BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1
Mobile Robot Perbedaan yang paling mendasar dari sebuah Mobile Robot adalah sebuah ’locomotion system’ atau sistem penggerak. Karena sifatnya yang mobile, masalah yang sangat menarik untuk diselidiki adalah pergerakan robot tersebut pada berbagai medan. Jika pergerakan robot dibatasi pada medan datar, penggunaan roda dapat dirasa cukup. Selain murah dan mudah didapat, pengendalian sistem beroda sangat mudah dan bervariasi. Penggunaan roda pada medan yang lebih kasar dan bergelombang juga dirasa sangat cocok jika permukaan roda mempunyai corak dan bentuk yang cukup kasar. Untuk penggunaan pada medan yang lebih tidak menentu, perancang robot seringkali mengarah pada robot berkaki. Hal ini dikarenakan sebuah robot berkaki yang baik mempunyai kemampuan untuk beradaptasi pada berbagai medan, dan karena itu juga merupakan sebuah bagian penting dari riset biologisdan biorobotika.
2.1.1 Robot Berkaki Umumnya pada Robot Berkaki komersial, pergerakan kaki dicapai dengan penggunaan piston hydraulic atau pneumatic. Setiap piston tersambung ke bagian robot tertentu seperti layaknya otot yang tersambung pada tulang. ASIMO yang ditunjukkan oleh Gambar 2.1 merupakan sebuah contoh robot berkaki yang telah berfungsi dengan baik bahkan telah beroperasional di
6
7 beberapa lokasi di Jepang sebagai receptionist untuk menyambut dan memandu tamu. Fungsi-fungsi dasar dari ASIMO termasuk
berjalan, naik dan turun
tangga, menyalakan dan mematikan lampu, dan mengucapkan beberapa kata yang telah terprogram. Selain Honda, beberapa perusahaan lain juga turut mengembangkan robot bipedal fungsional. Halangan yang paling besar adalah dalam mencari kombinasi pergerakan yang mengkombinasikan semua komponen penggerak ini pada saat yang bersamaan untuk mencapai kondisi stabil. Seperti bayi yang baru belajar berjalan, seorang programmer robot harus mencari kombinasi pergerakan yang cocok untuk diprogram ke dalam robot tersebut. Pergerakan Bipedal(dua kaki) adalah salah satu cara pergerakan yang sangat sulit untuk diimplementasikan ke dalam robotika. Hal ini karena diperlukan sistem penjaga keseimbangan yang aktif untuk mengatasi perubahan di titik berat robot yang selalu berubah-ubah. Untuk pergerakan robot berkaki yang lebih stabil, rancangan kaki yang menyerupai serangga lebih sering digunakan. Sebuah robot enam kaki(hexapod) mempunyai kestabilan yang sangat tinggi dan dapat beradaptasi dengan mudah pada berbagai medan yang dilewati.
Gambar 2.1 Robot Berkaki ASIMO buatan HONDA
8 2.1.2 Pengendalian Robot Beberapa model mobile robot digerakkan menurut remote yang dipegang oleh manusia. Remote control tersebut dapat terhubung ke robot melalui kabel maupun gelombang radio. Seperti robot yang ditunjukkan oleh Gambar 2.2, Robot-robot jenis ini umumnya sangat berguna untuk tujuan explorasi dimana mereka dapat menggantikan peran manusia di daerah yang berbahaya. Robot eksplorasi seperti ini umumnya selalu dilengkapi dengan berbagi sensor dan minimal sebuah kamera untuk menangkap secara langsung keadaan daerah yang didatangi. Beberapa robot lain hanya dikontrol secara terbatas melalui remote. Dalam hal ini, robot tersebut dapat diinstruksikan untuk pergi ke suatu posisi tertentu, namun bagaimana robot tersebut dapat mencapai posisi tersebut tergantung dari keadaan lingkungan, sensor, dan program internal robot. Autonomus robot adalah tipe mobile robot yang dapat bergerak menurut keputusan program yang terdapat di dalam controllernya. Robot jenis ini berinteraksi terhadap rangsangan yang didapat dari sekitarnya, yang diterima melalui sensor-sensornya. Pada umumnya, semakin banyak jenis dan jumlah sensor yang diimplementasikan, semakin sensitif pula robot tersebut terhadap lingkungan sekitarnya dan dengan demikian, pergerakan yang dicapai dapat mejadi lebih halus dan teratur.
9
Gambar 2.2 Robot semi autonomous URBIE yang dikendalikan dengan remote untuk tujuan eksplorasi daerah berbahaya.
2.2
Servo Motor
2.2.1 Overview Servo motor adalah motor DC yang memiliki sistem close loop. Pada dasarnya motor DC bekerja secara open loop, dimana putaran motor yang dihasilkan tidak diketahui kecepatan dan kekuatannya hingga hanya dapat digunakan pada sistem yang mencari arah perputaran dan bukan penempatan posisi. Seperti apa bentuk motor servo, dapat dilihat pada Gambar 2.3 berikut ini:
Gambar 2.3 Motor Servo
10 Di dalam servo terdapat sebuah motor, beberapa buah gear untuk mengurangi kecepatan dari motor, sebuah papan controller dan sebuah potentiometer. Motor dan potentiometer dihubungkan ke papan controller, sehingga ketiganya membentuk sistem close loop. Dengan sistem close loop itulah, putaran motor yang dihasilkan dapat diketahui dan dikembalikan lagi ke controllernya sehingga putarannya walaupun menggunakan motor DC dapat dikendalikan kekuatan dan kecepatannya. Seperti apa bagian dalam motor servo, dapat dilihat pada Gambar 2.4 berikut ini:
Gambar 2.4 Bagian dalam Motor Servo
Servo motor terdiri dari beberapa jenis dan ukuran, mulai dari ukuran yang sangat kecil hingga ukuran yang sangat besar. Servo motor yang berukuran kecil biasanya disebut sebagai servo hobi dan dapat digunakan pada pesawat atau mobil radio kontrol dan tentunya juga dapat digunakan pada robot. Servo motor yang berukuran besar biasanya disebut sebagai servo industri dan digunakan pada alat – alat berukuran besar yang memerlukan motor penggerak yang lebih presisi.
11
Ada beberapa hobby servo motor yang termasuk special-purpose, antara lain:
Quarter-scale Servo ini memiliki ukuran dua kali besarnya dari servo biasa dan secara significant memiliki tenaga lebih besar. Jenis servo ini biasanya digunakan untuk model pesawat yang lebih besar, tapi juga bisa digunakan untuk robot.
Mini-micro Servo ini memiliki ukuran setengah kali besarnya dari servo biasa dan digunakan untuk ruang sempit pada model pesawat atau mobil. Jenis servo ini tidak memiliki tenaga sebesar tenaga servo biasa.
Sail winch Servo ini dibuat dengan mengutamakan kekuatannya dan biasanya digunakan untuk menggerakkan tiang layar beserta layarnya pada model kapal layar.
Landing-gear retraction Servo ini dibuat untuk menarik roda pendaratan pada model pesawat berukuran sedang maupun besar.
2.2.2 Cara Pengendalian Servo motor dikendalikan dengan memberikan inputan berupa PWM (Pulse Width Modulation). Sinyal PWM yang diberikan ke servo merupakan sinyal yang proporsional besarnya terhadap posisi poros output servo tersebut. Secara spesifik, dalam perulangan setiap 20 ms, sinyal PWM sebesar 1 ms akan menghasilkan output shaft yang bergerak ke posisi paling kiri. Dengan
12 perulangan yang sama, sinyal PWM sebesar 2 ms akan menghasilkan output shaft yang bergerak ke arah paling kanan. Dengan demikian, untuk sinyal PWM yang besarnya 1,5 ms akan menghasilkan posisi ditengah – tengah. Sebuah hobby servo pada umumnya hanya dibatasi untuk pergerakan 180 derajat. Walaupun ada beberapa servo yang disebut sebagai continuous rotation, sebenarnya servo jenis ini hanyalah servo biasa yang output shaft telah diputus dari potensiometer. Semakin besar atau kecil sinyal yang diberikan, semakin cepat atau lambat bahkan berbeda arah pergerakannya.
2.3
Komunikasi Serial Semua sistem yang tidak bersifat stand alone selalu memerlukan cara untuk berkomunikasi ke siatem lain baik untuk display, penyimpanan, maupun pemrosesan lebih lanjut. Dengan ukuran mikrokontroller yang kecil, kebutuhan untuk melakukan komunikasi data jumlah besar dengan menggunakan jumlah pin yang sedikit sangat diperlukan. Dengan memperhatikan kebutuhan ini, komunikasi serial dipergunakan.
2.3.1 Standar Komunikasi Serial Komunikasi serial adalah sebuah standar komunikasi yang mengirimkan data per bit secara satu persatu. Pada saat ini, dua standar komunikasi serial yang paling populer di dunia adalah USB(Universal Serial Bus) dan RS-232. standar USB mampu memberikan kecepatan yang sangat tinggi untuk melakukan transfer data berukuran sangat besar. Kerugian dari protokol ini terdapat pada protokol yang cukup rumit dan diperlukannya sistem yang bersifat high
13 performance untuk menangani transfer data dengan kecepatan yang sangat tinggi. Dimana komunikasi serial telah menjadi sebuah standar yang sangat populer dalam lingkup PC(Personal Computer) dan komputer industri, dalam lingkup embedded system yang masih didominasi arsitektur 8 bit, mode komunikasi serial yang paling banyak digunakan masih mengikuti standar RS232 dan variannya. Hal ini dikarenakan oleh kemudahan dalam mengatur protokol dan jalannya transmisi yang didukung oleh minimnya jumlah pin yang diperlukan untuk melakukan komunikasi.
2.3.2 RS-232 RS-232 merupakan sebuah standar komunikasi serial yang telah dipergunakan sejak awal tahun 1960-an. Standar RS-232 pada prakteknya lebih mengatur pada regulasi tegangan logic dibandingkan pada pengaturan protokol komunikasi. Sistem RS-232 menerima voltage diatas +3V sebagai logic ’1’(HIGH) sementara tegangan dibawah -3V akan dibaca sebagai logic ’0’(LOW). Kekurangan dari voltage regulation ini adalah pada jarak yang hanya mencapai 15 meter. Untuk mencapai jarak yang lebih jauh dengan metode wired transmission telah dikembangkan protokol lain seperti RS-422 dan RS-485.
