Post on 04-Feb-2018
2013 PENERBIT GUNADARMA
Disusun oleh : Dr. Nur Sultan Salahuddin, SKom., MT Dr. Rr. Sri Poernomo Sari, ST., MT Dr. Brahmantyo Heruseto, Skom., MMSI Dr. Hustinawaty Skom., MMSI Swelandiah Endah Pratiwi, Skom., MT
ISBN 978-602-9438-21-5
2013PENERBIT GUNADARMA
Disusun oleh :Dr. Nur Sultan Salahuddin, SKom., MTDr. Rr. Sri Poernomo Sari, ST., MTDr. Brahmantyo Heruseto, Skom., MMSIDr. Hustinawaty Skom., MMSISwelandiah Endah Pratiwi, Skom., MT
BIOROBOTIKA
Disusun oleh :Dr. Nur Sultan Salahuddin, SKom., MTDr. Rr. Sri Poernomo Sari, ST., MTDr. Brahmantyo Heruseto, Skom., MMSIDr. Hustinawaty Skom., MMSISwelandiah Endah Pratiwi, Skom., MT
Penerbit Gunadarma2012
i
PRAKATA
Bismillahirrahmaanirhiim,Dengan memuji dan mengucap syukur kepada ALLAH SWT,
yang telah memberikan karunia kekuatan dan kesabaran kepada kami,penulisan Buku Ajar ‘ Biorobotika ‘ ini dapat diselesaikan.
Buku ajar ini ditulis untuk siapa saja yang ingin mempelajariBiorobotika. Buku Pengantar Biorobotika, disusun terutama mengambildari buku dan internet yang berhubungan dengan Biorobotika‘, yangmenyajikan sejarah Biorobotika, sensor dan aktuator Biorobotika danperancangan robot berkaki, ampibi dan humanoid.
Akhirnya, kami memaklumi bahwa buku ajar ini masih sangat jauhdari kesempurnaan, baik dari segi teknis dan non teknis. Untuk itu kamisangat mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang bersifatmembangun demi perbaikan dimasa yang akan datang
Depok, November 2012
TIM Penulis
ii
DAFTAR ISI
Prakata iDaftar isi iiBAB 1 Pendahuluan 1
1.1 Sejarah Singkat Biorobotika 21.2 Contoh Biorobotika 5Daftar Pustaka 10
BAB 2 Sistem Penggerak/Aktuator Biorobotika 112.1 Pendahuluan 112.2 Jenis-jenis Motor/Aktuator 112.3 Pulsa Width Modulation 342.4Aktuator Hidrolik dan Pneumatik 372.5 Sistem Aktuator pada Biorobotika 45Daftar Pustaka 51
BAB 3 Sistem Sensor Biorobotika 533.1 Klasifikasi Sensor 533.2 Sistem Sensor Biorobotika 55
3.2.1 Sensor jarak 553.2.2 Sensor Suhu 593.2.3 Sensor gerak 633.2.4 Sensor Cahya 693.2.5 Sensor Suara 733.2.6 Sensor Posisi pada servo 753.2.7 Sensor Gyroscope 793.2.8 Sensor Accelerometer 82
Daftar Pustaka 87
BAB 4 Robot Berkaki 884.1 Pendahuluan 884.2 Robot Berkaki 904.3 Contoh Robot Berkaki 104
4.3.1 Satu kaki 1044.3.2 Dua kaki 1064.3.3 Empat kaki 1094.3.4 Enam kaki 110
4.4 Perancangan Robot Berkaki Empat 112
iii
4.5 Perancangan Robot Berkaki Enam 121Daftar Pustaka 134
BAB 5 Perancangan Robot Ampibi 135Daftar Pustaka 150
BAB 5 Perancangan Robot Humanoid 151Daftar Pustaka 166
1
BAB 1PENDAHULUAN
Robot sekarang dapat dibangun dengan beberapa kemampuan
penginderaan, misalnya, seekor semut padang pasir atau keterampilan
motorik mendekati binatang kecoa. Hewan seperti robot (biorobots [1]
tetapi juga dikenal sebagai robot biomimetik atau biomorphic) melayani
peran yang semakin penting sebagai penghubung antara dunia biologi dan
rekayasa.
Biorobotics (= Biorobotika ) adalah bidang multidisiplin baru yang
mencakup penggunaan ganda biorobots sebagai alat bagi ahli biologi
mempelajari perilaku hewan dan evaluasi algoritma biologis untuk
aplikasi potensial untuk rekayasa. Ada beberapa ulasan terakhir
biorobotika sebagai cara untuk menerapkan algoritma biologis dan
mekanisme untuk sistem rekayasa (misalnya Beer et al.1993, Dario dkk.
