Bachelor's Thesis

Proximity Sensors for UAMTbot

Final Thesis 5.47 MB Appendix 10.07 MB

Author of thesis: Michael Štefka

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: prof. Ing. Luděk Žalud, Ph.D.

Reviewer: Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D.

Abstract:

This thesis focuses on the selection and implementation of a distance sensor for UAMTbot, which is a small mobile robot intended for teaching at the Institute of Automation and Measurement Technologies. In this work, we will get acquainted with the Raspberry Pi Pico microcontroller, conduct a market research of small distance sensors, with digital or analog output. We will implement suitably selected sensors into the robot both programmatically, electronically and mechanically. Subsequently, we will verify and document the properties of the selected sensors.

Keywords:

mobile robot, sensor, processor RP2040/2350, I2C bus, microcontroller, microPython, non-contact distance measurement, distance sensor, distance

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci s výhradami. V rámci obhajoby dokázal přesvědčit komisi o správnosti svých postupů a navrženého řešení. V průběhu odborné rozpravy reagoval na dotazy oponenta. Dále zodpověděl dotazy týkající se přesnosti použitých snímačů u menších vzdáleností a toho, zda byla nejistota určována pro celý rozsah, a dále použitého referenčního měřicího přístroje a jeho třídy přesnosti.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

prof. Ing. Rudolf Jalovecký, CSc. (předseda)
prof. Ing. Luděk Žalud, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Čala, Ph.D. (člen)
Ing. Jakub Dokoupil, Ph.D. (člen)
Ing. Adam Chromý, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Miroslav Jirgl, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
prof. Ing. Luděk Žalud, Ph.D.

Student u mě vypracovával nejdříve semestrální projekt a následně tuto bakalářskou práci. Jeho počáteční znalosti v oborech robotika a snímače neelektrických veličin byly poměrně velmi omezené. To však vyvážil značnou pílí a nasazením v průběhu řešení bakalářské práce. Svoje činnosti se mnou pravidelně konzultoval, chodil připraven a s řadou dotazů. Oblast metodiky měření charakteristik snímačů a nejistoty v měření navíc konzultoval i s doc. Petrem Benešem.
Mohu konstatovat, že se mu podařilo vybrané snímače implementovat  do UAMTbotu/FEKTbotu. V souladu se zadáním také vybrané snímače proměřil a vypracoval k nim programový kód v microPythonu a dokumentaci. To je velmi důležité pro další využití studenty.
V práci dobře pracuje s literaturou.
Mohu konstatovat, že všechny body mého zadání byly splněny.
Celkově jsem s prací pana Michaela Štefka spokojen. Points proposed by supervisor: 80

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D.

Práce obvyklého rozsahu je členěna do kapitol podle jednotlivých bodů zadání. Úvodní část obsahuje stručný popis mikrokontrolérů Raspberry Pi Pico a Pico 2, sběrnice I2C a základů programování v jazyce MicroPython. Rozsah této části odpovídá potřebám navazující práce a je dostatečně ozdrojován.
Další kapitola se zabývá principy snímačů polohy a vzdálenosti. Student zde popisuje kapacitní, indukčnostní, ultrazvukové a optické snímače a následně se zaměřuje na senzory vhodné pro integraci do robotické platformy UAMTbot. Rozsah teorie považuji za dostatečný. Některé části působí učebnicově a nejsem si jistý, zda student skutečně rozumí podstatě funkce všech popsaných senzorů.
Jádrem práce je následující kapitola věnovaná implementaci a testování vybraných snímačů. Student postupně řeší připojení analogových infračervených snímačů SHARP GP2Y0A41SK0F a GP2Y0A21YK0F a dále ToF senzorů VL53L1X a VL53L5CX. Oceňuji, že práce nezůstala pouze u studia dokumentace, ale zahrnuje návrh mechanických držáků, úpravy kabeláže, vytvoření programových knihoven i demonstračních programů. Výsledkem jsou funkční moduly připravené pro další využití v laboratorní výuce i dalších studentských projektech.
Následující část je věnována experimentálnímu ověření vlastností jednotlivých snímačů. Student proměřil jejich převodní charakteristiky, zpracoval výsledky do grafické podoby a pokusil se vyhodnotit i nejistoty měření. Právě zde mám několik připomínek. U zpracování nejistot dochází k záměně směrodatné odchylky opakovaných měření za standardní nejistotu aritmetického průměru a není zcela zřejmé, jak byly zpracovány nejistoty typu B. Tento nedostatek sice neovlivňuje základní závěry práce, ale snižuje odbornou úroveň vyhodnocení měření.
U prezentovaných převodních charakteristik mi dále chybí jejich matematická aproximace. Zejména u analogových snímačů SHARP by bylo vhodné po linearizaci charakteristik doplnit do grafu regresní vztah mezi měřenou veličinou a vzdáleností včetně zhodnocení chyby aproximace. Takto jsou výsledky prezentovány převážně graficky a jejich přímá využitelnost při implementaci algoritmů je nižší.
V závěrečné části student shrnuje dosažené výsledky a představuje vytvořené technické zprávy a demonstrační programy. Oceňuji zejména praktický přínos práce. Výstupem nejsou pouze laboratorní měření, ale také použitelný software, knihovny a dokumentace, které mohou být dále využity při výuce i dalších projektech řešených na ústavu. Zadání požadovalo implementaci alespoň dvou snímačů, student jich realizoval a otestoval více.
Po formální stránce je práce na dobré úrovni. Text je přehledný a logicky strukturovaný. Práce obsahuje dostatečné množství obrázků, grafů a tabulek. Objevují se drobné stylistické a terminologické nepřesnosti, které však významně nesnižují její kvalitu.
Práci s literaturou považuji za dobrou. Student využívá datasheety výrobců, odborné materiály i další relevantní zdroje. Citace jsou vedeny korektně a odpovídají charakteru bakalářské práce.
Práci lze označit za původní. Student prokázal schopnost samostatně nastudovat problematiku měření vzdálenosti, integrovat více typů senzorů do existující robotické platformy a experimentálně ověřit jejich vlastnosti. Všechny body zadání považuji za splněné. Práce svědčí o bakalářských schopnostech studenta a doporučuji ji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. U analogového snímače SHARP jste prezentoval naměřené převodní charakteristiky a provedl „linearizaci výstupu snímače“. Jaká je chyba této aproximace v pracovním rozsahu senzoru?
Points proposed by reviewer: 70

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová