BAB II DASAR TEORI Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan dalam merealisasikan sistem. Teori-teori yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri dari 2.1. Kajian Pustaka a. Implementasi Dynamic Walking pada Humanoid Robot Soccer [1] (Donny Suryawan, Feri Apriyanto, dan Faisal Arif Nurgesang 2013) Pada jurnal ini penulis merancang sebuah robot pemain sepak bola dengan menggunakan metode dynamic walking. Metode dynamic walking adalah metode berjalan dimana robot berjalan secara tegap dan menyerupai manusia. Metode ini membuat robot dapat berjalan lebih cepat dibandingkan metode berjalan static walking karena dengan berjalan dengan postur tegap, robot akan memiliki langkah yang lebih lebar. Kelebihan lain yang ditemukan penulis dari penggunaan metode dynamic walking adalah kecepatan berjalan robot tidak lagi tergantung pada surface pijakan, karena friksi atau gesekan akan dikurangi dengan mengatur tinggi langkah robot saat berjalan. Kekurangan metode berjalan secara dynamic walking yang sampai saat ini masih menjadi kendala adalah kestabilan robot mudah terganggu, dimana langkah yang lebar dan cukup tinggi akan menghasilkan momentum yang membuat keseimbangan robot terganggu, untuk itu perlu penelitian lebih lanjut agar robot mampu menjaga keseimbangan saat mengalami gangguan kestabilan. Kompensasi yang harus di tanggung dalam penggunaan metode dynamic walking adalah robot cenderung kurang stabil dan mudah jatuh, untuk itu pengendalian aktuator harus dilakukan secara cermat dengan memperhatikan faktor-faktor lain yang membuat robot kehilangan kestabilan. Kendala yang muncul dalam pengujian adalah sampai saat ini belum ada rumus umum untuk membuat sebuah robot bisa berjalan dengan stabil 5
menggunakan metode dynamic walking. Sehingga pengujian harus dilakukan secara trial and error pada robot. Pengujian secara trial and error jelas membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mencapai tingkat kestabilan robot yang baik. b. Robot Humanoid Pemain Bola [2] (Muliady ST.,MT., Drs. Zaenal Abidin, M.Eng, Christian Hadinata, dan Mario Kusuma 2012) Pada jurnal ini penulis merancang sebuah robot humanoid yang mempunyai 20 sendi dengan sensor CMUCam3 yang digunakan untuk sistem penglihatan robot. Sensor percepatan DE-ACCM3D yang digunakan untuk mengetahui kondisi robot ketika terjatuh. Otak dari robot menggunakan pengontrol mikro ATMEGA128 dan pengontrol servo SSC-32 untuk mengatur pergerakan servo. Setiap gerakan pada robot humanoid diatur secara manual dengan memperhatikan posisi COG (Center of Gravity) yang harus selalu berada pada support polygon. Dengan gerakan omnidirectional, robot humanoid dapat mengatur arah dari setiap langkah sehingga pada saat akan menendang bola, letak bola dapat searah dengan letak gawang. Robot humanoid ini gagal menendang bola ke gawang ketika posisi bola dipindahkan ke area yang berbeda terhadap gawang. Kelancaran robot humanoid pada saat berjalan lurus adalah 100% dengan waktu rata rata pada saat menempuh jarak 100 cm adalah 112.8 detik, kelancaran robot pada saat berjalan arah kanan sejauh 100 cm adalah 100% dengan waktu rata rata 139.4 detik, kelancaran robot pada saat berjalan arah kiri sejauh 100 cm adalah 90% dengan waktu rata rata 137.2 detik. 2.2. Humanoid Robot Robot humanoid adalah robot yang penampilan keseluruhannya dibentuk berdasarkan tubuh manusia, mampu melakukan interaksi dengan peralatan maupun lingkungan yang dibuat untuk manusia. Secara umum robot humanoid memiliki tubuh dengan kepala, dua buah lengan dan dua kaki, meskipun ada pula beberapa bentuk robot humanoid yang hanya 6
berupa sebagian dari tubuh manusia, misalnya dari pinggang ke atas. Beberapa robot humanoid juga memiliki wajah, lengkap dengan mata dan mulut. Robot humanoid digunakan sebagai alat riset pada beberapa area ilmu pengetahuan. Periset perlu mengetahui struktur dan perilaku tubuh manusia (biomekanik) agar dapat membangun dan mempelajari robot humanoid. Di sisi lain, upaya mensimulasikan tubuh manusia mengarahkan pada pemahaman yang lebih baik mengenai hal tersebut. Kognisi manusia adalah bidang studi yang berfokus kepada bagaimana manusia belajar melalui informasi sensori dalam rangka memperoleh keterampilan persepsi dan motorik. Pengetahuan ini digunakan untuk mengembangkan model komputasi dari perilaku manusia dan hal ini telah berkembang terus sepanjang waktu [3]. Robot humanoid yang digunakan R2C adalah robot versi KHR-3HV. Robot ini adalah robot dari jepang. R2C menggunakan robot ini karena harga robot ini masih terjangkau meskipun masih memiliki banyak kekurangan. KHR-3HV memiliki 16 degree of freedom, dengan rincian 5 di setiap kaki dan 3 di setiap lengan. Servo yang dipilih adalah servo yang memiliki torsi tinggi dengan gear berbahan metal dan yang mampu untuk mengembalikan nilai, seperti sudut, beban, torsi, dll. Kesulitan memprogram robot ini dikarenakan software yang digunakan untuk memprogram robot ini masih berbahasa jepang sehingga hal ini membuat pemrogram kesulitan karena tidak semua orang di Indonesia dapat memahami bahasa jepang. Gambar 2.1. Robot Humanoid Kondo KHR-3HV [4] 7
Faktor penting dalam merancang robot humanoid adalah faktor keseimbangan. Secara sederhana kestabilan dapat dicapai dengan menyeimbangkan (membuat jadi nol) semua gaya - gaya yang bekerja. Titik pada posisi jumlah semua gaya - gaya yang bekerja menjadi nol disebut titik keseimbangan atau center of gravity. Keseimbangan dicapai dengan merancang postur stabil dari setiap gerakan robot humanoid. Kestabilan robot paling banyak dipengaruhi oleh bagian kaki. Salah satu teknik yang baik untuk membuat robot seimbang ketika berjalan adalah teknik support polygon. Support polygon adalah daerah berbentuk segi banyak yang merupakan daerah di antara kedua kaki dengan bantuan garis lurus yang ditarik dari siku luar masing-masing kaki. Prinsip dari teknik ini adalah menempatkan proyeksi vertikal dari titik keseimbangan dari robot humanoid untuk selalu berada di dalam support polygon ditunjukan pada Gambar 2.2. Gambar 2.2. Support Polygon [2] Terdapat 2 macam support polygon yang dapat terbentuk pada robot humanoid, yaitu : - Double Support Polygon Double Support Polygon adalah kondisi pada saat robot bertumpu pada kedua kaki nya tetapi tidak harus kedua permukaan kaki nya menempel penuh pada dasar. Gambaran Double Support Polygon ini dapat dilihat pada Gambar 2.3(a) dan 2.3(b). - Single Support Polygon Single Support Polygon adalah kondisi pada saat robot hanya bertumpu pada salah satu telapak kaki seperti pada Gambar 2.3(c). 8
Gambar 2.3. Support Polygon dengan warna abu-abu: (a) Double Support Polygon, (b) Double Support Polygon (Pre-Swing), (c) Single Support Polygon [2] 2.3. Gerakan Omnidirectional Gerakan omnidirectional pada pemain bola sangatlah penting karena pemain bola selalu mengejar letak bola yang senantiasa berubah posisi. Pola gerakan yang pada umumnya terdapat pada robot humanoid pemain bola adalah gerakan berjalan lurus, bergerak ke samping dan memutar tetapi tidak dapat mengkombinasikan ketiga gerakan tersebut. Gerakan omnidirectional adalah bentuk gerakan ke segala arah seperti gerakan kurva yang mengkombinasikan ketiga gerakan tersebut. Gerakan omnidirectional dalam robot humanoid ini ada pada gerakan kaki sehingga robot dapat menentukan arah dan jarak langkah ketika berjalan. Pola langkah kaki dari gerakan omnidirectional ini dapat dilihat pada Gambar 2.4. Gambar 2.4. Pola Langkah Kaki Gerakan Omnidirectional [5] 9
Terdapat banyak teknik untuk dapat melakukan gerakan omnidirectional dengan mempertimbangkan keseimbangan dari robot humanoid seperti teknik kontrol Fuzzy dan Preview Controller dengan kriteria kestabilan ZMP (Zero Moment Point). ZMP adalah titik yang memiliki keseimbangan antara momentum yang bekerja pada robot dengan momentum yang dilawan oleh dasar tumpuan. Jika titik ini berada pada support polygon robot maka dapat dipastikan robot tidak akan jatuh. Semua teknik kontrol yang digunakan selalu mengutamakan pada keseimbangan robot agar dapat bertumpu pada single support polygon sehingga rotasi pada kaki lain dapat dilakukan [5]. 2.4. Metode Static Walking Metode berjalan static walking adalah metode yang paling umum digunakan dalam robot humanoid. Pola dasar dari metode ini adalah berjalan dengan memposisikan robot sedikit menjongkok. Metode ini banyak digunakan karena memiliki keunggulan dimana kestabilan robot akan lebih terjaga karena mekanisme langkah kakinya cukup kecil dan mengangkat kakinya cenderung rendah. Namun hal tersebut menyebabkan metode berjalan secara static walking tampak kaku dan terlihat seperti hanya menggesek-gesek lantai atau surface pijakan. Dengan metode berjalan seperti itu tentunya pergerakan robot akan sangat tergantung dengan surface tempat robot berjalan, dimana perbedaan surface akan menghasilkan kecepatan berjalan yang berbeda, juga kestabilan robot tentunya akan berbeda saat berada dalam surface yang halus dan kasar. Selain dua hal tersebut, kekurangan dari metode berjalan secara static walking adalah langkah robot yang terbatas, dimana sudut langkah yang dihasilkan terlalu kecil untuk bisa berjalan cepat, sehingga untuk mempercepat langkah perlu menaikkan kecepatan aktuator, sehingga metode jalan secara static walking kurang effisien [6]. 10
Gambar 2.5. Pola Dasar Static Walking [6] 2.5. Metode Dynamic Walking Metode berjalan yang sampai saat ini masih dalam tahap pengembangan untuk memperbaiki mekanisme berjalan static walking adalah metode dynamic walking, dimana pergerakan robot dibuat menyerupai gerakan berjalan manusia. Yaitu dengan berjalan secara tegap. Dengan metode ini sudut langkah yang dihasilkan saat berjalan lebih besar daripada mekanisme static walking. Sudut langkah yang dihasilkan saat berjalan menjadi lebih maksimal sehingga langkah kaki robot bisa dibuat lebih lebar dan lebih tinggi dibandingkan dengan metode static walking. Dengan langkah yang lebih lebar tentunya robot akan bergerak lebih jauh di tiap langkahnya sehingga menjadi lebih cepat saat berjalan dengan kecepatan aktuator yang kecil. Kelebihan lain dari penggunaan metode dynamic walking adalah kecepatan berjalan robot tidak lagi tergantung pada surface pijakan, karena friksi atau gesekan akan dikurangi dengan mengatur tinggi langkah robot saat berjalan. Kekurangan metode ini yang sampai saat ini masih menjadi kendala adalah kestabilan robot mudah terganggu, dimana langkah yang lebar dan cukup tinggi akan menghasilkan momentum yang membuat kestabilan robot 11
terganggu, untuk itu perlu penelitian lebih lanjut agar robot mampu menjaga keseimbangan saat mengalami gangguan kestabilan. Pola dasar dari metode dynamic walking dibuat berdasarkan pola berjalan pada manusia. Pola berjalan dengan kaki tegap, berbeda dengan pola berjalan dari metode static walking yang memposisikan robot agak jongkok saat berjalan. Pada pola berjalan dynamic walking, tinggi atau panjang kaki akan sangat berpengaruh terhadap jangkauan maksimal yang dapat dicapai dalam setiap langkah, sedangkan pada pola static walking, tinggi atau panjang kaki hampir tidak akan berpengaruh terhadap jangkauan langkah saat berjalan. Hal itu disebabkan oleh keterbatasan dari pola static walking untuk membentuk sudut langkah yang besar saat berjalan. Kompensasi yang harus di tanggung dalam penggunaan metode dynamic walking adalah robot cenderung kurang stabil dan mudah jatuh, untuk itu pengendalian aktuator harus dilakukan secara cermat dengan memperhatikan faktor-faktor lain yang membuat robot kehilangan kestabilan [6]. Gambar 2.6. Pola Dasar Dynamic Walking [6] 12