JUŘÍČEK, M. Návrh a implementace robotické platformy pro experimentální laboratorní úlohu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2022.

Posudek vedoucího

Parák, Roman

[EN] The student Martin Juricek in his master thesis solves the problem focused on the Design and implementation of the robotic platform for an experimental laboratory task. The theoretical part of the thesis starts with a review of related works in the discussed area. Considering the main topic of the thesis, in the research part the student deals in detail with collaborative robotics, the use of robots in healthcare, with emphasis on the concept of a smart hospital. The review part also discusses the issue of machine perception, more precisely the use of machine vision in robotics, an overview of various camera systems, and last but not least, image segmentation methods using artificial neural networks. The practical part of the thesis focuses in detail on Intelligent sampling of anterior human nasal swabs (AG, antigen testing) using a collaborative robotic arm UR3. In the initial part, the student describes the topology of the robotic workplace dealing with the selection of a suitable camera system, robotic end-effector, and force-torque measurement sensor to increase the safety of the whole application. The key part of the work was image segmentation for nasal vestibule detection using two segmentation models of convolutional neural networks (U-Net, ASPOCRNet), which was based on data collection and classification by creating a custom dataset. The practical part of the work also includes a modern visualization environment running in a web interface, and last but not least, a dynamic simulation of the whole process using a Robot Operating System (ROS) and the 3-D simulation tool Gazebo. The final part of the thesis focuses on the physical realization of the experimental robotic workplace. The implementation of the workplace required the configuration of ROS in the NVIDIA Jetson AGX Xavier controller, calibration (hand-eye) of the sensor system and robotic arm, system integration of all proposed technologies, and last but not least, final testing in the laboratory on several selected subjects (patients). The student extended his assignment on his own initiative with a number of additional functions such as HMI (Human-Machine Interface), unit tests, databases, data collection from the HEX-E force and torque sensor, and much more. The student worked on the master’s thesis independently. He consulted all the procedures with his supervisor. I commend the student's independence and ability to come up with new ideas for improvements in real time while creating the practical part. I commend the student's activity in preparing the master's thesis, which required an extraordinary amount of time and effort in and out of the laboratory. I also commend the student's programming skills and ability to write a program in various programming languages in a clear, structured, and understandable. I commend the student's versatility in creating a thesis that required knowledge from various disciplines such as electrical engineering, industrial design, and programming. I also emphasize the complexity of the solution and its practical potential. As part of his extracurricular activities, the student participated in the international competition Student Creative and Professional Activities (STOC) at the Faculty of Applied Informatics, Tomas Bata University in Zlin, where he took second place in the section Robotic Systems, HW and SW Applications. The written part of the thesis, as well as the practical part, is at a high level and exceeds the criteria for the creation of a master's thesis. I recommend the proposed thesis for defence and evaluate it with the mark A / excellent. [CZ] Student Martin Juříček ve své diplomové práci řeší problematiku zaměřenou na Návrh a implementaci robotické platformy pro experimentální laboratorní úlohu. Teoretická část práce se na začátku zabývá přehledem souvisejících prací v pojednávané oblasti. Vzhledem k hlavnímu tématu práce, se student v rešeršní části podrobně věnuje kolaborativní robotice, využití robotů ve zdravotnictví s důrazem na koncept chytré nemocnice. Rešeršní část také pojednává o problematice strojového vnímání, konkrétně o využití strojového vidění v robotice, přehledem různých kamerových systémů, a v neposlední řadě o metodách segmentace obrazu s využitím umělých neuronových sítí. Praktická část práce se detailně zaměřuje na Inteligentní odběr vzorků ze stěru lidské předsíně nosní dutiny (tzv. AG, antigenní testování), pomocí kolaborativního robotického ramene UR3. V prvotní části student popisuje topologii robotického pracoviště obsazujícího výběr vhodného kamerového sytému, robotického koncového efektoru a silově-momentového senzoru sloužícího pro zvýšení bezpečnosti celé aplikace. Klíčovou částí práce byla segmentace obrazu pro detekci nosních dírek s využitím dvou segmentačních modelů konvolučních neuronových sítí (U-Net, ASPOCRNet), která byla podložena sběrem a klasifikací dat vytvořením vlastního datového souboru. Praktická část práce také obsahuje moderní vizualizační prostředí, které běží ve webovém rozhraní, a v neposlední řadě dynamickou simulaci celého procesu s využitím Robotického Operačního Systému (ROS) a 3-D simulačního nástroje Gazebo. Závěrečná část práce se zaměřuje na fyzickou realizaci experimentálního robotického pracoviště. Implementace pracoviště vyžadovalo konfiguraci ROS v řídicí jednotce NVIDIA Jetson AGX Xavier, kalibraci senzorového systému a robotického ramene, systémovou integraci všech navržených technologií, a v neposlední řadě závěrečné testování v laboratoři na několika vybraných subjektech (pacientech). Student splnil všechny části diplomové práce bez výhrad. Student z vlastní iniciativy rozšířil své zadání o řadu doplňkových funkcí, jako např. HMI (Human-Machine Interface, rozhraní člověk-stroj), unit testy, databáze, sběr dát ze silově-momentového senzoru HEX-E, a mnohé další. Student pracoval na práci samostatně. Všechny postupy konzultoval s vedoucím práce. Při tvorbě praktické části chválím studentovu nezávislost a schopnost v reálném čase přicházet s novými nápady na vylepšení. Chválím studentovu aktivitu při tvorbě diplomové práce, která obnášela nadstandardní objem času a úsilí v laboratoři i mimo ni. Rovněž chválím studentovu programátorskou dovednost a schopnost psát program v různých jazycích přehledně, strukturovaně a srozumitelně. Vyzdvihuji studentovu komplexnost při tvorbě diplomové práce, která vyžadovala znalost různých vědních oborů jako jsou elektrotechnika, konstruování a programování. Také vyzdvihuji komplexnost řešení i její praktický potenciál. V rámci mimoškolní aktivity se student zúčastnil mezinárodní soutěže studentské tvůrčí a odborné činnosti (STOČ) na Fakultě aplikované informatiky, Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně, kde obsadil druhé místo v sekci Robotické systémy, HW a SW aplikace. Písemná část práce, stejně jako praktická je na vysoké úrovni a nad rámec přesahuje kritéria pro tvorbu diplomové práce. Předloženou práci doporučuji k obhajobě a hodnotím známkou A / výborně.

Posudek oponenta

Matoušek, Radomil

V rámci předložené diplomové práce byla řešena experimentální robotická platforma určená pro oblast healthcare industry, konkrétně kolaborativní robot pro stěr vzorků z predsíně dutiny nosní. Práce je psána v čitelné angličtině v rozsahu cca 90 stran adekvátního textu, plus zásadní praktická část programové implementace. Navržené řešení integruje vlastní návrh softwaru a integraci HW efektoru a senzoru, využívá platformy robotu UR3 a RealSense, SW ROS a Python Flask. Je zřejmé, že práce je vysoce komplexní a má multioborový rozsah v robotice, CV, programování aj. Vlastní práci předchází vhodná recenze dle cílů. Řešení považuji za náročné, v kontextu uplatnitelnosti za pilotní. Visuální stránku (GUI) aplikace považuji za zdařilou, samostatné označování čísel kapitol jako Chapter neúčelné. Slabinu systému vidím v nemožnosti kontinuálního sledování objektu pacienta, a tedy kontinuální korekci polohy koncového efektoru. Celkově práci považuji za velmi zdařilou, technicky náročnou a hodtím ji celkově za A/výborně.

eVSKP id 138561