Robot merupakan perangkat serbaguna yang terdiri atas bagian mekanik, sistem sensor, sistem kontrol otomatis. Teori yang mendasari bidang robotika adalah mengandalkan pada hasil riset di bidang mesin, elektrik, elektronika, kotrol otomasi, matematika, dan ilmu komputer. Sekarang banyak aplikasi yang rumit seperti pengelasan, pengecatan, dan perakitan, yang memerlukan lebih banyak kemampuan dalam pergerakan dan pengindraan. Karenanya sebuah robot merupakan perangkat teknik yang multi disiplin. Teknik mesin menangani masalah desain dari komponen mesin, lengan, end-effector, dan juga bertanggung jawab untuk masalah kinematics, dynamics, dan analisis kontrol dari robot. Teknik listrik/elektro menangani masalah pada robot a.l.: aktuator, sensor, power, dan sistem kontrol. Teknik perancangan sistem menangani masalah perception, pengindraan, dan metode kontrol dari robot. Bagian pemrograman (Software engineering) bertanggung jawab untuk masalah logika, kecerdasan, komunikasi, dan jaringan.
Hingga sekarang sudah ada lebih dari 1000 organisasi, asosiasi, dan klub yang berhubungan dengan robotika; lebih dari 500 majalah, jurnal, dan koran yang berhubungan dengan robotika; lebih dari 100 konferensi, dan kompetisi yang berhubungan dengan robotika; dan lebih dari 50 mata kuliah di perguruan tinggi yang berhubungan dengan robotika. Robot mengisi sejumlah besar aplikasi di industri dan digunakan untuk berbagai operasi teknologi. Robot meningkatkan produktifitas para pekerja di industri, mengurangi kelelahan, monoton, ataupun bahaya dari pekerjaan tersebut.
Jika dilihat kembali komponen dari robot, salah satunya adalah manipulator secara kinematik tersusun atas link yang terkoneksi oleh joint untuk membentuk sebuah rantai kinematik. Robot sebagai sebuah sistem terdiri atas sebuah manipulator atau rover, sebuah wrist, sebuah end-effector, aktuator, sensor-sensor, kontroler, prosesor, dan juga perangkat lunak. Robot sendiri dibagi menjadi enam kelas diantaranya adalah:
- Manual handling device yaitu robot yang dioperasikan oleh operator
- Fixed sequence robot yaitu perangkat yang melakukan tahapan pekerjaan tertentu secara berturut-turut sesuai ditentukan dan dengan program yang tetap.
- Variable sequence yaitu perangkat yang melakukan tahapan pekerjaan tertentu secara berturut-turut sesuai ditentukan, namun dapat diprogram
- Playback robot yaitu operator manusia yang melakukan suatu tugas secara manual sebagai contoh yang dapat direkam untuk kemudian diputar kembali. Robot dalam hal ini dapat melakukan gerakan yang sama sesuai dengan informasi yang terekam.
- Numerical control robot yang dalam hal ini si operator menyuplai robot dengan program gerakan, lebih dari sekedar mengajarkannya suatu tugas secara manual.
- Intelligent robot yaitu sebuah robot dengan kemampuan untuk memahami lingkungannya dan kemampuan untuk secara sukses menyelesaikan suatu tugas meskipun perubahan pada lingkungan sekitarnya dimana ia harus bergerak.
Selain itu robot juga diklasifikasikan oleh kriteria lainnya seperti: geometry, workspace, actuation, control, dan application. Ada dua macam robot yaitu serial dan paralel. Serial robot dibuat dari serangkaian rigid link, yang masing-masing bagian dari link dihubungkan dengan sebuah revolute (R) atau prismatic (P) joint. Sebuah R atau P joint hanya menyediakan satu derajat kebebasan, dengan rotasi dan translasi masing-masing. Bagian final link dari robot biasa disebut end-effector, merupakan anggota pengoperasian robot yang berinteraksi dengan lingkungannya. Untuk memperoleh poin dari orientasi yang diinginkan, dalam sebuah area kerja robot, maka robot paling tidak memerlukan 6 DOF (Degree of Freedom). Karenanya robot paling tidak harus memiliki 6 link dan 6 joint. Kebanyakan robot menggunakan 3 DOF untuk posisi pergelangan tangan, dan menggunakan 3 DOF lainnya untuk mengorientasikan end-effector terhadap pergelangan tangan. Pada setiap link dari robot disertakan kerangka koordinat Cartesian yang saling berhubungan satu sama lain. Oleh karena itu untuk menentukan posisi dan orientasi dari end-effector, perlu kiranya menemukan kerangka dari end-effector dalam kerangka dasar.
Kinematika
Kinematika merupakan ilmu geometri yang berbicara tentang gerakan. Dan hal tersebut dibatasi pada deskripsi geometri murni dari gerakan dalam arti posisi, orientasi, dan waktu derivatifnya (turunan waktu). Dalam bidang robotika, deskripsi kinematika dari manipulator dan tugasnya dimanfaatkan untuk mengatur persamaan dasar bagi dinamika dan kontrol.
Rotasi kinematika
Tujuan dari bagian ini adalah untuk mempelajari bagaimana menentukan transformasi matrik dari dua frame koordinat kartesian B dan G dengan dengan asal usul yang sama dengan menerapkan rotasi pada sumbu utama. Kemudian tujuan berikutnya adalah untuk menguraikan matriks transformasi kepada serangkaian rotasi utama yang diperlukan. Rotasi kinematik ini meliputi hal-hal antara lain:
- Rotasi pada sumbu kartesian umum
- Rotasi berurutan pada sumbu kartesian umum
- Sudut Roll-Pitch-Yaw umum
- Rotasi sumbu kartesian lokal
- Rotasi berurutan pada sumbu kartesian lokal
- Sudut Euler
- Sudut Roll-Pitch-Yaw lokal
- Rotasi koordinat lokal versus koordinat umum
- Transformasi umum
- Transformasi aktif dan pasif
Kinematika orientasi
Pada bagian ini, ada beberapa metode yang berbeda untuk mewakili rotasi, namun tidak banyak yang pada dasarnya berbeda. Parameter atau koordinat yang diperlukan untuk benar-benar menggambarkan orientasi dari rigit body relative untuk beberapa kerangka acuan kadang-kadang disebut attitude coordinate. Ada dua masalah yang melekat dalam mewakili rotasi, keduanya terkait dengan sifat tak terbantahkan dari rotasi. Kedua hal tersebut yaitu:
- Rotasi tidak bolak-balik.
- Rotasi spasial tidaklah secara topologi memungkinkan pemetaan yang halus dalam ruang Euclidean tiga
Tujuan dari bagian ini adalah untuk menentukan transformasi matrik antara dua kerangka koordinat kartesian B dan G dengan asal usul yang sama ketika B berputar sebesar φ pada sumbu . Kemudian juga untuk menentukan sudut φ dan sumbu dari rotasi untuk matriks transformasi yang diberikan.
Kinematika gerakan
Gerak tak beraturan pada body B yang berhubungan dengan body G yang lain disebut rigid body motion dan dapat dinyatakan dengan
Kinematika maju
Dengan joint variable pada robot, kita dapat menentukan posisi dan orientasi dari setiap link pada robot, untuk satu set karakteristik geometris robot. Pada bagian ini disertakan sebuah kerangka koordinat kepda setiap link dan menentukan konfigurasinya terhadap kerangka tetangga lainnya menggunakan metode rigid motion. Analisis tersebut disebut kinematika maju (forward kinematics).
Gambar 1. Link (i) dan beginning joint i-1 dan end joint i
Kinematika inverse
Kinematika terbalik (inverse kinematics) mengacu guna menentukan joint variable dari robot untuk posisi tertentu dan orientasi kerangka dari end–effector. Kinematika maju (forward kinematics) dari 6 DOF robot menghasilkan matriks transformasi 4×4.
Kecepatana sudut
Kecepatan sudut berputar tubuh B dalam kerangka rotasi global G, adalah kecepatan berputar seketika tubuh, yang berhubungan dengan G. Kecepatan sudut adalah besaran vectorial. Menggunakan deskripsi analisis kecepatan sudut, pada buku ini diperkenalkan kecepatan dan waktu turunan dari matriks transformasi homogen.
Kinematika kecepatan
Analisis kecepatan dari sebuah robot dibagi menjadi kecepatan Kinematika forward dan inverse. Memiliki tingkat waktu variabel bersama dan penentuan kecepatan Cartesian end-effector dalam kerangka koordinat global disebut Kinematikaa kecepatan maju (forward). Penentuan tingkat waktu variabel bersama berdasarkan kecepatan dari end-effector disebut Kinematika kecepatan terbalik (inverse).
Metode numerik dalam Kinematika
Ada beberapa perhitungan numerik umum yang diperlukan dalam kinematika robot. Solusi untuk satu set persamaan aljabar linear dan nonlinear adalah yang paling penting untuk menghitung inversi matriks dan matriks Jacobian. Sebuah solusi yang diterapkan untuk satu set persamaan linear adalah faktorisasi LU, dan metode praktis untuk satu set persamaan nonlinier adalah metode Newton-Raphson. Kedua metode ini berperan dalam algoritma yang diterapkan.
Berbagi Pengalaman Sederhana 