Završni/Diplomski rad

Studentima koji žele steći konkretna inženjerska znanja i praktično iskustvo u područjima industrijske robotike, autonomnih sustava, medicinske robotike te primjene umjetne inteligencije, preporučuje se pregled dosadašnjih mentoriranih završnih i diplomskih radova dostupnih u repozitoriju Dabar Fakulteta strojarstva i brodogradnje (Link, potrebno je potvrditi da niste robot).

S obzirom na interdisciplinarnost projekata te aktivnosti koje se provode u Regionalnom centru izvrsnosti za robotske tehnologije (CRTA), teme u pravilu uključuju rad sa suvremenom opremom te su često izravno povezane i s aktivnim znanstvenim projektima i/ili suradnjom s industrijom. Pregledom ranijih radova studenti mogu steći uvid u korištene alate kao što su ROS, simulacijska okruženja, UI metode i dr., kao i metodologije razvoja i primjene hardvera i softvera te razinu složenosti pojedinih zadataka.

Pozivaju se studenti da na temelju tih primjera i niže navedenih područja mogućih tema identificiraju područje svog interesa ili predlože vlastitu temu te se jave mailom za konzultacije oko potencijalne teme.

Područja

1.Algoritmi strojnog vida i 3D percepcija

U ovom području bavit ćete se sveobuhvatnim područjem pametne industrije, robotizacije i automatizacije. Teme uključuju povezivanje virtualnog svijeta (simulacija) i stvarnih robotiziranih sustava. Radovi često uključuju programiranje industrijskih robota (robotske ruke) te projektiranje i razvoj fleksibilnih robotiziranih stanica za specifične zadatke. Studenti imaju priliku razvijati digitalne blizance korištenjem alata kao što su Roboguide, RoboDK, ROS, Isaac Sim, CoppeliaSim i dr. Određene teme uključuju i osnovne primjene kolaborativnih robota u industriji, manipulaciju objektima u pokretu na transportnim trakama (conveyor tracking), integraciju vizijskih sustava za kontrolu kvalitete i navođenje robota.

2. Medicinska robotika

Studenti u ovom području primjenjuju inženjerska znanja u svrhu unaprjeđenja medicinskih zahvata. Radovi u ovom području usmjereni su na sigurnost pacijenta te razvoj metoda, alata i robotiziranih postupaka koji pomažu kirurzima, oslanjajući se na iskustva iz aktualnih i uspješno završenih projekata medicinske robotike u CRTA-i.

Teme uključuju sljedeća odabrana područja:

• Navigaciju instrumenata temeljenu na medicinskim snimkama (CT/MRI)
• Robotizirane i slikom navođene operacije
• Oblikovanje i razvoj specijaliziranih alata za medicinske robote
• Razvoj robotskih egzoskeleta za rehabilitaciju ili potporu
• Specifična područja povezana s aktualnim istraživačkim projektima

3. Autonomni mobilni roboti

Ovo područje namijenjeno je studentima koje zanima na koji način roboti autonomno obavljaju zadatke kao što su istovremena lokalizacija i mapiranje (SLAM), planiranje putanje te navigacija u prostoru. Osim robotskih sustava, područje uključuje i primjenu te razvoj fuzije više senzora kako bi roboti mogli pouzdano estimirati svoj položaj u okruženju.

Autonomni mobilni sustavi obuhvaćaju širok spektar platformi, uključujući klasične mobilne robote na kotačima, bespilotne letjelice (dronovi), robote hodače i mobilne manipulatore.

Teme uključuju sljedeća odabrana područja:

• Simultana lokalizacija i mapiranje (SLAM).
• Planiranje putanje i dinamičko obilaženje prepreka.
• Autonomna navigacija i praćenje putanja ili trajektorija.
• Fuzija više tipova senzora (odometrija, IMU, LiDAR, GPS, kamera).

Vještine koje zahtjeva ovo područje: Python, C++, ROS.

4. Oblikovanje robotskih sustava i prototipova

Ovo je “hardverski” najintenzivnije područje, idealno za studente s interesom za konstruiranje (CAD), mehatroniku i izradu prototipova. Ovdje se u pravilu ne koriste isključivo postojeći roboti, već se oblikuju i razvijaju novi robotski sustavi za specifične zadatke i nestrukturirane okoline.

