Konsep Sistem Komponen Robot Manipulator
1.1 Robot
Manipulator
Pada awalnya, aplikasi robot
hampir tak dapat dipisahkan dengan industri sehingga muncul istilah industrial
robot dan robot manipulator. Definisi yang populer ketika itu, robot industri
adalah suatu robot tangan (arm robot) yang diciptakan untuk berbagai
keperluan dalam meningkatkan produksi, memiliki bentuk lengan-lengan kaku yang
terhubung secara seri dan memiliki sendi yang dapat bergerak berputar (rotasi)
atau memanjang/memendek (translasi atau prismatik). Satu sisi lengan yang
disebut sebagai pangkal ditanam pada bidang atau meja yang statis (tidak
bergerak), sedangkan sisi yang lain yang disebut sebagai ujung (end of
effector) dapat dimuati dengan tool tertentu sesuai dengan tugas robot.
Dalam dunia mekanikal, manipulator ini memiliki dua bagian, yaitu tangan atau
lengan (arm) dan pergelangan (wrist). Pada pergelangan ini dapat
diinstall berbagai tool.
Dewasa ini mungkin definisi robot
industri itu sudah tidak sesuai lagi karena teknologi mobile robot juga
sudah dipakai meluas sejak awal 80-an. Seiring itu pula kemudian muncul istilah
robot humanoid (konstruksi mirip manusia), animaloid (mirip
binatang), dan sebagainya. Bahkan kini dalam industri spesifik seperti industri
perfilman, industri angkasa luar dan industri pertahanan atau mesin perang,
robot arm atau manipulator bisa jadi hanya menjadi bagian saja sistem
robot secara keseluruhan.
Manipulator robot adalah sistem
mekanik yang menunjukkan pergerakan dari robot. Sistem mekanik ini terdiri dari
susunan link(rangka) dan joint (engsel) yang mampu menghasilkan gerakan yang
terkontrol. Hanya dua tipe dasar dari
·
jenis yang
digunakan pada industri yaitu:
·
Revolute joint
(R) yaitu perputaran pada sumbu tertentu
·
Prismatic
joint (P) yaitu pergeseran sepanjang sumbu tertentu
Dengan dua tipe joint di atas maka
dapat dibuat manipulator dengan dua, tiga bahkan enam derajat kebebasan adalah
jumlah arah yang independen, dimana end effector (berupa griper/tool) dapat
bergerak.
Pada dasarnya dilihat dari
struktur dan fungsi fisiknya (pendekatan visual) robot terdiri dari dua bagian,
yaitu:
1. Mobile
Robot
Robot mobil atau mobile robot
adalah konstruksi robot yang ciri khasnya adalah mempunyai aktuator berupa
roda untuk menggerakkan keseluruhan badan robot tersebut, sehingga robot
tersebut dapat melakukan perpindahan posisi dari satu titik ke titik
lain.
Mobile robot
adalah tipe robot
yang paling populer dalam dunia penelitian robot. Sebutan ini biasa digunakan
sebagai kata kunci utama untuk mencari rujukan atau referensi yang berkaitan
dengan robotik di internet. Publikasi dengan judul yang berkaitan mobile
robot sering menjadi daya tarik, tidak hanya bagi kalangan peneliti, tapi
juga bagi kalangan awam. Dari segi manfaat, penelitian tentang berbagai tipe
mobile robot diharapkan dapat membantu manusia dalam melakukan otomasi
dalam transportasi, platform bergerak untuk robot industri, eksplorasi tanpa
awak dan masih banyak lagi.
2. Non Mobile
Robot
Dari kelompok non mobile robot,
merupakan robot yang hanya berdiri pada satu titik tempat secara terus
menerus dalam menjalankan fungsinya. Robot jenis ini biasa disebut robot
manipulator atau arm robot, atau robot industri. Karena pada
penerapannya, robot ini lebih berperan seperti layaknya tangan manusia. Salah
satu contoh robot industri adalah robot yang terdapat di pabrik-pabrik perakitan mobil yang
biasa berperan sebagai penyambung (las)
pada bagian-bagian kendaraan.
Pada jenis robot ini sistem mekanik dari robot terdiri dari dua susunan rangka
(link) dan engsel (joint) yang mampu menghasilkan gerakan
terkontrol. Terdapat dua tipe dasar dari jenis yang digunakan dalam industri,
yaitu:
a. Revolute Joint (R),
perputaran pada sumbu tertentu
b. Prismatic Joint (P),
pergeseran sepanjang sumbu tertentu
Pada akhirnya kombinasi antara
mobile robot dengan non mobile robot dapat menghasilkan kelompok
kombinasi konvensional (mobile dengan nonmobile) serta kelompok
non-konvensional. Untuk kelompok pertama sengaja diberi nama
konvensional, karena nama yang dipakai dalam konteks penelitian adalah
nama-nama yang dianggap umum, seperti mobile manipulator, robot
pemanjat (climbing robot), dan walking robot. Sedangkan kelompok
non konvensional dapat berupa robot humanoid, animaloid, extra-ordinary,
atau segala bentuk inovasi penyerupaan yang bisa dilakukan.
1.2 Konsep Sistem Komponen Robot
Manipulator
Disini di jelaskan dimana bentuk
komponen-komponen pada robot manipulator saling terhubung sesuai dengan bentuk
kerjanya.
1.2.1
Input
Devais
Robot juga membutuhkan masukan
(input) yang akan menentukan apa yang harus dilakukan oleh robot. Input
ini umumnya masuk ke dalam otak robot dengan berbagai macam cara. Ada yang
menggunakan remote, atau diberikan sebelum robot diaktifkan. Dan ada juga
yang langsung diberikan pada robot melalui programnya. Pada jenis yang ketiga
ini, begitu robot dinyalankan ia akan menjalankan apa yang sudah ditentukan
baginya. Hal ini sangat berlaku bagi robot-robot industri pada umumnya.
Sedangkan, untuk tipe yang pertama dan kedua agak berbeda. Perintah datang dari
luar. Tentu saja perintah perintah ini harus sesuai dengan kemampuan si robot
itu sendiri, sebab bila tidak, tentu si robot tidak akan menjalankannya. Robot
juga dapat menerima masukan dari robot itu sendiri tanpa adanya campur tangan
manusia secara langsung, yaitu melalui sensor.
1.2.2
Sensor
Robot juga dapat menerima masukan
dari robot itu sendiri tanpa adanya campur tangan manusia secara langsung, yaitu
melalui sensor. Sensor dapat dianalogikan sebagai mata dari sebuah robot. Sensor
sangat membantu dalam pendeteksian benda/komponen yang merupakan objek/tujuan
kerja dari robot sesuai tingkat keahlian/kecerdasan dari robot itu sendiri yang
telah di tentukan sebelumnya.
·
Sensor
eksternal
ü
Sensor
Ultrasonic
Ultrasonic secara khas menggambarkan suatu
sensor yang mengirimkan sinyal berfrekuensi tinggi melalui jarak yang dapat
diatur, dan bereaksi terhadap perubahan dalam gelombang tekanan suara yang
disebabkan oleh gerakan. Aplikasi dan studi gelombang yang memiliki frekuensi
diatas batas pendengaran manusia (kira-kira 16 KHz). Gelombang suara berisi
mengenai suatu rangkaian tekanan yang merambat melalui suatu medium dengan
beberapa percepatan yang terbatas. Gelombang ini bergerak menjauh dari sumber
bunyi, Dengan menggunakan sensor ultrasonic, robot dapat berbelok bila
didepannya ada benda penghalang.
ü
Sensor
Jarak (Proximity Sensor)
Tidak seperti sensor mekanik yang
lain, Proximity Sensor dapat mendeteksi objek tanpa bersentuhan secara
fisik. Oleh karena itu proximity sensor ini memiliki kelebihan,
diantaranya :
§
Respon yang
cepat
§
Tahan
lama
§
Memiliki
kehandalan yang tinggi
§
Power supply
4,5 - 5,5 Volt.
§
Tidak
membutuhkan rangkain kontrol eksternal
§
Tidak begitu
dipengaruhi oleh kondisi pencahayaanruangan
Sekalipun dengan kelebihan diatas,
proximity sensor tidak sepenuhnya dapat diandalkan. Jadi pemilihan sensor
dipilih menurut aplikasi tertentu, banyak jenis dari proximity sensor
yang tersedia dan seringkali disesuaikan dengan prinsip kerjanya,
diantaranya : pembangkit frekuensi yang tinggi, magnetic,
ultrasonic, dan gelombang radio.
ü
Sensor
Gerak
Sensor gerak merupakan sensor yang
mendeteksi perubahan suhu di mana bila terjadi perubahan suhu maka sensor
mengirim informasi kepada mikrocontroler dan melakukan kerja sesuai program yang
telah di tentukan.
1.2.3
Computer Controler
(Sistem
Kendali) Dan Program Penyimpanan
Masalah pengendalian berkaitan
erat dengan strategi yang memungkinkan sebuah mikrokontroler mengarahkan
gerakan-gerakan dari sebuah robot melalui sensor, dan penyampaian respon robot
tersebut ke mikrokontroler. Pada kenyataannya mengkombinasikan CPU dengan memori
dan I/O dapat juga dilakukan dalam level chip, yang menghasilkan
Single Chip Microcomputer SCM) untuk membedakannya dengan mikrokomputer.
Untuk selanjutnya SCM ini dapat disebut dengan mikrokontroler. Berikut adalah
suatu prinsip kendali yang berhubungan dengan kontrol
robot.
ü
Kendali
loop terbuka (open loop control)
Kendali loop terbuka merupakan
suatu prinsip kendali dimana aliran informasinya dari input ke output
didalamnya tidak terdapat feedback control sehingga dalam pelaksanaan
suatu proses kendali akan bekerja secara “membuta” dan ruang lingkup kerja dari
kendali jenis ini tidak terbatas[6]. Gambaran prinsip kendali loop terbuka
diperlihatkan pada gambar 2.2 dibawah ini :
ü
Kendali
Loop Tertutup (close Loop Control)
Kendali loop tertutup merupakan
kebalikan dari prinsip kendali loop terbuka. Pengertiannya adalah suatu prinsip
kendali dimana loop tersebut memiliki lintasan yang tetutup untuk proses aliran
informasinya dari input ke output dan kembali ke input lagi
karena adanya feedback control. Pada pembuatan alat ini, penulis
menggunakan prinsip close loop control. Beikut adalah blok diagram dari
close loop control :
ü
Program
Penyimpanan
Pada suatu mikrokontroler subuah
tempat penyimpanan yang setelah atau sebulum program di jalankan (tergantung
program) maka semua intruksi/perintah atau program tersimpan dalam media
penyimpanan pada mikrokontroler menggunakan Errassable
Programmable Read Only Memory (EPROM) sebagai media penyimpan
programnya.
1.2.4
Catu
daya
Perangkat kontrol
lengan robotik ini merupakan perangkat digital yang membutuhkan teganan DC
kostan 24 volt. Dimana sebagai sumber daya yang digunakan dalam hal ini adalah
pada printer. Catu Daya(Power supply) adalah
sebuah unit yang menyediakan tenaga.
Dalam hal
ini catu dapat berfungsi dengan berbagai macam perantara
:
v
Elektrik :
ü
Motor
Stepper
Motor stepper banyak
digunakan untuk aplikasi-aplikasi yang menggunakan torsi yang kecil,
seperti penggerak pada piringan disket atau 24 piringan CD. Pada dasarnya motor
stepper merupakan motor dc yang tidak memiliki komutator. Umumnya motor
stepper hanya mempunyai kumparan pada statornya, sedangkan bagian
rotornya merupakan magnet permanen. Pada pengoperasian motor stepper
ini berdasarkan pulsa-pulsa listrik. Setiap kali mengirim pulsa ke
pengontrol elektronik, maka motor akan bergerak “selangkah”, yaitu satu putaran
sudut kecil. Ukuran langkah tersebut bergantung pada perancangan motor, dapat
sekecil 1,5 derajat sampai paling besar 30 derajat. Motor akan berputar lebih
cepat atau lebih lambat dengan mengirim lebih banyak atau lebih sedikit pulsa
dalam tiap detiknya.motor stepper dapat diatur posisinya untuk berada
pada posisi tertentu dan/atau berputar ke arah yang diinginkan (searah jarum jam
atau sebaliknya). Kecepatan motor stepperpada dasarnya ditentukan oleh
kecepatan pemberian data pada komutatornya. Semakin besar data yang diberikan
maka semakin cepat pula putaran pada motor.
