1. Desain Produk Elektronika Kendali Otomatis Robot Robot didesain agar memiliki manfaat bagi kehidupan manusia. Semakin kompleksnya pekerjaan manusia dan terkadang memiliki resiko yang membahayakan, maka dibuat mesin yang dapat membantu meringankan pekerjaan manusia. Teknologi robot mengikuti parameter yang terkait dengan proses kerja robot meliputi beban kerja, siku, waktu siklus, ketelitian, dan aktuasi pergerakan siku. Robot yang dibuat apakah termasuk membutuhkan parmeter tingkat ringan, sedang, atau tingkat tinggi sesuai dengan kebutuhan. Pada tahap perencanaan ini skema disiapkan setelah menemukan ide atau gagasan dan sesuaikan dengan minat untuk membuat robot sesuai dengan potensi yang ada di sekitar. Tidak menutup kemungkinan untuk mengembangkan produk elektronika kendali otomatis yang lainnya.
Line follower robot dapat didesain berbagai bentuk diantaranya bentuk android robot (menyerupai manusia), arm robot (berupa lengan untuk mengambil dan memindahkan barang), walker robot (dilengkapi dengan kaki), rover robot (dibuat untuk keperluan penjelajahan), turtle robot (bentuk menyerupai kura-kura), vehicle robot (dilengkapi dengan roda).
Robot ini bekerja berdasarkan pada pendeteksian warna permukaan yang memiliki kemampuan memantulkan cahaya. Warna putih cenderung merefleksikan cahaya lebih banyak dibanding dengan warna gelap/ hitam. Bergeraknya robot ini mengikuti panduan garis atau lintasan jalur yang dibuat dengan warna yang berbeda, misalnya warna hitam pada permukaan putih atau sebaliknya. Robot yang bergerak secara otomatis mengikuti garis, dan untuk mengenali pola garis, digunakan sensor cahaya yang dapat mendeteksi cahaya terang dan gelap yang berada di bawahnya. Sensor yang digunakan adalah sensor inframerah yang disebut fototransistor.
Fototransistor bekerja ketika sinar inframerah dipancarkan pada objek dan cahaya tersebut dipantulkan (warna terang), berakibat pada mengalirnya arus dari kolektor ke emitor. Kolektor terhubung dengan ground sehingga tegangan mendekati 0 V dengan demikian transistor dalam kondisi off. Kolektor posisi terbuka, dan arus dari VCC mngalir melalui resistor ke rangkaian robot dan input memperoleh tegangan.
Dalam pengembangannya, robot line follower menggunakan mikrokontroler. Berbeda dengan robot yang menggunakan fototransistor dimana bekerjanya berdasar pada gerbang logika, mikrokontroler memiliki fungsi-fungsi antara lain PID (Proportional Integral Derivative) digunakan untuk mengatur gerakan robot supaya lebih halus.
2. Bahan Pembuatan Produk Elektronika Kendali Otomatis
Komponen dibedakan menjadi dua yaitu komponen untuk sistem mekanik dan sistem elektronik robot. Komponen dasar yang biasa digunakan dalam pembuatan robot antara lain dapat diperhatikan pada gambar berikut :a. Material Bagian Elektronika
Komponen Elektronika : a. R1……………….. 100Ὡ b. R2…………………. 1 K c. R3……………….. 1 K d. R4…………………. 100Ὡ e. R5……………….. 1 K f. R6…………………. 100Ὡ g. R7-9……………….. 1 K h. Variable resistor…500K Ὡ i. IC dan socket …….1 buah j. Switch …………… 1 buah k. LED red 1-4……… 4 buah l. Photographic tube…. 2 buah m. Kapasitor keramik C2…. 0,1 µF n. Electrolytic capasitor C1…. 100µF o. Transistor Tr1 dan Tr2…… p. Kabel 10 cm……………. 4 buah
b. Material Bagian Mekanik
3. Peralatan Pendukung
a. Tang pemotong, digunakan untuk memotong kawat, kabel, kaki komponen
b. Tang lancip, digunakan untuk menjepit benda kerja, meluruskan kawat yang bengkok, menjepit logam panas karena penyolderan, benda kerja berukuran kecil
c. Bor tangan, digunakan untuk membuat lubang pada pekerjaan mekanik dalam pembuatan robot dengan diameter menyesuaikan dengan kebutuhan.
d. Bor tangan ukuran kecil, digunakan untuk membuat lubang PCB yaitu lubang-lubang yang digunakan untuk memasangkan kaki-kaki komponen elektronika
e. Mata bor, variasi mata bor beragam dan penggunaannya disesuaikan dengan kebutuhan.
f. Gergaji, digunakan untuk memotong bahan dalam pekerjaan mekanik pembuatan robot
g. Obeng, digunakan untuk menguatkan dan mengendurkan screw pada posisi yang ditentukan
h. Solder, memanaskan kawat tenol/timah untuk memasang komponen elektronika
i. Setrika, digunakan sebagai alat sablon desain layout papan PCB
j. Palu, digunakan pada pekerjaan mekanik
k. Multitester, digunakan untuk mengukur parameter besaran listrik pada rangkaian elektronika. Terdapat dua jenis multitester yaitu jenis analog dan digital.
Media Informatika Vol. 8 No. 1 (2009) KOMPONEN-KOMPONEN DASAR PENYUSUN ROBOT Hendy Djaya Siswaja Sekolah Tinggi Manajemen Informatika dan Komputer LIKMI Jl. Ir. H. Juanda 96 Bandung 40132 Abstrak Ada berbagai macam jenis robot di dunia ini dengan berbagai fungsi juga yang dimilikinya. Meskipun berbeda-beda dari segi bentuk, ukuran, maupun fungsi, namun semua robot memiliki komponen-komponen dasar yang sama. Komponen-komponen inilah yang mendukung kerja atau fungsi sebuah robot. Komponen-komponen ini biasanya berupa komponen elektronik dan mekanik. Kata-kata kunci: robot, robotika, komponen 1. PENDAHULUAN Ada berbagai macam jenis robot di dunia ini dengan berbagai fungsi juga yang dimilikinya. Meskipun berbeda-beda dari segi bentuk, ukuran, maupun fungsi, namun semua robot memiliki komponen-komponen dasar yang sama. Komponen-komponen inilah yang mendukung kerja atau fungsi sebuah robot. Komponen-komponen ini biasanya berupa komponen elektronik dan mekanik. Meskipun terdiri dari dua jenis komponen yang berbeda namun sebenarnya kedua komponen ini saling berkaitan dan berinteraksi sehingga dapat dikatakan juga bahwa sebuah robot disusun dari komponen elektromekanis. Komponen-komponen inilah yang akan dibahas lebih lanjut dalam artikel ini. 2. KOMPONEN MEKANIK Komponen mekanik ini adalah komponen yang menghasilkan gerakan pada robot. Jumlah dari komponen ini tidak terlalu banyak jika dibandingkan dengan komponen elektriknya. Namun pengaplikasiannya kadang sulit tergantung dari bentuk dan pola pergerakan robot tersebut. Makin rumit pergerakan yang dapat dilakukan robot, maka makin rumit juga struktur mekanika yang digunakan. Misalnya, membuat robot yang dapat 54
55 Hendy Djaya Siswaja / Komponen-komponen Dasar Penyusun Robot berjalan dengan dua kaki seperti manusia. Berikut adalah alat-alat yang dapat digolongkan ke dalam komponen mekanik: Prime Mover (Penggerak Utama atau Motor Utama) Prime mover ini adalah sumber gerakan mekanik utama pada robot untuk menggerakan bagian-bagian tubuh dari robot yang berupa motor. Prime mover terletak di berbagai tempat di tubuh robot yang dapat bergerak. Ada beberapa jenis motor yang dapat digunakan sebagai prime mover. Dinamo Dinamo merupakan motor listrik yang dapat menghasilkan putaran mekanik. Namun putaran yang dihasilkan dinamo ini tidak dapat dikontrol. Gerakannya hanya ke depan saja atau ke belakang saja dengan kecepatan sesuai dengan kapasitas motornya. Dinamo hanya digunakan untuk menghasilkan pergerakan yang sangat sederhana. Biasanya dinamo digunakan sebagai motor pada mainan anak-anak atau pada sepeda. Gambar 1. Dinamo Servo Servo adalah dinamo yang dikontrol dengan menggunakan microchip. Secara fisik, bentuk servo sama dengan dinamo namun ada beberapa servo yang telah di-bundle dengan microchipnya. Pada servo, parameter yang dapat dikontrol adalah arah putaran, banyak putaran, dan kecepatan putaran.
Media Informatika Vol. 8 No. 1 (2009) 56 Gambar 2. Servo yang telah di-bundle dengan microchipnya Gambar 3. Contoh controller servo Stepper Motor Stepper motor adalah motor yang sifatnya sama dengan servo, yaitu dapat dikontrol. Namun parameter yang dapat dikontrol dengan stepper motor ini bertambah dengan kemampuan stepper motor untuk mengubah pulsa elektronis menjadi rotasi mekanikal diskrit sehingga dapat berputar dengan mengambil satuan derajat. Stepper motor merupakan tipe prime mover yang paling canggih diantara ketiganya. Dengan menggunakan stepper motor, robot dapat bergerak lebih dinamis dan interaktif. Gambar 4. Stepper Motor
57 Hendy Djaya Siswaja / Komponen-komponen Dasar Penyusun Robot Gambar 5. Bagan dalam stepper motor Gear (Roda Gigi) Gear atau roda gigi merupakan extension atau perpanjangan dari prime mover. Selain itu gear juga dapat berfungsi sebagai pengubah aksis putaran, misalnya dari putaran horisontal menjadi vertikal dan berfungsi sebagai penambah tenaga putaran atau pengurang tenaga putaran, tergantung dari jenis gear yang digunakan. Gambar 6. Gear atau roda gigi Komponen Elektronik Komponen elektronik pada robot biasanya digunakan sebagai controller atau sensor. Komponen-komponen ini berfungsi sebagai pusat pengolahan data dan input data atau rangsangan dari lingkungan. Controller Komponen elektronik yang biasa digunakan sebagai controller pada robot berupa sebuah microchip. Microchip ini ada yang berfungsi sebagai pusat pengolahan data (brain) pada robot atau pengontrol pada servo. Untuk microchip yang digunakan untuk pusat pengolahan data pada umumnya berupa reprogrammable microchip. Dengan microchip jenis ini, kita dapat memprogram robot agar memiliki fungsi tertentu sesuai dengan yang
Media Informatika Vol. 8 No. 1 (2009) 58 diinginkan. Microchip yang sering digunakan biasanya bermerk PIC atau ATMEL, salah satunya adalah PIC16F877A. Gambar 7. PIC16F877 Microchip ini dirangkai dengan komponen elektronik lainnya dalam sebuah PCB (Printed Controller Board) untuk menjadi sebuah pusat pengolahan data (brain) yang dikenal dengan BrainBoard. Salah satu contohnya adalah The Sumovore PIC Brainboard 2.0. Gambar 8. The Sumovore PIC Brainboard 2.0 Brain pada robot berfungsi agar robot dapat mengolah data yang datang dari lingkungannya kemudian memberikan respon sesuai dengan yang telah diprogramkan ke dalamnya. Dengan adanya brain, sebuah robot seolah-olah memiliki kecerdasan dan hidup. Makin kompleks fungsi dari sebuah robot makin tinggi pula kebutuhan memori, kecepatan pemrosesan dari brain serta kompleksitas program di dalam microchip. Sedangkan untuk pengontrol servo, yang digunakan manakala robot yang dibangun menggunakan dinamo biasa tapi ingin menjadi sebuah servo digunakan microchip jenis lain yaitu, motor driver chip. Salah satu jenis microchip ini adalah L293D. Chip ini sudah
59 Hendy Djaya Siswaja / Komponen-komponen Dasar Penyusun Robot memiliki program di dalamnya, namun dapat menerima input dari chip atau controller lainnya. Gambar 9. L293D motor driver chip Berikut adalah salah satu contoh skema penggunaan L293D motor driver chip dalam robot. Gambar 10. Diagram penggunaan L293D motor driver chip Sensor Sensor pada robot umumnya dibuat dengan meniru cara kerja dan fungsi dari indera manusia. Dengan sensor, sebuah robot dapat menerima rangsangan dari lingkungannya sama seperti halnya manusia menerima rangsangan melalui inderanya. Alasannya peniruan ini adalah cita-cita utama dari pembuatan robot itu sendiri dari awalnya, yakni membuat sebuah robot yang menyerupai seorang manusia. Rangsangan yang diterima oleh sensor robot dari lingkungannya berupa data analog, misalnya suara. Sedangkan robot adalah sebuah perangkat elektromekanis yang tidak dapat mengerti data analog sehingga data analog ini perlu dikonversi terlebih dahulu menjadi data digital. Pengkonversian data ini dapat dilakukan pada pusat pengolahan data atau langsung pada sensornya. Kelebihan dan kekurangannya adalah, jika dilakukan pada
Media Informatika Vol. 8 No. 1 (2009) 60 pusat pengolahan data maka pemrosesan data memakan waktu lebih lama dan pemrograman menjadi lebih rumit. Sedangkan jika dilakukan pada sensor berarti tiap sensor harus dilengkapi dengan chip untuk konversi ini, yang berarti bertambahnya komponen yang dibutuhkan. Ada banyak sekali jenis sensor yang dapat digunakan pada sebuah robot. Sebaiknya penggunaan sensor ini disesuaikan dengan fungsi dari robot itu sendiri. Tidak perlu memasang sensor yang tidak dibutuhkan. Sensor Panas Sensor ini digunakan agar robot dapat merasakan perubahan suhu udara di sekitarnya. Cara kerja dan fungsi dari sensor ini sama dengan heat detector untuk alarm kebakaran dan thermometer digital. Komponen elektronik yang biasa digunakan bernama thermistor. Berikut adalah gambaran sederhana penggunaan thermistor sebagai sensor panas. Gambar 11. Sensor panas Sensor Cahaya Sensor ini memiliki dua jenis fungsi yang dapat digunakan pada robot. Pertama, agar robot dapat mengetahui intensitas atau kadar cahaya. Dengan fungsi ini, robot dapat mengikuti atau berjalan ke arah cahaya atau sebaliknya menjauhi cahaya. Selain itu, robot juga dapat mengikuti garis hitam sebagai penuntun arah gerakan (line follower). Fungsi kedua, robot dapat mengetahui jarak sebuah benda dengan dirinya melalui intensitas pantulan cahaya yang diterimanya. Komponen yang biasanya digunakan untuk sensor ini adalah LDR (Light Dependent Resistor). Komponen ini digunakan pada lampu taman otomatis sebagai sensor yang membaca ada atau tidaknya sinar matahari. Jika sinar matahari mulai menghilang (sore hari ke malam hari) maka lampu taman akan menyala dan jika sinar matahari mulai muncul (pagi hari) maka lampu taman ini akan padam. Selain menggunakan LDR, sensor
61 Hendy Djaya Siswaja / Komponen-komponen Dasar Penyusun Robot cahaya juga dapat ditambahkan LED (Light Emitting Diode) sebagai sumber cahaya tambahan. Berikut adalah gambaran sederhana penggunaan LDR pada robot. Gambar 12. Sensor cahaya Sensor Penglihatan Sensor ini berfungsi agar robot seolah-olah dapat melihat benda-benda di sekitarnya. Sensor ini biasanya menggunakan gelombang ultrasonic atau kamera digital. Penggunaan gelombang ultrasonic adalah yang paling sederhana. Cara kerjanya sama dengan cara kelelawar bergerak di malam hari. Gelombang ultrasonic dipancarkan dari transmitter dan jika mengenai sebuah benda, pantulan gelombang ini akan diterima oleh receiver untuk kemudian diolah sebagai informasi bahwa ada sebuah benda dan untuk mengetahui seberapa jauh jarak dari robot ke benda tersebut. Gambar 13. Ultrasonic transmitter (T40-16) dan receiver (R40-16) (tampak muka dan samping) Gambar 14. Ultrasonic transmitter (T40-16) dan receiver (R40-16) (tampak belakang)
Media Informatika Vol. 8 No. 1 (2009) 62 Gambar 15. Rangkaian sederhana sensor ultrasonic Penggunaan kamera digital jauh lebih kompleks karena data yang diterima berupa gambar yang memerlukan pemrosesan yang lebih rumit. Penggunaan sensor dengan kamera digital ini dikenal dengan nama computer vision. Aplikasi nyatanya ada pada face detector machine. Gambar 16. Salah satu contoh penggunaan comuter vision Sensor Suara Sensor ini berfungsi seperti telinga manusia, menerima input suara dari lingkungan. Sensor ini pada umumnya berupa sebuah microphone (mic). Dengan pemrograman dan
63 Hendy Djaya Siswaja / Komponen-komponen Dasar Penyusun Robot sistem controller yang lebih canggih, sensor suara ini dapat dibuat mampu membedakan suara manusia dan mengenali perintah yang diberikan melalui suara. Gambar 17. Microphone Gambar 18. Microphone sebagai sensor suara Sensor Tekanan (Sensor Benturan) Sensor ini berfungsi untuk mengetahui apakah robot membentur sebuah benda atau tidak. Meskipun sebuah robot sudah menggunakan sensor ultrasonic untuk mengetahui keberadaan atau posisi benda, tapi tidak bisa sebaik mata manusia. Robot sederhana hanya dapat memprediksi keberadaan benda yang masuk dalam jangkauan sensor ultrasonicnya, di luar itu mungkin tidak terdeteksi. Maka dari itu dibutuhkan sensor tekanan atau benturan untuk menghindari benda-benda yang tidak terdeteksi oleh sensor ultrasonic. Sensor ini cukup sederhana, biasanya hanya berupa sebuah switch tekan yang dapat kembali ke bentuk semula setelah ditekan. Nilai yang dihasilkan oleh sensor ini juga sederhana yaitu 0 jika ada tekanan atau 1 jika tidak ada tekanan. Gambar 19. Contoh switch
Media Informatika Vol. 8 No. 1 (2009) 64 3. DAFTAR PUSTAKA [1]. Branwyn, Gareth, Absolute Beginner s Guide to Building Robots, Que, 2003. [2]. Hrynkiw, Dave and Tilden, Mark W., Junkbots, Bugbots, and Bots on Wheels, McGraw Hill,Osborne, 2002. [3]. Nedjah, Nadia, dos Santos Coelho, Leandro, and de Macedo Mourelle, Luiza, Mobile Robots:The Evolutionary Approach, Springer, 2007. [4]. Svinin, Mikhail, Advances in Robot Control: From Everyday Physics to Human- Like Movements, Springer-Verlag, 2006.