Teme uključuju sljedeća odabrana područja:

• Oblikovanje i izradu robota specifične kinematike (paralelni roboti, roboti penjači, i dr.)
• Razvoj robota za kretanje po vertikalnim površinama (inspekcija stupova, zidova, mostova, vijadukata)
• Konstrukciju mehatroničkih modula, hvataljki i aktuatorskih sustava
• Robotika u teškim i specifičnim uvjetima (npr. inspekcija cjevovoda)

5. Edukativni robotski sustavi

Ovo područje uključuje mogućnost oblikovanja i eksperimentalne validacije različitih tehničkih i ostalih problema (izazova) na vizualno atraktivnim postavima koji će služiti za promociju robotike i visokih tehnologija. Ovakvi postavi planiraju se koristiti prilikom promocije Fakulteta, Studija i CRTA-e u sklopu različitih događanja kao što su Smotra Sveučilišta, Festival znanosti i drugi razni festivali i manifestacije. Primjeri tema i područja uključuju:

• Oblikovanje robotskog sustava za igru križić kružić (složi četiri i sl.)
• Oblikovanje robotskog sustava za autonomno slaganje hanojskih tornjeva
• Oblikovanje robotskog sustava za autonomno slaganje Rubikove kocke
• Ili rješavanje sličnih izazova

Verfügbare Themen für Bachelorarbeiten

• Einsatz von Softgreifern zur Objektmanipulation
• Robotersysteme zur Prüfung von Rohrleitungen

Verfügbare Themen für Masterarbeiten

• Izvršavanje naprednih misija primjenom robota KUKA KMR iiwa i robotskog operativnog sustava (ROS2)
• Entwicklung eines Endeffektors für die physische Mensch-Roboter-Interaktion und Physiotherapie
• Entwicklung einer interaktiven Ausstellung für das Tic-Tac-Toe-Spiel
• Simulation framework for a mobile wall-climbing robot
• Multimodal sensor and fusion testing platform
• CAD model development for mass reduction of a wall-climbing robot
• Mathematische Modellierung, Parameteridentifikation und Steuerung eines mobilen Roboters mit Differentialantrieb

Studentima koji žele razvijati kompetencije u područjima strojnog vida, robotske percepcije, umjetne inteligencije Und medicinske robotike preporučuje se pregled dosadašnjih završnih i diplomskih radova dostupnih u repozitoriju Fakulteta strojarstva i brodogradnje. 
Pregledom ranijih radova studenti mogu upoznati istraživačke smjerove, korištene metode i konkretne inženjerske primjene te na toj osnovi predložiti vlastitu specifičnu temu ili odabrati jednu od ponuđenih tema.

Područja

1. Algoritmi strojnog vida i 3D percepcija 

U ovom području studenti razvijaju metode za akviziciju, obradu i interpretaciju 2D i 3D podataka iz različitih senzora — RGB-D kamera, stereo sustava, laserskih i ultrazvučnih senzora. 
Istražuju se algoritmi za: 

• 3D rekonstrukciju i segmentaciju objekata
• vizualno praćenje i detekciju u dinamičnim scenama
• robustnu lokalizaciju i registraciju u prostorima s višestrukim senzorima
• analizu površina i geometrijskih značajki u svrhu industrijske inspekcije ili medicinske dijagnostike

Primjene uključuju automatsku kontrolu kvalitete u industriji, praćenje i manipulaciju objekata, te registraciju i navigaciju u medicinskoj robotici, primjerice kod robotski vođene akvizicije ultrazvučnih slika ili segmentacije anatomskih struktura. 

2. Strojno učenje i neuronske mreže 

Drugo područje usmjereno je na primjenu i razvoj metoda strojnog učenja i umjetne inteligencije u interpretaciji vizijskih podataka i optimizaciji rada robota. 
Obuhvaća: 

• konvolucijske neuronske mreže (CNN) za klasifikaciju, detekciju i semantičku segmentaciju
• generiranje sintetičkih skupova podataka i augmentaciju za treniranje modela
• učenje u stvarnom i simuliranom okruženju za interakciju čovjeka i robota

Rezultati ovih istraživanja imaju neposrednu primjenu u automatiziranim proizvodnim procesima, pametnim medicinskim instrumentima Und sustavima asistivne robotike. 