ü
Motor DC
Motor DC merupakan suatu motor
yang mempunyai dua bagian pokok, yaitu:
1. Rotor atau armature,
yaitu bagian yang berputar (rotating part). Rotor ini berupa sebuah koil
di mana arus listrik mengalir.
2. Stator, yaitu bagian yang tetap
(stationery part), Stator ini menghasilkan medan magnet , baik yang
dibangkitkan dari sebuah koil (elektromagnet) ataupun magnet
permanen.
v
Pneumatik
Kelebihan sistem penggerak
pneumatik adalah:
ü
Menggunakan
udara sebagai penggerak piston sehingga lebih murah dari pada sistem penggerak
hidrolik.
ü
Diperkenankan
adanya sedikit kebocoran
ü
Mempunyai
respon lebih cepat daripada sistem penggerak hidrolik
v
Hidrolik
Keuntungan yang didapatkan jika
menggunakan penggerak hidrolik adalah:
ü
Mampu
menghasilkan daya yang besar tanpa memerlukan roda-roda gigi, cukup dengan
pengendalian aliran fluida
ü
Piston dapat
bergerak secara mulus dan cepat
ü
Tidak perlu
khawatir akan percikan api seperti pada motor listrik
ü
Cocok dipakai
pada lingkungan kerja yang mudah terbakar
1.2.5
Lengan
mekanik
Dalam konfigurasi lengan mekanik
ini terdapat 4 tahap dalam rangkaian lengan yaitu.
1. Aluminium dan Spring .
1. Aluminium dan Spring .
pada lengan robot ini menggunakan
jenis robot artikulasi dengan pengerak motor steper, kerena robot yang
dibutuhkan adalah robot yang mempunyai banyak arah gerakan sehingga kami memilih
menggunakan robot jenis ini. menggunakan gripper mekanik untuk komponen 1
(piston) aluminium & komponen 2 per (spring).
2. Piston stop. Pencekram/Penggenggam Dalam
Menggunakan gripper mekanik karena
komponen yang digunakan berbentuk silinder sehingga membutuhkan desain griper
yang dapat menggenggam atau mencengkeram dan menahan objek. Gripper mekanika
memiliki dua jari sehingga dapat mencengkeram sekaligus menahan komponen piston
aluminium dan per (spring) dengan baik.
3. Piston Top
3. Piston Top
Pada lengan robot ini menggunakan
jenis robot artikulasi dengan pengerak motor steper, kerena robot yang
dibutuhkan adalah robot yang mempunyai banyak arah gerakan sehingga kami memilih
menggunakan robot jenis ini. Menggunakan gripper mekanik pencengkeram dalam
untuk komponen 2 (piston stop). menggunakan gripper ini karena komponen yang
digunakan berbentuk silinder, tetapi pada bagian luar atasnya terdapat tonjolan
yang agak panjang dan tipis sehingga bila menggunakan gripper mekanik
pencengkeram/penggenggam luar akan terjadi kesulitan untuk menggenggamnya. Maka
dari itu kami memilih gripper pencengkeram/penggenggam dalam karena pada bagian
dalam tidak terdapat tonjolan dan berbentuk silinder.
4. Penutup.
pada lengan robot ini menggunakan
jenis robot artikulasi dengan pengerak motor steper, kerena robot yang
dibutuhkan adalah robot yang mempunyai banyak arah gerakan sehingga kami memilih
menggunakan robot jenis ini.
menggunakan gripper magnet untuk komponen 4 (penutup). Menggunakan gripper magnet pada komponen ke-4 atau pada komponen cover (steel) ada beberapa tinjauan:
1)Ditinjau dari hemat listrik : ketika menggunakan gripper magnet tidak dibutuhkannya arus tambahan yang berarti akan menghemat energi pada sistem robot.
2)Ditinjau dari segi ukuran benda: Gripper magnet memiliki kemampuan untuk menangani logam yang berlubang (pada komponen cover/steel berlubang). Selain itu ukuran dari benda yang akan diambil terlalu tipis untuk diambil dengan griper yang lain.
5. Baut
menggunakan gripper magnet untuk komponen 4 (penutup). Menggunakan gripper magnet pada komponen ke-4 atau pada komponen cover (steel) ada beberapa tinjauan:
1)Ditinjau dari hemat listrik : ketika menggunakan gripper magnet tidak dibutuhkannya arus tambahan yang berarti akan menghemat energi pada sistem robot.
2)Ditinjau dari segi ukuran benda: Gripper magnet memiliki kemampuan untuk menangani logam yang berlubang (pada komponen cover/steel berlubang). Selain itu ukuran dari benda yang akan diambil terlalu tipis untuk diambil dengan griper yang lain.
5. Baut
Menggunakan gripper obeng untuk
komponen 5 yaitu baut (screw).
Menggunakan lengan SCARA (selectifve assembly robot arm) karena fungsi pergerakan dari lengan ini banyak digunakan untuk pergesaran kekanan dan kekiri.
Menggunakan lengan SCARA (selectifve assembly robot arm) karena fungsi pergerakan dari lengan ini banyak digunakan untuk pergesaran kekanan dan kekiri.
1.2.6
Prangkat gripper
Gripper adalah sebuah efektor yang
berfungsi untuk menggenggam dan menahan objek. Dengan ini gripper terbagi dalam
dua macam
A.
Griper
Mekanik
Mekanikal gripper didesain untuk
menggenggam dan menahan objek dengan memberikan kontak pada objek. Biasanya
menggunakan finger/jari mekanik yang disebut dengan jaws. Finger ini dapat
dilepas dan dipasang sehingga sangat fleksibel pemakaiannya. Sumber tenaga yang
berikan pada gripper ini bisa berupa pneumatik, hidrolik dan elektrik.
B.
Griper
Magnet
Gripper magnet bekerja karena efek
bidang magnet, sehingga menimbulkan hisapan atau tarikan pada komponen yang akan
di handel. Gripper magnetic dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu menggunakan
electromagnet dan menggunakan maget permanen.
Electromagnet menggunakan sumber
arus dan lebih mudah untuk dikontrol dibandingkan dengan menggunakan magnet
permanen. Pada gripper magnet menggunakan electromagnet saat menghisap dan
melepas komponen yang akan ditangani menggunakan metode on dan off arus yang
mengalir pada electromagnet.
Keuntungan permanen magnet adalah
tidak dibutuhkannya arus tambahan yang berarti akan menghemat energi pada sistem
robot. Kelemahan sistem ini adalah kesulitan pada pengontrolan. Saat gripper
mendekat pada komponen atau objek untuk menangkat, kemungkinan tertariknya
material lain berasal dari besi, maka kemungkinan besar akan tertarik. Permanen
magnet sering digunakan pada penanganan material yang berada pada lingkungan
berbahaya seperti ledakan. Lingkungan yang mempunyai daya ledak tinggi akan
membahayakan arus listrik yang mengalir pada elektromagnet.
Keuntungan menggunakan gripper
magnetic adalah : Ukuran komponen yang bisa bervariasi, dari kecil hingga
komponen yang besar. Mempunyai kemampuan untuk menangani logam yang berlubang.
Pada griper vakum tidak bisa menangani hal tersebut. Dapat menangani beberapa
komponen, tergantung dari jumlah gripper yang dipasangkan pada
wrist.
