Tujuan dan Indikator
Tujuan Pembelajaran
Setelah melakukan praktik pada sesi ini, diharapkan mahasiswa mengetahui dan memahami beberapa hal berikut:
- Memahami definisi kinematika maju (forward kinematic) dari sebuah robot berpenggerak diferensial.
- Cara menggunakan rumus kinematika maju untuk mendapatkan informasi estimasi posisi terbaru dari robot yang bergerak.
Indikator Capaian Pembelejaran
- Mahasiswa mampu menjelaskan definisi kinematika maju dari sebuah robot bergerak jenis diferensial.
- Mahasiswa mampu menerapkan formulasi kinematika maju (forward kinematic) dalam bentuk kode program di dalam pengendali utama robot.
Teori Singkat
Salah satu bentuk robot bergerak non-holonomik adalah memiliki penggerak diferensial, yaitu sistem penggerak roda yang terdiri dari dua aktuator motor independent yang dikendalikan secara terpisah, sehingga kecepatan dua roda penggerak bisa diatur berbeda.
Jika kecepatan dua roda robot adalah sama maka robot akan bergerak secara lurus, namun jika kecepatan dua roda berbeda maka robot akan membuat gerakan melingkar dengan radius tergantung pada selisih kecepatan dua roda.
 |
| Gambar 5.1 Kinematika robot berpenggerak diferensial |
Gambar 5.1 menunjukkan parameter kinematik robot berpenggerak diferensial. L adalah jarak antara dua roda, disebut juga dengan istilah wheel base.
Sedangkan r adalah jari-jari roda penggerak robot, disebut juga dengan istilah wheel radius. Dengan mengatur kecepatan putar roda kanan (uR dalam rad/sec) dan kecepatan putar roda kiri (uL dalam rad/sec) akan diperoleh nilai estimasi perubahan posisi dan orientasi robot setiap sampling waktu dalam koordinat kartesian dua dimensi
.Estimasi posisi terhadap posisi awal robot berdasarkan nilai kecepatan putar (rad/sec) penggerak diferensial untuk setiap sampling waktu diperoleh dengan menggunakan rumus kinematika maju (forward kinematics).
Persamaan 5.1 - 5.3 menjelaskan perhitungan kinematika maju pada robot berpenggerak diferensial berdasarkan parameter mekanik yang ditunjukkan oleh Gambar 5.1.
(5.1)
(5.2)
(5.3)Posisi dan orientasi robot pada t tertentu
saat robot bergerak dengan variasi kecepatan putar roda penggeraknya dapat diestimasi menggunakan pengembangan dari Persamaan 5.1 - 5.3 seperti yang ditunjukkan oleh Persamaan 5.4 - 5.6 berikut ini.
(5.4)
(5.5)
(5.6)Berdasarkan variasi nilai kecepatan putar roda penggerak kanan dan kiri robot (uR,uL) juga dapat dihitung nilai kecepatan rotasi robot (w dalam rad/sec) dan kecepatan translasinya (v dalam meter) seperti yang ditunjukkan oleh Persamaan 5.7 dan 5.8 berikut.
(5.7)
(5.8)Sehingga nilai estimasi
juga bisa dihitung berdasarkan data kecepatan translasi (v) dan kecepatan rotasi (w) robot saat bergerak, seperti yang ditunjukkan oleh Persamaan 5.9 dan 5.11 berikut.
(5.9)
(5.10)
(5.11)Alat dan Bahan Percobaan
Pada sesi ini akan diperkenalkan tentang kinematika robot bergerak jenis Non-Holonomic menggunakan aktuator sebagai penggerak roda diferensial robot. Adapun alat dan bahan yang digunakan selama percobaan adalah:
1. Kit Robot Bergerak Non-Holonomic
Merupakan kit robot yang terdiri dari beragam komponen mekanis dan dilengkapi dengan sensor, aktuator, dan pengendali utama. Komponen-komponen yang ada dalam satu kit robot bergerak jenin non-holonomik dapat dilihat pada Tabel 4.1.
2. Multimeter Digital
Alat bantu untuk mengukur nilai hambatan, arus, tegangan, dan kontinyuitas listrik dari sistem elektronik selama praktikum robotika.
3. Mistar Ukur
Digunakan sebagai referensi nilai pengukuran sudut gerak rotasi (0) dan posisi gerak translasi aktuator (cm).
4. RPM Meter
Digunakan sebagai alat ukur kecepatan putaran motor.
Langkah Percobaan
Percobaan perakitan robot bergerak jenis non-holonomik melibatkan tiga aktifitas, yaitu perakitan sistem mekanik-elektronik robot, pemrograman perangkat lunak, dan uji kinematika robot. Adapun langkah percobaannya adalah sebagai berikut:
1. lntegrasi Perangkat
Percobaan ini melibatkan aktifitas merakit semua komponen robot meliputi mekanik dan elektronik seperti yang dinyatakan dalam Tabel 4.1 di atas.
Pelajari datasheet setiap bagian yang akan diberikan saat praktikum, dan perhatikan dengan teliti pengkawatan suplai catu daya agar tidak terjadi kesalahan hubung.
2. Pemrograman perangkat lunak
Setelah perangkat mekanik-elektronik selesai dirakit, selanjutnya membuat kode program untuk menguji kinematika maju robot berdasarkan beberapa parameter yang dinyatakan pada Tabel 5.1.
Ketik contoh kode program untuk pengujian kinematika robot yang akan diberikan beserta lembar datasheet, kemudian lakukan kompilasi dan upload ke papan Arduino. Langkah-langkah pengendalian dapat dilihat melalui monitor data serial pada Arduino IDE.
3. Analisis hasil percobaan
Tahap selanjutnya adalah menganalisa uji kinematika maju robot berdasarkan hasil percobaan yang sudah dilakukan. Tabel 5.1- 5.3 menunjukkan data apa saja yang harus diperoleh sebagai bahan analisa hasil percobaan.
Tabel 5.1 Data karakteristik mekanik-elektronik robot bergerak model diferensial
Tabel 5.2 Data pengamatan karakteristik gerak robot
Tabel 5.2 menunjukkan pengamatan terhadap hasil pendekatan nilai kecepatan putar roda penggerak dalam satuan rad/sec yang diukur menggunakan RPM meter terhadap nilai PWM (pulse width modulation ) yang dikeluarkan pengendali utama kepada aktuator motor dengan asumsi bahwa roda tidak terbebani dengan total masa robot.
Tabel 5.3 Data pengamatan kinematika maju robot bergerak
Tabel 5.3 menunjukkan hasil pengematan kualitas estimasi posisi dan ·orientasi berdasarkan kinematika robot. Nilai kecepatan putar roda kanan (uR) dan kiri (uL) diisi dengan variasi kombinasi nilai berdasarkan Tabel 5.2.
Tugas
Berikut ini deskripsi tugas yang harus anda lakukan terkait dengan tahap-tahap percobaan yang sudah dilakukan.
- Mendapatkan parameter mekanik-elektronik robot sesuai dengan Tabel 5.1.
- Buatlah kode program untuk menggerakkan roda kanan dan kiri dengan nilai PWM seperti yang ditunjukkan oleh Tabel 5.2, kemudian dengan menggunakan RPM meter ukurlah kecepatan putar setiap roda untuk setiap nilai PWM.
- Berdasarkan hasil dari langkah kedua, tentukan kombinasi nilai kecepatan putar roda kiri dan kanan (variasi nilai terserah keinginan anda). Kemudian bandingkan hasil estimasi posisi dan orientasi antara hitungan teori dengan hasil pengamatan visual.
- Berdasarkan data-data hasil percobaan, berikan ulasan analisa hasil yang menyimpulkan pengamatan anda selama praktikum dan membuat laporan percobaan yang berisi dokumentasi percobaan yang berhasil dilaksanakan dan berjalan dengan benar.