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