2.3.3 Komunikasi serial synchronous dan asynchronus Dua tipe dasar darui komunikasi serial adalah komunikasi secara synchronous dan asynchronous. Sebuah sistem komunikasi synchronous, kedua alat yang saling bertukar data harus selalu melakukan sinkronisasi untuk
14 mengetahui status keaktifan bit data yang dikirim/diterima. Proses sinkronisasi ini akan terus berjalan walaupun pada saat itu tidak terdapat data yang sedang dikirim/diterima. Komunikasi serial synchronous ini dapat menghasilkan jumlah bit per second(bps) yang lebih besar dibandingkan asynchronous karena tidak memerlukan start maupun stop bit, namun tidak sepopuler komunikasi asynchronous karena memerlukan resource yang lebih besar dan IBM PC yang telah menjadi standar Personal Computer pada umumnya hanya mempunyai support untuk Asynchronous Serial Communication. Asynchronous yang berarti ’tanpa sinkronisasi’ tidak memerlukan line untuk sinkronisasi, dan dengan ini dapat melakukan komunikasi full duplex dengan jumlah I/O line yang sangat minim. Sebagai pengganti proses sinkronisasi, sebuah startbit dan sebuah stop bit diperlukan untuk menandai awal dan akhir dari transmisi. Perlunya ditambahkan kedua bit ini membuat komunikasi secara asynchronous menjadi lebih lambat dibandingkan dengan komunikasi serial synchronous, tetapi dapat merupakan sebuah kelebihan dimana prosesor tidak akan terbebani degan proses sinkronisasi. Sebuah
line
asynchronous
yang
sedang
tidak
melakukan
pengiriman/penerimaan data akan mempertahankan nilai ’1’ yang juga disebut sebagai ’mark state’. Dengan menggunakan nilai ini, sebuah sistem dapat melakukan pengenalan antara sebuah line yang sedang idle (tidak melakukan pengiriman/penerimaan
data)
dan
sebuah
line
yang
sedang
tidak
tersambung/disconnected. Setiap proses pengiriman akan dilakukan, sebuah start bit yang bernila ’0’ akan dikirim, dan ketika terjadi perubahan dari nilai ’1’ ke
15 ’0’, sistem penerima akan mengenali awal dimulainya penerimaan data. Seluruh protokol dan urutan transmisi data dapat dilihat pada Gambar 2.5.
Gambar 2.5 Protokol Komunikasi Serial Asynchronous
2.4
Komunikasi Bluetooth Bluetooth merupakan sebuah standar industri untuk tipe wireless Personal Area Network. Dalam standarisasi IEEE, Bluetooth digolongkan sebagai IEEE 802.15.1 dan dilambangkan dengan logo yang ditunjukkan pada Gambar 2.6. Pada saat ini, Bluetooth dipergunakan sebagai media pertukaran data antar perangkat kecil untuk jarak yang relatif pendek dengan mempergunakan frekuensi radio bebas yang juga dipergunakan oleh Wi-Fi Hingga saat penulisan, Bluetooth masih digolongkan menjadi 3 Class yang berbeda. Setiap Class menggolongkan transmisi Bluetooth menurut power dan jarak transmisi. Dengan mempergunakan frekuensi radio sebagai medium komunikasi, setiap alat yang bertukar iinformasi tidak harus berada dalam satu line of sight, selama masih dalam jangkauan radius transceiver Bluetooth.
16
Gambar 2.6 Logo Bluetooth
2.4.1 Sistem Komunikasi Bluetooth Pada komunikasi bluetooth, dapat dikonstruksi sebuah network dari 8 buah transceiver yang bertindak dalam arsitektur slave-master. Network ini terdiri dari 1 master dan 7 slave yang secara keseluruhan disebut piconet. Piconet itu sendiri adalah sebuah jaringan alat Bluetooth yang dapat berhubungan satu sama lain dengan mempergunakan MAC address 3 bit sehingga secara otomatis terbatas hanya 8 alat dalam satu network. Jumlah slave yang lebih banyak dapat diterima selama statusnya tidak aktif sebelum dipanggil oleh master secara bergantian (round-robin fashion). Untuk menghubungkan 2 buah atau lebih piconet dipergunakan sebuah transceiver Bluetooth yang berfungsi sebagai bridge dengan memainkan sebuah master disatu piconet dan sebuah slave di piconet lainnya. Bluetooth bridge ini belum tersedia hingga saat ini dan diperkirakan akan tersedia pada tahun 2007 nanti.
2.4.2 Setting Koneksi Sebuah transceiver blueetooth akan menampilkan beberapa informasi seperti dibawah ini saat diminta:
Device Name
Device Class
17
List of services
Technical information, seperti: device features, manufacturer, Bluetooth specification, clock offset. Pada awal koneksi, sebuah Bluetooth transceiver akan melakukan
“inquiry” untuk mendeteksi alat lainnya yang menggunakan teknologi Bluetooth ini. Semua alat yang menggunakan Bluetooth akan memberikan respon selama masih dalam jangkauan. Akan tetapi, jika alat yang akan menghubungi telah mengetahui alamat dari alat yang dituju, koneksi secara langsung akan dipergunakan dan alat yang dituju hanya akan memberikan informasi karakteristik transceiver jika diminta. Untuk melakukan pertukaran data, dua buah alat harus melakukan pairing atau penerimaan request koneksi oleh pemilik alat Bluetooth. Dengan adanya pairing, sebuah virtual connection akan didapatkan yang mencegah masuknya atau keluarnya data dari sambungan tersebut hingga diputus oleh kedua alat. Setiap transceiver Bluetooth mempunyai alamat 48 bit yang umumnya tidak ditunjukkan pada komunikasi pada umumnya. Sebagai pengganti, dapat dipergunakan nama-nama alat yang dapat diset oleh pemilik alat dan lebih mudah dikenali.
2.4.3 Pairing Dalam melakukan pairing, setiap alat akan meminta password sebelum mengizinkan pemakai seberang untuk melakukan koneksi. Melalui sistem encryption, password tersebut akan dicocokkan oleh password yang dimiliki alat yang ingin dihubungi sehingga koneksinya dapat terjadi. Beberapa alat ada yang
18 tidak memiliki fitur password ini dalam penggunaan Bluetooth-nya, hal ini memperlemah pertahanan alat tersebut karena dengan tidak adanya password semua koneksi dapat terhubung sekalipun yang mengandung virus.
2.4.4 Frekuensi Udara Protokol Bluetooth beroperasi di jaringan unlicensed 2,4 GHz. Untuk encegah terjadinya interferensi dengan protocol – protocol lain yang menggunakan pita frekuensi 2,4 GHz, protocol Bluetooth membagi pita frekuensi menjadi 79 channel dan berganti channel hingga 1600 kali per detik. Implementasi versi 1.1 dan 1.2 dapat mencapai kecepatan hingga 723,1 Kbit/s, sementara versi 2.0 menggunakan Bluetooth Enhanced Data Rate (EDR) dimana memiliki kecepatan hingga 2,1 Mbit/s. Secara teknis versi 2.0 mempergunakan power yang lebih besar, tetapi dengan adanya transmisi yang 3 kali lebih cepat dengan efektif mengurangi pemborosan power hingga setengah dari yang diperlukan oleh versi 1.x (dengan asumsi beban data yang sama besarnya). Baik versi 1.x maupun versi 2.0 telah mempunyai kecepatan data yang cukup tinggi hingga banyak diaplikasikan pada berbagai alat seperti mouse, kamera, komputer, maupun peripheral asccessories kecil seperti headset wireles yang dapat dilihat pada Gambar 2.7.
19
Gambar 2.7 Contoh Implementasi Bluetooth pada Headset telepon seluler
2.5
Mikrokontroller AVR AVR adalah keluarga mikrokontroller tipe RISC produksi Atmel yang dikembangkan oleh dua orang mahasiswa bernama Alf-Egil Bogen dan Vegard Wollan di Norwegian Institute of Technology yang kemudian diteruskan oleh Atmel Norwegia. Nama AVR telah disebut-sebut sebagai singkatan dari Advanced Virtual RISC namun ada juga yang mengatakan bahwa nama tersebut berdasarkan nama para penemunya yaitu Alf dan Vegard. Perkembangan terbaru dari Atmel termasuk keluarga AVR32 yang merupakan prosesor RISC 32 bit dan mempunyai instruksi SIMD dan DSP. Selain itu, AVR32 juga mempunyai fitur tambahan untuk audio dan video processing untuk dapat bersaing dengan prosesor ARM yang telah mendominasi pasaran. Adapun prosesor yang akan dipergunakan pada penelitian ini merupakan sebuah prosesor AVR 8 bit.
2.5.1 Overview AVR merupakan sebuah mesin dengan arsitektur Harvard dimana data dan program disimpan secara terpisah. Sebuah arsitektur Harvard biasanya menyimpan program di sebuah memori permanent atau semi-permanen dan data
20 disimpan disebuah memori tidak permanent, sehingga arsitektur ini sangat ideal untuk aplikasi embedded sistem di lapangan karena memori program terlindung dari interferensi luar dan perubahan – perubahan data yang mampu merusak isi program.
Secara umum AVR dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu:
TinyAVR 1. Mempunyai program memori sebesar 1-8 kB 2. Dikemas dalam bentuk package 8–20 pin 3. Mempunyai fungsi – fungsi terbatas
MegaAVR 1. Mempunyai program memori sebesar 4-256 kB 2. Dikemas dalam bentuk package 28-100 pin dengan contoh yang dapat dilihat pada Gambar 2.8. 3. Mempunyai instruction set yang lebih variatif 4. Mempunyai fungsi – fungsi yang lebih banyak yang tergabung secara internal seperti yang dilihat pada Gambar2.9.
Application specific AVR Merupakan tipe MegaAVR yang telah dirancang untuk melakukan fungsi tambahan yang lebih specific, seperti LCD controller, USB, PWM dan lainnya.
21
Gambar 2.8 ATMega8535
2.5.2 Program Memory Semua AVR memiliki sejumlah memori flash untuk menyimpan program dengan besar 1-128 KB. Memori program tersebut menyimpan alamat – alamat interrupt, operation code dan static data table.
2.5.3 Data Memory Semua mikrokontroller AVR memiliki sejumlah RAM, dari 32 byte hingga beberapa KB. RAM ini digunakan untuk data dan terpisah dari memori program. Memori ini merupakan pengalamatan menurut byte atau byte addressable. File register dipetakan ke dalam range alamat awal dan begitu pula penggunaannya dalam RAM. Beberapa dari mikrokontroller AVR yang lebih kecil hanya memiliki file register sebagai RAM. Beberapa dari mikrokontroller AVR yang lebih besar memungkinkan perubahan dari luar mengenai tempat data, pengalamatan hingga 64KB.
22 Tempat alamat data terdiri dari file register, register I/O dan SRAM. Register utama ditempatkan pada 32 tempat memory pertama (000016-00FF16) diikuti dengan tempat yang telah dipesan untuk register I/O hingga 64 (002016005F16). Pemakaian SRAM sebenarnya dapat dimulai setelah kedua bagian diatas (alamat 006016). Walaupun ketiga bagian diatas terpisah pola pengalamatannya dan “optimized opcodes“ untuk file register dan register I/O, semuanya tetap dapat dialamati dan diubah seperti berada di dalam satu bagian SRAM.
2.5.4 EEPROM Storage Beberapa mikrokontroller AVR memiliki memori EEPROM untuk penyimpanan. Memori ini tidak dipetakan kedalam memori utama dan diakses sebagai bagian tambahan, menggunakan register – register tertentu dan instruksiinstruksi khusus. Seperti memori Flash, EEPROM dapat menyimpan isinya walaupun tanpa listrik dan hanya dapat ditulisi 100.000 kali. Tidak seperi Flash, EEPROM dapat ditulis nilainya saat program mikrokontroller sedang berjalan, membuatnya sangat cocok untuk menyimpan data dalam jangka waktu yang sangat panjang.
23
Gambar 2.9 Blok Diagram ATMega8535
2.5.5 Fitur Fitur – fitur utama dari berbagai tipe mikrokontroller AVR antara lain adalah:
Prosesor utama bertipe RISC, mampu melakukan 16 MIPS (juta instruksi per detik) dengan kristal 16 MHz.
Port I/O dua arah multifungsi yang mempunya pull up internal yang dapat dikonfigurasi secara tersendiri.
Mempunyai osilator internal.
Memiliki Flash memori untuk program hingga 256K. -
Dapat diprogram melalui ISP, JTAG, atau High Voltage
-
Beberapa
model
mempunyai
independent lock bit
Memiliki EEPROM hingga 4KB
kemampuan
bootloading
dengan
24
Memiliki SRAM internal hingga 8K
Memiliki timer 8 bit dan 16 bit dengan: -
PWM output
-
Input capture
Memiliki komparator analog
Memiliki hingga 16 channel ADC 10 bit yang dapat dikontrol secara multiplex
2.6
Pada beberapa tipe memiliki I2C interface tersendiri
UART/USART
SPI (Serial Peripheral Interface)
USI (Universal Serial Interface)
Brownout Detection
WDT (Watchdog Timer)
Beberapa mode Power Saving Sleep
Beberapa tipe memiliki controller PWM (Pulse Width Modulation)
Memiliki controller untuk protocol CAN (Controllable Area Network)
Support USB pada beberapa tipe
Support Ethernet pada beberapa tipe
Support LCD pada beberapa tipe
Kemampuan berjalan pada low voltage hingga 1,8 v
Gait Pergerakkan Gait adalah proses perhitungan dan pemahaman tentang pergerakkan atau gaya berpindah tempat hewan (termasuk manusia). Penyelidikan terhadap
25 macam-macam gait telah banyak dilakukan dan dipublikasikan dalam lingkup area yang dinamakan Gait Analysis. Hasil dari penelitian-penelitian ini dapat dilihat pada berbagai sumber seperti pada www.en.wikipedia.org, www.gillettechildrens.com, dan www.xsens.com. Pada bagian ini akan dibahas beberapa macam gait, antara lain yaitu:
2.6.1 Gait pada Manusia (Human Gait) Manusia sebagai salah satu makhluk hidup yang memiliki alat gerak berupa sepasang tangan dan sepasang kaki memiliki gait yang berbeda-beda dikarenakan ada berbagai macam cara bergerak pada manusia. Jenis-jenis gaitnya antara lain: -
Gait Merangkak (Crawl) Gait ini memiliki bermacam jenis lagi pada pergerakkannya, jenis merangkak yang biasa seperti gait merangkak pada balita. Jenis lainnya bernama “leopard crawl“, dimana contoh pergerakkannya seperti gerak merangkak yang biasanya digunakan pada militer.
-
Gait Berjalan (Walk) Seperti merangkak, cara berjalan pada manusia juga beraneka ragam sehingga gait ini memiliki jenis yang lebih spesifik lagi. Salah satu jenisnya disebut “march“, dimana pergerakkannya seperti cara jalan pada militer. Jenis lainnya disebut “ghost walk”, dimana cara jalannya menghasilkan suara yang sangat pelan atau dapat dikatakan berjalan mengendap. Contoh lainnya disebut “speed walking” atau jalan cepat.
26 -
Gait Berlari (Run) Jenis gait yang menunjukkan pergerakkan berlari manusia pada umumnya sama dengan pergerakkan manusia ketika berjalan, hanya saja terdapat beberapa perbedaan, salah satunya terletak pada kecepatan yang dihasilkan dari gerakan berlari lebih cepat dari gerakan berjalan manusia. Perbedaan lainnya terdapat pada lebar langkah kaki pada gerakan berlari lebih jauh dari gerakan berjalan. Dalam berlari manusia juga memiliki beragam jenis, salah satunya dinamakan “sprint“, dimana gerak yang dihasilkan lebih cepat dibandingkan lari biasa. Jenis lainnya disebut “jog“, dimana pergerakkan yang dihasilkan berupa gerakkan berlari dengan langkah – langkah kecil dan dengan kecepatan yang tidak secepat berlari biasa.
-
Gait Berjalan dengan tangan (Hand walking) Gait ini menunjukkan perpindahan manusia dengan menggunakan tangan.
Selain gait yang telah disebutkan diatas, masih banyak lagi gait pergerakkan lainnya pada manusia. Gait lainnya yang tidak termasuk kategori gait diatas antara lain, yaitu : gait melompat, gait berjalan menyamping, dan sebagainya.
2.6.2 Gait pada Kuda (Horse Gait) Pada kuda terdapat dua kriteria pergerakkan, yaitu : pergerakkan kuda biasa pada umumnya yang tanpa dilatih dahulu dan beberapa pergeakkan lainnya dimana biasanya dengan latihan yang khusus. Pergerakkan kuda ini ada beberapa jenis tiap masing-masing kriterianya, yaitu :
27 Gait Biasa -
Walk Gait jenis ini merupakan gait 4 irama, dimana kaki kuda bergerak dengan 4 langkah yang berurutan sehingga menciptakan 4 irama. Empat langkah yang dimaksud, yaitu : kaki kiri depan – kaki kanan belakang - kaki kanan depan – kaki kiri belakang atau dapat juga dengan urutan gerakan yang berbeda. Pada gait ini, kuda selalu mengangkat satu kakinya untuk melangkah dan ketiga kaki lainnya sebagai tumpuan dan untuk menjaga keseimbangan tubuhnya, kepala dan lehernya akan bergerak naik dan turun. Seperti apa pergerakkan gait ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.10 Walk Gait
Pada Gambar 2.10 diatas, dua gambar yang paling kiri menunjukkan tiga kaki berfungsi sebagai tumpuan dan kaki kiri bagian depan diangkat untuk mulai melakukan gerak melangkah. Gambar yang paling kanan menunjukkan, kaki yang berfungsi sebagai tumpuan berubah dari tiga kaki menjadi dua kaki yang posisinya diagonal, hal ini dikarenakan ketika kaki kiri bagian depan mulai kembali menapak ke tanah, kaki yang posisinya diagonal dari kaki tersebut mulai terangkat untuk melakukan gerak melangkah berikutnya.
28 -
Trot Gait jenis ini merupakan gait 2 irama, maksudnya adalah kuda bergerak dengan dua kaki secara bersamaan dan dua kaki lainnya sebagai tumpuan sehingga pergerakkannya menghasilkan 2 irama dalam melangkah. Kaki – kaki yang bergerak bersamaan merupakan kaki – kaki yang posisinya diagonal. Untuk keseimbangan pada kuda, gait ini merupakan gait yang sangat stabil sehingga kuda tidak perlu melakukan gerakan keseimbangan seperti pada gait walk. Seperti apa pergerakkan gait ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.11 Trot Gait
Pada Gambar 2.11 diatas, menunjukkan gerak kuda yang melangkah dengan dua kaki yang posisinya saling diagonal (kaki kanan depan dan kaki kiri belakang) dan dua kaki lainnya berfungsi sebagai tumpuan (kaki kiri depan dan kaki kanan belakang). -
Canter Ketika kuda melangkah dengan menggunakan gait ini, derap langkahnya terdengar tiga irama seperti bunyi drum pada saat yang hampir bersamaan, sehingga gait ini biasanya disebut gait 3 irama. Gait ini biasanya lebih cepat dari trot gait tetapi lebih lambat dari gallop gait. Langkah kaki canter gait ini menggunakan tiga kaki untuk melangkah
29 dan satu kaki sebagai tumpuan. Seperti apa pergerakkan gait ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.12 Canter Gait 1
Pada Gambar 2.12, dua gambar yang paling kiri menunjukkan gerak kuda yang melangkah dengan menggunakan tiga kaki dan satu kaki sebagai
tumpuan
(kaki
kanan
belakang).
Gambar
berikutnya
menunjukkan ketiga kaki yang digunakan untuk melangkah pada gambar sebelumnya, mulai menapak kembali di tanah.
Gambar 2.13 Canter Gait 2
Pada Gambar 2.13, menunjukkan ketiga kaki yang sudah kembali menapak ke tanah menarik tubuh kuda kearah depan dan melanjutkan gerak dengan kaki kiri bagian depan sebagai tumpuan dan tiga kaki lainnya mulai terangkat untuk melangkah ke depan.
30 -
Gallop Pergerakkan gait ini sama seperti pada canter gait, hanya saja karena ritmenya lebih cepat menyebabkan derap langkahnya terdengar seperti 4 irama. Gait ini dapat dikatakan sebagai gait yang tercepat dan biasanya dalam alam liar digunakan untuk melarikan diri dari predatornya. Seperti apa pergerakkan gait ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.14 Gallop Gait 1
Pada Gambar 2.14, gambar paling kiri menunjukkan gerak seperti gerak pada canter gait ketika kuda melangkah, tetapi pada dua gambar berikutnya terlihat perbedaan antara gallop gait dan canter gait. Dua gambar berikutnya tersebut menunjukkan keempat kaki kuda yang melayang diudara setelah melakukan gerak melangkah seperti pada canter gait, hal ini dikarenakan ritme gait ini lebih cepat daripada canter gait sehingga kekuatan hentakan kaki kuda ketika melangkah menjadi lebih kuat.
Gambar 2.15 Gallop Gait 2
Pada Gambar 2.15, menunjukkan keempat kaki kuda yang sebelumnya melayang di udara mulai menapak kembali ke tanah satu persatu. Urutan kaki yang menapak sebagai berikut: kaki kiri belakang - kaki kanan
31 belakang - kaki kiri depan (bersamaan dengan itu, kaki yang pertama menapak
mulai
terangkat
melakukan
gerak
seperti
menendang
kebelakang) – kaki kanan depan (bersamaan dengan itu, kaki yang menapak pada urutan kedua dan ketiga melakukan gerak menendang kebelakang, sehingga posisinya kembali seperti pada Gambar 2.14). Gait Tambahan -
Pace Seperti pada trot gait, gait ini merupakan gait dengan dua gerakan hanya saja kaki yang bergerak merupakan kaki yang berada di bagian yang sama dan kaki lainnya sebagai tumpuan dan juga gait ini lebih cepat dibandingkan trot gait. Seperti apa pergerakkan gait ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.16 Pace Gait
Pada Gambar 2.16, gambar paling kiri menunjukkan gerak langkah kuda dengan dua kaki (kaki kiri depan dan belakang) yang posisi kakinya berada di sisi yang sama dan dua kaki lainnya (kaki kanan depan dan belakang) berfungsi sebagai tumpuan. Gambar berikutnya menunjukkan dua kaki yang melangkah tersebut mulai menapak, diikuti dengan dua kaki lainnya mulai terangkat untuk melakukan gerak langkah selanjutnya. Dua gambar berikutnya menunjukkan kuda mulai melakukan gerak langkah seperti pada gambar paling kiri, tetapi dengan kaki yang berbeda
32 (kaki untuk melangkah – kaki kanan depan dan belakang sedangkan kaki yang sebagai tumpuan – kaki kiri depan dan belakang). -
Slow gait Gait ini menggunakan kombinasi pergerakkan yang sama pada walk gait, hanya saja ritme pergerakkannya berbeda. Pada dasarnya, gait ini diciptakan dari pace gait, dimana panjang langkah sama jauhnya hanya saja guncangannya lebih sedikit, sehingga pergerakkan yang dihasilkan lebih halus dan memiliki besar kecepatan antara walk gait dan pace gait. Gait ini biasanya digunakan untuk memindahkan tentara yang terluka dalam peperangan. Seperti apa pergerakkan gait ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 2.17 Slow Gait
Pada Gambar 2.17, menunjukkan gerak langkah yang merupakan percampuran antara dua gait, yaitu walk gait dan pace gait. Gerak langkah tersebut dilakukan oleh satu kaki saja sedangkan tiga lainnya sebagai tumpuan (walk gait), hanya saja urutan kaki yang melangkah selalu kaki di sisi yang sama terlebih dahulu baru kaki di sisi yang lainnya (pace gait). Dari gambar tersebut, urutan kakinya sebegai berikut: kaki kiri belakang – kaki kiri depan – kaki kanan belakang – kaki kanan depan.
33 2.6.3 Gait pada Hewan Berkaki Banyak (Multi-Leg) Hexapod Gait Nama hexapod telah menjelaskan bahwa alat geraknya berupa enam kaki atau tiga pasang kaki, sehingga robot yang memiliki struktur seperti gait ini (robot enam kaki) akan lebih stabil dibandingkan robot dua kaki. Seperti apa bentuk fisik dari robot yang memiliki enam kaki, dapat dilihat pada Gambar 2.18 berikut ini yang bergerak dengan menggunakan enam buah servo untuk mendukung fungsinya yang juga dilengkapi dengan sensor jarak ultrasonik.
Gambar 2.18 Niko-6 Hexapod Robot
-
Tripod Gait Gait ini merupakan gait hexapod yang paling terkenal. Pada gait ini, ketika 3 kaki sebagai tumpuan maka, 3 kaki lainnya sebagai kaki yang bergerak sehingga gait ini hanya memiliki dua kombinasi gerakan mengingat robot memiliki enam kaki. Tiga kaki yang bergerak tersebut terdiri dari kaki bagian depan dan belakang pada satu sisi dan kaki bagian tengah pada sisi yang lain. Dengan adanya tiga buah kaki sebagai
34 tumpuan, gait ini termasuk gait yang stabil secara statis dan dinamis. Seperti apa pergerakkan gait ini, dapat dilihat lebih jelas dari gambar berikut ini:
Gambar 2.19 Urutan Pergerakkan Tripod Gait
Pada Gambar 2.19, menunjukkan robot enam kaki dilihat dari atas dengan gerak tripod gait. Angka yang berada dalam tanda kurung menjelaskan urutan gerak gait ini. Karena hanya ada dua kombinasi gerak, maka angka yang ada hanya (1) dan (2) saja. Kaki – kaki angka urutan gerak yang sama artinya bergerak bersamaan. Jika kaki dengan gerak ke-1 sedang terangkat, maka kaki dengan gerak ke-2 tetap di lantai sebagai tumpuan, begitu pula sebaliknya. Untuk lebih jelas memahami pergerakkan tripod gait, dibawah ini terdapat gambar mengenai timing diagram pergerakan langkahnya.
