Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Sistem Perencanaan Gerakan Berjalan Robot Humanoid R2CR9 Bioloid GP Menggunakan Metode Proyeksi Bidang Kartesian T1 612012010 BAB IV

(1)

21

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pada bab ini akan ditampilkan dan dijelaskan mengenai pengujian sistem dan

dokumuentasi data-data percobaan yang telah direalisasikan sesuai dengan spesifikasi

yang telah disetujui pada surat tugas.

4.1. Pengujian Sistem Pembangkit Koordinat.

Pengujian sistem pembangkit lintasan dilakukan untuk menguji hasil dari

persamaan-persamaan fungsi pembangkit koordinat x, y, dan z terhadap waktu untuk

engkel dan panggul robot. Pengujian dilakukan dengan memberikan masukan berupa

parameter gerakan yang divariasikan dan melihat hasil kurva dari fungsi koordinat

terhadap waktu yang dihasilkan. Pengujian fungsi pembangkit lintasan arah x, y, dan z

dilakukan secara terpisah untuk setiap arah koordinat pada engkel dan panggul. Pengujian

ini dilakukan sepenuhnya melalui perangkat lunak.

4.1.1. Fungsi Koordinat x(t)

Pengujian fungsi x(t) untuk engkel dilakukan dengan lima variasi parameter jarak

langkah f yaitu 5, 10, 15, 20, dan 25. Kurva yang dihasilkan untuk satu periode langkah.

Periode langkah ditentukan sebesar 20. Periode langkah adalah jumlah counter waktu

yang dilakukan untuk melakukan satu kali melangkahkan kaki.

Dari grafik pada Gambar 4.1, dapat dilihat bahwa fungsi pembangkit mampu

menghasilkan titik-titik koordinat arah x yang membentuk sebuah kurva lintasan engkel,

di mana kurva yang dihasilkan sesuai dengan kelima parameter yang ditentukan. Untuk

nilai parameter jarak langkah akan menentukan kecepatan berjalan robot, maka untuk

mendapatkan nilai terbaik melalui pengujian fisik dengan robot. Semakin besar jarak

langkah robot maka robot berjalan semakin cepat. Tetapi bila terlalu jauh keseimbangan

(2)

22

Gambar 4.1 Kurva koordinat x engkel terhadap waktu selama satu periode langkah

dangan variasi parameter jarak langkah (f).

Pengujian fungsi x(t) untuk panggul dilakukan dengan lima variasi parameter faktor

bentuk αx yaitu 1, 2, 3, 4, dan 5. Kurva yang dihasilkan untuk satu periode langkah.

Periode langkah ditentukan sebesar 20. Dan jarak langkah yang digunakan adalah 25.

Gambar 4.2 Kurva koordinat x panggul terhadap waktu selama satu periode langkah dengan variasi parameter faktor bentuk (αx).

(3)

23

Dari grafik pada Gambar 4.2 dapat dilihat pengaruh nilai faktor bentuk αx terhadap bentuk kurva. Saat nilai αx = 1, kurva yang dihasilkan linear. Semakin besar nilai αx maka nilai koordinat x(t) panggul semakin cepat bertambah di awal dan akhir periode langkah

dan jaraknya semakin jauh. Dari kurva tersebut dapat dilihat bahwa nilai optimal untuk gerakan panggul adalah dengan faktor bentuk αx di bawah 3 supaya nilai koordinat tidak mengalami penurunan ketika di tengah periode atau kurva tidak bergelombang.

Pada Gambar 4.3 ditunjukkan posisi titik x(t1) yaitu awal posisi engkel dan panggul

sebelum melangkah, dan x(t2) yaitu posisi akhir engkel setelah melangkah, titik x=0

berada pada pusat kaki robot yang tidak mengayun.

Gambar 4.3 Posisi awal dan akhir engkel dan panggul robot pada sumbu x untuk satu

periode langkah.

4.1.2. Fungsi Koordinat y(t)

Pengujian fungsi y(t) untuk engkel dilakukan dengan lima variasi parameter tinggi

langkah h yaitu 5, 10, 15, 20, dan 25. Kurva yang dihasilkan untuk satu periode langkah.

Periode langkah ditentukan sebesar 20.

Dari grafik pada Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa fungsi pembangkit mampu

menghasilkan titik-titik koordinat arah y yang membentuk sebuah kurva lintasan engkel,

di mana kurva yang dihasilkan sesuai dengan kelima parameter yang ditentukan. Tinggi

langkah akan mempenaruhi keseimbangan robot saat berjalan pada fase SSP, maka perlu

pengujian fisik untuk mendapatkan nilai optimal. Semakin tinggi langkah robot, gerakan

berjalan semakin tidak seimbang tetapi robot dapat mencapai jarak langkah kaki yang

lebih jauh. Untuk mengurangi ketidakseimbangan robot dapat dilakukan dengan

mempercepat periode langkah.

(4)

24

Gambar 4.4 Kurva koordinat y engkel terhadap waktu selama satu periode langkah

dengan variasi parameter tinggi langkah (h).

Gambar 4.5 menunjukkan posisi titik y(t2/2), atau posisi engkel pada sumbu y saat

setengah periode, titik tersebut menunjukkan puncak kurva y(t) engkel yang merupakan

tinggi langkah kaki robot. Letak titik y=0 berada pada pusat kaki mengayun saat awal dan

akhir langkah.

Gambar 4.5 Posisi engkel robot pada sumbu y pada saat puncak langkah kaki pada

setengah periode.

0 5 10 15 20 25 30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Koo

rd

in

at

a

ra

h

y

Caounter t

Kurva

y(t)

engkel

h=5 h=10 h=15 h=20 h=25

(5)

25 4.1.3. Fungsi Koordinat z(t)

Pengujian fungsi z(t) untuk engkel yang dilakukan dengan lima variasi parameter

langkah samping (A) yaitu 5, 10, 15, 20, dan 25. Untuk rasio langkah samping (η)

ditetapkan 1. Kurva yang dihasilkan untuk satu periode langkah. Periode langkah

ditentukan sebesar 20.

Gambar 4.6 Kurva koordinat z engkel terhadap waktu selama satu periode langkah

dengan variasi parameter lebar langkah samping (A).

Dari grafik pada Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa fungsi menghasilkan titik-titik koordinat

yang membentuk kurva sesuai dengan nilai parameter yang ditentukan. Dalam hal ini parameter

lebar langkah samping (A) menentukan jarak bentangan kaki ke samping yang dicapai saat akhir

periode langkah. Nilai lebar langkah samping A menentukan kecepatan gerakan berjalan ke

samping, di mana ditentukan berdasarkan percobaan fisik.

Pengujian fungsi z(t) untuk panggul, yang pertama adalah variasi parameter jarak

simpangan panggul (Sy) yaitu 5, 10, 15, 20, dan 25, sementara faktor bentuk ditetapkan 1. Kurva

yang dihasilkan adalah untuk satu periode langkah. Periode langkah ditentukan sebesar 20.

Dari grafik pada Gambar 4.7 dapat dilihat bahwa fungsi menghasilkan kurva yang sesuai

dengan nilai parameter yang ditentukan. Pada kurva tersebut terlihat pergerakan panggul ke salah

satu arah dalam satu periode, pergerakan ini mempengaruhi keseimbangan robot pada fase SSP

karena panggul robot bergerak ke kiri saat kaki kanan diangkat. Maka nilai parameter Sy harus

disesuaikan dengan tinggi langkah robot. Semakin tinggi langkah robot, simpangan panggul Sy

semakin besar. Tetapi bila terlalu besar maka robot akan jatuh ke arah kaki yang berpijak.

(6)

26

Gambar 4.7 Kurva koordinat z panggul terhadap waktu selama satu periode langkah

dengan variasi parameter lebar simpangan pinggul ke samping (Sy).

Pengujian untuk fungsi z(t) panggul yang kedua adalah variasi faktor bentuk αz, yaitu 1,

10, 20, 30, dan 40. Parameter Syyang digunakan adalah 20.

Gambar 4.8 Kurva koordinat z panggul terhadap waktu selama satu periode langkah

dengan variasi parameter faktor bentuk kurva (αz).

Dari Gambar 4.8 dapat dilihat bahwa faktor bentuk αz mempengaruhi bentuk dari

kurva lintasan panggul robot. Di mana semakin besar nilai αz maka gerakan panggul

Sy=5 Sy=10 Sy=15 Sy=20 Sy=25

(7)

27

semakin halus karena kurva lebih seperti kurva parabola. Maka untuk mendapatkan

gerakan berjalan yang stabil digunakan parameter αz yang cukup besar, yaitu antara

20-30.

Gambar 4.9 menunjukkan posisi engkel dan panggul pada arah sumbu z. Gambar

4.8(a) menunjukkan posisi engkel robot pada arah z, di mana z(t1) merupakan posisi awal

sebelum melangkah ke samping dan z(t2) merupakan posisi akhir setelah melangkah ke

samping. Titik z=0 untuk engkel berada pada pusat kaki mengayun sebelum melangkah.

Pada Gambar 4.8(b) ditunjukkan posisi panggul robot, di mana posisi puncak simpangan

panggul z(t2/2) dicapai ketika setengah periode. Posisi titik z=0 untuk panggul berada

pada pusat panggul sebelum melangkah.

(a) (b)

Gambar 4.9 Posisi pada sumbu z dari (a) engkel robot untuk satu periode langkah

samping, dan (b) panggul robot pada puncak simpangan panggul saat setengah periode.

4.2. Pengujian Sistem Pembangkit Pola Berjalan

Pengujian sistem pembangkit pola gerakan berjalan dilakukan untuk mengetahui

pola pergantian langkah yang dihasilkan oleh sistem. Pengujian dilakukan dengan

menjalankan sistem untuk beberapa periode gerakan berjalan dengan satu set parameter

yang telah ditentukan. Pengujian dilakukan untuk masing-masing kurva x,y,dan z secara

terpisah pada kedua kaki robot.

Z= 0

(8)

28 4.2.1. Pembangkit Pola Berjalan x(t)

Pengujian pembangkit pola berjalan arah x dilakukan dengan parameter gerakan

jarak langkah f=10, dan faktor bentuk αx=1. Periode langkah ditentukan 20 dan dilakukan

4 kali periode.

Gambar 4.10 Grafik pola kurva koordinat x terhadap waktu untuk engkel dan panggul.

Pada Gambar 4.10 ditunjukkan sistem pembangkit pola gerakan berjalan mengatur

pergantian antara langkah kaki kanan dan kiri. Ketika kaki kanan melangkah maka

koordinat engkel kaki kiri bernilai nol, demikian pula sebaliknya bergantian setiap

periode. Gerakan panggul sesuai dengan periode langkah kaki kiri dan kanan.

Gambar 4.11 menunjukkan kurva lintasan sumbu x terhadap waktu yang merupakan

hasil dari selisih koordinat engkel dan panggul. Kurva ini yang kemudian direalisasikan

menjadi gerakan berjalan robot melalui sistem inverse kinematic.

-10

Pola kurva x(t) engkel dan panggul

(9)

29

Gambar 4.11 Grafik pola kurva koordinat arah x terhadap waktu akhir untuk kaki kanan

dan kiri hasil selisih koordinat engkel dan panggul.

4.2.2. Pembangkit Pola Berjalan y(t)

Pengujian pembangkit pola berjalan arah y dilakukan dengan parameter gerakan

jarak langkah h=10. Periode langkah ditentukan 20 dan dilakukan 4 kali periode.

Gambar 4.12 Grafik pola kurva koordinat y terhadap waktu.

Gambar 4.12 menunjukkan pola kurva lintasan arah y langkah kaki, di mana

pergantian langkah dilakukan sesuai periode langkah.

(10)

30 4.2.3. Pembangkit Pola berjalan z(t)

Pengujian pembangkit pola berjalan arah z dilakukan dengan parameter gerakan

jarak langkah samping A=10, jarak simpangan panggul ke samping Sy=15, dan faktor

bentuk αz=20. Periode langkah ditentukan 20 dan dilakukan 4 kali periode.

Pada Gambar 4.13 terlihat pola gerakan langkah samping pada arah sumbu z.

Sistem dapat mengatur pergantian langkah kaki kanan dan kiri untuk gerakan langkah

samping. Hasil akhir merupakan selisih antara korrdinat engkel dengan koordinat panggul

yang membentuk kurva seperti pada Gambar 4.14.

Gambar 4.13 Grafik pola kurva koordinat z terhadap waktu untuk engkel dan panggul.

Gambar 4.14 Grafik pola kurva koordinat arah z terhadap waktu akhir untuk kaki kanan

dan kiri hasil selisih koordinat engkel dan panggul.

-20

Pola kurva z(t) engkel dan panggul

Engkel kiri Engkel kanan Panggul

(11)

31 4.2.4. Pembangkit Pola Gerakan Berputar

Untuk pembangkit gerakan berputar ditentukan oleh parameter heading di mana

fungsi linear digunakan untuk menghasilkan putaran kaki. Pengolahan parameter heading

langsung pada sistem inverse kinematic, pada tugas akhir ini heading hanya untuk

menentukan derajat perputaran kaki robot. Pola yang dihasilkan dapat dilihat pada

Gambar 4.15.

Gambar 4.15 Grafik pola perubahan sudut putaran kaki robot terhadap waktu.

4.3. Pengujian Pembangkit Lintasan

Pada pengujian ini koordinat yang sudah didapatkan dari fungsi pembangkit

koordinat engkel dan panggul dibentuk menjadi sebuah kurva lintasan dalam bidang

kartesian.

Gambar 4.16 menunjukkan lintasan engkel pada bidang sagital atau bidang xy. Pada

bidang ini ditunjukkan lintasan langkah robot ke depan dengan parameter gerakan jarak

langkah 20 dan tinggi langkah 5.

Gambar 4.16 Kurva lintasan engkel bidang xy

-10

(12)

32

Gambar 4.17 menunjukkan lintasan engkel pada bidang frontal atau bidang zy. Pada

bidang ini ditunjukkan lintasan langkah robot ke samping dengan parameter gerakan jarak

langkah samping 5 dan tinggi langkah 10.

Gambar 4.17 Kurva lintasan engkel bidang zy

Gambar 4.18 menunjukkan lintasan panggul pada bidang transversal atau bidang

xz untuk dua kali periode langkah. Pada bidang ini ditunjukkan lintasan langkah robot ke

depan dengan parameter gerakan jarak langkah 20 dan jarak simpangan panggul 15.

Gambar 4.18 Kurva lintasan engkel bidang xz

0

Kurva lintasan engkel bidang z-y

-20

(13)

33 4.4. Pengujian Penerapan Sistem pada Robot

Pada pengujian ini keseluruhan sistem perencanaan gerakan berjalan diujikan

secara langsung pada robot. Sistem dijalankan untuk melihat performa sistem

membangkitkan gerakan berjalan robot. Pengujian dilakukan untuk enam jenis gerakan

dasar yaitu gerakan maju, mundur, geser kanan, geser kiri, putar kanan, dan putar kiri.

Pengujian dilakukan dengan menjalankan robot pada permukaan karpet sejauh 2

meter untuk setiap gerakan, untuk gerakan putar dilakukan putaran 3600. Setiap pengujian

dilakukan perulangan sebanyak 10 kali. Gerakan-gerakan tersebut dibentuk dengan

mengatur parameter-parameter gerakan yang menghasilkan pola gerakan yang sesuai.

Penentuan parameter tiap gerakan didapatkan melalui proses eksperimen yang tidak

tercatat untuk mendapatkan hasil yang terbaik. Hasil dari pengujian ini adalah tingkat

keberhasilan robot melaksanakan gerakan dan kecepatan gerakan robot. Pengujian

dilakukan tanpa sistem pengendali keseimbangan.

4.4.1.Pengujian Gerakan Berjalan Maju

Parameter gerakan berjalan maju yang digunakan seperti pada Tabel 4.1. Parameter

utama gerakan adalah jarak langkah f, di mana nilai positif akan membuat robot berjaan

maju. Semakin besar nilai jarak langkah maka robot berjalan semakin cepat.

Tabel 4.1 Parameter gerakan berjalan maju

Nama Parameter Nilai

Periode langkah 45

Jarak langkah ( f ) 35

Tabel 4.2 menunjukkan hasil pengujian gerakan berjalan maju. Dari hasil pengujian

didapatkan tingkat keberhasilan 9 dari 10 percobaan, atau 90%. Kecepatan rata-rata yang

(14)

34

Tabel 4.2 Hasil pengujian gerakan berjalan maju

Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s) Kecepatan (cm/s)

1 Tidak jatuh 14.4 13.89

3 Jatuh - -

4.4.2.Pengujian Gerakan Berjalan Mundur

Parameter gerakan berjalan mundur yang digunakan seperti pada Tabel 4.3.

Parameter utama gerakan adalah jarak langkah f, di mana nilai negatif akan membuat

robot berjaan mundur.

Tabel 4.3 Parameter gerakan berjalan mundur

Periode langkah 45

Jarak langkah ( f ) -20

Tinggi langkah ( h ) 50

Faktor bentuk x ( αx ) 1.5

Simpangan panggul ( Sy ) 20

Faktor bentuk z ( αz ) 38

Lebar langkah samping ( A ) 0

Rasio langkah samping ( η ) 1

Heading 0

Tabel 4.4 menunjukkan hasil pengujian gerakan berjalan mundur. Dari hasil

pengujian didapatkan tingkat keberhasilan 10 dari 10 percobaan, atau 100%. Kecepatan

(15)

35

Tabel 4.4 Hasil pengujian gerakan berjalan mundur

4.4.3.Pengujian Gerakan Geser Kanan

Parameter gerakan geser kanan yang digunakan seperti pada Tabel 4.5. Parameter

utama gerakan adalah lebar langkah samping A, di mana nilai positif akan membuat robot

bergeser ke kanan.

Tabel 4.5 Parameter gerakan geser kanan

Periode langkah 45

Faktor bentuk x ( αx ) 1

Rasio langkah samping ( η ) 0.5

Heading -2.5

Tabel 4.6 menunjukkan hasil pengujian gerakan geser kanan. Dari hasil pengujian

didapatkan tingkat keberhasilan 10 dari 10 percobaan, atau 100%. Kecepatan rata-rata

(16)

36

Tabel 4.6 Hasil pengujian gerakan geser kanan

4.4.4.Pengujian Gerakan Geser Kiri

Parameter gerakan geser kiri yang digunakan seperti pada Tabel 4.7. Parameter

utama gerakan adalah lebar langkah samping A, di mana nilai negatif akan membuat robot

bergeser ke kiri.

Tabel 4.7 Parameter gerakan geser kiri

Periode langkah 45

Lebar langkah samping ( A ) -10

Rasio langkah samping ( η ) -1

Heading 1.7

Tabel 4.8 menunjukkan hasil pengujian gerakan geser kiri. Dari hasil pengujian

didapatkan tingkat keberhasilan 10 dari 10 percobaan, atau 100%. Kecepatan rata-rata

(17)

37

Tabel 4.8 Hasil pengujian gerakan geser kiri

1 Tidak jatuh 30 6.67

4.4.5.Pengujian Gerakan Putar Kanan

Parameter gerakan putar kanan yang digunakan seperti pada Tabel 4.9. Parameter

utama gerakan adalah heading, di mana nilai negatif akan membuat robot berputar ke

kanan.

Tabel 4.9 Parameter gerakan putar kanan

Periode langkah 45

Heading -8

Tabel 4.10 menunjukkan hasil pengujian gerakan putar kanan. Dari hasil pengujian

didapatkan tingkat keberhasilan 10 dari 10 percobaan, atau 100%. Waktu rata-rata yang

(18)

38

Tabel 4.10 Hasil pengujian gerakan putar kanan

Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s)

1 Tidak jatuh 15.5

2 Tidak jatuh 17.5

3 Tidak jatuh 16.6

4 Tidak jatuh 17

5 Tidak jatuh 15.6

6 Tidak jatuh 15.9

7 Tidak jatuh 16.5

8 Tidak jatuh 16.3

9 Tidak jatuh 17.2

10 Tidak jatuh 17.3

4.4.6.Pengujain Gerakan Putar Kiri

Parameter gerakan putar kiri yang digunakan seperti pada Tabel 4.11. Parameter

utama gerakan adalah heading, di mana nilai positif akan membuat robot berputar ke kiri.

Tabel 4.11 Parameter gerakan putar kiri

Periode langkah 45

Heading 7

Tabel 4.12 menunjukkan hasil pengujian gerakan putar kiri. Dari hasil pengujian

didapatkan tongkan keberhasilan 10 dari 10 percobaan, atau 100%. Waktu rata-rata yang

(19)

39

Tabel 4.12 Hasil pengujian gerakan putar kiri

Percobaan ke- Jatuh / Tidak jatuh Waktu (s)

1 Tidak jatuh 12.2

2 Tidak jatuh 12.3

3 Tidak jatuh 13.1

4 Tidak jatuh 13.1

5 Tidak jatuh 12.4

6 Tidak jatuh 12.8

7 Tidak jatuh 13.3

8 Tidak jatuh 12.1

9 Tidak jatuh 14.1