Original title: Návrh virtuálního dvojčete robotu pro průzkum jeskyních systémů
Translated title: Design of a virtual twin robot for exploring cave systems
Authors: Doležal, Adam ; Radil, Filip (referee) ; Králík, Jan (advisor)
Document type: Bachelor's theses
Year: 2026
Language: cze
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [cze] [eng]
Tato bakalářská práce se zabývá návrhem robota pro průzkum jeskynních systémů a tvor- bou jeho virtuálního dvojčete. Vzhledem k vysokému riziku uvíznutí nebo ztráty robota v náročném podzemním terénu je nezbytné testovat jeho chování a senzorické vybavení nejprve v bezpečném simulačním prostředí. V rámci práce byl v CAD softwaru SolidWorks navržen model pásového robota s ochran- nou klecí (rollcage), který byl následně importován do simulátoru Webots. Řízení a ko- munikace virtuálního modelu jsou realizovány prostřednictvím platformy ROS2 běžící na subsystému WSL. Navržený senzorický systém robota obsahuje mimo jiné lidar a akce- lerometr, u kterých bylo provedeno detailní porovnání jejich vlastností v reálném světě a v simulaci. Při testování lidaru byl naskenován reálný roh místnosti, jehož body byly v softwaru MATLAB aproximovány polygony druhého stupně a následně porovnány se skenem iden- tického modelu zdi v prostředí Webots pomocí metriky RMSE. Pro vyhodnocení akcelero- metru byl proveden statický test měření driftu polohy po dobu jedné hodiny a dynamický test na rotující plotně. Pro dosažení odpovídající věrnosti simulace byl na ideální výstup akcelerometru z Webots aplikován šum z Gaussova rozdělení. Dosažené výsledky kvantifikují odchylky mezi reálnými a simulovanými senzory a potvr- zují využitelnost vytvořeného virtuálního dvojčete pro další vývoj a testování robotických platforem určených do extrémních podmínek. This bachelor’s thesis focuses on the design of a tracked robot for cave exploration and the creation of its virtual twin. Due to the high risk of hardware loss in hazardous subterranean environments, testing the robot’s behavior and sensory equipment in a safe simulation is essential. A CAD model designed in SolidWorks was imported into the Webots simulator, with control and communication facilitated by the ROS2 platform running on the WSL sub- system. A key part of the thesis involves a detailed comparison between real-world and simulated sensors, specifically a LiDAR and an accelerometer. The LiDAR’s accuracy was evaluated by scanning both a real and a virtual wall and comparing the data using the RMSE metric. The accelerometer was subjected to static and dynamic tests, utilizing additive Gaussian noise to better approximate real-world measurements in the simulator. The achieved results quantify the deviations between physical and simulated sensors and confirm the feasibility of using the developed virtual twin for further development and safe testing of robotic platforms intended for extreme conditions.
Keywords: cave exploration; digital twin; IMU; LiDAR; mobile robotics; ROS2; sensor comparation; virtual twin; Webots; digitální dvojče; IMU; lidar; mobilní robotika; porovnání senzorů; průzkum jeskyní; ROS2; virtuální dvojče; Webots

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: http://hdl.handle.net/11012/259494

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-776918


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Bachelor's theses