1.1 Latar Belakang Penelitian
Dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi yang pesat,kemampuan cerdasManufaktur cerdas terus meningkat, menjadikan manufaktur cerdas sebagai tren utama dalam pengembangan industri. Misalnya, data yang dirilis oleh Kementerian Perindustrian Informasi Tiongkok menunjukkan bahwa manufaktur cerdas domestik mencapai pertumbuhan luar biasa sebesar 11,6% pada tahun 2023—sebuah bukti upaya berkelanjutan dan inovasi teknologi negara di bidang ini. Lebih lanjut, jumlah inovasi di antara perusahaan manufaktur cerdas telah meningkat secara signifikan, mencakup sektor-sektor seperti manufaktur peralatan canggih, material mutakhir, dan teknologi lingkungan, yang mencerminkan vitalitas dan transformasi mendalam industri ini. Tren ini tidak hanya merevolusi metode produksi manufaktur tradisional tetapi juga mempercepat peningkatan industri, meningkatkan efisiensi dan kualitas. Semakin banyak, jalur produksi otomatis dan robot industri menggantikan tenaga kerja manusia.
Dengan kemajuanera manufaktur cerdasFitur teknologi robot industri yang sangat otomatis dan cerdas selaras sempurna dengan tuntutan industri manufaktur yang terus meningkat akan presisi tinggi, kemudahan operasional, dan fleksibilitas dalam proses produksi. Hal ini telah meningkatkan signifikansi mereka dalam manufaktur, menjadikan mereka kekuatan penting yang mendorong transformasi dan peningkatan industri. Robot kolaboratif—perangkat industri yang mampu mencapai kolaborasi mesin-ke-mesin dan manusia-robot—telah muncul sebagai fokus utama dalam penelitian robotika karena perilaku otonom dan kemampuan kolaboratifnya, menempatkan mereka untuk memainkan peran dominan dalam robotika industri masa depan. Dalam teknologi robot kolaboratif, metrik kinerja motor servo—termasuk kecepatan respons torsi, akurasi torsi, presisi pemosisian, konsumsi daya, dan stabilitas suhu—secara langsung menentukan efisiensi, stabilitas, dan akurasi gerakan robot. Sebagai inti daya robot, kinerja sistem servo sangat memengaruhi presisi dan keandalan gerakan. Terutama, motor servo sendi memainkan peran penting dalam mencapai akurasi pemosisian. Motor servo sendi yang sangat baik memastikan pemosisian yang tepat dan gerakan yang stabil selama tugas-tugas kompleks, sehingga meningkatkan efisiensi operasional dan meminimalkan kesalahan.
“Rencana Lima Tahun ke-14 untuk Pengembangan Industri Robot” menekankan pada pengembangan penelitian tentang sambungan robot terintegrasi cerdas, yang mana sambungan tersebut sangat cocok untuk robot kolaboratif. Konsep desainnya yang sangat terintegrasi menggabungkan aktuator, sensor, dan penggerak langsung ke dalam sambungan itu sendiri, mengubah setiap sambungan menjadi unit kontrol mandiri. Dengan mengoptimalkan struktur dan tata letak internal, arsitektur kontrol terdistribusi secara signifikan mengurangi jumlah kabel antar berbagai tingkat sistem, sehingga menurunkan biaya perawatan dan meningkatkan keandalan secara keseluruhan. Desain modular juga mempermudah penggantian dan perawatan sambungan, yang secara substansial meningkatkan daya saing pasar robot kolaboratif.
Itukonsep robot kolaboratifRobot kolaboratif pertama kali diperkenalkan pada tahun 1996, dengan filosofi desainnya yang merevolusi robotika tradisional dengan memungkinkan operasi terkoordinasi antara robot dan manusia di jalur produksi. Pendekatan kolaboratif ini tidak hanya memanfaatkan efisiensi dan presisi robot tetapi juga mengintegrasikan kecerdasan dan fleksibilitas manusia, meningkatkan efisiensi dan kelancaran operasional. Dibandingkan dengan robot industri konvensional, robot kolaboratif menunjukkan karakteristik yang berbeda, menjadikan diri mereka sebagai subkategori penting dalam bidang robotika. Baik struktur fisik maupun sistem kontrolnya telah mengalami modifikasi substansial. Robot industri tradisional—seperti konfigurasi lengan robot yang digambarkan pada Gambar 1—terutama digunakan dalam aplikasi paletisasi, penanganan material, pengelasan, dan pemotongan laser. Meskipun robot-robot ini memiliki kekakuan tinggi, stabilitas struktural, dan kapasitas menahan beban yang kuat, mereka juga memiliki keterbatasan: ukuran dan massa yang relatif besar, inersia gerak yang signifikan, desain yang besar dengan fleksibilitas yang buruk, dan ketidakmampuan untuk melakukan tugas perakitan yang sangat lincah. Selain itu, momentum inersia yang besar dan gerakan kecepatan tinggi mereka menimbulkan risiko keselamatan yang cukup besar bagi personel dalam radius operasional mereka, sehingga memerlukan pengoperasian di dalam area tertutup.
Gambar 1 Lengan robot industri tradisional dan robot kolaboratif
Robot kolaboratif memungkinkan pengoperasian simultan dengan manusia di ruang bersama dan memfasilitasi interaksi jarak dekat dalam zona kolaboratif. Dibandingkan dengan lengan robot tradisional, robot kolaboratif biasanya mampu menahan beban maksimum 20 kg pada ujung efektornya, dengan jangkauan operasional yang sebanding dengan jangkauan lengan manusia. Strukturnya lebih sederhana daripada lengan robot industri konvensional yang memiliki mekanisme transmisi kompleks, sekaligus menawarkan umpan balik gaya yang sensitif, fleksibilitas ringan, dan kemampuan persepsi yang kuat. Fitur-fitur ini memungkinkan mereka untuk menyesuaikan gaya secara dinamis selama interaksi dengan manusia, sehingga secara efektif mencegah kerusakan yang parah. Akibatnya, robot kolaboratif dapat berkolaborasi dengan aman dengan manusia untuk menyelesaikan tugas tanpa memerlukan penghalang keselamatan tradisional.
Robot kolaboratif terlibat dalam operasi kontak langsung dengan manusia; oleh karena itu, keselamatan merupakan persyaratan yang sangat penting dalam kolaborasi manusia-robot. Sangat penting untuk mengontrol daya operasional dan torsi rotasi secara ketat sambil menerapkan langkah-langkah teknis seperti kontrol arus, kontrol torsi, sensor kontak, dan deteksi tabrakan untuk mencegah cedera pada personel. Sistem kontrol penggerak cerdas robot juga memerlukan optimasi lebih lanjut untuk manajemen keselamatan, memungkinkan kontrol halus adaptif melalui perhitungan dinamis dan pemodelan berbasis pengamat.
Dalam sebuah studi baru-baru ini, Federasi Robotika Internasional (IFR) menyoroti bahwa pengembangan robot di masa depan terutama akan menunjukkan tren menuju kesederhanaan, kemudahan penggunaan, fleksibilitas, dan kolaborasi yang aman. Robot industri akan secara progresif mencapai tingkat otomatisasi dan kecerdasan yang lebih tinggi; desainnya yang ramah pengguna akan menurunkan hambatan operasional, memungkinkan lebih banyak perusahaan untuk dengan mudah memanfaatkan teknologi robotika untuk meningkatkan efisiensi produksi. Sementara itu, desain yang menampilkan fleksibilitas dan kemampuan kolaborasi yang aman akan memungkinkan robot untuk beradaptasi lebih baik dengan lingkungan produksi yang beragam dan kompleks, memfasilitasi kolaborasi manusia-robot dan lebih memajukan pengembangan produksi industri yang cerdas dan efisien.
Gambar 2: Area kerja robot kolaboratif
1.2 Signifikansi Penelitian
Di pasar robotika kolaboratif saat ini, robot tujuh derajat kebebasan lebih disukai karena jangkauan operasional dan fleksibilitasnya yang luas. Robot-robot ini menyediakan derajat kebebasan yang berlebihan, menawarkan potensi yang lebih besar untuk otomatisasi industri dan manufaktur cerdas. Setiap derajat kebebasan dicapai melalui sambungan robot, yang berfungsi sebagai faktor penting dalam menentukan kinerja robot. Empat produsen utama—FANUC, ABB, Yaskawa, dan KUKA—masing-masing menggunakan sistem transmisi yang berbeda pada lengan robot industri tradisional mereka; namun, pada dasarnya mereka menggunakan motor servo yang dipasangkan dengan roda gigi bevel, roda gigi lurus, atau sabuk sinkron untuk mentransmisikan daya ke sambungan untuk rotasi. Metode transmisi ini membatasi ukuran sambungan robot. Meskipun mencapai presisi tinggi dimungkinkan, miniaturisasi tetap menjadi tantangan. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, robot industri tradisional memerlukan kabinet kontrol eksternal yang menampung penggerak servo motor, dengan banyak kabel yang menghubungkan setiap motor ke kabinet, sehingga membatasi penerapan sistem kontrol yang fleksibel.
