BAB 3 METODE PENELITIAN Bab ini membahas perancangan sistem yang digunakan pada robot hexapod. Perancangan sistem terdiri dari perancangan perangkat keras, perancangan struktur mekanik robot, dan perancangan sudut kalibrasi, perancangan gaya berjalan, dan pengguanaan forward kinematic yang digunakan dalam perancangan gaya berjalan robot. Perancangan perangat keras terdiri dari diagram blok sistem, skematik, dan diagram alir. Untuk perancangan struktur mekanik, kami menggunakan robot hexapod tipe phoenix dari Lynxmotion yang terbuat dari bahan aluminium, dan memiliki dua bagian yaitu bagian tubuh dan kaki. Pada bagian kaki memiliki 3 bagian yaitu, bagian coxa, femur, dan tibia. Pembahasan selanjutnya adalah perancangan sudut kalibrasi, perancangan gaya berjalan robot, dan tahap pengujian yang dilakukan. 3.1 Perancangan Perangkat Keras 3.1.1 Diagram Blok Berikut diagram blok sistem ini:
19
20
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Berikut penjelasan diagram blok sistem: •
Menggunakan mikrokontroler Arduino UNO R3 sebagai sistem kontrol robot. Penulis menggunakan Arduino karena arduino bersifat open source, pemrograman menggunakan bahasa C, dan memiliki harga yang terjangkau.
•
Menggunakan sensor PING untuk mendeteksi benda. Karena rintangan yang dihadapi robot berupa benda padat (dinding kayu).
•
Menggunakan servo controller SSC 32 sebagai pengendali motor servo, karena SSC 32 mampu mengendalikan 32 motor servo secara bersamaan dan memiliki rentang pulsa 500 µs sampai dengan 2500 µs. Selain
itu
pada
datasheet
terdapat
petunjuk
sederhana
cara
21 menggerakkan motor servo pada pemrograman Arduino sehingga memudahkan penulis dalam merancang gaya berjalan robot. •
Menggunakan 18 buah motor servo standard 180 sebagai joint pada robot dengan satu kakinya memiliki tiga joint (3 DOF) untuk bagian coxa, femur, dan tibia.
3.1.2 Skematik Sistem Gambar di bawah merupakan skematik sistem robot. Berikut penjelasan mengenai skematik sistem ini: •
Pin SIG pada masing-masing PING dihubungkan ke pin 5, 6, dan 7 pada modul Arduino.
•
Pin Tx (Transmitter) pada modul Arduino dihubungkan ke pin Rx (Receiver) pada modul SSC 32.
•
Pin channel pada SSC 32 dihubungkan ke motor servo.
•
Channel yang digunakan pada SSC 32 yaitu channel 0, 1, 2, 4, 5, 6, 8, 9, 10 dan 16, 17, 18, 20, 21, 22, 24, 25, 26.
22
Gambar 3.2 Skematik Sistem Berikut daftar Channel yang digunakan pada pengendali motor Servo SSC32: Tabel 3.1 Penggunaan Channel SSC 32 dan Penjelasan Bagian Kaki Ch. 0 1 2
Bagian Kaki Coxa Femur Tibia
Kaki Kiri Depan
Ch. 16 17 18
Bagian Kaki Coxa Femur Tibia
Kaki Kanan Depan
4 Coxa 5 Femur 6 Tibia
Kiri Tengah
20 Coxa 21 Femur 22 Tibia
Kanan Tengah
8 Coxa 9 Femur 10 Tibia
Kiri Belakang
24 Coxa 25 Femur 26 Tibia
Kanan Belakang
23
Gambar 3.3 Robot Tampak Belakang 3.1.3 Diagram Alir
24 Start merupakan kondisi saat robot aktif, selanjutnya robot akan menerima perintah untuk gait siap lalu berdiri, perbedaan berdiri 1 dan berdiri 2 hanya pada ketinggian, berdiri 2 lebih tinggi dari berdiri 1. Lalu robot berjalan melangkah ke depan lalu sensor PING melakukan pengecekkan rintangan, apabila tidak mendeteksi rintangan maka robot kembali melangkah ke depan, jika mendeteksi adanya rintangan, maka sensor PING kiri dan kanan akan melakukan pengecekkan. Jika PING kiri kurang dari 17 cm, maka robot belok kanan sebanyak satu langkah lalu kembali lagi melakukan pendeteksian rintangan. Apabila PING kiri tidak mendeteksi rintangan kurang dari 17 cm, maka PING kanan akan mendeteksi apakah kurang dari 17 cm. jika mendeteksi rintangan kurang dari 17 cm maka robot akan belok kiri sebanyak satu langkah lalu kembali melakukan pengecekkan sensor PING. Jika PING kanan tidak mendeteksi adanya rintangan kurang dari 17 cm maka kembali melakukan pengecekkan sensor PING. 3.2 Perancangan Struktur Mekanik Bagian ini membahas mengenai struktur mekanik robot. Robot merupakan robot 3 DOF (Degree of Freedom) karena memiliki tiga sendi (joint) yang membentuk workspace. Bagian robot dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian kaki dan bagian tubuh. Pada bagia kaki terdapat tiga bagian yaitu: • Coxa • Femur • Tibia
25
Gambar 3.4 Bagian Kaki Robot Setiap bagian memiliki fungsi yang berbeda. Berikut pembahasan mengenai bagian-bagian kaki robot. 3.2.1 Coxa Pertama bagian Coxa. Pada bagian coxa menggunakan sebuah bracket berukuran
, dengan tebal
dan terbuat dari
bahan aluminium. Pada bagian Coxa menggunakan satu buah motor servo dengan gear metal tipe POWER HD 1501MG seperti gambar di bawah ini.
Gambar 3.5 Bagian Coxa
26 Bagian Coxa merupakan bagian yang menempel pada tubuh robot dan dapat bergerak secara horizontal. 3.2.2 Femur Selanjutnya bagian Femur, bagian Femur menggunakan bracket dengan dimensi
, dengan tebal
dan terbuat dari bahan
aluminium sama seperti Coxa dan dipasang secara vertical dan menggunakan link yang memiliki panjang bagian
, lebar
dapat bergerak secara
dan tebal
, dan pada
. Seperti gambar di bawah ini.
Gambar 3.6 Bagian Femur Motor servo yang digunakan pada bagian femur adalah motor servo dengan gear metal tipe Tower Pro MG996R.
3.2.3 Tibia Selanjutnya bagian tibia. Tibia mempunyai tinggi sedangkan ketebalan mencapai
dan lebar
. Di dalam Tibia terdapat sebuah
servo, servo ini berfungsi untuk menggerakan Tibia secara vertikal. Motor
27 servo yang digunakan sama dengan pada bagian femur yaitu Tower Pro MG996R. berikut gambar pada bagian tibia.
Gambar 3.7 Bagian Tibia Ketiga bagian kaki tersebut digabungkan dan akan membentuk DOF (Degree of Freedom) atau derajat kebebasan sebagai berikut.
