Pan Dominik Zavadil se ve své diplomové práci věnoval odvození matematického modelu, mechanickému návrhu balancující krychle a výběru snímačů, které slouží k určení její orientace v prostoru.
Diplomant pracoval samostatně a konzultace využíval dle vlastního uvážení, přičemž na ně byl vždy výborně připraven.
Zadání lze po teoretické stránce považovat za náročné a také mechanický návrh krychle v CAD systému stál nemalé časové úsilí. Velmi přínosný je i návrh a odladění algoritmu pro fúzi dat ze snímačů.
Po grafické a formální stránce je práce na vysoké úrovni.
Vypracovaná diplomová práce je napsána v logickém sledu a splňuje požadavky zadání. Při jejím vypracování student dle mého názoru prokázal výborné inženýrské schopnosti. Práci doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení výborně (A – 98 bodů). Points proposed by supervisor: 98

Práce výrazně převyšuje obvyklý rozsah diplomových prací a je členěna do kapitol odpovídajících jednotlivým bodům zadání. Úvodní teoretická část se věnuje způsobům vyjádření orientace tělesa v prostoru. Student zde přehledně popisuje Eulerovy úhly, jejich vlastnosti a omezení, antisymetrické matice a kvaterniony. Za správné považuji zařazení kvaternionů, které nejsou použity pouze jako teoretická odbočka, ale následně tvoří základ implementovaného algoritmu pro odhad orientace. Rozsah teorie odpovídá potřebám navazující práce a je dostatečně ozdrojován.
Následující kapitola představuje hlavní odborný přínos práce. Student nejprve odvozuje matematický model inverzního kyvadla s reakčním kolem a následně přechází k podstatně složitějšímu modelu balancující krychle v prostoru. Oba modely jsou odvozeny pomocí Lagrangeových rovnic druhého druhu. Oceňuji, že se student nespokojil s převzetím existujících modelů z literatury, ale problematiku samostatně rozpracoval a odvodil potřebné vztahy od základních fyzikálních principů. Rozsah této části výrazně převyšuje běžnou úroveň diplomových prací obdobného zaměření a svědčí o velmi dobré orientaci autora v oblasti transformací souřadnic a modelování mechanických soustav.
Na matematický model navazuje mechanický návrh kostky. Oceňuji, že konstrukční návrh nevznikl metodou pokus–omyl, ale vychází z parametrů získaných při modelování. Student řeší geometrii konstrukce, návrh reakčních kol, rozložení hmotnosti i energetickou bilanci potřebnou pro výskok kostky na hranu. Tento postup považuji za dobrý příklad inženýrského přístupu k řešení problému. Autor průběžně zohledňuje vliv mechanického návrhu na budoucí regulační vlastnosti systému.
Další kapitola se zabývá výběrem snímačů. Student přehledně diskutuje vlastnosti akcelerometrů, gyroskopů, magnetometrů a enkodérů a jednotlivá řešení porovnává na základě relevantních parametrů. Výběr použité IMU i enkodérů je podložen technickou argumentací a nepůsobí dojmem nahodilé volby komponent. Oceňuji návrh vlastní elektroniky pro snímání polohy reakčních kol.
Významná část práce je věnována odhadu orientace pomocí rozšířeného Kalmanova filtru. Student zde prokazuje schopnost propojit teoretické poznatky z oblasti senzorové fúze s praktickou implementací. Kladně hodnotím použití kvaternionové reprezentace orientace, která elegantně řeší problémy spojené se singularitami Eulerových úhlů. Implementovaný algoritmus je podrobně popsán a jeho funkčnost je doložena experimentálními výsledky. Rozsahem i odbornou úrovní by tato kapitola obstála jako stěžejní část samostatné diplomové práce.
V závěrečné části práce je popsána praktická realizace zařízení. Student nezůstal pouze u matematického modelu a simulací, ale výsledky ověřil na realizovaném zařízení. Navrhl a sestavil funkční prototyp robotické kostky, implementoval potřebný software, komunikaci s motorovými měniči, odhad orientace i stavový automat řídící jednotlivé režimy činnosti. Oceňuji šíři řešené problematiky. Během řešení bylo nutné skloubit znalosti z analytické mechaniky, konstrukce, elektroniky, senzorové fúze, vestavných systémů, komunikace po sběrnici CAN i regulace dynamických soustav. Takto široký záběr není u diplomových prací běžný.
Drobné výhrady mám k terminologii. V textu se opakovaně objevuje označení momentu setrvačnosti pouze jako „setrvačnost“. Jedná se o formální nedostatek, který nijak nesnižuje odbornou úroveň práce. Další závažnější nedostatky jsem v práci nenalezl.
Po formální stránce je práce na velmi dobré úrovni. Text je přehledný, logicky strukturovaný a obsahuje dostatečné množství obrázků, schémat a tabulek. Práce s literaturou je velmi dobrá, student využívá odborné články, datasheety i další relevantní zdroje. Citace jsou vedeny korektně a použité zdroje odpovídají úrovni diplomové práce.
Práci lze označit za původní. Student prokázal velmi dobré odborné znalosti a schopnost samostatně řešit technicky náročný problém přesahující do několika oblastí automatizace a robotiky. Oceňuji zejména rozsah provedených prací, kvalitu matematického modelování i skutečnost, že výsledkem není pouze teoretický návrh, ale funkční zařízení. Takto široce pojaté a současně dotažené práce se mezi diplomovými pracemi neobjevují příliš často. Všechny body zadání považuji za splněné. Práce jednoznačně svědčí o inženýrských schopnostech studenta a doporučuji ji k obhajobě. Topics for thesis defence:

1. Jaké hlavní úpravy (regulátoru, mechaniky, software) budou nutné pro spolehlivé balancování kostky na vrcholu?

Points proposed by reviewer: 98