BAB 3 PERANCANGAN SISTEM. Dalam membuat suatu sistem harus dilakukan analisis mengenai sistem yang akan

Transkripsi

1 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM Bab ini akan membahas tentang perancangan sistem yang digunakan pada robot. Dalam membuat suatu sistem harus dilakukan analisis mengenai sistem yang akan dirancang. Pembuatan robot di bahasan perancangan awal dimulai dari struktur robot dan analisa keseimbangan robot dimana analisa keseimbangan terdiri dari dari tahapan yaitu analisa titik pusat massa dan analisa titik pusat massa pada tumpuan yang berbeda. Dari analisa diatas maka akan dapat ditentukan gait yang akan digunakan pada robot. Perancangan selanjutnya adalah mengenai perangkat keras dari robot. Perangkat keras robot terdiri dari konstruksi robot dan perangkat elektronik. Konstruksi akan membahas tentang bagian dari tubuh robot dimulai dari kaki yang terdiri dari tiga bagian femur, tibia dan coxa, bahan yang digunakan serta dimensinya, servo dan lain-lain. Pada perangkat elektronik akan dibahas komponen elektronik yang akan digunakan, skematik dan daya yang dibutuhkan oleh robot. Perancangan terakhir adalah perancangan perangkat lunak. Perangkat lunak meliputi progam yang dibuat dan juga diagram alur dari program Perancangan Perangkat Keras Rancangan Awal Perancangan sistem pada penelitian ini akan membahas tentang perancangan robot enam kaki yang mampu menghindari atau melewati rintangan dengan tambahan sensor sehingga mampu beradaptasi dengan lingkungan yang baru. Beberapa penelitian 61

2 62 mengenai robot berkaki telah dilakukan oleh mahasiswa Universitas Bina Nusantara yang terakhir adalah Holonomic Walking Robot pada tahun 2007 oleh Zweist, Isnan dan Jati. Pada tahun 2006 Fransiska, Suhandi, dan Yosafat dengan judul Walking robot dengan servo dan pada tahun 2002 dengan judul Pengembangan Walking Robot oleh Aan dan Deny. Ketiga skripsi diatas mempunyai sistem dan orientasi yang berbeda dari bentuk kaki dan gait sehingga mempunyai karakteristik tersendiri. Robot hasil penelitian Aan dan Deny merupakan robot pneumatik sehingga tidak melakukan pendekatan secara biologis sedangkan robot hasil penelitian Fransiska,Suhandy dan Yosafat melakukan pendekatan secara biologis dalam arti bentuk struktur robot dan gait yang digunakan menyerupai anjing. Robot hasil penelitian Zweist, Isnan dan Jati dikatakan mempunyai gabungan keduanya karena robot tersebut memiliki pendekatan secara biologis namun tidak sepenuhnya meniru hewan tertentu. Sistem yang dirancang merupakan pengembangan dari robot hasil penelitian Zweist, Isnan dan Jati karena menggabungkan kedua skripsi sebelumnya yaitu pendekatan secara biologis tapi tidak meniru sepenuhnya meniru hewan tertentu. Pengembangan dilakukan pada kemampuan robot mampu melewati rintangan dan juga terdapat sensor sehingga robot mampu beradaptasi dengan lingkungan. Tujuan robot ini diteliti adalah untuk mempelajari pengembangan gait pada robot tipe hexapod (berkaki enam) yang dinilai sebagai robot berkaki yang paling seimbang saat bergerak di permukaan yang tidak selalu datar.

3 Perbandingan Dengan Penelitian Sebelumnya Untuk penelitian ini, dilakukan perbandingan terhadap penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Zweist, Isnan, dan Jati dengan judul Walking Robot. Revisi dan kesimpulan dari penelitian Zweist, Isnan, dan Jati. Walaupun robot dapat berjalan sesuai gait yang dirancang, masih terdapat penyimpangan pada arah pergerakan. Penyimpangan disebabkan konstruksi mekanik yang tidak sempurna baik dalam panjang kaki maupun alas kaki yang sering slip. Memakai ATtiny2313 dengan port dipasangkan pada Servo Controller. Power Supply 6 V untuk Onboard Controller. Robot sering condong ke satu sisi. Pemilihan baterai amat penting pada penelitian ini. Gait harus dimodifikasi agar pergerakan lebih lurus. Kecepatan dan struktur mekanik alas kaki mempengaruhi gerak dorong robot. Perancangan mekanik secara menyeluruh sebelum dilakukannya pembuatan sangat membantu dalam menghasilkan produk akhir maksimal. Saran untuk penelitian ini adalah: Dalam pembuatan rangka bangun harus dibuat ahli. Alas kaki kuat dan tak licin agar tidak slip. Servo kuat agar bisa tahan beban.

4 64 Kaki lebih banyak agar lebih seimbang. Tabel gait pada eeprom dibuat lebih dinamis dengan panjang berbeda-beda disertai dengan delay antar step yang bervariasi. Revisi dan kesimpulan dari penelitian Ferdi, Robert, dan Dede tentang Quad pod Robot for Ladder Application: Struktur mekanik badan robot yang berbentuk persegi panjang menyulitkan robot untuk naik dan turun tangga, dan mempengaruhi keseimbangan robot saat melakukan pergerakan. Penggunaan servo controller memudahkan dalam hal pemrograman, hal ini dapat terlihat dari percobaan pertama tanpa menggunakan servo controller, array yang digunakan adalah 12 x 280 hanya untuk gait jalan sedangkan pada percobaan menggunakan servo controller hanya memerlukan array sebanyak 12 x 181 untuk melakukan semua gait. Saran untuk penelitian ini adalah: Melakukan analisa pusat massa dan keseimbangan robot sebelum menentukan struktur mekanik yang digunakan. Menggunakan supply dengan arus tidak kurang dari 3 ampere dan jumlah cell yang banyak untuk mengatasi masalah kebutuhan supply yang banyak pada motor servo.

5 65 Tabel 3.1 Perbandingan Penelitian sebelumnya dengan penelitian sekarang No. Robot Sebelumnya (2009) Robot Hexapod 1 Robot berkaki 4 (Quadpod) 2 Total memakai 12 servo 3 Servo menggunakan power supply Robot berkaki 6 (hexapod) Total memakai 18 Servo Servo menggunakan baterai Dengan melihat perbandingan-perbandingan inilah, robot yang akan dikembangkan sekarang diharapkan memiliki fitur yang sama atau lebih baik daripada pendahulunya Perancangan Perangkat Elektronik Pada subbab ini akan dijelaskan mengenai cara perancangan dan sistem kerja dari robot hexapod yang dibangun. Gambar 3.1 Blok Diagram Seperti terlihat di halaman berikut:

6 66 Tombol ON Switch Tombol Gait Servo 1 Kaki 1 Kaki 4 Servo 10 Servo 2 ATMega8535 Servo 11 Servo 3 Servo 12 SSC 32 Servo 4 Servo 13 Servo 5 Servo 14 Servo 6 Kaki 2 Kaki 5 Servo 15 Servo 7 Kaki 3 Servo 16 Servo 8 Servo 17 Servo 9 Kaki 6 Servo 18 Gambar 3.1 Blok Diagram Hexapod

7 67 Penjelasan Blok Diagram: AVR Atmega8535: sebagai otak dari robot hexapod. Semua program untuk pengendalian robot terdapat di AVR sebagai pusat pengendalian robot. Tombol/Switch: switch yang digunakan adalah 1 switch latching dan 2 push button. Tombol-tombol ini berfungsi sebagai tombol ON, gait, dan RESET. Tombol-tombol ini berfungsi sebagai input bagi AVR. Servo Controller (SSC-32): berperan sebagai pengendali servo-servo. Dalam robot ini, digunakan 1 servo controller. Servo controller ini dapat mengontrol 18 motor servo secara sekaligus. Kaki: melambangkan alat gerak robot yang terdiri dari coxa, femur, dan tibia. Setiap bagian ini memiliki 1 servo yang mengatur sudut pergerakan dari tiap joint robot. Servo: merupakan penggerak joint yang terdapat pada tiap sendi kaki robot. Gerakannya dalam sudut disimbolkan dalam x, y, dan z. Coxa, femur, dan tibia memiliki servonya masing-masing. Total servo yang digunakan adalah 18 buah, 3 servo di setiap kaki.

8 Modul Utama: 68

9 Gambar 3.2 Skematik Modul Controller 69

10 70 Penjelasan gambar skematik: Dalam penggunaannya, Atmega8535 menggunakan dudukan IC dengan jumlah pin yang sama, agar AVR ini mudah dibongkar-pasang untuk kepentingan penulisan program. Program yang digunakan adalah CodeVisionAVR C Compiler. Dalam program ini, langkah pertama untuk menuliskan program adalah dengan membuat skematik untuk mengetahui pin mana saja dari AVR yang akan digunakan dalam rangkaian robot hexapod ini. AVR ini pada penerapannya memerlukan XTAL. Pada aplikasinya sekarang, digunakan XTAL 11,0592 MHz pada pin 12 dan 13. XTAL ini dipakai sebagai oscillator, untuk memberikan sinkronisasi bit pada AVR, dan memberikan sinkronisasi clock sebesar 11,0592 MHz. Clock mengendalikan lalu lintas bit yang terjadi dalam rangkaian. AVR dapat melakukan perintah sebanyak 1 MIPS (Million Instructions Per Second) per MHz, berarti dalam tiap MHz, AVR dapat mengerjakan sebanyak kurang lebih 1,000,000 perintah. Pada AVR ATmega8535, kedua mode ini hampir sama dalam hal pengaturan. Perbedaan hanya terdapat pada sumber clock saja. Pada transmisi asynchronous, masing-masing peripheral memiliki sumber clock sendiri. Synchronous memerlukan external clock untuk mensinkronisasi semua peripheral yang digunakan. Secara pengaturan hardware, mode synchronous menggunakan 3 pin, yaitu RXD, TXD, dan XCK. Mode asynchronous menggunakan 2 pin, yaitu RXD dan

11 71 TXD. Dapat dilihat pada penelitian hexapod ini, transmisi yang digunakan adalah transmisi asynchronous. Cara kerja servo: sebuah servo terdiri dari sebuah motor DC kecil, beberapa gear, sebuah potensiometer, dan rangkaian feedback control. Tiap servo memiliki 3 kabel, satu kabel untuk input pulsa pengontrol, dan 2 kabel (positif dan negatif) untuk daya listrik yang dibutuhkan motor untuk beroperasi. Sebuah servo menerima command atau pulsa dari receiver setiap beberapa saat, misalkan 20ms. Maka servo itu harus menahan posisi itu selama 20ms sampai mendapatkan pulsa berikut. Servo harus menahan posisi ini, bahkan walaupun gaya-gaya dari permukaan kontrol berusaha membuatnya bergerak. Potensiometer pada servo digunakan untuk umpan balik (feedback). Potensiometer adalah sebuah resistor yang berubah nilainya setiap kali berputar. Potensiometer berputar bersamaan dengan servo motor. Sirkuit dalam servo mengetahui posisi servo dengan melihat dari tegangan pada potensiometer (resistansi R naik, tegangan V turun). Sirkuit membandingkan posisi yang diberikan receiver dengan posisi yang diindikasikan oleh potensiometer. Sirkuit kemudian menggerakkan servo motor kea rah yang cocok agar mengurangi perbedaan sudut antara receiver dan potensiometer.

12 72 Servo Controller SSC-32: Gambar 3.3 SSC-32 Karena penelitian menggunakan 18 buah servo, maka untuk memudahkan pengaturan dan pengendalian servo-servo tersebut, digunakanlah servo controller. Servo Controller bertugas mengatur lalu lintas data antara mikrokontroler dengan servo-servo. Servo berjumlah 18 buah tersebut dipasangkan pada port-port yang tersedia pada modul SSC-32. Setelah itu pada program yang dituliskan pada mikrokontroler, dibuatlah suatu table array sejumlah yang dibutuhkan. Pada SSC-32 ini juga terdapat setting speed, yang mempengaruhi kecepatan gerak pada servo. Nomor Servo Yang Acak Pada lampiran coding terdapat 2 buah variable yaitu i dan j kedua variable ini digunakan hanya untuk mensorting urutan posisi servo

13 73 yang terdapat pada posisi sebenarnya (posisi dimana servo dipasang). Karena keterbatasan tempat dan kurangnya panjang kabel servo motor maka servo motor tidak dipasang berurutan pada portnya. Karena program coding berjalan secara sequence dari atas ke bawah maka kita harus mengurutkan nomor servo dengan menyesuaikan posisi servo yang seharusnya (port 1, 2,3,, 18) dengan posisi servo yang sebenarnya dipasang. Maka pada saat program akan membaca servo ke 10 (pada posisi sebenarnya servo 10 terdapat pada port 12) maka fungsi dibawah ini digunakan : If(i==10) {j=12;} Begitu juga selanjutnya hingga ke posisi terakhir servo yaitu 18. Servo dipasang pada modul ssc-32 di nomor 8 seperti yang terlihat pada Gambar 3.4. Rangkaian RESET Setiap mikrokontroller memiliki pin reset, pada AVR pin reset aktif LOW. Pin RESET pada AVR aktif low yang maksudnya reset mikrokontroller akan terjadi jika pin RESET diberi logika 0. RESET memiliki 2 fungsi atau tujuan antara lain :

14 74 1. Membuat semua pin dalam kondisi tri-state (High Impedance) kecuali pin XTAL, menginisialisasi register I/O, dan meng-set counter program kembali ke NOL. 2. Untuk membuat mikrokontroler memulai kembali pembacaan program, hal tersebut dibutuhkan pada saat mikrokontroler mengalami gangguan dalam meng-eksekusi program. Pin Reset AVR memiliki resistor pull-up internal agar mikro tidak reset sendiri, tetapi resistor pull-up internal ini tidak cukup jika lingkungan memiliki gangguan-gangguan dan mikro dapat reset yang terjadi secara sporadis. Resistor pull-up eksternal dapat digunakan untuk menjaga agar pin RESET tidak berlogika 0 secara tidak disengaja. Besarnya nilai resistor ini secara teori bisa bernilai berapa saja tetapi untuk aplikasinya gunakan nilai resistor yang tepat agar pin RESET dapat diubah logikanya menjadi LOW sehingga dapat diprogram. Nilai pada umumnya dan yang direkomendasikan adalah 10Kohm dan untuk keperluan debugwire tidak boleh lebih kecil dari 10Kohm. Untuk melindungi pin RESET dari noise, ditambahkan kapasitor yang terhubung dengan pin Reset dan Ground. Kapasitor tidak begitu dianjurkan penggunaannya karena AVR telah memiliki low-pass filter internal untuk mengurangi efek bounching pada pin Reset, tetapi

15 75 penggunaan kapasitor eksternal lebih kepada proteksi tambahan pada pin reset Perancangan Piranti Lunak Perancangan piranti lunak merupakan salah satu bagian penting dalam penelitian ini karena setiap pergerakan robot diatur berdasarkan program yang disimpan dalam mikrokontroler AVR ATMega8535. Seperti penelitianpenelitian terdahulu dengan tema yang serupa, perancangan piranti lunak pada penelitian ini dilakukan dengan program CodeVisionAVR. Robot dapat berfungsi dengan baik apabila telah diketahui karakteristik dari tiap servo yang telah dibahas pada sub-bab sebelumnya, dan juga harus disertai dengan instruksi-instruksi program yang sesuai dengan rancangan tubuh robot. Prinsip kerja program pada robot akan lebih jelas jika dilihat pada diagram alir yang diperlihatkan pada Gambar di bawah ini.

16 76 Gambar 3.4 Diagram Alir dari sistem PEP ver1.09lm.xls Pada Bab 3 terdapat beberapa table sudut step by step untuk inisialisasi. Pada kesempatan ini penulis akan menjelaskan bagaimana sudut sudut tersebut didapatkan. Sudut sudut tersebut didapatkan dengan menggunakan program Microsoft Excel yang telah disediakan oleh Lynxmotion. Nama program Excel tersebut adalah PEP (Phoenix Excel Program). Program Excel PEP ini menggunakan inverse

17 77 kinematic dimana kita menggerakkan kaki kaki robot sesuai dengan yang kita inginkan dan sudutnya akan terbaca dengan sendirinya. Gambar 3.5 Screenshot 1 Tab Body & Coxa Pada gambar kiri adalah hexapod tampak dari atas, sedangkan pada gambar kanan adalah posisi kaki hexapod dengan tampak samping. Gambar kanan akan berubah sesuai dengan kaki servo yang ingin kita atur posisinya. Garis coklat yang mengakatakan Lowest part of body dimaksudkan adalah posisi dimana semua kaki terangkat dan body hexapod yang menahan seluruh bebannya.

18 78 Gambar 3.6 Screenshot 2 Tab Body & Coxa Gambar diatas adalah bagaimana kita menggerakkan kaki secara satu persatu. Warna hijau adalah untuk menggerakkan kaki kaki kanan dan warna kuning untuk menggerakkan kaki kaki kiri. Terlihat kita dapat mengatur sumbu sumbu X, Y, dan Z secara tersendiri secara bebas. Bila melampaui batasnya maka derajat derajat yang terdapat pada Coxa, Femur, dan Tibia akan berubah warna dari hitam menjadi merah. Setelah mengatur kaki pada posisi yang kita inginkan maka kita harus me-write posisi tersebut.