Gambar 3 Robot industri tradisional dan kabinet kontrol
Mengingat konfigurasi sambungan tradisional lengan robot industri tidak lagi dapat memenuhi persyaratan robot kolaboratif, sambungan-sambungan ini telah meninggalkan mekanisme transmisi konvensional dan beralih ke filosofi desain baru. Pendekatan ini berfokus pada pencapaian sistem yang ringan, bertegangan rendah, dan sangat terintegrasi dengan mengintegrasikan pengontrol, penggerak servo, dan motor di dalam sambungan itu sendiri, dengan koneksi listrik yang mendasarinya juga diimplementasikan secara internal. Hanya sejumlah kecil antarmuka kontrol yang terekspos secara eksternal, menyederhanakan pengkabelan eksternal dan mengurangi kompleksitas rekayasa. Desain seperti itu disebut sebagai sambungan terintegrasi.
Mengingat kebutuhan dan tren pengembangan saat ini dalam sambungan robot kolaboratif, mendesain sambungan robot kolaboratif terintegrasi yang ringan, bertegangan rendah, sangat terintegrasi, dan berkinerja tinggi sangatlah penting. Sambungan terintegrasi tersebut menggabungkan semua komponen penting yang dibutuhkan untuk pergerakan sambungan—termasuk aktuator, pengontrol, penggerak, dan sensor—dan dapat berfungsi secara independen sebagai modul mandiri. Ketika dihubungkan ke pengontrol utama atau modul lain melalui bus daya dan kontrol sederhana, desain yang sangat kohesif namun memiliki kopling rendah ini secara signifikan meningkatkan skalabilitas robot kolaboratif. Dengan memanfaatkan sambungan modular terintegrasi ini dan memasangkannya dengan lengan robot dan efektor ujung yang berukuran tepat, robot kolaboratif yang disesuaikan dengan berbagai kebutuhan dapat dengan mudah dirakit.
Gambar 4 Diagram skematik sambungan modular
Penelitian tentang sambungan terintegrasi untuk robot kolaboratif dan sistem kontrol servo-nya sangat penting untuk kemajuan robotika kolaboratif. Teknologi inti dari sambungan terintegrasi ini terdiri dari dua komponen utama: reduktor harmonik dan sistem penggerak-kontrol motor sambungan beserta algoritma kontrolnya. Zhixin Drive Technology (Shijiazhuang) Co., Ltd. memfokuskan penelitiannya pada sistem penggerak-kontrol motor sambungan untuk robot kolaboratif, melakukan studi mendalam tentang mekanisme penggerak dan kontrol motor sambungan. Perusahaan ini sedang mengembangkan serangkaian produk motor sambungan robot terintegrasi yang sangat cerdas yang memungkinkan kemampuan kontrol yang lebih fleksibel dan andal untuk sambungan robot kolaboratif, sambil menggabungkan fitur-fitur penting seperti persepsi diri, pengambilan keputusan cerdas, eksekusi yang cekatan, dan kontrol yang presisi—sehingga memenuhi tuntutan pengembangan peralatan cerdas.
2. Status Penelitian Saat Ini di Dalam dan Luar Negeri
Pada tahun 1956, fisikawan Amerika Joe Engelberger dan penemu George Devol mendirikan perusahaan robotika bernama Unimation, yang berhasil mengembangkan robot industri pertama di dunia—Unimate—pada tahun 1959.
General Motors pertama kali menggunakan robot dalam produksi industri di fasilitasnya di New Jersey pada tahun 1961. Pada tahun 1969, Jepang memperkenalkan robot dari Unimation, kemudian melisensikan teknologinya kepada Kawasaki Heavy Industries dan KUKAI Corporation yang berbasis di Inggris untuk operasi manufaktur robot di Jepang dan Inggris. Dengan kemajuan industri otomotif Jepang, semakin banyak robot yang menggantikan tenaga kerja manusia dalam produksi, yang sepenuhnya menunjukkan nilai praktisnya. Akibatnya, Jepang semakin menekankan pengembangan robotika industri. Dimulai dengan Kawasaki Heavy Industries sebagai pelopor dalam adopsi teknologi robot, diikuti oleh munculnya perusahaan robotika terkenal di dunia seperti FANUC dan Yaskawa, Jepang telah menjadi salah satu negara yang menguasai teknologi robotika mutakhir secara global.
