Chapter 2 ROBOTIKA
DEFINISI Berdasarkan definisi Robotics Institute of America (RIA): "Robot adalah manipulator multifungsi yang dapat diprogram ulang yang dirancang untuk memindahkan material, komponen, peralatan, atau perangkat khusus melalui gerakan terprogram yang bervariasi untuk kinerja berbagai tugas." 2
DEFINISI Dari sudut pandang teknik, robot adalah perangkat serbaguna yang kompleks yang memiliki struktur mekanik, sistem sensorik, dan sistem kontrol otomatis. Dasar teoritis robotika mengandalkan hasil penelitian di bidang mekanika, elektrik, elektronika, kontrol otomatis, matematika, dan ilmu komputer. 3
ATURAN / HUKUM ISAAC ASIMOV Hukum Nol: Robot tidak boleh melukai manusia, atau, karena kelambanan, membiarkan manusia terancam. Hukum Satu: Robot tidak boleh melukai manusia, atau, karena tidak bertindak, membiarkan manusia menjadi terancam, kecuali jika ini melanggar hukum ketertiban yang lebih tinggi. 4
ATURAN / HUKUM ISAAC ASIMOV Hukum Dua: Robot harus mematuhi perintah yang diberikan oleh manusia, kecuali jika perintah semacam itu akan bertentangan dengan hukum ketertiban yang lebih tinggi. Hukum Tiga: Robot harus melindungi keberadaannya sendiri asalkan perlindungan semacam itu tidak bertentangan dengan hukum ketertiban yang lebih tinggi. 5
KOMPONEN Link Bagian kaku yang membentuk robot disebut link. Dalam robotika terkadang kita menggunakan lengan yang berarti link. Lengan robot atau link robot adalah anggota kaku yang mungkin memiliki gerak relatif sehubungan dengan semua tautan lainnya. Dari sudut pandang kinematis, dua atau lebih anggota dihubungkan sedemikian sehingga tidak ada gerakan relatif yang dapat terjadi di antara mereka dianggap sebagai satu kesatuan. 6
LINK 7
KOMPONEN Joint Dua link dihubungkan oleh kontak pada sambungan dimana gerakan relatifnya dapat diekspresikan oleh sebuah koordinat tunggal. Sendi biasanya bersifat revolute (rotary) atau prismatic (translatory). Gambar 1.3 menggambarkan bentuk geometris sendi yang tegas dan prismatik. Sambungan balik (R), seperti engsel dan memungkinkan rotasi relatif di antara dua tautan. Sebuah sendi prismatik (P), memungkinkan terjemahan gerakan relatif antara dua tautan. 8
JOINT 9
KOMPONEN Relatif rotasi link yang terhubung oleh sendi berulang terjadi pada garis yang disebut sumbu sendi. Juga, terjemahan dari dua hubungan yang terhubung oleh sendi prismatik terjadi di sepanjang garis yang juga disebut sumbu sendi. Nilai koordinat tunggal yang menggambarkan posisi relatif dari dua hubungan yang terhubung pada sendi disebut koordinat sendi atau variabel sendi. Ini adalah sudut untuk sendi yang terbuka, dan jarak untuk sendi prismatik. 10
KOMPONEN Sebuah ilustrasi simbolis sendi revolute dan prismatik pada robotika ditunjukkan pada Gambar 1.4 (a) - (c), dan 1,5 (a) - (c) masingmasing. Koordinat sambungan aktif dikendalikan oleh aktuator. Sendi pasif tidak memiliki aktuator apapun. Koordinat sendi pasif adalah fungsi dari koordinat sendi aktif dan geometri lengan robot. Sendi pasif juga disebut inaktif atau sendi bebas. 11
KOMPONEN Sendi aktif biasanya bersifat prismatik atau revolute, bagaimanapun, sendi pasif mungkin merupakan sendi pasangan yang lebih rendah yang memberikan kontak permukaan. Ada enam sendi pasangan bawah yang berbeda: revolute, prismatic, cylindrical, screw, spherical, dan planar. Sambungan yang benar dan prismatik adalah sendi yang paling umum digunakan pada manipulator robot serial. Tipe sendi lainnya hanyalah implementasi untuk mencapai fungsi yang sama atau memberikan tingkat kebebasan tambahan. Sendi prismatik dan terbuka memberikan satu derajat kebebasan. 12
KOMPONEN Oleh karena itu, jumlah sendi manipulator adalah derajat kebebasan (DOF) dari manipulator. Biasanya manipulator seharusnya memiliki setidaknya enam DOF: tiga untuk posisi dan tiga untuk orientasi. Manipulator yang memiliki lebih dari enam DOF disebut sebagai manipulator kinematis yang berlebihan. 13
SIMBOLIS 14
SIMBOLIS 15
KOMPONEN Manipulator Badan utama robot yang terdiri dari link, sendi, dan elemen struktur lainnya, disebut manipulator. Sebuah manipulator menjadi robot saat pergelangan tangan dan gripper terpasang, dan sistem kontrol diimplementasikan. Namun, robot dan manipulator dalam literatur digunakan secara setara dan keduanya mengacu pada robot. Gambar 1.6 secara skematik menggambarkan manipulator 3R. 16
MANIPULATOR 17
KOMPONEN Wrist Sendi dalam rantai kinematis robot antara lengan bawah dan endeffektor disebut sebagai pergelangan tangan. Umum untuk merancang manipulator dengan pergelangan bola, dengan tiga sumbu gabungan saling bersinggungan pada titik yang sama disebut titik pergelangan tangan. Gambar 1.7 menunjukkan ilustrasi skematik pergelangan bola, yang merupakan mekanisme R`R`R. Pergelangan bola sangat menyederhanakan analisis kinematis secara efektif, memungkinkan kita untuk memisahkan posisi dan orientasi efektor akhir. 18
KOMPONEN Wrist Oleh karena itu, manipulator akan memiliki tiga derajat kebebasan untuk posisi, yang diproduksi oleh tiga sendi di lengan. Jumlah DOF untuk orientasi kemudian akan tergantung pada pergelangan tangan. Kita bisa merancang pergelangan tangan yang memiliki satu, dua, atau tiga DOF tergantung pada aplikasinya. 19
WRIST 20
KOMPONEN End-effector The end-effector adalah bagian yang dipasang pada link terakhir untuk melakukan pekerjaan yang dibutuhkan robot. Efektor akhir yang paling sederhana adalah gripper, yang biasanya hanya mampu melakukan dua tindakan: membuka dan menutup. Rakitan lengan dan pergelangan tangan robot digunakan terutama untuk memposisikan end-effector dan alat apapun yang mungkin dibawa. Ini adalah end-effector atau alat yang benar-benar melakukan pekerjaan. 21
KOMPONEN End-effector Banyak penelitian ditujukan untuk merancang alat pengukur dan tujuan khusus. Ada juga penelitian ekstensif tentang perkembangan tangan antropomorfik. Tangan semacam itu telah dikembangkan untuk penggunaan prostetik di bidang manufaktur. Oleh karena itu, robot terdiri dari manipulator atau mainframe dan pergelangan tangan plus alat. Perisai pergelangan tangan dan endeffector juga disebut tangan. 22
KOMPONEN Actuators Aktuator adalah penggerak yang bertindak sebagai otot robot untuk mengubah konfigurasinya. Aktuator memberikan kekuatan untuk bertindak pada struktur mekanis melawan gaya gravitasi, inersia, dan kekuatan eksternal lainnya untuk memodifikasi lokasi geometris dari tangan robot. Aktuator dapat berupa jenis listrik, hidrolik, atau pneumatik dan harus dapat dikontrol. 23
KOMPONEN Sensors Elemen yang digunakan untuk mendeteksi dan mengumpulkan informasi tentang keadaan internal dan lingkungan adalah sensor. Menurut ruang lingkup buku ini, posisi sendi, kecepatan, akselerasi, dan kekuatan merupakan informasi terpenting yang bisa dirasakan. Sensor, diintegrasikan ke dalam robot, mengirimkan informasi tentang setiap link dan joint ke unit kontrol, dan unit kontrol menentukan konfigurasi robot. 24
KOMPONEN Controller Kontroler atau unit kontrol memiliki tiga peran. 1. Informasi peran, yang terdiri dari mengumpulkan dan mengolah informasi yang diberikan oleh sensor robot. 2. Peran keputusan, yang terdiri dari perencanaan gerak geometris struktur robot. 3. Peran komunikasi, yang terdiri dari pengorganisasian informasi antara robot dan lingkungannya. Unit kontrol mencakup prosesor dan perangkat lunak. 25
KLASIFIKASI ROBOT Asosiasi Robot Industri Jepang membagi robot di 6 kelas yang berbeda: Kelas 1: Manual handling devices: Perangkat dengan tingkat kebebasan multi yang digerakkan oleh operator. Kelas 2: Fixed sequence robot: Perangkat yang melakukan tahap tugas secara berurutan sesuai dengan program yang telah ditentukan sebelumnya. 26
KLASIFIKASI ROBOT Kelas 3: Variable sequence robot: Perangkat yang melakukan tahap tugas secara berurutan sesuai dengan metode yang telah ditentukan sebelumnya namun dapat diprogram. Kelas 4: Playback robot: Operator manusia melakukan tugas secara manual dengan memimpin robot, yang mencatat gerakan untuk pemutaran nanti. Robot mengulangi gerakan yang sama sesuai dengan informasi yang tercatat. 27
KLASIFIKASI ROBOT 28 Kelas 5: Numerical control robot: Operator memasok robot dengan program gerak daripada mengajarkannya secara manual. Kelas 6: Intelligent robot: Robot dengan kemampuan untuk memahami lingkungannya dan kemampuan untuk menyelesaikan tugas dengan sukses meskipun ada perubahan dalam kondisi di sekitarnya yang akan dilakukan.
KLASIFIKASI ROBOT Selain klasifikasi resmi ini, robot dapat diklasifikasikan menurut kriteria lain seperti geometri, ruang kerja, aktuasi, kontrol, dan aplikasi. 29
KLASIFIKASI ROBOT The Robotics Institute of America (RIA) menganggap kelas 3-6 dari klasifikasi diatas sebagai robot, dan Asosiasi Francaise de Robotique (AFR) menggabungkan kelas 2, 3, dan 4 sebagai tipe yang sama dan membagi robot dalam 4 tipe. 30