Gambar 3.8 Bagian Kaki Robot
28 3.2.4 Bagian Tubuh Setelah bagian kaki, selanjutnya akan membahas bagian tubuh. Dimensi dari tubuh robot adalah 18 cm x 10 cm dengan ketebalan 3 mm. Kedua bagian tubuh dengan empat buah spacer dengan tinggi 5 cm. Kaki robot akan terhubung pada sudut tubuh robot. Fungsi dari tubuh robot adalah sebagai tempat untuk meletakan baterei dan perangkat elektronik. Seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 3.9 Bagian Tubuh Robot Berikut bentuk robot secara keseluruhan:
Gambar 3.10 Robot Hexapod
29 3.3 Perancangan Sudut Kalibrasi Pada bagian ini akan membahas perancangan sudut kalibrasi. Perancangan sudut kalibrasi bertujuan agar robot dapat bergerak sesuai dengan workspacenya. Selain itu agar memudahkan kami dalam membuat program perencanaan gerak robot. Oleh karena itu setiap sudut motor servo harus dikalibrasi sesuai dengan bagian-bagian robot (tubuh dan kaki). Berikut gambar perancangan sudut kalibrasi:
45
Gambar 3.11 Sudut Kalibrasi Motor Servo Tabel 3.2 Perancangan Sudut Kalibrasi Kaki Kiri depan Degree 45 derajat 90 derajat 135 derajat
Coxa 1000 1500 2000
Kaki kiri tengah Femur 1000 1500 2000
Tibia 1000 1500 2000
Degree 45 derajat 90 derajat 135 derajat
Coxa 1000 1500 2000
Femur 1000 1500 2000
Tibia 1000 1500 2000
30
Kaki Kanan depan Degree 45 derajat 90 derajat 135 derajat
Coxa 1000 1500 2000
Kaki kanan tengah Femur 1000 1500 2000
Tibia 1000 1500 2000
Kaki Kiri Belakang Degree 45 derajat 90 derajat 135 derajat
Degree 45 derajat 90 derajat 135 derajat
Coxa 1000 1500 2000
Femur 1000 1500 2000
Tibia 1000 1500 2000
Degree 45 derajat
Coxa Femur 1000 1000
Tibia 1000
90 derajat
1500
1500
1500
135 derajat
2000
2000
2000
Kaki Kanan Belakang Coxa 1000 1500 2000
Femur 1000 1500 2000
Tibia 1000 1500 2000
Table di atas menjelaskan pulse yang digunakan untuk menghasilkan sudut sesuai sudut kalibrasi pada gambar 3.11. berikut perhitungan untuk mendapatkan sudut-sudut kalibrasi berdasarkan pulse yang diberikan pada motor servo. ………..(3-1)
Perhitungan didapat dari pergerakkan motor servo setiap 1 µs. Motor servo bergerak sebesar 0,09 setiap 1 µs sehingga perancangan sudut kalirasi dapat disesuaikan dengan pergerakkan motor servo sebagai berikut:
31
Gambar 3.12 Pulse Servo Dan berikut ketelitian motor servo yang penulis gunakan:
32
Tabel 3.3 Ketelitian Motor Servo
Power HD 1501MG Degree
Pulse-Width (ms)
45° 90° 135°
1009 1533 2034
Pengambilan data pada sudut servo 45° Percobaan Pulse-Width (ms) 1 1030 2 1000 3 970 4 1010 5 1010 6 1000 7 1010 8 1030 9 1020 10 1010
Pengambilan data pada sudut servo 135° Pulse-Width Percobaan (ms) 1 2040 2 2030 3 2040 4 2040 5 2010 6 2030 7 2040 8 2040 9 2030 10 2040
Pengambilan data pada sudut servo 90° Pulse-Width Percobaan (ms) 1 1550 2 1540 3 1530 4 1520 5 1540 6 1530 7 1540 8 1530 9 1520 10 1530
Sehingga berdasarkan tabel di atas, pada motor servo Power HD 1501MG memiliki error derajat terhadap pulse sebagai berikut: 45 = 0.81 90 = 2,97 135 = 3,06 Dan untuk motor servo Tower Pro MG996R memiliki error derajat terhadap pulse sebagai berikut:
33 45 = 3,69 90 = 2,16 135 = -2,16 3.4 Perancangan Gaya Berjalan (Gait) Setelah
menentukan
sudut
kalibrasi,
selanjutnya
perancangan
gait.
