BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1. PENGERTIAN ROBOT

Kata Robot berasal dari bahasa Cekoslowakia, yakni robota, yang

berarti pekerja. Robot diciptakan atas dasar untuk mendukung dan membantu

pekerjaan manusia. Istilah ini dikemukakan oleh Karel Carpec pada tahun

1920. Isaac Asimov mengajukan ada 3 hukum dari “robotics” dimana

berguna untuk melindungi kita dari kecerdasan para robot.

Hukum Pertama: Sebuah robot tidak diperbolehkan melukai manusia, atau

berdiam diri membiarkan manusia celaka.

Hukum Kedua: Sebuah robot harus mematuhi perintah yang diberikan oleh

manusia kecuali perintah tersebut bertentangan dengan hukum yang pertama.

Hukum Ketiga: Sebuah robot harus dapat melindungi dirinya sendiri selama

itu tidak bertentangan dengan Hukum yang Pertama dan yang Kedua .

Meski Hukum Robot ini hanya sebuah kutipan dari cerita fiksi yang

dituliskan oleh Isaac Asimov, kita sudah tidak jauh lagi dari era dimana kita

memang membutuhkan hukum yang dituliskan oleh Asimov, tidak ada

keharusan untuk menurutinya, namun ini adalah ide yang baik.

Berdasarkan Robotics Institute of America (RIA), definisi robot

adalah “A robot is a reprogrammable multifunctional manipulator designed

to move material,parts, tools, or specialized devices through variable

programmed motions for the performance of a variety of tasks.” Bahwa robot

adalah sebuah manipulator yang multifungsi dan bekerja untuk sebuah

keahlian yang khusus, dimana robot juga harus dapat diprogram ulang.

6

7

Dari sudut pandang engineering, robot adalah sebuah benda kompleks

dimana didalamnya terdapat struktur mekanik, kumpulan sistem sensorik dan

sebuah sistem kontrol.

2.2 Klasifikasi Robot

2.2.1 Robot Berkaki.

Robot berkaki merupakan sebuah robot yang dapat bergerak dengan

leluasa karena memiliki kemampuan bergerak untuk berpindah posisi yang

didukung oleh bentuk kaki yang dirancang sebagai alat penggeraknya.

Penggunaan kaki dan bentuk tubuh, ini semua akan disesuaikan dengan

medan yang akan dihadapi oleh robot dan juga harus sesuai dengan tugas

yang akan dilaksanakan oleh robot nantinya. Pada penelitian yang dilakukan

oleh Jin Bo et al, 2011 yang berjudul “Design and Configuration of a

Hexapod Walking Robot.” menjelaskan mengenai gaya berjalan robot

hexapod yang difokuskan pada berjalan lurus dengan meningkatkan

kemampuan beradaptasi pada medan yang tidak rata menggunakan sensor

pada ujung kaki yang ditujukan pada perhitungan kinematika. Berikut

klasifikasi robot berkaki yang penulis gunakan.

a) Hexapod (Robot Berkaki Enam)

8

Gambar 2.1 Robot Hexapod

(Sumber:

http://www.mindcreators.com/Images/RO_HexapodRob

ot.gif)

Robot Hexapod adalah robot yang bergerak dengan

menggunakan 6 buah kaki. Karena robot secara statistik

dapat stabil dengan menggunakan 3 kaki atau lebih, maka

robot hexapod mempunyai fleksibilitas yang tinggi. Jika ada

kaki yang tidak berfungsi, maka ada kemungkinan robot

masih dapat berjalan.

Terlebih lagi tidak semua kaki robot dibutuhkan untuk

mencapai stabilitas, kaki lainnya dapat bergerak bebas untuk

mencari tempat pijakan baru.

Kelebihan :

- Dapat bergerak dibeberapa permukaan, kasar maupun

halus.

- Dengan jumlah kaki yang sama di tiap sisinya, maka bobot

robot akan tertopang dengan baik.

9

- Posisi tubuh robot diatas kaki, sehingga terhindar dari

gesekan atau benturan dari permukaan.

Kekurangan :

- Memerlukan biaya riset yang cukup tinggi.

- Pergerakan relatif lamban dikarenakan dibutuhkannya

waktu untuk pengaturan koordinasi gait dari tiap servo.

2.2.2. Motor Penggerak

Motor adalah sebuah motor elektris bertenaga AC (alternating

current) atau DC (direct current), yang berperan sebagai bagian pelaksana

dari perintah – perintah yang diberikan oleh otak robot. Berdasarkan

fungsinya, terdapat beberapa macam motor yang biasa digunakan pada robot,

yaitu motor DC untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan tinggi, motor

stepper untuk aplikasi dengan akurasi tinggi, dan motor servo untuk gerakan-

gerakan berupa gerakan sudut.

Dalam mengendalikan motor-motor tersebut, otak robot tidak dapat

langsung mengakses motor, kecuali motor servo yang sudah memiliki

antarmuka. Namun demikian, dengan menggunakan antarmuka servo

controller, maka proses pengendalian motor servo akan lebih mudah

dilakukan.

