Master's Thesis

Development of the control unit and user interface for the robot Jaromír

Final Thesis 11.63 MB Appendix 3.13 MB

Author of thesis: Bc. Jakub Smělík

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Králík, Ph.D.

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

Abstract:

This thesis deals with the upgrade of the quadruped robot Jaromír, which has been a part of the mechatronics laboratory inventory for a long time. The aim of the thesis is to enable control of the robot via MATLAB and Simulink environments. For this purpose, a new control unit and firmware are designed and implemented, allowing the robot to be controlled using commands from a higher-level system. Another part of the thesis focuses on the design of an application programming interface for MATLAB and Simulink, enabling direct control of the robot from these environments. Furthermore, algorithms for implementing basic robot movements are developed. Finally, the individual components of the system are tested, and the results and conclusions of these tests are presented in this thesis.

Keywords:

Robot, Quadruped, Servomotor, Control unit, Firmware, Kinematic, RTOS, ESP, API

Date of defence

16.06.2026

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: Kde by se vaše řešení dalo použít? Je potřeba kalibrovat tlakové snímače u došlapů? Bylo by možné překročit překážku? Obhajoba byla komisí hodnocena jako výborná.

Language of thesis

Czech

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)
doc. Ing. David Fojtík, Ph.D. (člen)

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

Pan Smělík se ve své práci zabývá vývojem nové řídící jednotky a uživatelským rozhraním pro čtyřnohého robota Jaromíra, jenž je jedním z dlouhodobých exponátů v Mechatronické laboratoři. Student se v rámci práce seznámil se současným stavem a na jeho základu navrhnul řídící jednotku, kterou posléze naprogramoval. V rámci práce bylo vytvořeno uživatelské rozhraní nejen v prostředí Simulink, ale navíc i v prostředí Matlabu a grafické uživatelské rozhraní na jednoduché ovládání a vizualizaci.

Po formální stránce je práce velmi pěkně zpracovaná, pouze kapitola testování je poněkud strohá. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji její hodnocení známkou Výborné, tedy A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

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

Diplomová práce Bc. Jakuba Smělíka se věnuje modernizaci řídicího systému dlouhodobě využívaného čtyřnohého kráčivého robotu Jaromír v laboratoři Mechlab. Hlavním přínosem práce je úspěšný návrh a realizace nové řídicí jednotky osazené výkonným mikrokontrolérem ESP32-S3-WROOM-1-N8R8, což zásadně rozšiřuje komunikační schopnosti platformy oproti předchozímu řešení. Oceňuji komplexní inženýrský přístup autora, který pokrývá hardwarový návrh desky plošných spojů, vývoj vícevláknového firmwaru postaveného na operačním systému reálného času (RTOS) i vytvoření funkčních aplikačních rozhraní (API) pro prostředí MATLAB a Simulink. Textová část práce je logicky strukturovaná, přehledná a je doprovázena pečlivým statistickým vyhodnocením časové odezvy systému spolu s vývojem užitečné grafické testovací aplikace.

V softwarové části, konkrétně v implementaci API pro MATLAB, se pak projevují určité architektonické rezervy, kdy je veškerá funkčnost soustředěna do monolitické třídy a komunikační knihovna umožňuje komunikaci s latencí 100ms což neumožňuje řízení složitějšich pohybových sekvencí. I přes tyto výtky předložená práce plně splňuje cíle zadání, vykazuje vysokou kvalitu zpracování a navrhuji ji hodnotit známkou velmi dobře (B).
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Proč jste zvolil RTOS místo klasické superloop architektury?
  2. Jaké rozšíření považujete za nejpřínosnější pro další vývoj robotu?
  3. V práci uvádíte odezvu komunikace v řádech 100ms, je to dostatečné na požadovaný usecase?

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová