Kinematika dan Dinamika Robot Lengan Untuk Kasus Robot Penjinak Bom dan Robot Tari Pakkarena

2015 Seri Buku Ajar Robotika

Kinematika dan Dinamika Robot Lengan Untuk Kasus Robot Penjinak Bom dan Robot Tari Pakkarena Buku ini diperuntukkan bagi mahasiswa yang tertarik tentang ilmu Robot Lengan atau Manipulator Robot, digunakan dalam lingkup terbatas namun diharapkan dapat membantu mahasiswa dalam memperkaya khasanah ilmu robotika

Rafiuddin Syam, PhD Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

0

LEMBAR PENGESAHAN Judul Buku Ajar

: Seri Buku Ajar Robotika: Kinematika dan Dinamika Robot Lengan

Mata Kuliah

: Kinematika Dinamika Robot Lengan

Kode MK

: 480D2102

Nama Penulis

: Rafiuddin Syam, ST, M.Eng, PhD

NIDN

: 0030037203

Prodi/ Jurusan

: Teknik Mesin

Fakultas

: Teknik

Perguruan Tinggi

: Universitas Hasanuddin Makassar, 10 Januari 2015 Hormat kami,

Ketua Jurusan Mesin

Penulis

Universitas Hasanuddin

Ir. H. Baharuddin Mire, MT

Rafiuddin Syam, ST,M.ENg,PhD

NIP 195509141987021001

NIP 197203301995121001 Mengetahui,

Dekan Fakultas Teknik Unhas

Dr.-Ing Ir. Wahyu H. Piarah, MSME NIP: 196003021986091001.

i

Seri Buku Ajar Robotika: Kinematika dan Dinamika Robot Lengan

Oleh

Rafiuddin Syam, PhD

Diterbitkan oleh: Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin

ii

Judul: Buku Ajar Dasar Dasar Mobilr Robot Rafiuddin Syam ©2015, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Makassar Hak Cipta dilindungi oleh undang undang Diterbitkan pertama kali oleh Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Makassar 2015

ISBN:

iii

January 10, 2015

[KINEMATIKA DAN DINAMIKA ROBOT LENGAN]

Kata Pengantar Puji Syukur kepada Allah SWT atas Rahmat dan Hidayahnya, Shalawat kepada Nabi Muhammad SAW. Alhamdulillah buku ajar ini telah selesai disusun untuk keperluan pengajaran pada Jurusan Mesin Fakultas Teknik Unhas. Buku ini menjelaskan tentang Kinematika dan Dinamika Robot Lengan sebagai bagian dari Ilmu Robotika, Secara umum Imu Robotika ada dua macam yaitu Mobile Robot dan Manipulator Robot dengan tidak atau kombinasi keduanya. Penjelasan hingga contoh kasus dari manipulator robot dipaparkan dalam buku ini. Ada dua kasus yang diangkat dalam buku ajar ini yaitu: Mobile Manipulator sebagai robot penjinak bom untuk kasus loading and unloading, dan Robot Humanoid untuk kasus Robot Tari Pakkarena. Kedua kasus ini dipilih sehubungan dengan menunjang usaha pemerintah memberantas terosisme dan penanggulangan bencana yang diakibatkan oleh pengeboman, walaupun tidak menutup kemungkinan untuk dilaksanakn pada mitigasi bencana. Kemudian penulis memaparkan robot Tari Pakarena, untuk lebih memahami budaya Tarian Makassar melalui pemanfaatan robot humanoid. Selanjutnya kami mengucapkan terima kasih kepada Sdr. Randis, MT dan Sdr Ridho, ST yang telah banyak membantu dalam penyusunan buku ini. Serta seluruh Tim Robot Komunitas Jenbacher Jurusan Mesin Fakultas Teknik Unhas. Banyak kekurangan dalam buku ini, namun penulis tetap berharap ada manfaat yang bisa diperoleh pembaca. Waalaikum Salam Warahmatullahi Wabaraktuh Rafiuddin Syam, PhD Makassar, 10 Januari 2015

iv

January 10, 2015


Daftar Isi

Seri Buku Ajar Robotika:...................................................................................................................... ii Kata Pengantar ......................................................................................................................................iv Daftar Isi ............................................................................................................................................... v BAB I ................................................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN ................................................................................................................................ 1 Apakah robot manipulator itu?.......................................................................................................... 1 BAB II .................................................................................................................................................. 6 FUNGSI DAN JENIS JENIS MANIPULATOR ROBOT .................................................................... 6 2.1. Pendahuluan ............................................................................................................................... 6 2.2. Humanoid Robot ........................................................................................................................ 7 2.3. Robot Industri .......................................................................................................................... 12 A.

Robot Mengelas .................................................................................................................. 12

B.

Robot Pengecoran Logam ................................................................................................... 13

C.

Robot Painting .................................................................................................................... 13

2.4. Kinematika ............................................................................................................................... 15 Soal soal latihan .......................................................................................................................... 19 BAB III ............................................................................................................................................... 20 MOBILE MANIPULATOR ROBOT: Kasus Robot Penjinak Bom ................................................... 20 3.1. Pendahuluan ............................................................................................................................. 20 3.2. Kinematika Robot Manipulator ................................................................................................ 21 Kinematika Mobile Robot ........................................................................................................... 23 BAB IV ............................................................................................................................................... 31 HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena ......................... 31 4.1. Pengertian Humanoid Robot .................................................................................................... 31 4.2.

Tari Pakkarena .................................................................................................................... 33

4.3.

Humanoid Robot Tari ......................................................................................................... 33

v

January 10, 2015


1.

Sistem komnikasi humanoid robot ...................................................................................... 34

2.

Konstruksi Robot Humanoid Robot .................................................................................... 35

3.

Aktuator Motor DC ............................................................................................................. 35

4.

Pemrograman gerak robot ................................................................................................... 39

5.

Sistem Kendali Robot Pakkarena ........................................................................................ 40

6.

Kinematika Robot ............................................................................................................... 43

4.4.

Contoh Kasus Humanid Robot Tipe.................................................................................... 53

4.5.

Perhitungan untuk Humanoid Robot ................................................................................... 58

Daftar Pustaka ..................................................................................................................................... 76

vi

BAB I PENDAHULUAN

Apakah robot manipulator itu? Robot lengan atau yang lebih dikenal dengan Manipulator Robot adalah salah satu jenis robot yang paling banyak digunakan oleh masyarakat industri.

Ataupun sering dikatakan

sebaliknya sebuah robot manipulator industri umumnya sering disebut sebagai lengan robot, dengan link dan sendi. Manipulator robot yang meniru karakteristik lengan manusia disebutnjuga lengan diartikulasikan. Semua sendi mereka rotary (atau revolute). Walaupun demikian, gerakan diartikulasikan lengan robot berbeda dari gerakan lengan manusia. Sementara sendi robot memiliki derajat lebih sedikit kebebasan atau disebut derajat kebebasan atau Degree of Freedom (DOF),

manipulator robot dapat bergerak bebas

walaupun dari suatu sudut tertentu dengan kebebasan yang lebih disbanding manusia. Misalnya, siku dari robot diartikulasikan dapat menekuk ke atas atau bawah sedangkan seseorang hanya bisa menekuk siku mereka dalam satu arah selebihnya hanya pada posisi lengan lurus.

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | BAB I

1

January 10, 2015


Manipulator dikelompokkan ke dalam kelas sesuai dengan kombinasi sendi yang digunakan sesuai dalam konstruksi manipulator robot tersebut. Sebuah lengan geometri Cartesian (kadang-kadang disebut crane gantry) hanya menggunakan prismatik sendi, dan dapat mencapai posisi apapun di ruang kerja persegi panjang yang oleh gerakan Cartesian link. Dengan mengganti sendi pinggang lengan Cartesian dengan bersama revolute, lengan geometri silinder terbentuk.

Gambar 1.1. Gerakan Articulated Arm Dengan kombinasi rotasi dan translasi lengan robot ini bisa mencapai setiap titik di ruang kerja silindernya. Jika sendi bahu juga diganti dengan sendi revolute, hal ini berarti pada lengan terbentuk kutub geometri. Ruang kerja lengan ini menjadi setengah kulit bola, dan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | PENDAHULUAN

2

January 10, 2015


posisi end effector yang digambarkan dengan koordinat polar. Akhirnya, mengganti sendi siku dengan revolute hasil bersama dalam geometri revolute, atau lengan diartikulasikan. Ruang kerja dari lengan diartikulasikan adalah bola yang berdinding tebal namun dalam implementasi masih cukup rumit. Cangkang bagian luar adalah sebuah bola tunggal, yang bias saling berpotongan bola. Intinya, sebuah robot industri terdiri dari manipulator robot, power supply, dan pengendali. Manipulator robot dapat dibagi menjadi dua bagian, masing-masing dengan fungsi yang berbeda, yaitu: 

lengan dan tubuh - Lengan dan tubuh robot digunakan untuk memindahkan dan bagian posisi atau alat dalam are kerja. Mereka terbentuk dari tiga sendi yang terhubung.



Wrist - pergelangan tangan yang digunakan untuk mengarahkan bagian-bagian atau alat di lokasi kerja. Ini terdiri dari dua atau tiga sendi kompak.

Manipulator robot diciptakan dari urutan link dan kombinasi bersama. Link adalah anggota kaku yang menghubungkan sendi. Sumbu adalah komponen bergerak dari manipulator robot yang menyebabkan gerakan relatif antara link sebelum atau sesudahnya. Sendi mekanik yang digunakan untuk membangun robot lengan manipulator terdiri dari lima jenis utama. Dua dari sendi yang linear, di mana gerakan relatif antara link yang berdekatan adalah non-rotasi, dan tiga jenis rotary, gerakan relatif manipulator robot melibatkan rotasi antara link. Bagian lengan-dan-tubuh manipulator robot didasarkan pada salah satu dari empat konfigurasi. Setiap anatomi ini menyediakan area kerja yang berbeda dan cocok untuk aplikasi yang berbeda, seperti yang terlihat dibawah ini: Gantry - Robot ini memiliki sendi linear dan dipasang di atas kepala. Mereka juga disebut robot Cartesian dan bujursangkar. Cylindrical - Dinamakan untuk bentuk amplop kerjanya, robot anatomi silinder yang dibuat dari sendi linear yang terhubung ke basis rotary joint. Polar - Basis bersama robot polar memungkinkan untuk memutar dan sendi adalah kombinasi dari jenis putar dan linier. Ruang kerja yang dibuat oleh konfigurasi ini bulat. Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | PENDAHULUAN

3

January 10, 2015


Jointed-Arm - ini adalah konfigurasi robot paling populer industri. Lengan ini menghubungkan dengan sendi memutar, dan link di dalamnya terhubung dengan rotary sendi. Hal ini juga disebut robot diartikulasikan.

Gambar 2.2. Area kerja untuk robot manipulator ditinjai dari sisi geometri: (a) Cartesian

geometry; (b) cylindrical geometry ; (c) polar/spherical geometry; (d) revolute geometry/articulated arm, (sumber [McKerrow]).

Pada Gambar 2.2. terlihat area kerja dari robot manipulator, diperlihatkan dari sisi geometri dengan metode Cartesian Geometry.

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | PENDAHULUAN

4

January 10, 2015

[KINEMATIKA DAN DINAMIKA ROBOT LENGAN] Tabel 1.1 Perbandingan Configurasi

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | PENDAHULUAN

5

BAB II FUNGSI DAN JENIS JENIS MANIPULATOR ROBOT

2.1. Pendahuluan Pada bagian ini penulis menjelaskan jenis jenis dan fungsi dari manipulator robot. Secara umum hanya ada dua jenis robot yaitu mobile robot; yaotu robot yang bergerak dan berpindah tempat dan manipulator robot atau robot lengan atau robot yang tidak berpindah tempat atau statik posisi. Tujuan ambisius telah ditetapkan untuk robotika humanoid masa depan. Mereka diharapkan dapat menjadi sahabat dan asisten bagi manusia dalam kehidupan sehari-hari dan sebagai pembantu utama dalam bencana buatan manusia dan alam. Pada tahun 2050, sebuah tim dari humanoid robot pemain sepak bola harus menang melawan pemenang Piala Dunia terbaru. DARPA mengumumkan baru-baru ini Grand Challenge berikutnya dalam robotika: membangun robot yang melakukan hal-hal seperti manusia di dunia yang dibuat untuk manusia.

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | BAB II

6

January 10, 2015


Kemajuan telah dibuat dalam penelitian humanoid mengakibatkan sejumlah robot humanoid mampu bergerak dan melakukan tugas-tugas yang dirancang dengan baik. Selama satu dekade terakhir dalam penelitian humanoid, dalam majalah spektrum IEEE ikut mendorong ilmu pengetahuan dan teknologi telah muncul yang mengarah ke pengembangan sistem mekatronika humanoid yang sangat maju diperkaya dengan kemampuan sensorimotor dan sistem kompleks. Ada hal yang penting untuk kemajuan humanoid robot yaitu produksi untuk robot ini. Dari data yang ada, banyak inovasi teknis dan hasil yang luar biasa oleh universitas, lembaga penelitian dan perusahaan yang terlihat.

2.2. Humanoid Robot Robot Humanoid atau robot yang mirip dengan manusia merupakan bidang penelitian yang cukup menantang, para peneliti didunia memberikan perhatian yang signifikanselama beberapa tahun terakhir dan akan memerankan peran utama dalam penelitian dalam banyak aplikasi dari abad ini. Terlepas dari area aplikasi, salah satu masalah umum ditangani dalam robotika humanoid adalah pemahaman pengolahan informasi manusia-seperti dan mekanisme yang mendasari otak manusia dalam berhubungan dengan dunia nyata.

