Behind of Robot Arms : Forward Kinematic

Pada era teknologi saat ini, banyak para riset bahkan NASA pun berlomba-lomba untuk menciptakan robot menyerupai manusia, yang nantinya akan digunakan dalam Space Exploration. Mereka tidak akan pernah menggantikan manusia. Mereka diciptakan hanya untuk membantu menganalisis hal-hal yang dapat membahayakan manusia. Kebradaan robot saat ini tidaklah sesulit ketika awal komputer diciptakan. Pembelajaran robot mulai mengalami peningkatan ketika komputer telah diciptakan di era 20-an hingga 21-an.

Di sini saya akan menjelaskan kinematika (salah satu metode yang digunakan pada robot), saya harap anda telah mempelajari trigonometri dan disini ilmu matematika sangat berarti. saya mencoba untuk menekan sedikit mungkin simbol simbol yang ada di kinematika dan diterjemahkan ke umum.

Q : Kenapa kita harus mempelajari kinematika?

A : Kinematika digunakan pada robot yang menyerupai manusia ( tangan, kaki, dkk)

Ada 2 metode kinematika yang digunakan dalam menganalisis gerak pada manusia atau robot tersebut. yaitu :

• Forward Kinematic
• Inverse Kinematic

Pada Forward Kinematic, untuk mencapai koordinat yang kita inginkan, kita harus mengetahui sudut setiap sendi-sendi yang akan kita bentuk. jadi untuk lebih jelasnya, kita harus menghitung dikertas untuk mencari sudut sendi-sendi tersebut agar mendapatkan koordinat kita inginkan. Jika diterapkan di robot, angka yang berupa sudut kita dapatkan tadi dimasukkan ke dalam otak robot tersebut. Sehingga terbentuk koordinat yang kita inginkan. Bahasa simpelnya, kita memerlukan sudut untuk mengetahui koordinat yang dituju. Namun, sebagian besar manusia perpedoman pada koordinat dan tidak mau tau sudut atau bagaimana cara robot tersebut untuk mencapai tujuan tersebut. Logikanya, jika kita mengambil piring di atas meja, apakah kita harus memikirkan sudut yang harus dibentuk oleh setiap sendi tangan kita agar dapat mencapai gelas tersebut? (keburu mati kelaparan). Disamping itu, metode ini lebih mudah daripada Inverse Kinematic.

Sedangkan pada Inverse Kinematic, anda cukup memasukkan koordinat yang dituju, otak robot akan mengkalkulasi sudut yang harus dibentuk agar mencapai sudut tersebut. Dari penggunaannya terlihat lebih mudah dari pada Forward Kinematik. Namun, sesuai dengan hukum alam, "ada kelemahan pasti ada kelebihan". Tidak perlu kawatir bagi pengguna (user), kelemahan hanya ada di sisi pembuatan/pemograman. Semakin banyak sendi-sendi (Degree Of Freedom) pada robot maka semakin kompleks kalkulasinya & perlu waktu lebih untuk memahami ini.

1. Forward Kinematic
Di sini saya akan membahas Forward Kinematic, agap saja anda memiliki robot tangan. Saya akan membahas  5 titik sendi (5 DOF). Langsung saja tidak usah basa-basi. Untuk memotivasi sedikit, asumsikan saja anda memiliki robot tangan :

Berikut cara robot di atas bergerak :

1.1 Pendekatan Geometris

Tampak dari atas :

Mudah bukan? we're not done yet! mari kita tinjau dari samping (sumbu Z) :

Dari persamaan 3 disubsitusikan ke persamaan 1 & 2, sehingga :

1.2 Pendekatan Analitis ( Denavit-Hartenberg )

Untuk mengetahui lebih lanjut Denavit-Hartenberg bisa ke Here atau Sini. Sebelum membacanya disarankan sediakan obat sakit kepala untuk menghindari sesuatu yang iya iya. ok, lanjut!

Berikut spesifikasi robot 5 sendi ( Sebenarnya 6, ke 6 nya adalah gripper ) dari Denavit-Hartenberg :

i	alpha(i-1)	a(i-1)	d(i)	theta(i)
1	0	0	d1	theta(1)
2	90	0	0	theta(2)
3	0	a3	0	theta(3)
4	0	a4	0	theta(4)-90
5	-90	0	d5	theta(5)
6	0	0	0	Gripper

Sesuai dengan refrensi di atas, maka untuk mempresentasikan setiap joint/sendi pada tabel di atas ke dalam bentuk matrix, dengan cara :

Sehingga, Didapatkan matrix setiap sendi/joint :

Bisa diterima? ok, mari ke tahap penggabungan. dari sendi/ joint ke 0 sampai ke 5 (ke 6 nya kan gripper tidak dipengaruhi oleh X Y Z maka abaikan) :

Diatas dapat dilihat ada banyak notasi, notasi yang mempresentasikan posisi adalah yang kolomnya memiliki angka 1 (dx dy dz) dan yang lainnya adalah mempresentasikan rotasi. Sehingga, didapatkan nilai dx, dy & dz adalah :

Dan notasi yang lainnya bonus buat anda jika anda tidak percaya. Hasil dx, dy & dz sama dengan hasil pendekatan geometri yang saya jelaskan di awal tadi.

Hasil Simulasi :

refrensi gambar :

• http://www.robotshop.com/media/files/images2/lynxmotion-al5b-robot-arm-combo-kit-4-dof.jpg
• http://www.laurentkneip.de/5DOF_robot_arm_files/5DOF_3.jpg