Perancangan gait dilakukan dengan menentukan nilai sudut pada setiap joint robot yaitu dengan memberi pulse pada motor servo, dengan menentukan sudut pada setiap joint maka akan mendapatkan posisi akhir pada setiap kaki robot hal ini disebut dengan forward kinematic. Gaya berjalan yang telah penulis rancang adalah Wave Gait, Ripple Gait, dan Tripod Gait. Kondisi awal dari semua gait adalah pada posisi standby. Dimana posisi standby sudut dari masing-masing servonya sebagai berikut: • Coxa kiri dan kanan: 90 derajat dengan pulse 1500ms • Femur kiri: 117 derajat derajat dengan pulse 1800ms, femur kanan: 63 derajat dengan pulse 1200ms • Tibia kiri: 72 derajat dengan pulse 1300ms, Tibia kanan: 108 derajat dengan pulse 1700ms. Saat salah satu kaki berada dalam posisi maju, artinya kaki tersebut telah berpindah sebesar 27 derajat dimana coxa akan berpindah dari sudut 90 derajat ke 117 derajat pada coxa kaki kiri dan sudut 90 derajat ke 63 derajat pada coxa kaki kanan. Selain bagian coxa yang bergerak, masing-masing femur juga berpindah
34 posisi sudut pada saat coxa berpindah posisi dimana posisi sudut femur berubah sebesar 36 derajat. 3.4.1 Wave Gait Wave gait merupakan gaya berjalan dengan cara mengangkat satu kaki secara bergantian atau terdapat lima kaki yang menopang tubuh robot. Berikut ilustrasi wave gait.
35
Gambar 3.13 Ilustrasi Wave Gait Pada kondisi awal gait, tiap kaki berada pada posisi standby, dan akan dilanjutkan dengan memulai langkah pada kaki kiri depan dan kaki-kaki selanjutnya. Karena gait ini mengangkat kaki robot secara bergantian, maka gait ini memiliki 6 step dalam melangkah atau sejumlah kaki dari Hexapod. Setelah semua posisi 6 kaki Hexapod tersebut telah melangkah kedepan, step terakhir dari gait ini adalah menarik secara bersama keenam kaki Hexapod. Dengan keenam kaki yang ditarik secara bersamaan, membuat kondisi Hexapod seperti pada kondisi awal yaitu pada kondisi standby. 3.4.2 Ripple Gait Ripple gait merupakan gaya berjalan dengn mengangkat dua kaki dan empat kaki sisanya menopang tubuh. Berikut ilustrasi ripple gait:
36
Gambar 3.14 Ilustrasi Ripple Gait Konsep pada gait ini hampir sama dengan Wave Gait, perbedaannya hanya dalam gait ini dua kaki digerakkan secara bersamaan. Pada akhir proses, seperti pada Wave Gait, saat semua kaki sudah melakukan langkah maju, proses akan dilanjutkan pada menarik semua kaki Hexapod sehingga semua kaki kembali pada kondisi standby. 3.4.3 Tripod Gait Tripod gait merupakan gaya berjalan dengan cara mengangkat tiga kaki dan tiga kaki sisanya menopang tubuh. Berikut ilustrasi dari tripod gait:
37
Gambar 3.15 Ilustrasi Tripod Gait Konsep dari gait ini sedikit berbeda dengan dua gait sebelumnya, dimana pada gait ini 3 kaki Hexapod akan bergerak secara bersamaan. Saat 3 kaki sedang dalam kondisi ingin berpindah posisi, 3 kaki yang lain akan menarik kembali. Sehingga gait ini memungkinkan menjadi gait dengan kecepatan berjalan maju paling cepat diantara gait yang 2 gait yang lain.
38
3.5 Persamaan Forward Kinematic Hal yang pertama dilakukan dalam meyelesaikan persamaan Forward Kinematic adalah menentukan D-H Parameter dari robot. Berikut D-H Parameter yang digunakan untuk gait berdiri: Tabel 3.4 D-H Parameter Link Coxa Femur Tibia
-90 0 0
30 mm 80 mm 110 mm
90 117 72
0 0 0
……………..(3-2)