Gambar 2.1. Humanoid robot melakukan salah satu tugas manusia Pada bagian ini penulis akan memperlihatkan beberapa data terbaru untuk robot humanoid, seperti yang terlihat dibawah ini:

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | FUNGSI DAN JENIS JENIS MANIPULATOR ROBOT

7

January 10, 2015



8

January 10, 2015


Gambar diatas merupakan final lomba robot Darpa (Defense Advanced Research Projects Agency), yang diliput oleh majalah ilmiah Spektrum IEEE. Sedang pada bagian lain pembaca dapat memperhatikan beberapa humanoid robot yang ikut berkompetisi dimana humanoid robot untuk melakukan tugas seperti manusia.

Gambar 2.2. Salah satu finalis lomba humanoid robot sedunia (Darpa Robotics Challenge)

Pada gambar 2.2, terlihat robot dalam finalis Darpa sedunia yang berlangsung di Amerika Serikat. Perlombaan robot ini berhadiah total USD 4.5 atau sekitar 60 Miliar Rupiah. Jumlah hadiah yang sangat besar jika dibandingkan dengan hadiah ditanah air, yaitu Kontes Robot Indonesia yang berhadiah jauh lebih sedikit.

Gambar 2.3. TROOPER Robot pada Lockheed Martin Advanced Technology Laboratories


9

January 10, 2015


Gambar 2.4. Beberapa gerakan humanoid robot dalam melakukan tugas manusia Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | FUNGSI DAN JENIS JENIS MANIPULATOR ROBOT

10

January 10, 2015


Gambar 2.5. Robot Leo dari Boston Dynamics Laboratory, Pada Gambar 2.5. terlihat robot Leo dari Boston Dynamic University, dengan tinggi seperti manusia dapat melakukan gerakan yang cukup lengkap, sedang melakukan kegiatan mirip dengan manusia. Robot Leo masih terlihat seperti mesin robot, dengan jari yang berjumlah 3 (tiga) tiap lengan.

Gambar 2.6. humanoid Robot dari Dynamics Laboratory, Oregon University Sedangkan pada gambar 2.6., terlihat Humnoid robot dari dynamics laboratory, Oregon University, memiliki kesetimbangan yang sangat baik. Robot ini dapat menerima gangguan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | FUNGSI DAN JENIS JENIS MANIPULATOR ROBOT

11

January 10, 2015


dari luar, misalnya ketika berjalan dan bersenggolan dengan orang masih tetap dapat menjaga keseimbangannya sendiri. 2.3. Robot Industri Robot industry atau manipulator robot atau robot lengan A. Robot Mengelas Robot pengelasan adalah penggunaan alat diprogram mekanik (robot), yang benarbenar mengotomatisasi proses pengelasan yaitu pengelasan dan penanganan bagian. Proses seperti gas metal arc welding, sementara sering otomatis, tidak selalu setara dengan robot las, karena operator manusia terkadang mempersiapkan bahan yang akan dilas. Robot pengelasan umumnya digunakan untuk pengelasan resistansi spot dan las busur dalam aplikasi produksi yang tinggi, seperti industri untuk industry otomotif.

Gambar 2.7 Robot Pengelasan dari Fanuc Industry Seperti terlihat pada Gambar 2.8, Welding Robot hasil produksi Yaskwa Jepang. Dari hasil penelusuran diwebsite (http://www.motoman.com) dijelaskan bahwa perusahaan Yaskawa Motoman adalah perusahaan yang bergerak dalam pengelasan robot didunia, dengan otomatis pengalaman pertama industri pengelasan seperti dipatenkan beberapa kontrol

robot. Konsep

yaskawa

adalah terintegrasi

through-the-arm kabel

meningkatkan akurasi las, meningkatkan akses obor dan mengurangi downtime.


12

January 10, 2015


Perusahan Motoman Yaskawa memproduksi utama busur MA-seri robot dengan kinerja yang bagus.

Gambar 2.8. Robot Pengelasan Yasukawa Motoman B. Robot Pengecoran Logam Perusahaan FANUC Amerika menawarkan Pengecoran Logam dan Die Casting Foundries berbagai solusi robot hemat biaya dan fleksibel dirancang khusus untuk berbagai aplikasi, termasuk: 

Casting Ekstraksi



Core Assembly dan Pengaturan



Die Spray Cooling dan Pelumas



Dross Skimming



Molten Metal ladling



Quench, De-gate or Trim Press Load/Unload

C. Robot Painting Menurut Wikipedia online, Robot Pengcatan telah digunakan selama puluhan tahun dalam aplikasi cat otomotif dari versi hidrolik pertama – sebagai catatan jenis robot ini masih digunakan hingga hari ini, tapi memiliki kualitas yang rendah dan keamanan


13

January 10, 2015


perlu dikipirkan untuk penambahan elektronik terbaru. Robot terbaru yang akurat dan memberikan hasil dengan film seragam membangun dan ketebalan yang tepat.

Gambar 2.9. Robot Pengecatan produksi Kawasaki Dalam aplikasi mempbuat lukisan otomatis membutuhkan peralatan khusus untuk mencapai kualitas cat finish akurat dan konsisten. Peralatan khusus ini termasuk robot lengan, semprot aplikator, pompa roda gigi, manifold perubahan warna, katup solenoid, transduser dan regulator tekanan, untuk beberapa nama. Salah satu perusahaan yang mengembangkan robot industry adalah Kawasaki. Perusahaan ini menyediakan berbagai teknologi untuk memecahkan tantangan yang berkaitan dengan pencapaian kualitas cat finish konsisten premium.

Gambar 2.10 Paint Servo Shuttle Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | FUNGSI DAN JENIS JENIS MANIPULATOR ROBOT

14

January 10, 2015


Perusahaan Kawasaki Jepang ini telah mengembangkan servo-controlled untuk posisi dari bagian produk yang dapat dengan mudah dimasukkan ke dalam sistem painting. Enam posisi bagian produk yang berbeda dalam gerakan serta kapasitas benda kerja yang tersedia. Masing-masing produk ini digerakkan oleh motor servo yang dikendalikan sebagai sumbu eksternal dengan kontroler robot. Kawasaki peripheral cat servo yang tercantum di bawah ini semua sistemnya aman dan bertekanan, cocok untuk booth cat.

Gambar 2.11 Paint servo twister

2.4. Kinematika Pada industri yang sebenarnya, manipulator robot adalah mesin yang sangat canggih menunjukkan tinggi presisi dan pekerjaan yang berulang. Umumnya, manipulator robot memiliki payload, area kerja menengah (16 sampai 20 kg dari payload) dan dapat elakukan pekerjaan berulang hingga presisi 0,1 mm, untuk robot kecil menunjukkan kinerja yang lebih baik (sampai 0,01 mm).


15

January 10, 2015


Cylicdrical

Cartesian

Polar

Revolution

Scara

Gambar 2.12 Tipe Manipulator Robot Dalam mendisain pergelangan robot terdapat dua konfigurasi yaitu: 1. pitch-yaw-roll (XYZ) seperti lengan manusia 2. roll-pitch-roll (ZYZ) atau pergelangan bola

roll-pitch-rolll (ZYZ) or spherical Wrist

p i t c h - y a w - r o l l (YXZ)

Gambar 2.13 Wrist design configurations Pergelangan bola adalah sambungan yang paling populer karena secara mekanik sederhana untuk menerapkan. Namun demikian, hal itu menunjukkan konfigurasi tunggal yang dapat diidentifikasi dan akibatnya dihindari ketika beroperasi dengan robot.


16

January 10, 2015


Robot industri adalah pada dasarnya disusun oleh link rigid, dihubungkan secara seri dengan sendi (biasanya enam sendi), dimana salah satu ujung tetap (dasar) dan sambungan yang lain bebas bergerak dan berguna untuk melakukan pekerjaan ketika pada posisi yang benar pada bagian ujung atau dikenal dengan end-effector.

Gambar 2.14. Robot Industri produksi ABB, IRB 1400 Pada Gambar 2.14 terlihat robot indsutri yang diproduksi oleh ABB German dengan kode produk IRB1400. Untuk hasil perhitungan DH Paramenter dapat dilihat pada table dibawah ini: Tabel 2. DH Parameter untuk IRB 4100


17

January 10, 2015


Tabel 2. Workspace dan kecepatan maksimum untuk IRB1400

Pada Gambar diperlihatkan tabel sebagai respresentasi robot manipulator system sumbu (axis lines) dan system koordinat. The Denavit-Hartenberg parameters, jangkauan sambungan dan batas kecepatan yang diperlihatkan pada tabel 2.

Gambar 2.15. Sistem koordinat Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | FUNGSI DAN JENIS JENIS MANIPULATOR ROBOT

18

January 10, 2015


Soal soal latihan 1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan robot humanoid? Berikan contoh contoh 2. Jelaskan pula apa yang dimaksud dengan robot industry? Berikan pula contoh contohnya. 3. Buatlah dengan sketsa sederhana tentang robot industry dan humaoin robot, berikanlah penjelasan akan fungsi dari robot robot yang dibuat.


19

January 10, 2015


BAB III MOBILE MANIPULATOR ROBOT: Kasus Robot Penjinak Bom

3.1. Pendahuluan Aksi terorisme yang terjadi belakangan ini semakin meningkat terutama di indonesia. Jenis bom yang digunakan juga sudah bervariasi, mulai dari jenis bom dengan daya rendah sampai dengan penggunaan bom dengan daya ledak yang cukup besar seperti: bom Bali pada tahun 2002, bom di JW Marriot pada tahun 2003, bom di depan kedutaan besar Australia pada tahun 2004 dan bom Bali II pada tahun 2005, dan yang terakhir bom solo pada tahun 2012 [1]. Bahkan aksi terorisme berupa bom ini tidak hanya terjadi di kota-kota besar akan tetapi sudah merambah ke perkampungan dan pedesaan. Salah satu langkah untuk mengurangi terjadinya ledakan bom adalah menjinakkan bom tersebut. Namun pekerjaan menjinakkan bom adalah salah satu pekerjaan yang memiliki resiko tinggi [2] Sewaktu-waktu bom tersebut dapat meledak, sebagaimana peristiwa bom

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | BAB III

20

January 10, 2015


buku yang memakan korban seorang anggota polisi [3]. Oleh karena itu untuk mengurangi resiko jatuhnya korban jiwa diperlukan sebuah alat yang dapat menggantikan tugas manusia. Salah satu hal yang dapat dibuat untuk menggantikan tugas manusia dalam pelaksanaan tugas tersebut adalah Robot. Robot yang sering digunakan untuk pelaksanaan penjinak bom adalah jenis dari security robot . Security robot yang paling sering digunakan untuk menjinakkan bom adalah mobile robot yang dilengkapi lengan manipulator dengan gripper diujungnya yang berfungsi untuk memindahkan bom tersebut ke tempat yang aman untuk dijinakkan [4]. Pada prinsipnya robot penjinak bom ini sama dengan security robot yaitu gabungan antara mobile robot dan manipulator robot. Mobile robot merupakan base dari sistem ini. Sedangkan manipulator robot diletakkan dibagian atas dari base, yang berfungsi mirip lengan manusia. Problem yang muncul saat ini adalah belum adanya robot penjinak bom dengan harga yang terjangkau dengan kemampuan yang menjanjikan. Robot penjinak bom yang sering digunakan untuk pertahanan keamanan di indonesian adalah robot penjinak bom dari amerika yang memiliki harga yang sangat tinggi [5]. Sedangkan apabila dibandingkan dengan mendesain dan membuat robot penjinak bom sendiri kita dapat menggunakan biaya yang lebih murah tetapi fungsi yang sama, sehingga dapat menghemat pengeluaran negara dalam bidang pertahanan dan keamanan. Pada penelitian sebelumya, digunakan robot penjinak bom dengan menggunakan manipulator 4-Joint (DOF) yang didapat dengan metode DH Parameter dengan sistem kontrol berbasis wireless, dengan kontrol cukup baik untuk mengarahkan robot path (lintasan) yang telah ditentukan [6]. Untuk itu penulis tertarik untuk mendesain suatu robot. Dalam hal ini adalah robot penjinak bom dengan menggunakan manipulator 5-Joint (DOF) yang dapat membantu manusia dalam menjinakkan bom demi mengurangi jatuhnya korban jiwa. Selain itu diharapkan dengan diciptakannya robot ini dapat menghemat pengeluaran negara dalam pembelian robot penjinak bom yang sangat mahal.

3.2. Kinematika Robot Manipulator Analisis persamaan kinematik dapat diselesaikan dengan Metoda Denenvit-Hartenberg Parameters (DH Parameter). Suatu cara khas representasi analisa hubungan gerak rotasi dan translasi antara lengan-lengan yang terhubung dalam suatu manipulator telah diperkenalkan oleh Denenvit dan Hartenberg [7]. Meskipun telah lima dasawarsa yang lalu, metoda ini Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | MOBILE MANIPULATOR ROBOT: Kasus Robot Penjinak Bom

21

January 10, 2015


masih banyak digunakan utamanya untuk pemograman robot-robot manipulator di industri. Mereka memperkenalkan suatu metoda yang berguna untuk menetapkan suatu sistem koordinat berorientasi body untuk setiap link/lengan yang terhubung dalam suatu struktur hubungan seperti rantai.

Gambar 1. Parameter Denenvit-Hartenbeg [7] Prinsip dasar representasi D-H Parameter adalah melakukan transformasi koordinat antara dua link yang berdekatan. Hasilnya adalah suatu matrix (4 x 4) yang menyatakan system koordinat dari suatu link dengan link yang terhubung pada pangkalnya (link sebelumnya). Dalam konfigurasi serial, koordinat (ujung) link-1 dihitung berdasarkan sendi-0 atau sendi pada tubuh robot. Sistem koordinat link-2 dihitung berdasarkan posisi sendi-1 yang berada di ujung link-1 dengan mengasumsikan link-1 adalah basis gerakan link-2. demikian seterusnya, link-3 dihitung berdasarkan link-2, hingga link ke-(n) dihitung berdasarkan link ke-(n-1). Dengan cara ini maka tiap langkah perhitungan atau transformasi hanya melibatkan sistem 1 DOF saja. Terakhir, posisi koordinat tangan atau posisi ujung robot (end effector) akan dapat diketahui. Representasi DH Parameter menggunakan 4 buah parameter, yaitu θ, α, d dan a. untuk robot dengan n-DOF maka keempat parameter itu ditentukan hingga yang ke-n. Batasan-batasan dari Parameters Denenvit-Harten berg adalah : 𝑎𝑖 =Jarak dari 𝑍̂𝑖 ke 𝑍̂𝑖+1 diukur sepanjang 𝑋̂𝑖 , 𝛼𝑖 =Sudut antara 𝑍̂𝑖 ke 𝑍̂𝑖+1 diukur sekitar 𝑋̂𝑖 , 𝑑𝑖 =Jarak dari 𝑋̂𝑖−1 ke 𝑋̂𝑖 diukur sepanjang 𝑍̂𝑖 , 𝜃=Sudut antara 𝑋̂𝑖−1 ke 𝑋̂𝑖 diukur sekitar 𝑍̂𝑖 . Aplikasi perhitungan DH parameter dapat kita lihat pada Manipulator Tiga Sendi. Rumus umum adalah : Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | MOBILE MANIPULATOR ROBOT: Kasus Robot Penjinak Bom

22

January 10, 2015


𝑐𝜃𝑖 𝑠𝜃𝑖 𝑐𝛼𝑖−1 𝑖−1 𝑖𝑇 = [ 𝑠𝜃𝑖 𝑠𝛼𝑖−1 0

−𝑠𝜃𝑖 𝑐𝜃𝑖 𝑐𝛼𝑖−1 𝑐𝜃𝑖 𝑠𝛼𝑖−1 0

0 −𝑠𝛼𝑖−1 𝑐𝛼𝑖−1 0

𝛼𝑖−1 −𝑠𝛼𝑖−1 𝑑𝑖 ] 𝑐𝛼𝑖−1 𝑑𝑖 1

(3.1)

Kinematika Mobile Robot Mobile robot berarti robot yang dapat bergerak ke tempat lain, dengan jarak yang agak jauh. Mobile robot banyak digunakan pada aplikasi pertahanan dan keamanan, dan penjelajahan lingkungan yang ekstrim. Rescue robot dari International Rescue System Institute (IRS) merupakan salah satu mobile robot yang dipergunakan untuk keperluan SAR (Search and Rescue), khususnya pada bangunan yang mengalami kerusakan akibat gempa bumi dan ledakan. Robot ini dikendalikan oleh seorang operator. Mobile robot dengan operator oriented adalah pengenalan gerakan dari robot yang membutuhkan seorang operator. Jadi seluruh gerakan robot untuk memindahkan tubuhnya tergantung dari instruksi yang diberikan oleh seorang operator. Sistem ini lebih banyak dipakai untuk aplikasi dilapangan, dibandingkan sistem full otomatik, disebabkan oleh keadaan lingkungan yang tidak dapat ditebak. Contoh aplikasi yang lain dapat dijumpai dalam peralatan militer. Robot penjinak bom (bomb disposal robot) justru dianggap lebih aman jika dikendalikan oleh operator. Setidaknya hingga sekarang, masih belum dijumpai robot penjinak bom yang sepenuhnya dapat bergerak secara otomatis. Alasannya adalah bahwa penggunaan robot otomatis dapat lebih mencelakakan jika robot gagal berfungsi dan dapat bertindak liar. Mobile Robot adalah konstruksi robot yang ciri khasnya mempunyai aktuator berupa roda untuk menggerakkan keseluruhan badan robot tersebut, sehingga robot tersebut dapat melakukan perpindahan posisi dari satu titik ke titik yang lain. Secara umum, mobile robot terdiri atas komponen mekanik dan komponen elektronik. Komponen mekanik terdiri atas motor penggerak yang dihubungkan ke poros roda (Wheel robot), Tracking Wheel (robot yang menggunakan sabuk atau belt) dan mekanisme rangka. Sedangkan untuk komponen elektronik terdiri atas baterai, sensor dan kontroler. Baterai sebagai sumber tenaga, sensor yang bertugas mendeteksi (hasil) gerakan atau fenomena lingkungan yang diperlukan oleh sistem kontroler yaitu software yang berisi program kemudi.

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | MOBILE MANIPULATOR ROBOT: Kasus Robot Penjinak Bom

23

January 10, 2015


Mobile robot yang dimaksud disini ialah mobile robot berpenggerak dua roda kirikanan yang dikemudikan terpisah (Differentially Driven Mobile Robot, disingkat DDMR). Pada gambar 2, Robot diasumsikan berada dalam kawasan 2D pada koordinat Cartesian XY.

Gambar 2. DDMR pada medan 2D cartesian [8] Parameter-parameter dalam gambar dapat disefinisikan sebagai  = sudut arah hadap robot, 2b = lebar robot yang diukur dari garis tengah roda ke roda, jari-jari r roda (roda kiri dan kanan adalah sama dan sebangun), jarak antara titik tengah d antara 2 roda, G dengan titik acuan F, koordinat (x,y) acuan di tubuh robot terhadap sumbu XY. Dalam kajian kinematik ini robot diasumsikan bergerak relatif pelan dan roda tidak slip terhadap permukaan jalan. Maka komponen x dan y dapat dieksperesikan dalam suatu persamaan nonholonomic sebagai berikut : 𝑥̇ 𝐺 sin 𝜑 − 𝑦̇ 𝐺 cos 𝜑 = 0

(3.2)

Untuk titik F sebagai acuan analisa, persamaan di atas dapat ditulis, 𝑥̇ 𝐺 sin 𝜑 − 𝑦̇ 𝐺 cos 𝜑 + 𝜑̇ 𝑑 = 0

(3.3)

Masalah klasik dalam kontrol kinematik DDMR ini adalah bahwa ia memiliki dua aktuator, namun parameter kontrolnya lebih dari dua, yaitu x untuk gerakan ke arah X (1 DOF). Inilah ciri khas dari sistem nonholonomic.


24

January 10, 2015


Dari persamaan (3) nampak bahwa derajat kebebasan dalam kontrol kinematiknya berjumlah tiga, yaitu (x,y,) karena ketiga parameter ini perlu dikontrol secara simultan untuk mendapatkan gerakan nonholonomic. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 3, di bawah. Perpindahan kedudukan robot dari STAR ke STOP bila dipandang pada titik G adalah perpindahan dari koordinat Gambar 5. Gambar tampak dan isometri (𝑥𝐺1 , 𝑦𝐺1 ) ke (𝑥𝐺2 , 𝑦𝐺2 ) secara translasi. Namun hal ini tidak dapat dilakukan sebab robot harus dikontrol agar bergerak maju, sehingga ia harus membuat manuver belok membentuk lingkaran terlebih hingga pada posisi yang memungkinkan untuk mengarahkannya ke koordinat (𝑥𝐺2 , 𝑦𝐺2 ). Oleh karena itu diperlukan titik acuan F yang berada di luar garis yang menghubungkan kedua roda agar sudut hadap dapat dihitung. Bentuk umum persamaan kinematik untuk DDMR ini dapat dinyatakan dalam persamaan kecepatan sebagai berikut: (3.4)

𝑞̇ (𝑡) = 𝑇𝑁𝐻 (𝑞)𝜃̇ (𝑡) dimana sistem koordinat umum robot 𝑞̇ , 𝑞̇ =[𝑥𝐹 , 𝑦𝐹 , 𝜑

]𝑇

atau

𝑥𝐹 𝑦 𝑞̇ = [ 𝐹 ] 𝜑

sedang, kecepatan radial 𝜃̇ (𝑣 =Kecepatan linier dan 𝜔 = Kecepatan sudut) dan Matriks transformasi nonholonomic 𝑇𝑁𝐻 , diperoleh 𝜃̇ =[𝑣, 𝜔]𝑇 atau

𝑣 𝜃̇ = [ ] 𝜔

Gambar 4. Model Robot Penjinak Bom dengan gripper Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | MOBILE MANIPULATOR ROBOT: Kasus Robot Penjinak Bom

25

January 10, 2015


Pelaksanaan penelitian ini meliputi menggambar desain robot penjinak bom dengan menggunakan program autocad, membuat persamaan kinematik dan dinamika dari robot penjinak bom, kemudian melakukan simulasi pada program Matlab, Merakit system mekanik dari Robot penjinak bom sesuai dengan gambar dan rancangan yang telah di buat. Selanjutnya untuk system elektrik, membuat program penggerak motor berdasarkan nilainilai yang telah diperoleh sebelumnya dari pengujian dikomputer, selanjutnya di download ke mikrokontroler. Pada gambar 4, terlihat model dari robot penjinak bom. Jenis roda menggunakan tracking dan terdapat manipulator dengan 5 DOF.

Gambar 5. Isometri dari Model Robot Penjinak Bom, Dari data yang diperoleh dan hasil perhitungan kinematika manipulator, diperoleh θ 1 47,5003˚, θ2 = 226,9114˚, θ3 = 85,5884˚. Penelitian ini memperlihatkan nilai untuk kinematika manipulator dan kinematika mobile robot, analisis persamaan kinematik dengan menerapakan persamaan DH parameter di perlihatkan pada tabel 1.


26


January 10, 2015

Dengan menerapakan rumus (1), diperoleh tabel DH parameter 5 derajat kebebasan [9]. Dari tabel dibawah ini, akan di peroleh transformasi matriks untuk sumbu 1 sampai dengan sumbu 5. Tabel 1: DH parameter 5 derajat kebebasan I

𝛼𝒊−𝒍

𝑎𝒊−𝒍

𝑑𝒊

𝜃𝒊

1

0

0

0

47,5003

2

0

0,185

0

226,9114

3

0

0,18

0

85,5884

4

0

0,097

0

90

5

90

0,05

0

0

0 0 1 0

0 0 ] 0 1

Transformasi matriks untuk Sumbu 1 ( 𝟎𝟏T) 0,676 0,737 𝟎 𝟏T = [ 0 0

−0,737 0,676 0 0

(3.5)

Transformasi matriks untuk Sumbu 2 ( 𝟏𝟐T) −0,683 0,73 0 −0,73 −0,683 0 𝟏 𝟐T = [ 0 0 1 0 0 0

0,185 0 ] 0 1

(3.6)

Transformasi matriks untuk Sumbu 3 ( 𝟐𝟑T) 0,077 0.997 𝟐 𝟑T = [ 0 0

−0.997 0,077 0 0

0 0,18 0 0 ] 1 0 0 1

(3.7)

Transformasi matriks untuk Sumbu 4( 𝟑𝟒T) 0 −1 0 0,097 1 0 0 0 𝟑 ] 𝟒T = [ 0 0 1 0 0 0 0 1

(3.8)

Transformasi matriks untuk Sumbu 5( 𝟒𝟓T)


27


January 10, 2015

1 0 𝟒 𝟓T = [ 0 0

0 0 0,05 0 −1 0 ] 1 0 0 0 0 1

(3.9)

Setelah memperoleh nilai transformasi matriks untuk setiap sumbu, selanjutnya dilakukan perkalian matriks untuk mendapatkan nilai dari kinematika manipulator. Sehingga diperoleh: 𝟎 𝟓T

−0,707 0,707 =[ 0 0

0 0,707 3,021 0 0,707 2,564 ] 1 0 3,65 0 0 1

(3.10)

Untuk rumusan inverse kinematika : L1 = 0.42, L2 = 0.21 x3 = 0.29990, y3 = 0.10028 x2 = 0.28375, y2 = 0.30966 Untuk menentukan Sudut θ2 cos θ2= (x3²+ y3² - L1² - L2²)/(2L1 L2) sin θ2= √(1 - cos θ2²) θ2= atan2(sin θ2, cos θ2) θ2= θ2 x 180/π berasa pada Kuadran 2 θ2= 180 + (180 - θ2) berada pada Kuadran 3 θ2= 2.3228˚, θ2= 133.0886˚, θ2= 226.9114˚ Menentukan Sudut θ1 k1 = (L1 + L2xcosd(θ2)) k2 = L2xsind(θ2) θ1= atan2(y3,x3) - atan2(k2,k1) θ1= θ1x180/π = θ1= 47.5003˚ Menentukan Sudut θ3 x5 = 0.57990; L3 = 0.08;

L4 = 0.2;

kemudian menggunakan langkah sebagai berikut: cos𝜋= (x5 - L2cosd(θ1+ θ2) - L1cosd(θ1))/(L3 + L4) Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | MOBILE MANIPULATOR ROBOT: Kasus Robot Penjinak Bom

28

January 10, 2015


phi = acosd(cosπ) + 360 θ3= π - θ1- θ2 = 85.5884 Analisa Kinematika Mobile robot Untuk menganalisa kinematika dari mobile robot Data-data yang diperoleh untuk perhitungan kecepatan sebagai berikut: Tabel 1. Parameter mobile robot Parameter 2b

r

d

Nilai

0,06

0,73

0,29

𝜃 45o

𝜃̇ 𝐿 = 𝜃̇ 𝑅 = 400 𝑟𝑝𝑚 = 13,33 𝜋 rad/s 𝜃̈ = 𝜃̇ 2 . 𝑟 = 13,332 . 0,06 = 10,66 𝜋 2 𝑟𝑎𝑑/𝑠 2 Bentuk umum persamaan kinematika mobile [8], maka diperoleh hasil sebagai berikut : 𝑥̇ [𝑦̇ ] 𝜃̇

=

5,932 𝜋 [ 10,155𝜋] 13,33𝜋

Sedangkan data diperoleh untuk percepatan, parameter yang digunakan dapat dilihat pada tabel 1, sebagai berikut: 𝜃̇ 𝐿 = 𝜃̇ 𝑅 = 400 𝑟𝑝𝑚 = 13,33 𝜋 rad/s 𝜃̈ = 𝜃̇ 2 . 𝑟 = 13,332 . 0,06 = 10,66 𝜋 2 𝑟𝑎𝑑/𝑠 2 𝑥̈ 𝐹 [𝑦̈ 𝐹 ] 𝜃̈

=

−15,07 [ −5,59 ] 10,66

Simuasi pada Program matlab Formulasi dari hasil perhitungan kinematika manipulator selanjutnya di Simulasi pada proram matlab. Pada gambar 6 ditunjukkan simulasi pergerakan lengan pada program matlab dengan perubahan sudut pada θ1, θ2, θ3, simulasi berjalan dengan baik sesuai dengan hasil formula perhitungan kinematika manipulator dan mobile manipulator yang telah di hitung sebelumnya. Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | MOBILE MANIPULATOR ROBOT: Kasus Robot Penjinak Bom

29

January 10, 2015


Dari hasil yang dicapai pada ulasan diatas makan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Persamaan Kinematika untuk robot lengan dapat diturunkan dengan menggunakan metode DH parameter. 2. Simulasi pada proram matlab berjalan dengan baik sesuai dengan hasil formula perhitungan kinematika manipulator dan mobile manipulator yang telah di hitung sebelumnya. 3. Pengujian dengan medan yang tidak teratur berhasil dilakukan dengan kecepatan rata-rata 0,3 m/s.

3 2.5 2

sumbu y

1.5 1 0.5 0 -0.5 -1 5

4

3

2 sumbu x

1

0

-1

-1

0

1

2

sumbu z

Gambar 6. Simulasi dangan Matlab untuk mnaipulator


30

January 10, 2015


BAB IV HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

Pada bagian ini penulis akan menjelaskan salah satu jenis dari manipulator robot yaitu Humanid Robot untuk kasus Robot Seni dengan nama robot tari pakarena. Beberapa pengertian dan jenis jenis humanoid robot diperkenalkan pula pada bab ini. Pembahasan mengenai kinematika dan dinamika robot lengan diperlihatkan pada bab ini.

4.1. Pengertian Humanoid Robot Dilihat dari unsur pembentuk katanya, robot humanoid terdiri dari kata robot dan humanoid. Definisi robot adalah perangkat cerdas mekanik atau virtual yang dapat melakukan tugas secara otomatis atau dengan bimbingan. Sedangkan definisi humanoid adalah segala sesuatu yang memiliki struktur menyerupai manusia. Maka robot humanoid dapat didefinisikan sebagai sebuah perangkat cerdas mekanik atau virtual yang memiliki bentuk dan sejumlah karakteristik menyerupai manusia baik secara keseluruhan struktur maupun pergerakan yang dapat melakukan tugas secara otomatis atau dengan bimbingan (Pramono Eko A. 2007).

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | BAB IV

31

January 10, 2015


Secara umum robot humanoid memiliki tubuh dengan kepala, dua buah lengan dan dua kaki, meskipun ada pula beberapa bentuk robot humanoid yang hanya berupa sebagian dari tubuh manusia, misalnya dari pinggang ke atas. Beberapa robot humanoid juga memiliki wajah, lengkap dengan mata dan mulut. Robot humanoid digunakan sebagai alat riset pada beberapa area ilmu pengetahuan. Periset perlu mengetahui struktur dan perilaku tubuh manusia (biomekanik) agar dapat membangun dan mempelajari robot humanoid. Di sisi lain, upaya mensimulasikan tubuh manusia mengarahkan pada pemahaman yang lebih baik mengenai hal tersebut. Kognisi manusia adalah bidang studi yang berfokus kepada bagaimana manusia belajar melalui informasi sensori dalam rangka memperoleh keterampilan persepsi dan motorik. Pengetahuan ini digunakan untuk mengembangkan model komputasi dari perilaku manusia dan hal ini telah berkembang terus sepanjang waktu.

Gambar 4.1. asimo robot humanoid buatan honda sumber : www.wikipedia.org Sensor merupakan alat yang dapat mengukur beberapa atribut dan merupakan salah satu dari tiga primitif dari robotika (disamping perencanaan dan pengendalian). Sensor dapat digolongkan berdasarkan proses fisik dengan apa yang mereka kerjakan atau berdasarkan kepada jenis informasi pengukuran yang mereka berikan sebagai keluaran. Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

32

January 10, 2015


Aktuator merupakan motor yang bertanggungjawab untuk gerakan pada robot. Robot humanoid dibangun sedemikian rupa agar mereka mirip dengan tubuh manusia, maka mereka juga mempergunakan aktuator yang berlaku seperti otot dan sendi, meskipun dengan struktur yang berbeda. Agar dapat mencapai efek yang sama dengan gerakan manusia, robot humanoid terutama menggunakan aktuator rotari. Mereka dapat berupa elektrik, pneumatik, hidraulik, piezoelektrik, atau ultrasonik. (Kenji Kaneko. 2002) 4.2.Tari Pakkarena Tarian Pakarena adalah seni budaya yang dimiliki rakyat Gowa, Sulawesi Selatan. Tarian ini sering dipertontonkan dalam acara khusus, termasuk pagelaranpagelaran yang dilakukan di Makassar. Dalam bahasa setempat pakarena berasal dari kata “karena” yang artinya “main”. Tarian Pakarena ini diiringi dengan tetabuhan yang disebut dengan Gandrang Pakarena. Hentakan musiknya bergemuruh dan jika dilihat selintas tidak seiring dengan gerakan para penarinya. Gandrang Pakarena dimainkan oleh kaum pria. Komposisi dari sejumlah alat musik tradisional ini biasanya dimainkan oleh 7 orang ini dikenal dengan Gondrong Rinci. (Yustitia. 2013)

Gambar 4.2. Tarian Pakkarena sumber : www.panduanwisata.id (2015) 4.3.Humanoid Robot Tari Humanoid robot tari adalah salah satu jenis robot humanoid yang di desain khusus untuk melakukan gerakan tarian tradisional maupun tarian modern. Salah satu robot yang Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

33

January 10, 2015


di desain khusus untuk menari adalah robot NAO (NOW) buatan Aldebaran Robotics, Prancis. Nao pertama kali di luncurkan ke pasar pada tahun 2011, namun karena harga yang sangat tinggi Nao kurang diminati di pasar Indonesia. Nao sendiri memiliki 21 sampai 25 derajat kebebasan tergantung pada tipe saat pemesanan. (Anonim. 2014)

Robot humanoid yang akan kami gunakan pada penelitian ini yaitu robot humanoid produksi ROBOTIS, yaitu Bioloid Premium Kit. Dimana robot tersebut dimodifikasi sedemikian rupa agar dapat melakukan tari pakkarena layaknya seperti yang dilakukan oleh seorang penari. Setiap frame body robot terbuat dari plastik engineer. Setiap frame body sudah dirancang sedemikian rupa sehingga mudah untuk pemasangan pada berbagai model dan sangat cocok dengan servo dynamixelnya. Tiap servo dynamixel memiliki lubang begitupun juga frame body untuk memudahkan pemasangan baut dan mur, yang melekatkan dynamixel pada frame body. 1. Sistem komnikasi humanoid robot

Gambar 4.3. Skema hubungan aktuator dengan CM-530 Sumber : Paul C, Yokoi H, Matsushita K (2005) Komponen ini merupakan komponen utama dari robot yang sekaligus sebagai otak dari robot yaitu CM 530 (ARM Cortex M3 / 32bit) dengan STM32F103RE. Tegangan kerja yang digunakan adalah 6,5V – 15V, tegangan yang paling baik adalah 11,1V. Arus maksimal yang diterima mencapai 10A, suhu kerja berkisar antara -5 sampai 70°C. Fungsi utama dari CM-530 adalah untuk mengatur dan mensinkronkan komunikasi antar motor servo AX-12 dan AX-18. CM-530 dapat berkomunikasi dengan perangkat komputer menggunakan mini USB. Semua perangkat seperti aktuator, sensor, dan tombol terhubung oleh CM-530. Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

34

January 10, 2015


CM-530 juga dilengkapi dengan sistem yang dapat mendeteksi suara atau dapat bertindak sebagai sensor suara, dimana sensor suara ini akan digunakan sebagai awalan untuk robot mulai menari. Bahkan menjadi pengarah robot ketika menari tarian pakkarena. 2. Konstruksi Robot Humanoid Robot Untuk membuat robot humanoid seni tari agar dapat bergerak dengan benar, dibutuhkan konstruksi robot yang seimbang. Konstruksi robot sangat berpengaruh pada keseimbangan geraknya, terutama pada titik keseimbangan berat badan robot ketika bergerak. Pada robot humanoid seni tari ini konstruksi robot berdasarkan konstruksi robot premium bioloid humanoid type A. Konstruksi robot terdiri dari sambungan antar rangka menggunakan motor servoAX-12A dan AX-18. Pada robot humanoid ini terdiri dari 18 motor servo yang berfungsi sebagai sendi. 18 motor servo/sendi tersebut diantranya 3 buah sendi pada tangan kanan, 3 buah sendi pada tangan kiri, 5 buah sendi pada kaki kiri dan 5 buah sendi pada kaki kanan. Susunan motor servo dan rangka robot disambung sedemikian rupa, sehingga didapatkan bentuk robot yang proporsional, seperti bentuk tubuh manusia. 3. Aktuator Motor DC Motor adalah salah satu dari mesin yang dipakai untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Pada pembuatan robot, motor yang sering digunakan adalah motor dc. Ada beberapa pilihan motor dc yang dapat digunakan pada pembuatan robot, (F.U, K.S, R.C, Gonzalez, C.S.G. Lee. 1987) yaitu : a.

Motor dc kontinyu yaitu motor yang berputar secara terus menerus jika padanya diberikan sumber daya listrik dan berhenti jika suplai sumber listrik dihentikan.

b.

Motor stepper bergerak berdasarkan jumlah pulsa yang diberikan dalam bentukrentetan data, apabila pulsa dihentikan maka motor stepper juga akan menghentikan putarannya.

c.

Motor servo adalah kombinasi dari motor dc dengan rangkaian umpan balik elektronik.

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

35

January 10, 2015


Gambar 4.4. konstruksi dasar robot humanoid art Sumber : Robotis (2010) Servo adalah sebuah system kendali otomatis yang dipakai untuk mengatur kecepatan sebuah motor dc. Singkatnya, atur kecepatan dan tinggalkan, kecepatan motor akan konstan sampai kapan pun karena adanya servo ini. Servo menggunakan sistem umpan balik. Sensor untuk mendeteksi putaran motor terhubung ke rangkaian umpan balik ini, lalu sistem akan menghitung besarnya kesalahan dan memutuskan untuk mempercepat atau memperlambat putaran motor. Motor servo adalah gabungan antara motor dc yang telah dilengkapi dengan rangkaian umpan balik. Secara fisik bentuk motor servo tidak dapat dibedakan dengan motor dc biasa. Jika dilakukan pembongkaran dan ditemukan rangkaian umpan balik, maka motor tersebut dikategorikan sebagai motor servo. Berikut adalah diagram blok dari proses kerja motor servo:


36

January 10, 2015


Gambar 4.5. Sistem kerja motor servo Sumber : F.U, K.S, R.C, Gonzalez, C.S.G. Lee. (1987) Motor servo berfungsi untuk mengatur gerakan robot. Motor servo yang digunakan pada robot ini adalah motor servo jenis AX-12 dan AX-18.AX-12 dan AX18 merupakan salah satu jenis motor servo yang presisi. AX-12 dan AX-18 memiliki susunan roda gigi dan circuit kontroler yang terdapat dalam 1 paket. Cicuit kontroler ini berfungsi sebagai otak dari tiap sevo yaitu berfungsi untuk umpan balik untuk memperbaiki putaran motor, selain itu kontroler ini berguna untuk komunikasi dengan CM 530. Dengan circuit control dari tiap servo ini, dapat diketahui variabel-variabel yang terdapat pada servo tersebut. Mulai dari besar sudut putar, kecepatan putar, besar torsi sampai suhu pada motor servo. Selain itu control circuit pada AX-12 dan AX-18 berfungsi sebagai pengaman motor yang digunakan dan juga berfungsi sebagai komunikasi antar servo dengan master kontrol yaitu CM-530. Sedangkan gearing pada servo berfungsi untuk mereduksi putaran motor. Prinsip gearing pada motor servo ini adalah memperlambat putaran dan meningkatkan torsi putar. Jika perbandingan torsi roda gigi penggerak (T 1) terhadap torsi roda gigi yang digerakkan (T2), dan jumlah roda gigi penggerak (Z1) terhadap jumlah roda gigi yang digerakkan (Z2), serta jumlah putaran roda gigi penggerak (n 1) terhadap jumlah putaran roda gigi yang digerakkan (n2), maka hubungan antara roda gigi dan besar torsi yang dihasilkan dapat dilihat pada persamaan berikut : (4.1)

Servo AX-12 dan AX-18 memiliki dimensi 32x50,1x40 mm. Motor ini mampu berputar 360°. Motor servo ini memiliki resolusi 0,29° dengan reduksi putaran 254 : Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

37

January 10, 2015


1. Torsi makimum yang dapat dihasilkan oleh Servo AX-12 sebesar 15 kgf.cm pada tegangan 12V, dengan besar arus 1,4A. Kecepatan putar maksimal motor ini adalah 59 rpm pada tegangan 12V, sedangkan torsi maksimum yang dapat dihasikan oleh AX-18 sebesar 18kgf.cm pada tegangan 12V, dengan besar arus 1,4A dan Kecepatan putar maksimal motor sebesar 97 rpm pada tegangan 12V. Tegangan kerja motor ini berkisar antara 9 – 12 V, dengan tegangan yang dianjurkan sebesar 11,1V. Motor ini mampu bekerja dengan baik pada suhu -5 – 70°C.

Gambar 4.6. dynamixel AX-12 dan konfigurasi pinnya Sumber : Robotis (2010) Pada gambar 4.6 diatas diperlihatkan actuator motor DC- motor Servo merek Dynamixel AX-12. Selanjutnya terdapat beberapa PIN yang akan dihubungkan dengan microcontroller.

Gambar 4.7. dimensi ukuran servo AX-12 Sumber : Robotis (2010)


38

January 10, 2015


Gambar 4.8. dynamixelAX-18 dan konfigurasi pinnya Sumber : Robotis (2010)

Gambar 4.9. dimensi ukuran servo AX-18 Sumber : Robotis (2010) 4. Pemrograman gerak robot Untuk mendapatkan gerakan pada robot, dengan cara memprogram tiap-tiap servo. Serangkaian perubahan gerakan pada masing-masing servo inilah yang nantinya akan menjadi gerakan pada robot. Pemrograman gerakan pada robot ini memperhitungkan keseimbangan dari gerakan robot. Gerakan yang akan diprogram pada robot humanoid Art ini antara lain : Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

39

January 10, 2015

a.


Gerakan tangan, yaitu gerakan robot membentuk posisi-posisi gerakan tangan mengikuti gerakan tari pakkarena dengan cara menggerakan kedua tangannya secara bergantian dalam posisi berdiri. Gerakan ini selayaknya manusia melakukan tari pakkarena.

b.

Gerakan kaki, yaitu gerakan dengan menggerakkan posisi kaki mengikuti gerakan tari pakkarena pada umumnya dengan cara menggerakan salah satu kaki ataupun keduanya. Gerakan ini selayaknya manusia melakukan tari pakkarena.

c.

Gerakan serong, yaitu gerakan berpindah arah dengan cara menggerakan kedua kaki robot. Gerakan ini ada dua macam, yaitu serong kanan dan serong kiri. Gerakan ini dilakukan dengan cara bertumpu pada kaki. Ada 3 proses untuk memprogram robot humanoid ini, yaitu pengaturan piranti

yang tersambung dengan CM-530, pemrograman motor servo, pemrograman alur/kecerdasan. Dengan demikian ada 3 buah software untuk memprogram CM-530 yang semuanya tergabung dalam software Roboplus. Ketiga software tersebut yaitu: a.

RoboPlusManager, Roboplusmanager merupakan salah satu software dari roboplus yang berfungsi untuk mengatur piranti-piranti yang tersambung dengan CM-530. Fungsi utama yaitu untuk mengatur firmware (update dan restore), mengetahui kondisi kontroller dan perangkat (test), dan mengatur kondisi yang diinginkan (setting).

b.

Roboplus Motion, merupakan salah satu software dari roboplus yang berfungsi untuk memprogram servo tipe AX yang tersambung dengan CM-530. Pemrograman pada servo meliputi, pengontrolan sudut putar servo dan pengontrolan kecepatan putar servo. Selain itu, pada software ini mampu membaca posisi masing-masing servo.

c.

RoboplusTask, Software ini berfungsi untuk memprogram alur logika robot.Task code juga mengatur kemungkinan-kemungkinan yang terjadi ketika robot dijalankan dan mengatur pergerakan robot sesuai dengan gerakan yang diperintahkan.

5. Sistem Kendali Robot Pakkarena Sistem kontrol merupakan sebuah sistem yang terdiri atas satu atau beberapa peralatan yang berfungsi untuk mengendalikan sistem lain yang berhubungan dengan suatu proses. Dalam pengontrolan suatu proses, bila proses tersebut tidak berjalan sesuai dengan yang Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

40

January 10, 2015


diharapkan, maka sistem kontrol dapat mengendalikan proses tersebut sehingga sistem dapat berjalan kembali sesuai dengan yang diharapkan. Sistem kontrol sering digunakan di pabrik-pabrik, industri-industri maupun gedung-gedung yang memang memerlukannya. Sistem kontrol otomatik adalah sistem fisik yang memiliki watak dinamik. Dengan demikian pengertian sistem dinamik menjadi penting untuk memungkinkan pemahaman pada pengontrolan secara efektif. Sistem kontrol pada umumnya menggunakan komponen-komponen dalam berbagai tipe meliputi mekanik, elektrik, elektronik, hidrolik, pneumatik dan kombinasi dari padanya. Karenanya sangat diperlukan prinsip dan karakteristik dari peralatan yang menggunakan komponen-komponen tersebut dalam pengontrolan. Pada saat sekarang ini kontrol otomatik tidak saja dalam bidang keteknikan, namun kegunaannya telah diperluas kedalam bidang ekonomi perdagangan dan politik (Pickel, Antonio, 2003). 1.

Sistem kontrol otomatis (Closed Loop Controls) Sistem kontrol lup tertutup (closed-loop control system) adalah sistem kontrol yang sinyal keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Jadi sistem kontrol lup tertutup adalah sistem kontrol berumpan – balik. Sinyal kesalahan penggerak, yang merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal umpan-balik , diumpankan ke kontrol untuk memperkecil kesalahan dan membuat agar keluaran sistem mendekati harga yang diinginkan. (Himran, Syukri. 2006) Gambar dibawah ini menunjukkan hubungan masukan-keluaran dari sistem kontrol lup tertutup :

Gambar 4.10. sistim kontrol lup tertutup Sumber : Himran, Syukri (2006) Sistem kontrol otomatis dapat melakukan koreksi variabel-variabel kontrolnya secara otomatis, dikarenakan ada untai tertutup (closed loop) sebagai umpan balik (feedback) dari hasil keluaran menuju ke masukan setelah dikurangkan dengan nilai set pointnya. Pengaturan secara untai tertutup ini (closed loop controls), tidak Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

41

January 10, 2015


memerlukan operator untuk

melakukan

koreksi

variabel-variabel

kontrolnya

karena dilakukan secara otomatis dalam sistem kontrol dalam sistem kontrol itu sendiri.Dengan demikian keluaran akan selalu dipertahankan berada pada kondisi stabil sesuai dengan setpoint yang ditentukan (Robotis. 2010). Kontrol robot loop tertutup dapat dinyatakan seperti gambar di bawah:

Gambar 4.11 : Kontrol robot loop tertutup Sumber : Ogata, Katsuhiko, Leksono, Edi (1993)

2. Sistem Kendali Loop Terbuka Open loop control atau kontrol lup terbuka adalah suatu sistem yang keluarannya tidak mempunyai pengaruh terhadap aksi kontrol. Artinya, sistem kontrol terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai umpan balik dalam masukan.

Gambar 4.12: Sistem konrol loop terbuka

Jadi pada sistem kendali loop terbuka, keluaran tidak dibandingkan dengan masukan acuannya. OIeh sebab itu, untuk setiap masukan acuan terdapat suatu kondisi operasi yang tetap. Perlu diketahui bahwa sistem kendali loop terbuka harus dikalibrasi dengan hati-hati, agar ketelitian sistem tetap terjaga dan berfungsi dengan baik. Dengan adanya gangguan (disturbances), sistem kendali loop terbuka tidak dapat bekerja seperti yang diharapkan. Kendali loop terbuka dapat digunakan dalam praktek hanya jika hubungan masukan dan keluaran diketahui dan jika tidak terdapat gangguan internal maupun gangguan eksternal. Dengan demikian jelas bahwa sistem semacam ini bukan sistem kendali berumpan-balik. Demikian pula bahwa setiap sistem kendali yang bekerja berdasar basis waktu adalah sistem loop terbuka. Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

42

January 10, 2015


contohnya pemanggang roti, pencuci piring, eskalator, mesin cuci dan lain-lain. (Pitowarno, Endra 2006) 6. Kinematika Robot 1. Pengertian Kinematika Kinematika adalah suatu ilmu yang mempelajari mengenai gerakan (meliputi lintasan,

kecepatan

dan

percepatan)

dari

mesin

atau

mekanisme

tanpa

memperhitungkan penyebabnya. (Mappaita, Abdullah. 2003) Adapun beberapa istilah yang berhubungan dengan konsep kinematika, adalah: a. Mekanisme Mekanisme adalah rangkaian batang penghubung yang membentuk rantai kinematis terbatas b. Kinematic Chain (Rantai Kinematis) Adalah gabungan batang penghubung yang saling kontak satu sama lain sehingga memungkinkan gerakan relatif satu sama lain (Mappaita, Abdullah. 2003). Rantai kinematik terbagi menjadi dua yaitu: Rantai kinematik terbatas (Parallel/close loop chain) Rantai kinematis yang apabila salah satu batang digerakkan, batang lain bergerak ke posisi tertentu (terbatas). Selanjutnya, rantai kinematik tidak terbatas (Serial/open loop chain) Rantai kinematis yang apabila salah satu batang digerakkan, batang lain bergerak ke posisi tak menentu (tak terbatas) .

(a)

(b)

Gambar 4.13. (a) Rantai kinematik terbatas (Parallel/close loop chain) (b) Rantai kinematik tidak terbatas (Serial/open loop chain) Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

43

January 10, 2015


c. Pasangan (pair) Merupakan kontak dua permukaan dari komponen yang saling berhubungan (Mappaita, Abdullah. 2003). Pasangan dibagi menjadi dua yaitu: 1). Pasangan rendah (Low pair) Pasangan yang kontaknya berupa bidang, contoh : semua sambungan /engsel pada mekanisme. 2). Pasangan tinggi (High pair) Pasangan yang kontaknya berupa titik atau garis, contoh : bola diatas bidang datar atau silinder diatas bidang datar.

Gambar 4.14. Macam-macam pasangan (pair) d. Derajat Kebebasan (Degree Of Freedom) Derajat

kebebasan

atau

yang

dikenal

dengan

degree

of

freedom

(DOF)Merupakan bilangan yang menyatakan jumlah masukan (penggerak) yang diperlukan oleh suatu mesin atau mekanisme dalam melakukan gerakan. (Budiharto Widodo. 2010)


44

January 10, 2015


Mekanisme dengan satu derajat kebebasan berarti hanya perlu menggerakkan satu batang dimana batang lain akan akan ikut bergerak ke posisi tertentu, ini identik dengan rantai kinematis terbatas. Menurut Gruebrel, Setiap link pada robot mempunyai 3 DOF. Oleh karena itu link yang tidak terhubung ke link yang sama mempunyai 3 DOF. Jika 2 link maka totalnya adalah 6 DOF (gambar 14).

Gambar 4.15. 2 link yang tidak terhubung Sumber : Syam, Rafiuddin. Sialana, Jufri. Arifin, Syamsul. (2012) Ketika ke-2 link tersebut di hubungkan, ΔY1 dan ΔY2 menjadi Y, dan ΔX1 dan ΔX2 menjadi X. Penggabungan ini akan menghilangkan 2 DOF, sisa 4 DOF (gambar 15).

Gambar 4.16. 2 link yang terhubung Dalam Gambar 16, sambungan setengah akan menyingkirkan satu DOF (Y pada link1 dapat menggantikan ΔY1dan ΔY2), makadua link yang terhubung dengan sambungan setengah memiliki 5DOF.


45

January 10, 2015


Gambar 4.17. sambungan setengah Selain itu, ketika setiap link yang tersambung pada suatu kerangka, maka akan ada tiga DOF yang dihapus. Jika jumlah link (L), dan jumlah sambungan (J) serta jumlah sambungan dasar (G), maka penalaran ini mengarah ke persamaan Gruebler yaitu: M = 3L – 2J – 3G ............................................ (2) Karena hanya ada 1 dasar (ground), maka persamaan Gruebler menjadi: M = 3(L – 1) – 2J........

.....................................(3)

Nilai J dalam persamaan (5) harus mencermin kan nilai dari semua sendi dalam mekanisme, yaitu sambungan setengah sendi dihitung 1/2karena sambungan tersebut hanya menghapus 1DOF (full), maka J menjadi J1 untuk sambungan 1 DOF dan J2 untuk sambungan 2 DOF (half) [17]: M = 3(L - 1) – 2J1 – J2 .........................................(4) 2. Analis Kinematik Robot Kinematika dapat didefenisikan sebagai studi pergerakan robot (motion) tanpa memperhatikan gaya(force) ataupun faktor lain yang mempengaruhi pergerakan robot tersebut. Pada sebuah analisis kinematik, posisi, kecepatan dan akselerasi dan seluruh link dihitung tanpa memperhatikan gaya yang menyebabkan pergerakan tersebut. Kinematika robot secara umum terbagi menjadi dua, yaitu: a. Kinematika Maju (Forward) Kinematika maju adalah analisis kinematik untuk mendapatkan kordinat posisi (x,yz) jika diketahui sudut dari tiap sendi. Sebagai contoh, jika mempunyai robot n-DOF dan diketahui sudut dari tiap sendi maka kita dapat menggunakan analisis kinematik maju untuk mendapatkan kordinat posisi dari robot. b. Kinematika Mundur (Invers) Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

46

January 10, 2015


Kinematika inversi adalah analisis kinematik untuk mendapatkan besar sudut dari masing-masing sendi jika kita mempunyai data kordinat posisi (x,y,z). Kinematika maju

Ruang sudut/sendi (r,Ѳ)

Ruang kartesian P(x,y,z)

Kinematika inverse

Gambar 4.18. Relasi kinematika maju dan inversi Sumber : Budiharto Widodo (2010) Model matematik dari pergerakan robot secara umum dapat dibedakan menjadi dua, yaitu gerak holonomik dan gerak non-holonomik. Dalam robotika, gerak holonomik, misalnya robot manipulator dua DOF dengan konfigurasi planar. Ujung robot tangan ini dapat menjangkau daerah kerja dalam kordinat kartesian dari satu titik koordinat ke titik koordinat yang lain secara langsung tanpa mengubah arah hadap dari badan robot itu sendiri. Sedangkan gerak non-holonomik adalah seperti gerak robot mobil dimana dalam geraknya ke segala arah, robot itu harus selalu mengubah arah hadapnya. 3. Matrix Rotasi dan Translasi Untuk menganalisis persamaan 3D dalam bentuk yang umum seperti koordinat 𝑥 (x,y,z) maka kita dapat merepresentasikannya dalam matriks 3x1 [𝑦], dimana angka 𝑧 1 1 merupakan angka pembagi.

Jadi koordinat (0,2,3) dapat kita dapat kita representasikan dalam bentuk vektor


47

January 10, 2015


Gambar 4.19.Kordinat kartesian, world (w) dan robot (r) Misalkan kita mempunyai 2 koordinat kartesian yang berbeda dan satu sama lain dipisahkan sejauh 3 satuan pada sumbu Y. Jika pada gambar diatas koordinat r mempunyai titik asal (0,3,0,1)T jika dipandang dari koordinat w. Titik asal koordinat w jika kita pandang dari koordinat r, secara mudah kita dapatkan dengan menggunakan (-3) pada sumbu Y sehingga titik asal koordinat w menjadi (0,-3,0)T pada koordinat r. a. Matrix Transformasi Homogen Matriks transformasi homogen merupakan matriks yang digunakan untuk mengonversikan lokasi suatu titik pada koordinat sumbu j ke koordinat sumbu k. Simbol yang biasa dipakai adalah 𝑇𝑗𝑘 untuk merepresentasikan transformasi suatu titik pada koordinat sumbu menjadi suatu titik yang sama pada koordinat sumbu k. Simbol 𝑐juga digunakan untukmerepresentasikantransformasi koordinat sumbu j menjadi searah dengan koordinat sumbu k. 𝐹𝑘𝑗 = 𝑇𝑗𝑘

(5)


48

January 10, 2015


Tabel 4.Matriks transformasi 𝐹𝑘𝑗

Nama

𝑇𝑗𝑘

Translasi koordinat k pada sumbu x sejauh a pada sumbu y sejauh b, pada sumbu z sejauh c.

1 [0 0 0

0 0 𝑎 1 0 𝑏] 0 1 𝑐 0 0 1

1 0 0 0 𝑐𝑜𝑠𝜃 −𝑠𝑖𝑛𝜃 [ 0 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑐𝑜𝑠𝜃 sumbu x sebesar θ 0 0 0 𝑐𝑜𝑠𝜃 0 −𝑠𝑖𝑛𝜃 Rotasi koordinat k pada 1 0 [ 0 −𝑠𝑖𝑛𝜃 0 𝑐𝑜𝑠𝜃 sumbu y sebesar θ 0 0 0 𝑐𝑜𝑠𝜃 −𝑠𝑖𝑛𝜃 0 Rotasi koordinat k pada [ 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑐𝑜𝑠𝜃 0 0 0 1 sumbu z sebesar θ 0 0 0 Rotasi koordinat k pada

Transformasi

Trans (a,b,c)

0 0] 0 1 0 0] 0 1 0 0] 0 1

Rot x (θ)

Rot y (θ)

Rot z (θ)

Gambar 4.20.Robot manipulator 2 DOF

Gambar 19 adalah konfigurasi robot manipulator 1 DOF sebagai salah satu contoh dalam

penggunaan matriks transformasi homogen. L1 merupakan

panjang lengan 1, L2 merupakan panjang lengan 2, ψ merupakan sudut rotasi koordinat j terhadap koordinat w. Dengan demikian matriks 𝐹𝑤𝑔 adalah : Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

49

January 10, 2015

1 𝐹𝑤𝑔 = [0 0 0


𝑐𝑜𝑠𝜓 −𝑠𝑖𝑛𝜓 0 𝐿1 0 0 𝐿1 1 1 0 0 ]  [ 𝑠𝑖𝑛𝜓 𝑐𝑜𝑠𝜓 0 0 ]  [0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 𝑐𝑜𝑠𝜓 −𝑠𝑖𝑛𝜓 0 𝐿2𝑐𝑜𝑠𝜓 + 𝐿1 𝑠𝑖𝑛𝜓 𝑐𝑜𝑠𝜓 0 𝐿2𝑠𝑖𝑛𝜓 ] =[ 0 0 1 0 0 0 0 1

0 0 𝐿2 1 0 0] 0 1 0 0 0 1

(6)

Sebagai contoh, berdasarkan gambar diatas, jika ψ sebesar 90° dan titil asal koordinat gripper (𝑥𝑔 , 𝑦𝑔 , 𝑧𝑔 )adalah (0,0,0) maka titik asal tersebut bila direpresentasikan dalam koordinat (𝑥𝑤 , 𝑦𝑤 , 𝑧𝑤 ) adalah : 𝑐𝑜𝑠𝜓 −𝑠𝑖𝑛𝜓 𝑠𝑖𝑛𝜓 𝑐𝑜𝑠𝜓 𝐹𝑤𝑔 = [ 0 0 0 0

0 0 1 0

𝐿2𝑐𝑜𝑠𝜓 + 𝐿1 0 −1 0 𝐿1 𝐿2𝑠𝑖𝑛𝜓 0 0 𝐿2] ] = [1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1

Sehingga titik asal gripper dalam koordinat (𝑥𝑤 , 𝑦𝑤 , 𝑧𝑤 )adalah (L1,L2,0) 0 −1 0 𝐿1 0 𝐿1 0 𝐿2 1 0 0 𝐿2 ][ ] = [ ] [ 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 b. Metode D-H Parameter Manipulator mekanik terdiri dari sejumlah bagian tubuh yang dinamakan link dan joint. Joint digunakan untuk menghubungkan setiap link-link yang ada. Setiap joint mewakili satu derajat kebebasan. Untuk mendeskripsikan hubungan translasi dan rotasi antara link-link yang terhubung dalam suatu manipulator digunakanlah konsep Denavitdan Hartenberg sebagai sebuah metode matriks yang secara sistematis membangun sebuah sistem koordinat dari masing-masing link. Prinsip dasar representasi D-H adalah melakukan transformasi koordinat antar dua link yang berdekatan. Hasilnya adalah suatu matrix (4 x 4) yang menyatakan system koordinat dari suatu link dengan link yang terhubung pada pangkalnya (link sebelumnya). Dalam konfigurasi serial, koordinat (ujung) link-1 dihitung berdasarkan sendi-0 atau sendi pada tubuh robot. Sistem koordinat link-2 dihitung berdasarkan posisi

sendi-1 yang berada di ujung link-1 dengan

mengasumsikan link-1 adalah basis gerakan link-2. demikian seterusnya, link-3 dihitung berdasarkan link-2, hingga link ke-(n) dihitung berdasarkan link ke-(n1). Dengan cara ini maka tiap langkah perhitungan atau transformasi hanya Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

50

January 10, 2015


melibatkan sistem 1 DOF saja. Terakhir, posisi koordinat tangan atau posisi ujung robot (end effector) akan dapat diketahui. (Rosen, Jacob. 1989) Setiap koordinat pada D-H Parameter dibuatberdasarkan tiga buah aturan di bawah ini: 1. Sumbu Zi-1 berada di sepanjang poros pergerakan dari joint ke-i 2. Sumbu Xi tegak lurus terhadap sumbu Zi-1 dan menunjuk menjauh darinya 3. Sumbu Yi melengkapi sistem koordinat yang diperlukan berdasarkan aturan tangan kanan

(a)

(b)

Gambar 4.21. parameter denavit-hartenberg (a) tampak depan, (b) tampak atas Sumber : Norton, Robert (2002) Metode D-H menggunakan 4 buah parameter, yaitu θ, α, d, a. Untuk robot dengan n-DOF maka keempat parameter itu ditentukan hingga yang ke-n. Berikut penjelasan 4 buah parameter yang terdapat pada gambar 2: 1.

an adalah jarak darititik O ke titik persimpangan garisXndanZn (translasi pada sumbu Xn)

2.

dn adalah jarak dari titik O ke titik persimpangan garisXndanZn-1 (translasi pada sumbu Zn-1)

3.

αnadalah sudut antara Zn-1danZn

4.

θnadalah sudut antara Xn-1danXn. Masing-masing dari keempat pertimbangan di atas dapat dilakukan

perhitungandengan cara matriks homogeneous rotasi-translasi dan hasil dari Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

51

January 10, 2015


keempat matriks tersebut adalah matriks transformasi berdasarkan konsep Denavit Hartenberg yang tertulis dalam rumus berikut: (𝑖−1)

𝐴𝑖 = 𝑅𝑜𝑡𝑧𝑖 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑧𝑖 𝑅𝑜𝑡𝑥𝑖 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑥𝑖 ................................(7) Untuk link dengan konfigurasi sendi putaran, matriks A pada sendi ke-n adalah (Norton, Robert. 2002) : 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑛 −𝑠𝑖𝑛𝜃𝑛 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑛 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑛 𝑠𝑖𝑛𝛼𝑛 𝛼𝑛 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑛 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑛 𝑐𝑜𝑠𝜃𝑛 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑛 −𝑐𝑜𝑠𝜃𝑛 𝑠𝑖𝑛𝛼𝑛 𝛼𝑛 𝑠𝑖𝑛𝜃𝑛 ] 𝐴𝑛 = [ 𝑐𝑜𝑠𝛼𝑛 𝑑𝑛 𝑠𝑖𝑛𝛼𝑛 0 0 1 0 0

(8)

Untuk mencari kinematika maju dapat menggunakan metode ini. Metode ini berguna untuk menganalisis gerak rotasi translasi antara lengan-lengan yang terhubung dalam suatu manipulator yang berguna pada pemrograman robot manipulator di industri (misalnya robot SCARA). Prinsipnya ialah transformasi koordinat antara dua link yang berdekatan, dengan hasil suatu matriks 4x4 yang menyatakan sistem koordinat dari suatu link yang terhubung pada link sebelumnya.

Gambar 4.22. Menetukan D-H parameter Sumber : Budiharto Widodo (2010) Pada gambar 21 , parameter D-H adalah sebagai berikut:


52

January 10, 2015


Tabel 5.D-H Parameters

Joint,i 1 2 3

αi π/2 0 0

ai 0 a2 a3

di d1 0 0

θi θ1 θ2 θ3

Menurut Rosen J.,(1989) (Norton, Robert. 2002) rumus umum D-H Parameter adalah:

𝐢−𝟏 𝐢T

0𝐴1

cθi sθi cαi−1 = [ sθi sαi−1 0

−sθi cθi cαi−1 cθi sαi−1 0

0 −sαi−1 cαi−1 0

a𝐢−𝐥 −sαi−1 di ] cαi−1 di 1

(9)

𝑐𝜃1 0 𝑠𝜃1 0 𝑐𝜃2 −𝑠𝜃2 0 𝑎2𝑐𝜃2 𝑠𝜃1 0 𝑠𝜃2 0 −𝑐𝜃1 𝑐𝜃2 𝑎2 𝑎2𝑠𝜃2] ] 1𝐴 2 = [ =[ 0 1 0 0 0 1 0 𝑑1 0 0 0 0 0 0 1 1

2𝐴 3

𝑐𝜃3 −𝑠𝜃3 0 𝑠𝜃3 𝑐𝜃3 0 =[ 0 0 1 0 0 0

𝑎3𝑐𝜃3 𝑎3𝑠𝜃3] 0 1

4.4.Contoh Kasus Humanid Robot Tipe Setelah mengukur panjang join (a) secara aktual dan menganalisa sudut θ menggunakan software Roboanalyzer kita dapat menentukan nilai 𝑃𝑥 dan 𝑃𝑦 menggunakan metode D-H Parameter disetiap step pada tangan kanan dan kiri seperti dibawah ini: 1. Nilai 𝑷𝒙 dan 𝑷𝒚 Tangan (End Effector) a) Step pertama : 𝑷𝒙

𝑷𝒚

Kanan

58.02

−130.5

Kiri

135.277

88.360


53

January 10, 2015


b) Step ke-dua :

Kanan Kiri c) Step ke-tiga :

Kanan Kiri d) Step ke-empat :

Kanan Kiri e) Step ke-lima : f) Kanan Kiri g) Step ke-enam : h) Kanan Kiri

𝑷𝒙

𝑷𝒚

−21.213 135.277

115.966 88.360

𝑷𝒙

𝑷𝒚

144.38 135.277

47.38 88.360

𝑷𝒙

𝑷𝒚

137.179 135.277

204.179 88.360

𝑷𝒙 80.55 135.277

𝑷𝒚

𝑷𝒙 41.069 41.069

205.53 88.360

𝑷𝒚 110.518 110.518

Dari hasil perhitungan diperoleh semua nilai Px dan Py dari tiap gerakan. Dan dari nilai Px dan Py inilah kita bisa melihat trajektori (lintasan) yang terjadi pada saat robot melakukan gerakan pada satu kali motion dalam beberapa step sperti yang terlihat pada grafik di bawah ini:


54


January 10, 2015

Trajektori Tangan Kanan Vs Tangan Kiri 250 80.55, 205.53

200 150 -21.213, 115.966 100

41.069, 110.518

137.179, 204.179

135.277, 88.36 144.38, 47.38

50 0 -50

-50 0

50

100

150

200

-100 58.02, -130.5

-150

Trajektori Tangan Kanan

Trajektori Tangan Kiri

Gambar 30. Trajektori tangan kanan VS tangan kiri 2. Kecepatan pada gerakan 10 Menghitung waktu aktual pada gerakan 10 Diketahui: Vgerakan 10

: 0,9 cm/s (ditentukan saat pemrograman)

tstep

: 1s

ttotal step

: 1s x 6 = 6s

sehingga kita dapat mengetahui waktu aktual (t aktual) dari total step pada gerakan 10 adalah:

𝑡𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑠𝑡𝑒𝑝 6 𝑡𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝑣𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘𝑎𝑛 10 0,9 = 6,67 𝑠

𝑡𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝑡𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 B. Sistem Pemrograman

Ada dua perangkat lunak yang digunakan untuk membantu dalam proses perencanaan pergerakan robot humanoid yaitu: 1. Roboplus Motion Merupakan software GUI (Graphical user interface) yang memungkinkan kita untuk membuat urutan gerak robot art humanoid sesuai dengan pergerakan tarian pakkarena, dengan menentukan sudut-sudut posisi motor servo, sehingga membentuk gerakan menyerupai penari pakkarena.


55

January 10, 2015


Gambar 31.Jendela Roboplus Motion Tari Pakkarena Sumber: Dokumen pribadi (2014) 2. Roboplus Task Merupakan software GUI yang memungkinkan kita untuk program urutan peristiwa / gerakan yang telah dibuat. Perintah yang diberikan dengan Control Program Perilaku meliputi: a. Perintah kontrol program (START, END), b. Perintah percabangan bersyarat (IF, ELSE IF, ELSE, CONT JIKA) dengan operasi bersyarat (=,>, dan> =, <, dan <= =), c. Perintah sekuensing Program (JUMP & CALL / KEMBALI), d. Numerik perintah (menghitung), dan e. Tugas perintah (LOAD).

Gambar 32. Jendela Roboplus Task Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

56

January 10, 2015


Roboplus Motion dan RoboplusTask sebagai software Bantu, dimana robot ini kita hubungkannya dengan software tersebut untuk membuat gerakan-gerakan dan sifat-sifat robot. Sifat-sifat robot ini contohnya adalah, ketika detektor suara mendeteksi suara sekian dB, maka akan melakukan gerakan-gerakan tertentu, dan lain sebagainya. Kemudian software Roboplus Motion juga bisa digunakan untuk membuat gerakan kompleks pada robot humanoid serta mengedit gerakan dan sifat robot. Kedua software tersebut freeware sehingga kita dapat mengistall software tersebut pada lembaga-lembaga pendidikan maupun personal tanpa harus melanggar perjanjian lisensi. C. Sistem Kendali Dibawah ini adalah beberapa part yang digunakan untuk mengontrol sistem kendali yang digunakan pada humanoid: 1. Mikrokontroler Mikrokontroler yang digunakan adalah ARM Cortex M3 / 32bit buatan The ARM® microcontroller yang tertanam didalam CM-530 board yang merupakan computer. Ini adalah part utama yang mengontrol actuator (motor servo dynamixel) maupun sensor-sensor. CM-530 Board ini sebagai computer kecil, dimana didalamnya terdapat ber bagai macam konstruksi yang menggerakkan seluruh komponen robot. Program yang telah dibuat nantinya didownload kedalam chip ini melalui computer menggunakan RS232 serial port. 2. Aktuator Aktuator yang digunakan motor servo dynamixel AX-12 untuk tangan dan AX-18 untuk kaki. Memiliki kecepatan, torsi, dan posisi yang baik dan akurat. Dapat berputar dari 0o-300o berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam CW dan CCW. Dapat menetukan posisi yang kita inginkan. Kecepatan motor dapat dikontrol sesuai keinginan serta memiliki respon yang cepat. 3. Sensor Sensor merupakan penginderaan pada robot. Dimana sensor yang digunakan adalah sensor suara built-in mikrokontroler CM-530 yang berfungsi untuk mendeteksi adanya suara atau bunyi. Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

57

January 10, 2015


D. Simulasi Proses simulasi dilakukan secara nyata dibidang datar, dimana setelah kita menentukan sudut θn (n=1,2,3,...) tiap motor melalui Roboplus Motion dan dianalisis menggunakan software Roboanalyzer akhirnya kita dapat menghitung posisi robot (Px dan Py) kemudian program di download kedalam mikrokontroler robot dan dinyalakan pada posisi on, setelah pada posisi on musik dinyalakan lalu diamati respon pergerakan robot apakah sesuai dengan direncanakan atau tidak. 4.5.Perhitungan untuk Humanoid Robot 1. Menghitung matriks tangan pertama.

Gambar Motion Robot pada step pertama ) a. Matriks Tangan kanan step pertama.

Gambar 3D tangan kanan step pertama


58

January 10, 2015


Tabel D-H Parameter (Tangan Kanan Motion step pertama) Join a (mm) α d ϴ 1 0 -90 0 0 2 67 0 0 60 3 97 0 0 -90 cos(0) −sin(0) sin(0) cos(0) 0 1𝑇 = ( 0 0 0 0

cos(60) −sin(60) sin(60) cos(60) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0

cos(−90) −sin(−90) sin(−90) cos(−90) 2 3𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

0. cos(0) 1 0. sin(0) ) = (0 0 0 0 1

67. cos(60) 67. sin(60) ) = 0 1

0 0 1 0

1 2 √3 2

0 (0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0) 0 1

√3 2 1

−

2 67√3 2

0

2

0 0

97. cos(−90) 0 97 . sin(−90)) = (−1 0 0 0 1

67

0

1 0

0 1 )

1 0 0 0

0 0 1 0

0 −97 ) 0 1

0 0 1 0

0 −97 ) 0 1

Kinematika maju 0 3𝑇

1 0 0 3𝑇 = (0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

1 0 2 0) . √3 0 2 1 0 (0

0 3𝑇

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

−

√3 2 1 2 0 0

0.87 0.5 −0.5 0.87 =( 0 0 0 0

𝑃𝑥 = 58.02

0 0 1 0

67 0 2 67√3 . (−1 0 2 0 0 1 )

1 0 0 0

0 58.02 0 −130.5 ) 1 0 0 1 𝑃𝑦 = −130.5


59

January 10, 2015


b. Matriks Tangan kiri step pertama.

Gambar 3D tangan kiri step pertama Tabel D-H Parameter (Tangan Kiri Motion step pertama) Join a (mm) 1 0 2 67 3 97

0 1𝑇

cos(0) −sin(0) ( ) cos(0) = ( sin 0 0 0 0 0

cos(45) −sin(45) sin(45) cos(45) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0

2 3𝑇

α -90 0 0

cos(−20) sin(−20) ( ) ( ) = ( sin −20 cos −20 0 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

d

0 0 0

0. cos(0) 1 0. sin(0) ) = (0 0 0 0 1

ϴ

0 45 -20

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0) 0 1

67. cos(45) 0.707 −0.707 0 67. sin(45) ) = (0.707 0.707 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 97. cos(−20) 0.94 0.34 0 97. sin(−20) ) = (−0.34 0.94 0 0 1 0 0 0 0 1

47.376 47.376 ) 0 1

0 91.15 0 −33.18 ) 1 0 0 1


= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇


60

January 10, 2015

0 3𝑇

1 = (0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0


0.707 −0.707 0 47.376 0.94 0.34 0 0 0) . (0.707 0.707 0 47.376) . (−0.34 0.94 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0.905 −0.424 0 0.424 0.905 0 0 3𝑇 = ( 0 0 1 0 0 0 𝑃𝑥 = 135.277

2.

91.15 −33.18 ) 0 1

135.277 88.360 ) 0 1

𝑃𝑦 = 88.360

Menghitung matriks tangan pada step ke-dua.

Gambar Motion pada step ke-dua a. Matriks tangan kanan motion step ke-dua.

Gambar 3D tangan kanan step ke-dua


61


January 10, 2015

Tabel D-H Parameter (Tangan Kanan Motion step ke-dua) i

0 1𝑇

a (mm) 1 0 2 67 3 97

Α -90 0 0

cos(0) −sin(0) ( ) cos(0) = ( sin 0 0 0 0 0

cos(45) −sin(45) sin(45) cos(45) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

cos(90) −sin(90) sin(90) cos(90) 2 3𝑇 = ( 0 0 0 0

d

0 0 0

0. cos(0) 1 0. sin(0) ) = (0 0 0 0 1

67. cos(45) 67. sin(45) ) = 0 1

0 0 1 0

ϴ

√2 2 √2

0 45 90

0 1 0 0

0 0 1 0

√2 2 √2

−

0 0) 0 1

0

67√2 2 67√2 2

2

2

0 (0

0 0

0 1 0

−1 0 0 0

0 0 1 0

−1 0 0 0

0 0 0 97 ) 1 0 0 1

97. cos(90) 0 97 . sin(90)) = (1 0 0 0 1

0 1 ) 0 97 ) 0 1


1 0 0 3𝑇 = (0 0

√2 2 0 √2 3𝑇 = 2 0 ( 0 −

0 1 0 0

0 0 1 0

√2 2 √2 − 2 0 0 −

√2 0 2 0) . √2 0 2 1 0 (0

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇 √2 2 √2 2 0 0

−

0

(−15)√2

0

82√2

1 0

0 1

0 0 1 0

67√2 0 2 67√2 . (1 0 2 0 0 1 )

−0.707 −0.707 0 −21.213 0.707 −0.707 0 115.966 =( ) 0 0 1 0 0 0 0 1 )


62

January 10, 2015

[KINEMATIKA DAN DINAMIKA ROBOT LENGAN] 𝑃𝑥 = −21.213

𝑃𝑦 = 115.966

b. Matriks tangan kiri motion step ke-dua.

Gambar 3D tangan kiri step ke-dua Tabel D-H Parameter (Tangan Kiri Motion step ke-dua) Join a (mm) 1 0 2 67 3 97

0 1𝑇

1 2𝑇

Α -90 0 0

cos(0) −sin(0) ( ) cos(0) = ( sin 0 0 0 0 0

cos(45) −sin(45) ( ) cos(45) = ( sin 45 0 0 0 0

cos(−20) sin(−20) sin(−20) cos(−20) 2 3𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

d

0 0 0

0. cos(0) 1 0. sin(0) ) = (0 0 0 0 1

ϴ

0 45 -20

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0) 0 1

67. cos(45) 0.707 −0.707 0 67. sin(45) ) = (0.707 0.707 0 0 0 1 0 0 0 0 1

0 97. cos(−20) 0.94 0.34 0 97. sin(−20) ) = (−0.34 0.94 0 0 1 0 0 0 0 1

47.376 47.376 ) 0 1

0 91.15 0 −33.18 ) 1 0 0 1


63

January 10, 2015



1 0 0 3𝑇 = (0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

0.707 −0.707 0 47.376 0.94 0.34 0 0 0.707 0.707 0 47.376 −0.34 0.94 0 0) . ( ).( 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0

0 3𝑇

0.905 −0.424 0 0.424 0.905 0 =( 0 0 1 0 0 0

𝑃𝑥 = 135.277

91.15 −33.18 ) 0 1

135.277 88.360 ) 0 1

𝑃𝑦 = 88.360

3. Menghitung matriks tangan pada step ke-tiga.

Gambar Motion robot pada step ke-tiga. a. Matriks Tangan kanan motion step ke-tiga.

Gambar 3D tangan kanan step ke-tiga Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

64


January 10, 2015

Join a (mm) 1 0 2 67 3 97

Α -90 0 0

d

ϴ

0 0 0

0 45 0

Tabel D-H Parameter (Tangan Kanan Motion step ke-tiga) cos(0) −sin(0) sin(0) cos(0) 0 1𝑇 = ( 0 0 0 0

cos(45) −sin(45) sin(45) cos(45) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0

2 3𝑇

0 0 1 0

0 0 1 0

cos(0) −sin(0) ( ) cos(0) = ( sin 0 0 0 0 0

0. cos(0) 1 0. sin(0) ) = (0 0 0 0 1

67. cos(45) 67. sin(45) ) = 0 1

0 0 1 0

√2 2 √2

0 1 0 0

0 0 1 0

√2 2 √2

−

2

2

0 (0

0 0

97. cos(0) 1 97 . sin(0)) = (0 0 0 0 1

0 1 0 0

0 0) 0 1

0 0 1 0

67√2 2 67√2 2

0 1 )

0 97 0 0 ) 1 0 0 1


1 0 0 3𝑇 = (0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

√2 √2 − 2 2 0 √2 √2 𝑇 = 3 2 2 0 0 (0 0

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

√2 √2 − 0 2 2 0) . √2 √2 0 2 2 1 0 0 (0 0

0 0 1 0

67√2 1 2 67√2 . (0 0 0 2 0 1 0 ) 0 1 0

0 1 0 0

67√2 + 97 0.707 −0.707 0 2 0.707 0.707 0 67√2 =( 0 0 1 2 0 0 0 0 ) 1

𝑃𝑥 = 144.38

0 0 1 0

97 0 ) 0 1

144.38 47.38 ) 0 1

𝑃𝑦 = 47.38


65

January 10, 2015


b. Matriks Tangan Kiri motion step ketiga.

Gambar 3D tangan kiri step ke-tiga

Tabel D-H Parameter (Tangan Kiri Motion step ke-tiga) Join a (mm) 1 0 2 67 3 97

0 1𝑇

cos(0) = ( sin(0) 0 0

cos(45) sin(45) 1 2𝑇 = ( 0 0 cos(−20) sin(−20) 2 3𝑇 = ( 0 0

α -90 0 0

−sin(0) cos(0) 0 0

−sin(45) cos(45) 0 0 sin(−20) cos(−20) 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

d

0 0 0

ϴ

0 45 -20

0. cos(0) 1 0 0. sin(0) ) = (0 1 0 0 0 0 0 1

67. cos(45) 0.707 67. sin(45) ) = (0.707 0 0 0 1

0 0 1 0

−0.707 0.707 0 0

0 97. cos(−20) 0.94 0 97. sin(−20) ) = (−0.34 0 1 0 0 0 1

0.34 0.94 0 0

0 0) 0 1 0 47.376 0 47.376 ) 1 0 0 1 0 91.15 0 −33.18 ) 1 0 0 1


= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇


66

January 10, 2015

0 3𝑇

1 = (0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0


0.707 −0.707 0 47.376 0.94 0.34 0 0 0) . (0.707 0.707 0 47.376) . (−0.34 0.94 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0.905 −0.424 0 0.424 0.905 0 0 3𝑇 = ( 0 0 1 0 0 0 𝑃𝑥 = 135.277

91.15 −33.18 ) 0 1

135.277 88.360 ) 0 1

𝑃𝑦 = 88.360

4. Menghitung matriks tangan pada motion step ke-empat.

Gambar Motion pada robot step ke-empat. a. Matriks Tangan Kanan motion step ke-empat.

Gambar 3D tangan kanan step ke-empat


67


January 10, 2015

Tabel D-H Parameter (Tangan Kanan motion step ke-empat) Join a (mm) Α d ϴ 1 0 -90 0 0 2

67

0

0

45

3

97

0

0

45

cos(0) −sin(0) sin(0) cos(0) 0 1𝑇 = ( 0 0 0 0

cos(45) −sin(45) sin(45) cos(45) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0

cos(45) −sin(5) sin(45) cos(45) 2 3𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

0. cos(0) 1 0. sin(0) ) = (0 0 0 0 1

67. cos(45) 67. sin(45) ) = 0 1

0 97. cos(45) 0 97 . sin(45)) = 1 0 0 1

0 1 0 0

0 0 1 0

√2 2 √2

√2 2 √2

−

2

2

0 (0

0 0

√2 2 √2

√2 2 √2

−

2

2

0 (0

0 0

0 0) 0 1

0 0 1 0

0 0

67√2 2 67√2 2

0 1 ) 97√2 2 97√2 2

1 0

0 1 )


0 3𝑇

1 = (0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0 1 3𝑇 = ( 0 0

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

√2 √2 − 0 2 2 0) . √2 √2 0 2 2 1 0 0 (0 0 −1 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

67√2 √2 √2 − 2 2 2 67√2 . √2 √2 2 2 2 0 0 0 1 ) (0 0

0 97√2 97√2 + 67) = (1 0 0 0 1

𝑃𝑥 = 137.179

−1 0 0 0

0 0 1 0

97√2 2 97√2 2 0 1 )

0 137.179 0 204.179 ) 1 0 0 1

𝑃𝑦 = 204.179


68

January 10, 2015


b. Matriks Tangan Kiri motion step ke-empat.

Gambar 3D tangan kiri step ke-empat

Tabel D-H Parameter (Tangan Kiri Motion step ke-empat) Join a (mm) α d ϴ 1 0 -90 0 0 2 67 0 0 45 3 97 0 0 -20

cos(0) −sin(0) sin(0) cos(0) 0 1𝑇 = ( 0 0 0 0 cos(45) −sin(45) sin(45) cos(45) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0 cos(−20) sin(−20) sin(−20) cos(−20) 2 3𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

0. cos(0) 1 0. sin(0) ) = (0 0 0 0 1

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0) 0 1

67. cos(45) 0.707 −0.707 0 67. sin(45) ) = (0.707 0.707 0 0 0 1 0 0 0 0 1

0 97. cos(−20) 0.94 0.34 −0.34 0.94 0 97. sin(−20) ) = ( 0 0 1 0 0 0 0 1

47.376 47.376 ) 0 1

0 91.15 0 −33.18 ) 1 0 0 1


1 0 0 3𝑇 = (0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

0.707 −0.707 0 47.376 0.94 0.34 0 0 0) . (0.707 0.707 0 47.376) . (−0.34 0.94 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0

91.15 −33.18 ) 0 1


69

January 10, 2015


0 3𝑇

0.905 −0.424 0 0.424 0.905 0 =( 0 0 1 0 0 0

𝑃𝑥 = 135.277

135.277 88.360 ) 0 1

𝑃𝑦 = 88.360

5. Menghitung matriks tangan pada motion step ke-lima.

Gambar motion robot pada step ke-lima a. Matriks Tangan kiri motion ke-lima.

Gambar 3D tangan kiri step ke-lima Tabel D-H Parameter (Tangan kiri Motion step ke-lima) Join a (mm) 1 0 2 67 3 97

α -90 0 0

d

0 0 0

ϴ

0 45 -20


70

January 10, 2015

0 1𝑇


cos(0) −sin(0) ( ) cos(0) = ( sin 0 0 0 0 0

cos(45) −sin(45) sin(45) cos(45) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0 cos(−20) sin(−20) sin(−20) cos(−20) 2 3𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

0. cos(0) 1 0. sin(0) ) = (0 0 0 0 1

0 1 0 0

0 0 1 0

0 0) 0 1

67. cos(45) 0.707 −0.707 0 67. sin(45) ) = (0.707 0.707 0 0 0 1 0 0 0 0 1

0 97. cos(−20) 0.94 0.34 0 97. sin(−20) ) = (−0.34 0.94 0 0 1 0 0 0 0 1

47.376 47.376 ) 0 1

0 91.15 0 −33.18 ) 1 0 0 1


0 3𝑇

1 = (0 0 0

0 1 0 0

0 0 1 0

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

0.707 −0.707 0 47.376 0.94 0.34 0 0 0) . (0.707 0.707 0 47.376) . (−0.34 0.94 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0

0 3𝑇

0.905 −0.424 0 0.424 0.905 0 =( 0 0 1 0 0 0

𝑃𝑥 = 135.277

91.15 −33.18 ) 0 1

135.277 88.360 ) 0 1

𝑃𝑦 = 88.360

b. Matriks Tangan kanan motion step kelima.

Gambar 3D tangan kanan step ke-lima


71


January 10, 2015

Tabel D-H Parameter (Tangan kanan Motion step ke-lima) Join a (mm) 1 0 2 67 3 97

α

90 0 0

d

ϴ

0 0 0

75 20 -100

cos(75) −sin(75) sin(75) cos(75) 0 1𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0. cos(75) 0.259 −0.966 0 0 0. sin(75) ) = (0.966 0.259 0 0) 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1

cos(20) −sin(20) sin(20) cos(20) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

67. cos(20) 0.940 −0.342 0 67. sin(20) ) = (0.342 0.940 0 0 0 1 0 0 0 0 1

cos(−100) sin(−100) (−100) cos(−100) −sin 2 3𝑇 = ( 0 0 0 0

2 3𝑇

0.940 −0.342 0 0.342 0.940 0 = ( 0 0 1 0 0 0

62.959 22.915 ) 0 1

0 97. cos(−100) 0 97. sin(−100) ) 1 0 0 1

91.151 −33.176 ) 0 1


= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

1 0 0 3𝑇 = (0 0

0 1 0 0

0.34 0 3𝑇

=

0.94 0 ( 0

√2 0 2 0) . √2 0 2 1 0 (0

0 0 1 0

−0.94 0 0.34

0

0 0

1 0

√2 2 √2 2 0 0

−

67√2 0.94 2 −0.34 67√2 . ( 0 0 2 0 1 0 ) 0 1 0

0.34 0.94 0 0

67√2 + 33.18 0.34 −0.94 0 2 0.94 0.34 0 67√2 + 158.15 ( 0 0 1 2 0 0 0 0 ) 1 𝑃𝑥 = 80.55

0 0 1 0

91.15 −33.18 ) 0 1

80.55 205.53 ) 0 1

𝑃𝑦 = 205.53


72

January 10, 2015


6. Menghitung matriks tangan pada motion step ke-enam.

Gambar motion robot pada step ke-enam Sumber: Dokumen pribadi (2014) a. Matriks Tangan Kanan motion step ke-enam.

Gambar 3D tangan kanan step ke-enam Sumber: Dokumen pribadi (2014)

Join a (mm) 1 0 2 67 3 97

α

90 0 0

d

0 0 0

ϴ

75 50 -90

Tabel D-H Parameter (Tangan kanan Motion step ke-enam) cos(75) −sin(75) sin(75) cos(75) 0 1𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0. cos(75) 0.259 −0.966 0 0 0. sin(75) ) = (0.966 0.259 0 0) 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1


73


January 10, 2015

1 2𝑇

cos(50) −sin(50) ( ) cos(50) = ( sin 50 0 0 0 0

0 0 1 0

0.643 −0.766 0 0.766 0.643 0 1 2𝑇 = ( 0 0 1 0 0 0

2 3𝑇

cos(−90) sin(−90) (−90) cos(−90) −sin =( 0 0 0 0

0 0 1 0

67. cos(50) 67. sin(50) ) 0 1 43.067 51.325 ) 0 1

97. cos(−90) 0 97. sin(−90) ) = (1 0 0 0 1

−1 0 0 0

0 0 1 0

0 −97 ) 0 1


0 3𝑇

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

0.643 −0.766 0 43.067 0 0.259 −0.966 0 0 0.766 0.643 0 51.325 1 0.966 0.259 0 0 =( ).( ).( 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

−1 0 0 0

0 0 1 0

0 −97 ) 0 1

−0.820 0.573 0 41.069 −0.573 −0.820 0 110.518 0 ) 3𝑇 = ( 0 0 1 0 0 0 0 1 𝑃𝑥 = 41.069

𝑃𝑦 = 110.518

b. Matriks Tangan Kiri motion step ke-enam.

Gambar 3D tangan kiri step ke-enam Tabel D-H Parameter (Tangan Kiri Motion step ke-enam) Join a (mm) α d ϴ 1 0 -90 0 75 2 67 0 0 50 3 97 0 0 -90 Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | HUMANOID ROBOT SEBAGAI ROBOT LENGAN: Kasus Robot Tari Pakarena

74

January 10, 2015

0 1𝑇


cos(75) −sin(75) ( ) cos(75) = ( sin 75 0 0 0 0

cos(50) −sin(50) sin(50) cos(50) 1 2𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

0 0 1 0

0. cos(75) 0.259 −0.966 0 0 0. sin(75) ) = (0.966 0.259 0 0) 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1

67. cos(50) 0.643 −0.766 0 67. sin(50) ) = (0.766 0.643 0 0 0 1 0 0 0 0 1

cos(−90) sin(−90) −sin(−90) cos(−90) 2 3𝑇 = ( 0 0 0 0

0 0 1 0

97. cos(−90) 0 ( ) 97. sin −90 ) = (1 0 0 0 1

−1 0 0 0

0 0 1 0

43.067 51.325 ) 0 1 0 −97 ) 0 1


0 3𝑇

= 01𝑇. 12𝑇. 23𝑇

0.643 −0.766 0 43.067 0 0.259 −0.966 0 0 0.766 0.643 0 51.325 1 0.966 0.259 0 0 =( ).( ).( 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1

0 3𝑇

−1 0 0 0

0 0 1 0

0 −97 ) 0 1

−0.820 0.573 0 41.069 −0.573 −0.820 0 110.518 ) =( 0 0 1 0 0 0 0 1

𝑃𝑥 = 41.069

𝑃𝑦 = 110.518


75

January 10, 2015


Daftar Pustaka Anonim, Mengenal jenis jenis robot berdasarkan bentuk dan fungsinya, 2015 diakses pada http://www.osiensmartboy.com/2015/02/mengenal-jenis-jenis-robot-berdasarkan.html Hutama, A. (2013). Terorisme_di_Indonesia (Online). (http://id.wikipedia.org/wiki/Terorisme_di_Indonesia). Budianto, W. (2013, Maret 20). http:/ilmuti.com/robot-penjinak-com.html. Winarto, Y. (2011, Maret 15). http://nasional.kontan.co.id/news/beginilah-kronologis-bom-utankayu-1. Rahman, R. (2011). http://elib.unikom.ac.id /files/disk1/452/jbptunikompp-gdl-syaehubuld-22551-911.unik-i.pdf. Igun. (2011). The densus 88 indonesian specia squad robotic (Online). (http://my.opera.com/igun/blog/2011/05/28/the-densus-88-indonesian-special-squadrobotic). Suwarno, Analisis Kinematika Mobile Manipulator Pada Robot Penjinak Bom [tesis]. Makassar: Universitas Hasanuddin; 2008. Rosen, J. (1989). Model of Robot XE "Robot" Manipulation : Introduction & Basic Ideas – Speed Description & Transformation. Washinton: Department of Electrical Engineering University of Washinton. Endra, P. (2006). Disain, control, dan Kecerdasan Buatan XE "Kecerdasan, buatan" . Yogyakarta: Andi Yogyakarta. Craig, John. 1989. Introduction to Robotics: Mechanism & Control. Addison: Wesley.

Evan Ackerman, Robots Learn to Push Heavy Objects With Their Bodies, Just Like You, Spectrum Magazine IEEE, diakses pada http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/robots-learn-to-push-heavy-objectswith-their-bodies-just-like-you Sofge Erik, Start Your Humanoids: Today's DARPA Robotics Challenge Is Historic, And Hilarious These bots are made for walking, http://www.popsci.com/rise-cool-robots-darpa-roboticschallenge-finals-are-here Ackerman Evan, Lockheed Martin's Team TROOPER Sets Expectations for DRC Finals, IEEE spectrum magazine, http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/humanoids/team-trooperdrc-finals

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | Daftar Pustaka

76

January 10, 2015


Emil M. Petriu, Robotics Introduction, Manipulator Arms, diakses pada http://www.site.uottawa.ca/~petriu/CEG4392-IntroRobotics-Arms.pdf Craig JJ, Introduction to Robotics, John Willey and Sons, Chapters 2 to 7. Diakses pada http://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=14&cad=rja&uact=8 &ved=0CGkQFjANahUKEwjv9JG1sonGAhXVLrwKHcYdAF8&url=http%3A%2F%2Fw ww.springer.com%2Fcda%2Fcontent%2Fdocument%2Fcda_downloaddocument%2F97803 87233253-c2.pdf%3FSGWID%3D0-0-45-403998-p77146773&ei=LWp6VaqHdXd8AXGu4D4BQ&usg=AFQjCNFLErXK5EsHcdY_FuSemd4pnj7GdQ&sig2=sqasqo xbR9aUGj8M5I6fow&bvm=bv.95515949,d.dGc Annonim, Definition Welding Robot, pusat definisi online Wikipedia, diakses pada https://en.wikipedia.org/wiki/Robot_welding Anonim, Yasukawa Welding Robot, diakses pada http://www.motoman.com/products/robots/arcwelding-robots.php

Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin | Daftar Pustaka

77

.

Rafiuddin Syam, penulis yang akrab disapa Rafi ini adalah staf pengajar Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin sejak tahun 1995. Sehari-hari sebagai kepala Laboratorium Teknik Kendali dan Robotika Jurusan Mesin Universitas Hasanuddin. Penulis lahir di Tahuna tahun 1972. Penulis aktif dibidang pengajaran dan penelitian bidang kendali dan robotika sejak tahun 2000. Penulis lulusan pada program Magister Divisi Sistem Produksi, Teknik Mesin, Universitas Saga, Jepang tahun 2002. Selanjutnya, penulis menyelesaikan Doctor of Philosophy (PhD) bidang Kendali dan Robotika tahun 2005 di Universitas yang sama. Penelitian bidang mobile robot, manipulator robot, mobile manipulator dan flying robot menjadi fokus penulis, disamping itu aplikasi soft-computing untuk mobile dan manipulator robot, sistem kendali adaptif dan kendali lanjut seperti sistem Fuzzy Logic, algoritma genetika, sistem pakar, dan jaringan syaraf tiruan

Kinematika dan Dinamika Robot Lengan Untuk Kasus Robot Penjinak Bom dan Robot Tari Pakkarena

Recommend Documents