35
Gambar 2.20 Timing Diagram Tripod Gait
Pada Gambar 2.20, menjelaskan kaki bagian apa dan nomor berapa saja yang diberikan sinyal high ketika melakukan gerakan melangkah dan sinyal low ketika harus tetap berada di lantai sebagai tumpuan. Dari Gambar 2.20 juga dapat diketahui bahwa setelah gerakan (1) selesai baru gerakan (2) dimulai, hal ini dapat dilihat dari pemberian sinyal high dan low pada setiap kaki tidak pada waktu yang sama. -
Wave (Slow) Gait Pada gait ini, semua kaki di satu sisi melangkah terlebih dahulu dalam waktu yang hampir bersamaan baru kemudian semua kaki yang berada di sisi yang lain, dimulai dengan kaki yang paling dekat. Gait ini memungkinkan kestabilan yang sangat tinggi. Seperti apa pergerakkan gait ini, dapat dilihat lebih jelas dari gambar berikut ini:
36
Gambar 2.21 Urutan Pergerakkan Wave Gait
Pada Gambar 2.21, menunjukkan robot enam kaki dilihat dari atas dengan gerak wave gait. Gambar tersebut juga menjelaskan enam urutan gerak gait ini. Untuk lebih jelas memahami pergerakkan wave gait, dibawah ini terdapat gambar mengenai timing diagram pergerakan langkahnya.
Gambar 2.22 Timing Diagram Wave Gait
Pada Gambar 2.22, menjelaskan seperti apa pergerakkan kaki – kaki tersebut ketika melangkah dengan gait ini dalam satu waktu. Gait ini memiliki enam gerakan karena kaki – kakinya tidak ada yang bergerak
37 secara bersamaan dalam melangkah dan juga pergerakkan antara kaki tidak ada yang bentrok dalam satu waktu. Hal ini dapat dilihat dari pemberian sinyal high dan low yang diberikan ke setiap kaki tidak pada waktu yang bersamaan. -
Ripple Gait Sekilas, timing dari gait ini terlihat rumit, tetapi jika dilihat dari pergerakkan kakinya yang tadinya terlihat rumit menjadi mudah. Pada gait ini, beda fase pergerakkan antar kaki – kaki nya 180o. Beda fase tersebut jika direpresentasikan pada pergerakkan kaki dapat dikatakan sebagai berikut : ketika satu kaki sudah berada pada tempat tertinggi dan akan bergerak turun, kaki yang berseberangan dengan kaki tersebut akan mulai bergerak naik, sehingga ada dua buah kaki yang terangkat (dengan posisi satu kaki akan bergerak turun dan satu kaki lainnya akan bergerak naik) dan empat kaki lainnya sebagai tumpuan. Seperti apa pergerakkan gait ini, dapat dilihat lebih jelas dari gambar berikut ini:
Gambar 2.23 Urutan Pergerakkan Ripple Gait
38 Pada Gambar 2.23, menunjukkan robot enam kaki dilihat dari atas dengan gerak ripple gait. Gambar tersebut juga menjelaskan bahwa pada gait ini, robot memiliki enam urutan gerak. Untuk lebih jelas memahami pergerakkan ripple gait, dibawah ini terdapat gambar mengenai timing diagram pergerakan langkahnya.
Gambar 2.24 Timing Diagram Ripple Gait
Pada Gambar 2.24, menjelaskan seperti apa pergerakkan kaki – kaki tersebut ketika melangkah dengan gait ini dalam satu waktu. Gait ini sama seperti wave gait yang sama – sama memiliki enam gerakan. Perbedaannya dapat dilihat pada gambar, dimana tertera dengan jelas bahwa pemberian sinyal high dan low ke setiap kaki ada yang mengalami bentrokan.
Hal tersebut
dikarenakan pergerakan
gait
ini
yang
menggunakan satu kaki untuk melangkah tetapi ketika kaki yang melangkah itu turun, ada kaki lainnya yang akan mulai terangkat untuk melakukan gerak langkah berikutnya.
39 Octopod (berkaki delapan) -
Scorpion Gait ini sama seperti gait tripod dan ripple pada hexapod, hanya saja lebih rumit. Disini, kaki – kaki yang posisinya berlawanan bekerja secara bersamaan lebih seperti tetrapod dari pada tripod. Walaupun kaki - kaki bergerak secara bersamaan, empat kaki pada setiap tetrapod bergerak seperti dalam gelombang secara berurutan.
-
Spider Hingga saat ini, gait pergerakkan spider belum diketahui seperti apa tepatnya pada kondisi berjalan dipermukaan datar.
Gait yang akan digunakan dalam penelitian ini merupakan gabungan berbagai jenis gait dari bermacam hewan. Hal ini dikarenakan, tidak adanya hewan yang memiliki kesamaan secara langsung dalam bentuk fisik maupun pergerakkan dengan robot yang akan dirancang.
