bab iv implementasi dan pengujian -...

IV-1

BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN

IV.1 Implementasi Pemrograman Gerakan Langkah Biped

Robot

Sarana yang digunakan dalam implementasi pemrograman gerakan langkah biped

robot mencakup perangkat keras dan perangkat lunak akan diuraikan berikut ini.

Perangkat keras yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Intel Pentium 4 CPU 2.00 GHz

2. RAM 784 MB

3. Harddisk Seagate Barracuda 160 GB

4. Perangkat masukan: mouse dan keyboard

5. Perangkat komunikasi: kabel USB dan Bluetooth

Sedangkan perangkat lunak yang digunakan adalah sebagai berikut:

1. Sistem operasi Microsoft Windows XP Professional Version 2002 Service

Pack 2

2. Perangkat pemrograman Microsoft Visual Studio 2005 dengan .NET

Framework 2.0

3. Bahasa pemrograman C#

4. Library NXT# buatan Bram Fokke dan Dermot Balson

5. Perangkat pemrograman Bricx Command Center

6. Bahasa pemrograman NXC

IV.2 Aplikasi Pengujian Langkah Biped Robot

Dalam pengimplementasian gerakan langkah biped robot, ternyata rumus gaya

yang menjadi dasar pergerakan tidak bisa diimplementasikan secara eksplisit.

Melainkan menggunakan parameter sudut dan gaya putar servo motor sehingga

IV-2

keseimbangan dari rumus gaya yang diinginkan terpenuhi. Untuk itu sebagai

pengujian langkah biped robot dengan tujuan mendapatkan parameter yang tepat,

dibangun sebuah aplikasi yang memiliki beberapa fungsi pengujian. Yang

pertama adalah pengujian motor. Pengujian motor dapat dilakukan dengan dua

cara, yaitu dengan tombol kontrol motor yang merupakan fungsi form bawaan dari

NXT# atau dengan memasukkan parameter yang dibutuhkan untuk menjalankan

motor. Dengan pengujian motor ini didapatkan perkiraan masukan parameter yang

diperlukan untuk memutar sendi sebesar sudut tertentu. Hal ini dimaksudkan

untuk membantu menciptakan presisi perputaran motor yang tidak didukung oleh

fungsi Turn yang ada pada NXT#. Yang kedua adalah pengujian proses gerakan

langkah dengan parameter tenaga dan perpindahan sudut motor serta waktu proses

gerakan langkah.

Gambar IV-1 Antar Muka Aplikasi Pengujian Biped Robot

IV-3

Cara kerja dari aplikasi ini diawali dengan koneksi ke Brick NXT melalui

Bluetooth. Untuk melakukan koneksi sebelumnya harus diketahui dahulu COM

Port yang digunakan oleh Bluetooth untuk melakukan komunikasi dengan Brick

NXT. Setelah PC terkoneksi dengan Brick NXT maka kontrol terhadap servo

motor dapat dilakukan. Pengujian yang dapat dilakukan adalah pemutaran servo

motor dengan kecepatan tertentu untuk waktu tertentu sehingga dapat

mendapatkan variabel untuk menghasilkan putaran sudut yang presisi. Selain itu

terdapat juga fungsi pengetesan gerakan langkah yang mengintegrasikan putaran

tiga servo motor dengan parameter waktu sehingga dapat dihasilkan gerakan yang

baik.

Fungsionalitas dari aplikasi pengujian ini adalah sebagai berikut:

1. Panel Koneksi

Melakukan koneksi dari komputer ke Brick NXT melalui Bluetooth

melalui COM port yang terhubung dengan NXT.

2. Panel Motor

Fungsi penggerak untuk masing-masing servo motor (A,B, dan C) dengan

atau tanpa parameter waktu delay, besar sudut, dan tenaga.

3. Panel Walking

Fungsi penggerak ketiga servo motor untuk melakukan gerakan langkah

dengan parameter masukan:

a. Support

Lima waktu delay untuk servo motor dengan urutan perintah

sebagai berikut: diam, berputar dengan kekuatan Power pertama,

diam, berputar dengan kekuatan Power kedua, diam.

b. Swing

Tiga waktu delay untuk servo motor dengan urutan perintah

sebagai berikut: diam, berputar dengan kekuatan Power, diam.

c. Hip

Tiga waktu delay untuk servo motor dengan urutan perintah

sebagai berikut: diam, berputar dengan kekuatan Power, diam.

IV-4

d. Kaki support

Memilih antara servo motor A (kaki kanan) atau B (kaki kiri)

sebagai kaki yang melakukan support.

e. Body

Memilih antara menggunakan putaran badan atau tidak

4. Tombol Walk w/Body

Melakukan gerakan langkah dengan putaran badan.

5. Tombol Walk w/out Body

Melakukan gerakan langkah tanpa putaran badan.

IV.3 Algoritma Gerakan Langkah Biped Robot

IV.3.1 Implementasi Menggunakan NXT#

Proses gerakan langkah yang akan dijalankan secara konkuren oleh ketiga fungsi

utama penggerak servo motor mewakili satu siklus gerakan langkah yang

dilakukan oleh biped robot. Siklus tersebut digambarkan oleh Gambar IV-2.

Namun thread 2 tidak dibutuhkan bagi gerakan langkah yang tidak menggunakan

putaran badan.

Gambar IV-2 Proses Satu Langkah Biped Robot

Algoritma yang akan menjalankan biped robot terdiri dari fungsi penggerak motor

pinggang ke kiri dan kanan, fungsi untuk kaki pijak, dan fungsi untuk kaki ayun.

IV-5

Algoritma dari fungsi utama yang akan menjalankan ketiga thread dituliskan pada

Algoritma IV-1. Sementara bila biped robot tidak menggunakan putaran badan

ketiga melangkah hanya memerlukan dua thread yang dapat dilihat pada

Algoritma IV-2. Untuk algoritma fungsi kaki tumpu, kaki ayun, dan pemutar

pinggang dapat dilihat pada Algoritma IV-3, Algoritma IV-4, dan Algoritma IV-5.

//Fungsi setengah langkah kaki

fungsi Step()

if (kaki kanan == kaki tumpu) //Kaki kiri melangkah

//Fungsi pemutar pinggang ke kanan

Thread1 : hipRight()

//Fungsi kaki kanan sebagai kaki tumpu

Thread2 : rightSupport()

//Fungsi kaki kiri sebagai kaki ayun

Thread3 : leftSwing()

Thread1.Start();

Thread2.Start();

Thrad3.Start();

Else //Kaki kanan melangkah

//Fungsi pemutar pinggang ke kiri

Thread1 : hipRight()





Thread1.Start();

Thread2.Start();

Thrad3.Start();

Algoritma IV-1 Fungsi Setengah Langkah Kaki Dengan Putaran Badan

IV-6

//Fungsi setengah langkah kaki

fungsi Step()

if (kaki kanan == kaki tumpu) //Kaki kiri melangkah





Thread1.Start();

Thread2.Start();

Else //Kaki kanan melangkah





Thread1.Start();

Thread2.Start();

Algoritma IV-2 Fungsi Setengah Langkah Kaki Tanpa Putaran Badan

fungsi Swing() //Fungsi kaki ayun

int Power1, Time1, Time2, Time3;

Wait(Time1);

Turn(-Power1, 0); //Memutar motor dengan kekuatan sebesar

Power1

//ke arah sebaliknya

Wait(Time2); //selama waktu Time2

Brake(); //Menghentikan motor dengan rem

Wait(Time3);

Algoritma IV-3 Fungsi Kaki Ayun

IV-7

fungsi Support() //Fungsi kaki tumpu

int Power1, Power2, Time1, Time2, Time3, Time4, Time5;

Wait(Time1);

//Memutar motor dengan kekuatan sebesar Power1

Turn(Power1, 0);


Brake(); //Menghentikan motor dengan rem



Turn(Power2, 0)


Coast(); //Menghentikan motor tanpa rem

Wait(Time5);

Algoritma IV-4 Fungsi Kaki Tumpu

fungsi Hip() //Fungsi pemutar pinggang

int Power1, Time1, Time2, Time3;

Wait(Time1);


Turn(Power1, 0);


Coast(); //Menghentikan motor dengan rem

Wait(Time3);

//Memutar motor dengan kekuatan sebesar Power1 ke arah

//sebaliknya

Turn(-Power1, 0);


Coast(); //Menghentikan motor dengan rem

Algoritma IV-5 Fungsi Pemutar Pinggang

IV-8

IV.3.2 Implementasi Menggunakan NXC

Implementasi menggunakan NXC dilakukan berdasarkan hasil aplikasi pengujian

yang dibangun dengan library NXT#. Namun hal yang berbeda adalah tidak

digunakannya proses yang konkuren dikarenakan keterbatasan yang masih

terdapat pada bahasa NXC. Sehingga nantinya dapat dibandingkan pula hasil

proses yang serial dan paralel.

task main()

//Mengeset sensor sonar

SetSensorLowspeed(IN_4);

RotateMotor(OUT_C, 50, 250);

//Berhenti berjalan bila sonar mendeteksi benda sejauh 30 cm

while (SensorUS(IN_4)>30)

//Langkah kaki kiri

RotateMotor(OUT_A, 75, 40);

Off(OUT_A);

RotateMotor(OUT_B, 65, -60);

OnFwd(OUT_A, 50);

Wait(300);

Coast(OUT_B); Coast(OUT_A);

//Langkah kaki kanan

RotateMotor(OUT_C, 60, -600);

Coast(OUT_C);

RotateMotor(OUT_B, 60, 35);

Off(OUT_B);

RotateMotor(OUT_A, 65, -60);

OnFwd(OUT_B, 50);

Wait(300);

Coast(OUT_A); Coast(OUT_B);

RotateMotor(OUT_C, 60, 500);

RotateMotor(OUT_C, 50, -250);

Algoritma IV-6 Gerakan Langkah Biped Robot Dengan Putaran Badan

IV-9

Prinsipnya gerakan langkah yang diimplementasikan secara serial dengan bahasa

NXC sama seperti paralel. Namun fase support dan swing dilakukan secara

berurutan seperti digambarkan pada algoritma IV-5. Selain itu untuk

menambahkan fitur dari gerakan langkah biped robot digunakan sensor sonar

untuk memberi robot perintah berhenti berjalan bila ada benda di depannya sejauh

30 cm. Algoritma IV-6 memperlihatkan algoritma yang digunakan dalam

melakukan gerakan langkah tanpa putaran badan, sedangkan bila biped robot

melangkah dengan menggunakan gerakan badan maka digunakan Algoritma IV-7.

task main()

//Mengeset sensor sonar

SetSensorLowspeed(IN_4);

//Berhenti berjalan bila sonar mendeteksi benda sejauh 30 cm

while (SensorUS(IN_4)>30)

//Langkah kaki kiri

RotateMotor(OUT_A, 75, 40);

Off(OUT_A);

RotateMotor(OUT_B, 65, -60);

OnFwd(OUT_A, 50);

Wait(300);

Coast(OUT_B); Coast(OUT_A);

//Langkah kaki kanan

RotateMotor(OUT_B, 60, 35);

Off(OUT_B);

RotateMotor(OUT_A, 65, -60);

OnFwd(OUT_B, 50);

Wait(300);

Coast(OUT_A); Coast(OUT_B);

Wait(200);

Algoritma IV-7 Gerakan Langkah Biped Robot Dengan Putaran Badan

IV-10

IV.4 Hasil Pengujian

Karena persamaan gaya tidak dapat diimplementasikan secara eksplisit pada biped

robot, maka untuk menghasilkan gerakan langkah biped robot yang terbaik maka

dilakukan beberapa pengujian dengan memasukkan beberapa parameter seperti

waktu, besar perpindahan sudut, dan juga tenaga yang digunakan untuk memutar

motor.

IV.4.1 Pengujian Keseimbangan

Pengujian keseimbangan dilakukan dengan penggerakan sendi pinggang dalam

keadaan single support statis atau robot tidak bergerak. Pengujian ini untuk

mendapatkan sudut yang tepat agar CPCMz

CM rT)zF(Fr rrr

+= terpenuhi dengan

pertanda biped robot bisa seimbang atau tidak terjatuh.

Tabel IV-1 Hasil Pengujian Keseimbangan

Perubahan sudut servo motor Sudut badan Keadaan

90 10 Tidak seimbang



360 40 Seimbang

450 50 Seimbang

540 60 Seimbang

IV.4.2 Pengujian Ayunan Langkah

Pengujian ayunan langkah dilakukan dengan penggerakan sendi lutut kiri dan

kanan dalam keadaan dinamis atau robot bergerak. Didapatkan hasil terbaik untuk

menentukan variabel yang digunakan dalam proses langkah yang telah dijabarkan

dalam algoritma di bab IV.3.1. Definisi hasil terbaik adalah keadaan di mana

biped robot bisa melakukan gerakan langkah secara tepat dengan parameter yang

dibutuhkan, yaitu waktu dan tenaga putaran servo motor.

IV-11

Tabel IV-2 Hasil Pengujian Ayunan Langkah

Fase Hasil

Kaki kanan sebagai kaki tumpu Power1=70, Power2=50, Time1=800,

Time2=250, Time3=550, Time4=300,

Time5=500.

Kaki kiri sebagai kaki ayun Power1=30, Time1=1000, Time2=600,

Time3=800.

Kaki kiri sebagai kaki tumpu Power1=50, Power2=40, Time1=800,

Time2=250, Time3=650, Time4=400,

Time5=300.

Kaki kanan sebagai kaki ayun Power1=50, Time1=1100, Time2=700,

Time3=600.

Pinggang Power1=50, Time1=800, Time2=800,

Time3=800.

IV.5 Pengujian Zero Moment Point (ZMP)

Pada prinsipnya, untuk membuat biped robot diharuskan memenuhi kaidah ZMP

yang telah dibahas pada subbab IV.2. Namun karena keterbatasan kemampuan

kontrol dari pemrograman terhadap biped robot yang dibuat maka kaidah tersebut

tidak dapat digunakan untuk menggenerasi proses berjalan. Untuk itu gerakan

langkah yang telah dihasilkan akan diuji apakah telah memenuhi ZMP dengan

cara membandingkan pusat massa setiap gerakan dengan titik ZMP seharusnya

pada saat itu. Pemodelan yang dibuat dalam bidang xy dan xz untuk mendapatkan

pusat massa setiap saatnya digambarkan pada gambar IV-3.

