BAB II

ROBOT BERPINDAH (MOBILE ROBOT)

2.1 Gambaran Umum Mobile Robot

Berdasarkan situs ensiklopedia Wikipedia, definisi mobile robot adalah jenis

robot yang memiliki kemampuan bergerak bebas/berpindah di suatu lingkungan.

Semua jenis robot yang telah diciptakan mengambil model/contoh dari

manusia sebagai makhluk hidup. Walapun tidak memiliki kesamaan dalam bentuk

fisik, namun memiliki kesamaan dengan manusia secara fungsional. Oleh karena itu,

secara umum sebuah robot terdiri atas,

Mechanical device, seperti roda, tangan, dan konstruksi pendukung lainnya

dalam berinteraksi dengan lingkungan.

Sensor yang berfungsi mengindera lingkungan dan memberikan feedback

kepada sistem

Sistem yang memproses input dari sensor dan melakukan aksi sebagai respon

dari keadaan lingkungan.

Salah satu aspek terpenting pada mobile robot adalah locomotion system,

yaitu kontrol mekanisme yang mendukung robot bergerak dengan bebas dan efisien.

Untuk tujuan tersebut maka mobile robot dilengkapi alat gerak, diantaranya kaki,

roda, gabungan roda-kaki, dan track.

5

BAB II MOBILE ROBOT

1. Robot Berkaki (Legged Robot)

Aplikasi alat gerak kaki pada robot ini meniru alat gerak kaki manusia,

hewan ataupun serangga. Oleh karena itu, jenis robot ini dapat berjalan dengan

sepasang kaki, dua pasang kaki, ataupun tiga pasang kaki. Pembuatan robot berkaki

membutuhkan konstruksi yang mendetil dan kompleks sehingga kurang populer di

dunia riset.

Keseimbangan dinamis merupakan kondisi yang menuntut banyak perhatian

pada robot berkaki. Robot berkaki empat atau enam lebih digemari karena memiliki

keseimbangan yang lebih baik, sedangkan robot bipedal sering memunculkan

kesulitan kompleks yang berkaitan dengan keseimbangan.

Gambar 2.1 Robot Berkaki Enam

Gambar 2.2 Robot Bipedal

Keseimbangan dinamis bisa dicapai dengan memindahkan titik berat robot

tiap kali kaki robot bergerak. Untuk tujuan tersebut digunakanlah algoritma

6

BAB II MOBILE ROBOT

dan mekanisme tertentu. Beberapa metoda berjalan pada robot bipedal diantaranya,

yaitu Zero Moment Point, Passive Dynamics, dan Dynamics Balancing.

Selain itu kesulitan lain yang muncul pada robot berkaki yaitu mengendalikan

(steering) kaki robot karena derajat kebebasan yang terbatas. Walaupun demikian,

alat gerak kaki memberikan kemudahan menaiki tangga.

2. Robot Beroda (Wheeled Robot) dan Tracked Robot

Aplikasi roda paling banyak digunakan sebagai alat gerak pada robot karena

menghasilkan efisiensi pergerakan yang tinggi di permukaan. Robot beroda

merupakan jenis robot yang sesuai dengan berbagai aplikasi, misalnya robot

penelitian, robot petarung, robot pembantu rumah-tangga, robot kursi roda untuk

penyandang cacat, hingga ke dunia industri.

Gaya gesek permukaan roda dengan lantai (tanah) memberikan gaya yang

mendorong robot beroda untuk bergerak. Dengan kata lain, penggunaan roda sebagai

alat gerak robot memberikan keuntungan yaitu memperkecil dampak negatif gesekan

permukaan dengan aksi menggelinding. Gaya gesekan dengan permukaan akan

semakin besar seiring bertambahnya beban pada robot sehingga akan mengurangi

kemampuan bergerak mobile robot. Untuk mengatasi permasalahan ini, aplikasi alat

gerak roda banyak digunakan pada mobile robot. Selain itu roda lebih mudah

dikendalikan (steering) karena memiliki derajat kebebasan tak hingga. Salah satu

7

BAB II MOBILE ROBOT

kelemahan jenis robot beroda yaitu kesulitan mengembangkan kemampuan menaiki

tangga.

Tank Robot merupakan jenis tracked robot, robot ini memiliki daerah kontak

yang lebih luas dibandingkan jenis robot lainnya sehingga lebih stabil.

Gambar 2.3 Tank Robot

Robot ini memiliki kemampuan melewati tangga yang memiliki nosing, kondisi ini

sulit dilewati oleh robot beroda biasa.

3. Robot Berkaki dan Beroda

Biasanya robot berkaki tidak memiliki kemampuan berpindah secepat robot

beroda, sedangkan pada robot beroda sulit dikembangkan kemampuan menaiki

tangga. Dengan menggabungkan kelebihan yang dimiliki masing-masing alat gerak

tersebut, saat ini telah dikembangkan robot tangga dengan alat gerak gabungan roda

dan kaki. Salah satu contohnya adalah robot dengan alat gerak berupa kaki yang

dilengkapi roda yang memungkinkan robot menaiki tangga.

8

BAB II MOBILE ROBOT

Gambar 2.4 Robot Shrimp

Selain faktor sistem gerak (locomotion system), sistem navigasi pada mobile

robot juga menjadi faktor yang sangat penting. Beberapa sistem navigasi yang telah

dikembangkan pada mobile robot diantaranya

Manual remote

Navigasi ini melakukan pengontrolan sepenuhnya terhadap robot melalui joystick

Guarded Tele-Op

Sistem navigasi ini melengkapi robot dengan kemampuan

mendeteksi/mengindera dan menghindar dari benda-benda penghalang, dengan

kemampuan inilah robot diarahkan.

Line-Following Robot

Cara kerja sistem navigasi ini yaitu menjejak garis yang terbentang di tengah

sepasang sensor. Robot dengan sistem navigasi ini tidak bisa merubah arah jika

menemukan penghalang, kecuali penghalang tersebut menutupi peta garis.

9

BAB II MOBILE ROBOT

Autonomously Randomized Robot

Robot jenis ini melakukan gerakan acak yang arahnya dikontrol oleh benturan

dengan penghalang (dinding).Roomba merupakan contoh robot dengan sistem

navigasi ini

2.2 Mobile Robot Tangga

Hingga saat ini kemampuan menaiki tangga telah dimiliki oleh robot dengan

berbagai jenis alat gerak, diantaranya robot dua kaki (Asimo), robot berkaki enam

(RHex), robot tank, serta gabungan kaki dan roda (Whegs). Hanya sedikit dari jenis

robot beroda (wheeled robot) yang memiliki kemampuan menaiki dan menuruni

tangga, diantaranya shrimp dan stairBot.

Dalam pengembangan robot beroda dengan kemampuan naik tangga, ada dua

aspek penting yang harus diperhatikan pada saat naik anak tangga/undakan yaitu

teknik memindahkan roda ke/dari anak tangga/undakan dan teknik mempertahankan

keseimbangan pada saat sebagian badan robot menapak anak tangga/undakan.

Beberapa teknik memindahkan roda ke/dari anak tangga/undakan yang telah

diterapkan, diantaranya

Aplikasi bidang miring berupa track pada robot tank

Aplikasi katrol

Aplikasi sendi pada robot berkaki yang dilengkapi roda, contohnya Shrimp

10

BAB II MOBILE ROBOT

Pada intinya teknik-teknik diatas merupakan pengembangan dari konsep pengungkit

dalam memindahkan beban ke tempat yang lebih tinggi.

Teknik mencapai keseimbangan dinamis bisa diantisipasi dengan menyiasati

penempatan bagian-bagian robot pada saat tahap perancangan. Cara lain dengan

memindahkan titik berat melalui algoritma dan mekanisme tertentu.

Pada tugas akhir ini akan dibangun robot beroda naik tangga dengan metoda

dan sistem kontrol robot yang sederhana. Keseimbangan dinamis robot saat menaiki

anak tangga/undakan diabaikan karena ketinggiannya yang relatif kecil terhadap

diameter roda.

2.3 Penggerak Robot

Penggerak robot merupakan komponen terpenting dalam locomotion system

pada robot dengan alat gerak kaki, roda, ataupun lainnya. Penggerak robot merupakan

mesin yang memberikan gaya propulsif untuk menggerakkan anggota-anggota tubuh

robot. Pemilihan penggerak robot sangat dipengaruhi oleh berat robot yang akan

dibangun. Kondisi ini terkadang membatasi jumlah dan jenis penggerak pada robot

yang diinginkan terutama pada jenis robot tangga. Hal ini dapat disiasati dengan

pemilihan material badan robot yang lebih ringan, akan tetapi menimbulkan

konsekuensi lain yaitu penambahan biaya.

11

BAB II MOBILE ROBOT

Penggerak robot yang dibangun pada tugas akhir ini meliputi penggerak roda

belakang, penggerak roda depan dan penggerak penyangga (roda tengah). Penggerak

yang digunakan adalah jenis motor dc yang terdiri atas R/C Servo, motor dc, dan

motor dc gear. Penggerak roda depan dan penyangga ini dikendalikan sesuai input

sensor jarak yang berfungsi sebagai indera penglihatan robot.

2.3.1 Motor Servo

Robot dengan kemampuan menaiki tangga yang dibangun pada tugas

akhir ini, dikembangkan dengan memanfaatkan motor servo sebagai

komponen utama. Motor servo merupakan sejenis motor dc, ac, ataupun

brushles dc motor yang dilengkapi sensor posisi (position sensing device).

Servo dalam bahasa Yunani (servus) berarti pelayan, dinamai demikian

karena sistem ini (baca: servomotor) didesain memiliki respon

kecepatan/posisi yang sesuai dengan perintah/instruksi yang diberikan. Motor

servo memiliki konstruksi ataupun prinsip kerja yang hampir sama dengan

jenis motor induksi konvensional. Hanya saja motor servo didesain memiliki

tingkat presisi yang tinggi terhadap posisi/kecepatan. Oleh karena itu, motor

servo beroperasi dengan sistem kontrol tertutup.

Pada tugas akhir ini jenis motor servo yang digunakan yaitu three-

wired dc servomotor atau lebih dikenal dengan R/C (radio-controlled) Servo.

Jenis servo ini banyak digunakan dalam dunia robotik ataupun mainan radio

12

BAB II MOBILE ROBOT

controlled. R/C Servo juga beroperasi dalam sistem tertutup seperti jenis

servomotor yang telah disebutkan diatas. Secara umum, R/C Servo meiliki

tiga bagian pokok yaitu, motor dc, control board, dan feedback device berupa

potensiometer. Berikut ini sistem kontrol tertutup pada R/C Servo,

Gambar 2.5 Sistem Kontrol Tertutup R/C Servo

R/C Servo yang digunakan pada tugas akhir ini merupakan continuous

servo yang diproduksi oleh Parallax, dengan spesifikasi sebagai berikut,

Sudut putaran shaft 360º

Input tegangan = 4.8-6 vdc

Torka maksimum 3.4 kg-cm

Kecepatan putaran rata-rata = 60 rpm (tanpa beban, 5vdc)

13

Input Tegangan ea

Output Posisi θa

BAB II MOBILE ROBOT

Gambar 2.6 Parallax Continuous Servo

Berdasarkan gambar diatas, R/C Servo memiliki tiga buah kabel yaitu merah

(power) , hitam (ground), dan putih (control/command). Salah satunya

Gambar 2.7 Bagian-Bagian R/C Servo Secara Umum

merupakan kabel yang berfungsi sebagai pengirim instruksi. R/C Servo

memiliki standar khusus dalam pengontrolannya, yaitu menggunakan Pulse

Width Modulation (PWM). R/C Servo memiliki karakteristik patuh terhadap

instruksi, poros akan tetap berada pada posisi/arah putaran sesuai perintah

14

BAB II MOBILE ROBOT

walaupun diberi gangguan mekanik yang melawan poros servo. Hal ini akan

terus berlangsung selama pulsa yang dikirimkan memiliki frekuensi 50 Hz.

Berkaitan dengan gangguan mekanik, torka servo maksimum yang dihasilkan

yaitu sekitar1kg/inch. Apabila gangguan mekanik melebihi batas tersebut

maka servo akan keluar dari posisinya.

Pada dasarnya, arah gerak servo dikontrol oleh lebar PWM. Apabila

servo menerima pulsa dengan lebar 1.3 ms maka akan berputar searah jarum

jam, sedangkan apabila diberi pulsa 1.7 ms maka akan berputar berlawanan

arah jarum jam, dan apabila diberi pulsa 1.5 ms, servo tidak bergerak dan

cenderung mempertahankan posisinya.

Gambar 2.8 Pulse Width Modulation

15

BAB II MOBILE ROBOT

2.3.2 Motor DC

Motor dc yang digunakan yaitu motor dc 9 volt dan motor dc gear 12

volt, masing-masing bertujuan untuk menggerakan roda tengah naik-turun dan

menggerakkan roda belakang. Motor dc yang digunakan sebagai penggerak

roda tengah adalah motor dc keluaran Mabuchi Motor RF-500TB yang biasa

digunakan pada tape recorder dengan kecepatan putaran berkisar 2500-3100

rpm.

Fungsi penyangga (roda tengah) adalah menopang badan robot untuk

menahannya tidak jatuh saat roda depan terangkat naik. Gambar 2.9(a)

merupakan ilustrasi posisi roda menyentuh lantai pada saat motor OFF ,

sedangkan pada gambar 2.9(b) motor dc pada kondisi ON dan menggerakkan

roda naik.

Gambar 2.9 Ilustrasi Roda Tengah Dan Motor DC

Oleh karena itu, pengontrolan arah putaran motor dan pengaturan timing

putaran poros motor sudah cukup untuk mencapai tujuan tersebut.

16

BAB II MOBILE ROBOT

Pengontrolan arah putaran motor dibangun dengan memanfaatkan rangkaian

H-Bridge yaitu IC L293D. Kecepatan putaran motor dc diperkecil dengan

memberi tegangan sebesar 5 volt. Pada bagian ini kecepatan motor dc tidak

terlalu diperhitungkan tetapi akan sangat memudahkan proses pengaturan

ketepatan waktu jika kecepatannya diperkecil.

Khusus pada bagian belakang robot tidak dilengkapi dengan sistem

kontrol karena hanya dibutuhkan gaya maksimum. Oleh karena itu, roda

belakang hanya dapat berputar ke depan. Untuk menggerakkan roda belakang

diperlukan torka yang cukup besar karena roda belakang ini menjadi satu-

satunya penggerak utama robot sehingga ia harus mampu melawan gaya

gesek robot dengan lantai. Hal ini berarti penggerak roda belakang ini harus

memiliki torka besar untuk menggerakkan roda yang dibebani dengan bobot

keseluruhan robot termasuk penggerak tersebut. Oleh karena itu dipilihlah

motor dc gear sebagai penggerak roda belakang. Motor dc gear ini memiliki

karakteristik torka yang besar namun kecepatan yang rendah. Karakteristik

ini sangat sesuai dengan fungsi yang akan dijalankan oleh roda belakang.

Torka motor juga dipengaruhi oleh tinggi anak tangga/undakan yang akan

dicapai dan diameter roda belakang dan akan dibahas pada bab ”Analisa

Model Robot Tangga”.

17