BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN III.1 Perhitungan Pergerakan Robot Dari analisis gerakan langkah manusia yang dibahas pada bab dua, maka dapat diambil beberapa analisis untuk membuat rancangan gerakan langkah biped robot. Yang pertama adalah perlunya dijaga keseimbangan dari robot untuk menjaga r dS pengaruh gaya agar selalu memenuhi |CM = 0 . Untuk itu perubahan titik berat dt perlu dilakukan setiap saatnya. Yang kedua adalah perubahan gaya pada kaki penopang lebih besar dibandingkan kaki ayun. Hal ini disimpulkan dari analisis biomekanik gerakan langkah manusia mengenai momen yang bekerja terhadap tubuh. Yang ketiga adalah analisis perubahan sudut pada rancangan biped robot. Tidak ada persamaan khusus yang ditemukan untuk menghasilkan perubahan sudut masing-masing sendi pada gerakan langkah manusia. Namun hasil trajectory sudut gerakan langkah manusia yang dijabarkan pada sub-bab II.1.2 dapat kita telaah dan kemudian disederhanakan menjadi persamaan grafik. Sudut pada sendi pergelangan kaki berubah dari sejajar menjadi mengecil hingga 150°. Atau secara matematis digambarkan dengan grafik bergradien negatif. Pada sendi lutut penopang sudut membesar dari 10° hingga 30°. Atau secara matematis digambarkan dengan grafik bergradien positif. Sedangkan pada sendi pinggang terjadi perubahan arah sudut di tengah fase. Pada sendi pinggang ayun sudut membesar hingga mendekati sejajar dan pada sendi lutut ayun membesar dari -50° hingga 0°. Perubahan tersebut terjadi dalam waktu satu detik. Sedangkan pengaruh massa tidak perlu diperhitungkan terhadap gerakan karena tidak akan terlalu berpengaruh. Massa berpengaruh hanya terhadap proses menjaga keseimbangan.
III-1
III-2
III.2 Konstruksi Biped Robot dengan Lego NXT Dari pembahasan teori dasar mengenai gerakan langkah manusia dapat diketahui bahwa sebenarnya dibutuhkan lima sendi untuk merepresentasikan bentuk tubuh manusia terkait dengan gerakan langkah. Namun keterbatasan servo motor yang dapat bekerja pada satu Brick Lego NXT mengakibatkan implementasi yang dilakukan hanya dapat menggunakan tiga sendi. Pembangunan biped robot dengan tiga sendi membutuhkan tiga titik sendi yang dapat menggerakkan bagian tubuh robot. Untuk mengatur posisi titik berat diperlukan sebuah sendi pada bagian pinggang untuk mengatur putaran pinggang sehingga titik berat tetap terjaga pada fase single-support. Dimensi yang dipakai adalah dimensi transversal. Hal ini untuk memudahkan perancangan. Selain itu dari analisis gerakan langkah manusia juga menunjukkan bahwa perubahan sudut dimensi transversal lebih besar dibandingkan dimensi lainnya. Sehingga satu servo motor diletakkan di sendi pinggang untuk memutar badan ke kiri dan kanan. Dua servo motor yang tersisa akan diletakkan di sendi lutut, yang akan berfungsi sebagai penggerak kaki. Sementara untuk menambah fitur dari gerakan langkah biped robot maka digunakan sensor sonar untuk mengetahui jarak benda yang terletak di depan sehingga biped robot dapat berhenti sebelum menabrak benda di depannya. Gambar dari rancangan robot yang dibuat ditunjukkan pada gambar III-1. Keterangan gambar III-1 adalah sebagai berikut: 1 – Sendi pinggang, 2 – Sendi lutut kiri, 3 – Sendi lutut kanan, 4 – Sensor sonar, 5 – Brick NXT (tampak belakang). Sementara itu spesifikasi fisik dari konstruksi biped robot yang akan digunakan adalah sebagai berikut: 1. Panjang kaki bagian bawah 7.2 cm. 2. Panjang kaki bagian atas 6.5 cm. 3. Tinggi seluruh tubuh 32 cm. 4. Berat badan 325 gram. 5. Berat kaki 150 gram. 6. Berat seluruh tubuh 775 gram. 7. Perubahan sudut maksimal kaki 30˚ ke depan dan 27˚ ke belakang.
