Bachelor's Thesis

Assembly and examination of an autonomous rover with navigation without GPS

Final Thesis 17.63 MB Appendix 29.28 kB

Author of thesis: Bc. Emil Nikola

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Ondřej Čech, Ph.D.

Reviewer: Ing. Marek Sedlařík

Abstract:

The OAK-D camera is a powerful platform with many sensors, including three cameras and an inertial measurement unit.The VINS-Fusion algorithm receives preprocessed data from the camera and transforms them into a format that can then be used by the Pix32 flight controller with ArduPilot software to control the rover by using visual-inertial fusion. It also increases the robustness of the localization system by using other tools. A system capable of autonomously controlling a four-wheeled rover in typical indoor conditions on a flat surface, equipped with these two tools, was developed in this bachelor thesis. The accuracy of the output data from individual sensors was experimentally tested, and the outputs of individual system elements were measured and optimized to achieve the highest possible localization accuracy and autonomy of the rover.

Keywords:

visual-inertial odometry, feature tracking, stereo camera, localisation, navigation, depth perception

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil státní zkušební komisi s cíli a řešením závěrečné vysokoškolské práce a zodpověděl otázky a připomínky oponenta. Otázky komise k BP: Kolik měření jste provedl při každé změně parametru?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Microelectronics and Technology (BPC-MET)

Composition of Committee

prof. Ing. Jiří Maxa, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Kristýna Jandová, Ph.D. (člen)
Ing. Roman Prokop, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Petr Vanýsek, CSc. (předseda)
doc. Ing. Petr Křivík, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Čech, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Ondřej Čech, Ph.D.

Student Emil Nikola odevzdal bakalářskou práci zabývající se systémem určování polohy z obrazových dat a IMU bez použití GPS, který je nasazen na jednoduchém roveru. Student pravidelně konzultoval a práci se věnoval soustavně: seznámil se s použitým operačním systémem NixOS a jazykem Nix, porozuměl obecné architektuře VINS-Fusion a zejména struktuře feature trackeru. Těžištěm práce se nakonec stal samotný lokalizační systém, zatímco rover ustoupil do pozadí. To vnímám jako přirozený vývoj vzhledem ke komplexitě řešeného problému, byť je škoda, že se student nedostal k detailům pohybových schopností roveru. Rover se nicméně autonomně pohybuje a určuje svou polohu, a zadání proto považuji za splněné. Největším přínosem práce je pochopení a popis parametrů feature trackeru a jejich vlivu na určení polohy. Student rovněž přepracoval kód feature trackeru a experimentálně ověřil vylepšení oproti výchozí verzi.
S prací se student zúčastnil soutěže EEICT. Práci doporučuji k obhajobě a hodnotím 80 body, stupněm B. Points proposed by supervisor: 80

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
Ing. Marek Sedlařík

Bakalářská práce Emila Nikoly se zabývá sestavením a otestováním autonomního roveru schopného navigace ve vnitřních prostorech bez využití GPS. Pro lokalizaci roveru autor využívá kameru OAK-D Pro s algoritmem VINS-Fusion. Součástí práce je popis použitých metod vizuálně-inerciální odometrie, implementace navrženého řešení a jeho experimentální ověření. Zadání práce spočívalo v otestování a úpravě roveru schopného autonomního pohybu a lokalizace ve vnitřních prostorech bez využití GPS.

Práce je logicky členěna a jednotlivé kapitoly na sebe vhodně navazují. Teoretická část poskytuje přehled problematiky vizuální odometrie, multisenzorové lokalizace a principů fungování algoritmu VINS-Fusion. Praktická část se následně věnuje návrhu hardwarového řešení, úpravám softwaru a experimentálnímu ověření navrženého systému. Oceňuji zejména rozsah práce a množství provedených experimentů zaměřených na vyhodnocení přesnosti a spolehlivosti lokalizačního systému.

Práce obsahuje několik drobných formálních nedostatků. V textu se objevují typografické chyby. Některé zkratky použité v práci nejsou při svém prvním výskytu vysvětleny. Tyto nedostatky však nemají zásadní vliv na odbornou úroveň práce.

V práci není jednoznačně specifikováno, v jakém rozsahu je rover schopen samostatného pohybu a autonomního řízení. Přestože byla funkčnost lokalizačního systému experimentálně ověřena, část validace probíhala s roverem umístěným na robotickém vysavači poskytujícím referenční trajektorii. Schopnosti samotného roveru při autonomním pohybu by proto bylo vhodné popsat podrobněji.

Přes uvedené připomínky se jedná o kvalitně zpracovanou bakalářskou práci. Na základě výše uvedeného doporučuji práci k obhajobě a navrhuji hodnocení B. Topics for thesis defence:
  1. Můžete blíže popsat, v jakém rozsahu je rover schopen autonomního pohybu a jaké hlavní překážky v současné době omezují spolehlivost jeho řízení?
  2. Jaké závěry lze vyvodit z korelačních grafů mezi tracking errorem, skóre Harrisova detektoru a stářím rysů?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová