Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

download Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

of 78

Transcript of Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    1/78

    1

    Outline Review Model Kinematik Kinematika Langsung (Direct Kinematic)

    Jacobian Matrix Trajectory Planning

    V. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    2/78

    2

    Review

    Langkah penurunan model kinematik:

    Tentukan KK berdasarkan Metoda D-H

    Mengukur parameter2 link

    Menghitung matrik transformasi untuk setiap

    joint yang berdekatan (adjacent joints)

    Menghitung Matrik Kinematik (POSE)

    Jika diperlukan nyatakan POSE dalamrepresentasi sudut Euler 3 (Yaw-Pitch-Roll)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    3/78

    3

    Review

    Matrik Transformasi D-H untuk KK yangberdekatan, idan i-1.

    Posisi dan orientasi KK idapat diekspresikan dalam KKi-1melaluitransformasi secara berurutan 4 urutan

    transformasi dasar

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    4/78

    4

    Review

    !!!!

    "

    #

    $$$$

    %

    &'

    '

    =

    1000

    0iii

    iiiiiii

    iiiiiii

    dCS

    SaCSCCSCaSSSCC

    ((

    ))()()

    ))()()Source coordinate

    Reference

    Coordinate

    i-1Ai= Tz,dTz,!Tx,aTx,"

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    5/78

    5

    Review

    !!!!

    "

    #

    $$$$

    %

    &

    =

    1000

    zzzz

    yyyy

    xxxx

    pasn

    pasn

    pasn

    T

    !!!

    !!!!!

    "

    #

    $$$

    $$$$$

    %

    &

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    '

    '

    '

    '

    '

    '

    !

    !!!!!

    !!

    "

    #

    $

    $$$$$

    $$

    %

    &

    '

    (

    )

    z

    y

    x

    Joint Space

    Task Space

    Forward

    Inverse

    Kinematics

    CartesianRepresentation

    EulerRepres

    entation

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    6/78

    6

    Review

    !!!!

    "

    #

    $$$$

    %

    &

    '

    '=

    1000

    0

    00

    0

    ()())

    ((

    ()())

    CCSCS

    SC

    CSSSC

    !"# ,,, xyz RRRT = !"# ,,1

    , xyz RRTR =$

    !

    !!!

    "

    #

    $

    $$$

    %

    &

    '

    1000

    0100

    00

    00

    ((

    ((

    CS

    SC

    !

    !!!

    "

    #

    $

    $$$

    %

    &

    '=

    1000

    00

    0010

    00

    ((

    ((

    CS

    SC

    !

    !!!

    "

    #

    $

    $$$

    %

    &

    '

    1000

    00

    00

    0001

    ((

    ((

    CS

    SC

    !

    !!!

    "

    #

    $

    $$$

    %

    &

    1000

    0

    0

    0

    zzz

    yyy

    xxx

    asn

    asn

    asn

    (Persamaan A)

    Representasi Yaw-Pitch-Roll

    !!!!

    "

    #

    $$$$

    %

    &

    '+'('+'('+'(

    '+'

    1000

    0

    0

    0

    XXXXn

    aCaSsCsSnCnS

    XXXXnSnC

    z

    yxyxyx

    yx

    ))))))

    ))

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    7/787

    Review

    0cossin =!+!"yx

    nn ##

    !"#

    $==%+%

    &&''

    sin

    cossincos

    z

    yx

    n

    nn

    "#

    $=%+%$

    =%+%$

    &''

    &''

    sincossin

    coscossin

    yx

    yx

    aa

    ss

    Bandingkan LHS dan RHS Persamaan A

    ),(2tanxy

    nna=!

    )sincos,(2tanyzz

    nnna !+!"= ##$

    )cossin,cos(sin2tanyxyx

    ssaaa !+!"!"!= ####$

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    8/788

    Review

    !!

    "

    !!

    #

    $

    %+&&%

    %%%&&%

    +%&&

    ++&&

    ==

    yandxfor

    yandxfor

    yandxfor

    yandxfor

    xya

    !!

    !!

    !!

    !!

    090

    90180

    18090

    900

    ),(2tan

    '

    '

    '

    '

    '

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    9/789

    Jacobian Matrix

    !!!!!!!!

    "

    #

    $$$$$$$$

    %

    &

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    '

    '

    '

    '

    '

    '

    !!!!!!!!#

    $$$$$$$$&

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    '

    '

    '

    '

    '

    '

    !

    !

    !

    !

    !

    !

    !!!!!!!!

    "

    #

    $$$$$$$$

    %

    &

    '

    (

    )

    z

    y

    x

    Joint Space Task Space

    Forward

    Inverse

    Kinematics

    Jacobian Matrix: Hubungan antara jointspace velocity dengan task space velocity

    !!!!!!

    !!

    "

    #

    $$$$$$

    $$

    %

    &

    z

    y

    x

    z

    y

    x

    '

    '

    '

    !

    !

    !

    Jacobian

    Matrix

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    10/7810

    Jacobian Matrix

    !!

    !!!!!!

    "

    #

    $$

    $$$$$$

    %

    &

    '

    (

    )

    z

    y

    x

    16

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    )( !

    """"""""

    #

    $

    %%%%%%%%

    &

    '

    =

    q

    q

    q

    q

    q

    q

    h

    166216

    6215

    6214

    6213

    6212

    6211

    ),,,(

    ),,,(

    ),,,(

    ),,,(

    ),,,(

    ),,,(

    !""""""""

    #

    $

    %%%%%%%%

    &

    '

    =

    qqqh

    qqqh

    qqqh

    qqqh

    qqqh

    qqqh

    !

    !

    !

    !

    !

    !

    Kinematika Lngsung

    )( 116 !! = nqhY

    qdq

    qdh

    dt

    dq

    dq

    qdhqh

    dt

    dY n !!

    )()()( 116 === !!

    !!!!!!!!

    "

    #

    $$$$$$$$

    %

    &

    z

    y

    x

    z

    y

    x

    '

    '

    '

    !

    !

    !

    1

    2

    1

    6

    )(

    !

    !""""

    #

    $

    %%%%

    &

    '

    "#

    $%&

    '=

    nn

    n

    q

    q

    q

    dq

    qdh

    !

    "

    !

    !

    1616 !!! = nnqJY !

    !

    dq

    qdhJ

    )(=

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    11/7811

    Jacobian Matrix

    !!!

    !!!!!

    "

    #

    $$$

    $$$$$

    %

    &

    z

    y

    x

    z

    y

    x

    '

    '

    '

    !

    !

    !

    1

    2

    1

    6

    )(

    !

    !

    "

    """

    #

    $

    %

    %%%

    &

    '

    "#

    $%&

    '=

    nn

    n

    q

    q

    q

    dq

    qdh

    !

    "

    !

    !

    nn

    n

    n

    n

    q

    h

    q

    h

    q

    h

    q

    h

    q

    h

    q

    h

    q

    h

    q

    h

    q

    h

    dqqdhJ

    !

    !

    """"""""

    #

    $

    %%%%%%%%

    &

    '

    (

    (

    (

    (

    (

    (

    (

    (

    (

    (

    (

    ((

    (

    (

    (

    (

    (

    =))*+,,

    -.=

    6

    6

    2

    6

    1

    6

    2

    2

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    1

    1

    6

    )(

    !

    """"

    !

    !

    Matrik Jacobian adalah

    fungsi dari q, (tidak

    konstan !)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    12/7812

    Jacobian Matrix

    44

    6

    0

    1000!

    "#

    $%&

    '=

    pasnT

    !!!

    "

    #

    $$$

    %

    &

    =

    !!!

    "

    #

    $$$

    %

    &

    =

    )(

    )(

    )(

    3

    2

    1

    qh

    qh

    qh

    z

    y

    x

    p

    !!!

    "

    #

    $$$

    %

    &

    =

    !!!

    "

    #

    $$$

    %

    &

    '

    )(

    )(

    )(

    )(

    )(

    )(

    },,{

    6

    5

    4

    qh

    qh

    qh

    q

    q

    q

    asn

    (

    )

    *

    !"

    #$%

    &

    '=

    !

    !!!!!!!

    "

    #

    $

    $$$$$$$

    %

    &

    =

    Vzy

    x

    Y

    z

    y

    x

    (

    (

    (

    !!

    !

    !

    Kinematika Langsung

    !!!

    "

    #

    $$$

    %

    &

    =

    z

    y

    x

    V

    !

    !

    !

    !!!#

    $$$&

    ='

    (

    )

    *

    !

    !

    !!

    !!!

    "

    #

    $

    $$$

    %

    &

    =='

    )(

    )(

    )(

    )(

    6

    2

    1

    16

    qh

    qh

    qh

    qhY!

    1616 !!! = nnqJY !

    !

    Kecepatan Linier Kecepatan Sudut

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    13/78

    13

    Contoh

    2-DOF planar robot arm Diketahui l1, l2 ,Hitung : Matrik Jacobian

    2

    1

    (x , y)

    l2

    l1

    !

    "

    #$

    %

    &=!

    "

    #$

    %

    &

    ++

    ++

    =!

    "

    #$

    %

    &

    ),(

    ),(

    )sin(sin

    )cos(cos

    212

    211

    21211

    21211

    ''

    ''

    '''

    '''

    h

    h

    ll

    ll

    y

    x

    !"

    #$%

    &

    +++

    +'+''=

    !!!!

    "

    #

    $$$$

    %

    &

    (

    (

    (

    (((

    ((

    =

    )cos()cos(cos

    )sin()sin(sin

    21221211

    21221211

    2

    2

    1

    2

    2

    1

    1

    1

    )))))

    )))))

    ))

    ))

    lll

    lll

    hh

    hh

    J

    !"

    #$%

    &=!

    "

    #$%

    &=

    2

    1

    '

    '

    !

    !

    !

    !! J

    y

    xY

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    14/78

    14

    Jacobian Matrix

    !!!!!!

    !!

    "

    #

    $$$$$$

    $$

    %

    &

    +++

    +++

    +++

    +++

    +++

    +++

    =

    !!!!!!

    !!

    "

    #

    $$$$$$

    $$

    %

    &

    666262161

    656252151

    646242141

    636232131

    626222121

    616212111

    qJqJqJ

    qJqJqJ

    qJqJqJ

    qJqJqJ

    qJqJqJ

    qJqJqJ

    z

    y

    x

    !"!!

    !"!!

    !"!!

    !"!!

    !"!!

    !"!!

    !

    !

    !

    !

    !

    !

    '

    (

    )

    !

    !!!

    "

    #

    $

    $$$

    %

    &

    ==

    666261

    262221

    161211

    JJJ

    JJJ

    JJJ

    qJY

    !

    """"

    !

    !

    ##

    !!!

    !!!!!

    "

    #

    $$$

    $$$$$

    %

    &

    6

    5

    4

    3

    2

    1

    q

    q

    q

    q

    q

    q

    !

    !

    !

    !

    !

    !

    Interpretasi Fisik

    Menunjukan bagaimanasetiap kecepatan joint

    space memberikan

    kontribusi ke kecepatan

    dalam task space.

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    15/78

    15

    Robot Motion Planning Path planning

    Geometric path

    Path adalah adalah ruang kurvadimana lengan robot (robot arm), yangdiwakili oleh masing-masing joint,bergerak dari posisi awal (initialposition) menuju posisi akhir (final

    position

    Permasalahan : obstacle avoidance,shortest path

    Trajectory planning,

    interpolasi atau aproksimasi path yg

    diinginkan (desired path) denganfungsi-fungsi polinomial danmembangkitkan urutan nilai set pointuntuk pengendalian robot dari posisiawal (initial point) menuju posisi yangdiinginkan (destination point).

    Task Plan

    Action Plan

    Path Plan

    Trajectory

    Plan

    Controller

    Sensor

    Robot

    Tasks

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    16/78

    16

    Configuration Space

    An obstacle in the robots workspace

    #

    "

    270

    360

    180

    90

    090 18013545

    qslug

    qrobot

    a C-space representation

    #

    "

    Jika konfigurasi robot berada di dalam daerah biru akan menabrakhalangan

    Visualization of high dimension

    C-space is difficult

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    17/78

    17

    Trajectory Planning

    sequence of control set points

    along desired trajectory

    (continuity,

    smoothness)

    Trajectory

    Planner

    Pathconstraints

    Path

    specification

    )}(),(),({ tqtqtq !!!

    )}(),(),({ tatvtp

    joint space

    cartesian space

    or

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    18/78

    18

    Metoda Perencanaan trayektori : Ruang variabel joint (joint variable space), dimana trayektori

    dibentuk berdasarkan posisi,kecepatan, percepatan joint

    Ruang Cartesian (Cartesian Space), dimana trayektori dibentuk

    berdasarkan posisi, kecepatan, percepatan ujung lengan robot

    Pendekatan ruang variable joint

    Keuntungan : 1)trayektori direncanakan secara langsung

    sesuai dengan variabel kendali untuk pergerakan, 2)

    perencanaan trayektori dapat dilakukan real-time, 3) jointtrajectory lebih mudah dibuat

    Kerugian : sulit untuk menentukan posisi link maupun lengan

    robot selama bergerak, dimana biasanya sebuah pergerakan(initial to final) harus dijamin tidak menabrak halangan (obstacleavoidance)

    Trajectory Planning

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    19/78

    19

    Trajectory Planning

    Path Profile

    Velocity Profile

    Acceleration Profilet0 t1 t2 tf Time

    q(t0)

    q(t1)

    q(t2)

    q(tf)

    Initial

    Lift-off

    Set down

    Final

    Joint i

    t0 t1 t2 tf Time

    Speed

    t0 t1 t2 tf Time

    Acceleration

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    20/78

    20

    Persyaratan

    Beberapa hal yang menentukanperencanaan trayektori

    Nilai set point harus sudah terhitung sebelum

    dilakukan pergerakan

    Posisi antara (intermediate position, knot point)

    harus ditentukan

    Kontinyuitas posisi, kecepatan dan percepatanharus dijamin agar trayektori yang dirancang

    berjalan mulus (smooth)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    21/78

    21

    Persyaratan

    1) Initial position

    2) Initial velocity

    3) Initial acceleration

    4) Lift-off position

    5) Continuity in position at t1

    6) Continuity in velocity at t17) Continuity in acceleration at t18) Set-down position

    9) Continuity in position at t210) Continuity in velocity at t2

    11) Continuity in acceleration at t212) Final position

    13) Final velocity

    14) Final acceleration

    t0 t1 t2 tf

    Time

    q(t0)

    q(t1)

    q(t2)q(tf)

    Initial

    Lift-off

    Set down

    Final

    Joint i

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    22/78

    22

    Persyaratan

    Initial Position

    Position (given)

    Velocity (given, normally zero)

    Acceleration (given, normally zero)

    Final Position

    Position (given)

    Velocity (given, normally zero)

    Acceleration (given, normally zero)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    23/78

    23

    Persyaratan

    Intermediate positions

    set-down position (given)

    set-down position (continuous with previous

    trajectory segment)

    Velocity (continuous with previous trajectory

    segment)

    Acceleration (continuous with previoustrajectory segment)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    24/78

    24

    Persyaratan

    Intermediate positions

    Lift-off position (given)

    Lift-off position (continuous with previous

    trajectory segment)

    Velocity (continuous with previous trajectory

    segment)

    Acceleration (continuous with previoustrajectory segment)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    25/78

    25

    Terdapat Beberapa Jenis Trajectory

    4-3-4 Trajectory, dimana Path dibagi menjadi 3 segmen

    segmen 1 diwakili oleh fungsi polinomial 4 derajat (initial to

    lift-off position)

    Segmen 2 diwakili oleh fungsi polinomial 3 derajat (lift-off to

    set-down position)Segmen 3 diwakili oleh fungsi polinomial 4 derajat (set-down

    to final position)

    3-5-3 Trajectory, sama seperti diatas namun derajat fungsi

    polinomial berturut-turut adalah 3,5 dan 3

    5-Cubic Trajectory, dimana Path dibagi dalam 5 segmen.Setiap segmen dinyatakan dalam fungsi polinomial 3 derajat

    Trajectory Planning

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    26/78

    26

    Trajectory Planning

    4-3-4 trajectory

    3-5-3 trajectory

    022

    23

    34

    4

    2021

    2

    22

    3

    232

    1012

    2

    12

    3

    13

    4

    141

    )(

    )(

    )(

    nnnnnn atatatatath

    atatatath

    atatatatath

    ++++=

    +++=

    ++++= t0!t1, 5 unknow

    t1!t2, 4 unknow

    t2!tf, 5 unknow

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    27/78

    27

    Mobile Robot Motion Planning

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    28/78

    28

    Untuk apa Motion Planning?

    Untuk menentukan kemana akan bergeraktanpa menabrak halangan (obstacle)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    29/78

    29

    Materi yang dibahas

    Dasar

    Ruang Konfigurasi (Configuration Space) C-obstacles

    Metoda-metoda Motion Planning

    Roadmap Approaches Visibility graphs

    Voronoi diagram

    Cell Decomposition Trapezoidal Decomposition

    Quadtree Decomposition

    Potential Fields

    Bug Algorithms

    Referensi :

    G. Dudek, M. Jenkin, Computational Principles of Mobile Robots,MIT Press, 2000 (Chapter 5)

    J.C. Latombe, Robot Motion Planning, Kluwer AcademicPublishers, 1991.

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    30/78

    30

    Configuration Space

    Configuration Space(Ruang Konfigurasi) adalah ruang semua

    kemungkinan konfigurasi gerak robot

    Notasi:

    A: Obyek kaku (rigid) (misalnya robot)

    W: Ruang Euclidean dimanaAbergerak;

    B1,Bm: halangan (obstacle) kaku dan tetap (fixed)

    tersebar dalam W

    32RatauRW =

    FW KK Bumi (fixed frame) FA KK robot (moving frame)

    Konfigurasi qdariA adalah spesifikasi

    dari status/keadaan fisik dari A

    terhadapFW.B1

    Bm

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    31/78

    31

    Configuration Space

    Untuk robot titik yang bergerak dalam bidang 2-D , Ruang konfigurasi

    (C-space) adalah

    Ruang konfigurasi Aadalah ruang (C ) semua kemungkinnkonfigurasi A.

    C Cfree

    Cobs

    2

    R

    Perhatikan robot titik (free-flying, no constraints)

    qstart

    qgoal

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    32/78

    32

    Configuration Space

    Untuk robot titik yang bergerak dalam bidang 3-D , Ruang konfigurasi (C-

    space) adalah

    $

    x

    y

    qstart

    qgoal

    C

    Cfree

    Cobs

    3R

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    33/78

    33

    Configuration Space

    !

    !

    X

    Y

    Robot bergerak hanya translasidalam bidang

    X

    Y Robot bergerak translasidan rotasidalam bidang

    x

    Y

    C-space:

    C-space:

    2-D (x, y)

    3-D (x, y, )

    Euclidean space:2

    R

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    34/78

    34

    Configuration Space

    #

    "

    270

    360

    180

    90

    090 18013545

    qrobot

    qslug

    #

    "

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    35/78

    35

    Configuration Space

    #

    "

    270

    360

    180

    90

    090 18013545

    qslug

    qrobot

    Representasi C-space

    #

    "

    Robot akan menabrak halangan jika konfigurasi robot dalam daerahwarna biru

    Berapakah dimensi dari C-space untuk

    robot PUMA (6R)?Visualisari C-space untuk

    dimensi yang banyak sangatsulit

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    36/78

    36

    Motion Planning Problem

    Mencari jalur bebas halangan (collisionfree) mulai dari konfigurasi awal menuju

    konfigurasi akhir (goal) dengan

    memperhatikan kendala2 (geometri,

    fisik, temporal)

    Konsep C-space

    memberikan

    kerangka kerja

    umum untuk

    mempelajaripersoalan

    motion planning

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    37/78

    37

    Bagaimana jika robot bukan dianggap sebagai sebuah titik ?

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    38/78

    38

    Memperluas

    Halangan

    Bagaimana jika robot bukan dianggap sebagai sebuah titik ?

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    39/78

    39

    Obstacles Configuration Space

    C-obstacle

    Point robot

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    40/78

    40

    Free SpaceFrom

    Robot Motion PlanningJ.C. Latombe

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    41/78

    41

    Minkowski Sums

    Perluasan bentuk bidang planar oleh bidang lain disebut denganMinkowski sum%

    P

    R P%R

    P%R = { p + r | p &P and r &R }

    robot persegi yang hanya bergerak translasi

    (Dilation operation)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    42/78

    42

    Penambahan Dimensi

    Bagaimana bentuk ruang C-obstacle jika robot persegi dapat bergerak

    translasi dan rotasi dalam bidang.

    (Kotak biru adalah halangan)

    x

    y robot persegi yang dapat bergerak translasi dan rotasi

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    43/78

    43

    C-obstacle in 3-D

    x

    y

    0

    180

    360

    this is twisted!!!

    3-D

    Bagaimana bentuk ruang C-obstacle jika robot persegi dapat bergerak

    translasi dan rotasi dalam bidang.

    (Kotak biru adalah halangan)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    44/78

    44

    C-obstacle in 3-D

    x

    y

    0

    180

    3-D

    Bagaimana bentuk ruang C-obstacle jika robot persegi dapat bergerak

    translasi dan rotasi dalam bidang.

    (Kotak biru adalah halangan)

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    45/78

    45

    Untuk satu irisan

    Perhatikan satu irisan dari C-obstacle dimana rotasi robot sebesar 45o

    x

    y 45 degrees

    P

    R

    P%R

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    46/78

    46

    Proyeksi 2-D

    x

    y

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    47/78

    47

    Topik yang dibahas

    Configuration Space

    Motion Planning Methods Roadmap Approaches

    Cell Decomposition

    Potential Fields

    Bug Algorithms

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    48/78

    48

    Metoda Motion Planning

    Komponen dasar motion planning dapat diuraikan sbb :Input Output

    deskripsi geometri robot dan

    lingkungannya (obstacles)

    konfigurasi awal (initial) dantujuan (goal)

    jalur mulai dari posisi awal

    (start) menuju posisi akhir

    (finish)

    qgoalqrobotAplikasi :

    Robot-assisted surgery

    Automated assembly plans

    Etc........

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    49/78

    49

    Metoda Motion Planning

    (1) Roadmap approaches

    (2) Cell decomposition

    (3) Potential Fields

    (4) Bug algorithms

    Tujuanmengurangi N-dimensi ruang

    konfigurasi (configuration space) menjadi

    pencarian jalur satu dimensi

    Tujuanmenghitung semua ruang bebas

    Tujuanmenghasilkan strategi kendali

    lokal yang lebih fleksibel dibandingkan

    dua metoda diatas

    Perencanaan jalur dengan

    pengetahuan yg terbatas

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    50/78

    50

    Roadmap: Visibility GraphsVisibility graphs: Ruang konfigurasi dalam bentuk poligon atau

    polyhendral yang membentuk segmen garis yang menghubungkanantar vertex.

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    51/78

    51

    The Visibility Graph

    Pertama kali, tarik garis dari titik awal dan tujuan ke semua

    vertex yang terlihat (visible) dan sudut (corner) dari

    Kerangka bumi

    start

    goal

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    52/78

    52

    The Visibility Graph

    Kedua, tarik garis dari setiap vertex halangan (obstacle) kevertex dan sudut yang terlihat.

    start

    goal

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    53/78

    53

    The Visibility Graph

    start

    goal

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    54/78

    54

    The Visibility Graph

    start

    goal

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    55/78

    55

    The Visibility Graph

    start

    goal

    Karena peta ini dalam ruang konfigurasi (C-space) setiap garis dapat

    merepresentasikan bagian dari jalur pergerakan dari awal menuju tujuan.

    i ibili h d b k

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    56/78

    56

    Visibility graph drawbacks

    Visibility graphs sukar menunjukan jalur optimal pada dimensi

    yang tinggi

    shortest path

    shortest path within the visibility graph

    Tidak ada clearance

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    57/78

    57

    Roadmap: Voronoi diagrams

    Generalized VoronoiDiagram (GVG)membentuk jaluryang berjarak sama(equidistant)terhadap 2 atau lebih

    halangan (obstacle)termasuk batas-batasruang (workspace)

    Memaksimumkanclearance antarahalangan.

    Metoda ini menghasilkan peta jalan (roadmap) yang

    menghindari halangan seaman mungkin

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    58/78

    58

    Voronoi Diagram: Metrics Beberapa cara untuk pengukuran jarak,

    diantaranya :

    L1 metric

    (x,y) : |x| + |y| = const

    L2 metric

    (x,y) : x2+y2= const

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    59/78

    59

    Voronoi Diagram (L1)

    L1 Tidak

    memiliki

    jalur yang

    berbentukkurva

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    60/78

    60

    Voronoi Diagram (L2)

    P G k

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    61/78

    61

    Perencanaan Gerak

    Roadmap approachesVisibility Graph

    Voronoi Diagram

    Cell decomposition

    Exact Cell Decomposition (Trapezoidal)

    Approximate Cell Decomposition (Quadtree)

    Potential Fields

    Hybrid local/global

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    62/78

    62

    Exact Cell Decomposition

    Penguraian (decomposition)

    ruang bebas ke dalam bentuk sel

    trapezoidal & triangular

    Grafik konektifitas yang

    menyatakan hubungan antara sel

    yang berdekatan

    (Sweepline algorithm)

    Trapezoidal Decomposition:

    Exact Cell Decomposition

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    63/78

    63

    Exact Cell Decomposition

    Trapezoidal Decomposition:

    Terdapat beberapa algoritma graph-

    search untuk menemukan jalur dari

    posisi awal sampai tujuan

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    64/78

    64

    Exact Cell Decomposition

    Posisi jalur terletak di titik tengah

    ( mid-points) garis sambung

    (intersection) antar sel

    Trapezoidal Decomposition:

    Optimalisasi

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    65/78

    65

    Cara yang dapat dilakukan hanya

    memperoleh jumlah minimumsel.

    Optimalisasi

    15 cells 9 cells

    Metoda decomposition eksak

    (exact) dan lengkap (complete),

    tetapi tidak optimal

    Trapezoidal Decomposition:

    Appr i at C ll D c p siti n

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    66/78

    66

    Quadtree Decomposition:

    Approximate Cell Decomposition

    Secara rekursif membagi (subdivides) daerah

    bebas/halangan (free/obstacle (sub)region)

    kedalam 4 sisi (four quarters)

    Quadtree:

    A i t C ll D iti

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    67/78

    67

    Quadtree Decomposition:

    Approximate Cell Decomposition

    Approximate Cell Decomposition

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    68/78

    68

    Quadtree

    Quadtree Decomposition: sel persegi panjang secara rekursif

    diuraikan menjadi luas yang lebih kecil

    pada tingkat resolusi tertentu, hanya sel

    yang luasnya terletak dalam ruang bebas

    yang digunakan

    Approximate Cell Decomposition

    Metoda Perencanaan Pergerakan

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    69/78

    69

    Metoda Perencanaan Pergerakan

    Roadmap approachesCell decomposition

    Exact Cell Decomposition (Trapezoidal)

    Approximate Cell Decomposition (Quadtree)

    Potential Fields

    Hybrid local/global

    Potential Field

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    70/78

    70

    Potential Field

    Lokasi tujuan membangkitkan potensial atraktif (attractive potential)yang bertujuan menarik (pull) robot untuk menuju tujuan

    Obyek halangan membangkitkan potensial repulsif (repulsive potential)

    yang bertujuan mendorong robot untuk menjauh dari halangan

    gradien negatif dari potensial total diperlakukan sebagai gaya artifisial

    yang diberikan kepada robot-- Jumlah gaya keseluruhan digunakan untuk mengendalikan robot

    C-obstacles

    P t ti l Fi ld

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    71/78

    71

    Perhitungan gaya atraktif untuk menuju ke tujuan

    Potential Field

    C-obstacles

    Attractive potential

    Menuju nol ketika robot

    semakin mendekat ke tujuan

    P t ti l Fi ld

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    72/78

    72

    Perhitungan gaya repulsif untuk menghindar halangan

    Potential Field

    P t ti l Fi ld

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    73/78

    73

    Jumlah Potensial

    Potential Field

    C-obstacle

    Attractive potential Repulsive potential

    Sum of potentials

    P t ti l Fi ld

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    74/78

    74

    pembangkitan gaya artificial (negative gradient)

    Jumlah gaya keseluruhan digunakan untuk

    mengendalikan robot

    Equipotential contours

    Negative

    gradient

    Total potential

    Potential Field

    P t ti l Fi ld

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    75/78

    75

    Potential Field

    Perencanaan dan kendali bergabung dalam satu fungsi

    dapat diperoleh jalur pergerakan yang halus (smooth paths)

    Pros:

    terjebak dalam lokal minima (perlu ada teknik random walk atau

    backtracking untuk menghadapi lokal minima)

    pengetahuan tentang bentuk halangan harus jelas (seringkali tidak

    mungkin)

    Cons:

    Metoda Perencanaan Pergerakan

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    76/78

    76

    Metoda Perencanaan Pergerakan

    Roadmap approachesVisibility Graph

    Voronoi Diagram

    Cell decomposition

    Trapezoidal decomposition

    Quadtree decomposition

    Potential Fields

    Bug algorithm

    Full-knowledge

    motion planning

    Limited-knowledge path planning

    Bug Algorithms

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    77/78

    77

    Bug Algorithms

    Goal

    Start

    diketahui arah dari tujuan

    Hanya memiliki sensor lokal

    (walls/obstacles sensor)

    Bug Algorithms

  • 7/24/2019 Bab VI. Perencanaan Trayektori (Trajectory Planning)

    78/78

    Bug algorithm

    Perpindahan pada"

    jenis tingkahlaku sederhana:

    #! Bergerak langsung menuju

    tujuan

    "! Menelusuri halangan

    (Circumnavigating anobstacle)

    1) Mengarah menuju tujuan

    2) Ikuti halangan sampai

    diperoleh LOS dari tujuan

    3) Kembali ke tahap 1

    Insect-inspired bug algorithms

    assume ale$ist robot

    Bug Algorithms