Rabu, 17 Agustus 2011

Kreasi Mahasiswa Teknik Mesin UNDIP

WEREABLE ROBOTIC ARM
User interface adalah seperangkat alat yang digunakan oleh operator untuk memudahkan dalam proses entry data, maupun monitoring data. Contoh user interface sebagai entry data adalah mouse, keyboard, joystick, dan lain sebagainya. Sedangkan untuk monitoring data sering dipakai LCD, seven segment atau window dari sebuah program yang dipakai, misal VB, Delphi, Matlab. Wearable Robotic Arm merupakan user interface yang digunakan untuk mengambil data dari hasil gerakan tangan manusia (operator). Alat ini dipakai atau dipasang di lengan manusia sehingga mempunyai karakter gerak dan anatomi mirip dengan lengan manusia. Untuk mendapatkan data dari hasil pergerakan tangan manusia, WRA dilengkapi dengan sensor gerak, yang bisa berupa potensiometer atau rotary shaft encoder. Gambaran WRA dapat dilihat seperti berikut. 

 Contoh wearable robotic arm dan sensornya

 Dari gambar di atas, sensor yang dipakai sudah bisa dikatakan modern. Sensor seperti potensiometer sudah tidak digunakan, karena dianggap kurang presisi dalam pembacaan data. Beberapa contoh sensor gerak yang sudah berkembang antara lain :
·      Polhemus Fastrak          Sensor posisi yang mempunyai kemampuan
mendeteksi 6 derajat kebebasan. Seperti layaknya GPS, sensor ini mampu memberikan koordinat pada ruang gerak lengan.
·    Shape-Tape            Sensor posisi dengan pembacaan pada ujung alat. Digunakan untuk menentukan koordinat posisi end of effector pada manipulator. Disebut juga metode “teaching by demonstration”, yaitu kontrol koordinat hasil gerakan operator akan digunakan sebagai trajectory position oleh arm manipulator.
            Wearable Robotic Arm biasa juga disebut Exoskeleton arm. Pengembangan WRA tidak hanya sebagai trajectory monitoring untuk gerakan operator, namun lebih dari itu, pengembangannya sudah bisa melakukan pembacaan baik torsi, maupun dinamika dari gerakan tubuh operator. Dalam pembuatan WRA untuk laporan tugas akhir ini, kami melakukan beberapa batasan, dikarenakan penelitian ini baru memasuki tahap awal pengembangan, dan adanya keterbatasan alat yang digunakan.
   WRA akan digunakan hanya untuk membaca data dari gerakan lengan kanan operator, yang   terdiri dari 5 derajat kebebasan.

 
Gambar  Derajat kebebasan lengan manusia
1.  Data akan dibaca dengan joystick game yang telah dimodifikasi sehingga kompatibel dengan Matlab 2007b.
2.   Sensor yang digunakan masih berupa potensiometer .
3.  WRA harus mampu melakukan pembacaan dari gerakan pada satu sendi tanpa harus terpengaruh gerakan sendi yang lain.Hal ini mengacu pada konfigurasi mekanik dari WRA.
4.  Data signal dari WRA akan digunakan sebagai koordinat referensi untuk pengendalian arm manipulator 5 derajat kebebasan.
Konfigurasi Wearable Robotic Arm untuk pengendali arm manipulator milik Laboratorium Kontrol dan getaran adalah sebagai berikut :
 
Gambar WRA Laboratorium Kontrol dan Getaran Teknik Mesin 


Wearable Robotic Arm di atas, dibuat untuk mengendalikan  arm manipulator secara langsung  dalam sebuah rescue robot. Hasil gerakan dari operator akan dikirimkan langsung ke kontroler rescue robot dengan menggunakan transmitter-receiver radio frekuensi. Namun pada kenyataanya, gerakan operator belum bisa menghasilkan sebuah kontrol yang bagus untuk manipulator. Hasil dari uji coba penggunaan WRA yang sebelumnya menunjukan :
1.  Asumsi dimana konfigurasi WRA akan mengikuti gerakan dari operator masih belum terwujud. Kenyataannya, gerakan operator harus mengikuti konstruksi dari WRA, sehingga terdapat alur pengendalian yang kurang bagus dimana operator akan berpikir 2 kali yaitu untuk mengendalikan arm manipulator dan mengendalikan WRA itu sendiri.
2.  Terdapat gerakan dimana satu sendi akan mempengaruhi gerakan sendi yang lain dikarenakan konstruksi WRA kurang mampu mengikuti anatomi lengan manusia (interferensi rotasi )
3.  Wearable terlalu berat, sehingga kurang nyaman dipakai dan mempengaruhi kepresisian. Beban massa pada WRA mengakibatkan pergeseran sensor dari posisi defaultnya.
4.  Terdapat kesulitan dalam penempatan sensor, supaya sensor bisa terus mengikuti suatu posisi sendi.
Poin – poin diatas menjadi masalah yang timbul ketika WRA pertama dibuat, dan hal ini mendorong untuk melakukan perbaikan. Tahap pengembangan dan perbaikan yang dilakukan pada penelitian ini, adalah membuat sebuah wearable yang akan dianalisa dengan menggunakan software Matlab 2007b.
            Pemodelan arm manipulator dengan software, diharapkan membantu dalam pengembangan WRA. Arm manipulator dimodelkan secara ideal dalam bentuk virtual reality (file world), sehingga akan sangat peka terhadap gerakan WRA, dan akan banyak membantu dalam mengetahui kesalahan – kesalahan yang terjadi pada konfigurasi WRA. Komponen utama dari WRA adalah sensor gerak dan konstruksi mekanik yang fleksibel sehingga dapat mengikuti perubahan anatomi dari lengan operator. 

Komponen 5 DoF Articulated-Arm Robot
             Robot Lengan dengan 5 derajat kebebasan ini merupakan arm manipulator jenis Articulated-Arm, dan mempunyai komponen yang antara lain:

 Bentuk nyata  lengan robot  dengan 5 derajat kebebasan

1.      Base
Merupakan ground atau dudukan dari manipulator. Base tidak bergerak, diasumsikan terletak pada koordinat (0,0,0), dan merupakan parent tertinggi dalam konfigurasi manipulator ini.
2.      Rotary base
Rotary base menggunakan joint jenis revolute. Mempunyai kemampuan rotasi sebesar 180 derajat.
3.      Lower arm
Jenis joint yang digunakan lower arm adalah revolute, dengan kemampuan rotasi sebesar 180 derajat.
 4.     Upper arm
Menggunakan joint revolute dengan kemampuan rotasi sebesar 180 derajat. Disebut Upper arm karena berbentuk seperti lengan yang lebih panjang daripada link yang lain, dan terletak lebih atas daripada lower arm.
5.      Wrist
Disebut wrist, karena karakter rotasinya mirip dengan pergelangan manusia. Mempunyai kemampuan rotasi sebesar 90 derajat. Pada ujung wrist, terdapat gripper yang berfungsi sebagai tangan penjepit.
6.      Gripper
Terdiri dari 2 buah komponen, right dan left gripper. Berfungsi untuk menjepit atau memegang benda target. Masing-masing mempunyai kemampuan berotasi 45 derajat. Gripper ini sebagai end of effector manipulator.


Pemodelan Virtual  5 DoF Articulated- Arm Robot 
      Pemodelan dengan Autocad 2004 
Robot lengan dengan jenis articulated-arm (real), dapat dimodelkan dalam  bentuk gambar CAD 3 dimensi. Beberapa Software CADAutocad, Solidworks, Catya, Pro-engineering. Untuk dapat memodelkan dalam bentuk gambar CAD 3 dimensi, parameter yang dibutuhkan adalah dimensi (ukuran) sesungguhnya dari robot lengan tersebut. Setelah dimensi dan nama dari masing-masing bagian dari robot ditentukan, langkah selanjutya adalah tahap menggambar robot lengan tersebut dengan Autocad 2004 dalam bentuk 3 dimensi.

 Gambar  Model robot lengan CAD 3 dimensi

Model CAD diatas masih terlalu kompleks, dan akan banyak menghabiskan memory komputer sewaktu dilakukan rendering, pada saat simulasi (running). Oleh karena itu, diperlukan sebuah model yang lebih sederhana dan masih bisa mewakili baik dimensi maupun bentuk asli dari robot lengan. Penyederhanaan gambar ditunjukan sebagai berikut : 

 Gambar Penyederhanaan model dengan mengurangi beberapa komponen

Penyederhanaan dilakukan tanpa merubah dimensi utama robot lengan. Beberapa komponen yang tidak terlalu penting dihapus, agar file gambar CAD tidak terlalu besar. Untuk model yang akan dianalisa secara dinamika, penyederhanaan gambar harus dilakukan dengan hati-hati dan mempertimbangkan banyak hal.
Karena pada robot lengan ini kami hanya melakukan analisa kinematika, dimana massa benda tidak menjadi parameter hitungan, maka penyederhanaan CAD hanya mempertimbangkan dimensi model. 

 Gambar  Penyederhanaan gambar tanpa merubah dimensi utama

Pada tahap akhir penggambaran, CAD robot lengan harus ditempatkan pada sistem koordinat yang benar, untuk memudahkan proses simulasi dengan Matlab. Hal lain yang juga menjadi acuan adalah perbedaan sistem koordinat yang dipakai oleh AutoCAD, V-realm Builder, dan Matlab.
Base merupakan parent tertinggi dalam konfigurasi robot lengan. Rotary base adalah children dari base sekaligus parent untuk lower arm. Agar robot lengan mempunyai koordinat yang rapi, maka base ditempatkan pada titik koordinat (0,0,0). Langkah ini dilakukan dengan cara moving model CAD robot lengan ke titik (0,0,0) dengan Base sebagai komponen acuan moving.
 Matlab hanya bisa diintegrasikan dengan file gambar berformat World (file.wrl). Software gambar lain seperti Solidworks mempunyai fitur export langsung ke file world. Sedangkan AutoCAD mempunyai keterbatasan, yaitu tidak bisa memindai file CAD, ke bentuk World. Oleh karena itu, diperlukan tahap export file Autocad.dwg ke bentuk 3D studio (file.3ds).
Dari hal tersebut diatas, langkah export ke bentuk 3ds dilakukan untuk setiap komponen agar memudahkan kita dalam pemilihan parent dan children pada saat konfigurasi ke dalam V-realm Builder. Jadi ada 7 proses export, dan komponen yang dimaksud adalah : Base, Rotary base, Lower arm, Upper arm, Wrist, dan Right gripper, serta Left gripper. Window Autocad berikut menjelaskan cara exporting dari file DWG ke bentuk file 3ds.

 Gambar Proses export  file CAD ke bentuk 3ds

Pada export, akan muncul pop-up window yang meminta nama file, dan extensi file yang akan disimpan. Pilih “file types 3ds”, beri nama komponen, kemudian pilih komponen yang akan di export

 Gambar  Pilihan nama komponen dan file types

Setelah melakukan pemilihan komponen, muncul window yang akan menanyakan property dari file 3ds. Untuk pemodelan robot lengan ini, kami hanya mengganti “layer” dengan “AutoCAD Object Types” pada kolom “Derive 3D studio from”. Pilih “OK” dan AutoCAD akan memindai file CAD bentuk 3D studio.

   Gambar  Pilihan property file 3ds

1 komentar:

Library Qu mengatakan...

Swiming is the best exercise in summer and running in winter
QU-IT & QU

Poskan Komentar