PERANCANGAN ROBOT TANGAN SEDERHANA

Transkripsi

1 PERANCANGAN ROBOT TANGAN SEDERHANA Andi Adriansyah 1 dan Muhammad Hafizd Ibnu Hajar 2 1 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana 2 Pusat Penelitian Universitas Mercu Buana Jl. Raya Meruya Selatan, Kembangan, Jakarta andi@mercubuana.ac.id Abstrak -- Penelitian mengenai robot tangan (hand robot) adalah penelitian yang telah cukup lama dikembangkan namun berjalan amat lamban. Faktor utama yang memperlambat perkembangannya adalah harga yang tinggi dan kerumitan teknis pada proses pembuatan. Tulisan ini menawaran proses perancangan robot tangan sederhana. Bagian robot dicetak dengan pencetak tiga deimensi. Pengendali menggunakan system mikroprosesor berbasis Arduino dan digerakkan oleh lima buah motor servo melalui keyboard. Hasil pengujian menunjukkan bahwa hasil perancangan dapat bekerja dengan performa yang dapat diandalkan. Kata Kunci: Robot Tangan, Arduino, Motor Servo. I. PENDAHULUAN Penelitian mengenai robot tangan (hand robot) adalah penelitian yang telah cukup lama dikembangkan. Penelitian ini merupakan bagian yang tak terpisahkan dari tema besar penitian pada bidang robotika, khususnya pada topik humanoid yaitu bidang robotika yang memfokuskan perhatiannya pada robot-robot yang meniru model manusia. Mengingat betapa luasnya cakupan dari bidang ini, maka masing-masing bagian dari manusia menjadi bidang-bidang penelitan tersediri. Penelitian robot tangan terbagi menjadi dua tujuan, yaitu: pendekatan antropomorfik dan pendekatan minimalis [1]. Pada pendekatan antropomorfik penelitan robot tangan bertujuan untuk mempelajari system pergerakan, system pengaturan dan hal-hal lain yang berhubungan dengan tangan manusia secara kemanusiaan. Aplikasi pendekatan ini lebih condong ke arah medis. Sedangkan pendekatan minimalis pada penelitian tangan robot berupaya untuk mengembangkan kegunaan, kekuatan, kestabilan dan hal-hal lainnya yang berhubungan dengan fungsional tangan pada aplikasi industri. Perancangan robot tangan bukanlah sebuah proses yang sederhana. Sebuah robot tangan minimal terdiri dari hujung lengan, telapak tangan dan lima buah jari. Proses pergerakan dari setiap ruas-ruas jari menjadi berbedabeda bergantung pada aksi genggaman yang direncanakan. Beberapa prinsip perancangan robot tangan dibahas oleh Puig [2]. Tetapi perkembangan penenelitan robot tangan berjalan amat lambat. Faktor terpenting yang mempengaruhi lambatnya penelitian di bidang ini adalah ketersediaan robot tangan yang dapat diuji performansinya secara real. Harga yang tinggi dan kerumitan system robot tangan, baik pada sisi elektronika, system control, keterpaduan system sensor menjadi kendala yang ditemui [3]. Keberadaan sebuah system robot tangan menjadi sebuah keniscayaan untuk dapat 1 mengembangkan bidang ini, baik pada aplikasi antropomorfik medic maupun aplikasi fungsional pada industry. Oleh karena itu, tulisan ini mencoba untuk mengintrodusir keberadaan sebuah robot tangan sederhana. Robot tangan yang dirancang menggunakan bahan plastic ABS yang terdiri dari hujung lengan, telapak tangan dan lima buah jari yang dibentuk oleh sebuah pencetak 3 dimensi (3D Printer). Keseluruhan system robot tangan dikendalikan menggunakan mikroprosesor berbasis Arduino dan digerakkan oleh lima buah motor servo. Beberapa percobaan dilakukan untuk menguji performansi hasil perancangan. II. PERANCANGAN HAND ROBOT Teknologi dan bentuk robot berkembang sangat beragam. Setelah pada tahap awal berkembang teknologi robot industri, kemudian berkembang pula teknologi robot bergerak (mobile robot). Tak cukup di sini saja, kemudia teknologi robot juga memasuki era robot humanoid. Secara umum, robot humanoid berupaya untuk merancang robot yang menyerupai manusia, seperti: kepala yang dilengkapi dengan mata, badan, dua buah lengan dan dua buah kaki, yang masing-masingnya memiliki lima buah jari-jari. Sebagai sebuah tahapan penelitian, biasanya badan robot yang dirancang adalah separuh badan sehingga bagian dada saja. Gambar 1 memperlihatkan sebuah rancangan robot humanoid. Sedangkan contoh sebuah robot lengan diperlihatkan pada Gambar 2.

2 Gambar 3. Blok Diagram Sistem Robot Tangan Gambar 1. Robot Humanoid [4] Gambar 2. Robot Lengan (Arm Robot) [4] Pada penelitian ini robot tangan dirancang sedemikian rupa sehingga mirip dengan tangan manusia. Robot tangan yang dibuat adalah tangan kanan yang mempunyai lima buah jari, yaitu ibu jari, jari telunjuk, jari tengah, jari manis dan jari kelingking serta pergelangan tangan dan lengan bagian bawah (forearm). Setiap jari memiliki beberapa sendi, 1. Ibu jari : 3 buah sendi 2. Jari telunjuk : : 3 buah sendi 3. Jari tengah : 3 buah sendi 4. Jari manis : 4 buah sendi 5. Jari kelingking : 4 buah sendi Secara umum blok diagram system ditampilkan pada Gambar 3. Sistem pergerakan robot tangan dikendalikan oleh system mikroprosesor berbasis Arduino. Arduino adalah papan rangkaian elektronik open source yang di dalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroler dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel dan dilengkapi dengan bootloader dan software yang user friendly [5]-[6]. Jari-jari robot digerakkan menggunakan lima buah motor servo dengan bantuan tali. Beberapa gerakan dan kombinasinya diarahkan oleh sebuah keyboard yang terhubung dengan system [7]. Peranan pemrograman motor servo amat menentukan untuk menghasilkan gerakan dan kombinasi gerakan yang baik. Dalam pembuatan robot tangan ini, didesain sedemikian rupa agar pergerakan jari-jari tangan kanan bisa bergerak sesuai dengan yang diharapkan. Robot tangan robot dibuat dengan bahan dasar plastik ABS yang dibuat dengan menggunakan teknologi printer 3D. Beberapa pola desain diperlihatkan pada Gambar 4 hingga Gambar 8. Gambar 4. Desain Dasar Telapak Tangan Gambar 5. Desain Telapak Tangan 2

3 Gambar 6. Desain Lengan Bawah (Forearm) Gambar 9. Bentuk Lengan Tangan Pada bagian lengan, kelima servo dipasangkan sebagaimana terlihat pada Gambar 10 dan Gambar 11. Gambar 7. Telapak Tangan Kanan Gambar 10. Bagian Lengan yang terpasang 5 buah Servo Gambar 8. Telapak Tangan Kanan Tampak Atas Setelah kelima jari tangan kanan robot dikaitkan dengan tali, selanjutnya dilanjutkan dengan pemas angan servo dibagian lengan. Bentuk lengan yang dibuat terlihat pada Gambar 9. Gambar 11. Bagian Lengan yang terpasang servo dikaitkan dengan benang III. HASIL DAN ANALISA Setelah proses perancangan selesai, dihasilkan robot tangan sebagaimana ditampilkan pada Gambar 12. Pada gambar tersebut tampak robot tangan secara keseluruhan dengan ukuran yang dibandingkan dengan ukuran 3

4 keyboard, bagian jari-jari robot tangan dan lengan serta tata letak motor servo di dalamnya. Jari Telunjuk Jari Tengah Jari Manis Jari Kelingking r y i p (a) (b) Tabel 3. Tombol Intensitas Kecepatan Intensitas Tombol Keterangan Keyboard Cepat f Jari bergerak melengkung atau lurus dengan cepat Lambat s Jari bergerak melengkung atau lurus dengan lambat Contoh pergerakan robot tangan, khususnya pergerakan ibu jari, baik pergerakan melengkung atau pergerakan lurus, dengan cara menekan huruf q dan huruf w. diperlihatkan pada Gambar 12. (c) Gambar 12. Perancangan Hand Robot (a) Bagian Jari; (b) Lengan Tangan dan servo; (c) Keyboard+Robot Terdapat dua jenis pergerakan dari setiap jari-jari robot tangan, yaitu: pergerakan melengkung dan pergerakan lurus. Selain itu, pergerakan jari juga bisa bergerak dengan intensitas yang berbeda, yaitu pergerakan cepat dan lambat. Mekanisme pergerakan robot tangan melalui tombol keyboard diperlihatkan pada Tabel 1 hinga Tabel 3. Tabel 1. Tombol Pergerakan Melengkung Pergerakan Jari Melengkung Nama Jari Tombol Keyboard Ibu Jari q Jari Telunjuk e Jari Tengah t Jari Manis u Jari Kelingking o Tabel 2. Tombol Pergerakan Lurus Pergerakan Jari Lurus Nama Jari Tombol Keyboard Ibu Jari w (a) 4

5 (b) Gambar 12. Pergerakan Ibu Jari Intensitas Cepat (a) Melengkung; (b) Lurus Berdasarkan Gambar 12 dapat dikatakan bahwa robot tangan dapat melakukan pergerakan ibu jari, baik pergerakan melengkung maupun pergergakan lurus dengan baik. Pergerakan yang dilakukan adalah pergerakan dengan intensitas cepat. Dari setiap pergerakan ibu jari yang dilakukan masing-masing lima kali percobaan, didapatkan bahwa dengan Intensitas Cepat, gerakan melengkung dan lurus menempuh waktu rata-rata yang sama yaitu 2.98 detik. Sedangkan intensitas lambat, waktu rata-rata yang ditempuh untuk gerakan melengkung lebih cepat yaitu 8.14 detik dibandingkan dengan gerakan lurus yang menempuh waktu rata-rata 8.48 detik. Hal ini ditunjukkan pada Tabel 4. Percobaan Ke- Tabel 4. Tombol Intensitas Kecepatan Waktu yang di tempuh Intensitas Cepat Intensitas Lambat Gerakan Melengkung Gerakan Lurus Gerakan Melengkung Gerakan Lurus Rata-rata IV. KESIMPULAN Dari hasil perancangan dan pengujian, dapat disimpulkan bahwa perancangan sebuah robot tangan telah dihasilkan. Mikrokontroler berbasis Arduino yang digunakan untuk mengendalikan system robot tangan bekerja dengan baik. Pergerakan robot tangan dapat dikendalikan melalui keyboard dengan performansi yang dapat diandalkan. Beberapa pergerakan seperti pergerakan masing-masing jari dengan intensitas kecepatan yang berbeda maupun pergerakan kombinasi beberapa jari dapat dihasilkan dengan pergerakan yang tepat dengan menekan tombol keyboard yang telah ditentukan. DAFTAR PUSTAKA [1] Bicchi,A. (2000). Hands for dexterous manipulation and robust grasping: a difficult road toward simplicity. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 16(6):2000, pp [2] Eduardo, J. etc. (2008). A Methodology for the Design of Robotic Hands with Multiple Fingers, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 5, No. 2, pp [3] Miller, A. and Allen, P. (2005). From robotic hands to human hands: a visualization and simulation engine for grasping research, An International Journal on Industrial Robot, 32/1, pp

6 [4] Maxey, K. (2013). InMoov, The Open Source 3D Printed Robot, diakses pada 30 November 2014 [5] Maik, S. (2011). Arduino A Quick - Start Guide. Raleigh North Carolina Dallas, Texas. [6] Kadir, A. (2013). Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler dan Pemrogramannya menggunakan Arduino. Penerbit Andi, Yogyakarta. [7] Pollard, N. etc. (2002). Adapting Human Motion for the Control of a Humanoid Robot. Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA '02), May, pp