1993, Hirose 1993, Srinivasan dan Venkatesh 1997, Bekey 1996, Beer et
a11997, Sharkey dan Ziemke 1998, Chang dan Gaudiano 2000).
Hewan dapat digambarkan sebagai kendaraan mobile dengan
antarmuka multimodal bandwidth tinggi terhadap lingkungannya. Hewan
jangkrik misalnya mempunyai lensa tangan dengan ribuan rambut sensori.
Setiap rambut diinvestasikan dengan sel sensorik dan berbagai jenis sel
"melihat" lingkungan dengan cara yang berbeda (misalnya beberapa
menanggapi rangsangan mekanik dan yang lain untuk sinyal kimia).
Hewan-hewan, sangat dipengaruhi oleh sinyal halus dan kompleks dalam
lingkungan-lingkungan (misalnya turbulensi pola polarisasi, kebisingan
akustik, termal iklim mikro, dll).
2
Biorobotika sekarang memungkinkan ahli biologi untuk
memahami hubungan komples lingkungan hewan. Mereka dapat dianggap
sebagai mikro-lingkungan robot eksplorasi yang dapat mendeteksi dan
memetakan sinyal sensorik pada tingkat hewan dan dapat mengukur
bagaimana kehadiran dan gerakan dari binatang mempengaruhi sinyal
tersebut. Data ini, ditambah dengan pengamatan hewan itu sendiri, dapat
menyebabkan hipotesis yang sangat canggih seperti apa yang
menyebabkan perilaku dan apa yang membentuk perilaku seperti bermain
. Hipotesis dapat diuji dalam percobaan laboratorium atau berbasis
lapangan dengan robot biorobotika serta dengan binatang sesungguhnya.
Robot menawarkan dua keunggulan yang berbeda dari binatang
sesungguhnya seperti pada studi-studi. Pertama, perilaku yang diuji dalam
robot tidak terpengaruh dalam bersaing, tidak terkendali, perilaku-
perilaku. Kedua, perintah data lebih dapat diperoleh dari robot,
dibandingkan dengan binatang, pada tindakan-tindakan, masukan sensorik
nya, dan kondisi bagian internal. Meskipun keuntungan ini tidak boleh
dilupakan bahwa biorobot, bagaimanapun canggih, hanya meniru bagian
dari binatang.
Biorobotika adalah disiplin alat berbasis, seperti mikroskop, dan satu tidak
boleh melupakan bahwa biorobots adalah alat untuk digunakan dalam
studi hewan, bukan pengganti untuk studi tersebut.
1.1 Sejarah Singkat Biorobotika
Upaya untuk membuat mesin berperilaku seperti cara hidup
manusia sama tuanya dengan ilmu pengetahuan (De Solla Price 1964).
Perangkat mekanis Cerdik telah dibangun untuk meniru perilaku hewan,
misalnya ‘ Vaucanson’s duck (de Vaucanson 1738, Chapuis dan Droz
1958). Para ahli fisiologi perintis Jacques Loeb membandingkan perilaku
3
"lebih rendah" hewan dengan mesin heliotropic buatan, perangkat berikut
cahaya terbuat dari motor, photocells dan relay (Loeb 1918).
Breder (1926) mengembangkan dua model kapal, satu didorong
oleh sirip mengepakkan dan yang lainnya oleh sirip bergelombang, untuk
mempelajari propulsi ikan. Lima puluh tahun yang lalu munculnya
cybernetics melihat bangunan dari serangkaian perangkat elektromekanis
dimaksudkan untuk menggali aspek perilaku hewan, seperti mesin
"homeostat" (Ashby 1952) dan "penyu" reaktif (Walter 1961). Sejumlah
perangkat serupa dibangun di sekitar waktu ini dijelaskan di Young
(1969).
Meskipun munculnya teknologi transistor modern dan komputer mungkin
telah diharapkan untuk mendukung kemajuan lebih lanjut yang cepat
dalam membangun robot sepeti hewan, sebenarnya penekanan penelitian
utama menyimpang ke arah yang agak berbeda. Satu mungkin disebut
investigasi dari otak "tanpa tubuh": penekanan pada membangun mesin
dengan kekuatan akal manusia (kecerdasan buatan) bukan manusia (atau
hewan) kekuatan fisik. Meskipun beberapa dari mekanisme ini adalah
"biologis-terinspirasi," seperti pendekatan jaringan saraf, tugas diselidiki
adalah sebagian besar masih kognitif.
Bahkan di dalam biologi, dimana "analog" (yaitu model sirkuit
listrik) dari sistem hewan hipotesis kontrol terus digunakan sebagai alat
simulasi (misalnya Harmon 1961, Collewijn 1972; Collett 1980) sampai
digantikan oleh simulasi perangkat lunak saat ini, sistem "menutup loop "
dengan aktuator dan sensor. Di sisi lain, penyelidikan masalah fisik
sensing dan kontrol untuk sistem buatan yang agak dimasukkan oleh
mekanisasi, dengan penelitian robot banyak yang berasal dari
kekhawatiran industri (dengan pengecualian utama beberapa penelitian
4
penting tentang robot humanoid di kelompok peneliti Jepang seperti yang
dari Ichiro Kato). Teori cybernetic untuk mengoperasikan sistem ini
dikembangkan formalisme matematika canggih, tetapi pada umumnya
tidak terkait erat dengan biologi. Salah satu alasan mungkin terbatasnya
pemahaman bagaimana sistem biologis benar-benar bekerja.
Jadi pembangunan paralel dalam biologi yang sangat penting bagi
munculnya Biorobotika adalah penerapan teori kontrol sistem dan
teknik rekayasa lain untuk mempelajari perilaku hewan. Pada
perilaku sensorik-motorik arthropoda dan mulai dengan karya von Holst
dan Mittel - staedt (terakhir di Schone 1984). Sistem arthropoda banyak
dilakukan di pertengahan hingga abad kedua puluh yang terakhir.
Beberapa contoh dari banyak sistem dipelajari meliputi: fly vision (
Buchner 1984), ant navigation (Wehner 1989), walking in the stick insect
(Cruse 1990), crab oculomotor behavior (Horridge dan Sandeman 1964).
Penelitian ini, dan penelitian serupa lainnya, dasar data kuantitatif pada
kinerja hewan yang siap untuk dimasukkan ke dalam biorobotika yang
mulai muncul pada dekade terakhir abad kedua puluh.
Dua peristiwa penting dalam pengembangan Biorobotika saat ini
adalah publikasi dari Kendaraan yang ramping, percobaan di Psikologi
Sintetis (Braitenberg 1984) dan munculnya perilaku berbasis robot
(Brooks 1986a). Brooks dan rekan memperluas bidang kecerdasan buatan
untuk mempertimbangkan masalah yang dihadapi oleh relatif serangga
sederhana seperti robot yang harus navigasi dalam dunia nyata.
Pada periode ini juga, termasuk robot berjalan yang sangat
mengesankan dikembangkan di Massachusetts Institute of Technology
Lego Lab (Raibert 1986), dan penerapan Arbib 's (1972) berbasis biologis
"teori skema" untuk robot otonom oleh Arkin (1987). Bidang kehidupan
5
buatan (Langton 1989) dan perilaku adaptif atau "animats" (Meyer dan
Guillot 1990) juga muncul sekitar periode ini, dengan penekanan pada
replikasi buatan perilaku prekognitif, meskipun sebagian besar masih
dalam simulasi.
Hal ini menyebabkan dalam beberapa tahun terakhir dalam
peningkatan pesat dalam jumlah model kompetensi hewan tertentu yang
diimplementasikan dalam perangkat robot, didorong baik oleh kemajuan
teknologi, seperti yang disebutkan di atas, dan dalam memperluas kami
pengetahuan tentang sistem sensorik, motorik, dan saraf hewan.
1.2 Contoh biorobotika :
Mekanisme saraf di phonotaxis kriket oleh Barbara Webb mulai
bagian Sistem Sensorik. Sebuah model robot jangkrik digunakan
untuk menguji model neuron untuk lokalisasi suara oleh serangga
bising.
Gambar 1.1. Robot jangkrik(sumber: http://homepages.inf.ed.ac.uk)
6
Frank Grasso meneliti dunia penciuman berbasis panduan dalam
lobster. Robot yang disajikan adalah salah satu contoh pertama dari
biorobot laut.
Gambar 1.2. Robot Lobster(sumber: http://www.ecoworld.com/animals)
Navigasi cahaya terpolarisasi pada serangga telah lama menarik
bagi ahli biologi dan bab berikutnya oleh Ralf Moeller dan rekan
menyajikan robot dengan sistem visual model yaitu semut gurun
Catagiyphis. "Sahabot" digunakan untuk menguji hipotesis tentang
cara Cataglyphis menggunakan pola polarisasi skylight untuk
menemukan jalan kembali ke liang gurun nya.
Gambar 1.3. Robot semun gurun(Sumber : http://www.ti.uni-bielefeld.de)
7
Franceschini dan rekan Stephane Violett menyajikan sebuah sistem
pelacakan baru dan kuat visual yang menggunakan amplitudo
rendah pemindaian photodetektor. Sistem seperti itu mungkin
memiliki analog di kompleks lalat yang otot kecil berosilasi array
fotoreseptor.
Gambar 1.4. Robot lalat(Sumber :http://cme2012.ieee-icma.org)
Roger Quinn dan Roy Ritzmann meninjau pekerjaan mereka dalam
mengembangkan robot hexapod dengan kecoa kinematika dan
kontrol. Karya ini adalah contoh yang sangat baik tentang
bagaimana kolaborasi dekat seorang insinyur dan ahli biologi dapat
menyebabkan kemajuan dalam kedua bidang.
Gambar 1.5. Robot Kecoa(Sumber : http://www.makdikipe.com)
8
Holk Cruse menyajikan argumen menarik bahwa pemahaman
tentang bagaimana otak mengontrol kompleks, beberapa derajat
kebebasan sistem motorik, seperti enam kaki serangga (the six legs
of the stick insect), dapat memberi kita wawasan penting
bagaimana yang disebut fungsi kognitif yang lebih tinggi
dilaksanakan.
Gambar 1.6. Robot seangga enam kaki(Sumber : http://www.cit-ec.de)
Brian Scassellati membahas aplikasi robot humanoid untuk
mempelajari perkembangan sosial manusia.
Gambar 1.7. Robot Humanoid(Sumber : http://www.plasticpals.com)
Biorobotika adalah bidang baru yang akan menjadi ilmiah yang kuat
hanya melalui perdebatan yang penuh semangat dan penerapan standar
9
yang ketat dari utilitas ilmiah. Tidak boleh dilupakan bahwa biorobot
merupakan model hewan yang hidup dan, seperti semua model, memiliki
kegunaan yang sesuai dan terbatas.
166
Daftar Pustaka
1. Gandjar K, Filipus RK, Yohannes TT, Galih S., Akthur F,‘Perancangan Bentuk Geometri dan Derajat Kebebasan dan AnalisaKestabilan Robot Humanoid “Makara 1”, Departemen Teknik Mesin -Universitas Indonesia
2. Jennifer Castriotta & all, ‘ Humanoid Robot Development,WORCESTER POLYTECHNIC INSTITUTE
3. Kenji KANEKO, Fumio KANEHIRO, Shuuji KAJITA, KazuhikoYOKOYAMA Kazuhiko AKACHI , Toshikazu KAWASAKI ,Shigehiko OTA , and Takakatsu ISOZUMI , ‘Design of PrototypeHumanoid Robotics Platform for HRP,’ Proceedings of the 2002IEEE/RSJ Intl. Conference on Intelligent Robots and Systems EPFL,Lausanne, Switzerland • October 2002
4. Lukman Arif Kurniawan, Tri Arief Sardjono,, Djoko Purwanto,’PENGENLAN WICARA UNTUK PERINTAH GERAK ROBOTHUMANOID’, Jurusan Teknik Elektro FTI - ITS
5. Erik V. Cuevas, Daniel Zaldivar, Raul Rojas,’ Bipedal robotdescription,’ Freie UniversitÄat Berlin, Institut fÄur InformatikTakustr. 9, D-14195 Berlin, Germany
6. Widodo Budiharto, Paulus Andi Nalwan, ‘ Membuat sensiri robotHumanoid,’ PT. ElexMedia Komputindo, 2009.
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Robot_software8. http://www.robotshop.com/gorobotics/articles/microcontrollers/how-
to-make-a-robot-lesson-10-programming-your-robot9. http://basicmicro.wikia.com/wiki/MBasic:_Learning_about_the_Basic
ATOM10. www.parallax.com11. www.arduino.cc12. www.atmel.com
Jl. Kenari No.13, Jakarta Pusat 10430, Telp. 3193 0220, 3193 0226Jl. Margonda Raya No.100, Pondok Cina, Depok 16424, Telp. 7888 1112, 786 3819, 787 2828Jl. Akses UI, Kelapa Dua, Cimanggis 16951, Telp. 871 0561, 872 7541, 861 9525Jl. KH. Noer Ali, Kalimalang, Bekasi, Telp.8886 0118
Homepage : http://www.gunadarma.ac.ide-mail : sektor@gunadarma.ac.id