2.2.3 Kontrol Motor

Kontrol Robot Loop Terbuka

Diagram kontrol loop terbuka pada sistem robot dapat dinyatakan

dalam gambar berikut ini.

10

Gambar 2.2 Kontrol Loop Terbuka

Dengan melihat diagram ini, dapat diketahui bahwa kontrol loop

terbuka tidak memberikan feedback untuk memperbaiki output. Kontrol loop

terbuka atau umpan maju (feedforward control) dapat dinyatakan sebagai

sistem kontrol yang outputnya tidak diperhitungkan ulang oleh kontroler.

Keadaan apakah robot benar-benar telah mencapai target sesuai yang

dikehendaki sesuai referensi, adalah tidak dapat mempengaruhi kinerja

kontroler.

Kontrol ini sesuai untuk sistem operasi robot yang memiliki aktuator

yang beroperasi berdasarkan umpan logika berbasis konfigurasi langkah

sesuai urutan, misalnya stepper motor. steppermotor tidak perlu dipasangi

sensor pada porosnya untuk mengetahui posisi akhir. Jika dalam keadaan

berfungsi baik dan tidak ada masalah beban lebih, maka stepper motor akan

berputar sesuai perintah kontroler dan mencapai posisi target dengan tepat.

Perlu digaris bawahi di sini bahwa kontrol sekuensi (urutan) dalam gerak

robot dalam suatu tugas yang lengkap, misalnya memiliki urutan sebagai

berikut: menuju ke posisi obyek, mengambil obyek, mengangkat obyek,

memindahkan ke posisi tertentu, dan meletakkan obyek adalah tidak selalu

semua langkah operasi ini termasuk dalam kontrol loop terbuka. Dapat saja

langkah menuju posisi obyek dan memindah obyek menuju posisi akhir

11

adalah gerak berdasarkan loop tertutup. Sedangkan yang lainnya adalah loop

terbuka berdasarkan perintah langkah berbasis delay.

Kontrol Robot Loop Tertutup

Gambar 2.3 Kontrol Loop Tertutup

Pada gambar di atas, jika hasil gerak aktual telah sama dengan

referensi, maka input kontroler akan nol. Artinya kontroler tidak lagi

memberikan sinyal aktuasi kepada robot karena target akhir perintah gerak

telah diperoleh. Makin kecil error terhitung maka makin kecil pula sinyal

pengemudian kontroler terhadap robot, sampai akhirnya mencapai kondisi

tenang (steady state).

Referensi gerak dan gerak aktual dapat berupa posisi (biasanya

didefinisikan melalui kedudukan ujung lengan terakhir / end effector),

kecepatan, akselerasi, atau gabungan di antaranya. Kontrol bersifat konvergen

jika dalam rentang waktu pengontrolan nilai error menuju nol, dan keadaan

12

dikatakan stabil jika setelah konvergen kontroler mampu menjaga agar error

selalu nol. Dua pengertian dasar; konvergen dan stabil, adalah sangat penting

dalam kontrol loop tertutup.

Stabil dan konvergen diukur dari sifat referensinya. Posisi akhir

dianggap konvergen bila makin lama gerakan makin perlahan dan akhirnya

diam pada posisi seperti yang dikehendaki referensi, dan dikatakan stabil jika

posisi akhir yang diam ini dapat dipertahankan dalam masa-masa berikutnya.

Jika referensinya adalah kecepatan maka disebut stabil jika pada keadaan

tenang kecepatan akhirnya adalah sama dengan referensi (atau mendekati)

dan kontroler mampu menjaga kesamaan ini pada masa-masa berikutnya.

Dalam hal kecepatan, keadaan tenang yang dimaksud adalah bukan berarti

output kontroler bernilai nol (tegangan 0 Volt) seperti keadaan sesungguhnya

pada kontrol posisi, namun kontroler tidak lagi memberikan penguatan

(amplify) atau pelemahan (attenuate) pada aktuator. Demikian juga bila

referensinya adalah percepatan (akselerasi).

2.3. Struktur Kaki

Struktur kaki terdiri dari tiga bagian utama yaitu coxa, femur dan

tibia. Coxa atau pinggul mempunyai fungsi untuk menahan berat tubuh pada

posisi statis (misalnya berdiri) dan dinamis ( misalnya berjalan atau berlari).

Beban terberat terdapat di bagian ini. Femur atau tulang paha mempunyai

fungsi sebagai penyambung antara coxa atau tulang pinggul dengan tibia atau

tulang kering. Femur memberikan dukungan pada seluruh struktur rangka

sehingga membantu dalam pergerakan kaki. Tibia atau tulang kering

mempunyai fungsi membentuk engsel bersama dengan tulang paha yang

13

disebut dengan lutut sehingga memungkinkan robot untuk berjalan, berlari

dan menaiki tangga.Untuk memudahkan pengertian bagian-bagian tungkai

makhluk hidup, berikut merupakan gambaran tungkai kaki manusia:

Gambar 2.4 Tungkai kaki manusia

(Sumber:http://www.getbodysmart.com/ap/skeletalsystem/skeleton/

appendicular/lowerlimbs/menu/menu.html)

Berikut ini adalah gambaran untuk tungkai kaki serangga :

14

Gambar 2.5 Tungkai Kaki Belalang

(Sumber: http://www.amentsoc.org/insects/glossary/terms/trochanter)

Analogi tungkai kaki belalang pada robot Hexapod :

Gambar 2.6 Perbandingan Kaki Robot Dan Kaki Serangga (Sumber:http://www.chaos.gwdg.de/~poramate/AMOSWD06.html)

2.3.1. Gait

Gait merupakan pola pergerakan sendi, baik itu pada hewan maupun

manusia. Gait pada hewan terbentuk berdasarkan kebutuhan akan kecepatan gerak,

kondisi habitat, pergerakan (maneuver), dan pemakaian energi yang efisien. Pada

robot berkaki, ada beberapa pilihan kombinasi gait , yaitu gait untuk 2 kaki

(Bipedal), 4 kaki (Quadrapod), atau 6 kaki (Hexapod).

Gait 6 kaki (Hexapod)

a. Tripod Gait

Tripod gait terdiri dari kaki depan dan kaki belakang serta kaki tengah

pada sisi lainnya. Untuk setiap tripod, kaki diangkat, diturunkan, dan

15

digerakkan maju mundur secara bersamaan. Pada saat berjalan, hexapod

menggunakan kedua tripod-nya mirip dengan biped yang melangkah dari satu

kaki ke kaki lain. Karena 3 kaki selalu berada di tanah, maka gait tersebut

akan selalu stabil. Berikut adalah skema dari tripod gait :

Gambar 2.7 Skema Tripod gait

(Sumber: http://www.ratstar.com/?v=variant)

b. Wave Gait

Pada wave gait, kaki bergerak secara satu persatu dimulai dari kaki

paling belakang, kemudian diulang oleh sisi yang lainnya. Karena hanya 1

kaki yang diangkat dan menyisakan 5 kaki di tanah, maka gait ini adalah gait

yangpaling stabil. Tetapi dikarenakan pergerakan satu-persatu maka gait ini

tidak dapat bergerak terlalu cepat.

c. Ripple Gait

Yang terakhir adalah ripple gait. Pada pandanganan pertama gait ini terlihat

sangat rumit, untuk dapat mengerti maka kita harus mengetahui bahwa pada setiap

sisi, sebuah gelombang yang non-overlapping dihasilkan untuk kaki yang diangkat.

Dan kedua gelombang yang berlawanan tersebut mempunyai beda fase sebesar 180º.

Berikut adalah skema dari ripple gait.

16

Gambar 2.8 Skema Gait Ripple

(Sumber: http://www.ratstar.com/?v=variant)

Berikut adalah bentuk sinyal PWM dari ketiga gait tersebut :

Gambar 2.9 Sinyal PWM dari Ketiga Gait

Bentuk kaki yang digunakan oleh Hexapod :

Gambar 2.10 Kaki Hexapod

(Sumber: http://www.robotshop.com/robot leg tutorial.html‐ ‐ )

17

Hexapod robot biasanya dikonfigurasikan dengan menggunakan 2 baris 3

kaki (3+3) atau 60 derajat dari kaki sebelahnya dan jarak yang sama dari tengah bodi.

2.4 Forward Kinematic

Berdasarkan “Penerapan Inverse Kinematic Pada Pengendalian Gerak Robot”

Danang (2012 : 1) Pada Gambar. 2.10 menunjukkan model 3-D dari sebuah robot

berkaki enam yang digunakan dalam penelitian ini, Terdiri dari badan robot yang

berbentuk persegi panjang dan enam kaki identik yang didistribusikan ke kedua sisi

badan robot. Setiap kaki memiliki tiga derajat kebebasan. Desain persegi panjang

adalah desain yang lebih mirip dengan bentuk binatang, desain ini cocok digunakan

untuk gerakan maju, walaupun kurang fleksibel dalam berbelok, bergerak

menyamping atau bergerak mundur [Woering R,2011].

Gambar 2.11 Robot Hexapod Phoenix Dari Lynxmotion

18

Gambar 2.12 Konstruksi Kaki

Gambar 2 merupakan bentuk model dari kaki robot, Z0 adalah base frame

dari kaki, 0 sedangkan Zb adalah framepusat dari robot yang terletak di tengah

tengah badan. Parameter dari kaki robot ditunjukkan oleh Tabel 2.1

Tabel 2.1. Parameter D-H kaki robot

Link

1 -90 0

2 0 0

3 0 0

Hasil dari transformasi matrik antara ujung kaki dengan base frame Z0 adalah

sebagai berikut:

.............(1)

Dari matrik T diatas maka persamaan forward kinematic dari kaki 3DOF ini adalah

19

..........................................(2)