IV-12

Gambar IV-3 Pemodelan Biped Robot dalam Bidang xy dan xz

IV.5.1 Perhitungan Pusat Massa

IV.5.1.1 Bagian Badan

Pemodelan dari bagian badan untuk mempermudah perhitungan pusat massa

digambarkan oleh gambar IV-4. Gambar tersebut menunjukkan pemodelan bagian

badan dalam bidang yang dibentuk sumbu x dan y (tampak atas), dan bidang yang

dibentuk sumbu x dan z (tampak samping). Badan terdiri dari Brick dengan berat

325 gram dan bagian lainnya (servo motor dan dudukan badan) dengan berat 150

gram. Untuk menghitung pusat massa di setiap sumbu digunakan rumus berikut:

mTotalmp

pTotalmTotal

mpTotalp

iiii ∑∑ ×

=××

……………………………………...(10)

dengan

pi = panjang bagian i pada sumbu

pTotal = panjang total badan pada sumbu

mi = massa bagian i; mTotal = massa total badan

IV-13

Gambar IV-4 Pemodelan Bagian Badan

Sumbu x:

Perhitungan pusat massa pada sumbu x adalah:

32.4475

15053254=

×+× cm

Sumbu y:

Pusat massa terletak tepat di tengah dengan asumsi berat badan sebelah kiri dan

kanan sama besar, sehingga pusat massa untuk sumbu y adalah 4.5 cm.

Sumbu z:

Perhitungan pusat massa pada sumbu z adalah:

8.5475

)325127(7)32512

5150(5=

××+×+×cm

IV-14

IV.5.1.2 Bagian Kaki

Bagian kaki terbentuk dari rangka berongga dan sebuah servo motor. Untuk

memudahkan perhitungan pusat massa diasumsikan menjadi sebuah balok dengan

berat bertumpu kepada poros servo motor.

Sumbu x:

Pusat massa terletak pada poros servo motor, sehingga letak pusat massa dihitung

untuk beberapa fase pergerakan, yaitu:

Tabel IV-3 Letak Pusat Massa Sumbu-x Bagian Kaki

Fase Pusat massa

Fase kaki di depan badan 5 cm

Fase kaki sejajar badan 4.5 cm

Fase kaki di belakang badan 4 cm

Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar IV-5.

Gambar IV-5 Perubahan Pusat Massa Kaki

IV-15

Sumbu y:

Pusat massa terletak tepat di tengah dengan asumsi berat badan sebelah kiri dan

kanan sama besar, sehingga pusat massa untuk sumbu y adalah 3.5 cm.

Sumbu z:

Pusat massa terletak pada poros servo motor, yaitu pada 8 cm sumbu z.

IV.5.1.3 Fase Perhitungan Pusat Massa

Perhitungan pusat massa pada gerakan langkah dilakukan dalam beberapa fase

krusial dari proses setengah gerakan langkah. Setengah gerakan langkah dibagi

menjadi enam fase dimulai dari fase 0 yang menjadi posisi inisial hingga diakhiri

fase 5 sebagai inisiasi proses setengah gerakan langkah selanjutnya. Setiap fase

menyebabkan perubahan tersendiri terhadap masing-masing pusat massa setiap

bagian. Definisi setiap fase beserta perhitungan perubahan yang terjadi pada setiap

fase digambarkan pada gambar IV-6 dan dijabarkan pada tabel IV-4. Sementara

itu biped robot yang dibentuk dibedakan menjadi yang menggunakan putaran

badan dan tidak menggunakan putaran badan. Untuk biped robot yang tidak

menggunakan putaran badan maka tidak memiliki fase 1 dan 5.

Tabel IV-4 Fase Perhitungan Pusat Massa

Fase Deskripsi Fase Pengaruh Terhadap Pusat

Massa Bagian Lain

Fase 0 Posisi awal sebelum dimulainya

proses gerakan

-

Fase 1 Posisi ketika badan memutar ke kiri

untuk memindahkan berat ke kanan

Ax berubah sebesar 40˚

terhadap sumbu putar (5.5

cm).

Ay berubah sebesar 40˚

terhadap sumbu putar (5.5

cm).

Fase 2 Posisi ketika kaki tumpu Ax dan Cx maju sejauh 3 cm.

IV-16

Fase Deskripsi Fase Pengaruh Terhadap Pusat

Massa Bagian Lain

meluruskan kaki Az dan Cz naik setinggi 0.7

cm.

Bx berubah menjadi 4.5 cm

(Tabel IV-3).

Fase 3 Posisi ketika kaki ayun

mengayunkan kaki ke depan

Cx berubah menjadi 5 cm

(Tabel IV-3) dan maju sejauh

6 cm.

Fase 4 Posisi ketika kaki tumpu

menjatuhkan tumpuan

Ax dan Cx maju sejauh 3 cm.

Az dan Cz turun setinggi 0.7

cm.

Fase 5 Posisi ketika badan memutar ke

kanan untuk memulai proses

gerakan selanjutnya

Ax dan Ay kembali ke posisi

awal.

Keterangan:

Ax = Pusat massa sumbu x bagian A

Ay = Pusat massa sumbu y bagian A

Az = Pusat massa sumbu z bagian A

Bx = Pusat massa sumbu x bagian B

By = Pusat massa sumbu y bagian B

Bz = Pusat massa sumbu z bagian B

Cx = Pusat massa sumbu x bagian C

Cy = Pusat massa sumbu y bagian C

Cz = Pusat massa sumbu z bagian C

IV-17

Gambar IV-6 Fase Perhitungan Pusat Massa dan ZMP

IV.5.1.4 Hasil Perhitungan Pusat Massa

Dari perhitungan pusat massa yang telah dilakukan, maka didapatkan pusat massa

setiap saatnya untuk masing-masing bagian. Hasil pusat massa per bagian untuk

biped robot yang menggunakan putaran badan dituliskan pada tabel IV-5,

sedangkan yang tidak menggunakan putaran badan dituliskan pada tabel IV-6.

Kedua tabel menjabarkan pusat massa untuk ketiga bagian badan dalam tiga

sumbu, x, y, dan z pada setiap fase.

Tabel IV-5 Pusat Massa Per Bagian (Dengan Putaran Badan)

Bagian Pinggang Kaki tumpu Kaki ayun

Sumbu x y Z x y z x y Z

Fase 0 5.82 8.00 19.80 11.00 12.50 8.00 4.00 3.50 8.00

Fase 1 7.79 8.88 19.80 11.00 12.50 8.00 4.00 3.50 8.00

Fase 2 10.79 8.88 20.50 10.50 12.50 8.00 7.00 3.50 8.70

Fase 3 10.79 8.88 20.50 10.50 12.50 8.00 14.00 3.50 8.70

Fase 4 13.79 8.88 19.80 10.00 12.50 8.00 17.00 3.50 8.00

Fase 5 11.82 8.00 19.80 10.00 12.50 8.00 17.00 3.50 8.00

IV-18

Tabel IV-6 Pusat Massa Per Bagian (Tanpa Putaran Badan)

Bagian Pinggang Kaki tumpu Kaki ayun

Sumbu x y Z x y z x y Z

Fase 0 5.82 8.00 19.80 11.00 12.50 8.00 4.00 3.50 8.00

Fase 2 8.82 8.00 20.50 10.50 12.50 8.00 7.00 3.50 8.70

Fase 3 8.82 8.00 20.50 10.50 12.50 8.00 14.00 3.50 8.70

Fase 4 11.82 8.00 19.80 10.00 12.50 8.00 17.00 3.50 8.00

Selanjutnya untuk menghitung pusat massa keseluruhan digunakan rumus (11).

mTotalmqCM

qCM iiseluruh

∑ ×=

)()( ...........................................................................(11)

dengan

CMseluruh(q) = pusat massa keseluruhan untuk sumbu q

CMi(q) = pusat massa bagian i untuk sumbu q

mi = massa bagian i

mtotal = massa total

Tabel IV-7 Pusat Massa Total (Gerakan Langkah dengan Putaran Badan)

Sumbu X Y Z

Fase 0 6.47 8.00 15.23

Fase 1 7.68 8.54 15.23

Fase 2 10.00 8.54 15.80

Fase 3 11.35 8.54 15.80

Fase 4 13.68 8.54 15.23

Fase 5 12.47 8.00 15.23

Tabel IV-8 Pusat Massa Total (Gerakan Langkah Tanpa Putaran Badan)

Sumbu X Y Z

Fase 0 6.47 8.00 15.23

Fase 2 8.79 8.00 15.80

Fase 3 10.15 8.00 15.80

Fase 4 12.47 8.00 15.23

IV-19

IV.5.2 Perhitungan ZMP

ZMP dihitung dengan rumus yang telah dijelaskan pada subbab II.4, yaitu:

∑∑∑∑

∑∑∑∑

=

===

=

===

+

Ω−−+=

+

Ω−−+=

n

i ii

n

i ixixn

i iiin

i iiizmp

n

i ii

n

i iyiyn

i iiin

i iiizmp

gzm

Izymygzmy

gzm

Izxmxgzmx

1

111

1

111

)(

)(

)(

)(

&&

&&&&&&

&&

&&&&&&

...........................................(9)

di mana nilai-nilai dari variabel yang terdapat pada rumus tersebut dituliskan pada

Tabel IV-9, Tabel IV-10, dan Tabel IV-11. Nilai dari Tabel IV-11 didapatkan dari

referensi kecepatan sudut servo motor [HUR07]. Nilai-nilai dari tabel IV-9 dan

Tabel IV-10 didapatkan dari rumus-rumus berikut:

Rumus Kecepatan

txx

x 01 −=&& ...(12) t

yyy 01 −=&& ...(13)

tzz

z 01 −=&& ...(14)

di mana

zyx &&&&&& ,, = kecepatan untuk sumbu x,y,z

x1, y1, z1 = titik akhir x,y,z

x0, y0, z0 = titik awal x,y,z

t = waktu

Rumus Inersia

2

31)( mlxI kaki = .................................................................................(15)

0)( =yI kaki ..........................................................................................................(16)

dari rumus inersia batang dengan sumbu putar di ujung batang [SAR02]

)(121)( 22

capinggang mmxI += ...............................................................................(17)

)(121)( 22

cbpinggang mmyI += ...............................................................................(18)

IV-20

dari rumus inersia segi empat panjang dengan sumbu putar melalui pusat massa

[SAR02]

di mana

Ikaki(x) = inersia kaki untuk sumbu x

Ipinggang(x) = inersia pinggang untuk sumbu x

Ipinggang(y) = inersia pinggang untuk sumbu y

m = massa benda

l = panjang benda

ma = panjang sumbu x

mb = panjang sumbu y

mc = panjang sumbu z

Tabel IV-9 Nilai Variabel Kecepatan Untuk Setiap Bagian Dalam Setiap Sumbu

Bagian Pinggang Kaki Tumpu Kaki Ayun

Sumbu x' y' z' x' y' z' x' y' z'

Fase 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Fase 1 2.46 1.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Fase 2 12.00 0.00 2.80 ‐2.00 0.00 0.00 12.00 0.00 2.80

Fase 3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 11.67 0.00 0.00

Fase 4 10.00 0.00 ‐2.33 ‐1.67 0.00 0.00 10.00 0.00 ‐2.33

Fase 5 ‐2.46 ‐1.10 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Tabel IV-10 Nilai Variabel Inersia Untuk Setiap Bagian Dalam Setiap Sumbu


Sumbu X Y Z x Y z x' y' z'

Fase 0 8906.25 8906.25 0.00 9800.00 0.00 0.00 9800.00 0.00 0.00

Fase 1 8906.25 8906.25 0.00 9800.00 0.00 0.00 9800.00 0.00 0.00

Fase 2 8906.25 8906.25 0.00 9800.00 0.00 0.00 9800.00 0.00 0.00

Fase 3 8906.25 8906.25 0.00 9800.00 0.00 0.00 9800.00 0.00 0.00

Fase 4 8906.25 8906.25 0.00 9800.00 0.00 0.00 9800.00 0.00 0.00

Fase 5 8906.25 8906.25 0.00 9800.00 0.00 0.00 9800.00 0.00 0.00

IV-21

Tabel IV-11 Nilai Variabel Kecepatan Sudut Untuk Setiap Bagian Per Sumbu


Sumbu Ωx Ωy Ωz Ωx Ωy Ωz Ωx Ωy Ωz

Fase 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Fase 1 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Fase 2 0.00 0.00 0.00 0.00 9.25 0.00 0.00 0.00 0.00

Fase 3 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 5.23 0.00

Fase 4 0.00 0.00 0.00 0.00 8.02 0.00 0.00 0.00 0.00

Fase 5 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

Untuk menghitung ZMP gerakan langkah dengan putaran badan maka digunakan

nilai dari semua fase, sedangkan untuk ZMP tanpa putaran badan tidak

menggunakan fase 1 dan fase 5.

Setelah nilai-nilai variabel tersebut dimasukkan ke dalam rumus ZMP, maka

didapatkan ZMP untuk gerakan langkah dengan putaran badan maupun tanpa

putaran badan yang dituliskan pada tabel IV-12 dan IV-13. Sedangkan

perbandingan dari hasil ZMP dan pusat massa yang dimiliki oleh biped robot

digambarkan dalam grafik perbandingan pada gambar IV-7 dan gambar IV-8.

Tabel IV-12 ZMP Gerakan Langkah Dengan Putaran Badan

Sumbu X Y Z

Fase 0 6.47 8.00 0

Fase 1 7.65 8.53 0

Fase 2 9.83 8.54 0

Fase 3 11.33 8.54 0

Fase 4 13.54 8.54 0

Fase 5 12.50 8.01 0

IV-22

Gambar IV-7 Kurva Perbandingan Pusat Massa dan ZMP

Tabel IV-13 ZMP Gerakan Langkah Tanpa Putaran Badan

Sumbu X Y Z

Fase 0 6.47032258 8.00000000 0

Fase 2 8.62447454 7.99756678 0

Fase 3 10.12809677 8.00000000 0

Fase 4 12.33469367 8.00203609 0

Gambar IV-8 Kurva Perbandingan Pusat Massa dan ZMP

IV-23

Dari kedua grafik yang ditunjukkan oleh Gambar IV-7 dan IV-8 terlihat bahwa

perbandingan titik pusat massa dan ZMP serupa. Hanya terdapat perbedaan yang

sangat kecil sekali dalam ukuran di bawah 1mm. Sehingga dapat disimpulkan

bahwa biped robot yang dibangun telah memenuhi kaidah ZMP.

IV.6 Analisis Gerakan Langkah Biped Robot

IV.6.1 Perubahan Sudut

Perubahan sudut yang terbentuk selama pergerakan langkah biped robot adalah

seperti digambarkan pada gambar IV-9. Untuk gerakan langkah tanpa putaran

badan hanya berbeda pada keberadaan perubahan sudut pinggang. Bila

dibandingkan dengan perubahan sudut yang dimiliki oleh manusia, pada gambar

II-6 (inset pada gambar IV-3), maka dapat dilakukan analisis sebagai berikut:

1. Perubahan sudut pinggang berbeda karena pergerakan pinggang yang

dilakukan biped robot adalah memutar ke kanan dan kiri, tidak seperti

manusia yang ke depan dan belakang.

2. Perubahan sudut lutut cukup serupa, yang memberikan perbedaan adalah

besar perubahan sudut yang mampu dilakukan biped robot lebih kecil.

3. Perubahan sudut pergelangan kaki pada biped robot tidak disertakan

karena memang tidak memiliki sendi pergelangan kaki.

x : Persentase gerakan langkah, y : Besar sudut Gambar IV-9 Grafik Perubahan Sudut Biped Robot

100%

IV-24

IV.6.2 Perhitungan Momen

Sementara perubahan momen yang terbentuk selama pergerakan langkah biped

robot adalah seperti digambarkan pada gambar IV-4. Untuk gerakan langkah

tanpa putaran badan hanya berbeda pada keberadaan perubahan momen pinggang.

Perubahan momen didapatkan dari menghitung putaran tenaga yang dilakukan

oleh servo motor dalam satuan N.cm. Bila dibandingkan dengan perubahan sudut

yang dimiliki oleh manusia, pada gambar II-7 (inset pada gambar IV-4), maka

dapat dilakukan analisis sebagai berikut:

1. Perhitungan momen pinggang berbeda karena pergerakan pinggang yang

dilakukan biped robot adalah memutar ke kanan dan kiri, tidak seperti

manusia yang ke depan dan belakang.

2. Perhitungan momen cukup serupa, pada fase support menunjukkan

perubahan yang sama, namun tidak demikian pada fase swing. Hal ini

dikarenakan proses mengayun kaki yang dilakukan oleh biped robot lebih

sederhana dari yang dilakukan oleh manusia.

3. Perhitungan momen pergelangan kaki pada biped robot tidak disertakan

karena memang tidak memiliki pergelangan kaki.

x : Persentase gerakan langkah, y : Besar gaya putar

Gambar IV-10 Grafik Perubahan Momen Biped Robot

100%

IV-25

IV.6.3 Variabel Perbandingan Gerakan Langkah Biped Robot dan Manusia

Biped robot yang dibangun terdiri dari empat tipe, yaitu hasil implementasi

dengan NXT# menggunakan pergerakan badan (Tipe 1) dan tidak menggunakan

pergerakan badan (Tipe 2), serta implementasi dengan NXC menggunakan

pergerakan badan (Tipe 3) dan tidak menggunakan pergerakan badan (Tipe 4).

Hasil uji dari pergerakan langkah biped robot untuk seluruh jenis tipe memiliki

nilai variabel sebagai berikut: Tabel IV-14 Variabel Gerakan Langkah Biped Robot

Variabel Panjang

langkah (cm)

Frekuensi

langkah

(langkah/detik)

Kecepatan

(cm/detik)

Rasio Fase

Tipe 1 6.3 0.36 1.33

64:36 (Kiri)

65:35 (Kanan)

Tipe 2 6.3 0.66 2.67

Tipe 3 6.3 0.32 1.11

Tipe 4 6.3 0.66 3.16

Untuk dibandingkan dengan gerakan langkah manusia, maka hasil gerakan

langkah biped robot diskalakan sesuai dengan panjang langkah manusia

pembanding yang dituliskan pada Tabel IV-15.

Tabel IV-15 Variabel Pembanding Gerakan Langkah Manusia

Variabel Panjang

langkah (cm)

Frekuensi

langkah

(langkah/detik)

Kecepatan

(cm/detik)

Rasio Fase

3-6 tahun 43 2.5 108 58:42

7-11 tahun 54 2.2 119 59:41

12-18 tahun 67 2.9 129 60:40

Pria 79 1.95 154 60:40

Wanita 66 1.95 131 60:40

IV-26

Penyesuaian skala dilakukan dengan membandingkan panjang langkah biped

robot dengan manusia dan dikalikan dengan panjang langkah biped robot

sehingga nilai variabel kecepatan langkah biped robot dapat dibandingkan dengan

kecepatan langkah manusia. Kolom variabel menunjukkan skala untuk setiap

pembanding. Dari skala tersebut panjang langkah dinormalisasi menjadi setara

dengan panjang langkah manusia pembanding.

Tabel IV-16 Hasil Penyesuaian Skala Pembanding Dengan Tipe 1

Variabel Panjang

langkah (cm)

Frekuensi

langkah

(langkah/detik)

Kecepatan

(cm/detik)

Rasio Fase

Skala (6.8) 43 0.36 15.48 65:35

Skala (8.5) 54 0.36 19.44 65:35

Skala (10.6) 67 0.36 24.12 65:35

Skala (12.5) 79 0.36 28.44 65:35

Skala (10.5) 66 0.66 43.56 65:35


Variabel Panjang

langkah (cm)

Frekuensi

langkah

(langkah/detik)

Kecepatan

(cm/detik)

Rasio Fase

Skala (6.8) 43 0.66 28.38 65:35

Skala (8.5) 54 0.66 35.64 65:35

Skala (10.6) 67 0.66 44.22 65:35

Skala (12.5) 79 0.66 52.14 65:35

Skala (10.5) 66 0.66 43.56 65:35

IV-27


Variabel Panjang

langkah (cm)

Frekuensi

langkah

(langkah/detik)

Kecepatan

(cm/detik)

Rasio Fase

Skala (6.8) 43 0.32 13.76 65:35

Skala (8.5) 54 0.32 17.28 65:35

Skala (10.6) 67 0.32 21.44 65:35

Skala (12.5) 79 0.32 25.28 65:35

Skala (10.5) 66 0.32 21.12 65:35


Variabel Panjang

langkah (cm)

Frekuensi

langkah

(langkah/detik)

Kecepatan

(cm/detik)

Rasio Fase

Skala (6.8) 43 0.66 28.38 65:35

Skala (8.5) 54 0.66 35.64 65:35

Skala (10.6) 67 0.66 44.22 65:35

Skala (12.5) 79 0.66 52.14 65:35

Skala (10.5) 66 0.66 43.56 65:35

IV.6.4 Analisis Hasil Perbandingan Gerakan Langkah

Dari keempat tipe biped robot belum ada yang memiliki nilai variabel menyerupai

gerakan langkah manusia. Hal ini dikarenakan nilai frekuensi langkah yang masih

jauh. Dari keempat tipe, Tipe 2 dan Tipe 4 lah yang nilai frekuensi langkahnya

paling besar, 0.66 langkah per detik. Namun nilai itu baru sepertiga dari nilai

frekuensi langkah manusia yang paling kecil. Hal ini diakibatkan gerakan langkah

yang masih belum sempurna dan kurang dinamisnya gerakan tubuh yang dimiliki

oleh biped robot bila dibandingkan dengan manusia. Kunci untuk membuat

gerakan yang serupa berdasarkan variabel gerakan langkah manusia adalah

IV-28

membuat gerakan dengan frekuensi langkah yang menyerupai gerakan langkah

manusia. Gerakan yang belum sempurna diakibatkan oleh beberapa hal, yaitu:

perbedaan kekuatan servo motor yang tidak lagi sama, hubungan antar blok yang

tidak cukup kokoh, pengiriman data yang tidak terlalu besar melalui media

komunikasi Bluetooth sehingga perintah yang dieksekusi kadang tidak sempurna.

Untuk nilai perbandingan yang paling mendekati dimiliki oleh biped robot Tipe 2

dan Tipe 4 dengan persentase perbandingan terhadap langkah manusia sebagai

berikut dituliskan di Tabel IV-20.

Tabel IV-20 Persentase Perbandingan Dengan Gerakan Langkah Manusia

Variabel Panjang

langkah (cm)

Frekuensi

langkah

(langkah/detik)

Kecepatan

(cm/detik)

Rasio Fase

3-6 tahun Dinormalisasi 0.66 26.2% 83%

7-11 tahun Dinormalisasi 0.66 29.9% 85%

12-18 tahun Dinormalisasi 0.66 34.2% 87.5%

Pria Dinormalisasi 0.66 33.8% 87.5%

Wanita Dinormalisasi 0.66 33.2% 87.5%

Bobot kemiripan dari perbandingan variabel gerakan langkah didapatkan dari rata-

rata persentase kecepatan ditambahkan dengan rata-rata persentase rasio fase

dibagi dua. Sehingga nilai bobot kemiripannya adalah 58.78%.

Sementara, perbandingan antara keempat tipe pergerakan langkah yang dibuat

adalah sebagai berikut:

1. Tipe 1 dan Tipe 3 serupa karena memakai perhitungan yang sama dan

menggunakan putaran badan. Namun frekuensi langkah Tipe 3 lebih cepat

diakibatkan gerakan langkah yang lebih efektif menggunakan proses

serial.

IV-29

2. Tipe 2 dan Tipe 4 serupa karena memakai perhitungan yang sama dan

tidak menggunakan putaran badan.

3. Tipe 1 dan Tipe 3 sebagai hasil gerakan langkah dengan putaran badan

bila dibandingkan dengan Tipe 2 dan Tipe 4 sebagai hasil gerakan langkah

tanpa putaran badan memiliki frekuensi langkah yang lebih kecil akibat

proses memutar badan yang memerlukan waktu. Namun arah gerakan Tipe

1 dan Tipe 3 yang dihasilkan lebih stabil dibandingkan dengan Tipe 2 dan

Tipe 4.

Penggunaan thread untuk pemrograman gerakan langkah biped robot secara

paralel sangat berguna untuk menjaga keseimbangan tubuh robot saat berjalan,

namun belum tentu juga menghasilkan gerakan yang lebih baik dari proses

gerakan langkah yang berjalan serial. Akibat gerakan bagian tubuh robot yang

saling independen, tidak mempertimbangkan gerakan tubuh yang lainnya,

malahan proses berjalan secara serial menghasilkan gerakan yang lebih efektif.

bab iv implementasi dan pengujian -...

Documents