Tugas 1 Robotika [PDF]

Citation preview

TUGAS 1 ROBOTIKA PENDAHULUAN ROBOTIKA



RESUME



oleh:



UTARI YUSMAN NRP: 2210106002



Bidang Studi Teknik Sistem Pengaturan Jurusan Teknik Elektro



INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2011



1.1



Pendahuluan Robotika bisa dikatakan lapangan baru bagi salah satu teknologi modern dan melintasi



batas-batas teknik tradisional. Untuk memahami kerumitan sebuah robot dan penggunaannya dibutuhkan pengetahuan terhadap teknik listrik, mekanik, sistem dan teknik industri seperti manufaktur, ilmu komputer, ekonomi dan matematika.



1.2



Sejarah Robotika Istilah robot pertama kali dikenalkan sebagai bahasa kita sehari-hari oleh seorang seniman



panggung Ceko, Karel Capek, pada panggungnya Rossum's Universal Robots tahun 1920. Kata robota yang berarti kerja pada bahasa Ceko. Setelah itu, kata tersebut banyak digunakan pada bermacam-macam alat-alat mekanik misalnya, teleoperators, kendaraan bawah air, penjelajah medan otomat (automatic land rover), dan sebagainya. Sebuah defisini resmi dari robot tersebut, datang dari Robot Institute of America (RIA), yaitu: Sebuah robot adalah manipulator multifungsi yang bisa diprogram ulang yang bertujuan untuk memindahkan material, komponen, alat. Atau, sebuah alat khusus melalui pemrograman gerakan-gerakan bertujuan untuk kemampuan dari beragam tugas-tugas. Beberapa point-point perkembangan robotika dari dulu hingga sekarang dapat dilihat pada: 1947 — Teleoperator bertenaga servo elektrik pertama dikembangkan 1948 — Sebuah teleoperatordikembangkan dengan umpan balik 1949 — Penelitian numerik kontroler mesin milling 1954 — George Devol mendesain robot terprogram pertama 1956 — Joseph Engelberger, Seorang mahasiswa teknik fisika Columbia, membeli hak paten robot devol dan mendirikan perusahaan 1961 — Robot utuh pertama diinstal di Trenton, New Jersey 1961 — Robot pertama bekerja sama dengan pengembangan umpan 1963 — Pengembangan sistem vision pertama 1971 — Penemuan Stanford Arm di Universitas Stanford 1973 — Robot terprogram pertama (WAVE) ditemukan di Stanford 1974 — Cincinnati Milacron memperkenalkan robot T3 dengan dikontrol komputer 1975 — Unimation Inc. mendaftarkan financial profit pertama 1976 — Ditemukan komponen Remote Center Compliance (RCC) untuk disisispkan pada mesin di Draper Lab, Boston



1976 — Robot arms digunakan pada Viking I and II dan mendarat Mars 1978 — Unimation memperkenalkan robot PUMA, berdasarkan pelajaran motor secara umum 1979 — Desain robot SCARA diperkenalkan di jepang 1981 — Driver robot pertama diperkenalkan di universitas Carnegie-Mellon. 1982 — Fanuc of Japan and General Motors form GM Fanuc to market robots in North America 1988 — Terbentuk IEEE Robotics dan komunitas otomasi 1996 — Honda memperkenalkan robot Humanoid (proyek rahasia yang mulai dikerjakan sejak 1986) 1997 — Pertandingan robot pemain bola pertama di Nagoya,Jepangt 2001 — Sony mulai memproduksi masal robot rumahan berbentuk anjing dengan nama Aibo 2001 — Space Station Remote Manipulation System (SSRMS) diluncurkan di ruang angkasa 2001 — Robot digunakan untuk mencari korban tragedi World Trade Centre pada 11 September. 2002 — Robot Humanoid kepunyaan Honda, ASIMO, menyalakan bel pada New York Stock Exchange 15 Februari 1.3 Komponen dan Struktur Robot 1.3.1 Representasi Simbolik Robot Manipulator robot tersusun dari sambungan lengan (links) yang dihubungkan dengan sendi (joints) menjadi sebuah rantai gerakan (kinematic chain). Joint pada umumnya bersifat rotari (revolute) atau linear (Prismatic). Sebuah joint revolute menyerupai sebuah engsel dan memungkinkan sebuah gerakan berputar antar dua lengan. Joint prismatic memungkinkan gerakan relatif linear antara dua lengan. Digunakan ketentuan (R) untuk mewakili joint revolute c dan (P) untuk joint Prismatic. diperlihatkan pada gambar 1.



Gambar 1. Simbol representasi joints robot



Masing-masing joint mewakili sambungan antara dua link, misalnya link li dan li+1. Kita akan menggunakan zi untuk mewakili titik pusat dari joint revolute atau prismatic yang menghubungkan antara link i dan i+1. Variabel Sendi (joint variables) ditandai dengan θi untuk joint revolute dan di untuk joint prismatic, merepresentasikan perpindahan relatif antara link terkait.



1.3.2 Derajat kebebasan dan Wilayah Kerja Jumlah dari joint menentukan sebuah Derajat Kebebasan (Degree of Freedom – DOF) dari sebuah manipulator. Pada umumnya, sebuah manipulator memiliki setidaknya enam DOF independen. Tiga untuk pemposisian (positioning) dan tiga untuk Orientasi. Jika kurang dari enam DOF, maka lengan tidak bisa meraih semua lingkungan kerja dengan orientasi tertentu (arbitary orientation). Wilayah kerja dari sebuah manipulator yaitu total volume yang bisa dijangkau oleh endeffector (ujung manipulator) dengan sebuah manipulator melakukan semua gerakan-gerakan yang mungkin. Wilayah kerja dibatasi oleh bentuk geometris sebuah manipulator, juga dengan batasan mekanis sebuah sendi. Pada umumnya, wilayah kerja dibagi menjadi wilayah terjangkau (reachable workspace) dan wilayah dexterous (dexterous workspace). Wilayah terjangkau adalah keseluruhan titik yang mampu dijangkau oleh manipulator. Sedangkan wilayah dexterous, hanya terbatas pada titiktitik dimana manipulator mampu menjangkau dengan orientasi terbatas endeffector.



1.3.3 Klasifikasi Robot Robot Manipulator bisa digolongkan menjadi beberapa kriteria. Misalnya berdasarkan sumber tenaga atau metode dimana sendi-sendi direalisasikan, geometri atau struktur gerak, wilayah aplikasi, atau metode pengaturan. Klasifikasi tersebut pada dasarnya berguna untuk menentukan robot mana yang paling bermanfaat untuk sebuah jenis pekerjaan.



a. Sumber Tenaga (Power Source) Pada umumnya, robot bekerja dengan sumber daya elektris, hidrolis atau pneumatis. Aktuator hidrolis memiliki keunggulan tak tertandingi pada kecepatan respon dan produksi



torsi. Sehingga, robot-robot hidrolis biasanya digunakan untuk mengangkat beban berat. Kekurangannya adalah, robot hidrolis seringkali memiliki kebocoran pada cairan hidrolisnya, memerlukan lebih banyak komponen pheriperal seperti pompa, yang artinya membutuhkan lebih banyak perawatan, dan berisik. Robot yang digerakan oleh motor DCatau AC-servo pada umumnya cukup populer, karena lebih murah, lebih bersih dan tidak berisik. Robot pneumatik tidak mahal dan sederhana, tetapi tidak bisa dikontrol secara tepat, sehingga robot pneumatik terbatas pada wilayah aplikasinya dan popularitasnya.



b. Wilayah Aplikasi (Application Area) Wilayah aplikasi yang paling besar yang diproyeksikan adalah pada bidang assembly. Sehingga, robot pada umumnya digolongkan sesuai aplikasinya, yaitu robot assembly dan non-assembly. Robot assembly pada umumnya kecil, bertenaga listrik dan bersendi revolusi atau SCARA. Untuk aplikasi non-assembly misalnya pada pengelasan, penyemprotan, pengecatan, penanganan material dan bongkar-muat mesin.



c. Metode Pengaturan (Method of Control) Robot dikelompokkan berdasarkan metode pengaturan yaitu berupa robot servo dan nonservo. Pada awalnya, hanya terdapat robot non-servo. Robot-robot tersebut pada esensinya merupakan perangkat open-loop dimana gerakan-gerakannya terbatas pada titik-titik henti mekanis yang ditentukan, dan amat berguna pada pemindahan material. Robot servo menggunakan kontrol komputer closed-loop untuk menentukan pergerakan mereka dan mampu berkerja multifungsi dan bisa diprogram ulang. Robot servo bisa dibagi lagi berdasarkan cara pengatur mengarahkan end-effector. Yang paling sederhana adalah pointto-point robot. Sebuah robot point-to-point bisa di-'ajar'-kan sebuah titik-titik diskrit tertentu. Namun, pada antar titik-titik tersebut, end-effector tidak memiliki kontrol.



d. Geometri Pada saat ini, kebanyakan manipulator industri memiliki kurang dari enam DOF. Manipulator tersebut digolongkan secara kinematis dengan dasar dari tiga sendi pertama dari lengan, dengan pergelangan tangan dibedakan sendiri. Mayoritas dari manipulator tersebut yaitu salah satu dari 5 bentuk geometris. Articulate (RRR), Spherical (RRP), SCARA



(RRP), Cylindrical (RPP) atau Cartesian (PPP). Masing-masing dari konfigurasi tersebut disebut dengan robot lengan serial (serial link robot).



1.3.4 Susunan kinematika Umum a. Articulated Configuration (RRR) Manipulator terartikulasi seringkali disebut revolute atau anthropomorphic manipulator. Misalnya, pada ABB IBB1400 lengan ter-artikulasi pada gambar 2.



Gambar 2. Robot ABB IBB1400



Desain umum sebuah revolute adalah adanya sebuah persendian parallel (parallelogram linkage) misalnya pada Motoman SK16 pada gambar 3.



Gambar 3. Manipulator Motoman SK16



Pada kedua susunan tersebut, sumbu untuk sendi-sendi z1 parallel terhadap z2, dan sumbu z1 dan z2 tegak lurus terhadap sumbu z0. Struktur dan istilah dari manipulator siku ini bisa dilihat pada gambar 4.



Gambar 4. Struktur manipulator siku



b.



Spherical Configuration (RRP) Konfigurasi Spherical bisa didapat dengan mengganti sendi ketiga (siku) pada



konfigurasi revolute dengan sendi prismatik, bisa dilihat pada gambar 5. Istilah spherical configuration didapatkan karena fakta bahwa terdapat koordinat bola sebagai posisi endeffector terhadap ruang dengan titik pusat pada perpotongan sumbu z1 dan z2 sama dengan tiga variabel sendi pertama.



Gambar 5. Konfigurasi susunan spherical



c.



SCARA Configuration (RRP) Yang dinamakan dengan SCARA (Selective Compliant Articulated Robot for



Assembly) ditunjukan pada gambar 6 merupakan konfigurasi yang cukup terkenal. Sesuai dengan namanya, SCARA didesain untuk operasi-operasi assembly. Walaupun SCARA memiliki konfigurasi RRP, strukturnya cukup berbeda dengan Spherical Configuration baik pada bentuk atau wilayah aplikasinya.



Gambar 6. Konfigurasi SCARA



Berbeda dengan desain spherical, yang memiliki sumbu z1, z2 dan z0 saling tegak lurus satu sama lainnya, SCARA memiliki sumbu-sumbu z1, z2 dan z0 yang kesemuanya parallel.



d.



Cylindrical Configuration (RPP) Konfigurasi cylindrical ditunjukan pada gambar 7. Sendi pertama bersifat revolusi



dan menghasilkan rotasi pada basis sedangkan sumbu kedua dan ketiga bersifat prismatik. Sebagaimana namanya berasal, variasi-variasi sumbunya membuat wilayah kerja endeffector berbentuk silinder dengan basisnya sebagai pusat silinder.



Gambar 7. Konfigurasi cylindrical



e.



Cartesian Configuration (PPP) Sebuah manipulator dengan tiga sumbu pertamanya merupakan prismatik dikenal



dengan manipulator cartesian, ditunjukan pada gambar 8.



Gambar 8. Konfigurasi Cartesian



Untuk sebuah manipulator cartesian, variasi-variasi sendi-sendinya merupakan koordinat cartesian dari end-effector terhadap basisnya. Sebagaimana bisa diharapkan, deskripsi gerak dari manipulator ini merupakan yang paling sederhana dibandingkan konfigurasi manipulator yang lainnya.



f.



Parallel Manipulator Sebuah parallel manipulator dimana lengan-lengannya membentuk sebuah loop



tertutup. Secara spesifik, sebuah parallel manipulator memiliki dua atau lebih rantai gerak (kinematic chain) independen yang menghubungkan antara basis dengan end-effector. Parallel bisa menghasilkan bentuk yang lebih kokoh sehingga memiliki ketepatan yang lebih baik daripada robot dengan rantai gerak terbuka. Deskripsi kinematis sebuah robot parallel dasarnya berbeda dengan robot-robot rantai gerak serial sehingga membutuhkan metode analisa yang berbeda pula.



1.3.5 Sistem Robotik Sebuah sistem robotika, ditunjukan pada gambar 9, tersusun dari lengan, sumber daya eksternal, end-of-arm tooling, sensor internal dan eksternal, antarmuka komputer, dan kontrol komputer.



Gambar 9. Komponen sistem robotik



1.3.6 Akurasi dan Repeatabilitas a. Akurasi atau ketepatan sebuah manipulator yaitu pengukuran seberapa dekat manipulator dapat mencapai titik yang diberikan dalam wilayah kerjanya. b. Repeatabilitas adalah pengukuran seberapa dekat sebuah manipulator dapat kembali lagi ke titik yang sebelumnya diajarkan. c. Resolusi Pengontrol berarti peningkatan gerakan terkecil yang bisa diindera oleh kontroler. Resolusi dihitung sebagai jarak tempuh total yang dilalui ujung, kemudian dibagi 2n, dimana n adalah jumlah bit akurasi enkoder.



Mengenai hal ini, sebuah joint linear, yaitu joint prismatic, memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada joint revolute. Karena jarak yang ditempuh antara dua titik pada joint prismatic lebih pendek daripada jarak yang ditempuh antara kedua titik pada joint revolute (busur lingkarannya).



1.3.7 Wrist dan End-Effector Wrist dari sebuah manipulator mengacu pada joint yang menghubungkan antara arm dengan tangan. Telah dikatakan bahwa robot bagus apabila tangan atau end-effector nya bagus. Lengan dan pergelangannya digunakan untuk pemposisian sebuah end-effector dan alat apapun yang terdapat pada arm tersebut. Sebenarnya, end-effector nya lah yang mengerjakan aktivitas manipulator. Bentuk sederhana dari sebuah end-effector atalah 'pemegang' (gripper).