Robotika adalah studi dan praktik lintas disiplin ilmu tentang desain, konstruksi, pengoperasian, dan penggunaan robot. Di dalam bidang teknik mesin, robotika merupakan desain dan konstruksi struktur fisik dari robot, sementara di dalam ilmu komputer, robotika berfokus pada algoritma otomatisasi robotik. Disiplin lain yang berkontribusi pada robotika meliputi teknik elektro, kontrol, perangkat lunak, informasi, elektronika, telekomunikasi, komputer, mekatronika, material, dan rekayasa biomedis.
Tujuan utama dari sebagian besar robotika adalah untuk merancang mesin-mesin yang dapat membantu dan mendukung manusia. Banyak robot dibangun untuk melakukan pekerjaan-pekerjaan yang berbahaya bagi manusia, seperti mencari korban selamat di reruntuhan yang tidak stabil, dan menjelajahi ruang angkasa, tambang, dan reruntuhan kapal. Yang lain menggantikan manusia dalam pekerjaan-pekerjaan yang membosankan, berulang, atau tidak menyenangkan, seperti membersihkan, memantau, mengangkut, dan merakit. Saat ini, robotika merupakan bidang yang berkembang pesat, seiring dengan terus berlanjutnya kemajuan teknologi; penelitian, desain, dan pembangunan robot baru melayani berbagai tujuan praktis.
Aspek Penting dalam Desain dan Konstruksi Robot
Robotik merupakan bidang yang sangat luas dan melibatkan banyak jenis robot yang digunakan dalam berbagai lingkungan dan untuk berbagai keperluan. Meskipun beragam dalam aplikasi dan bentuknya, semua robot memiliki tiga aspek dasar yang sama ketika membahas desain dan konstruksi mereka:
-
Konstruksi mekanis: Merupakan rangka, bentuk, atau struktur yang dirancang untuk mencapai tugas tertentu. Sebagai contoh, robot yang dirancang untuk bergerak melintasi tanah berat atau lumpur mungkin menggunakan trek kaki caterpillar. Robot yang terinspirasi oleh origami dapat merasakan dan menganalisis di lingkungan ekstrim. Aspek mekanis dari robot sebagian besar merupakan solusi pencipta untuk menyelesaikan tugas yang diberikan dan mengatasi fisika lingkungan di sekitarnya. Form follows function.
-
Komponen listrik yang memberi daya dan mengendalikan mesin. Sebagai contoh, robot dengan trek kaki caterpillar akan membutuhkan beberapa jenis daya untuk menggerakkan roda trekkernya. Daya tersebut datang dalam bentuk listrik, yang akan harus melalui kabel dan berasal dari baterai, rangkaian listrik dasar. Meskipun mesin yang ditenagai bensin utamanya mendapatkan dayanya dari bensin, mereka tetap memerlukan arus listrik untuk memulai proses pembakaran, itulah mengapa sebagian besar mesin yang ditenagai bensin seperti mobil, dilengkapi dengan baterai. Aspek listrik dari robot digunakan untuk pergerakan (melalui motor), sensor (di mana sinyal listrik digunakan untuk mengukur hal-hal seperti panas, suara, posisi, dan status energi), dan operasi (robot membutuhkan sejumlah energi listrik yang disuplai ke motor dan sensor mereka untuk mengaktifkan dan melakukan operasi dasar).
-
Perangkat lunak. Sebuah program adalah cara sebuah robot memutuskan kapan atau bagaimana melakukan sesuatu. Dalam contoh trek kaki caterpillar, sebuah robot yang perlu bergerak melintasi jalan berlumpur mungkin memiliki konstruksi mekanis yang benar dan menerima jumlah daya yang tepat dari baterainya, tetapi tidak akan bisa bergerak tanpa program yang memberi tahu untuk bergerak. Program-program merupakan inti dari sebuah robot, bisa jadi memiliki konstruksi mekanis dan listrik yang sangat baik, tetapi jika programnya strukturnya buruk, kinerjanya akan sangat buruk (atau mungkin tidak berfungsi sama sekali). Ada tiga jenis program robotik yang berbeda: kontrol jarak jauh, kecerdasan buatan, dan hibrida. Robot dengan pemrograman kontrol jarak jauh memiliki set perintah yang telah ada sebelumnya dan hanya akan melakukan jika dan ketika menerima sinyal dari sumber kontrol, biasanya manusia dengan kendali jarak jauh. Mungkin lebih tepat untuk melihat perangkat yang dikendalikan terutama oleh perintah manusia sebagai jatuh dalam disiplin otomatisasi daripada robotika. Robot yang menggunakan kecerdasan buatan berinteraksi dengan lingkungan mereka sendiri tanpa sumber kontrol, dan dapat menentukan reaksi terhadap objek dan masalah yang mereka temui menggunakan pemrograman yang telah ada sebelumnya. Hibrida adalah bentuk pemrograman yang mencakup fungsi AI dan RC di dalamnya.
Komponen-komponen Utama dalam Desain Robot
Sumber Daya Pada saat ini, baterai (terutama baterai timbal-asam) umumnya digunakan sebagai sumber daya utama. Ada banyak jenis baterai yang dapat digunakan sebagai sumber daya untuk robot. Mulai dari baterai timbal-asam yang aman dan memiliki umur simpan yang relatif lama namun cukup berat dibandingkan dengan baterai perak–kadmiyum yang jauh lebih kecil dalam volume dan saat ini lebih mahal. Mendesain robot yang ditenagai baterai harus mempertimbangkan faktor-faktor seperti keamanan, siklus hidup, dan berat. Generator, seringkali jenis mesin pembakaran internal, juga dapat digunakan. Namun, desain seperti itu sering kali kompleks secara mekanis, memerlukan bahan bakar, membutuhkan pelepasan panas, dan relatif berat. Sebuah kabel yang menghubungkan robot ke sumber daya akan menghilangkan sumber daya dari robot secara keseluruhan. Ini memiliki keuntungan untuk menghemat berat dan ruang dengan memindahkan semua komponen pembangkitan dan penyimpanan daya ke tempat lain. Namun, desain ini juga memiliki kelemahan berupa selalu ada kabel yang terhubung ke robot, yang dapat sulit dikelola. Sumber daya potensial bisa berupa:
- Pneumatik (gas bertekanan)
- Tenaga surya (menggunakan energi matahari dan mengkonversinya menjadi daya listrik)
- Hidrolik (cairan)
- Penyimpanan energi roda terbang
- Sampah organik (melalui pencernaan anaerobik)
- Nuklir
Aktuasi Aktuator adalah "otot" dari sebuah robot, bagian yang mengubah energi yang tersimpan menjadi gerakan. Secara jauh, aktuator paling populer adalah motor listrik yang memutar roda atau gigi, dan aktuator linear yang mengontrol robot industri di pabrik-pabrik. Ada beberapa kemajuan terbaru dalam jenis-jenis aktuator alternatif, yang ditenagai oleh listrik, bahan kimia, atau udara bertekanan.
Sensor Sensor memungkinkan robot untuk menerima informasi tentang pengukuran tertentu dari lingkungan, atau komponen internal. Ini sangat penting bagi robot untuk melakukan tugas mereka, dan bertindak atas perubahan apa pun di lingkungan untuk menghitung tanggapan yang tepat. Mereka digunakan untuk berbagai bentuk pengukuran, untuk memberi peringatan kepada robot tentang keamanan atau kerusakan, dan untuk memberikan informasi waktu nyata tentang tugas yang sedang dilakukan.
Manipulasi Matt Mason memberikan definisi manipulasi robotik sebagai: "manipulasi merujuk pada kontrol agen terhadap lingkungannya melalui kontak selektif". Robot perlu memanipulasi objek; mengambil, memodifikasi, menghancurkan, memindahkan, atau sebaliknya memiliki efek. Oleh karena itu, ujung fungsional dari lengan robot yang dimaksudkan untuk membuat efek (baik itu tangan, atau alat) sering disebut sebagai end effector, sementara "lengan" disebut sebagai manipulator. Sebagian besar lengan robot memiliki end-effector yang dapat diganti, masing-masing memungkinkan mereka untuk melakukan beberapa rentang tugas. Beberapa memiliki manipulator tetap yang tidak dapat diganti, sementara beberapa memiliki satu manipulator yang sangat umum, misalnya, tangan humanoid.
Pergerakan
Penerapan Robotika di Berbagai Bidang
Seiring dengan perkembangan teknologi, semakin banyak robot yang dirancang untuk tugas-tugas khusus, membuat metode klasifikasi ini semakin relevan. Sebagai contoh, banyak robot yang dirancang untuk pekerjaan perakitan, yang mungkin tidak mudah disesuaikan untuk aplikasi lain. Mereka disebut "robot perakitan". Untuk pengelasan jahitan, beberapa pemasok menyediakan sistem pengelasan lengkap dengan robot, yaitu peralatan pengelasan bersama dengan fasilitas penanganan material lainnya seperti meja putar, dll. sebagai unit terintegrasi. Sistem robotik terintegrasi seperti itu disebut "robot pengelasan" meskipun unit manipulator diskretnya dapat diadaptasi untuk berbagai tugas. Beberapa robot dirancang khusus untuk manipulasi beban berat, dan disebut sebagai "robot tugas berat".
Aplikasi saat ini dan potensial termasuk:
-
Manufaktur: Robot telah semakin digunakan dalam manufaktur sejak tahun 1960-an. Menurut data Asosiasi Industri Robotik AS, pada tahun 2016 industri otomotif adalah pelanggan utama robot industri dengan 52% dari total penjualan. Di industri otomotif, robot dapat mencapai lebih dari setengah dari "tenaga kerja". Bahkan ada pabrik "lights off" seperti pabrik pembuatan keyboard IBM di Texas yang sepenuhnya otomatis sejak tahun 2003.
-
Transportasi otonom, termasuk mobil otonom dan autopilot pesawat terbang.
-
Robot rumah tangga, termasuk pembersih vakum robotik.
-
Robot konstruksi. Robot konstruksi dapat dibagi menjadi tiga jenis: robot tradisional, lengan robotik, dan eksoskeleton robotik.
-
Robot pertanian. Penggunaan robot dalam pertanian erat kaitannya dengan konsep pertanian presisi yang dibantu oleh kecerdasan buatan dan penggunaan drone.
-
Robot medis berbagai jenis (seperti Sistem Bedah da Vinci dan Hospi); dan bedah yang dibantu oleh robot yang dirancang dan digunakan di klinik.
-
Pengolahan makanan. Contoh komersial dari otomatisasi dapur adalah Flippy (burger), Zume Pizza (pizza), Cafe X (kopi), Makr Shakr (koktail), Frobot (froyo), Sally (salad), dan sistem perakitan mangkuk makanan terintegrasi. oleh Spyce Kitchen dan startup Silicon Valley Hyphen.
-
Penambangan otomatis.
-
Eksplorasi ruang, termasuk rover Mars.
-
Pembersihan daerah terkontaminasi, seperti limbah beracun atau fasilitas nuklir.
-
Pemotong rumput otomatis dan penandaan garis lapangan olahraga.
-
Olahraga robot untuk hiburan dan pendidikan, termasuk pertarungan robot, balap otonom, balap drone, dan FIRST Robotics.
-
Robot militer.
Pengendalian Robot
Pengendalian robot melibatkan tiga tahap: persepsi, pemrosesan, dan tindakan. Sensor memberikan informasi, diproses untuk menghasilkan sinyal ke aktuator (motor), yang menggerakkan robot. Pada tingkat reaktif, sensor langsung menghasilkan perintah untuk gerakan. Pada tingkat yang lebih canggih, robot membangun model "kognitif" untuk merencanakan tindakan. Sistem pengendalian robot modern kompleks, menggunakan berbagai sensor dan effectors, dan sering terhubung ke jaringan komunikasi. Pengendali arsitektur terbuka memungkinkan integrasi IoT dan teknik kontrol canggih, meningkatkan kinerja robot dalam lingkungan yang tidak pasti.
Pengendalian sistem dapat memiliki tingkat otonomi yang berbeda
Interaksi langsung digunakan untuk perangkat haptik atau teleoperasi, di mana manusia memiliki kendali hampir sepenuhnya atas gerakan robot. Mode bantu operator memungkinkan operator untuk mengarahkan tugas-tugas tingkat menengah hingga tinggi, sementara robot secara otomatis mencari cara untuk menyelesaikannya. Sebuah robot otonom dapat beroperasi tanpa interaksi manusia untuk jangka waktu yang lama. Tingkat otonomi yang lebih tinggi tidak selalu memerlukan kemampuan kognitif yang lebih kompleks. Sebagai contoh, robot di pabrik perakitan sepenuhnya otonom tetapi beroperasi dalam pola yang tetap. Klasifikasi lain memperhitungkan interaksi antara kendali manusia dan gerakan mesin.
Teleoperasi. Manusia mengontrol setiap gerakan, setiap perubahan aktuator mesin ditentukan oleh operator. Supervisi. Manusia menentukan gerakan umum atau perubahan posisi dan mesin memutuskan gerakan spesifik dari aktuator-aktuator nya. Otonomi pada tingkat tugas. Operator hanya menentukan tugasnya dan robot mengatur dirinya sendiri untuk menyelesaikannya. Otonomi penuh. Mesin akan membuat dan menyelesaikan semua tugasnya tanpa interaksi manusia.
Disadur dari: en.wikipedia.org