BAB III ANALISIS DAN PERANCANGAN

BAB III
ANALISIS DAN PERANCANGAN
III.1 Perhitungan Pergerakan Robot
Dari analisis gerakan langkah manusia yang dibahas pada bab dua, maka dapat
diambil beberapa analisis untuk membuat rancangan gerakan langkah biped robot.
Yang pertama adalah perlunya dijaga keseimbangan dari robot untuk menjaga
r
dS
pengaruh gaya agar selalu memenuhi
|CM = 0 . Untuk itu perubahan titik berat
dt
perlu dilakukan setiap saatnya. Yang kedua adalah perubahan gaya pada kaki
penopang lebih besar dibandingkan kaki ayun. Hal ini disimpulkan dari analisis
biomekanik gerakan langkah manusia mengenai momen yang bekerja terhadap
tubuh. Yang ketiga adalah analisis perubahan sudut pada rancangan biped robot.
Tidak ada persamaan khusus yang ditemukan untuk menghasilkan perubahan
sudut masing-masing sendi pada gerakan langkah manusia. Namun hasil
trajectory sudut gerakan langkah manusia yang dijabarkan pada sub-bab II.1.2
dapat kita telaah dan kemudian disederhanakan menjadi persamaan grafik. Sudut
pada sendi pergelangan kaki berubah dari sejajar menjadi mengecil hingga 150°.
Atau secara matematis digambarkan dengan grafik bergradien negatif. Pada sendi
lutut penopang sudut membesar dari 10° hingga 30°. Atau secara matematis
digambarkan dengan grafik bergradien positif. Sedangkan pada sendi pinggang
terjadi perubahan arah sudut di tengah fase. Pada sendi pinggang ayun sudut
membesar hingga mendekati sejajar dan pada sendi lutut ayun membesar dari -50°
hingga 0°. Perubahan tersebut terjadi dalam waktu satu detik. Sedangkan
pengaruh massa tidak perlu diperhitungkan terhadap gerakan karena tidak akan
terlalu berpengaruh. Massa berpengaruh hanya terhadap proses menjaga
keseimbangan.
III-1
III-2
III.2 Konstruksi Biped Robot dengan Lego NXT
Dari pembahasan teori dasar mengenai gerakan langkah manusia dapat diketahui
bahwa sebenarnya dibutuhkan lima sendi untuk merepresentasikan bentuk tubuh
manusia terkait dengan gerakan langkah. Namun keterbatasan servo motor yang
dapat bekerja pada satu Brick Lego NXT mengakibatkan implementasi yang
dilakukan hanya dapat menggunakan tiga sendi. Pembangunan biped robot
dengan tiga sendi membutuhkan tiga titik sendi yang dapat menggerakkan bagian
tubuh robot. Untuk mengatur posisi titik berat diperlukan sebuah sendi pada
bagian pinggang untuk mengatur putaran pinggang sehingga titik berat tetap
terjaga pada fase single-support. Dimensi yang dipakai adalah dimensi
transversal. Hal ini untuk memudahkan perancangan. Selain itu dari analisis
gerakan langkah manusia juga menunjukkan bahwa perubahan sudut dimensi
transversal lebih besar dibandingkan dimensi lainnya. Sehingga satu servo motor
diletakkan di sendi pinggang untuk memutar badan ke kiri dan kanan. Dua servo
motor yang tersisa akan diletakkan di sendi lutut, yang akan berfungsi sebagai
penggerak kaki. Sementara untuk menambah fitur dari gerakan langkah biped
robot maka digunakan sensor sonar untuk mengetahui jarak benda yang terletak di
depan sehingga biped robot dapat berhenti sebelum menabrak benda di depannya.
Gambar dari rancangan robot yang dibuat ditunjukkan pada gambar III-1.
Keterangan gambar III-1 adalah sebagai berikut: 1 – Sendi pinggang, 2 – Sendi
lutut kiri, 3 – Sendi lutut kanan, 4 – Sensor sonar, 5 – Brick NXT (tampak
belakang). Sementara itu spesifikasi fisik dari konstruksi biped robot yang akan
digunakan adalah sebagai berikut:
1. Panjang kaki bagian bawah 7.2 cm.
2. Panjang kaki bagian atas 6.5 cm.
3. Tinggi seluruh tubuh 32 cm.
4. Berat badan 325 gram.
5. Berat kaki 150 gram.
6. Berat seluruh tubuh 775 gram.
7. Perubahan sudut maksimal kaki 30˚ ke depan dan 27˚ ke belakang.
III-3
4
5
1
2
3
Gambar III-1 Rancangan Robot
III.3 Perancangan Langkah Biped Robot
Model rancangan langkah biped robot yang akan digunakan sedikit berbeda
dengan model manusia. Hal ini dikarenakan penyesuaian dengan mekanika
rancangan robot pada Lego NXT, dan juga keterbatasan sendi yang digunakan.
Sehingga putaran pergelangan kaki yang menyebabkan kaki bagian bawah
berubah sudut diganti dengan perubahan sudut paha ke arah sebaliknya. Modelnya
digambarkan pada gambar III-2.
Dari skema rancangan yang terdapat pada gambar III-2 perputaran yang harus
dilakukan oleh servo motor penggerak sendi adalah sebesar 2 x sin-1(Ds / 2 la).
Sedangkan besar tenaga yang digunakan akan didapatkan dari perhitungan jumlah
seluruh gaya yang bekerja pada tubuh robot untuk memenuhi persamaan
r
r
r
F = ( Fz zCM )(rCM − rCP ) .
III-4
Gambar III-2 Rancangan Gerakan Langkah
Untuk mendapatkan gerakan yang baik maka diperlukan kesesuaian waktu dan
sinkronisasi dari perputaran kedua servo motor yang menggerakkan kedua sendi
kaki. Maka nantinya akan dihasilkan perhitungan waktu yang sesuai sehingga
timeline pada gambar III-3 terpenuhi. Untuk mendapatkan T1, T2, T3, dan T4
maka nanti akan dilakukan pengujian pada tahap implementasi.
Gambar III-3 Timeline Gerakan Langkah
Sehingga persamaan yang akan diberikan pada ketiga servo motor untuk satu
siklus gerakan langkah, berkaitan juga dengan pembahasan pada sub-bab III.1,
adalah sebagai berikut:
III-5
Tabel III-1 Rancangan Langkah Biped Robot
Motor
Servo
Arah
A Positif
(Pinggang)
Servo
Besar Sudut
Besar
Waktu
Tenaga
mulai (t0)
Belum
Memenuhi
r
r
r
rCM = F
T + rCP diketahui
( Fz z CM )
B Negatif 2 x sin-1(Ds / 2 la)
Lebih
(Lutut
kecil dari
Kanan)
Servo C
Servo
C Positif
(Lutut Kiri)
2 x sin-1(Ds / 2 la)
Lebih
besar dari
Servo B
Lama
T1<t0<T3 T3-T1
t0 = T3
T4-T3
t0 = T1
T2-T1
BAB IV
IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN
IV.1 Implementasi Pemrograman Gerakan Langkah Biped
Robot
Sarana yang digunakan dalam implementasi pemrograman gerakan langkah biped
robot mencakup perangkat keras dan perangkat lunak akan diuraikan berikut ini.
Perangkat keras yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Intel Pentium 4 CPU 2.00 GHz
2. RAM 784 MB
3. Harddisk Seagate Barracuda 160 GB
4. Perangkat masukan: mouse dan keyboard
5. Perangkat komunikasi: kabel USB dan Bluetooth
Sedangkan perangkat lunak yang digunakan adalah sebagai berikut:
1. Sistem operasi Microsoft Windows XP Professional Version 2002 Service
Pack 2
2. Perangkat pemrograman Microsoft Visual Studio 2005 dengan .NET
Framework 2.0
3. Bahasa pemrograman C#
4. Library NXT# buatan Bram Fokke dan Dermot Balson
5. Perangkat pemrograman Bricx Command Center
6. Bahasa pemrograman NXC
IV.2 Aplikasi Pengujian Langkah Biped Robot
Dalam pengimplementasian gerakan langkah biped robot, ternyata rumus gaya
yang menjadi dasar pergerakan tidak bisa diimplementasikan secara eksplisit.
Melainkan menggunakan parameter sudut dan gaya putar servo motor sehingga
IV-1