Master's Thesis

Pipe systems mapping using segmented robot

Final Thesis 12.32 MB Appendix 4.3 MB

Author of thesis: Ing. Oscar Fajgel

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Stanislav Věchet, Ph.D.

Abstract:

This Master's thesis deals with the design of a pipe system mapping method. The proposed method consists of gathering sensor data from a multi-segment pipe robot and using them as inputs for offline trajectory estimation using a proposed Extended Kalman Filter model. Review is conducted of house-waste pipe systems, currently used pipe mapping methods and about the types of robots used for this case. For the purpose of sensor data collection and testing of the proposed mapping method, a pipe robot model in the form of a testing vehicle was created and used as a basis for an electrical architecture proposal for a pipe mapping robot prototype.

Keywords:

mobile in-pipe robot, trajectory estimation, mapping, Kalman filter, AHRS

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji diplomovou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Pro jaké trubky je vaše řešení vhodné? Uvažoval jste různé průměry trubek? Jaká je maximální rychlost robota? Obhajoba byla komisí hodnocena jako výborná.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Mechatronics (N-MET-P)

Composition of Committee

RNDr. Vladimír Opluštil (předseda)
doc. Ing. Robert Grepl, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D. (člen)
Ing. Dalibor Červinka, Ph.D. (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Peter Zavadinka, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
doc. Ing. Jiří Krejsa, Ph.D.

Oscar Fajgel se ve své práci věnuje návrhu metody, která umožní 3D rekonstrukci trasy potrubního vedení z údajů získaných segmentovým robotem, který tímto vedením prochází. Metoda je založena na fúzi senzorických dat robotu pomocí rozšířeného Kalmanova filtru. Zobecněné rotace jsou v práci vyjádřeny pomocí kvaternionů.

V práci je představeno několik modelů a provedeno jejich vyhodnocení pomocí simulace. Metoda je také v souladu s cílem práce otestována na zjednodušeném fyzikálním modelu. Výsledky metody považuji za slibné. Nad rámec práce je v příloze rozpracována architektura segmentovéhé robotu.

Diplomová práce je dobře strukturována a obsahuje minimum překlepů. Jazykovou správnost nejsem schopen posoudit.

Cíle práce byly beze zbytku splněny a práce dle mého názoru splňuje všechny podmínky na tento typ práce kladené. 

Pan Fajgel pracoval samostatně a iniciativně, pravidelně konzultoval a s jeho přístupem jsem byl spokojen.

Práci hodnotím známkou Výborně, tedy A.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality B
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level B
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Stanislav Věchet, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem metody pro mapování potrubních systémů pomocí segmentového robotu. Autor přistoupil k řešení systematicky, zkonstruoval zjednodušený testovací model vozidla a pro účely fúze senzorických dat implementoval několik variant Rozšířeného Kalmanova filtru (EKF). Za silnou stránku práce považuji detailní experimentální vyhodnocení jednotlivých modelů filtrace a objektivní zhodnocení jejich přesnosti vůči reálné trajektorii pomocí kamerového systému a referenčních značek AprilTag. Jako nejvhodnější byl správně identifikován kinematický model, který dosáhl vysoké přesnosti s chybou RMSE 0,9 mm vůči odometrii. Práce je po formální i technické stránce na velmi dobré úrovni.

Slabší stránkou předloženého řešení jsou převážně limity vyplývající z mechanické konstrukce testovacího robotu, kde prokluz kol a nedostatečný přítlak prvního segmentu vnášely do měření nezanedbatelné chyby při průjezdu silněji zakřivenými úseky. Tyto nedostatky však autor v textu věcně reflektuje a navrhuje adekvátní řešení do budoucna.

Předložená práce splňuje definované cíle zadání, a proto ji doporučuji k obhajobě s celkovým hodnocením A (výborně).
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 A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. V rámci navržené metody je fúze dat pomocí EKF počítána čistě offline na externím PC. Z jakého důvodu je tato fúze počítána offline a proč nebyl Kalmanův filtr nasazen rovnou v mikrokontroléru (MCU) robotu pro výpočet v reálném čase?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová