force moment feedback

Final Thesis 10.35 MB Summary of Thesis 3.66 MB

Author of thesis: Ing. Filip Radil, Ph.D.

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Petr Krejčí, Ph.D.

Reviewers: pplk. Ing. Václav Křivánek, Ph.D., MCF., Ing. Peter Zavadinka, Ph.D.

Abstract:

This doctoral thesis addresses the problem of increasing autonomy and robustness in robotic assembly under conditions typical for small and medium-sized enterprises (SMEs), where high variability and limited engineering resources hinder traditional automation. The work focuses on force/torque-based perception and control as a primary sensing modality for contact-rich manipulation tasks.
Three complementary research problems are investigated. First, a novel framework for snap-fit assembly outcome classification is proposed. Instead of binary success detection, the method introduces a structured taxonomy of assembly outcomes and develops a machine-learningbased classification pipeline grounded in force/torque signal analysis. Second, a new method for contact localization using wrist-mounted force/torque sensing is developed. The approach combines residual wrench compensation, geometric inference, and probabilistic state estimation to localize contact on manipulated objects under realistic sensing constraints. Third, a force-guided navigation algorithm is introduced, enabling robots to progress toward task goals while constrained by environmental contact, integrating contact localization, incremental contact mapping, and reactive motion planning.
All proposed methods are validated experimentally on real robotic platforms. The experiments demonstrate that the approaches operate consistently under the deployment constraints and provide a foundation for further development of contact-aware robotic systems in industrial applications.

Keywords:

Robotic assembly; Snap-fit assembly; Force/torque sensing; Contact localization; Physical interaction; Force-guided navigation; Contact-rich manipulation; Assembly failure detection; Hidden Markov model; Classification; Autonomous manipulation

Date of defence

15.05.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaPznamka

Process of defence

Hlavními přínosy práce jsou dosažené výsledky v oblasti kon. robotických manipulací, které zpřesňují možnosti lokalizace kontaktu při manipulaci s objekty bez předchozí definice jejich geomatrického tvaru. Dalším přínosem je návrh algoritmu pro navigaci robota pomocí silové zpětné vazby, jeho impementace a ověření.

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Applied Mechanics (D-IME-P)

Composition of Committee

prof. Ing. Jindřich Petruška, CSc. (předseda)
doc. Mgr. Jaroslav Hrdina, Ph.D. (místopředseda)
pplk. Ing. Václav Křivánek, Ph.D., MCF. (člen)
Ing. Peter Zavadinka, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Petr Noskievič, CSc. (člen)
Ing. Přemysl Janů, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Petr Krejčí, Ph.D.

Ing. Filip Radil zahájil prezenční doktorské studium 1.9. 2020. Disertační práce pana Radila se zabývá výzkumem v oblasti robotické montáže s využitím silověmomentové zpětné vazby. Téma práce vychází z praktických zadání a požadavků průmyslu a navazuje na výzkumné projekty řešené na pracovišti UMTMB.

V rámci studia absolvoval stáž v délce 6 měsíců na Worcester Polytechnic Institute(USA, Massachusetts) v laboratoři zabývající se robotikou.

Výsledky své práce publikoval na několika odborných konferencích i v časopisech a v rámci VaV aktivit pracoviště se podílel jako spoluřešitel řady projektů a průmyslových zakázek.

Doktorand se dále podílel na rozvoji Mechatronické laboratoře a to jak v pedagogické činnosti, tak i na rozvoji tvůrčích aktivit laboratoře. V pedagogické činnosti se podílel na výuce předmětů bakalářského (předmět 1PA) i magisterského studia (předmět RKD).

Z výše uvedených skutečností vyplývá, že jmenovaný svou činností v plném rozsahu naplnil podmínky řádného studia doktorského studijního programu. Ing. Filip Radil prokázal schopnost samostatné vědecké práce a jeho disertační práci doporučuji k obhajobě.

Grade proposed by supervisor: A

viz. posudek v PDF
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 242,18 kB

Reviewer’s report
Ing. Peter Zavadinka, Ph.D.

viz. posudek v PDF
File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 139,65 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová