Perancangan Mobile Manipulator Robot Secara Simulasi Menggunakan Microsoft Robotics Developer Studio
MILDA GUSTIANA 1 , YOULLIA INDRAWATY 2 , ARRY FEBRIANDI 3
Institut Teknologi Nasional Email : mghusada@itenas.ac.id

## ABSTRAK
Mobile Manipulator Robot merupakan suatu jenis robot yang terdiri atas bagian mobilitas (mobile) dan bagian manipulator. Pemanfaatan robot jenis ini antara lain dalam  hal  keamanan  misalnya  untuk  mengambil  dan  mengangkut  benda berbahaya.  Simulasi  dilakukan  untuk  mengurangi  kesalahan  saat  proses perancangan yang dapat terjadi sepert dalam hal perancangan fisik maupun pada pemrograman.  Pada  penelitian  ini  dilakukan  perancangan  mobile  manipulator robot dengan methodology for robotic simulation dan disimulasikan menggunakan Microsoft Robotics Developer Studio. Bagian manipulator dari robot yang dirancang memiliki  6  DOF.  Simulasi  yang  dihasilkan  menunjukkan  kesesuaian  dengan rancangan yang dibuat.
Kata  kunci:  Mobile  manipulator  robot,  Simulasi,  Microsoft  robotics  developer studio.

## ABSTRACT
A Mobile Manipulator Robot is a robot that has mobile part and manipulator part. One use of this kind of robot is for safety such as picking and delivering dangerous object. Simulation is conducted to minimize error at design process that could be occured  such  physical  design  or  programming. This  paper  shows  the  design  of mobile  manipulator  robot  by  using  methodology  for  robotic  simulation,  and developed simulation by using Microsoft Robotics Developer Studio. Manipulator part of the robot has 6 DOF. Simulation result shows similarity with the design.
Keywords: Mobile manipulator robot, Simulation, Microsoft robotics developer studio.

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1 Latar Belakang Masalah
Mobile manipulator robot merupakan gabungan dua buah robot yaitu mobile robot dan manipulator robot. Robot jenis ini sangat dibutuhkan terutama dari dunia militer untuk keperluan mengangkat serta memindahkan benda berbahaya.
Dalam merancang sebuah robot ada dua kemungkinan kesalahan yang akan terjadi,  kesalahan  desain  fisik  robot  dan  logika pemrograman.  Kesalahan  logika pemrograman  dapat  dengan  mudah  diatasi,  sedangkan  kesalahan  desain  fisik robot akan memakan waktu serta biaya untuk memperbaiki.
Microsoft  robotics  developer  studio  menawarkan  fasilias  simulasinya  untuk dapat melakukan perancangan robot serta pengujicobaan robot tersebut. Microsoft robotics  developer  studio  menggunakan  Physic  engine  sehingga  simulasi  dapat menyerupai keadaan dunia sebenarnya.

## 1.2 Rumusan Masalah
Rumusan  masalah  yang  dapat  diambil  adalah  bagaimana  tahapan  tahapan yang  digunakan  untuk  merancang  suatu  robot  dan  bagaimana  tahapan  yang digunakan untuk mensimulasikan rancangan tersebut dalam simulator.

## 1.3 Tujuan Penelitian
Adapun  tujuan  penelitian  yang  akan  dicapai  adalah  dirancangnya  sebuah mobile  manipulator  robot.  Rancangan  tersebut  disimulasikan  dalam  ruang simulator  sehingga  dapat  memudahkan  untuk  melakukan  rangkaian  pengujian terhadap robot tersebut.

## 2. LANDASAN TEORI

## 2.1 Mobile manipulator robot
Istilah mobile manipulator robot pada saat ini mengacu pada sebuah sistem robot yang terdiri dari manipulator robot yang terpasang pada mobile robot. sistem tersebut  menggabungkan  keuntungan  dari  mobile  robot  dan  manipulator  robot dan  mengurangi  kelemahan  mereka.  Mobile  manipulator  memberikan  dua keunggulan  yaitu  mobilitas  yang  diberikan  mobile  robot  dan  ketangkasan  yang diberikan manipulator robot. Mobile manipulator robot merupakan penggabungan dari 4 komponen utama yaitu Mobile robot, Manipulator robot, Vision dan Tooling seperti yang terlihat pada Gambar 1.
2.2 Methodology for robotics Simulation
Terdapat  8  fasa  yang  digunakan  pada methodology  for  robotics  simulation seperti yang terlihat pada Gambar 2.
Keuntungan  menggunakan  metodologi  ini  adalah  dengan  menggunakan metodologi ini akan membuat rancangan dan implementasi robot dalam simulasi lebih  terstruktur  dan  dapat  menghemat  biaya  untuk  merancang,  membangun, menguji robot kembali yang akan menyebabkan proyek robot tersebut mahal.
Gambar 1. Mobile manipulator System (Sumber: The Mobile robot “Little Helper”: Concepts, ideas and working principles , 2009)
Phase 1: Define the problem Phase 4: Formulate inputs, assumptions, and process definition Phase 5: Build, verify and validate the simulation model Phase 8: Define the model Life Cycle Phase 2: Design the study Phase 3: Design the conceptual model Phase 6: Experiment with the model and look for opportunities for Design of Experiments Phase 7 : Documentation and presentation
Gambar 2. Methodology For robotics Simulation (Sumber : robotic modeling and simulation: theory and application. 2009)

## 3. PERANCANGAN

## 3.1 Konseptual Mobile manipulator robot
Mobile manipulator robot yang dirancang merupakan gabungan dari 2 robot yaitu mobile robot dan manipulator robot. mobile robot dirancang menggunakan efektor  tracked.  penggunaan  efektor  tracked  ini  didasari  karena  kemampuan tracked yang dapat  melintasi berbagai kondisi lingkungan,  terutama  lingkungan yang kasar dan licin. Manipulator robot dirancang merupakan manipulator robot dengan 4 lengan dan menggunakan effektor berupa handgrip. Effektor handgrip digunakan untuk dapat mengangkat serta memindahkan benda.
Berdasarkan  konseptual  diatas  dirancang  mobile  manipulator  robot  yang diilustrasikan pada Gambar 3.
Tooling Mobile Robot Manipulator Robot Vision Mobile Manipulator
Gambar 3. Rancangan Mobile manipulator robot

## 3.2 Pergerakan Mobile manipulator robot
Pergerakan mobile  manipulator  robot  terdiri  atas  2 gerakan  robot,  gerakan mobile  robot  dan  gerakan  manipulator  robot.  Bagian  Mobile  robot  memiliki  6 gerakan  yaitu  (a) Forward,  yaitu  gerakan  robot  berjalan  ke  arah  depan;
(b) Backward, yaitu gerakan robot berjalan ke arah belakang; (c)Turn Right, yaitu gerakan robot berbelok ke arah kanan; (d) Turn left, yaitu gerakan robot berbelok ke arah kiri; (e) Rotate right, yaitu gerakan robot berputar ke arah kanan (searah jarum jam); (f) Rotate left, yaiut gerakan robot berputer ke arah kiri (berlawanan arah jarum jam). Penjelasan setiap bagian mobile robot diberikan oleh Tabel 1.
Tabel 1. Rancangan Pergerakan Manipulator robot Jenis mobilitas Penjelasan Forward Gerakan robot berjalan ke arah depan (maju) Backward Gerakan robot berjalan ke arah belakang (mundur) Turn Right Gerakan robot berbelok ke arah kanan Turn left Gerakan robot berbelok ke arah kiri Rotate right Gerakan robot berputar ke arah kanan (searah jarum jam) Rotate left Gerakan robot berputer ke arah kiri (berlawanan arah jarum jam)
Manipulator  robot  memiliki  gerakan  6  DOF  dan gerakan  Hand  Grip,  seperti yang terlihat pada Tabel 2 .
Tabel 2. Rancangan Pergerakan Manipulator robot Gerakan Jenis gerakan Min Max DOF 1 Angular - 180° + 180° DOF 2 Linear 0 cm 15 cm DOF 3 Angular 0° 90°
DOF 4 Angular 0° 180° DOF 5 Angular -90° 90° DOF 6 Angular -180° 180° Handgrip Linear 5 cm 5 cm

## 3.3 Rancangan Sistem Simulasi
Sistem  simulasi  pada  penelitian  ini  menggunakan Microsoft  Robotics Developer Studio 4. Sistem simulasi menggunakan 5 services seperti yang terlihat pada Gambar 4.
Simulation Engine Service Mobile Mover Service Manipulator Mover Service Dashboard Service Entity Service Gambar 4. Rancangan Sistem
Entity Service merupakan pusat penelitian simulasi ini. Services ini berisikan data data konfigurasi robot, lingkungan serta pergerakan.
Mobile  Mover  Service  merupakan  services  yang  diberikan  oleh  Microsoft Robotics Developer Studio sebagai sampel, services ini berisikan data data untuk menggerakkan mobile  robot.  services  ini  tidak  memiliki  user  interface  sehingga dibutuhkan Dashboard Service sebagai interface pergerakan.
Manipulator mover service merupakan services yang diberikan oleh Microsoft Robotics  Developer  Studio  sebagai  sampel,  service  ini  berisikan  data  untuk menggerakkan manipulator  robot.  services  juga  menyediakan  interface  berupa slider untuk menggerakkan robot.
Seluruh data dari services di atas dikumpulkan oleh Simulation Engine Service. Services ini merupakan services yang menampilan hasil simulasi.

## 4. IMPLEMENTASI

## 4.1 Impelentasi Mobile manipulator robot
Berdasarkan  data dari perancangan  hasil yang  didapat  dari simulasi adalah gambaran mobile manipulator robot seperti yang terlihat pada Gambar 5 .
Dalam  implementasinya, mobile  manipulator  robot  terdiri  dari  dua  bagian robot  yaitu mobile  robot  dan  manipulator  robot.  bentuk  robot  yang diimplementasikan  ke  dalam  simulator  merupakan  bentuk  benda  dasar.  Bentuk tersebut  digunakan  untuk  menggambarkan  bentuk  dasar  robot  tersebut.  Untuk mendapatkan gambar yang terlihat lebih nyata dapat digunakan mesh 3D  yang dapat  diperoleh  dari  aplikasi pembuat  gambar  3D  (3-dimensi)  seperti Maya, 3D Studio max dan Blender utntuk membungkus objek dasar tersebut. Mobile robot terdiri  dari  dua  bagian  utama  yaitu  badan  robot  dan  efektor  penggerak  robot. Badan mobile robot merupakan penopang utama mobile robot sekaligus tempat diletakkannya manipulator  robot.  perbandingan  rancangan  dan  bentuk  dasar badan mobile robot terlihat pada Gambar 6 .
Gambar 5. Hasil Simulasi Mobile manipulator robot
Gambar Rancangan Bentuk dasar implementasi
Gambar 6. Rancangan dan Rancangan implementasi badan mobile robot Efektor  penggerak mobile  robot  dirancang  menggunakan  efektor  berupa tracked. tetapi Agiea PhysX sebagai penyedia physic engine hanya menyediakan penggerak berbentuk bulat atau roda. Untuk itu digunakan roda kecil tambahan sebagai  pengganti belt  pada  tracked.  Perbandingan  rancangan  efektor  mobile robot dan rancangan implementasi efektor mobile robot terlihat pada Gambar 7 .
60 8 8 44 8 8 44 60
Gambar Rancangan Bentuk dasar implementasi
Gambar 7. Rancangan dan rancangan implementasi efektor mobile robot
Manipulator robot yang dirancang memiliki 6 bagian yaitu base manipulator robot, lengan 1, 2, 3, 4 dan efektor handgrip. Perbandingan rancangan dan bentuk dasar pada implementasi dapat terlihat pada Gambar 8.
Gambar rancangan
Bentuk dasar implementasi
Gambar 8. Rancangan dan rancangan implementasi manipulator robot

## 4.2 Validasi Pergerakan
Berdasarkan  pengamatan  simulasi,  dilakukan  pengamatan  pada  pergerakan robot. Hasil Validasi pergerakan mobile robot tertera pada Tabel 3 , dan validasi pergerakan manipulator robot tertera pada Tabel 4 .
Tabel 3. Validasi pergerakan mobile robot Yang diharapkan Hasil uji Kesimpulan Robot bergerak arah depan Robot bergerak arah depan Valid Robot bergerak arah belakang Robot bergerak arah belakang Valid
35 1 5 50 35 1 5 50 20 1 0 1 7 , 5 1 0 Base Manipulator 12,5 Lengan 1 Lengan 2 Lengan 3 Lengan 4 Handgrip 1 0 1 7 , 5 1 0 20 Lengan 1 Lengan 2 Lengan 3 Lengan 4 Handgrip 12,5 Base Manipulator
Robot berbelok arah kanan Robot berbelok arah kanan Valid Robot berbelok arah kiri Robot berbelok arah kiri Valid Robot berputar arah kanan Robot berputar arah kanan Valid Robot berputar arah kiri Robot berputar arah kiri Valid Tabel 4. Validasi pergerakan manipulator robot Gerakan Jenis Gerakan Yang diharapkan Hasil uji Kesimpulan Min Max Min Max DOF 1 Angular - 180° + 180° - 180° + 180° Valid DOF 2 Linear 0 cm 15 cm 0 cm 1 m Invalid DOF 3 Angular 0° 90° 0° 90° Valid DOF 4 Angular 0° 180° 0° 180° Valid DOF 5 Angular -90° 90° -90° 90° Valid DOF 6 Angular -180° 180° -180° 180° Valid Handgrip Linear -5 cm 5 cm - 1 m 1 m Invalid

## 5. KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil pada penelitian ini bahwa:
1. Bentuk fisik mobile manipulator robot telah diimplementasikan dengan baik pada simulator.
2. Agiea PhysX sebagai penyedia physic engine hanya menyediakan penggerak berbentuk roda, sehingga fungsi belt pada aktuator tracked digantikan oleh penambahan roda.
3. Dengan menggunakan mobile mover service, pergerakan mobile robot telah berjalan sesuai rancangan.
Dengan menggunakan manipulator mover service, pergerakan dengan jenis angular dapat berjalan dengan baik, meskipun terjadi kesalahan pada pergerakan jenis linear di bagian handgrip.

## DAFTAR RUJUKAN
[1]  M. Hvilshøj, S. Bøgh, O. Madsen and M. Kristiansen. (2009). The Mobile robot “Little  Helper”:  Concepts,  ideas  and  working  principles.  Dalam  14th  IEEE International Conference on Emerging Techonologies and Factory Automation.
[2]  Muhammad  Ikhwan  Jambak,  Habibollah  Haron,  Helmee  ibrahim,  Norzahlan  Abd Hamid. (2009) Robotic modeling and simulation: Theory and Application. Dalam Asia International Confrence on modelling and simmulation.
[3]  Johns,  Kyle  .  Taylor,  Trevor.  (2008). Microsoft ® Robotics  Developer  Studio.
Indianapolis: Wiley Publishing, Inc