19 79 Gambar 3.7 Write Sequences & Read Sequence Read sequences digunakan untuk mengecek posisi yang telah terwrite. Setelah kita write posisi yang kita inginkan maka sudut sudut pada setiap kaki tersebut akan terbaca dan akan terlihat pada tab Individual Sequences.

20 80 Gambar 3.8 Contoh Tabel Sudut Yang Dihasilkan PEP Gambar 3.9 Screenshot dari tab Gait Seq.

21 81 Dengan melihat hasil screenshot PEP pada gambar 3.10, maka table array pada lampiran listing program dapat dibuat. Table array pada coding hexapod didapat dengan melihat program tabel hasil simulasi PEP. Gait Kebanyakan hexapod dikendalikan dengan gait, yang memungkinkan robot untuk bergerak maju, berputar, dan mungkin berjalan ke samping. Gait yang digunakan adalah : Wave Gait Wave gait disebut demikian karena bentuk PWM-nya yang menyerupai gelombang. Dalam pergerakannya, kaki tampak bergerak satu persatu secara bergantian. Berikut skema pergerakannya: Gambar 3.10 Wave Gait Tripod Gait Tripod gait terdiri dari kaki depan dan kaki belakang serta kaki tengah pada sisi lainnya. Untuk setiap tripod, kaki diangkat, diturunkan, dan

22 82 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 3.11 Gait Tripod 3.2. Diagram Alir dan Pergerakan Robot Pergerakan robot hexapod ini menggunakan 2 gait yaitu Wave dan Tripod. Namun pada kajian keseimbangan kali ini, yang kami teliti adalah gait Tripod, dimana gait ini secara teoritis sangat seimbang dan efektif, dimana setiap kali robot bergerak, terdapat 3 kaki menahan bodi robot agar tidak jatuh ke permukaan. Wave gait dibuat semata untuk melengkapi pengembangan gait robot ini, tetapi tidak termasuk dalam materi bahasan keseimbangan. Tiga kaki pada gait tripod yang dimaksud seperti digambarkan berikut ini:

23 83 Gambar 3.12 Tripod Gait (Sumber: Seperti telah dijelaskan sebelumnya, kaki yang digunakan pada robot ini berjumlah 6 buah, dengan 3 joint yang digerakkan oleh servo pada tiap kaki. Dengan demikian, jumlah servo yang dipakai dalam penelitian ini adalah sebanyak 18 servo. Tabel 3.2 Sudut Pergerakan Servo Posisi Tungkai Socket Kiri depan Kiri Tengah Kiri Belakang Kanan Depan Kanan Tengah Kanan belakang Sudut Min Sudut Max Tibia Femur Coxa Tibia Femur Coxa Tibia Femur Coxa Tibia Femur Coxa Tibia Femur Coxa Tibia Femur Coxa

24 84 Di bawah ini adalah gambar arah pergerakan sudut joint Coxa di setiap kaki robot: Gambar 3.13 Arah sudut pergerakan Coxa Pada bagian Femur arah pergerakan sudut antara kaki depan dan belakang adalah sama, sedangkan arah pergerakan untuk kaki kiri dan kanan berbeda. Di bawah ini adalah gambar arah sudut pergerakan Femur pada kaki sebelah kiri dan kanan. Gambar 3.14 Arah sudut pergerakan Femur Pada bagian Tibia arah pergerakan sudut antara kaki depan dan belakang adalah sama, sedangkan arah pergerakan untuk kaki kiri dan kanan berbeda. Di

25 85 bawah ini adalah gambar arah sudut pergerakan Tibia pada kaki sebelah kiri dan kanan. Gambar 3.15 Arah sudut pergerakan Tibia Gait Berdiri Gait berdiri merupakan gait yang harus dilakukan pertama kali oleh robot sebelum melakukan gait lainnya. Setiap sudut yang dibentuk pada masing masing servo dalam setiap step dapat dilihat. Gait ini hanya terdiri dari satu step saja. Setiap kaki mempunyai sudut yang sama sehingga mampu menjaga keseimbangan saat berdiri. Berikut adalah tabel sudut gait untuk gait berdiri: Tabel 3.3 Tabel Sudut Gait Berdiri Servo Sudut derajat

26 Gambar 3.16 Gait Berdiri Tampak Belakang Gambar 3.17 Gait Berdiri Tampak Atas Gambar 3.18 Gait Berdiri Tampak Samping Kiri

27 Gait Inisialisasi Gait ini dilakukan untuk memeriksa apakah servo-servo telah fungsional dari coxa, femur, hingga tibia. Robot cenderung terlihat seperti menari. Berikut merupakan tabel sudut yang disimpan di dalam mikrokontroler dan dikirim ke robot untuk melakukan gerakan ini: Tabel 3.4 Step 1 sampai 13 Gait Sudut Inisialisasi Tabel 3.5 Step 14 sampai 26 Gait Sudut Inisialisasi Gait inisialisasi menggerakkan masing-masing servo secara berurutan, membuat robot mengangkat masing-masing kaki satu persatu, menaikkan 2

28 88 kaki depan, condong kiri, condong kanan, condong depan, condong belakang, juga posisi tertinggi dan terendah Gait Wave Maju Gait jalan Wave dilakukan dengan menggerakkan satu persatu kaki robot.secara berurutan. Disebut wave karena gait ini memiliki bentuk sinyal PWM yang jika diurutkan akan membentuk gelombang ombak. Gerakan memiliki sekuens yang cukup panjang, namun karena saat bergerak terdapat 5 kaki yang menjejak tanah, maka kemungkinan robot terjatuh menjadi sangat kecil. Tabel 3.6 Tabel Step 1 sampai 12 Sudut Gait Jalan Wave

29 Tabel 3.7 Tabel Step 13 sampai 23 Sudut Gait Jalan Wave 89

30 Gambar 3.19 Diagram Alir Gait Wave Maju 90

31 91 Gambar 3.20 Step 1 Gait Wave Maju Gambar 3.21 Step 2 Gait Wave Maju Gambar 3.22 Step 3 Gait Wave Maju

32 92 Gambar 3.23 Step 4 Gait Wave Maju Gambar 3.24 Step 5 Gait Wave Maju Gambar 3.25 Step 6 Gait Wave Maju

33 93 Gambar 3.26 Step 7 Gait Wave Maju Gambar 3.27 Step 8 Gait Wave Maju Gait Jalan Tripod Setelah berdiri, gerakan dasar yang harus dilakukan robot adalah berjalan. Gait yang digunakan disini adalah Gait Tripod, karena itu kaki yang diangkat selalu dalam jumlah 3 kaki dengan kombinasi 2-1, yaitu 2 kaki dari sisi kiri, 1 kaki sebelah kanan, dan sebaliknya. Pada sisi dengan 2 kaki yang diangkat, yang diangkat adalah kaki terluar. Pada sisi dengan 1 kaki yang diangkat, yang diangkat adalah kaki di tengah (Kaki 2 atau Kaki 5).

34 94 Gambar 3.28 Diagram Alir Gait Jalan Tripod Pada diagram alir ini, digambarkan kaki bergerak secara satu persatu. Tiap kaki ini melangkah dengan mengangkat kaki, lalu menjatuhkannya pada satu arah sesuai yang tertera pada diagram alir. Robot dapat menggerakkan 3

35 95 kaki sekaligus, agar step-step gerakan dapat dilakukan dengan lebih cepat dan efisien waktu dan tenaga. Berikut adalah skema Gait Maju Tripod: Tabel 3.8 Tabel sudut step gait jalan tripod Posisi Tungkai Servo Step 1 Step 2 Step 3 Step 4 Step 5 Step 6 Kiri depan Tibia Femur Coxa Kanan Depan Tibia Femur Coxa Kiri Tengah Tibia Femur Coxa Kanan Tengah Tibia Femur Coxa Kiri Belakang Tibia Femur Coxa Kanan belakang Tibia Femur

36 96 Coxa Gambar 3.29 Step 1 Gait Jalan Tripod (Tampak Atas) kaki1 kaki4 kaki2 kaki5 kaki3 kaki6 Gambar 3.30 Step 2 Gait Jalan Tripod (Tampak Atas) kaki1 kaki4 kaki2 kaki5 kaki3 kaki6 Gambar 3.31 Step 3 Gait Jalan Tripod (Tampak Atas)

37 97 kaki1 kaki4 kaki2 kaki5 kaki3 kaki6 Gambar 3.32 Step 4 Gait Jalan Tripod (Tampak Atas) Gambar 3.33 Step 5 Gait Jalan Tripod (Tampak Atas) Gambar 3.34 Step 6 Gait Jalan Tripod (Tampak Atas)

38 Gait Berputar Balik Tripod (Menghindari Rintangan) Gait berputar balik dengan cara melakukan gait berbelok 90 derajat ke kanan sebanyak jumlah yang diperlukan sampai menghadap sisi yang berlawanan Tabel 3.9 Tabel sudut step gait putar balik tripod

39 Gambar 3.35 Diagram Alir Gait Putar Balik Tripod 99

40 100 kaki5 kaki6 Gambar 3.36 Step 1 sampai 4 Gait Putar Balik Tripod Gambar 3.37 Step 5 sampai 8 Gait Putar Balik Tripod

41 101 Gambar 3.38 Step 9 sampai 10 Gait Putar Balik Tripod Gait ini diulangi terus sampai bodi robot menghadap sisi 180 derajat berlawanan dari sisi awal. Setelah gait berbelok di atas diselesaikan, coxa di semua kaki menarik badan, mengembalikannya ke posisi awal (berdiri) Gait Berputar Balik Wave (Menghindari Rintangan) Dengan melakukan gait yang sama berulang kali (3 kali) maka robot dapat berputar-balik jika mendapat interrupt pada tombol gait. Dengan begitu robot dapat menghindari rintangan. Tabel 3.10 Step 1 sampai 10 sudut gait putar balik wave

42 Tabel 3.11 Step 11 sampai 19 sudut gait putar balik wave 102

43 Gambar 3.39 Diagram Alir Gait Putar Balik Wave ke Kanan 103

44 kaki1 kaki2 104 Gambar 3.40 Step 1-4 Gait Putar Balik Wave ke Kanan kaki3 7 kaki4 kaki6 kaki5 Gambar 3.41 Step 5-8 Gait Putar Balik Wave ke Kanan

45 105 Gambar 3.42 Step 9-12 Gait Putar Balik Wave ke Kanan 16 kaki3 kaki6 kaki5 Gambar 3.43 Step Gait Putar Balik Wave ke Kanan

46 106 kaki4 kaki5 kaki6 19 Gambar 3.44 Step Gait Putar Balik Wave ke Kanan 3.3. Konstruksi Robot Analisa Pusat Massa Dengan bentuk tubuh dari robot persegi panjang maka pusat massa berada ditengah. Pada gambar dibawah terlihat pusat massa berada ditengah yaitu pada koordinat X(1/2 P, 1/2 L) Gambar 3.45 Titik pusat massa pada bidang persegi panjang Pentingnya diketahui pusat massa karena untuk menentukan keseimbangan robot sehingga pada saat posisi berdiri diam ataupun saat berjalan robot tidak

47 107 kehilangan keseimbangan dan jatuh. Perlu diketahui pusat massa dapat berubah sesuai gaya yang didapat dari pegerakan kaki robot sesuai dengan sudut pergerakan yang dibuat Analisa Gaya Pada Sendi dan Keseimbangan Robot Dynamic stability Robot berjalan yang stabil saat bergerak harus terus bergerak agar tidak jatuh. Jika saat berjalan robot berhenti bergerak, pusat massa akan membuatnya terjatuh. Static stability Robot stabil yang statis dapat diberhentikan pergerakannya pada titik manapun dalam gait-nya dan tidak akan jatuh. Dalam kasus hexapod, selama ada 3 kaki manapun yang bersentuhan dengan lantai dan pusat massa ditempatkan di dalam segitiga yang terbentuk dari kaki-kaki ini, maka robot akan berdiri stabil saat statis. Gambar 3.46 Model Tripod Sudut-sudut yang di bentuk kaki tidak perlu berbanding lurus terhadap satu dengan yang lain, seperti gambar berikut:

48 108 Gambar 3.47 Sudut Kaki Pada Hexapod Gaya yang terjadi pada setiap joint pada kaki hexapod: Gambar 3.48 Gaya Pada Sendi Robot (Sumber:

49 109 W = Rumus perhitungan untuk joint-joint tersebut: + 4 WFRAME WELECT WBATTERY W3 * LEGS (1) N1+ 2N2 = W 4 + 6*( W1+ W 2 + W 3)...(2) T LEFT FOOT = W1* L1*cosθ1 W 2*( L1*cosθ1+ L2*cosθ 2) W 3*( L1*cosθ L2*cosθ 2) W 4*( L1*cosθ1+ L2*cosθ 2 + L3) 2W 3*(2L3 + L1*cosθ1+ L2*cosθ 2)... 2W 2*( L1*cosθ1+ L2*cosθ 2 + 2L3) 2W 1*( L1*cosθ1+ 2L2*cosθ 2 + 2L3) N2*(2L1*cosθ1+ 2L2*cosθ 2 + 2L3)...(3) Persamaan (1) menjelaskan W4 (weight) yang terjadi pada pusat massa robot saat 3 kaki diangkat. Persamaan (2): Massa robot diasumsikan terdistribusi seimbang pada kaki di kedua sisi robot pada sisi kanan. Maka gaya reaksi N2 dan N3 bernilai sama. Tiga kaki harus menahan seluruh berat robot, juga berat kaki itu sendiri. Persamaan (3) menjelaskan cara mencari torka dari N1 untuk mendapatkan N2 (normal force). T KNEE = T1 N1*( L1*cosθ1)... W 2*( L2*cosθ 2) W 3*( L2*cosθ 2)... W 4*( L2*cosθ 2 + L3) 2W 3*( L2*cosθ 2 + 2L3)... 2W 2*( L2*cosθ 2 + 2L3) 2W 1*( L2*cosθ 2 + 2L3) N2*(2L2*cosθ 2 + 2L3 + L1*cosθ1) Persamaan di atas menjelaskan perhitungan gaya saat 3 kaki menahan robot pada sisi kanan. Seperti perhitungan sebelumnya, jumlah torka dari perhitungan ini adalah 0 (pada kasus ini, kaki diam tak bergerak, hanya menahan massa bodi). Torka yang dibutuhkan pada hip joint dapat dicari dengan melakukan persamaan torka berikut:

50 110 T HIP = T 2 N1* ( L1*cosθ1+ L2 *cosθ 2)... W1* ( L2 *cosθ 2) W 4 * L3 2W 2* L3 2W 3* L3... 2W 1*(2L3 + L2 *cosθ 2) + 2N 2*(2L3 + L2*cosθ 2 + L1*cosθ1) Hexapod dengan 3 degree of freedom pada tiap kaki memiliki total 18 degree of freedom dan ada konfigurasi yang memungkinkan kebutuhan torka yang lebih kecil untuk memanjat permukaan miring. Contohnya saat kaki belakang digunakan untuk mendorong robot menaiki kemiringan, sambil kaki depan menarik bodi robot. Untuk menemukan torka yang dibutuhkan untuk menggerakkan robot menaiki kemiringan dengan tiap kaki ditempatkan identik dengan kaki lain, perspektif berbeda harus diberikan. Gambar berikut menunjukkan gambar gaya yang terjadi pada joint saat robot mendaki kemiringan. Gambar 3.49 Gaya yang terjadi saat 3 kaki terangkat

51 111 Gaya reaksi melawan massa robot dapat menyebabkan robot meluncur turun ke bawah. Magnitude dari beban gravitasi sepanjang lereng dapat dihitung dengan: Wx = W * sin β Persamaan torka pada aktuator bahu kiri: T5 = T1 F1*( L1*cosθ1+ L2*cosθ 2) L3Wx F2*(2* L3 + L1*cosθ1+ L2*cosθ 2) Kemudian, agar dapat bergerak lurus, gaya pada sisi kiri harus sama dengan gaya pada sisi kanan. Jika tidak, robot akan berbelok. F 1 = 2* F2 Pusat Massa Saat Berdiri dengan 6 Kaki Pada perhitungan berikut, dilakukan analisa matematis untuk memperkirakan berapa besar beban pada tiap titik yang ditentukan pada gambar. Gambar 3.50 Pusat Massa Saat Berdiri Dengan 6 Kaki

52 112 Perhitungan Gaya Terhadap sumbu X: 0 N AX = 1/2L1.W-L1.NF + L1.NE + L1.ND N AX = 1/2L1.W + L1(-NF+NE+ND) N BX = 1/2L1.W + L1(-NF+NE+ND) N CX = 1/2L1.W + L1(-NF+NE+ND) N DX = 1/2L1.W + L1(-NA+NB+NC) N EX = 1/2L1.W + L1(-NA+NB+NC) N FX = 1/2L1.W + L1(-NA+NB+NC) Perhitungan Gaya Terhadap sumbu Y: 0 N AY = 1/2L2.W L2.NC L2.ND - 1/2L2.NB -1/2L2.NE N AY = 1/2L2.W L2(NC+ND) -1/2L2(NB+NE)

53 113 0 N BY = 0.W - 1/2L2.NA 1/2L2.NC - 1/2L2.ND - 1/2L2.NF N BY = -1/2L2(NA+NC+ND+NF) N EY = 0.W - 1/2L2.NA 1/2L2.NC - 1/2L2.ND - 1/2L2.NF N EY = -1/2L2(NA+NC+ND+NF) N CY = 1/2L2.W L2.NA L2.NF - 1/2L2.NB - 1/2L2.NE N CY = 1/2L2.W L2(NA+NF) 1/2L2(NB+NE) N DY = 1/2L2.W L2.NA L2.NF - 1/2L2.NB - 1/2L2.NE N DY = 1/2L2.W L2(NA+NF) 1/2L2(NB+NE) N FY = 1/2L2.W L2.NC L2.ND - 1/2L2.NB -1/2L2.NE N FY = 1/2L2.W L2(NC+ND) -1/2L2(NB+NE) Mencari nilai NA, NB, NC, ND, NE, NF dengan L1 = 10 cm DAN L2 = 18 cm: NA = N AX + N AY NA = (1/2L1.W + L1(-NF+NE+ND)) + (1/2L2.W L2(NC+ND) 1/2L2(NB+NE))

54 114 = 5W - 10NF + 10NE + 10ND + 9W - 18NC - 18ND - 9NB - 9NE NA = 14W 9NB 18NC - 8ND NE - 10NF NB = N BX + N BY NB = (1/2L1.W L1.NF +L1.NE + L1.ND) + (-1/2L2(NA+NC+ND+NF)) NB = 5W 9NA - 9NC + ND + 10NE 19NF NC = N CX + N CY NC = (1/2L1.W + L1(-NF+NE+ND)) + (1/2L2.W L2(NA+NF) 1/2L2(NB+NE)) NC = 14W 18NA 9NB + 10ND + NE 28NF ND = N DX + N DY ND = (1/2L1.W + L1(-NA+NB+NC)) + (1/2L2.W - L2(NA+NF) - 1/2L2(NB+NE)) ND = 14W - 28NA + NB + 10NC 9NE 18NF NE = N EX + N EY NE = (1/2L1.W + L1(-NA+NB+NC)) + (-1/2L2(NA+NC+ND+NF)) NE = 5W 19NA + 10NB + NC 9ND 9NF NF = N FX + N FY

55 115 NF = (1/2L1.W + L1(-NA+NB+NC)) + (1/2L2.W L2(NC+ND) 1/2L2(NB+NE)) NF = 14W 10NA + NB 8NC 18ND - 9NE Setelah didapatkan NA, NB, NC, ND, NE, NF, maka selanjutnya adalah melakukan eliminasi untuk mendapatkan hasil dari tiap N. Contoh proses eliminasi adalah sebagai berikut: Eliminasi persamaan 3.16 dengan 3.17: 0 = 14W 18NA 9NB - NC + 10ND + NE 28NF 0 = 14W - 28NA + NB + 10NC - ND 9NE 18NF Kedua persamaan ini boleh dijumlahkan ataupun diselisihkan, asalkan terdapat satu atau lebih komponen yang menjadi 0 sehingga komponen tersebut dapat dihilangkan pada persamaan baru. Pada persamaan ini, kedua persamaan akan dikurangkan: = Maka hasil dari eliminasi ini adalah: 0 = 10NA 10NB 11NC + 11ND + 10NE 10NF Contoh berikutnya adalah eliminasi antara 3.14 dan Karena tidak terdapat komponen yang dapat habis dijumlahkan, maka salah satu persamaan harus dikalikan

56 116 bilangan yang sesuai agar salah satu komponen dapat habis. Pada persamaan ini, 3.15 dikalikan dengan konstanta 2 agar NC dapat habis diselisihkan. Eliminasi 3.14 dan = 14W NA - 9NB 18NC - 8ND NE - 10NF 0 = 5W 9NA NB - 9NC + ND + 10NE 19NF dikalikan konst = Maka hasil eliminasi 3.14 dan 3.15 adalah: 0 = 4W + 17NA 7NB 10ND 21NE + 28NF Berikutnya adalah daftar eliminasi yang dilakukan dan hasilnya. 1. Eliminasi persamaan 3.18 & = -10NA + 11NB + 10NC 10ND 11NE + 10NF Eliminasi persamaan 3.19 & = 18NA 18NC 17ND + 17NF Eliminasi persamaan 3.14 & = 17NA 17NC 18ND - 2NE + 18NF Eliminasi persamaan 3.14 & = 27NA 10NB - 28NC 7ND +8NE +8NF Eliminasi persamaan 3.14 & = 9NA 10NB 10NC + 10ND +8NE - 9NF

57 Eliminasi persamaan 3.22 dengan k=18 & 3.23 dengan k=10 0 = 198NB - 350ND - 198NE + 350NF Eliminasi persamaan 3.22 k=17 & 3.24 k=10 0 = 187NB 350ND 207NE + 350NF Eliminasi persamaan 3.22 k=27 & 3.25 k=10 0 = 197NB 10NC - 340ND 217NE + 190NF Eliminasi persamaan 3.22 k=9 & 3.26 k=10 0 = -NB 10NC + 10ND - 19NE Eliminasi persamaan 3.23 k=17 & 3.24 k=18 0 = 35ND + 36NE + 35NF Eliminasi persamaan 3.29 & = 198NB - 350ND + 198NE + 190NF Eliminasi persamaan 3.27 & = 11NB + 9NE NE = (-11/9)NB Substitusikan 3.33 ke dalam 3.31 ND = 44/35NB NF Substitusikan 3.33 & 3.34 ke dalam 3.32 NB = (180/121)NF Substitusikan 3.35 ke dalam 3.33 NE = (-20/11)NF Substitusikan 3.35 ke dalam 3.34 ND = (67/77)NF Substitusikan 3.35, 3.36, 3.37 ke dalam 3.29

58 118 NC = 58.18NF Substitusikan 3.35, 3.36, 3.37, 3.38 ke dalam = -10NA + 11NB +10NC 10ND 11NE +10NF 10NA = 11((180/121)NF) + 10(58.18NF) 10(67/77)NF 11(- 20/11)NF + 10NF NA = 61.95NF Substitusikan 3.35, 3.36, 3.37, 3.38, 3.39 ke dalam 3.18 NF = W Substitusikan 3.40 ke 3.35, 3.36, 3.37, 3.38, dan 3.39 NA = 0.28W NB = W NC = 0.26W ND = 0.004W NE = W NF = W Maka dari persamaan-persamaan di atas didapatlah gaya yang terdapat pada tiap titik pada gambar La.1. Terdapat 6 titik, dan hampir semuanya bernilai positif, kecuali titik E, walaupun nilai pada E kurang signifikan karena bernilai sangat kecil. Pusat Massa Saat Berdiri Dengan 3 Kaki Setelah menghitung gaya saat robot berdiri dengan 6 kaki, maka selanjutnya adalah penghitungan gaya saat robot berdiri dengan 3 kaki, yaitu jumlah kaki minimal untuk menjaga agar robot tetap berdiri.

59 119 Gambar 3.51 Pusat Massa Saat Berdiri Dengan 3 Kaki Perhitungan gaya terhadap sumbu X: 0 N AX = 1/2L1.W + L1.NE N CX = 1/2L1.W + L1.NE N EX = 1/2L1.W L1.NA + L1.NC Perhitungan gaya terhadap sumbu Y: 0 N AY = 1/2L2.W L2.NC - 1/2L2.NE N CY = 1/2L2.W L2.NA 1/2L2.NE N EY = -1/2L2.NA 1/2L2.NC Maka: NA = N AX + N AY NA = (1/2L1.W+L1.NE) + (1/2L2.W L2.NC - 1/2L2.NE)

60 120 NA = 5W + 10NE + 9W 9NE - 18NC 0 = 14W NA 18NC + NE NC = N CX + N CY NC = (1/2L1.W + L1.NE) + (1/2L2.W L2.NA 1/2L2.NE) NC = 5W + 10NE + 9W 18NA 9NE 0 = 14W - 18NA NC + NE NE = N EX + N EY NE = (1/2L1.W L1.NA + L1.NC) + (-1/2L2.NA 1/2L2.NC) NE = 5W 10NA + 10NC - 9NA 9NC 0 = 5W 19NA + NC NE Selanjutnya adalah proses-proses berikut: 1) Eliminasikan 3.41 & = 17NA 17NC NC = NA ) Eliminasikan 3.41 & = 19W 20NA 17NC substitusikan dengan = 19W 20NA 17NA NA = (19/37)W ) Substitusikan 3.44 & 3.45 ke dalam = 5W 19NA +NC NE 0 = 5W 19(19/37)W+ (19/37)W NE NE = 5W 9.69W +0.51W NE = -4.18W ) Substitusikan 3.46 ke dalam 3.45 dan 3.44

61 121 Maka didapatkan hasil berikut: NA = 0.51W NC = 0.51W NE = -4.18W Dengan demikian, secara perhitungan, gaya yang terjadi pada saat robot berdiri dengan 3 kaki adalah memiliki nilai seperti di atas. Nilai negative pada NE berarti beban pada NE lebih besar daripada NC dan NA Struktur Robot Bagian ini akan membahas konstuksi robot secara menyeluruh dari dimensi, berat dan bahan dari konstruksi robot. Konstruksi robot terbagi menjadi dua bagian pertama adalah kaki robot dan tubuh robot Kaki robot terdiri dari tiga bagian yaitu : Femur Tibia Coxa Setiap bagian mempuyai fungsi yang berbeda. Setiap fungsi dari bagian tersebut akan dibahas pada bagian di bawah ini.

62 122 Gambar 3.52 Tibia Salah satu dari bagian kaki robot yaitu tibia. Tibia mempunyai tinggi 15 cm dan lebar 5 cm sedangkan ketebalan mencapai 3 mm. Di dalam tibia terdapat sebuah servo, servo ini berfungsi untuk menggerakan tibia secara vertikal. Servo yang digunakan adalag servo merk Tower pro dengan tipe SG Gambar 3.53 Servo Tower Pro SG 5010 Servo ini adalah servo analog dengan dimensi 4 cm X 2 cm X 4,3 cm Bagian selanjutnya adalah Coxa seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini

63 123 Gambar 3.54 Bracket coxa Coxa terdiri dari bracket servo dan sebuah servo digital. Coxa tersambung dengan tubuh robot dengan begitu kaki robot dapat bergerak secara horizontal. Bracket servo mempunyai dimensi 3,5 cm x 5,7 cm x 2.5 cm dengan ketebalan 3 mm dan bahan yang digunakan adalah aluminium. Pada Coxa servo yang dipakai adalah servo royal dengan tipe DS 1020 MG, seperti yang terlihat pada gambar di bawah ini.

64 124 Gambar 3.55 Servo Digital Royal DS 1020MG Bagian terakhir adalah femur, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini Gambar 3.56 Femur Femur menghubungkan antar tibia dan coxa. Pada femur terdapat bracket servo dan satu buah servo, jenis servo yang dipakai sama dengan yang digunakan pada tibia

65 125 yaitu servo tower pro dengan tipe SG Dengan begitu femur dapat begerak secara vertikal. Dimensi dari femur adalah 10cm x 2,5 cm dengan ketebalan 3 mm. Setelah ketiga bagian tersebut tersambungkan maka akan terbentuk kaki yang mempunyai tiga derajat kebebasan seperti gambar dibawah ini. Gambar 3.57 Kaki dengan 3 DOF (Degree Of Freedom) Setelah kaki maka akan dibahas tubuh dari robot. Tubuh dari robot terdiri dari dua bagian seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini.

66 126 Gambar 3.58 Badan robot Dimensi dari tubuh robot adalah 18 cm x 10 cm dengan ketebalan 3 mm. Kedua bagian tubuh dengan empat buah spacer dengan tinggi 5 cm. Kaki robot akan terhubung pada sudut tubuh robot. Fungsi dari tubuh robot adalah sebagai tempat untuk meletakan baterei dan perangkat elektronik. Dibawah ini adalah gambar dari robot secara utuh:

67 Gambar 3.59 Robot Hexapod 127