BAB 2 LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 6 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Pengerian Mobil Robo Mobil robo adalah robo yang memiliki kemampuan unuk berpindah empa mobiliy, mobil robo yang bergerak dari posisi awal ke posisi yang diinginkan, suau sisem pinar yang mampu bereaksi erhadap keadaan, bekerja secara oomaik, dan mampu secara keseluruhan berpindah empa erhadap lingkungannya. Ada iga sisem yang paling umum digunakan unuk bergerak di aas permukaan anah, yaiu: 1. Roda 2. Linasan 3. Kaki Masing-masing siem memiliki keunggulan dan kelemahannya. Sejauh ini, sisem roda adalah sisem yang paling banyak digunakan, hal ini dikarenakan sisem roda lebih sederhana dan mudah unuk dibangun dipandang dari sisi mekanik dan juga mampu membawa beban yang bera. Baik sisem linasan maupun sisem kaki, lebih rumi unuk dibangun, baik dalam segi rancangan sisem mekaniknya dan peralaan yang diperlukan. Namun, mobil robo dengan sisem roda beroperasi dengan buruk di permukaan yang idak raa, karena mobil robo beroda menghadapi kesulian melewai objek yang ingginya seara dengan jari-jari radius dari roda mobil robo. Salah sau solusinya adalah dengan menggunakan roda yang jauh lebih besar dari halangan yang ada pada linasan mobil robo, dan ini sangalah idak prakis.

2 7 Mobil robo dibua oleh manusia dengan beragam ujuan, anara lain : - Bisa menjelajah ke empa yang idak pernah dikunjungi manusia sebelumnya dikarenakan anara lain lingkungannya ekanan inggi, idak ada oksigen, jarak Plane Mars - Mengurangi biaya, dengan menggunakan robo maka idak perlu menggaji banyak karyawan - Meningkakan produkifias, robo dapa bekerja lebih efekif dibanding manusia, idak memerlukan makan siang, liburan dan sebagainya - Meningkakan kualias produk, robo bekerja secara konsisen Mobil robo sanga poensial diaplikasikan pada beragam sekor dimana kendaraan aau manipulaor dapa digunakan, aau elah digunakan saa ini, di anaranya adalah : - Perawaan medis Robo bisa sebagai penganar makanan, minuman, koran, disribusi oba dan sebagainya - Jasa kebersihan komersial Robo bisa mengganikan enaga manusia sebagai pembersih aau pengepel lanailanai di mall, bandara, supermarke, pabrik dan sebagainya - Peranian Robo bisa digunakan unuk menanam, menyiangi rumpu, panen dan sebagainya - Kehuanan Robo bisa digunakan merawa pepohonan, memunggu kayu dan bubuk kayu

3 8 - Pekerjaan berbahaya Melacak bom, inspeksi pembuangan limbah, nuklir dan sebagainya - Milier Ambulance oomais, supply pasukan secara oomais dan sebagainya - Hiburan Anjing robo dan sebagainya Pada skripsi ini, akan dibahas mobil robo ricycle, yang ergolong dalam mobil robo dengan sisem roda, sehingga mobil robo dengan sisem kaki dan sisem linasan idak dijelaskan lebih jauh Mobil robo Beroda Mobil robo beroda erdiri dari 4 ipe, dianaranya differenial drive, synchro drive, ricycle dan ipe yang menyerupai mobil sebenarnya car ype. Masing-masing ipe memiliki keunggulan dan kelemahan. Beriku adalah penjelasan dari masing-masing ipe. 1. Differenial Drive Ciri uama : 2 roda penggerak oleh moor, 1 aau 2 roda penyeimbang Keunggulan : sisem mekanik sederhana, bisa berpuar di empa, memiliki 2 moor Kelemahan : pada permukaan yang idak raa, dengan dua roda penyeimbang mudah kehilangan daya arik moor, bila memakai sau roda penyeimbang mudah goyah, arah dan kecepaan sejalan coupled Dari segi pembuaan program dan rancang, differenial drive adalah sisem yang paling sederhana dibanding dengan yang lainnya. Sisem ini dapa bergerak lurus,

4 9 berpuar di empa, dan bergerak melengkung busur. Terdiri dari dua roda yang masing-masing memiliki kemampuan kemudi dan moor penggerak yang erpisah. Permasalahan pada differenial drive adalah pada keseimbangannya. Unuk mengaasi, sau aau dua roda penyeimbang dapa digunakan. Sau roda penyeimbang yang dipasang di bagian belakang, sudah cukup unuk membuanya seimbang. Namun jika robo bergerak pada kecepaan inggi dan membelok ajam, robo dapa kehilangan keseimbangan dan jauh. Unuk mengaasinya dapa dipasang roda penyeimbang kedua di bagian depan unuk membua robo lebih sabil bergerak pada kecepaan inggi. Masalah lainnya adalah kemungkinan moor penggerak mengalami beban yang idak serupa. Misalnya, pada saa bergerak, sau roda berada di aas karpe dan roda lainnya bergerak di aas kayu keras, hasilnya robo akan berpuar karena adanya selisih beban. Unuk iu, kecepaan moor penggerak idak boleh sais, harus dapa dikonrol. Gambar 2.1 Robo Differenial Drive hp://

5 10 2. Synchro Drive Ciri uama : masing-masing roda memiliki moor penggerak dan bisa dikendalikan Keunggulan : bisa berpuar di empa dengan cara meroasi roda, dengan roda empa aau lebih akan sanga bagus pada permukaan yang idak raa Kelemahan : sisem mekanik dan konrol sanga kompleks dimana masing-masing roda memiliki moor penggerak dan bisa dikendalikan sendiri-sendiri. Synchro drive umumnya erdiri dari iga roda yang diposisikan secara segiiga dimana masing-masing roda dapa digerakkan dan diarahkan sendiri-sendiri. Keiga roda selalu menunjuk pada arah yang sama seiap waku. Unuk merubah arah, robo secara perlahan akan menggerakkan semua roda erhadap sumbu y. Arah gerak dari mobil robo akan berubah, namun rangka robo eap pada arah semula. Hal ini dapa menjadi masalah pada bagian depan robo, dimana biasanya sensor dileakkan, maka harus dibua suau hubungan ambahan unuk menjaga agar rangka robo selalu searah dengan roda. Sisem ini mampu mengaasi masalah-masalah pada sisem lainnya, namun hal ini harus dibayar dengan kompleksnya sisem mekanik dari synchro drive. Gambar 2.2 Robo Synchro Drive hp://

6 11 3. Tricycle Ciri uama : memiliki sau moor penggerak secara bersamaan pada kedua roda belakang dan sau moor pengendali arah pada roda depan. Kebaikan : mudah dikonrol, karena konrol arah dan kecepaan erpisah, memiliki 2 moor Kelemahan : idak dapa beroasi di empa, gampang goyah pada permukaan idak raa, sisem mekaniknya sediki kompleks dimana dua roda belakang digerakkan oleh moor yang sama aau moor pengendali dan moor penggerak dipasang di roda depan. Sisem ricycle menawarkan sabilias yang bagus, dan lebih sederhana secara mekanis dibanding sisem car ype, karena hanya memiliki iga roda dibanding sisem car ype yang beroda empa. Sisem ini memiliki dua roda belakang yang erhubung pada sau moor penggerak dan sau roda depan yang hanya memiliki kemampuan kemudi seerable. Karena hanya dikendalikan oleh sau moor penggerak. Dalam hal ini moor penggerak bisa dipasang diroda depan maupun roda belakang. Sisem ini memiliki keunggulan dibanding sisem differenial, yaiu idak perlu memperhaikan kecepaan dari moor penggerak unuk dapa bergerak lurus. Namun, sisem ini mempunyai kekurangan dalam hal kinemaika, yaiu kesulian dalam hal kemudi dan menempakan dirinya sendiri pada beberapa orienasi, misalnya, parkir paralel.

7 12 Gambar 2.3 Robo Trycycle hp:// 4. Car Type Ciri uama : sau moor penggerak pada kedua roda belakang dan sau moor pengendali arah pada kedua roda depan. Keunggulan : sabil pada permukaan idak raa, konrol kecepaan dan arah erpisah dan memiliki dua moor. Kelemahan : idak dapa berpuar di empa, dan sisem mekaniknya kompleks dimana dua roda belakang digerakkan moor penggerak dan dua roda depan dikendalikan secara bersamaan. Sisem car ype menawarkan sabilias yang bagus, dan pada prinsipnya hampir mirip dengan sisem ricyle, hanya sisem car ype erdiri dari empa roda, dimana dua roda belakang sebagai penggerak digerakkan oleh sau moor dan dua roda depan hanya berfungsi sebagai kemudi.

8 13 Gambar 2.4 Robo Car Type hp:// Pada skripsi ini, akan difokuskan pada sisem ricycle, yaiu dengan membua simulasi konrol dan pergerakan dari sisem ricycle ini, sehingga penjelasan lebih lanju akan erfokus pada sisem yang disimulasikan ini Tricycle Tricyle Drive adalah suau sisem penggerak dengan menggunakan iga buah roda dimana dua roda belakang sebagai penyeimbang dan pengukur kecepaan hanya mengikui pergerakan roda depan dan sau roda depan sebagai kemudi sekaligus penggerak. Unuk moor penggerak pada sisem ricycle dapa dipasang pada roda depan maupun diroda belakang. Konfigurasi seperi ini dapa diliha pada Gambar 2.5.

9 14 Gambar 2.5 Penggerak Tricycle Sisem kemudi ricycle menawarkan sabilias yang baik dan secara mekanik juga sederhana sehingga sering menjadi pilihan dalam pembuaan mobil robo. 2.2 Navigasi Mobil robo Diagram Blok dari Navigasi Mobil robo Modellisaion Percepion Sensor Info Main Pach Trajecory Conrol Vecor Pah Generaion Navigaor Local Navigaor Gambar 2.6 Diagram Blok Pengendalian Sisem Mobil robo

10 15 Maksud dari diagram blok gambar 2.6 yaiu dalam sisem mobil robo erdapa beberapa bagian dalam navigasinya. Pada modul percepion erdapa dua unsur erpening yaiu : sensor Inerpreasi dan sensor Inegrasi pengenalan dua unsur ini diperlukan pada sisem navigasi, karena dua unsur ersebu berfungsi sebagai maa penglihaan seperi halnya pada manusia. Mobil robo dapa bergerak dengan memperimbangkan adanya informasi dari dua unsur ersebu unuk mendeeksi adanya halangan aau idak ada halangan dari posisi awal ke posisi akhir pada saa mobil robo ersebu bergerak. Selanjunya pada ahap perencanaan dan pengendalian conrol, yang perlu diperhaikan unuk memonior segala pergerakan mobil robo dari awal bergerak sampai pada ujuan yang diinginkan oleh user. Perencanaan bisa diarikan sebagai pah planning denah aau rack unuk pergerakan mobil robo dan misi unuk menggerakan robo ersebu apakah mobil robo ersebu dapa melewai halangan yang ada disekiarnya, jika bisa melewai maka mobil robo ersebu akan melakukan inisialisasi erhadap halangan ersebu dengan sensor pengenalan recogniion. Seiap pergerakan mobil robo perlu dilakukan pengawasan erhadap segala kegiaan yang dilakukan oleh mobil robo ersebu dari posisi awal ke posisi akhir. Pengawasan ini diperlukan dalam sisem navigasi mobil robo unuk mengeahui apakah mobile ersebu mengikui pah dengan benar aau idak. Jika berhasil berari sisem navigasinya idak ada yang error. Hal yang erakhir perlu diperhaikan adalah pergerakan Acuaion, bagian ini sanga pening karena seelah semua pah dikeahui dan misinya sudah dienukan oleh user, maka mobil robo ersebu akan bergerak. Dalam hal ini semua kegiaan enang pergerakan dikonrol oleh bagian Acuaor, supaya pergerakannya dapa dikendalikan aau dikonrol agar mobil robo ersebu bergerak sesuai dengan pah yang diberikan oleh user.

11 Komponen dari Sisem Navigasi Didalam navigasi robo erdapa 3 komponen uama yaiu penglihaan, pengendalian dan pergerakan. Dibawah ini penjelasan iga komponen ersebu adalah sebagai beriku Penglihaan Percepion: o Sensor inerpreaion o Sensor inegrasi, Recogniion pengenalan Perencanaan dan Pengendalian / conrol Planning and Conrol: o Perencanaan global Global planning o Penjadwalan Schedulling o Memonior kegiaan / pergerakan robo, Pengawasan Monioring of overall robo aciviy, Supervising Pergerakan Acuaion: o Kegiaan navigasi Navigaional aciviies o Pengendalian acuaor Acuaor conrol 2.3 Kinemaika Mobil robo Kinemaika adalah ilmu yang mempelajari enang pergerakan anpa memperimbangkan gaya yang mempengaruhi pergerakan ersebu. Kinemaika mobil robo mempelajari pergerakan dari mobil robo anpa memperimbangkan gaya yang mempengaruhi pergerakan mobil robo.

12 17 Ym Xm Gambar 2.7 Kinemaika Mobil Robo Tricycle Gambar 2.8 Tiik ICC dari mobil robo ricycle

13 18 ICC adalah pusa roasi dari mobil robo, erleak pada perpoongan anara garis lurus yang melewai roda belakang dengan garis lurus yang diarik dari arah roda kemudi roda depan. { X b, Y b } - kerangka dasar, sumbu sebenarnya dari mobil robo, mempresenasikan posisi mobil robo erhadap ruangan empa dia berada { X m, Y m } - kerangka acuan robo, sumbu semu yang dibua unuk memudahkan perhiungan gerak dari mobil robo. Rangka semu ini berupa garis egak lurus pada iik engah jarak anara kedua roda belakang. d - jarak anara roda depan dengan iik engah jarak anara kedua roda belakang / iik x, y R - jarak anara iik engah jarak kedua roda belakang dengan iik ICC α - sudu kemudi roda depan θ - sudu kerangka mobil robo erhadap ruangan sebenarnya, menunjukkan posisi keseluruhan mobil robo erhadap ruangannya. W S - kecepaan sudu dari roda depan r - jari-jari roda depan V S = w S.r - kecepaan linear roda depan Persamaan Kinemaika Tricycle Drive Berdasarkan gambar 2.14 dapa diurunkan persamaan kinemaik ricycle, jika roda kemudi di aur pada sudu α dari garis lurus arah ricycle iu sendiri, ricycle akan berpuar dengan sudu perpuaran ω. Sedangkan unuk penurunan rumus kecepaan linier roda kemudi :

14 19 V s = W s r 2.1 Persamaan perubahan nilai R erhadap sauan waku: R = d gπ/2 - α 2.2 Gambar 2.9 Trigonomeri dari kinemaika mobil robo ricycle Dari persamaan 2.2 maka dapa dihiung perubahan sudu θ seiap wakunya ω : ws r ω = d + R Persamaan 2.3 dapa di sederhanakan menjadi : Vs w sinα d = 2.4 Dari beberapa persamaan diaas maka dapa dibua model kinemaik pada kerangka acuan robo : v = v v x y s = 0 cosα vs θ = sinα d 2.5

15 20 Gambar 2.10 Kecepaan Roda Kemudi Dapa diliha pada persamaan 2.5 v y bernilai 0, ini bukan berari nilainya benar benar nol eapi karena kecepaan roda kemudi erhadap sumbu y ricycle idak dimasukkan dalam perhiungan model kinemaik erhadap kerangka acuan robo, beriku ini adalah model kinemaik ricycle erhadap kerangka acuan dasar : sin sin cos cos cos d v v y v x s s s α θ θ α θ α = = = 2.6 Yang bila diurunkan dalam benuk marix adalah sebagai beriku : = sin cos w v y x θ θ θ 2.7

16 21 Inpu berupa lokasi awal x0,y0 dan lokasi akhir yang diingikan x1,y1 menenukan garis acuan unuk linasan robo, dimana menggunakan rumus : y1 y0 = g x1 x0 γ - sudu Gamma 2.8 Posisi mobil robo erhadap kerangka dasar, memiliki empa posisi uama yang memungkinkan, disebu posisi uama, karena dari keempa posisi ini, masing-masing bisa diurunkan lagi. Gambar 2.11 Kondisi mobil robo erhadap garis acuan

17 22 Besarnya perubahan sudu yang di erapkan pada α, didasarkan pada kondisi beriku ini : 1. Semakin besar nilai perbedaan γ dengan θ γ θ, maka semakin besar perubahan sudu α yang diperlukan dan semakin kecil nilai γ θ, maka semakin kecil perubahan sudu α yang di perlukan, dengan kaa lain besarnya perubahan α dα sebanding lurus dengan nilai γ θ. 2. Bedasarkan kondisi diaas dapa dierapkan persamaan dα = γ θ, akan eapi persamaan seperi ini menyebabkan perubahan yang erlalu besar pada α yang mengakibakan belokan roda kemudi erlalu besar sehingga θ idak akan sempa mencapai γ keika posisi x aau posisi y robo melewai posisi x aau posisi y akhir yang elah dieukan. 3. Kondisi diaas memerlukan suau nilai pembagi dimana nilai ersebu cukup besar unuk mengecilkan nilai γ θ pada saa nilai γ θ besar dapa menyebabkan belokan yang exrim dan nilainya cukup kecil pada saa γ θ bernilai kecil sehingga idak mempengaruhi pembagian. 4. Berdasarkan analisa diaas, dapa disimpulkan bahwa nilai pembagi ersebu sebanding lurus dengan α, maka digunakan α sebagai pembagi Dengan demikan, persamaan umum unuk perubahan α adalah : γ θ d α = 2.9 α dikaakan persamaan umum karena persamaan ersebu dapa berubah berdasarkan kondisi-kondisi yang erjadi pada saa robo bergerak

18 23 Posisi I γ > θ & α > 0 Jika mobil robo berada pada posisi I, nilai θ akan naik saa mobil robo bergerak, dan α kia naikkan supaya mobil robo bergerak menuju garis acuan linasan robo. Kenaikan nilai sudu α diperoleh melalui rumus : γ θ α = α d 2.10 Sudu α selanjunya diperoleh dengan menambahkan kenaikan sudu α dengan sudu α sebelumnya. α = α 1 dα 2.11 i i + Posisi II γ > θ & α < 0 Jika mobil robo berada pada posisi II, nilai θ akan urun saa mobil robo bergerak, dan α kia naikkan supaya mobil robo bergerak menuju garis acuan linasan robo. Dengan kenaikan nilai α secara berlanju, maka α akan mencapai nilai lebih besar dari 0 dan masuk ke posisi I aau ke III. Kenaikan nilai sudu α diperoleh melalui rumus : θ γ α = α d 2.12 Sudu α selanjunya diperoleh dengan menambahkan kenaikan sudu α dengan sudu α sebelumnya. α i = α i 1 + dα

19 24 Posisi III γ < θ & α > 0 Jika mobil robo berada pada posisi III, nilai θ akan naik saa mobil robo bergerak, dan α kia urunkan supaya mobil robo bergerak menuju garis acuan linasan robo. Dengan penurunan nilai α secara berlanju, maka α akan mencapai nilai lebih kecil dari 0 dan masuk ke posisi IV. Penurunan nilai sudu α diperoleh melalui rumus : d α = γ θ α Sudu α selanjunya diperoleh dengan menambahkan kenaikan sudu α dengan sudu α sebelumnya. α i = α i 1 + dα Posisi IV γ < θ & α < 0 Jika mobil robo berada pada posisi IV, nilai θ akan urun saa mobil robo bergerak, dan α kia urunkan supaya mobil robo bergerak menuju garis acuan linasan robo. Penurunan nilai sudu α diperoleh melalui rumus : d α = θ γ α Sudu α selanjunya diperoleh dengan menambahkan kenaikan sudu α dengan sudu α sebelumnya. α i = α i 1 + dα

20 25 Perubahan sudu d α dapa dieapkan baasan maksimalnya agar pada saa pergerakan mobil robo idak mengalami perubahan sudu yang erlalu besar pada waku erenu. Hal ini dilakukan berdasarkan pengalaman nyaa sehari-hari, dimana saa mengenderai kendaraan perubahan sudu kemudi kendaraan yang besar secara mendadak pada saa bergerak akan membua kendaraan idak sabil. Pada simulasi ini baasan maksimal perubahan sudu dα dieapkan adalah 3.5 deraja, jadi bila selisih sudu dari perhiungan lebih besar, maka akan menjadi 3.5 deraja.