Master's Thesis

Design and implementation of the concept of an agile bipedal robot

Final Thesis 6.24 MB Appendix 11.14 MB

Author of thesis: Bc. Martin Kobík

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: Ing. Ondřej Richter

Abstract:

This thesis focuses on the design and implementation of an agile wheeled bipedal robot using commercially available actuators. The goal of this work was to design a robot concept utilizing modern actuators, develop control electronics, and verify the functionality of the proposed system. First, a robot leg prototype was designed and tested to verify the actuator properties and evaluate the overall design. The acquired findings were then used in the design of the final robot. The robot uses a cascaded PID controller for balancing and allows speed control, turning, and height adjustment through leg motion. The result of this work is a functional robot exhibiting stable balance and basic locomotion capabilities.

Keywords:

bipedal robot, QDD actuator, cascade PID, inverse kinematics, CAN bus, GIM8108

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

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: Jaká jsou omezení řídicí jednotky, kterou jste použil? Jaké jsou přenosové rychlosti u komunikace pomocí CAN sběrnice? Jaké jsou limity použité technologie? Obhajoba byla komisí hodnocena jako velmi dobrá.

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
doc. Ing. Stanislav Věchet, Ph.D.

Student zpracoval téma návrhu a realizace dvounohého robota s kolovým podvozkem a celkově je práce zejména z pohledu konstrukce zpracována velmi pečlivě. Je vidět že student je nadšenec do robotiky a věnoval enormní množství času, zejména praktickým experimentům a ověřování funkce robotu v reálných podmínkách.

V zhledem k rozsahu praktické části a celkovému návrhu elektroniky a řidicího systému navrhuji navrhuji hodnocení známkou výborně - A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
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 B
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Ondřej Richter

Diplomová práce pana Kobíka se zabývá návrhem a realizací dvounohého kolového robota schopného agilního a dynamického pohybu.

V teoretické části se autor věnuje existujícím řešením balancujících a kráčejících robotů a rozboru využitelných typů pohonů. Tato část je však poměrně stručná a postrádám podrobnější porovnání aktuátorů z hlediska hmotnosti, momentu, převodového poměru a ceny, ideálně ve formě přehledné tabulky.

Praktická část popisuje testování aktuátorů, návrh prototypu jedné nohy a následnou realizaci celého robota. Řídicí elektronika je realizována pomocí komerčních modulů propojených na desce plošných spojů. Ve druhé fázi vývoje by již bylo vhodnější přejít na integrovaný návrh DPS. Velmi pozitivně hodnotím mechanické zpracování konstrukce a realizaci vlastních pneumatik.

V kapitole věnované řízení autor popisuje kaskádní PID regulátor a postup jeho ladění, přičemž použité frekvence regulačních smyček považuji za poměrně nízké. Inverzní kinematika končetin je navíc prezentována pouze formou zdrojového kódu, bez jakéhokoli matematického odvození či popisu pomocí rovnic.

Po grafické a formální stránce práce vykazuje několik nedostatků. V textu se často objevují méně kvalitní snímky obrazovky a hůře čitelné grafy. Nevhodně působí také ukázky zdrojového kódu s tmavým pozadím.

I přes uvedené nedostatky student prokázal schopnost samostatné inženýrské práce a vytvořil funkční a atraktivní zařízení, čímž splnil stanovené cíle. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím klasifikačním stupněm C.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání B
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod B
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii B
Logické uspořádání práce a formální náležitosti C
Grafická, stylistická úprava a pravopis D
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. V případě využití robota na různých propagačních akcích je důležitá výdrž baterie. Jak dlouho vydrží robot fungovat, jak dlouho trvá nabití robota, případně jak náročná je výměna baterie?
  2. V kapitole věnované řízení uvádíte, že regulátor funguje dobře pro robota v dřepu i ve stoje, z textu však není patrné, jak je tento dřep definován. Je stávající regulátor použitelný i při maximálním možném podřepu? Jak se při něm změní moment setrvačnosti robota a jakým způsobem byste postupoval při implementaci proměnných koeficientů regulátoru?
  3. V textu zmiňujete použití metod pro fúzi dat. Jakou konkrétní metodu jste použil a jak moc je v této fúzi využitelná část s magnetometrem?

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová