Konsep Dasar Robot

Konsep Dasar Robot

Robot berasal dari bahasa Czech, robota, yang berarti pekerja. Pada dasarnya robot dibuat untuk mendukung dan membantu pekerjaan manusia, seperti yang banyak terlihat dibidang industri dimana robot dapat meningkatkan hasil produksi industri tersebut. Robot diklasifikasikan ke dalam 4 bagian, yaitu :



 Non mobile robot



Robot ini tidak dapat berpindah posisi dari satu tempat ke tempat lainnya, sehingga robot tersebut hanya dapat menggerakkan beberapa bagian dari tubuhnya dengan fungsi tertentu yang telah dirancang. Contoh nyata dari robot ini adalah robot manipulator berlengan.



 Mobile robot



Mobile dapat diartikan bergerak, sehingga robot ini dapat memindahkan dirinya dari satu tempat ke tempat lain. Robot ini merupakan robot yang paling populer dalam dunia penelitian robotik. Dari segi manfaat, robot ini diharapkan dapat membantu manusia dalam melakukan otomasi dalam transportasi, platform bergerak untuk robot industri , eksplorasi tanpa awak, dan masih banyak lagi. Robot line follower yang akan dirancang dalam proyek ini juga termasuk kedalam mobile robot.



 Gabungan mobile robot dan non mobile robot



Robot ini merupakan penggabungan dari fungsi-fungsi pada robot mobile dan non-mobile. Sehingga keduanya saling melengkapi dimana robot nonmobile dabat terbantu fungsinya dengan bergerak dari satu tempat ke tempat lain.



 Humanoid



Robot ini sengaja dirancang dengan menirukan manusia. Fungsi-fungsi tubuh manusia baik lengan, kaki, mata, dan pergerakan sendi kepala dan bagian lainnya sebisa mungkin diterapkan dirobot ini. Contoh robot ini adalah robot ASIMO buatan Jepang. Robot line follower merupakan robot yang termasuk ke dalam mobile robot. Robot ini difungsikan untuk dapat mengikuti garis pada suatu lantai dan kemudian bergerak sesuai dengan pola garis tersebut. Robot ini menggunakan sensor yang memancarkan cahaya yang kemudian ditangkap oleh photodiode, yang apabila terkena garis putih photodiode akan menerima cahaya pantulan dengan maksimal. Sebaliknya jika terkena garis hitam, photodiode akan

menerima cahaya yang minimum sehingga dihasilkan tegangan yang kecil.





Teknik Desain Robot



Dalam mendesain sebuah robot, perlu disesuaikan dengan fungsi dan kepentingan pembuatan robot tersebut. Misalkan seperti gambar di bawah, robot dengan menggunakan sistem roda dan sistem kaki biasanya digunakan sebagai navigasi (gerak berpindah) :



 Mangikuti jalur



 Berdasarkan obyek statik atau bergerak (menuju obyek, menghindari obyek /

halangan), berbasis vision, proximity, dll.



 Berdasarkan urutan perintah (referensi trajektori) Sedangkan robot dengan menggunakan sistem tangan sering digunakan sebagai manipulasi (gerak penanganan) :



 Mengikuti posisi trajektori



 Mengikuti obyek (berbasis vision, proximity, dll.)



 Memegang, mengambil, mengangkat, memindah, atau mengolah obyek



Bagian-bagian dalam gambar dibawah ini dapat dijelaskan sebagai berikut :



Sistem Kontroler



Merupakan rangkaian elektronik yang setidak-tidaknya terdiri dari rangkaian prosesor ataupun mikrokontroler, signal conditioning untuk sensor (analog dan atau digital), dan driver untuk actuator. Bila diperlukan dapat dilengkapi dengan sistem monitor seperti seven segment, LCD (liquid crystal display), atau CRT (cathode ray-tube).



Mekanik Robot



Merupakan system mekanik yang dapat terdiri dari setidak-tidaknya sebuah fungsi. Jumlah fungsi gerak disebut sebagai derajat kebebasan atau degree of freedom (DOF). Sebuah sendi yang diwakili oleh sebuah gerak aktuator disebut sebagai satu DOF. Sedangkan derajat kebebasan pada struktur roda dan kaki diukur

berdasarkan fungsi holomic atau nonholomic.







Sensor



Merupakan perangkat atau komponen yang bertugas mendeteksi (hasil) gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan oleh sistem kontroler. Dapat dibuat dari sistem yang paling sederhana seperti sensor ON/OFF menggunakan limit switch, sistem analog, sistem bus parallel, sistem bus serial, hingga sistem mata kamera.





Aktuator



Merupakan perangkat elektromekanik yang menghasilkan daya gerakan. Dapat dibuat dari sistem motor listrik (motor DC (permanent magnet, brushless, shunt dan series), motor DC servo, motor DC stepper, ultrasonic motor, linear motor, torque motor, solenoid, dll.), system pneumatic (perangkat kompresi berbasis udara atau gas nitrogen), dan perangkat hidrolik (berbasis bahan cair seperti oli). Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator atau torsi gerakan dapat dipasang sistem gearbox, baik sistem direct-gear (sistem lurus, sistem ohmic/worm-gear, planetary gear, dll.), spochet-chain (gir-rantai, gir-belt, ataupun system wire-roller, dll.).



Sistem Roda



Merupakan sistem mekanik yang dapat menggerakkan robot untuk berpindah posisi. Dapat terdiri dari sedikitnya sebuah roda penggerak (drive dan steer), dua roda differensial (kiri-kanan independen ataupun sistem belt seperti tank), tiga roda (synchro drive atau sisem holonomic), empat roda (Ackermann model / car like mobile robot ataupun sistem mecanum wheels) atupun lebih.



Sistem Kaki



Pada dasarnya sistem kaki adalah gerakan “roda” yang didesain sedemikian rupa hingga memiliki kemampuan gerak seperti mahluk hidup. Robot berjalan dengan sistem dua kaki atau biped robot memiliki struktur kaki seperti manusia setidak-tidaknya memiliki sendi-sendi yang mewakili pergelangan kaki, lutut, dan pinggul. Dalam kondisi yang ideal pergerakan pada pinggul dapat terdiri dari multi DOF dengan kemampuan gerakan memutar seperti orang menari. Demikian juga pada pergelangan kaki, idealnya adalah juga memiliki kemampuan gerakan polar. Untuk robot binatang (animaloid) seperti serangga, jumlah kaki dapat didesain lebih dari empat. Bahkan robot ular dapat memiliki DOF yang lebih dari 8 sesuai dengan panjang robot (ular) yang didefinisikan.



Sistem Tangan



Merupakan bagian atau anggota badan robot selain sistem roda atau kaki. Dalam konteks mobile robot, bagian tangan ini dikenal sebagai manipulator yaitu sistem gerak yang berfungsi untuk memanipulasi (memegang, mengambil, mengangkat, memindah, atau mengolah) obyek. Pada robot industri fungsi mengolah ini dapat berupa perputaran (memasang mur-baut, mengebor/drilling, milling, dll.), tracking (mengelas, membubut, dll.) ataupun mengaduk (control proses). Untuk robot tangan, desain sendi-lengan diukur berdasarkan DOF. Lengan dapat dibuat kaku / tegar (rigid) ataupun fleksibel (fleksibel manipulator). Sistem tangan memiliki bagian khusus yang disebut sebagai gripper atau grasper (pemegang). Untuk grasper yang didesain seperti jari manusia, derajat kebebasannya dapat terdiri lebih dari 16 DOF (3 DOF untuk jari kelingking, manis, tengah, telunjuk, dan 4 DOF untu jari jempol), tidak termasuk gerakan polar pada sendi pergelangan.



Sistem Kontrol Robot



Kontrol adalah bagian yang amat penting dalam robotik. Sistem robotik tanpa kontrol hanya akan menjadi benda mekatronik yang mati. Dalam sistem kontrol robotik terdapat dua bagian yaitu perangkat keras elektronik dalam perangkat lunak yang berisi program kemudi dan algoritma kontrol. Secara garis besar, suatu sistem robotik terdiri dari 3 bagian seperti dinjukkan gambar di bawah ini.









Dalam gambar di atas, kontrol adalah bagian yang tak terpisahkan dalam sistem robotik. Sistem control bertugas mengkolaborasikan sistem elektronik dan mekanik dengan baik agar mencapai fungsi seperti yang dikehendaki. Tanda dalam interseksi adalah posisi atau bagian dimana terjadi interaksi antara ketiga bagian itu. Misal, poros motor dan sendi pada mekanik berhubungan dengan rangkaian kontrolerdan rangkaian interface / driver ke motor, dan bagian program kontroler yang melakukan penulisan data ke alamat motor.

Sistem motor sendiri memiliki mekanisme kerja seperti yang diilustrasikan pada gambar berikut ini.










Tiga prosedur utama, yaitu baca sensor, memproses data sensor, dan mengirim sinyal aktuasi ke aktuator adalah tugas utama kontroler. Dengan membaginya menjadi tiga bagian maka seorang enginer akan lebih mudah dalam melakukan analisa tentang bagaimana kontroler yang didesainnya bekerja. Dalam aplikasi, prosedur “baca sensor” dapat terdiri dari berbagai teknik yang masing-masing membawa dampak kerumitan dalam pemprograman. Ada dua macam teknik yang digunakan kontroler dalam menghubungi sensor, yaitu polling dan interrupt. Teknik polling adalah prosedur membaca data berdasarkan pengamatan langsung yang dapat dilakukan kapan saja kontroler menghendaki. Sedang pada teknik interrupt, kontroler melakukan pembacaan jika sistem sensor melakukan interupsi yaitu dengan memberikan sinyal interrupt ke kontroler (via perangkat keras) agar kontroler (CPU) melakukan proses pembacaan. Selama tidak ada interrupt maka kontroler tidak akan mengakses sensor tersebut. Bagian yang berfungsi untuk memproses data sensor adalah bagian yang paling penting dalam program kontroler. Di sini berbagai algoritma kontrol mulai dari teknik klasik seperti kontrol P, I, dan D dapat diterapkan jika dikehendaki yang lebih pintar dan dapat beradaptasi dapat memasukkan berbagai algoritma control adaptive hingga teknik artificial intelligent seperti fuzzy kontrol, neural network, genetik algoritma, dll. Bagian ketiga, yaitu prosedur “tulis data” adalah bagian yang berisi pengalamatan ke aktuator untuk proses penulisan data. Data ini adalah sinyal aktuasi ke kontroler seperti berapa besar tegangan atau arus yang masuk ke motor, dsb. Untuk program kontroler sistem robotik yang melibatkan teknik komunikasi dengan dunia luar tidak termasuk dalam diagram seperti yang telah diterangkan melalui gambar di atas tadi. Namun demikian, segala aktifitas program yang berkenaan dengan koleksi atau penerimaa data dapat dimasukkan sebagai bagian “baca data / sensor”, sedang yang berhubungan dengan aktifitas pengiriman data dapat dikategorikan sebagai “tulis data”. Ini dimaksudkan untuk mempermudah analisa dalam desain program kontroler secara keseluruhan.