Robot Bergerak.

Presentasi berjudul: "Robot Bergerak."— Transcript presentasi:

1 Robot Bergerak

2 Pendahuluan Robot: static dan mobile Static robot : Manipulator
Mobile robot: Wheeled (roda) Mobile Robot Legged (kaki) Mobile Robot * Bipedal Walking Robot mobile robot menggunakan dua kaki

3 Pertimbangan Desain Sistem
Design Tradeoffs Pertimbangan Desain Sistem Maneuverability (kemampuan Bergerak, maju/mundur lurus, berputar) Controllability (Dapat dikendalikan) Traction (Daya tarik/Power) Climbing ability (Kemampuan memanjat) Stability (Kestabilan) Efficiency (Efisiensi) Maintenance (Pemeliharaan) Environmental impact (pengaruhnya terhadap lingkungan, obstacle minor boleh ditabrak, hanya bisa dihindari, atau di geser) Navigational (navigasi/pengenalan posisi) Robotika

4 Tipe Wheeled Mobile Robots (WMR)
Differential Drive Skid Steering Synchro Drive Omni Wheel Tricycle Steering Ackerman Steering Articulated Drive Robotika

5 1. Differential Drive Steering
D : panjang titik tengah robot dari awal menuju akhir pergerakan Robotika

6 1. Differential Drive Steering
Keuntungan Cukup murah untuk dibuat Mudah direalisasikan Desain cukup sederhana Kerugian: Sukar untuk melakukan pergerakan lurus (speed control) Diameter roda yang tidak konsisten (knobie tires) dapat menyebabkan kesalahan posisi Robotika

7 2. Skid (menggelincir) Steering
Keuntungan: Sistem penggerak (drive) sederhana Kerugian: Slippage and poor odometry results Requires a large amount of power to turn Robotika

8 3. Synchro Drive Steering
Advantages: Separate motors for translation and rotation makes control easier Straight-line motion is guaranteed mechanically Disadvantages: Complex design and implementation Pictures from “Navigating Mobile Robots: Systems and Techniques” Borenstein, J. Robotika

9 4. Omni Wheels Steering Advantages: Allows complicated motions
Disadvantages: No mechanical constraints to require straight-line motion Complicated implementation Robotika

10 5. Tricycle Steering Advantages: Disadvantages: No sliding
Non-holonomic planning required Robotika

11 6. Ackerman Steering Advantages: Simple to implement
Simple 4 bar linkage controls front wheels Disadvantages: Non-holonomic planning required Robotika

12 7. Articulated Drive Advantages:
Simple to implement except for turning mechanism Disadvantages: Non-holonomic planning is required Robotika

13 Kenapa dibuat robot berkaki?
Dapat melewati berbagai macam bentuk rintangan. Meningkatkan manuver Tidak dibatasi oleh bidang datar. Inovasi bentuk kaki yang sangat bervariasi Mempelajari sistem pergerakan lain yang berhubungan dengan biologi (menirukan pergerakan makhluk hidup) Robotika

14 Kelemahan Robot Berkaki
Desain lebih kompleks  membutuhkan banyak aktuator dan Degree of Freedom Kestabilan yang sulit dicapai  mengkombinasikan berbagai bentuk aktuator secara bersamaan Kecepatan pergerakannya lamban  tidak secepat robot beroda Robotika

15 PERMASALAHAN BERJALAN/MELANGKAH
Perpindahan dari satu titik ke titik lain KESEIMBANGAN Upaya menahan pusat gravitasi agar tidak jatuh Robotika

16 KLASIFIKASI ROBOT BERJALAN
Kesetimbangan (statis atau dinamis) Jumlah kaki Derajat kebebasan masing-masing kaki Energi yang digunakan Gaya berjalan dan cara berdiri Robotika

17 Terminologi I Keterangan
Ada 3 bidang yang didefinisikan: sagital, frontal, dan transverse plane Ketiga bidang ini merupakan daerah kerja untuk pergerakan tertentu Untuk robot bipedal planar, pergerakan hanya dilakukan di bidang sagital Robotika

18 Terminologi II Gait : pola pergerakan kaki
Swing phase : fasa ketika kaki berada di udara Stance phase : fasa ketika kaki dijejakan di lantai Double support phase / Exchange of Support (EOS) : fasa ketika kedua kaki dijejakkan Robotika

19 Komponen Dasar Bipedal Walking Robot
Boom Hip Upper-link Knee Lower-link Ankle Feet Robotika

20 Tahap Berjalan Pre-Swing-Phase Swing-Phase
Heel-Contact-Phase (stance phase) Robotika

21 Tipe Dasar Gaya Berjalan
Mamalian Stance Attila Stance Sprawled Stance Robotika

22 1.Mamalian Stance Digunakan kebanyakan mamalia
Kaki beroperasi pada bidang vertikal,paralel terhadap sumbu longitudinal badan Robotika

23 2. Attila Stance Seperti reptil, paling banyak digunakan di robot berjalan Kaki beroperasi pada bidang vertikal,tegak lurus terhadap badan Robotika

24 3. Sprawled Stance Digunakan oleh serangga dan reptil kecil
Kaki beroperasi pada bidang horizontal Berjalan datar dan lebar sehingga meningkatkan stabilitas Robotika

25 KESEIMBANGAN (BALANCING)
STATIS -efek stabilitas inersia diabaikan -tidak ada umpan balik posisi seimbang DINAMIS -efek stabilitas inersia menjadi dominan -selalu ada umpan balik posisi keseimbangannya Robotika

26 Kenapa bisa stabil statis?
Selalu ada paling sedikit 3 kaki menahan pusat gravitasi Bisa saja 1 kaki, tapi kaki bertelapak besar Robotika

27 GAYA BERJALAN STABIL STATIS YANG TERKENAL
Alternating Tripod Gait Pergerakan dibagi atas 2 set,masing-masing bergerak secara bergantian Wave Gait Pergerakan satu-satu kaki Robotika

28 Alternating Tripod Gait
2 kelompok kaki (merah dan hijau) Kaki kelompok merah bergerak serentak,setelah itu baru kaki kelompok hijau Perhatikan bahwa robot tidak pernah jatuh Urutan pergerakan: merah - hijau - merah - hijau - … Robotika

29 WAVE GAIT Pergerakan kaki satu-satu
Lebih lambat dari Alternating Tripod Gait Urutan pergerakan : … Robotika

30 BEBERAPA CONTOH ROBOT KAKI (ditinjau dari sisi kaki)
Robotika

31 1. Robot Genghis Robot paling sederhana Berkaki enam (hexapod)
Stabil statis Derajat kebebasan setiap kaki = 2 Wave gait (pergerakan kaki satu-satu) Motor servo sebagai aktuator utama Robotika

32 Robot Genghis Robotika

33 Robot Genghis mampu memanjat
Kemiringan maksimum sekitar 30° (tergantung kekuatan servo) Robotika

34 2. Robot MHex Berkaki enam Aktuator kaki berupa servo motor
Derajat kebebasan setiap kaki = 2 Pergerakan lebih halus dari robot Genghis sebelumnya, sebab didukung oleh susunan mekanik kaki (paralel 4 bar linkage),sehingga pergerakan servo sedikit menghasilkan pengangkatan kaki yang tinggi Robotika

35 Robotika

36 Paralel 4 Bar Linkage Robotika

37 3. Robot Arnold 3 derajat kebebasan Ada fasilitas pengereman Robotika

38 3 derajat kebebasan robot Arnold
Menggunakan belt dari pangkal paha ke siku Robotika

39 Robotika

40 Mekanisme lutut robot arnold
Robotika

41 Mekanisme pengereman Robotika

42 4. Robot Kaki Carl Lewis Robotika

43 Gerakan maju dan mengkopel lutut
Robotika

44 Tampak atas Robotika

45 Pegas menarik kaki ke atas
Robotika

46 4. ASIMO ASIMO : robot humanoid dua kaki yang mampu berjalan, diharapkan dapat membantu manusia dalam kehidupan sehari-hari di rumah. ASIMO singkatan dari: Advanced Step in Innovative Mobility Robotika

47 ASIMO Design Concept The robot's size was chosen to allow it to operate freely in the human living space and to make it people-friendly. This size allows the robot to operate light switches and door knobs, and work at tables and work benches. Its eyes are located at the level of an adult's eyes when the adult is sitting in a chair. A height of 120cm makes it easy to communicate with. Honda feels that a robot height between 120cm and that of an adult is ideal for operating in the human living space. Robotika

48 ASIMO Fitur utama ASIMO: Lightweight and compact size
Advanced, flexible walking technology Expansive range of arm movement Simplified operation People-friendly design Robotika

49 ASIMO Bagian-bagian ASIMO: Kepala Mata Leher Tas/ransel Badan
Bagian tengah Tangan Pinggul Kaki Robotika

50 Perkembangan E0 1986 E1, E2, E3 1987 – 1991 E4, E5, E6 1991 – 1993
P1, P2, P – 1997 ASIMO 2000 Robotika

51 Perkembangan… Robotika

52 Perkembangan… Robotika

53 Perkembangan… Robotika

54 Perkembangan… ` Robotika

55 Struktur Catu daya ASIMO dicatu oleh batere nickel metal hydride 40V.
ASIMO bisa beroperasi selama 30 menit dengan batere tunggal Dibutuhkan waktu 4 jam untuk mengisi ulang(recharge) batere ASIMO Robotika

56 Struktur… Robotika

57 Struktur… Robotika

58 Struktur… Robotika

59 Struktur… Arm technology Robotika

60 Struktur… ASIMO berjalan dengan “prediction motion control”.
ASIMO mampu merubah arah secara halus (smooth) ASIMO mampu berputar tanpa berhenti ASIMO mampu berjalan pada slope(kemiringan) dan berjalan mundur ASIMO mampu menapaki dan menuruni tangga Robotika

61 Struktur… Walking Technology
The introduction of intelligent, real-time, flexible-walking technology allowed ASIMO to walk continuously while changing directions, and gave the robot even greater stability in response to sudden movements. Robotika

62 Struktur… Walking Technology Earlier Ways of Walking
1. In the past, different patterns were used for straight walking and for turning, and a slight pause was required during the transition. 2. Walking stripes (time per step) were limited to only a few variations Straight [A] Temporary Pause Turn [B] [C] Robotika

63 Struktur… Walking Technology Intelligent, real-Time, Flexible Walking
1. Continous movement possible without pauses. 2. In addition to changes in foot placement and turning, the stride (time per step) can be change freely. Straight Ahead Turning Robotika

64 Struktur… Walking Technology Intelligent, real-Time, Flexible Walking
ASIMO creates walking pattern in real time and can change foot placement and turning angle at will. ASIMO movement much more natural. Robotika

65 5. Contoh Konstruksi Robot Bipedal
Tinggi 48 mm, m 1.8Kg Rangka dari Aluminium CCD quickcam Hitech servo HS-300 Extension spring Mikrokontroller eyebot platform ( flashROM + RAM + IO + LCD) Robotika

66 Contoh Konstruksi Robot Bipedal (cont. I)
Shoulder digunakan untuk pengaruhi letak COM Hips memiliki 2 DOF, untuk pergerakan pada bidang sagital (untuk maju) dan horisontal (untuk gerak memutar) Torso memiliki joint untuk memindahkan proyeksi COM ke kaki kanan dan kiri Knee memiliki 1 DOF Ankles bersifat pasif dengan 1 DOF pada bidang sagital, terdapat spring dan rubber strip pada telapak kaki Robotika

67 Model Kaki Robot Bipedal (I)
Catatan : Merupakan model robot bipedal planar Model dapat berbeda-beda untuk tiap robot Rumusan kinematika biasanya mengambil referensi dari tapak kaki stance leg Robotika

68 Contoh Rumus Kinematika
x21 = l1 sin θ11 + l2 sin (θ11+θ12) + l4 sin (θ11+θ12+θ13+θ23) + l5 sin (θ11+θ12+θ13+θ23+θ22) y21 = l1 cos θ11 + l2 cos (θ11+θ12) + l4 sin (θ11+θ12+θ13+θ23) + l5 cos (θ11+θ12+θ13+θ23+θ22) --- Dengan base frame x11, y Robotika

69 Parameter Dalam Pergerakan Robot Bipedal Planar
FC/Hm : jarak vertikal maksimum ketika kaki diangkat dari lantai SL : jarak horisontal antara peletakan kaki yang sama VF : kecepatan horisontal pusat masa robot (pada hip) HR : variasi tinggi pinggul (hip) f : frekuensi step (cycle time) Robotika

70 Kinematika Trajektori
Untuk pergerakan yang mulus Pergerakan tapak kaki swing-leg dalam arah x Sedangkan arah y : Dapat dianalogikan sebagai pergerakan gerak end-effector manipulator dengan frame tapak kaki stance-leg sebagai frame referensi Sudut-sudut joint didapat dari inverse kinematika dengan memperhatikan berbagai constraint agar robot dapat stabil dalam bergerak Robotika

71 Model Kaki Robot Bipedal (II)
Robotika

72 Fungsi-fungsi Objektif Pergerakan
Erect body posture: Overall progression velocity: Trajectory of the swing limb during the single support phase: Robotika

73 Fungsi-fungsi Objektif Pergerakan (II)
… dengan nilai konstanta: Dalam koordinat joint, dirumuskan menjadi: Robotika

74 Fungsi-fungsi Objektif Pergerakan (III)
4. Bias of the stance knee adalah sudut joint pada lutut (knee) pada phase stance yang harus dipenuhi . 5. Coordination of the motion of the limbs: Robotika

75 Human Gait Cycle Human Gait terdiri dari 7 bagian, al :
Initial Contact (Loading respon) Opposite toe eff (mid stance) Heel rise (terminal stance ) Opposite Initial Contact (pre swing) Toe off (Initial swing) Feet adjacent (mid swing) Tibia vertical (terminal swing) Robotika

76 Human Gait Cycle (II) Keterangan:
Pada saat bergerak, letak proyeksi COM akan berpindah dari kaki ke kaki. Robotika

77 Trajektori Human Gait Robotika

78 6. Robot Kaki Sapien Terdapat 6 DOF di tiap kaki
Aktuator pasif pada telapak kaki Menyerupai telapak kaki manusia Robotika

79 Dimensi Kaki Robot Sapien
Robotika

80 Aktuator Menggunakan motor servo DC
Menggunakan tambahan shaft untuk meningkatkan stabilitas Robotika

81 SENSOR-SENSOR YANG SERING DIGUNAKAN PADA ROBOT BERJALAN
Sensor halangan (obstacle avoidance) Sensor penanda bahwa kaki sudah turun di bawah Sensor untuk kaki yang tertahan oleh sesuatu (motor yang tak bisa digerakkan karena terhalang) Sensor posisi untuk ketepatan posisi kaki (ketepatan posisi motor) Robotika

82 Sensor - sensor Sensor gaya Ada 8 buah
Diletakkan di 4 sudut telapak kaki Untuk menentukan kemiringan telapak kaki Robotika

83 Sensor - sensor Sensor kemiringan Diletakkan di bagian badan atas
Mempunyai 2 sumbu (axis) Untuk mengetahui kemiringan badan robot Robotika

84 Sensor - sensor Kompas digital Diletakkan di bagian badan atas
Untuk menentukan orientasi arah pergerakan Robotika

85 Sensor - sensor Video kamera Diletakkan di bagian badan atas
Untuk penginderaan lingkungan di sekitar robot Robotika

86 Konfigurasi Sistem Kendali
Struktur 2 level kontrol High level control: memproses data sensor (kamera video, inframerah, kompas digital), mengontrol 2 motor pada kamera dan 2 motor pada inframerah Low level control: mengontrol pergerakan jalan, memproses data sensor (sensor kemiringan dan sensor gaya) Robotika

87 Konfigurasi Sistem Kendali
Robotika

88 Simulasi Software Yobotics 3 parameter: Pinggul (hip) Lutut (knee)
Tumit (ankle) Film: Naik tangga Robotika

89 Trayektori Menaiki Tangga
Robotika

90 Simulasi hip joint di permukaan datar
Robotika

91 Simulasi knee joint di permukaan datar
Robotika

92 Simulasi ankle joint di permukaan datar
Robotika

93 Two Link Leg Robotika

94 Pantograph Design Robotika

95 Hasil Perbandingan Robotika

96 Body Diagram Robotika

97 Robotika

98 Robotika

99 Robotika

100 Cara Kerja Kaki Robotika

101 Persamaan Kinematik Robotika

102 Persamaan Kinematik Robotika

103 Simulasi Robotika

104 Hasil Simulasi Robotika

105 Perbandingan Model Dengan Kenyataan
Robotika

106 Kontroler Robotika

107 Sistem Robotika

108 Jalan Normal Robotika

109 Simulasi Navigasi Robotika

110 8. Framewalker: Advantages: Separate actuation of translation
and rotation Straight-line motion is guaranteed mechanically Disadvantages: Complex design and implementation Translation and rotation are excusive Robotika

111 9. Snake Robots Advantages: Many applications Hyper-redundant
Disadvantages: Complex control and planning Robotika

112 10. Legged Robots Are legs better than wheels? Advantages:
Can traverse any terrain a human can Disadvantages: Large number of degrees of freedom Maintaining stability is complicated Are legs better than wheels? Robotika