BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS

Transkripsi

1 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pada bab ini akan ditampilkan dan dijelaskan mengenai pengujian sistem dan dokumuentasi data-data percobaan yang telah direalisasikan sesuai dengan spesifikasi yang telah disetujui pada surat tugas Pengujian Sistem Pembangkit Koordinat. Pengujian sistem pembangkit lintasan dilakukan untuk menguji hasil dari persamaan-persamaan fungsi pembangkit koordinat x, y, dan z terhadap waktu untuk engkel dan panggul robot. Pengujian dilakukan dengan memberikan masukan berupa parameter gerakan yang divariasikan dan melihat hasil kurva dari fungsi koordinat terhadap waktu yang dihasilkan. Pengujian fungsi pembangkit lintasan arah x, y, dan z dilakukan secara terpisah untuk setiap arah koordinat pada engkel dan panggul. Pengujian ini dilakukan sepenuhnya melalui perangkat lunak Fungsi Koordinat x(t) Pengujian fungsi x(t) untuk engkel dilakukan dengan lima variasi parameter jarak langkah f yaitu 5, 1, 15, 2, dan 25. Kurva yang dihasilkan untuk satu periode langkah. Periode langkah ditentukan sebesar 2. Periode langkah adalah jumlah counter waktu yang dilakukan untuk melakukan satu kali melangkahkan kaki. Dari grafik pada Gambar 4.1, dapat dilihat bahwa fungsi pembangkit mampu menghasilkan titik-titik koordinat arah x yang membentuk sebuah kurva lintasan engkel, di mana kurva yang dihasilkan sesuai dengan kelima parameter yang ditentukan. Untuk nilai parameter jarak langkah akan menentukan kecepatan berjalan robot, maka untuk mendapatkan nilai terbaik melalui pengujian fisik dengan robot. Semakin besar jarak langkah robot maka robot berjalan semakin cepat. Tetapi bila terlalu jauh keseimbangan robot akan terganggu karena momentum robot terlalu besar. 21

2 Kurva x(t) engkel Koordinat arah x f=5 f=1 f=15 f=2 f=25 Gambar 4.1 Kurva koordinat x engkel terhadap waktu selama satu periode langkah dangan variasi parameter jarak langkah (f). Pengujian fungsi x(t) untuk panggul dilakukan dengan lima variasi parameter faktor bentuk αx yaitu 1, 2, 3, 4, dan 5. Kurva yang dihasilkan untuk satu periode langkah. Periode langkah ditentukan sebesar 2. Dan jarak langkah yang digunakan adalah 25. Kurva x(t) panggul Koordinat arah x α=1 α=2 α=3 α=4 α=5 Gambar 4.2 Kurva koordinat x panggul terhadap waktu selama satu periode langkah dengan variasi parameter faktor bentuk (αx). 22

3 Dari grafik pada Gambar 4.2 dapat dilihat pengaruh nilai faktor bentuk αx terhadap bentuk kurva. Saat nilai αx = 1, kurva yang dihasilkan linear. Semakin besar nilai αx maka nilai koordinat x(t) panggul semakin cepat bertambah di awal dan akhir periode langkah dan jaraknya semakin jauh. Dari kurva tersebut dapat dilihat bahwa nilai optimal untuk gerakan panggul adalah dengan faktor bentuk αx di bawah 3 supaya nilai koordinat tidak mengalami penurunan ketika di tengah periode atau kurva tidak bergelombang. Pada Gambar 4.3 ditunjukkan posisi titik x(t1) yaitu awal posisi engkel dan panggul sebelum melangkah, dan x(t2) yaitu posisi akhir engkel setelah melangkah, titik x= berada pada pusat kaki robot yang tidak mengayun. x= Gambar 4.3 Posisi awal dan akhir engkel dan panggul robot pada sumbu x untuk satu periode langkah Fungsi Koordinat y(t) Pengujian fungsi y(t) untuk engkel dilakukan dengan lima variasi parameter tinggi langkah h yaitu 5, 1, 15, 2, dan 25. Kurva yang dihasilkan untuk satu periode langkah. Periode langkah ditentukan sebesar 2. Dari grafik pada Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa fungsi pembangkit mampu menghasilkan titik-titik koordinat arah y yang membentuk sebuah kurva lintasan engkel, di mana kurva yang dihasilkan sesuai dengan kelima parameter yang ditentukan. Tinggi langkah akan mempenaruhi keseimbangan robot saat berjalan pada fase SSP, maka perlu pengujian fisik untuk mendapatkan nilai optimal. Semakin tinggi langkah robot, gerakan berjalan semakin tidak seimbang tetapi robot dapat mencapai jarak langkah kaki yang lebih jauh. Untuk mengurangi ketidakseimbangan robot dapat dilakukan dengan mempercepat periode langkah. 23