III-3
4
5
1
2
3
Gambar III-1 Rancangan Robot
III.3 Perancangan Langkah Biped Robot Model rancangan langkah biped robot yang akan digunakan sedikit berbeda dengan model manusia. Hal ini dikarenakan penyesuaian dengan mekanika rancangan robot pada Lego NXT, dan juga keterbatasan sendi yang digunakan. Sehingga putaran pergelangan kaki yang menyebabkan kaki bagian bawah berubah sudut diganti dengan perubahan sudut paha ke arah sebaliknya. Modelnya digambarkan pada gambar III-2. Dari skema rancangan yang terdapat pada gambar III-2 perputaran yang harus dilakukan oleh servo motor penggerak sendi adalah sebesar 2 x sin-1(Ds / 2 la). Sedangkan besar tenaga yang digunakan akan didapatkan dari perhitungan jumlah seluruh gaya yang bekerja pada tubuh robot untuk memenuhi persamaan r r r F = ( Fz zCM )(rCM − rCP ) .
III-4
Gambar III-2 Rancangan Gerakan Langkah
Untuk mendapatkan gerakan yang baik maka diperlukan kesesuaian waktu dan sinkronisasi dari perputaran kedua servo motor yang menggerakkan kedua sendi kaki. Maka nantinya akan dihasilkan perhitungan waktu yang sesuai sehingga
timeline pada gambar III-3 terpenuhi. Untuk mendapatkan T1, T2, T3, dan T4 maka nanti akan dilakukan pengujian pada tahap implementasi.
Gambar III-3 Timeline Gerakan Langkah
Sehingga persamaan yang akan diberikan pada ketiga servo motor untuk satu siklus gerakan langkah, berkaitan juga dengan pembahasan pada sub-bab III.1, adalah sebagai berikut:
III-5
Tabel III-1 Rancangan Langkah Biped Robot
Motor Servo
Arah A Positif
(Pinggang)
Servo
Besar Sudut
Besar
Waktu
Tenaga
mulai (t0)
Belum Memenuhi r r r rCM = F T + rCP diketahui ( Fz z CM )
B Negatif 2 x sin-1(Ds / 2 la)
Lebih
(Lutut
kecil dari
Kanan)
Servo C
Servo
C Positif
(Lutut Kiri)
2 x sin-1(Ds / 2 la)
Lebih besar dari Servo B
Lama
T1
t0 = T3
T4-T3
t0 = T1
T2-T1
BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
IV.1 Implementasi Pemrograman Gerakan Langkah Biped Robot Sarana yang digunakan dalam implementasi pemrograman gerakan langkah biped
robot mencakup perangkat keras dan perangkat lunak akan diuraikan berikut ini. Perangkat keras yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Intel Pentium 4 CPU 2.00 GHz 2. RAM 784 MB 3. Harddisk Seagate Barracuda 160 GB 4. Perangkat masukan: mouse dan keyboard 5. Perangkat komunikasi: kabel USB dan Bluetooth Sedangkan perangkat lunak yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Sistem operasi Microsoft Windows XP Professional Version 2002 Service Pack 2 2. Perangkat pemrograman Microsoft Visual Studio 2005 dengan .NET Framework 2.0 3. Bahasa pemrograman C# 4. Library NXT# buatan Bram Fokke dan Dermot Balson 5. Perangkat pemrograman Bricx Command Center 6. Bahasa pemrograman NXC
IV.2 Aplikasi Pengujian Langkah Biped Robot Dalam pengimplementasian gerakan langkah biped robot, ternyata rumus gaya yang menjadi dasar pergerakan tidak bisa diimplementasikan secara eksplisit. Melainkan menggunakan parameter sudut dan gaya putar servo motor sehingga
IV-1
