Hai teman-teman, jika Anda pernah bertanya-tanya mengapa robot humanoid tidak terasa seperti mesin kikuk dan canggung yang tersandung di ruang yang dibuat untuk manusia, mari kita uraikan salah satu pahlawan paling tanpa tanda jasa dari gerakan halus itu: bagian-bagian sendi mereka. Sebagai pemasok komponen gabungan robot humanoid, saya berbicara dengan pembuat robot, penghobi, dan insinyur setiap hari yang terpaku pada servo berteknologi tinggi atau otak AI yang mewah—dan memikirkan bagian-bagian kecil dan ergonomis yang membuat semuanya bekerja dengan (bukan melawan) manusia. Mari kita masuk ke seluk beluk bagaimana sambungan ini membentuk kegunaan, keamanan, dan getaran robot secara keseluruhan, tanpa jargon buku teks yang kaku, janji.
Pertama, apa sajakah “aspek ergonomis” sambungan robot? Untuk humanoid, itu berarti setiap sendi (bahu, siku, pergelangan tangan, pinggul, lutut, pergelangan kaki) harus meniru cara tubuh manusia bergerak, namun juga aman untuk berinteraksi. Coba pikirkan: jika sendi siku robot menonjol pada sudut yang aneh atau cukup tajam untuk menggores gambar anak-anak, itu menjadi masalah. Jika sendi lututnya tiba-tiba terkunci saat seseorang bersandar padanya untuk meminta bantuan, itu berbahaya. Ergonomi di sini bukan hanya tentang membuat robot “terlihat” seperti manusia—tetapi tentang merancang bagian-bagian yang sesuai dengan ruang manusia, bukan berlawanan dengan ruang tersebut.
Mari kita mulai dengan rentang pergerakan, karena itulah pemeriksaan ergonomis yang pertama. Manusia memiliki rentang gerak tertentu untuk setiap sendi: bahu kita berputar 360 derajat (hampir), siku kita menekuk 180, lutut kita hanya menekuk satu arah, bukan? Sambungan robot humanoid harus sesuai dengan hal tersebut, namun jangan berlebihan—terlalu jauh jangkauannya akan menyebabkan gerakan menjadi goyah dan tidak stabil. Saya punya klien yang membuat robot untuk perawatan lansia, memberi tahu saya bahwa sendi lutut asli mereka hanya ditekuk 90 derajat, dan ketika mereka mencoba memprogramnya untuk berlutut pada ketinggian yang sama dengan senior yang duduk, ternyata tidak bisa. Di sinilah pentingnya desain sambungan yang tepat. Kami tidak hanya menjual suku cadang siap pakai; kami bekerja sama dengan pembuat untuk mengubah batas jangkauan sehingga robot tidak melampaui atau berkinerja buruk. Misalnya, sendi bahu kita memiliki pembatas torsi bawaan yang menghentikan putaran sebelum mencapai maksimum seperti manusia, sehingga mencegah kerusakan pada sendi dan benturan yang tidak disengaja pada orang di sekitar.
Selanjutnya, sensitivitas gaya—ini sangat penting dalam hal keselamatan, yang merupakan inti dari ergonomi saat robot berada di sekitar manusia. Kulit manusia bisa merasakan tekanan, sehingga tubuh kita secara otomatis menyesuaikan seberapa besar kekuatan yang kita gunakan saat kita menyentuh gelas atau memeluk seseorang. Robot memerlukan indra yang sama, namun persendiannya harus menerjemahkannya menjadi gerakan yang lembut, tidak kaku. Katakanlah sebuah humanoid sedang memberikan sebuah buku kepada seorang anak: jika sendi sikunya tidak memiliki sensor gaya, ia mungkin akan menekan buku terlalu erat, atau mengayunkan lengannya cukup cepat hingga menjatuhkan lampu. Bagian sambungan kami mengintegrasikan sensor torsi dan gaya profil rendah langsung ke sumbu sambungan, sehingga robot dapat menyesuaikan pergerakannya secara real time. Kami telah melihat hal ini membuahkan hasil pada robot humanoid kecil untuk pendidikan, di mana anak-anak mengangkatnya dan menggerakkan tangan mereka untuk latihan coding—tidak ada yang terluka karena sendi berhenti bergerak saat merasakan sentuhan manusia.
Lalu ada kesesuaian fisik dari sambungan itu sendiri, karena jujur saja—tidak ada yang menginginkan robot besar yang memakan ruang dua kali lebih banyak daripada manusia. Ergonomi di sini berarti sambungan yang kompak dan ramping yang sesuai dengan kerangka humanoid, sehingga dapat menavigasi pintu, duduk di sofa, atau mencapai rak seperti yang dilakukan manusia. Sebagian besarnya adalah bahan yang kami gunakan. Tunggu, Anda mungkin berpikir "bahan? Itu adalah hal robotik, bukan ergonomis"—tapi dengarkan saya. Jika sambungannya terbuat dari logam yang murah dan berat, maka keseluruhan bagian atas robot akan menjadi berat, sehingga mengganggu keseimbangan dan membuatnya sulit untuk bergerak. Itu sebabnya kami bekerja sama dengan para pembuat untuk memilih material yang tepat, bergantung pada kasus penggunaannya. Misalnya, robot yang dimaksudkan untuk bekerja di ruang ritel sempit mendapat manfaat dari suku cadang yang lebih ringan dan tahan lama—kami bahkan merekomendasikan untuk memasangkan rakitan gabungan kami dengan bagian struktural ringan seperti sambungan Lengan Robot Mesin CNC yang menjaga keseluruhan rig tetap ramping tanpa mengorbankan kekuatan. Untuk robot yang perlu mengangkat barang yang lebih berat untuk keperluan logistik (namun masih bekerja di sekitar pekerja gudang), kami menggunakan sambungan paduan baja torsi tinggi, namun memasangkannya dengan penutup yang lebih ringan dan fleksibel seperti Plastic Robot Shell untuk melembutkan bagian tepinya. Omong-omong, penutup tersebut bukan hanya untuk penampilan—tepian yang membulat dan tidak tajam pada sambungan berarti lebih sedikit risiko pemotongan yang tidak disengaja, yang merupakan desain murni ergonomis.
Saya juga ingin berbicara tentang modularitas, yang merupakan keuntungan ergonomis yang besar bagi pembuat dan pengguna akhir. Bagaimana? Jika ada sambungan yang patah, Anda tidak perlu mengganti seluruh robot—Anda cukup menukar bagian yang rusak. Itu tidak hanya nyaman untuk perbaikan; ini memungkinkan pembuat menyesuaikan desain robot seiring berjalannya waktu. Misalnya, tim robotika perguruan tinggi mungkin memulai dengan sendi lutut dasar, kemudian meningkatkannya untuk berlari (mereka dapat menukar sendi lutut modular torsi tinggi tanpa membangun kembali seluruh rakitan kaki). Modularitas juga memudahkan kalibrasi gerakan robot, yang memastikan setiap sendi bekerja secara sinkron, layaknya manusia sungguhan. Kami telah melihat tim menghemat waktu berbulan-bulan dalam pengujian karena sambungan modular kami dihubungkan ke hub Aksesori Robot standar, sehingga mereka tidak perlu menyambungkan semuanya dari awal.
Tunggu, mari kita sadari kesalahan umum yang saya lihat. Banyak pembuat robot baru yang fokus pada spesifikasi: torsi maksimal, kecepatan, harga, tanpa memikirkan bagaimana sambungan tersebut berinteraksi dengan keseluruhan sistem humanoid. Misalnya, sambungan yang bagus untuk mengangkat barang berat mungkin akan bergetar hebat sehingga membuat kepala robot (yang memiliki sensor untuk navigasi) gemetar, sehingga menyulitkan robot untuk mengenali wajah manusia atau menavigasi ruangan. Hal ini merupakan kegagalan ergonomis karena meskipun gerakan robot kuat, ia tidak dapat berinteraksi dengan lancar dengan lingkungannya. Sambungan kami dirancang dengan peredam getaran bawaan, sehingga tidak merusak sistem robot lainnya. Kesalahan lain? Mengabaikan distribusi berat. Jika sendi pinggul robot terlalu berat, ia harus bekerja ekstra keras hanya untuk berdiri, sehingga menghabiskan masa pakai baterai dan membuatnya bergerak lambat. Kami membantu pembangun menyeimbangkan berat sendi di seluruh tubuh, sehingga setiap bagian bekerja sama, bukan berlawanan.
Dan untuk robot yang berinteraksi dengan orang-orang yang rentan—seperti orang tua atau anak-anak—ada lapisan ergonomis tambahan: aksesibilitas. Sebuah humanoid yang dirancang untuk membantu seseorang yang menggunakan kursi roda perlu meraih sandaran lengan, mengambil makanan ringan dari meja rendah, dan bergerak cukup lambat sehingga seseorang dengan mobilitas terbatas dapat mengikutinya. Artinya persendiannya tidak boleh bergerak terlalu cepat, harus tepat, dan pas dalam bingkai yang tidak membuatnya terlalu tinggi atau pendek. Rangkaian sambungan khusus kami memungkinkan pembuat menyesuaikan rentang pergerakan dan pengaturan kecepatan, sehingga mereka dapat menyesuaikan robot untuk kasus penggunaan tertentu. Kami telah bekerja dengan tim kecil yang membuat robot pendamping untuk orang lanjut usia yang menderita demensia—mereka menyesuaikan sendi pergelangan tangan agar bergerak perlahan dan lembut saat menyerahkan pil, dan sendi siku berhenti bergerak jika merasakan cengkeraman yang lemah, sehingga mencegah lansia menjatuhkan barang.
Sekarang, mari kita bicara lagi tentang materi, karena itu terkait dengan segalanya. Kami tidak hanya menggunakan satu bahan untuk semua sambungan—kami menyesuaikannya dengan pekerjaan. Misalnya sambungan bahu yang banyak bergerak dan mendapat tekanan harus tahan lama, maka kami menggunakan baja paduan bermutu tinggi. Untuk sambungan pada kaki bagian bawah, yang terkena benturan saat berjalan, kami menggunakan campuran aluminium dan material komposit ringan untuk menjaga bobot tetap rendah sekaligus menahan gaya. Kami selalu mengarahkan pembuat ke halaman Sasis Robot Aluminium dan Bagian Robot Logam Baja Tahan Karat untuk dukungan struktural yang melengkapi sambungan kami—misalnya, sambungan lutut yang dipasangkan dengan sasis yang kuat membuat seluruh kaki lebih stabil, tidak ada gerakan goyah. Dan untuk bagian luar yang bersentuhan dengan manusia, seperti penutup sambungan, kami menggunakan plastik yang aman untuk makanan dan tidak menyebabkan iritasi serta tidak menggores kulit, yang merupakan kunci bagi robot untuk berinteraksi dengan anak-anak atau orang-orang di lingkungan layanan kesehatan.
Tunggu, mari kita jawab pertanyaan yang selalu saya dapatkan: “Apa perbedaan antara sambungan robot biasa dan sambungan humanoid yang ergonomis?” Sambungan robot biasa dibuat untuk kecepatan, presisi, dan pengangkatan berat di pabrik—mereka tidak peduli jika mereka menabrak pekerja, karena pabrik memiliki kandang pengaman. Sendi humanoid? Mereka harus menyeimbangkan presisi dengan keselamatan, jangkauan pergerakan dengan stabilitas, dan kekuatan dengan beban. Itu sebabnya setiap bagian sambungan harus dirancang dengan mempertimbangkan interaksi manusia. Bahkan detail kecilnya, seperti kelancaran putaran sendi—tidak ada gerinda, tidak ada gerakan tersentak-sentak—membuat robot terasa lebih alami, seperti manusia sungguhan. Tidak ada yang mau berjabat tangan dengan robot yang bergerak seperti mainan rusak; sambungan ergonomis membuat interaksi terasa mulus.
Saya tahu banyak pembuat robot yang berfokus untuk mendorong kemajuan teknologi, namun terkadang inovasi yang paling penting adalah inovasi yang membuat robot berfungsi untuk manusia, bukan hanya untuk dirinya sendiri. Lain kali Anda melihat robot humanoid yang terasa intuitif, tidak terasa menakutkan atau kikuk, lihatlah lebih dekat—kemungkinan besar, sambungannya dirancang dengan prinsip ergonomis yang saya bicarakan. Itu bukan hanya potongan logam dan plastik; itulah alasan robot dapat berlutut untuk berbicara dengan anak-anak, memberikan cangkir tanpa tumpah, atau menavigasi ruang tamu tanpa menjatuhkan lampu.
Jika Anda sedang membuat robot humanoid dan membutuhkan komponen sambungan yang menyeimbangkan kinerja, keselamatan, dan ergonomis, hubungi kami untuk membicarakan proyek Anda. Kami dapat membantu Anda memilih komponen yang tepat, apakah Anda memerlukan sambungan modular standar atau sambungan modular yang dirancang khusus untuk kasus penggunaan spesifik Anda. Kami bekerja dengan semua orang mulai dari tim penghobi hingga mitra industri, jadi tidak ada proyek yang terlalu besar atau terlalu kecil.
Referensi
- Organisasi Internasional untuk Standardisasi (ISO). "Robot dan Perangkat Robot—Persyaratan Keamanan untuk Robot Humanoid" ISO 13482:2014.
- Vukobratović, M. dan Potkonjak, V. "Robot Humanoid: Dasar-dasar Pemodelan dan Kontrol" Springer, 2013.
- Ryu, J. dan Kim, W. "Kontrol Kekuatan untuk Interaksi Manusia-Robot yang Aman: Sebuah Tinjauan" Transaksi IEEE tentang Robotika, vol. 32, tidak. 3, 2016, hal.515-533.
- Zhang, L. dkk. "Desain Ergonomis Sambungan Robot Humanoid untuk Aplikasi Bantuan Rumah" Prosiding Konferensi Internasional IEEE tentang Robotika dan Otomasi (ICRA) 2020, 2020, hlm.5678-5684.
