Resume : Arsitektur Subsumption-nya Rodney Broke(1)

Artikel ini merupakan resume dari paper yang bersejarah dalam perkembangan pengendalian robot mobile khususnya yang terkait dengan behavior based sistem. Artikel tersebut berjudul A ROBUST LAYERED CONTROL SYSTEM FOR A MOBILE ROBOT, karya Rodney Broke.

Abstrak :
Artikel ini menjelaskan arsitektur baru(untuk tahun 1985) untuk mengendalikan mobile robot. Lapisan-lapisan sistem kontrol dibangun untuk mengijinka robot bekerja pada tingkat kompetensi yang semakin meningkat. Layer-layer dibuat dari modul yang tidak serempak yang berkomunikasi pada saluran dengan bandwith rendah. Tiap modul berupa mesin komputasi sederhana. Lapisan tertinggi dapat memasukkan peran dari level rendah dengan menekan keluarannya. Namun, lapisan lebih rendah tetap dapat melanjutkan fungsinya ketika level yang lebih tinggi ditambahkan. Hasilnya adalah sistem kontrol robot yang ribust dan fleksibel. Sistem ditujukan untuk mengendalikan robot yang menjelajah area kantor lab kami, membangun peta sekelilingnya. Pada paper ini, ditunjukkan sistem pengendalian dari detil simulasi robot.

I. Pendahuluan

Sistem kontrol untuk robot mobil mandiri melakukan banyak tugas pemrosesan informasi yang kompleks pada real time. Sistem ini bekerja pada lingkungan dengan kondisi batasan yang berubah dengan cepat. Pada kenyataannya, Penentuan kondisi batas ini dilakukan pada saluran yang sangat tinggi pengaruh noisnya karena tidak ada relasi langsung antra sensor dan bentuk yang dibutuhkan oleh kondisi batas tersebut.
Pendekatan yang biasa diguanakn untuk membangun sistem kontrol ini adalah dengan menguraikan setiap masalah kedalam rangkaian unit fungsional sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 1.

Gambar 1. Penguraian tradisional untuk sistem kontrol robot mobile
ke dalam unit-unit fungsional

Rodney Brook mengusulkan untuk menggunakan pendekatan task achieving behaviors(TAB-perilaku menunaikan tugas) untuk menguraikan sistem kontrol dari robot mobile sebagaimana ditunjukkan oleh gambar 2

Gambar 2. Dekmoposisi robot mobile dengan task achieving behaviors

Metode dekomposisi ini memiliki arsitektur robot mobile yang sangat berbeda dengan dekomposisi yang berdasarkan unit fungsional(gambar 1). Berbeda secara hardware, dan sejumlah kelebihan lain seperti robutsness, buildability dan testability.

1.1 Requirement
Rodney Brook mengidentifikasi beberapa kebutuhan sistem kotrol yang diperlukan untuk mengendalikan robot mobil yang autonomy dan cerdas, diantaranya :

1. Memiliki banyak tujuan
   Sering, sebuah robot memiliki banyak tujuan, beberapa tujuan mengalami konflik. Kepentingan relatif tiap tujuan tergantung pada konteknya.Keluar lintasan rel KA saat mendengar adanya kereta lebih penting daripada melakukan inspeksi terhadap rel KA tersebut.Sistem kontrol harus responsif terhadap tujun dengan prioritas tinggi dengan tetap memperhatikan kepentingan tujuan dengan level yang lebih rendah
2. Dilengkapi banyak sensor
   Banyak sensor yang mengalami salah pembacaan karena berbagai hal seperti kesalahan biasa pada sensor atau juga mungkin akibat lingkungan sehingga sensor bekerja diluar range kerjanya. Terkadang, terjadi overlap antar sensor. Kondisi-kondisi ini harus mampu diatasi oleh robot
3. Robustness
   Robot harus robust. Ketika satu sensor rusak, robot harus mampu menyesuaikan diri dan mengatasinya dengan bergantung pada sisa sensor yang masih berfungsi.
4. Additif
   Ketika beberapa sensor dan kecakapan ditambahkan, robot memerlukan tambahan processor. Jika tidak, sedikit demi sedikit akan mengurangi kemampuan robot

1.2 Asumsi Awal
Rodney brook mendasarkan desain robotnya pada 9 prinsip dasar, yaitu :

1. Perilaku komplek (bermanfaat) tidak harus berasal dari sistem kontrol yang komplek pula
2. Benda-benda dan peralatannny sederhana
3. Diinginkan untuk membangun robot murah yang dapat berkeliling di sekitar lingkungan manusia tanpa campur tangan manusia, saran ataupun kontrol dari manusia, namun dapat melakukan kerja yang bermanfaat. Disini pemetaan menjadi penting menskipun gambaran idela lingkungan telah tersdia
4. Robot harus mampu memodelkan lingkungan manusia dalam bentuk 3 Dimensi
5. Sistem koordinat mutlak adalah sumber kesalahan akumulatif bagi robot. Oleh karena itu peta hubungan lebih bermanfaat bagi robot mobile
6. Dunia tempat robot bekerja tidak dibangun dari model sederhana yang pasti. Sehingga tidak dibuat lingkungan tiruan bagi robot
7. Mengutamakan data visual daripada data sonar. Data sonar bermanfaat untuk deteksi level rendah seperti menghindari halangan secara real time
8. Untuk alasan robustness, robot harus tetap mampu bekerja meskipun satu atau lebih sensor mengalami kesalahan pembacaan. Perbaikan harus cepat. In menunjukkan perlunya kalibrasi internal setiap saat
9. Rodney Brook berkeinginan untuk membangun robot yang dapat mempertahankan diri sehari, seminggu dan sebulan tanpa bantuan manusia pada lingkungan dinamik yang kompleks. Sehingga robot harus bersifat self-sustaining

1.3 Kontruksi fisik Robot

Gambar 3 Robot mobile di MIT AI Lab

Robot mobile yang digunakan sebagai uji coba ditunjukkan oleh gambar 3. Robot ini memiliki diameter 17 inci dengan tinggi dari tanah ke bagaian teratas sekitar 30 inchi. Sebagian besar prosesor terletak di mesin yang dilengkapi dengan Lisp programming. Mekanisme drive dibeli dari Real world Interface of Sudbury, Massachusetts. Tiga drive roda paralel dikendalikan bersama-sama. Dua motor dikendalikan oleh mikroprosesor tunggal. Bodi robot dilekatkan pada mekanisme steering dan selalu mengarah sesuai dengan arah rodanya. Robot dapat berputar ditempat membentuk lingkaran dengan diameter sekitar 1 cm.

Sensor yang terpasang pada robot adalah 12 polaroid sonar yang membentuk cincin dan dua kamera CCD sony. Sonar disusun secara simetris mengelilingi tubuh robot. Kamera berada di bagian kemiringan kepala.

Kotak utama berisi onboard processor utama, intel 8031. Prosesor ini berkomunikasi dengan offboard prosesor melalui sinyal dupleks 12 Kbit/det . Sinyal radio dimodifikasi oleh unit enkripsi suara digital buatan motorola. Procesesor intel 8031 memberikan perintah ke prosesor kontroller motor dan mengambil data pembacaan encoder. 8031 mengendalikan sonar, dan tilt head dan mengubah posisi kamera melalui pemancar vidoe chanel tunggal yang terpasang pada bagian atas tobot. Transmitter ini menyalurkan sinyal TV standar ke mesin Lisp yang dilengkapi dengan demodulator dan frame penangkap sinyal. Multi Lisp mesin bekerja bersama-sama untuk mengendalikan robot, berkomunikasi dengan robot melalui jaringan yang kacau.