Master's Thesis

Underwater drone concept design

Final Thesis 10.68 MB Appendix 12.2 MB

Author of thesis: Bc. Dominik Cvik

Acad. year: 2025/2026

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

Reviewer: Ing. Jan Králík, Ph.D.

Abstract:

This thesis presents the conceptual design of a low cost, hardware modular underwater drone. The vehicle is built around a threaded rod backbone that consolidates the structural skeleton, the component mounting rail, and the o-ring seal tensioner into a single set of standard fasteners, allowing external and internal components to be repositioned, removed, or replaced without modifying the primary structure. All custom structural and sealing parts are produced using consumer grade FDM 3D printing in PETG and laser cut cast acrylic. The propulsion system uses six vectored thrusters in a layout with a 30° horizontal mounting angle, a choice that is justified quantitatively through analysis of the thruster configuration matrix. The software architecture builds on the open source ArduSub, BlueOS, and Cockpit stack. A substantial portion of the prototype was built and validated in parallel with the design work. The structural components, electronics, and software were integrated into the drone prototype, and the 3D printed flanges were tested at a pressure of 5 bar without sustaining any mechanical damage.

Keywords:

ROV, AUV, underwater drone, modular design, 3D printing, ArduSub, BlueOS

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: Kudy pronikala kapalina? Podle čeho jste volili velkost kroužků? Jaké druhy výpočtů jste prováděl? Jak vypadá pohonná jednotka? Obhajoba byla komisí hodnocena jako výborná.

Language of thesis

English

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.

Předložená práce je věnována návrhu koncepce podvodního dronu, který má umožnovat provoz v režimu dálkově řízeného dronu připojeného pomocí kabelu k panelu operátora (ROV) nebo v řežimu autonomního průzkumu (AUV).

Student zpracoval obsáhlou rešerši existujících řešení a navrhl vlastní koncept, který je vhodný pro základní provoz v obou režimech. Práce je zejména z pohledu konstrukce zpracována velmi pečlivě, byla provedena tlaková zkouška a také návrh a ověření použití řidicího systému ze základní stanice s využitím modulů Pixhawk. S menšími úpravami je navržené zařízení připraveno na testování v menších hloubkách cca do 20ti metrů a tvoří tak základ pro další navazující práce s obdobnou tématikou.

V zhledem k velkému rozsahu, zejména praktické části, navrhuji hodnocení znamkou 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 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
Ing. Jan Králík, Ph.D.

Pan Cvik se ve své práci zabývá návrhem koncepce podvodního dronu. Výsledný drom má být hybridního typu kombinující možnost manuálního ovládání operátorem (ROV), nebo plně autonomní provoz (AUV). Jedná se o komplexní mechatronický problém, jenž se zabývá návrhem konstrukce, architekturou systému, senzory a pohonem. Z mého hlediska student značně překonal rozsah svého zadání, když místo pouhého návrhu vytvořil takřka funkční prototyp.

Po formální stránce je práce na velmi dobré úrovni, jedinou vážnější výtku mám ke kapitole shrnující současný stav poznání, kde obrázky porovnávaných dronů jsou před celkovým porovnáním a to pouze některých, to značně snižuje přehlednost této kapitoly. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji výslednou známku A, tedy výborně.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Proč se na zjištění místa vniku kapaliny při tlakové zkoušce nepoužila kamera s osvětlením?
  2. Jak by šlo současnou konstrukci upravit, aby vydržela větší hloubku ponoru?
  3. Proč dovážení systému nebylo řešeno navýšením počtu baterií pro delší výdrž? Dle obrázku 7.2 by na to uvnitř místo bylo při reorganizaci kabelů.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová