Mengenal Robot
1.1 Mengenal
Robot
1.1.1 Sejarah
Robot
Ada banyak hal
yang menarik jika Anda bermain dengan elektronika, diantaranya ialah membuat
robot. Jika Anda pernah atau memiliki hobi merakit mobil Tamiya, maka Anda
sudah memiliki bekal dasar untuk membuat robot. Karena prinsip yang digunakan
pada mobil Tamiya Anda juga banyak digunakan pada robot, yaitu dasar mekanik
mesin/roda dan sumber catu daya. Awal munculnya Robot dapat diketahui dari
bangsa Yunani kuno yang membuat patung yang dapat dipindah-pindahkan. Sekitar
270 BC, Ctesibus, seorang insinyur Yunani membuat organ dan jam air dengan
komponen yang dapat dipindahkan. Zaman Nabi Muhammad SAW pun, telah membuat
mesin perang yang menggunakan roda dan dapat melontarkan bom. Pada tahun 1770,
Pierre Jacquet Droz, seorang pembuat jam berkebangsaan Swiss membuat 3 boneka
mekanis. Uniknya, boneka tersebut dapat melakukan fungsi spesifik, yaitu dapat
menulis, yang lainnya dapat memainkan musik dan organ, dan yang ketiga dapat
menggambar. Pada tahun 1898, Nikola Tesla membuat sebuah boat yang dikontrol
melalui radio remote control, dan didemokan di Madison Square Garden. Namun
usaha untuk membuat autonomus boat tersebut gagal karena masalah dana. Pada
tahun 1967, Jepang yang pada pada saat itu merupakan negara yang baru bangkit,
mengimpor robot Versatran dari AMF.
Awal kejayaan
robot pada tahun 1970, ketika Profesor Victor Scheinman dari Universitas
Stanford mendesain lengan standar. Saat ini, konfigurasi kinematiknya dikenal
sebagai standar lengan robot. Terakhir, pada tahun 2000 Honda memamerkan robot
yang dibangun bertahun-tahun lamanya bernama ASIMO, serta disusul oleh Sony
yaitu robot anjing AIBO. Robot banyak dibuat oleh Institusi Riset, Universitas,
Departemen Pertahanan, serta institusi besar lainnya seperti NASA dan Sony.
Saat ini hampir semua industri manufaktur menggunakan robot, karena biaya per
jam untuk mengoperasikan robot jauh lebih murah dibandingkan menggunakan
manusia. Robot pada awalnya digunakan untuk melakukan fungsi spesifik, misalnya
pengecoran, penyolderan, dll. Namun saat ini sudah banyak robot yang melakukan
banyak fungsi.
Beberapa
penerapan robot saat ini antara lain:
• Merakit dan
mengelas kerangka mobil di industri manufaktur
• Pencari dan
pemadam sumber api
• Pelayan toko
• Robot boneka
• Robot medis
• Robot perang
(war robot).
• Nanotechnology,
pada tahun 1990 peneliti IBM meng-gunakan STM (Scanning Tunneling Microscope)
untuk memindahkan 35 xenonatom pada crystal nicker untuk membuat huruf “IBM”.
• Multifunction
Automated Crawling System (MACS), berguna untuk menginspeksi suatu ruang di
aircraft yang sudah dijangkau oleh manusia.
• Robot
penjelajah/explorer, misalnya mencari informasi di bulan atau planet Mars
dengan nama Sojourner. NASA mempunyai program telerobotic yang dioperasikan di
Office of Space Access and Technology (OSAT).
• Robot intel
(dapat terbang dan memfoto suatu daerah)
• Dan
fungsi-fungsi di bidang kedokteran, sosial dan lainnya.
Pernahkan Anda
menghayal membuat robot yang mampu menjadi teman bermain di rumah Anda? Robot
tersebut dapat bergerak menghindari penghalang, mengikuti Anda, mematikan
puntung rokok, mengucapkan beberapa kata, dan menjawab pertanyaan Anda? Jika ya
ataupun tidak, bulatkan tekad dari sekarang untuk mencoba membuat robot. Jika
Anda atau tim Anda terbentur masalah dana di dalam membangun robot, maka buatlah
proposal yang baik, dan konsultasikanlah dengan jurusan/fakultas tempat Anda
sekolah atau instansi Anda. Saya yakin, hal itu dapat membantu, apalagi dengan
tujuan untuk mengembangkan iptek di Indonesia.
Kita mengadakan
Kontes Robot Indonesia/Kontes Robot Cerdas Indonesia setiap tahun. Pada event
terakhir, saya menemukan banyak peserta yang lolos untuk mengikuti Kontes Robot
saat ini banyak dari institusi pendidikan yang mungkin jarang kita dengar di
Indonesia. Hal ini membuktikan bahwa usaha dan tekad yang kuat untuk ikut
serta, pasti akan membuahkan hasil. Jika anda ingin membuat robot, biaya yang
dibutuhkan bervariasi dari 200rb hingga 20 juta, tergantung tingkat kerumitan
“teman” Anda. Untuk membuat robot lebih cerdas, ada baiknya Anda membaca konsep
kecerdasan buatan (Artifical Interlligent), Al4 goritma Genetik, Neural
Network, Algoritma Djikstra dan Fuzzy Logic. Gambar berikut menampilkan
beberapa robot terkini.
Gambar 1.1.
Anty, Robot untuk Anak-anak dalam Masa Perawatan di Rumah Sakit
Pada gambar di
atas, robot tersebut dikembangkan oleh grup & peneliti robotik di
Universitas Brussel. Dijelaskan bahwa Anty adalah robot cerdas yang dapat
menemani dan menghibur anak-anak yang berada pada masa perawatan cukup lama.
Robot ini bisa berjalan, berbicara, dan menunjukkan emosi layaknya manusia.
Robot ini adalah prototipe pertama yang memasukkan layar LCD pada perutnya
sebagai alat yang multifungsi dan memproses segala
kondisi yang
mungkin terjadi untuk menunjukkan beberapa kemampuannnya. Hebatnya lagi,
kecerdasan buatan yang telah ditanamkan pada robot anty ini dapat dikembangkan,
sehingga
memiliki
kepribadian yang berbeda-beda dan memahami emosi manusia. Robot lain yang cukup
menarik yaitu ASIMO dari Honda seperti Gambar 1.2.
Gambar 1.2. Robot
Asimo dari HONDA
Sampai kapan
Anda hanya terpana dengan gambar diatas? Sudah saatnya Anda yang menekuni
bidang elektronika memikirkan dan berupaya agar mampu mengejar ketertinggalan
kita dengan negara lainnya. Semoga buku ini jadi cambuk penyemangat bagi diri
Anda, dan sumber panduan utama bagi siapa saja yang ingin mencoba membuat
robot. Suatu negara akan kuat dan makmur jika didukung oleh fondasi Iptek yang
kuat. Ketergantungan dan kemalasan kita pada teknologi dari negara lain membuat
kita tidak dapat berbuat banyak di negeri yang penuh dengan sumber daya alam
ini. Tapi setidaknya saya cukup terpana karena beberapa waktu lalu saya melihat
tayangan stasiun TV Nasional yang memperlihatkan sekelompok mahasiswa dan dosen
pembimbing yang berlokasi di Surabaya sedang mengembangkan model kaki robot.
Suatu awal yang sangat baik.
1.2 Sistem
Pergerakan Robot
Salah satu
contoh penggerak robot adalah Servo motor, saya akan banyak membahas
pemrograman servo motor, karena kita akan menggunakan servo motor sebagai
penggerak utama robot/mobile robot pada Robot BOE Bot. Mobile robot (robot yang
sering bergerak) memerlukan suatu penggerak agar dapat berpindah. Beberapa
jenis penggerak pada mobile robot antara lain:
• Mobile robot
yang digerakkan dengan roda dan terdapat dua penggerak yang bekeja secara
diferensial. Ini adalah model yang umum untuk mobile robot dengan biaya yang
murah, misal menggunakan motor dc atau servo motor.
• Mobile robot
yang digerakkan dengan roda dan terdapat satu penggerak serta satu kemudi
• Mobile robot
yang digerakkan dengan pergerakkan seperti kaki.
1.2.1 DC Motor
DC motor atau
istilah lain dikenal sebagai dinamo ialah motor yang paling banyak digunakan
untuk mobile robot. DC motor tidak berisik, dan dapat memberikan daya yang
memadai untuk tugas-tugas berat. Motor DC standar berputar secara bebas,
berbeda halnya dengan stepper motor. Untuk mengetahui berapa banyak putaran,
biasanya digunakan mekanisme feedback menggunakan shaft encoder. Gambar berikut
menampilkan skema motor dc yang dapat memperoleh arus yang memadai dari
penguatan dua buah transistor. Sinyal yang kita berikan ke input transistor
akan mengaktifkan tran-sistor, lalu arus yang memadai dapat menggerakkan motor
dc ke arah yang kita inginkan.
Gambar 1.3 DC
Motor dengan Transistor Penguat
Pada beberapa
aplikasi mobile robot, kita ingin agar motor dapat :
• Berjalan
dengan arah maju dan mundur
• Memodifikasi
kecepatannya
Oleh karena itu,
dibutuhkan apa yang disebut sebagai H-Bridge, yang dapat dipenuhi menggunakan
transistor daya. Namun saat ini sudah banyak IC yang berfungsi sebagai H-Bridge
dengan arus yang cukup besar, salah satunya ialah L293D dari ST SGS-Thomson.
Pulse width modulation atau PWM ialah metode canggih untuk mengatur kecepatan
motor dan menghindarkan rangkaian kita mengkonsumi daya yang berlebih. PWM
dapat mengatur kecepatan motor, karena tegangan yang diberikan dalam selang
waktu tertentu saja. PWM ini dapat dibangkitkan dengan modifikasi pada software
kita.
1.2.2 Servo Motor
Servo motor
standar dilengkapi dengan motor DC untuk mengendalikan posisi sebuah robot.
Rotor motor dapat diputar/ diposisikan hingga 180 derajat. Untuk servo motor
continuous, dapat berputar hingga 360 derajat. Servo motor biasa digunakan
untuk mengendalikan gerak dari toys (mainan) seperti model mobil, pesawat,
perahu, dan helikopter. Karena servo secara luas digunakan untuk hobi-hobi
seperti yang telah disebutkan diatas, tentunya variasinya pun sangat banyak
dijual. Dan alat penggerak ini banyak tersedia dan murah. Servo motor ialah DC
motor kualitas tinggi yang memenuhi syarat untuk digunakan pada aplikasi servo
seperti closed control loop. Motor tersebut harus dapat menangani perubahan
yang cepat pada posisi, kecepatan dan percepatan, serta harus mampu menangani intermittent
torque. Sedangkan servo, ialah DC motor dengan tambahan elektronika untuk
kontrol PW dan digunakan untuk tujuan hobist, pada pesawat terbang model, mobil
atau kapal. Servo mempunyai 3 kabel, yaitu Vcc, ground dan PW input. Tidak
seperti PWM pada DC Motor, input sinyal untuk servo tidak digunakan untuk
mengatur kecepatan, tetapi digunakan untuk mengatur posisi dari putaran servo.
Sinyal PW digunakan untuk servo mempunyai frekwensi 50 Hz, sehingga pulsa
dibuat setiap 20ms. Sebagai contoh, sebuah pulsa 0.7ms akan memutarkan disk
servo ke posisi kiri (-120 derajat), dan pulsa 1.7ms akan memutarkan disk ke
posisi kanan (+120 derajat).
Kekurangan servo ialah ia tidak menyediakan
feedback. Umumnya kita membeli servo continuous karena dapat berputar 360
derajat, namun anehnya harganya lebih murah dibandingkan servo standar yang
derajat putarannya terbatas. Berikut contoh dari servo motor dan beberapa alat
penggerak lainnya yang biasa digunakan untuk menggerakkan robot:
Gambar 1.4 Servo
Motor Kualitas Tinggi
1.2.3 Stepper Motor Intinya, stepper motor dapat
digunakan untuk daya gerak, pengarah dan pengendali posisi robot. Motor ini
adalah komponen yang terintegrasi sebagai alat kendali komputer untuk industri.
Stepper motor sangat unik, karena dapat dikendalikan dengan sirkuit
digital, dan
sangat ideal untuk menggerakkan robot secara rotasi (berputar) dan posisi
linear/garis lurus. Tentunya, karena digunakan pada industri secara luas,
stepper motor memiliki variasi, baik ukuran maupun spesifikasinya. Ketika
tenaga listrik mulai dialirkan, rotor mulai bergerak secara lembut dengan
kecepatan dan meletakkan rotor motor untuk memfungsikan tenaga volt. Tetapi
untuk memposisikan rotor secara tepat tidak akan mungkin. Namun demikian,
Stepper motor akan menjalankan getaran listrik secara berurutan sehingga motor
akan bergerak. Perlu diketahui, tidak semua stepper motor memutar rotor dengan
nilai yang sama tiap langkahnya. Stepper dibuat dengan derajat rotasi yang
berbeda-beda per langkahnya. Untuk menghasilkan derajat rotasi yang optimal
sangat tergantung dari penggunaan stepper itu sendiri. Contoh derajat rotasi
yang mungkin terbentuk
antara lain 72
derajat dan 22.5 derajat. Putaran stepper tergantung dari nilai digital yang
diberikan ke stepper tersebut.
Gambar 1.5.
Skema Stepper Motor
1.3 Tenaga/Power
Sebuah Robot
Dalam fungsinya,
robot membutuhkan tenaga, dan hampir semua robot menggunakan tenaga listrik
dalam penerapannya. Ada dua sumber dari tenaga listrik pada robot bergerak
(mobile robotic), yaitu baterai dan tenaga surya (matahari).
1.3.1 Tenaga
Surya
Tenaga surya
menghasilkan tenaga listrik dari cahaya matahari. Jika tenaga surya tersebut
cukup kuat, kita dapat mengoperasikan robot secara langsung. Biasanya, robot
dengan tenaga surya dirancang sekecil mungkin agar dapat berfungsi sesuai
kebutuhan. Pengurangan ukuran berat robot akan mengurangi pula tenaga listrik
yang dibutuhkan untuk bergeraknya robot dan daya penggeraknya itu sendiri.
Pengurangan berat robot merupakan hal yang sangat penting dalam merancang
tenaga dari sebuah robot baik dengan tenaga baterai dan tenaga charging. Metode
lain dalam penggunaan tenaga surya adalah tidak dapat
menggerakkan
robot secara langsung. Tetapi tenaga surya malah digunakan sebagai sumber
tenaga untuk baterei isi ulang (recharging). Sehingga dengan metode ini, dapat
mengurangi tenaga surya yang diperlukan untuk menggerakkan robot secara
langsung. Namun demikian, tentunya Robot yang menggunakan baterai isi ulang
(recharging) hanya bisa berfungsi tergantung dari kekuatan baterai dalam jangka
waktu tertentu saja.
Metode ketiga,
adalah kombinasi dari 2 metode sebelumnya. Yang sekarang sering disebut sebagai
“Solar engine” (mesin surya). Komponen utama dari “solar engine” adalah tenaga
surya itu sendiri, kapasitor dan sirkuit pemicu. Ketika terkena cahaya, tenaga
surya mulai terisi pada kapasitor, sehingga kapasitor akan menyediakan tenaga
listrik untuk menggerakkan robot. Secara rinci, setelah voltase dari kapasitor
bertambah, otomatis sirkuit pemicu (trigger circuit) akan bergetar. Ketika
tenaga pada kapasitor sudah terpenuhi, sirkuit pemicu akan memicu SCR (Silicon
Controlled Rectifier). Untuk mengeluarkan tenaga yang sudah tersimpan tadi ke
kapasitor untuk menggerakkan/ memfungsikan robot. Dan dengan metode “solar
engine” ini, akan dapat digunakan untuk berbagai macam rancangan robot.
Solar engine
biasanya digunakan pada robot dengan tipe BEAM, atau sering disebut juga dengan
“ Living Robot” atau robot yang tidak memiliki fungsi secara spesifik.
Inspirasi dari “solar engine” ini sebenarnya dipaparkan oleh Dave Hrynkiw dari
Kanada, yang menggunakan
rancangan ini
untuk menggerakkan robot dengan sebuah bola surya.
1.3.2 Baterai
Baterai sejauh
ini, adalah tenaga penggerak robot yang paling banyak digunakan karena
penggunaannya sangat mudah. Ada banyak sekali jenis baterai yang ada untuk
menggerakkan sebuah robot, tetapi beberapa jenis baterai yang sangat umum
digunakan adalah carbon-zinc, alkalin, nickel-cadmium, lead-acid dan lithium.
Jika anda menggunakan IC TTL atau komponen lainnya yang menggunakan tegangan 5
V, rangkaian di bawah ini dapat digunakan dengan sumber dari baterai 9 V atau
gabungan baterai dengan total tegangan yang memadai sebagai sumber regulator
7805 yang dapat mensuplai arus hingga 90 mA.
Gambar 1.6 Skema
Regulator Baterai
1.3.3 Catu Daya
Saat ini sebagai regulator tegangan, telah digunakan
IC yang khusus seperti 7812 untuk regulator tegangan positif 12V dan 7912 untuk
regulator tegangan negatif -12V. Gambar 1.7. menampilkan contoh rangkaian catu
daya yang mampu mengeluarkan tegangan sangat stabil . CT ialah singkatan dari
Center Tap yang berfungsi sebagai ground /0 volt.
Gambar 1.7 Catu
Daya Simetris 12 V (sumber : www.uoguelph.ca/~antoon/gadgets/741/741.html)
1.4 Arsitektur
Robot
1.4.1 Robot
Sederhana
Robot sederhana
dapat Anda bangun hanya dengan menggunakan 2 buah motor dc dengan tegangan 6V,
baterai 9V dan sensor yang dapat mengaktifkan penguat motor dc tersebut. Robot
sederhana umumnya memiliki empat blok utama, yaitu :
1. Blok Sensor
dan pengkondisi sinyal. Blok ini berfungsi mendeteksi objek atau sinar yang
dideteksi oleh sensor, lalu dikirim ke pengkondisi sinyal, sehingga outputnya
dapat diolah oleh rangkaian driver motor DC, atau diolah terlebih dulu
menggunakan mikroprosesor atau mikrokontroler untuk robot yang lebih komplek.
Sensor yang murah dapat menggunakan infrared dengan penguat operasional
(op-amp), atau menggunakan Sensor Jarak seperti Sharp GP2D12 atau Devantech
SRF04/05 Range Finder dan Hamamatsu Photo-reflector. Keluaran dari sensor ini biasanya
melewati rangkaian pengolah atau pengkondisi sinyal terlebih dahulu.
2. Blok Driver
Motor, yang akan mengaktifkan motor DC jika menerima input berlogika tinggi
dari pengkondisi sinyal. Biasanya menggunakan transistor atau IC.
3. Motor DC,
motor yang mampu menggerakan robot.
4. Catu daya,
rangkaian penyedia daya bagi semua blok yang
membutuhkan catu
daya
sumber : Buku Belajar Sendiri Membuat Robot Cerdas karya WIdodo Budhiharto.