Sistem Gerak Robot

Robot berdasarkan mobilitasnya terbagi dalam dua kelompok. Kelompok yang pertama merupakan robot yang dioperasikan pada lingkungan yang tetap dengan pergerakan yang cenderung tetap dan tertentu (sebagai robot industri/stationary robot). Pada kelompok yang kedua, robot dapat bergerak secara otonomi, memiliki navigasi, dan pergerakannya yang tidak tetap tergantung dari medan jelajah (dikenal dengan mobile robot). Disain mobil robot dapat bergerak menggunakan kaki (leg robot), roda (wheel robot), dan tank.

2.5.1    Sistem Gerak Stationary Robot

Stationary robot biasanya berwujud manipulator lengan yang menyeerupai fungsi dari lengan manusia. Jenis pola gerak lengan robot antara lain polar coordinate, cylindrical coordinate,Cartesian coordinate, dan revolute coordinate.Polar coordinate memiliki pola jangkauan berbentuk setengah bola, dengan titik pergesaeran sejauh jari-jari bola.

Pada jenis cartesian coordinate, titik-titik yang dapat dijangkau oleh lengan hanya bersifat dua dimensi, yaitu sumbu X dan Y  dan tidak dapat melakukan rotasi. Pada jenis cylindrical coordinat, lengan robot terpasang pada sistem yang menyerupai elevator, dapat bergerak naik turun, dan dapat berotasi menjangkau tempat dengan berbagai variasi ketinggian. Revolute Robot mendekati model lengan pada manusi, dapat berotasi, bergerak naik turun, fleksibel mencapai titik yang dikehendaki.

2.5.2 Sistem Gerak Mobile Robot Berkaki

Sistem gerak robot berkaki memiliki keunikan, yaitu meniru sistem gerak pada manusia (bi-pedal) maupun pada binatang (berkaki empat/quadrapod, berkaki enam/hexapod, berkaki banyak/multipod). Semakin banyak kaki yang digunakan pada robot, diharapkan semakin seimbang robot tersebut pada saat berjalan. Robot berkaki merupakan robot yang cukup kompleks dalam perancangan dan pembuatannya, karena perlu mempertimbangkan beberapa faktor, diantaranya keseimbangan dan kecepatan.

2.5.3 Sistem Gerak Mobile Robot Beroda

Robot beroda (wheel robot) dapat dibagi menurut sistem penggeraknya, yaitu sistem gerak differential drive, tricycle drive, synchronous drive, dan holonomic drive.

a).                Differential drive

Sistem gerak differential drive terdiri dari dua buah roda yang terpasang pada kiri dan kanan robot.sistem ini memungkinkan robot berputar di tempat dengan cara memutar motor dengan arah berlawanan, seperti pada Gambar 2.19.

Gambar 2.19 Sistem Gerak Differential Drive

b).                Tricycle Drive

 Tricycle Drive merupakan sistem gerak dengan tiga buah roda. Dua buah roda dengan satu poros dihubungkan pada sebuah motor penggerak, sedangkan sebuah roda diberlakukan sebagai kemudi yang dapat berputar, ketika berbelok akan didapatkan radius sepanjang titik pertemuan antara roda depan dengan roda belakang. Sistem ini diilustrasikan pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Sistem Gerak Tricycle Drive

c).                Synchronous Drive

Synchronous drive adalah sistem yang menggunakan semua roda yang terdapat pada robot untuk dapat bergerak. Pada saat robot berjalan pada permukaan yang tidak rata, maka roda yang terpengaruh pada ketidakrataan permukaan akan ddukung oleh roda yan tidak terpengaruh, sehingga robot dapat bergerak dengan arah yang tetap, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.21.

M

Gambar 2.21 Sistem Gerak Synchromous Drive

d).                Holonomic Drive

Holonomic drive adalah sistem gerak yang memunkinkan robot bergerak ke segala arah (dengan penggunaan roda omni-directional). Gambar 2.22 menunjukkan system gerak holonomic drive.

M

M

M

 

Gambar 2.22 Sistem Gerak Holonomic Drive

2.5.4 Motor DC

DC motor atau istilah lain dikenal sebagai dinamo merupakan motor yang paling banyak digunakan untuk mobile robot.motor DC tidak berisik, dan dapat memberikan daya yang memadai untuk tugas-tugas berat. Motor DC standar berputar secara bebas, berbeda halnya dengan motor stepper.

Sensor Inframerah

Sensor inframerah ini dibangun dari dua buah komponen utama, yaitu LED Inframerah yang akan menghasilkan cahaya inframerah, dan fotodioda yang mendeteksi pantulan cahaya inframerah yang dihasilkan LED inframerah.

Gambar 2.14  Cara Kerja Sensor Inframerah

LED inframerah adalah salah satu komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya inframerah. Cahaya inframerah memiliki panjang gelombang 700 – 1100 nm. Bentuk fisik dari LED inframerah seperti pada Gambar 2.15.

Gambar 2.15  LED Inframerah

Fotodioda adalah jenis dioda yang peka terhadap cahaya. Gambar  memperlihatkan bentuk fisik dari fotodioda. Apabila komponen ini mendapat cahaya maka akan berfungsi seperti saklar terbuka, sebaliknya apabila tidak mendapat cahaya maka komponen ini berfungsi seperti saklar tertutup. Fotodioda memiliki range pendeteksian cahaya untuk panjang gelombang 700 – 1100 nm, dengan puncak sensitifitas pada panjang gelombang 850 nm. Bentuk fisik dari fotodioda seperti pada Gambar 2.16.

Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik terdiri dari dua bagian. Bagian pertama yaitu bagian pemancar berfungsi untuk memancarkan gelombang ultrasonik. Gelombang yang akan dipancarkan ini dibangkitkan dengan menggunakan multivibrator. Rangkaian multivibrator salah satunya dapat dibangun menggunakan IC 555, seperti pada Gambar 2.8.

Gambar 2.8 Rangkaian Multivibrator Astabil IC 555

Rangkaian multivibrator diatas adalah rangkaian multivibrator IC 555 yang bekerja dalam operasi astabil (tidak stabil) artinya keluarannya akan selalu berayun dari taraf tinggi ke taraf rendah terus menerus sesuai dengan nilai resistor dan kapasitor luar yang diberikan.

(a)

(b)

Gambar 2.9 Operasi Astabil IC 555

(a)   Tampak Bagian Dalam IC 555 Pada Rangkaian

Multivibrator Astabil.

(b)  Bentuk Gelombang Pada Kapasitor Dan Output.

Cara kerja dari rangkaian multivibrator astabil IC 555 pada gambar 2.9a yaitu bila output Q rendah, transistor putus dan kapasitor diisi melalui tahanan total R_A+R_B dan tetapan waktu pengisian (R_A+R_B)C. Pada saat kapasitor diisi tegangan ambang naik sampai +2/3 V_CC maka pembanding atas keluarannya tinggi dan menset flip-flop. Dengan output Q tinggi transistor jenuh dan menghubungkan kaki 7 dengan ground. Sekarang kapasitor dikosongkan melalui R_B dan tetapan waktu pengosongan adalah R_BC, bila tegangan kapasitor turun sedikit di bawah 1/3 V_CC, output pembanding yang bawah menjadi tinggi dan mereset flip-flop, maka output Q menjadi rendah. Demikian seterusnya peristiwa ini terjadi berulang-ulang sehingga membuat output menjadi bergetar. Bentuk output multivibrator ini diperlihatkan pada Gambar 2.9b.

Karena keluarannya terus-menerus berayun dari level tinggi ke rendah dengan perioda T maka frekuensi operasi astabil dapat dihitung dengan persamaan 2.1 dan 2.2 :

                                          (2.1)

detik                                                  (2.2)

Dimana:

f             : Frekuensi osilasi (Hz)

T            : Perioda satu siklus (s)

R_A, R_B   : Tahanan (W)

C            : Kapasitor eksternal (F)

Bagian yang kedua adalah bagian penerima. Bagian ini berfungsi menguatkan sinyal yang diterima dari bagian pemancar. Penguatan sinyal dilakukan dengan penguat membalik (inverting amplifier). Penguat membalik adalah rangkaian op-amp yang memperkuat sinyal masukan sekaligus membalikkan fasanya sehingga sinyal keluaran yang dihasilkan akan berlawanan dengan sinyal masukan. Gambar 2.10 memperlihatkan rangkaian penguat membalik beserta bentuk sinyal input dan output-nya.

Gambar 2.10. Rangkaian Penguat Membalik

Dari Gambar 2.10 dapat dilihat bahwa pada penguat membalik, sinyal input dihubungkan dengan masukan membalik melalui R_A sedangkan masukan tak membalik dihubungkan ke ground. Sebagian dari output diumpankan kembali ke input melalui resistor umpan balik R_B. Penguat ini termasuk penguat pembalik negatif. R_A disebut sebagai elemen input, sedangkan R_B disebut sebagai elemen umpan balik (feedback). Tegangan output dari penguat membalik di dapatkan dengan persamaan 2.3.

                               (2.3)

Dari persamaan 2.3, simbol minus (-) mengindikasikan bahwa jika tegangan inputnya positif maka tegangan keluarannya akan menjadi negatif (berlawanan dengan input) atau dapat dikatakan bahwa terjadi beda fasa 180^o antara tegangan input dan output. Sedangkan gain loop-terbukanya didapatkan dengan persamaan 2.4:

                                    (2.4)

Besarnya penguatan (gain) dari penguat membalik dapat kurang dari 1, lebih dari 1 atau sama dengan 1. Besarnya penguatan dipengaruhi oleh nilai resistansi R_A dan R_B. Semakin besar rasio antara R_A dan R_B­ maka penguatannya akan semakin besar.

Penguat membalik dapat dimodifikasi dengan memberikan rangkaian pembagi tegangan pada masukan tak membaliknya (-) sehingga titik tengah atau referensi nolnya akan bergeser sebesar nilai pembagi tegangan tersebut. Gambar 2.11 memperlihatkan rangkaian penguat membalik dengan pergeseran referensi nol.

Gambar 2.11. Rangkaian Penguat Membalik Dengan Penggeser Titik Nol

Resistor R_A dan R_B menentukan besar penguatan membaliknya, sedangkan R₁ dan R₂ berfungsi sebagai penggeser titik nol sinyal keluaran. Gambar 2.12 memperlihatkan sinyal masukan dan keluaran rangkaian penguat membalik dengan penggeser nol.

           

(a)                                                      (b)

Gambar 2.12 Perubahan Ttitik Referensi Nol Pada Penguat Membalik

(a) Penguat Membalik Tanpa Pengubahan Referensi Nol

   (b) Penguat Membalik Dengan Pengubahan Referensi Nol

  

Besar V₂’ ditentukan dengan menghitung nilai pembagi tegangan R₁ dan R_2, dihitung mengunakan persamaan 2.5.

V₂’=                                   (2.5)