4 Kurva y(t) engkel 3 25 Koordinat arah y Caounter t h=5 h=1 h=15 h=2 h=25 Gambar 4.4 Kurva koordinat y engkel terhadap waktu selama satu periode langkah dengan variasi parameter tinggi langkah (h). Gambar 4.5 menunjukkan posisi titik y(t2/2), atau posisi engkel pada sumbu y saat setengah periode, titik tersebut menunjukkan puncak kurva y(t) engkel yang merupakan tinggi langkah kaki robot. Letak titik y= berada pada pusat kaki mengayun saat awal dan akhir langkah. y= Gambar 4.5 Posisi engkel robot pada sumbu y pada saat puncak langkah kaki pada setengah periode. 24

5 Fungsi Koordinat z(t) Pengujian fungsi z(t) untuk engkel yang dilakukan dengan lima variasi parameter langkah samping (A) yaitu 5, 1, 15, 2, dan 25. Untuk rasio langkah samping (η) ditetapkan 1. Kurva yang dihasilkan untuk satu periode langkah. Periode langkah ditentukan sebesar Kurva z(t) engkel Koordinat arah z A=5 A=1 A=15 A=2 A=25 Gambar 4.6 Kurva koordinat z engkel terhadap waktu selama satu periode langkah dengan variasi parameter lebar langkah samping (A). Dari grafik pada Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa fungsi menghasilkan titik-titik koordinat yang membentuk kurva sesuai dengan nilai parameter yang ditentukan. Dalam hal ini parameter lebar langkah samping (A) menentukan jarak bentangan kaki ke samping yang dicapai saat akhir periode langkah. Nilai lebar langkah samping A menentukan kecepatan gerakan berjalan ke samping, di mana ditentukan berdasarkan percobaan fisik. Pengujian fungsi z(t) untuk panggul, yang pertama adalah variasi parameter jarak simpangan panggul (S y) yaitu 5, 1, 15, 2, dan 25, sementara faktor bentuk ditetapkan 1. Kurva yang dihasilkan adalah untuk satu periode langkah. Periode langkah ditentukan sebesar 2. Dari grafik pada Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa fungsi menghasilkan kurva yang sesuai dengan nilai parameter yang ditentukan. Pada kurva tersebut terlihat pergerakan panggul ke salah satu arah dalam satu periode, pergerakan ini mempengaruhi keseimbangan robot pada fase SSP karena panggul robot bergerak ke kiri saat kaki kanan diangkat. Maka nilai parameter S y harus disesuaikan dengan tinggi langkah robot. Semakin tinggi langkah robot, simpangan panggul S y semakin besar. Tetapi bila terlalu besar maka robot akan jatuh ke arah kaki yang berpijak. 25

6 Kurva z(t) panggul Koordinat arah z Sy=5 Sy=1 Sy=15 Sy=2 Sy=25 Gambar 4.7 Kurva koordinat z panggul terhadap waktu selama satu periode langkah dengan variasi parameter lebar simpangan pinggul ke samping (Sy). Pengujian untuk fungsi z(t) panggul yang kedua adalah variasi faktor bentuk α z, yaitu 1, 1, 2, 3, dan 4. Parameter S y yang digunakan adalah Kurva z(t) panggul Koordinat arah z αz = 1 αz = 1 αz = 2 αz = 3 αz = 4 Gambar 4.8 Kurva koordinat z panggul terhadap waktu selama satu periode langkah dengan variasi parameter faktor bentuk kurva (αz). Dari Gambar 4.8 dapat dilihat bahwa faktor bentuk αz mempengaruhi bentuk dari kurva lintasan panggul robot. Di mana semakin besar nilai αz maka gerakan panggul 26

7 semakin halus karena kurva lebih seperti kurva parabola. Maka untuk mendapatkan gerakan berjalan yang stabil digunakan parameter αz yang cukup besar, yaitu antara 2-3. Gambar 4.9 menunjukkan posisi engkel dan panggul pada arah sumbu z. Gambar 4.8(a) menunjukkan posisi engkel robot pada arah z, di mana z(t1) merupakan posisi awal sebelum melangkah ke samping dan z(t2) merupakan posisi akhir setelah melangkah ke samping. Titik z= untuk engkel berada pada pusat kaki mengayun sebelum melangkah. Pada Gambar 4.8(b) ditunjukkan posisi panggul robot, di mana posisi puncak simpangan panggul z(t2/2) dicapai ketika setengah periode. Posisi titik z= untuk panggul berada pada pusat panggul sebelum melangkah. Z= Z= (a) (b) Gambar 4.9 Posisi pada sumbu z dari (a) engkel robot untuk satu periode langkah samping, dan (b) panggul robot pada puncak simpangan panggul saat setengah periode Pengujian Sistem Pembangkit Pola Berjalan Pengujian sistem pembangkit pola gerakan berjalan dilakukan untuk mengetahui pola pergantian langkah yang dihasilkan oleh sistem. Pengujian dilakukan dengan menjalankan sistem untuk beberapa periode gerakan berjalan dengan satu set parameter yang telah ditentukan. Pengujian dilakukan untuk masing-masing kurva x,y,dan z secara terpisah pada kedua kaki robot. 27

8 Pembangkit Pola Berjalan x(t) Pengujian pembangkit pola berjalan arah x dilakukan dengan parameter gerakan jarak langkah f=1, dan faktor bentuk αx=1. Periode langkah ditentukan 2 dan dilakukan 4 kali periode. Pola kurva x(t) engkel dan panggul Koordinat arah x Engkel kiri Engkel kanan panggul Gambar 4.1 Grafik pola kurva koordinat x terhadap waktu untuk engkel dan panggul. Pada Gambar 4.1 ditunjukkan sistem pembangkit pola gerakan berjalan mengatur pergantian antara langkah kaki kanan dan kiri. Ketika kaki kanan melangkah maka koordinat engkel kaki kiri bernilai nol, demikian pula sebaliknya bergantian setiap periode. Gerakan panggul sesuai dengan periode langkah kaki kiri dan kanan. Gambar 4.11 menunjukkan kurva lintasan sumbu x terhadap waktu yang merupakan hasil dari selisih koordinat engkel dan panggul. Kurva ini yang kemudian direalisasikan menjadi gerakan berjalan robot melalui sistem inverse kinematic. 28

9 Pola langkah x(t) Koordinat arah x kaki kiri kaki kanan Gambar 4.11 Grafik pola kurva koordinat arah x terhadap waktu akhir untuk kaki kanan dan kiri hasil selisih koordinat engkel dan panggul Pembangkit Pola Berjalan y(t) Pengujian pembangkit pola berjalan arah y dilakukan dengan parameter gerakan jarak langkah h=1. Periode langkah ditentukan 2 dan dilakukan 4 kali periode Pola langkah y(t) Koordinat arah y Kaki kiri Kaki kanan Gambar 4.12 Grafik pola kurva koordinat y terhadap waktu. Gambar 4.12 menunjukkan pola kurva lintasan arah y langkah kaki, di mana pergantian langkah dilakukan sesuai periode langkah. 29

10 Pembangkit Pola berjalan z(t) Pengujian pembangkit pola berjalan arah z dilakukan dengan parameter gerakan jarak langkah samping A=1, jarak simpangan panggul ke samping Sy=15, dan faktor bentuk αz=2. Periode langkah ditentukan 2 dan dilakukan 4 kali periode. Pada Gambar 4.13 terlihat pola gerakan langkah samping pada arah sumbu z. Sistem dapat mengatur pergantian langkah kaki kanan dan kiri untuk gerakan langkah samping. Hasil akhir merupakan selisih antara korrdinat engkel dengan koordinat panggul yang membentuk kurva seperti pada Gambar Pola kurva z(t) engkel dan panggul Koordinat arah z Engkel kiri Engkel kanan Panggul Gambar 4.13 Grafik pola kurva koordinat z terhadap waktu untuk engkel dan panggul. Pola langkah x(t) Koordinat arah z Kaki kiri Kaki kanan Gambar 4.14 Grafik pola kurva koordinat arah z terhadap waktu akhir untuk kaki kanan dan kiri hasil selisih koordinat engkel dan panggul. 3

11 Pembangkit Pola Gerakan Berputar Untuk pembangkit gerakan berputar ditentukan oleh parameter heading di mana fungsi linear digunakan untuk menghasilkan putaran kaki. Pengolahan parameter heading langsung pada sistem inverse kinematic, pada tugas akhir ini heading hanya untuk menentukan derajat perputaran kaki robot. Pola yang dihasilkan dapat dilihat pada Gambar Pola rotasi kaki Posisi putaran kaki Kaki kiri Kaki kanan Gambar 4.15 Grafik pola perubahan sudut putaran kaki robot terhadap waktu Pengujian Pembangkit Lintasan Pada pengujian ini koordinat yang sudah didapatkan dari fungsi pembangkit koordinat engkel dan panggul dibentuk menjadi sebuah kurva lintasan dalam bidang kartesian. Gambar 4.16 menunjukkan lintasan engkel pada bidang sagital atau bidang xy. Pada bidang ini ditunjukkan lintasan langkah robot ke depan dengan parameter gerakan jarak langkah 2 dan tinggi langkah 5. Koordinat arah y Kurva lintasan engkel bidang x-y koordinat arah x Gambar 4.16 Kurva lintasan engkel bidang xy 31

12 Gambar 4.17 menunjukkan lintasan engkel pada bidang frontal atau bidang zy. Pada bidang ini ditunjukkan lintasan langkah robot ke samping dengan parameter gerakan jarak langkah samping 5 dan tinggi langkah 1. Kurva lintasan engkel bidang z-y Koordniat arah y Koordinat arah z Gambar 4.17 Kurva lintasan engkel bidang zy Gambar 4.18 menunjukkan lintasan panggul pada bidang transversal atau bidang xz untuk dua kali periode langkah. Pada bidang ini ditunjukkan lintasan langkah robot ke depan dengan parameter gerakan jarak langkah 2 dan jarak simpangan panggul Kurva lintasan panggul bidang x-z Koordinat arah z Koordinat arah x Gambar 4.18 Kurva lintasan engkel bidang xz 32

13 4.4. Pengujian Penerapan Sistem pada Robot Pada pengujian ini keseluruhan sistem perencanaan gerakan berjalan diujikan secara langsung pada robot. Sistem dijalankan untuk melihat performa sistem membangkitkan gerakan berjalan robot. Pengujian dilakukan untuk enam jenis gerakan dasar yaitu gerakan maju, mundur, geser kanan, geser kiri, putar kanan, dan putar kiri. Pengujian dilakukan dengan menjalankan robot pada permukaan karpet sejauh 2 meter untuk setiap gerakan, untuk gerakan putar dilakukan putaran 36. Setiap pengujian dilakukan perulangan sebanyak 1 kali. Gerakan-gerakan tersebut dibentuk dengan mengatur parameter-parameter gerakan yang menghasilkan pola gerakan yang sesuai. Penentuan parameter tiap gerakan didapatkan melalui proses eksperimen yang tidak tercatat untuk mendapatkan hasil yang terbaik. Hasil dari pengujian ini adalah tingkat keberhasilan robot melaksanakan gerakan dan kecepatan gerakan robot. Pengujian dilakukan tanpa sistem pengendali keseimbangan Pengujian Gerakan Berjalan Maju Parameter gerakan berjalan maju yang digunakan seperti pada Tabel 4.1. Parameter utama gerakan adalah jarak langkah f, di mana nilai positif akan membuat robot berjaan maju. Semakin besar nilai jarak langkah maka robot berjalan semakin cepat. Tabel 4.1 Parameter gerakan berjalan maju Nama Parameter Nilai Periode langkah 45 Jarak langkah ( f ) 35 Tinggi langkah ( h ) 4 Faktor bentuk x ( αx ) 1.5 Simpangan panggul ( Sy ) 13 Faktor bentuk z ( αz ) Lebar langkah samping ( A ) Rasio langkah samping ( η ) 1 Heading Tabel 4.2 menunjukkan hasil pengujian gerakan berjalan maju. Dari hasil pengujian didapatkan tingkat keberhasilan 9 dari 1 percobaan, atau 9%. Kecepatan rata-rata yang didapat untuk gerakan berjalan maju adalah 14,16 cm/s. 33

14 Tabel 4.2 Hasil pengujian gerakan berjalan maju Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s) Kecepatan (cm/s) 1 Tidak jatuh Tidak jatuh Jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Pengujian Gerakan Berjalan Mundur Parameter gerakan berjalan mundur yang digunakan seperti pada Tabel 4.3. Parameter utama gerakan adalah jarak langkah f, di mana nilai negatif akan membuat robot berjaan mundur. Tabel 4.3 Parameter gerakan berjalan mundur Nama Parameter Nilai Periode langkah 45 Jarak langkah ( f ) -2 Tinggi langkah ( h ) 5 Faktor bentuk x ( αx ) 1.5 Simpangan panggul ( Sy ) 2 Faktor bentuk z ( αz ) 38 Lebar langkah samping ( A ) Rasio langkah samping ( η ) 1 Heading Tabel 4.4 menunjukkan hasil pengujian gerakan berjalan mundur. Dari hasil pengujian didapatkan tingkat keberhasilan 1 dari 1 percobaan, atau 1%. Kecepatan rata-rata yang didapat untuk gerakan berjalan mundur adalah 5,62 cm/s. 34

15 Tabel 4.4 Hasil pengujian gerakan berjalan mundur Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s) Kecepatan (cm/s) 1 Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Pengujian Gerakan Geser Kanan Parameter gerakan geser kanan yang digunakan seperti pada Tabel 4.5. Parameter utama gerakan adalah lebar langkah samping A, di mana nilai positif akan membuat robot bergeser ke kanan. Tabel 4.5 Parameter gerakan geser kanan Nama Parameter Nilai Periode langkah 45 Jarak langkah ( f ) -3 Tinggi langkah ( h ) 3 Faktor bentuk x ( αx ) 1 Simpangan panggul ( Sy ) 2 Faktor bentuk z ( αz ) 2 Lebar langkah samping ( A ) 11 Rasio langkah samping ( η ).5 Heading -2.5 Tabel 4.6 menunjukkan hasil pengujian gerakan geser kanan. Dari hasil pengujian didapatkan tingkat keberhasilan 1 dari 1 percobaan, atau 1%. Kecepatan rata-rata yang didapat untuk gerakan geser kanan adalah 6,19 cm/s. 35

16 Tabel 4.6 Hasil pengujian gerakan geser kanan Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s) Kecepatan (cm/s) 1 Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Pengujian Gerakan Geser Kiri Parameter gerakan geser kiri yang digunakan seperti pada Tabel 4.7. Parameter utama gerakan adalah lebar langkah samping A, di mana nilai negatif akan membuat robot bergeser ke kiri. Tabel 4.7 Parameter gerakan geser kiri Nama Parameter Nilai Periode langkah 45 Jarak langkah ( f ) -4 Tinggi langkah ( h ) 3 Faktor bentuk x ( αx ) 1 Simpangan panggul ( Sy ) 2 Faktor bentuk z ( αz ) 1 Lebar langkah samping ( A ) -1 Rasio langkah samping ( η ) -1 Heading 1.7 Tabel 4.8 menunjukkan hasil pengujian gerakan geser kiri. Dari hasil pengujian didapatkan tingkat keberhasilan 1 dari 1 percobaan, atau 1%. Kecepatan rata-rata yang didapat untuk gerakan geser kiri adalah 7,7 cm/s. 36

17 Tabel 4.8 Hasil pengujian gerakan geser kiri Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s) Kecepatan (cm/s) 1 Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Pengujian Gerakan Putar Kanan Parameter gerakan putar kanan yang digunakan seperti pada Tabel 4.9. Parameter utama gerakan adalah heading, di mana nilai negatif akan membuat robot berputar ke kanan. Tabel 4.9 Parameter gerakan putar kanan Nama Parameter Nilai Periode langkah 45 Jarak langkah ( f ) -8 Tinggi langkah ( h ) 4 Faktor bentuk x ( αx ) Simpangan panggul ( Sy ) 15 Faktor bentuk z ( αz ) 3 Lebar langkah samping ( A ) Rasio langkah samping ( η ) Heading -8 Tabel 4.1 menunjukkan hasil pengujian gerakan putar kanan. Dari hasil pengujian didapatkan tingkat keberhasilan 1 dari 1 percobaan, atau 1%. Waktu rata-rata yang dibutuhkan robot untuk melakukan satu putaran 36 ke kanan adalah s. 37

18 Tabel 4.1 Hasil pengujian gerakan putar kanan Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s) 1 Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh 17 5 Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Pengujain Gerakan Putar Kiri Parameter gerakan putar kiri yang digunakan seperti pada Tabel Parameter utama gerakan adalah heading, di mana nilai positif akan membuat robot berputar ke kiri. Tabel 4.11 Parameter gerakan putar kiri Nama Parameter Nilai Periode langkah 45 Jarak langkah ( f ) -8 Tinggi langkah ( h ) 4 Faktor bentuk x ( αx ) Simpangan panggul ( Sy ) 12 Faktor bentuk z ( αz ) 3 Lebar langkah samping ( A ) Rasio langkah samping ( η ) Heading 7 Tabel 4.12 menunjukkan hasil pengujian gerakan putar kiri. Dari hasil pengujian didapatkan tongkan keberhasilan 1 dari 1 percobaan, atau 1%. Waktu rata-rata yang dibutuhkan robot untuk melakukan satu putaran 36 ke kiri adalah 12,91 s. 38

19 Tabel 4.12 Hasil pengujian gerakan putar kiri Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s) 1 Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh Tidak jatuh