3. Integracija senzora i kalibracija vizijsko-robotskih sustava 

Treće područje obuhvaća spajanje percepcije i upravljanja kroz razvoj integriranih vizijsko-senzorskih platformi. 
Studenti se bave: 

• ekstrinzičnom i intrinzičnom kalibracijom kamera, lasera i ultrazvučnih sondi
• sinkronizacijom senzora Und multimodalnom fuzijom podataka
• vizualnim servo-upravljanjem Und adaptivnim kontrolerima temeljenima na povratnoj informaciji iz vizijskih senzora
• projektiranjem i evaluacijom robotskih sustava koji uče i prilagođavaju se stvarnim uvjetima rada

Verfügbare Themen für Bachelorarbeiten

• Razvoj programske aplikacije za prepoznavanje i bilježenje rezultata pikado igre pomoću računalnog vida
• Prostorna korekcija i pozicioniranje odljevka pomoću robotskog sustava s dodirnom sondom​
• Vizualna prostorna registracija i orijentacija odljevka pomoću in-hand 3D kamere za robotsku obradu

Verfügbare Themen für Masterarbeiten

• Detekcija ključnih točaka pikado strelica pomoću konvolucijskih neuronskih mreža​
• Detekcija značajki lica i automatsko poravnavnje 3D modela glave u medicinskim snimkama​
• Rekonstrukcija i segmentacija trodimenzionalnog ultrazvučnog volumena na temelju robotski vođenih snimaka medicinskog fantoma

Studenti zainteresirani za razvoj kompetencija u područjima umjetne inteligencije, autonomnih sustava, robotske percepcije, biomehanike čovjeka, medicinske robotike i interakcije čovjeka i robota (HRI) imaju priliku sustavno nadograditi svoja znanja i vještine kroz rad u istraživačkom okruženju.

Kroz upoznavanje s konkretnim tehnologijama, uključujući eksperimentalne platforme poput robota Franka Emika i UR5/UR10, autonomnih mobilnih robota (AGV/AMR), sustava za snimanje gibanja, EMG i eye-tracking opreme te autonomnih dronova, studenti stječu praktično iskustvo i razumijevanje ključnih algoritama i metoda potrebnih za razvoj naprednih inteligentnih mehatroničkih sustava.

Osim toga, studenti imaju mogućnost sudjelovanja u istraživačko-razvojnim projektima laboratorija i industrijskih partnera, gdje mogu raditi na aktualnim primjenama umjetne inteligencije, autonomne navigacije, multimodalne percepcije i suradničke robotike, te doprinijeti razvoju novih tehnologija kroz završne i diplomske radove.

Područja

1. Umjetna inteligencija i strojno učenje u interakciji čovjeka i robota

Ovo područje obuhvaća razvoj AI modela za razumijevanje i predikciju ljudske namjere, klasifikaciju i regresiju senzorskih podataka, detekciju anomalija i adaptivno upravljanje robotskim sustavima u kontaktu s čovjekom.

Fokus istraživanja:

• algoritmi klasifikacije i regresije za emg, sile, pokret i pogled
• višemodalna fuzija signala za predikciju ljudske namjere i anticipativno upravljanje robotom
• detekcija anomalija i nepredviđenih ponašanja u interakciji čovjek–robot
• sim2real prijenos modela u hri sustavima
• prediktivni modeli sila i kontaktnog ponašanja

Primjeri tema:

• višemodalna predikcija ljudske namjere (emg + pogled + kretanje)
• detekcija anomalija u kontaku čovjek–robot
• prediktivni ai modeli za kontrolu sile i kooperativnu manipulaciju

2. Biomehanika čovjeka, EMG analiza i personalizirani modeli opterećenja, stohastička procjena stanja i kontrola sile u HRI

Istražuju se fiziološki i biomehanički procesi u interakciji čovjeka i robota te procjenjuje opterećenje, umor i kvaliteta suradnje. Cilj je omogućiti robotima da u realnom vremenu procijene stanje čovjeka i okoline te donose sigurne i adaptivne odluke o upravljanju.

Fokus istraživanja:

• prikupljanje i analiza emg signala
• personalizirani biomehanički modeli gornjih ekstremiteta
• estimacija mišićnog umora i opterećenja u zadacima suradnje
• bayesovi filtri (ekf, ukf, particle filters)
• procjena skrivenih stanja korisnika (faza pokreta, sila, tremor)
• stohastička kontrola sile i impedancije
• predikcija kontakta i detekcija opasnih situacija

Primjeri tema:

• procjena opterećenja mišića i umora tijekom suradničke manipulacije te utjecaj adaptivne strategije robota na biomehaniku čovjeka
• stohastičko upravljanje u fizičkoj interakciji
• upravljački model s tri razine asistencije za adaptivno ponašanje robota u fizičkoj interakciji s čovjekom (phri)

3. Medicinska robotika, robotska asistencija u kirurgiji i medicinska navigacija

Ovo područje obuhvaća razvoj naprednih mehatroničkih i softverskih rješenja za medicinske robotske sustave, uključujući robotsku asistenciju u minimalno invazivnim zahvatima, postupcima navigacije, planiranju operacija i multimodalnoj percepciji. Studenti rade na razvoju tehnologija koje se koriste u suvremenim medicinskim robotima poput RONNA sustava (neurokirurgija), robotskih sustava za biopsiju, dentalne i ortopedske aplikacije te sustava za medicinsko pozicioniranje i praćenje pacijenta.

Fokus istraživanja:

• robotska asistencija u minimalno invazivnim zahvatima (npr. neurokirurgija, biopsija, ortopedija)
• kompjuterska obrada medicinskih slika (CT/MRI/US) i segmentacija, detekcija anatomskih znamenki (landmarks)
• planiranje i simulacija kirurških zahvata (trajektorije, pristupne točke, ograničenja tkiva)
• medicinska navigacija i praćenje alata (optical tracking / markerless tracking)
• algoritmi kalibracije senzora i robota (hand–eye, tool–eye, robot–patient)
• sigurnosni protokoli u medicinskoj robotici (fail-safe, motion constraints)
• AI asistenti za kirurge (predikcija pomaka tkiva, guidance, upozorenja)
• precizno upravljanje robotima pod ograničenjima radnog prostora i sigurnosti pacijenta

Primjeri tema:

• automatska segmentacija ciljne strukture iz ct/mri podataka za robotsku navigaciju
• detekcija kirurških instrumenata i praćenje markera u realnom vremenu
• planiranje optimalne putanje igle za stereotaktičku biopsiju
• simulacija kirurškog zahvata s ciljem optimizacije radnog prostora robota uz ograničenja sila i krutosti tkiva
• razvoj alata/end effectora za precizne kirurške robote

4. Autonomni sustavi, robotska percepcija i planiranje gibanja

Ovo područje bavi se razvojem algoritama percepcije, lokalizacije, prediktivnog planiranja gibanja i nadzora okoline, uključujući i analizu ljudskog kretanja u prostoru, nadzor gomile, detekciju anomalnog ponašanja te procjenu rizika. Sustavi razvijeni u ovom području primjenjivi su na mobilne robote, dronove, sustave za sigurnosni nadzor i robotske sustave koji dijele prostor s ljudima.

Fokus istraživanja:

• vizualna i lidar lokalizacija (slam, vio, multi-senzorska fuzija)
• autonomno mapiranje i navigacija u kompleksnim okruženjima
• planiranje ruta (rrt*, prm, a*, kinodinamičko planiranje)
• izbjegavanje prepreka i prediktivni modeli gibanja
• autonomno preuzimanje kontrole (shared autonomy)
• autonomni povratak, sigurnosni protokoli i geo-ograničenja
• nadzor ljudi, analiza ponašanja gomile i detekcija obrazaca kretanja
• stohastičko planiranje pod nesigurnošću

Primjeri tema:

• slam za autonomni dron u vanjskim okruženjima
• navigacija drona uz kombinaciju gps-a, vizije i imu
• planiranje leta za autonomni sigurnosni nadzor perimetra
• detekcija i analiza anomalija ponašanja ljudi u gomili za autonomni dron, ai sustav za prepoznavanje rizičnih situacija
• sučelje za koordinaciju flote autonomnih dronova i human-in-the-loop strategije za intervencijske dronove
• stohastičko planiranje kretanja robota kroz gomilu pod nesigurnošću