Bachelor's Thesis

Jumping robot - simple design

Final Thesis 4.28 MB Appendix 2.94 MB

Author of thesis: Bc. Jan Grulich

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D.

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

Abstract:

This bachelor thesis focuses on the design and analysis of a jumping robotic system
utilizing an unconventional actuation principle based on the transfer of angular momen-
tum from a rotating flywheel to the robot’s chassis. The introductory part presents a
comprehensive review of common and less conventional jumping locomotion strategies
in the field of mobile robotics. Based on these findings, a custom cube-shaped robot
concept is designed, utilizing a mechanical latch mechanism for the instantaneous re-
lease of accumulated energy. A mathematical model describing the system’s dynamic
behavior is derived and implemented in the MATLAB/Simulink simulation environment
to theoretically verify the design functionality. The final part of the thesis describes
the structural development and mechanical assembly of the physical robot prototype.
The work successfully verifies the physical substance of the given actuation principle and
establishes key benchmarks for the future optimization of jumping robots.

Keywords:

umping locomotion, unconventional actuation, transfer of angular momentum, flywheel,
mechanical latch, mathematical model, simulation

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci. Komise neměla žádné námitky k řešené práci. V průběhu odborné rozpravy student odpověděl na dotazy oponenta. Navazující otázka komise směřovala na využitelnost použitého typu pohonu? Jak by vypadal pohyb konkrétního typu robota s tímto pohonem? Jak vypadá konstrukce setrvačníku a západky? Student odpověděl na položené otázky komise.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Jan Mikulka, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Blaha, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Ilona Janáková, Ph.D. (člen)
Ing. Lukáš Kopečný, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Macho, Ph.D. (člen)
Ing. Soňa Šedivá, Ph.D. (člen)

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

Student, který se věnoval návrhu skákajícího robotu, přišel s vlastním řešením využívajícím nekonvenční princip aktuace založený na přenosu momentu hybnosti vnitřního setrvačníku. Jedná se o zajímavé zadání zasahující do oblasti robotiky, mechanické konstrukce i matematického modelování. Student provedl rešerši existujících řešení, navrhl vlastní originální koncepci robotu, vytvořil matematický model a provedl jeho ověření pomocí simulací. Součástí práce byl rovněž návrh a realizace fyzického prototypu.
Student během semestru pravidelně konzultoval dosažené výsledky, na konzultace chodil dobře připravený, pracoval samostatně a připomínky pohotově a kvalitně zapracovával. Oceňuji zejména systematický přístup při ověřování navrženého principu, schopnost samostatně řešit vzniklé technické problémy a ochotu prověřovat i slepé vývojové cesty. Přestože se z důvodu náročnosti návrhu a výroby dílů nepodařilo do termínu odevzdání práce dokončit experimentální ověření na plně oživeném zařízení, tato skutečnost podle mého názoru nesnižuje přínos práce natolik, aby bylo možné považovat zadání za nesplněné.
Práce odpovídajícího rozsahu je logicky členěna do kapitol podle jednotlivých bodů zadání. Formální úroveň práce i práce s literaturou jsou na velmi dobré úrovni. Všechny povinné body zadání považuji za splněné. Práce je původní, kontrola v systému Theses.cz neprokázala podobnost vlastního textu práce s jinými zdroji. Dle mého názoru student prokázal dobré inženýrské schopnosti. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Předložená bakalářská práce se zabývá návrhem a analýzou jednoduchého skákajícího robotu využívajícího nekonvenční princip aktuace založeného na přenosu momentu hybnosti rotujícího setrvačníku na tělo robotu. Součástí práce je rešerše skákajících mobilních robotů, návrh vlastní konstrukce, vytvoření matematicko-fyzikálního modelu, jeho simulace a návrh fyzického prototypu.
Zadání práce považuji za splněné ve všech hlavních bodech.
Práce má přehlednou strukturu a odpovídající rozsah. Rešeršní část poskytuje dobrý přehled o současných přístupech ke skokové lokomoci a vhodně vytváří teoretický základ pro návrh vlastního řešení. Pozitivně hodnotím zejména volbu netradičního principu aktuace založeného na využití setrvačníku a mechanické západky, která představuje zajímavou alternativu ke klasickým pružinovým nebo pneumatickým systémům.
Na práci oceňuji vlastní návrh robotu a systematický postup při tvorbě matematického modelu. Autor propojil fyzikální princip s konstrukčním návrhem a následně ověřil jeho funkčnost pomocí simulací. Simulační část je zpracována přehledně a obsahuje analýzu vlivu klíčových parametrů na dosaženou výšku a délku skoku. Oceňuji také vlastní konstrukční návrh jednotlivých částí robotu (setrvačníku, těla a brzdného mechanismu).
Za slabší část práce považuji experimentální ověření. Přestože autor navrhl a mechanicky realizoval prototyp, práce se zaměřuje především na konstrukční návrh a přípravu systému k oživení. Chybí podrobnější experimentální výsledky, které by umožnily přímé porovnání matematického modelu s reálným chováním robotu. Volitelný bod zadání týkající se ověření shody modelu s reálným systémem je proto splněn pouze částečně.
Po formální stránce je práce zpracována na dobré úrovni. Vyskytují se pouze ojedinělé případy, kdy nejsou u rovnic dostatečně popsány všechny použité veličiny a jednoznačně uvedeny jejich jednotky. Dále lze vytknout horší čitelnost některých grafických výstupů, zejména legend a popisů v grafech (např. str. 48), kde použitá velikost písma omezuje přehlednost prezentovaných výsledků. Jedná se však o dílčí formální nedostatky, které nemají podstatný vliv na odbornou úroveň práce ani na její srozumitelnost.
Celkově práce prokazuje schopnost studenta samostatně řešit technický problém, kombinovat rešeršní, analytickou i návrhovou činnost a uplatnit vlastní technické řešení. Přes omezené experimentální ověření považuji práci za kvalitní a odpovídající požadavkům kladeným na bakalářskou práci.

Otázky k obhajobě:
1. Jaká je energetická účinnost navrženého principu skoku ve srovnání s pružinovými nebo pneumatickými systémy?
2. Které zjednodušení matematického modelu považujete za nejvýznamnější z hlediska vlivu na přesnost simulací?
3. Jaké konstrukční úpravy by podle vás nejvíce přispěly ke zvýšení dosažené výšky skoku a stabilitě robotu? Points proposed by reviewer: 84

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová