Robot Laba-Laba 4 Kaki pertemuan praktik

minggu 5

1. Robot Laba-Laba 4 Kaki: Konsep , Desain , dan Implementasi Minggu 10 Trinovita Z.J. M.Kom Perdana Putera, M.Eng

2. Pengantar Apa itu robot berkaki ? Perbedaan robot berkaki dan beroda .

3. Apa itu robot berkaki (legged robot)? Robot berkaki adalah jenis robot yang menggunakan kaki sebagai alat geraknya , meniru cara berjalan hewan atau manusia . Kaki memberikan kemampuan manuver yang baik di medan tidak rata, seperti tangga , batuan , atau tanah berlumpur , yang sulit dilalui robot beroda .

4. Perbedaan robot berkaki vs beroda Aspek Robot Berkaki Robot Beroda Mobilitas di medan kasar Sangat baik Terbatas Stabilitas Lebih kompleks Lebih stabil di permukaan datar Struktur mekanik Lebih rumit Relatif sederhana Energi dan kontrol Lebih boros energi dan butuh algoritma kontrol canggih Lebih hemat energi dan kontrol sederhana Kecepatan di medan datar Lebih lambat Umumnya lebih cepat

5. Quadruped robot Quadruped robot adalah robot berkaki empat yang meniru gerakan hewan seperti anjing atau laba-laba . Dengan empat kaki, robot ini bisa mencapai keseimbangan yang baik dan mampu berjalan dengan berbagai pola langkah (gait), seperti merangkak atau berjalan silang . Robot jenis ini cocok untuk eksplorasi medan tidak rata, pencarian dan penyelamatan , atau aplikasi pertanian , karena mampu menyesuaikan posisi kakinya terhadap kondisi lingkungan .

6. Degree of Freedom ( DoF ) pada Robot Berkaki Degree of Freedom ( DoF ) adalah jumlah gerakan independen yang dapat dilakukan oleh suatu sistem mekanik . Pada robot berkaki , DoF menunjukkan berapa banyak arah atau sumbu gerak yang dimiliki tiap kaki, yang menentukan fleksibilitas dan kemampuan manuver robot. Penjelasan DoF pada Robot Berkaki : Satu DoF (1-DoF): Kaki hanya bisa bergerak dalam satu arah , misalnya hanya naik- turun . Sangat terbatas dan jarang digunakan untuk navigasi kompleks . Dua DoF (2-DoF): Kaki bisa bergerak ke atas-bawah dan ke depan-belakang . Cukup untuk gerakan dasar seperti melangkah . Tiga DoF (3-DoF): Kaki bisa bergerak dalam tiga arah : naik- turun ( pitch ), maju-mundur ( yaw ), dan ke samping ( roll ). Ini memberi kebebasan penuh bagi kaki untuk melangkah , mengatur posisi , dan menyesuaikan postur terhadap medan .

7. Contoh pada Robot Laba- laba 4 Kaki (Quadruped) Jika setiap kaki memiliki 3 DoF , maka total DoF seluruh robot adalah : 4 kaki × 3 DoF = 12 DoF Dengan 12 DoF , maka robot dapat : Melangkah dengan berbagai pola (gait) Menyesuaikan ketinggian dan posisi tubuh Menghindari rintangan atau menyesuaikan dengan medan tidak rata

8. Gambar kaki robot di atas menunjukkan struktur mekanik satu kaki robot berkaki (legged robot) dengan 3 Degree of Freedom ( DoF ) . Mari kita bahas berdasarkan anotasi dan label pada gambar : 1. Hip Roll (θ₁) Sumbu rotasi : x₀ (horizontal) Gerakan : memutar kaki ke arah kiri- kanan ( rotasi horizontal). Fungsi : Ini memungkinkan kaki mengayun ke samping — penting untuk stabilitas saat berjalan . 2. Hip Pitch (θ₂) Sumbu rotasi : y₂ ( tegak lurus terhadap hip roll) Gerakan : mengayun kaki ke depan-belakang dari pangkal paha ( gerakan seperti menendang ). Fungsi : Memberikan gerakan maju-mundur pada kaki. 3. Knee Pitch (θ₃) Sumbu rotasi : y₄ Gerakan : melipat dan meluruskan bagian bawah kaki ( gerakan lutut ). Fungsi : Sangat penting untuk menyesuaikan panjang efektif kaki saat berjalan atau menaiki permukaan .

9. Total DoF = 3 untuk satu kaki: 1 DoF pada Hip Roll 1 DoF pada Hip Pitch 1 DoF pada Knee Pitch Jika robot ini adalah quadruped (4 kaki), maka : Total DoF seluruh robot = 4 × 3 = 12 DoF

10. Sistem Koordinat pada Kaki Robot

11. Inverse Kinematics (IK)

12. Inverse Kinematics (IK)

13. Tugas Buatlah program 1DoF menggunakan servo dengan Arduino. Buatlah gait planning dari quadruped robot, dengan deskripsi sebagai berikut ini : Robot memiliki 4 kaki identik , masing-masing dengan 3 DoF (Hip Roll, Hip Pitch, Knee Pitch). Panjang segmen kaki diketahui sebagai berikut : Femur ( paha ) : 8 cm Tibia ( betis ) : 12 cm Robot akan berjalan di medan datar dan harus tetap stabil setiap saat (minimal 3 kaki menyentuh tanah ). Untuk itu , tim perlu merancang pola gerak kaki (gait pattern) yang efisien dan seimbang . Yang ditanyakan : a. Analisis Gaya Berjalan ( crawl gait, trot gait , dan bound gait pada robot quadruped). b. Desain Urutan Langkah ( Buatlah urutan aktifasi gerak kaki ( Lift–Swing–Place ) untuk crawl gait (4-fase) pada robot 4 kaki. Jika penamaan kaki sbb : LF = Left Front RF = Right Front LH = Left Hind RH = Right Hind c. Diagram Waktu- Posisi ( Gait Diagram ): Gambarkan diagram waktu untuk tiap kaki ( kapan kaki diangkat dan diturunkan ). Sumbu horizontal adalah waktu , sumbu vertikal adalah status kaki ( angkat / sentuh tanah ). d. Stabilitas dan Titik Proyeksi proyeksi pusat massa ( CoM ) robot pada tiap fase langkah . Pastikan CoM berada di dalam segitiga tumpuan (support polygon). Apakah ada fase yang berisiko tidak stabil ? e. Pertimbangan Pergerakan Nyata : Jika robot berjalan di medan miring 10°, bagaimana Anda akan menyesuaikan urutan langkah atau waktu langkah agar tetap stabil ?

14. Motivasi Penggunaan Robot Laba-Laba Mobilitas di medan tidak rata Fleksibilitas gerakan Aplikasi di pertanian, pencarian dan penyelamatan, eksplorasi

15. Struktur Umum Robot Laba-Laba 4 kaki, masing-masing biasanya terdiri dari 2 atau 3 derajat kebebasan (DoF) Komponen utama: Rangka mekanik Servo motor Mikrokontroler (misalnya: Arduino) Sensor (jarak, giroskop, dsb.) Catu daya

16. Kinematika Dasar Penjelasan sederhana tentang kinematika maju dan kinematika balik Pergerakan satu kaki (2-DoF): rotasi horizontal dan vertikal Gait pattern: tripod gait, wave gait (modifikasi untuk 4 kaki)

17. Desain Elektronik dan Kontrol Rangkaian minimum: Arduino + 8-12 servo + baterai LiPo Driver servo (misalnya PCA9685) Penggunaan PWM untuk mengendalikan sudut servo Implementasi kontrol gait dengan pemrograman (C/C++ di Arduino)

18. Komunikasi & Sensor Penggunaan Bluetooth (misalnya HC-06) untuk kendali jarak jauh Sensor jarak (ultrasonik atau TOF) IMU untuk stabilisasi postur

19. Tantangan Teknis Sinkronisasi kaki Beban servo dan efisiensi daya Respons terhadap rintangan atau ketidakrataan medan

20. Swarm Robotic Praktek bluetooth