Bachelor's Thesis

Design and implementation of the electro-mechanical part of a manipulator inspired by the human hand

Final Thesis 13.28 MB Appendix 7.4 MB

Author of thesis: Bc. Vojtěch Bublák

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Králík, Ph.D.

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

Abstract:

This thesis deals with the design and realization of a robotic manipulator similar to the
human hand. The main objectives of this thesis were geometric and movement similarity
to the anatomy of the human hand, as well as low cost, ease of assembly, and high load
bearing capacity. The first chapter focuses on research in this field, including an analysis
and summary of approaches used by other engineers. The thesis then presents a kinema
tic model using DH parameters and a static model of load effects. The following chapters
focus on the design of the manipulator and the design of the control PCB. At the end of
the thesis, the parameters of the physical design were measured, and the manipulator’s
gripping ability and sign communication were successfully verified.

Keywords:

robot, pulley system, hand, manipulator, 3D printing

Date of defence

11.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svou bakalářskou práci. Následně byly přečteny posudky a student odpověděl na dotazy oponenta. Poté členové komise položili následující otázky: - K čemu jste použil pryskyřici? - Jakou silou dokáže zařízení uchopit předmět? - Jakým způsobem řídíte použitý pohon? Na závěr byla obhajoba hodnocena známkou výborně.

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

doc. Ing. František Šebek, Ph.D. (předseda)
Ing. Petr Procházka, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Petr Krejčí, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Stanislav Věchet, Ph.D. (člen)
Ing. Pavel Švancara, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Králík, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Králík, Ph.D.

Pan Bublák se ve své práci zabývá návrhem a realizací elektromechanické části manipulátoru inspirovaného lidskou rukou. Jedná se o mechatronický projekt kombinující návrh konstrukce, pohonu a elektroniky, včetně návrhu DPS, doplněný o softwarové řešení pro ověření funkčnosti.

Student přistupoval k řešení aktivně, pravidelně se účastnil konzultací a o problematiku projevoval zájem. Po formální stránce je práce na vysoké úrovni, drobnou výtku mám pouze k použití velmi malého písma u některých grafů a schémat. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení A, tedy výborně.
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 A
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.

Bakalářská práce Vojtěcha Bubláka se věnuje komplexnímu a inženýrsky náročnému úkolu, kterým je návrh a reálné sestrojení robotického manipulátoru ve tvaru lidské ruky. Za hlavní silnou stránku práce považuji její ucelenost a systematický postup – autor úspěšně prošel všemi fázemi mechatronického návrhu, od rešerše stávajících řešení a anatomie lidské ruky přes kinematické modelování v prostředí MATLAB až po samotnou mechanickou realizaci s využitím 3D tisku a návrh vlastní řídicí desky plošných spojů. Velmi oceňuji matematické vyjádření vazeb lanových převodů i provedení statické analýzy vnitřních účinků pro různé modelové situace zatížení. Výsledné praktické ověření funkčnosti, schopnosti úchopu a znakové komunikace na reálném prototypu pak jednoznačně potvrzuje úspěšné splnění stanovených cílů práce.

I přes vysokou úroveň praktického výstupu vykazuje práce drobné nedostatky. V textu je přímo zmiňováno, že řídicí program i samotná deska plošných spojů byly z důvodu prioritizace mechanické konstrukce výrazně zjednodušeny, což omezuje pokročilejší možnosti řízení či integraci zpětné vazby. V rámci statického modelování byl zcela zanedbán palec a prsty byly uvažovány jako zjednodušené, několikrát lomené pruty, což sice dostačuje pro základní představu o vnitřních účincích, ale neodráží to plnou realitu komplexního stisku reálné ruky. Celkově se však jedná o solidně zpracované téma s funkčním hmatatelným výsledkem, a proto práci doporučuji k obhajobě ze známkou 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 A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
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 B
Topics for thesis defence:
  1. Jak by musel být upraven kinematický model, aby váš manipulátor mohl působit jako koncový efektor celého robotického ramene?
  2. Jakými konkrétními způsoby (např. úpravou mechanické konstrukce prstů nebo integrací senzorů do elektroniky) lze vaši konstrukci upravit tak, aby byla schopna spolehlivě detekovat dotyk či sílu stisku?
  3. Jak byste svůj výsledný produkt ohodnotil a zařadil do vámi sestavené tabulky 2.1 na straně 16? Tedy z hlediska náročnosti zkonstruování, náročnosti řízení, únosnosti, cenové náročnosti a anatomické přesnosti ve srovnání s ostatními rešeršovanými typy konstrukcí?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová