Ali Mahdali: Robotik

Sistem Kontrol Robot

Bang Ali Friday, September 11, 2020 Comment

Sistem kontrol robotik pada dasarnya terbagi dua kelompok, yaitu sistem kontrol loop terbuka(open loop) dan loop tertutup (close loop).

Diagram kontrol loop terbuka pada sistem robot dapat dinyatakan dalam gambar berikut ini.

Gambar : Kontrol robot loop terbuka

Kontrol loop terbuka atau umpan maju ( feedforward control) dapat dinyatakan sebgai sistem kontrol yang outputnya tidak diperhitungkan ulang oleh kontroler.Keadaan apakah robot benar-benar telah mencapai target seperti yang dikehendaki sesuai referensi, adalah tidak dapat mempengaruhi kinerja kontroler. Kontrol ini sesuai untuk sistem operasi robot yang memiliki akuator yang beroperasi berdasarkan umpan logika berbasis konfigurasi langkah sesuai urutan, misalnya stepper motor. Stepper motor tidak perlu dipasangi sensor pada porosnya untukmengetahui posisi akhir. Jika dalam keadaan berfungsi dengan baik dan tidak ada masalah beban lebih maka stepper motor akan berputar sesuai dengan perintah kontroler dan mencapai posisi target dengan tepat.

Perlu di garis bawahi disini bahwa kontrol sekuensi (urutan) dalam gerak robot dalam suatu tugas yang lengkap, misalnya memiliki urutan sebagai berikut: menuju ke posisi obyek, mengankat obyekmemindah obyek ke posisi tertentu, dan meletakkan obyek adalah tidak selalu semua langkah operasi ini termasuk dalam kontrol loop terbuka. Dapat saja langkah menuju posis obyek dan memindah obyek menuju posisi akhir adalah gerakgerak berdasarkan loop tertutup. Sedangkan yang lainnya adalah loop terbuka berdasarkan perintah langkah berbasis delay.

Kontrol robot loop tertutup dapat dinyatakan seperti dalam Gambar berikut:

Gambar : Kontrol robot loop tertutup

Pada gambar di atas, jika hasil gerak aktual telah sama dengan referensi maka input kontroler akan nol. Artinya kontroler tidak lagi memberikan sinyal akurasi kepada robot karena target akhir perintah gerak telah diperoleh. Makin kecil error terhitung maka makin kecil pula sinyal pengemudian kontroler terhadap robot. Sampai akhirnya mencapai kondisi tenang(steady state).

Referensi gerak dan gerak aktual dapat berupa posisi(biasanya didefinisikan melalui kedudukan ujung lengan terakhir/end of effector), kecepatan, akselerasi, atau gabungan di antaranya. Kontrol bersifat konvergen jika dalam rentang waktu pengontrollan nilai error menuju nol, dan keadaan dikatakan stabil jika setelah konvergen kotroler mampu menjaga agar error selalu nol. Dua pengertian dasar; konvergen dan stabil, adalah sangat penting dalam kontrol loop tertutup. Stabil dan konvergen diukur dari sifat referensinya. Posisi akhir dianggap konvergen bila makin lama gerakan makin perlahan dan akhirnya diam pada posisi seperti yang dikehendaki referensi, dan dikatakan stabil jika posisi akhir yang diam ini dapat dipertahankan dalam masa-masa berikutnya. Jika referensinya adalah kecepatan maka disebut stabil jika pada keadaan tenang kecepatan akhirnya adalah sama dengan referensi (atau mendekati) dan kontroler mampu menjaga ‘ kesamaan’ ini pada masamasa berikutnya. Dalam hal kecepatan, keadaan tenang yang dimaksud adalah bukan berarti output kontroler bernilai nol(tegangan nol Volt) seperti keadaan sesungguhnya pada kontrol posisi, namun kontroler tidak lagi memberikan penguatan (amplify) atau pelemahan (attenuate) pada akuator.

Jenis-Jenis Robot

Bang Ali Thursday, September 10, 2020 Comment

Berdasarkan katergorinya, suatu robot dibagi menjadi 4 jenis, yakni:

Sumber : google

Non-mobile Robot

Robot ini tidak dapat berpindah posisi dari satu tempat ke tempat lainnya, sehingga robot tersebut hanya dapat menggerakkan beberapa bagian dari tubuhnya dengan fungsi tertentu yang telah dirancang.

Contoh :

Robot Industri

Anatomi robot industri secara umum dapat diilustrasikan seperti pada gambar dibawah ini. Robot industri yang diilustrasikan ini adalah robot tangan yang memiliki dua lengan (dilihat dari persendian), dan pergelangan. Di ujung pergelangan dapat diinstal berbagai tool sesuai dengan fungsi yang diharapkan. Jika dipandang dari sudut pergerakan maka terdiri dari tiga pergerakan utama, yaitu badan robot yang dapat berputar ke kiri dan kanan, lengan yang masing-masing dapat bergerak rotasi ke arah atas dan bawah, dan gerak pergelangan sesuai dengan sifat tool.

Gambar : Anatomi robot industri

Perangkat pendukung robot industri secara umum dapat diilustrasikan dalam gambar berikut ini. Komponen utamanya terdiri dari 4 bagian, yaitu:

Manipulator
Sensor
Aktuator, dan
Kontroler

Gambar : Sistem robot industri

Manipulator adalah bagian mekanik yang dapat difungsikan untuk memindah, mengangkat, dan memanipulasi benda kerja. Sensor adalah komponen berbasis instrumentasi (pengukuran) yang berfungsi sebagai pemberi informasi tentang berbagai keadaan atau kedudukan dari bagianbagian manipulator. Output sensor dapat berupa nilai logika ataupun nilai analog. Dalam berbagai kasus dewasa ini penggunaan kamera sebagai sensor sudah menjadi lazim. Output perangkat kamera berupa citra (image) harus diubah dahulu ke besaran digital ataupun analog sesuai dengan kebutuhan. Kajian teknologi tranformasi image ke bentuk biner (nilai acuan dalam proses perhitungan komputer) ini banyak di kaji dalam konteks terpisah, yaitu pengolahan citra (image processing).

Aktuator adalah komponen bergerak yang jika dilihat dari prinsip penghasil geraknya dapat di bagi menjadi 3 bagian, yaitu penggerak berbasis motor listrik (motor DC servo, stepper moto, motor AC, dsb.), penggerak pneumatik (berbasis kompresi gas: udara, nitrogen, dsb.), dan penggerak hidrolik (berbasis kompresi benda cair:minak pelumas, dsb.).

Kontroler adalah rangkaian elektronik berbasis mikroprosesor yang berfungsi sebagai pengatur seluruh komponen dalam membentuk fungsi kerja. Tipe pengaturan yang bisa diprogramkan mulai dari prinsip pengurut (sequencer) yang bekerja sebagai open loop hingga prinsip umpan balik yang melibatkan kecerdasan buatan.

Gambar : Gambar Robot Manipulator

Konfigurasi Manipulator

Secara klasik konfigurasi robot manipulator dapat dibagi dalam 4 kelompok, yaitu polar, silindris, cartesian dan sendi-lengan (joint-arm).

Polar

Manipulator yang memiliki konfigurasi polar padat di ilustrasikan seperti pada gambar 1.5., badan dapat berputar ke kiri atau kanan. Sendi pada badan dapat mengangkat atau menurunkan pangkal lengan secara polar. Lengan ujung dapat digerakkan maju-mundur secara translasi. Konfigurasi ini dikenal cukup kokoh karena sambungan lengan dan gerakan maju-mundur memiliki cara yang secara mekanik sangat kokoh. Kemampuan jangkauan ke atas dan bawah kurang bagus karena badan tidak mengangkat lengan secara vertikal, namun memiliki gerakan yang khas yaitu mampu memanipulasi ruang kerja yang berbentuk bola dengan algoritma gerak yang paling sederhana dibanding tipe konfigurasi yang lain.

Gambar : Konfigurasi polar

Silinder

Konfigurasi silinder mempunyai jangkauan berbentuk ruang silinder yang lebih baik, meskipus sudut lengan terhadap garis penyangga tetap. Konfigurasi ini banyak diadopsi untuk sistem gantry atau crane karena strukturnya yang kokoh untuk tugas mengangkat beban. Pemasangan lengan ujung yang segaris dengan badan dapat lebih menguntungkan kinematiknya menjadi lebih sederhana. Selain itu struktur secara keseluruhan bisa lebih kokoh. Contoh yang mudah dijumpai adalah sistem crane yang biasa digunakan dalam pembangunan gedung-gedung bertingkat tinggi.

Gambar : Konfigurasi silinder

Cartesian

Manipulator berkonfigurasi Cartesian ditunjukkan dalam gambar dibawah ini. Konfigurasi ini secara relatif adalah yang paling kokoh untuk tugas mengangkat beban yang berat. Struktur ini banyak dipakai secara permanen pada instalasi pabrik, baik untuk mengangkat dan memindah barang produksi maupun untuk mengangkat peralatanperalatan berat pabrik ketika melakukan kegiatan instalasi. Crane di galangan kapal juga banyak mengadopsi struktur ini.

Gambar : Konfigurasi Cartesian

Pada aplikasi yang sesungguhnya, biasanya struktur penyangga, badan dan lengan dibuat sedemikian rupa hingga tumpuan beban merata pada struktur. Misalnya, penyanggah dipasang dari ujung ke ujung. Mekanik pengangkat di badan menggunakan sistem rantai dan sprocket atau sistem belt. Pergerakan lengan dapat menggunakan sistem seperti rel di kiri-kanan lengan.

Sendi-lengan

Konstruksi ini yang paling popular untuk tugas-tugas regular di dalam pabrik, terutama untuk dapat melaksanakan fungsi layaknya pekerja pabrik, seperti mengangkat barang dari konveyor, mengelas, memasang komponen mur, baut pada produk, dan sebagainya. Dengan tool pergelangan yang khusus struktur lengan-sendi ini cocok digunakan untuk menjangkau daerah kerja yang sempit dengan sudut jangkauan yang beragam.

Gambar : Konfigurasi sendi-lengan

Mobile Robot

Mobile dapat diartikan bergerak, sehingga robot ini dapat memindahkan dirinya dari satu tempat ke tempat lain. Robot ini merupakan robot yang paling populer dalam dunia penelitian robotika. Dari segi manfaat, robot ini diharapkan dapat membantu manusia dalam melakukan otomasi dalam transportasi, platform bergerak untuk robot industri , eksplorasi tanpa awak, dan masih banyak lagi.

Contoh :

Robot Line Tracker

Robot line tracker merupakan robot yang dapat bergerak mengikuti track berupa garis hitam setebal ±3 cm. Untuk membaca garis, robot dilengkapi dengan sensor proximity yang dapat membedakan antara garis hitam dengan lantai putih. Sensor proximity ini dapat dikalibrasi untuk menyesuaikan pembacaan sensor terhadap kondisi pencahayaan ruangan. Sehingga pembacaan sensor selalu akurat.

Agar pergerakan robot menjadi lebih halus, maka kecepatan robot diatur sesuai dengan kondisi pembacaan sensor proximity. Jika posisi robot menyimpang dari garis, maka robot akan melambat. Namun jika robot tepat berada diatas garis, maka robot akan bergerak cepat. Robot juga dapat kembali ke garis pada saat robot terlepas sama sekali dari garis. Hal ini bisa dilakukan karena robot selalu mengingat kondisi terakhir pembacaan sensor. Jika terakhir kondisinya adalah disebelah kiri garis, maka robot akan bergerak ke kanan, demikian pula sebaliknya.

Flying Robot (Robot Terbang)

Robot yang mampu terbang, robot ini menyerupai pesawat model yang diprogram khusus untuk memonitor keadaan di tanah dari atas, dan juga untuk meneruskan komunikasi.

Gambar : Contoh Flying Robot (Robot Terbang)

Under Water Robot (Robot dalam air)

Robot ini digunakan di bawah laut untuk memonitor kondisi bawah laut dan juga untuk mengambil sesuatu di bawah laut.

Gambar 1.10 Contoh Under Water Robot (Robot Dalam Air)

Kombinasi Mobile dan Non-Mobile Robot

Robot ini merupakan penggabungan dari fungsi-fungsi pada robot mobile dan non-mobile. Sehingga keduanya saling melengkapi dimana robot nonmobile dapat terbantu fungsinya dengan bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain.

Gambar : Contoh robot kombinasi Mobile dan Non-mobile

Humanoid

Sebuah robot humanoid adalah robot otonom yang dapat beradaptasi dengan perubahan lingkungan atau dirinya sendiri. Ini merupakan perbedaan utama antara jenis humanoid dan jenis robot.

Dalam konteks, robot humanoid dapat mencakup, antara lain:

Dapat merawat dirinya sendiri (seperti pengisian sumber tenaga sendiri)
Dapat belajar otonom (belajar atau memiliki kemampuan baru tanpa bantuan dari luar (manusia), menyesuaikan diri berdasarkan lingkungan dan beradaptasi dengan lingkunganyang baru)
Dapat menghindari hal-hal yang berbahaya bagi manusia, properti, dan dirinya sendiri
Dapat berinteraksi dengan manusia dan lingkungan

Seperti robot mekanis lainnya, humanoid mengacu pada komponen dasar sebagai berikut : Sensing (Penginderaan), Actuating, Planning (Perencanaan) dan Controling (Pengendalian). Karena untuk mensimulasikan struktur, perilaku manusia dan sistem otonomi, sebagian besar robot humanoid lebih kompleks dibandingkan jenis robot lainnya.

Kompleksitas ini mempengaruhi semua skala robot (mekanik, ruang, waktu, sistem dan kompleksitas komputasi), tetapi lebih terlihat pada densitas daya dan skala kompleksitas sistem. Hal pertama, robot humanoid tidak cukup kuat bahkan untuk melompat dan ini terjadi karena kekuatan atau perbandingan berat tidak sebaik seperti tubuh manusia. Ada algoritma yang sangat baik untuk beberapa bidang konstruksi robot humanoid, tapi sangat sulit untuk menggabungkan semuanya menjadi satu sistem yang efisien (sistem kompleksitas sangat tinggi).

Gambar : TOSY TOPIO, robot humanoid yang dapat main ping pong

Robot humanoid diciptakan untuk meniru beberapa tugas fisik dan mental yang sama seperti manusia menjalani kehidupan setiap harinya. Para ilmuwan dan spesialis dari berbagai bidang termasuk teknik , ilmu kognitif , dan linguistik menggabungkan upaya mereka untuk menciptakan robot yang mirip dengan manusia. Tujuan ilmuwan dan spesialis menciptakan robot humanoid adalah agar robot humanoid dapat memahami kecerdasan akal manusia dan bertindak layaknya seperti manusia. Jika robot humanoid mampu melakukannya, mereka akhirnya bisa bekerja dalam kohesi dengan manusia untuk menciptakan masa depan yang lebih produktif dan berkualitas tinggi. Manfaat lain yang penting untuk mengembangkan robot humanoid adalah untuk memahami tubuh manusia biologis dan proses mental, dari yang sederhana hingga yang berjalan dengan konsep kesadaran dan spiritualitas.

Dalam perencanaan dan pengendalian antara robot humanoid dengan robot jenis lain (seperti robot industri) memiliki perbedaan yaitu bahwa gerakan robot harus menyerupai manusia, dengan menggunakan penggerak berkaki, terutama biped kiprah. Perencanaan ideal untuk gerakan robot humanoid saat berjalan normal harus menghasilkan konsumsi energi minimum, seperti seperti halnya tubuh manusia. Untuk alasan ini, studi tentang dinamika dan kontrol dari jenis struktur menjadi lebih penting.

Untuk menjaga keseimbangan dinamis selama berjalan, robot membutuhkan informasi tentang gaya kontak saat ini dan gerakannya yang diinginkan. Solusi untuk masalah ini bergantung pada konsep utama, Zero Moment Point (ZMP).

Karakteristik lain tentang robot humanoid adalah bahwa mereka bergerak, mengumpulkan informasi (menggunakan sensor) pada "dunia nyata" dan berinteraksi dengan itu, mereka tidak tinggal tetap seperti manipulator pabrik dan robot lain yang bekerja di lingkungan yang sangat terstruktur. Perencanaan dan Pengendalian harus fokus tentang deteksi self-collision, perencanaan jalur dan penghindaran rintangan untuk memungkinkan humanoids untuk bergerak dalam lingkungan yang kompleks.

Ada fitur dalam tubuh manusia yang belum dapat ditemukan di robot humanoid. Mereka mencakup struktur dengan fleksibilitas variabel, yang memberikan keselamatan (untuk robot itu sendiri dan kepada orang-orang), dan redundansi gerakan, yaitu lebih derajat kebebasan dan karena itu ketersediaan tugas lebar. Meskipun karakteristik ini diinginkan untuk robot humanoid, mereka akan membawa kerumitan yang lebih dan masalah baru untuk perencanaan dan kontrol.