Robotika

Seiring dengan perkembangan zaman, hampir semua kegiatan manusia saat ini dipermudah dengan adanya bantuan dari robot-robot sederhana yang mengisi kehidupan sehari-hari. Telepon genggam, komputer, dan televisi hanyalah tiga contoh di antara robot-robot yang ikut ambil andil dalam kemajuan teknologi

Robot pada dasarnya merupakan sebuah mesin yang diciptakan untuk mempermudah kerja manusia. Seperti halnya otot pada manusia, robot juga memerlukan bagian penggerak efektornya [lengan-lengannya] yang berupa motor servo. Motor servo merupakan sebuah motor yang didesain khusus agar dapat membentuk sudut-sudut tertentu sesuai sinyal yang diinputkan kepadanya.

Perkembangan teknologi informasi serta otomasi industri sangat pesat. Komputer sebagai bagian yang tak terpisahkan dengan industri itu sendiri, mau tidak mau dan tidak bisa dihindari akan berintegrasi dengan disiplin ilmu ilmu lain seperti mekanika, elektronika, pemrograman dan lain lain. Munculnya mekatronika (ilmu mekanik dan elektronika), dalam berbagai wujud (misal alat alat industri termasuk robot), kemudian ditambah “kecerdasan buatan” sebagai otaknya, maka muncullah wujud robot yang cerdas.

Pemikiran tentang pembuatan mesin yang dapat bekerja sendiri telah ada sejak Era Klasik, namun riset mengenai penggunaannya tidak berkembang secara berarti sampai abad ke-20 . Kini, banyak robot melakukan pekerjaan yang berbahaya bagi manusia seperti menjinakkan bom, menjelajahi kapal karam, dan pertambangan.

Robotika adalah satu cabang teknologi yang berhubungan dengan desain, konstruksi, operasi, disposisi struktural, pembuatan, dan aplikasi dari robot.

Robotika adalah perpaduan berbagai disiplin ilmu, khususnya mekanik, elektronik dan komputer. Perpaduan mekanik dan elektronik, bisa tercipta robot robot sederhana yang memiliki banyak manfaat, baik manfaat hiburan atau yang lebih serius untuk membantu berbagai bidang misal bidang industri. Sedangkan mekatronika (mekanik dan elektronika) ditambah unsur komputer (khususnya pemrograman) sebagai otak buatan, terciptalah robot yang cerdas, dengan berbagai bentuk dan manfaatnya.

Robotika adalah multidisiplin dengan komputer, elektronika dan mekanika sebagai ilmu dasarnya. Namun begitu tidak terbatas bagi pengajar untuk melibatkan ilmu-ilmu lain seperti biologi dan anatomi. Dengan robotics walker kit (kit robot berkaki/ berjalan),  para guru/dosen dapat melibatkan siswanya untuk mengamati gerakan kaki serangga dan mensimulasikannya sebelum diprogram ke robot walking kit (2 kaki, 4 kaki atau 6 kaki).

Tahap-tahap pembuatan robot

Secara garis besar, tahapan pembuatan robot ada tiga tahapan pembuatan, yaitu:

1. Perencanaan, meliputi: pemilihan hardware (motor, sensor. mikrokontroler) dan design.
2. Pembuatan, meliputi pembuatan mekanik, elektonik, dan program.
3. Uji coba.

1. Tahap perencanan

Dalam tahap ini, kita merencanakan apa yang akan kita buat, sederhananya, kita mau membuat robot yang seperti apa? berguna untuk apa? Hal yang perlu ditentukan dalam tahap ini:

• Dimensi, yaitu panjang, lebar, tinggi, dan perkiraan berat dari robot. Tinggi robot umumnya antara 25 cm sampai 1 meter.
• Struktur material, apakah dari alumunium, besi, kayu, plastik, dan sebagainya.
• Cara kerja robot, berisi bagian-bagian robot dan fungsi dari bagian-bagian itu. Misalnya lengan, konveyor, lift, power supply.
• Sensor-sensorapa yang akan dipakai robot.
• Mekanisme, bagaimana sistem mekanik agar robot dapat menyelesaikan tugas.
• Metode pengontrolan, yaitu bagaimana robot dapat dikontrol dan digerakkan, mikroprosesor yanga digunakan, dan blok diagram sistem.
• Strategiuntuk memenangkan pertandingan, jika memang robot itu akan diikutkan lomba/kontes robot Indonesia/Internasional.

2. Tahap pembuatan

Ada tiga perkerjaan yang harus dilakukan dalam tahap ini, yaitu pembuatan mekanik, elektronik, dan programming. Masing-masing membutuhkan orang dengan spesialisasi yang berbeda-beda, yaitu:

• Spesialis Mekanik, bidang ilmu yang cocok adalah teknik mesin dan teknik industri.
• Spesialis Elektronika, bidang ilmu yang cocok adalah teknik elektro.
• Spesialis Programming, bidang ilmu yang cocok adalah teknik informatika.

Jadi dalam sebuah tim robot, harus ada personil-personil yang memiliki kemampuan tertentu yang saling mengisi. Hal ini diperlukan dalam membentuk Tim Kontes Robot Indonesia (KRI) atau Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI).

Untuk mengikuti lomba KRI/KRCI dibutuhkan sebuah tim yang solid. Tetapi buat Anda yang tertarik membuat robot karena hobby atau ingin belajar, semua bisa dilakukan sendiri, karena Anda tidak terikat dengan waktu atau deadline. Jadi Anda bisa melakukannya dengan lebih santai.

Pembuatan mekanik

Setelah gambaran garis besar bentuk robot dirancang, maka rangka dapat mulai dibuat. Umumnya rangka robot terbuat dari alumunium kotak atau alumunium siku. Satu ruas rangka terhubung satu sama lain dengan keling alumunium. Keling adalah semacam paku alumunium yang berguna untuk menempelkan lembaran logam dengan erat. Rangka robot bisa juga terbuat dari plastik atau besi panjang seperti jeruji.

Pembuatan sistem elektronika

Bagian sistem elektronika dirancang sesuai dengan fungsi yang diinginkan. Misalnya untuk menggerakkan motor DC diperlukan h-brigde, sedangkan untuk menggerakkan relay diperlukan saklar transistor. Sensor-sensor yang akan digunakan terlebih dahulu harus dipelajari dan dipahami cara kerjanya, misalnya:

1. Sensor jarak, bisa menggunakan SRF04, GP2D12, atau merakit sendiri modul sensor ultrasonik atau inframerah.
2. Sensor arah, bisa menggunakan sensor kompas CMPS03 atau Dinsmore.
3. Sensor suhu, bisa menggunakan LM35 atau sensor yang lain.
4. Sensor nyala api/panas, bisa menggunakan UVTron atau Thermopile.
5. Sensor line follower / line detector, bisa menggunakan led & photo transistor.

Pembuatan sistem elektronika ini meliputi tiga tahap:

• Design PCB, misalnya dengan program Altium DXP.
• Pencetakan PCB, bisa dengan Proboard.
• Perakitan dan pengujian rangkaian elektronika.

Pembuatan Software/Program

Pembuatan software dilakukan setelah alat siap untuk diuji. Software ini ditanamkan (didownload) pada mikrokontroler sehingga robot dapat berfungsi sesuai dengan yang diharapkan. Tahap pembuatan program ini meliputi:

1. Perancangan Algoritma atau alur program
   Untuk fungsi yang sederhana, algoritma dapat dibuat langsung pada saat menulis program. Untuk fungsi yang kompleks, algoritma dibuat dengan menggunakan flow chart.
2. Penulisan Program
   Penulisan program dalam Bahasa C, Assembly, Basic, atau Bahasa yang paling dikuasai.
3. Compile dan download, yaitu mentransfer program yang kita tulis kepada robot.

3. Uji coba

Setelah kita mendownload program ke mikrokontroler (otak robot) berarti kita siap melakukan tahapan terakhir dalam membuat robot, yaitu uji coba. Ujicoba dilakukan pada arena minimal seluas sekitar 4×4 meter.

Robot Line Follower Digital dengan Arduino

Robot Line Follower Digital Menggunakan Arduino (Simple Robot Line Tracking Arduino)

Skema Lengkap Line follower Digital IC Komparator

Pada skema lengkap robot line follower didesain dengan posisi sensor di atas permukaan putih. Dua buah sistem sensor di pasang pada pin Analog Input A0 dan A1, sedangkan sistem actuator motor DC dipasang pada Port 9 dan 6 untuk motor kiri, PORT 5 dan 3 untuk motor kanan. Prinsip kerja robot line follower berikut adalah saat sistem sensor berada di atas permukaan putih, akan ada pantulan cahaya dari LED yang akan mengenai sensor cahaya LDR sehingga resistansi sensor LDR berkurang sehingga arus bergerak melalui LDR. Kondisi tersebut menyebabkan arus output sensor menuju IC komparator LM 393 menjadi minimum, oleh IC LM 393, arus di non-inverting sehingga output menuju pin Arduino menjadi LOW (0). Sebaliknya, saat sistem sensor berada di atas garis hitam, tidak akan ada pantulan cahaya dari LED yang akan mengenai sensor cahaya LDR sehingga resistansi sensor LDR sangat besar sehingga arus tidak akan melalui LDR. Kondisi tersebut menyebabkan arus output sensor menuju IC komparator LM 393 menjadi maksimum, oleh IC LM 393, arus di non-inverting sehingga output menuju pin Arduino menjadi HIGH (1). Oleh Arduino data logika pin tersebut kemudian diolah untuk mengerakan motor, motor akan bergerak jika kedua pin motor tersebut memiliki beda polaritas. Selengkapnya mengenai logika gerak robot dapat dilihat pada Tabel 1 dan 2.

Tabel 21Kondisi Gerak Motor dan pengaruh Sensor

Kondisi	A0 = 0	A0 =1
A1 = 0	Maju	Belok Kiri
A1 = 1	Belok Kanan	Mundur

Tabel 2 Kondisi Gerak Motor dan Kondisi Logika Tiap Pin Motor

Kondisi	PORT 9	PORT 6	PORT 5	PORT 3
Maju	LOW	HIGH	LOW	HIGH
Belok Kiri	HIGH	LOW	LOW	HIGH
Belok Kanan	LOW	HIGH	HIGH	LOW
Mundur	HIGH	LOW	HIGH	LOW

 Gambar 1 Desain simulasi Proteus robot line follower digital

Gambar 1 adalah desain lengkap robot line follower digital dengan dua sensor cahaya dan komparator menggunakan board Arduino Uno. Sensor cahaya dihubungkan pada PORT Analog Input A0 dan A1 board Arduino, sedangkan input motor driver IC L293D terhubung dengan PORT yaitu 9, 6, 5, dan 3 Board Arduino.

Membuat Program Robot Line Follower Digital Menggunakan IDE Arduino

1    Susun rangkaian robot line follower digital menggunakan dua buah sensor seperti gambar berikut:

Gambar 2 Desain Fritzing rangkaian robot line follower digital

1. Hubungkan Arduino ke komputer dengan kabel USB.   
2. Buka software Arduino, dan ketik program berikut:

//ROBOT LINE FOLLOWER DIGITAL

//DILENGKAPI LCD DAN KOMUNIKASI SERIAL

#include

LiquidCrystal lcd(13,12,11,10,8,7);

int kiriA = 9;

int kiriB = 6;

int kananA = 5;

int kananB = 3;

void setup()

{

  lcd.begin(16,2);

  Serial.begin(9600);

  pinMode(kiriA,OUTPUT);

  pinMode(kiriB,OUTPUT);

  pinMode(kananA,OUTPUT);

  pinMode(kananB,OUTPUT);

  pinMode(A0,INPUT);

  pinMode(A1,INPUT);

}

void loop()

{

  int kiri = digitalRead(A0);

  int kanan = digitalRead(A1);

 //HIGH=hitam, LOW=putih

  if ((kiri==HIGH)&&(kanan==LOW))

  {

    digitalWrite(kiriA,HIGH);

    digitalWrite(kiriB,LOW);

    digitalWrite(kananA,LOW);

    digitalWrite(kananB,HIGH);

    //LCD Program

    lcd.clear();

    lcd.setCursor(0,0);

    lcd.print("i=hitam a=putih");

    lcd.setCursor(0,1);

    lcd.print("BELOK KIRI");

    //Serial Program

    Serial.println("Sensor Kiri Hitam & Sensor Kanan Putih");

    Serial.println("BELOK KIRI");

  }

  else if ((kiri==LOW)&&(kanan==HIGH))

  {

    digitalWrite(kiriA,LOW);

    digitalWrite(kiriB,HIGH);

    digitalWrite(kananA,HIGH);

    digitalWrite(kananB,LOW);

    //LCD Program

    lcd.clear();

    lcd.setCursor(0,0);

    lcd.print("i=putih a=hitam");

    lcd.setCursor(0,1);

    lcd.print("BELOK KANAN");

    //Serial Program

    Serial.println("Sensor Kiri Putih & Sensor Kanan Hitam");

    Serial.println("BELOK KANAN");

  }

  else if ((kiri==HIGH)&&(kanan==HIGH))

  {

    digitalWrite(kiriA,HIGH);

    digitalWrite(kiriB,LOW);

    digitalWrite(kananA,HIGH);

    digitalWrite(kananB,LOW);

    //LCD Program

    lcd.clear();

    lcd.setCursor(0,0);

    lcd.print("i=hitam a=hitam");

    lcd.setCursor(0,1);

    lcd.print("MUNDUR");

    //Serial Program

    Serial.println("Sensor Kiri Hitam & Sensor Kanan Hitam");

    Serial.println("MUNDUR");

  }

  else

  {

    digitalWrite(kiriA,LOW);

    digitalWrite(kiriB,HIGH);

    digitalWrite(kananA,LOW);

    digitalWrite(kananB,HIGH);

    //LCD Program

    lcd.clear();

    lcd.setCursor(0,0);

    lcd.print("i=putih a=putih");

    lcd.setCursor(0,1);

    lcd.print("MAJU");

    //Serial Program

    Serial.println("Sensor Kiri Putih & Sensor Kanan Putih");

    Serial.println("MAJU");

  }

}

3. Pilih Board dan Serial PORT yang digunakan di menu Tools. 

4. Tekan tombol Verify dipojok kiri toolbar. Setelah muncul pesan “Done Compiling”, selanjutnya tekan tombol Upload yang ada di kanan tombol Verifysampai muncul pesan “Done Uploading”

.

Gambar 3 Output program robot line follower menggunakan Arduino Uno

Saat kedua sensor berada dipermukaan putih maka robot akan bergerak maju, jika sensor kiri berada diatas garis hitam sedangkan sensor kanan di permukaan putih maka robot akan berbelok ke kiri, begitupula saat jika sensor kanan berada diatas garis hitam sedangkan sensor kiri di permukaan putih maka robot akan berbelok ke kanan, sehingga robot akan senantiasa berada menelusuri garis hitam.

Bentuk Robot Line Follower Digital Berbasis Sensor Cahaya

Gambar 4 Bentuk jadi robot line follower menggunakan Mikrokontroler Arduino