Pengantar Robotika

BAB I

PENDAHULUAN ROBOTIKA

PENGENALAN ROBOT

Sejarah

Pertama kali kata "ROBOT" digunakan di NEW YORK pada oktober 1992 pada sebuah pentas theater yang berjudul "RVR", dinaskahi oleh Karel Chaper. Kata ROBOT itu sendiri bersasal dari sebuah kata robota yang berarti kerja.

Tahun 1956, UNIMATION memulai bisnis robot dan baru pada tahun 1972 mendapatkan laba dari usahanya tersebut. Istilah Robot makin populer setelah ada film Starwars dan Robot R2D2 yaitu sekitar tahun 70-an.    

Definisi Robot dan Robotik
banyak terdapat tanggapan mengenai konsep robot, dimana robot diandalkan sebagai tiruan manusia. Karena itu dicoba dibuat sebuah definisi untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan. Definisi yang paling dapat diterima adalah dari "Robot Institute of America".

"Sebuah robot adalah sesuatu yang dapat diprogram dan diprogram ulang, dengan memiliki manipulator mekanik atau penggerak yang didesign untuk memindahkan barang-barang, komponen-komponen atau alat khusus untuk berbagai program fleksibel atau mudah disesuaikan untuk melaksanakan berbagai macam tugas"

Dari definisi tersebut dapat dikatakan robot sebagai aotomasi yang dapat diprogram (Programmable Automation).

Sedangkan istilah robotik berdasarkan Webster adalah:

"Teknologi yang berhubungan dengan mendesign, membuat dan mengoperasikan robot".

Robotik ruang lingkupnya mencakup artificial intelegen, ilmu komputer, engineering mekanik, psikologi, anatomi, dan bidang ilmu lainnya. Kata robotik sendiri pertama kali digunakan oleh Issac Asimov pada tahun 1942.

Komponen Dasar Sebuah Robot

1.   Manipulator : mekanik, penyangga gerakan (appendage) dan base (pondasi/landasan robot)
2. Controller : jantung dari robot untuk mengontrol (MP, RAM, ROM, Sensor dll)
3. Power Supply : sumber tenaga yang dibutuhkan oleh robot beupa energi listrik, energi tekanan cairan (hidrolik), atau energi tekanan udara (pneumatik)
4. End Efektror : untuk memenuhi kebutuhan dari tugas robot atau si pemakai. 

Tingkat Teknologi Robot

Robot Teknologi Rendah

Robot teknologo rendah digunakan dalam lingkungan industri untuk pekerjaan seperti mesin pemasang dan pelepas, penanganan material, operasi pengepressan dan operasi perakitan sederhana.

Karakteristik robot teknologi rendah:

• Siku memiliki dua sampai empet pergerakan dan biasanya robot teknologi rendah merupakan robot non servo.
• Beban kerja, beban kerja jenis robot teknologi rendah berkisar 3 sampai 13,6 kg.
• Waktu siklus, adalah waktu yang diperlukan sebuah robot untuk bergerak dari satu posisi keposisi selanjutnya. Dimana waktu diklus ini tergantung atas 2 faktor yaitu : beban kerja dan panjang lengan manipulator. Robot teknologi rendah biasanya memiliki waktu siklus yang cukup tinggi yaitu : 5 - 10 sekon.
• ketelitian, adalah seberapa dekat sebuah robot dapat menggerakkan manipulatornya sesuai dengan titik yang telah diprogramnya. Erat hubungannya dengan ketelitian yaitu keseragaman. Keseragaman menggambarkan seberapa sering sebuah robot melakukan program yang sama, mengulangi gerakannya pada titik yang telah diberikan. Baik ketelitian dan keseragaman sangat penting dalam sistem operasi berbagai robot. Untuk robot teknologi rendah ketelitiannya  berkisar 0.050-0.025 mm.
• Aktuasi, adalah metode penggerakan siku sauatu robot. Aktuasi dapat dicapai dengan menggunkan pneumatic, hidrolik, maupun elektrik. Untuk robot yang nerteknologi rendah biasanya menggunakan motor listrik karena harganya murah dan operasinya mudah dikendalikan.

Robot Teknologi Menengah

Robot teknologi menengah umumnya digunakan untuk pekerjaan mengambil dan meletakkan dan mesin pemasang dan pelepas. Robot teknologi menengah memiliki kerumitan yang lebih tinggi.

Karakterisri robot teknologi menengah :

• siku, robot teknologi menengah memiliki jumlah sikuyang lebih banyak dibandingkan dengan robot teknologi rendah dan memuiliki batree kerja yang lebih besar. Lengan robot ini juga memiliki manuver yang lebih untuk memanipulasi. Siku robot teknologi menengah berjumlah 5-6 pergerakan siku.
• Beban kerja, beban kerja jenis robot teknologi menegah berkisar 68-150 kg. Dengan bertambahnya kemampuan beban kerja maka robot ini mampu mengantikan pekerja dalam situasi dimana mengangkat bagian yang berat secara konstan ketika diperlukan.
• Waktu siklus, robot teknologi menengah memiliki waktu siklus yaitu : dalam pergerakan siku sepanjang 25-65 dapat ditempuh dalam waktu 1,0 sekon. Semakin tinggi kompleksitas pekerjaan dan makin berat beban kerja yang diberikan maka makin besar pula nilai waktu siklus yang diperoleh.
• Ketelitian, dengan bertambahnya jumlah siku kaan juga berpengaruh dengan meningkatnya ketelitian. Untuk robot teknologi menengah ketelitiannya berkisar 0,2-1,33 mm.
• Aktuasi, untuk robot yang berteknologi menegah digerakkan oleh 2 tipe motor yaitu : listrik dan hidrolik. Alasan menggunakan 2 tipe motor karena beban kerja yang berat.

Robot Teknologi Tinggi

Robot teknologi rendah digunakan dalam lingkungan industri untuk pekerjaan yang kompleksitasnya tinggi.

Karakteristik robot teknologi tinggi:

• Siku, memiliki 8-10 pergerakan siku dan biasanya robot teknologi tinggi memiliki jenis pekerjaan yang komplek dan manuver gerakan yang beragam.
• Beban kerja, beban kerja untuk jenis robot teknologi tinggi berkisar 150-250 kg.
• Waktu Siklus, karena bertambahnya gerakan dan kompleksitasnya kerja yang tinggi maka waktu siklus untuk robot teknologi tinggi berkisar : 10-25 sekon.
• Ketelitian, dengan bertambahnya jumlah siku juga berpengaruh dengan meningkatnya ketelitian berkisar 1,5 -3,0 mm.
• Aktuasi, untuk robot yang berteknologi tinggi biasanya digerakkan oleh 3 tipe aktuator motor yaitu : listrik, hidrolik dan pneumatik.

GEOMETRI ROBOT

Geometri Robot dan Istilah-istilahnya

Degrees of Freedom (DOF) adalah setiap titik sumbu gerakan mekanik pada robot, tidak terhitung untuk End Effector.

Degrees of Movement (DOM) adalah kebebasan atau kemampuan untuk melakukan sebuah gerakan.

Sebagai contoh, robot dengan 6 derajat kebebasan:

• Base Rotation (dudukan untuk berputar)
• Shoulder Flex (lengan atas atau pundak)
• Elbow Flex (lengan bawah)
• Wrist Pitch (pergelangan angguk)
• Wrist Yaw (pergelangan sisi)
• Wrist Roll (pergelangan putar)

Joint dan Link

Joint memungkinkan terjadinya gerakan pada dua bagian tubuh robot, sedangkan link menghubungkan tiap-tiap joint. 

Tipe-tipe Joint

1. Linear Joint : Gerakan antara in dan out, link adalah gerakan linear (tipe L-joint)
2. Orthogonal Joint : ini juga linear joint. Tetapi antara in dan out saling tegak lurus (tipe O-joint)
3. Rotational Joint : merupakan penghubung diman perputaran terjadi tegak lurus terhadap in dan out link (tipe R-joint)
4. Twisting Joint : mengakibatkan gerakan berputar, tetapi putaran paralel dengan in dan out link (tipe T-joint)
5. Revolving Joint : Input link, paralel dengan axis putaran dari joint. Output tegak lurus dengan menambah 

Robot Konfigurasi

Dikarenakan robot mempunyai bermacam-macam bentuk dan ukuran, sehingga memiliki beragam kemampuan gerakan. Secara fisik, ada bebarapa konfigurasi yang dapat dibentuk, yaitu:

Konfigurasi Kordinat Kartesian

Sistem koordinat kartesian bebasis akan 3 sumbu atau bidang, yaitu sumbu x, y dan z.

Konfigurasi Koordinat Silinder

Sistem koordinat silinder memiliki 3 derajat kebebasan (DOF) atau 3 axis, yang terdiri dari theta mewakili sumber putar, sumbu z mewakili gerakan naik-turun serta sumbu r mewakili gerakan memanjang atau memendek.

Konfigurasi Koordinat Polar

Konfigurasi koordinat polar atau simetrikal memiliki 3 sumbu yaitu theta, beta, dan R. Dikatakan system simetrikal karena ruang gerak dari robot merupakan sphare (bola).

System Koordinat Articulate

Sistem koordinat srticulate didefinisikan dengan 3 sumbu, yakni theta, upper arm (w) dan elbow (U). Sumbu ini memberikan ke-fleksibelan lebih besar.

SCARA (Selective Compliance Asembly Robot Arm)

Sistem sumbu yang mirip koordinat articulate tetapi berbasis pada gerakan harizontal. memiliki kemampuan untuk  "insektion", salah satu sistem sumbu yang mungkin dari SCARA adalah seperti pada gambar dibawah ini:

Spesifikasi Teknis yang Lain

Sebagai tambahan konfigurasi fisik dan robot kemampuan gerak dasar, ada beberapa spesifikasi teknik yang lain dimana menjelaskan tentang efisiensi dan efektivitas dalam unjuk kerja pada robot.

Bebarapa spesifikasi teknika dalah sebagai berikut:

• Work volume (area kerja)
• Precision of Movement (keakuratan gerak)
• Speed of Movement (kecepatan gerak)
• Weight cariyng capacity (daya angkat beban)
• Type of drive system (jenis penggerak)

Work Volume 

Arti kata work volume (area kerja) mengacu pada dimana robot itu dapat bekerja. Secara teknis dapat dikatakan adalah dimana ujung bagian masih digerakkan dibawah control. 

Work volume diperhitungkan dari :

• Konfigurasi fisik
• Ukuran
• Jangkauan lengan
• Hubungan atau joint manipulator

Precission of Movement

Ada 3 jenis katagori pada kakuratan gerakan dari ujung robot pada suatu penerapan, yaitu:

• Spatial Resolutioan : dapat diartikan sebagai gerakan terkecil yang masih dapat dikontrol oleh si pemrogram, sehingga spstial resolution adalah jumlah dari resolusi control dengan ketidak akuratan mekanik.
• Accuracy : adalah kemampuan dari ujung robot untuk mencapai titik yang dituju. Dengan kata lain akurasi adalah setengah resolusi spatial.
• Repeatibelity : adalah kemampuan dari ujung robot untuk mencapai titik yang sebelumnya dikontrol. Repeatibelity umumnya lenoh kecil dari akurasi.

Weight Carrying Capacity

Adalah kemampuan robot untuk memindahkan beban. Merupakan faktor untuk berbagai macam keperluan, yaitu:

• Jenis tugas
• Jenis barang
• produktivitas

Type of Drive System

Ada 3 jenis penggerak robot, yaitu:

• Hidroulik : menggunakan fluida/oli, kurang dalam kebersihan, beresiko kebakaran.
• Pneumatik : menggunakan tekanan udara merupakan jenis yang termurah, terpraktis, dan fixed point.
• Electric : yang dimaksud adalah motor listrik. Ada 2 jenis motor, yaitu motor DC dan motor stepper. Ciri khasnya adalah kecepatan.

selain penggerak diatas, untuk mencapai presisi, kecepatan serta gerakan yang diinginkan, robot selalu dilengkapi dengan gear dan cam.