Pada tahun 1973, perusahaan Jerman KUKA memodifikasi robot Unimate untuk menciptakan robot enam derajat kebebasan pertama, Famulus, yang ditenagai oleh motor listrik. Pada tahun 1974, ASEA (pendahulu ABB), sebuah perusahaan listrik umum Swedia, mengembangkan robot listrik sepenuhnya pertama di dunia, IRB 6, yang dikendalikan oleh mikroprosesor, secara signifikan meningkatkan kecerdasan robot. Pada tahun 1978, perusahaan Unimation yang berbasis di AS secara luas mengerahkan robot industri PUMA-nya di jalur perakitan General Motors, lebih lanjut menunjukkan kepraktisan dan nilai robot industri dan menandai kematangan penuh teknologi robotika industri, sehingga meletakkan dasar yang kokoh untuk kemajuan teknologi selanjutnya.
Selama lebih dari empat dekade pengembangan robotika industri, kemajuan teknologi terus berlanjut. Namun, karena pertimbangan keselamatan, robot biasanya dipasang tetap di stasiun kerja tertentu dan diisolasi oleh pagar pengaman, sehingga mencegahnya bekerja berdampingan dengan manusia di ruang yang sama. Konfigurasi tradisional ini membatasi kolaborasi manusia-robot, sehingga sulit untuk mencapai operasi kooperatif yang benar-benar efisien. Terlepas dari berbagai upaya dan eksplorasi, mencapai kolaborasi manusia-robot yang aman tetap menjadi tantangan utama di bidang robotika industri.
Barulah pada tahun 2005 sebuah proyek besar yang didanai Uni Eropa memperkenalkan konsep robot kolaboratif. Inisiatif ini menyatukan perusahaan robotika industri terkemuka seperti ABB, KUKA, Reis, Comau, dan Gudel untuk bersama-sama mengembangkan robot yang terjangkau, ringkas, dan fleksibel yang dirancang khusus untuk usaha kecil dan menengah, dengan tujuan mengurangi ketergantungan pada outsourcing tenaga kerja. Proyek ini secara eksplisit menyoroti potensi kolaborasi manusia-robot, meletakkan dasar yang kuat untuk konsep robot kolaboratif.
Robot kolaboratif awal sebagian besar merupakan modifikasi dan aplikasi dari robot industri tradisional, tanpa mengubah filosofi desain atau mode operasionalnya secara fundamental. Sejak didirikan pada tahun 2005, Universal Robots telah berdedikasi untuk mengembangkan robot kolaboratif yang mampu bekerja dengan aman bersama pekerja manusia. Pada tahun 2009, perusahaan meluncurkan UR5—robot kolaboratif pertama di dunia—menandai awal era ini. Selanjutnya, Rethink memperkenalkan Baxter lengan ganda dan robot Sawyer lengan tunggal yang baru, secara bertahap menjadikan robotika kolaboratif sebagai disiplin yang diakui dan diterima dalam robotika industri. Kemajuan ini telah memberikan wawasan dan arah baru untuk otomatisasi industri dan pengembangan cerdas di masa depan.
Gambar 5: Robot UR5 dan robot Sawyer Baxter
Perusahaan Robot Siasun, yang berafiliasi dengan Institut Otomasi Shenyang dari Akademi Ilmu Pengetahuan Tiongkok, pertama kali memamerkan robot kolaboratif fleksibel tujuh sumbu yang mewakili tingkat teknologi canggih Tiongkok di Pameran Industri pada November 2015. Sejak itu, banyak model robot kolaboratif domestik seperti Luoshi dan Aobo secara bertahap mendapatkan pengakuan.
Mengenai sambungan robot, perbedaan utama antara sambungan robot kolaboratif dan sambungan robot industri tugas berat tradisional terletak pada "fleksibilitasnya." Fleksibilitas ini terwujud melalui kekakuan mekanis yang lebih rendah, inersia yang berkurang, dan kemampuan untuk merasakan torsi. Saat ini, fleksibilitas sambungan yang digunakan pada lengan robot kolaboratif terutama berasal dari kontrol posisi dan kontrol torsi yang presisi.
Gambar 6 Struktur tipikal sambungan terintegrasi pada robot kolaboratif
Tinjauan penelitian terkini mengungkapkan bahwa pengembangan robotika di Tiongkok dimulai lebih lambat daripada negara-negara seperti Amerika Serikat dan Jepang. Penelitian tentang robot kolaboratif masih tertinggal jauh di belakang produk internasional yang ada, dengan hambatan utama terletak pada peredam harmonik dan sistem kontrol penggerak motor sendi. Robot kolaboratif domestik saat ini memiliki ruang yang cukup besar untuk peningkatan kemampuan kontrol sendi, khususnya dalam hal presisi kontrol dan kontrol cerdas. Lebih lanjut, tren penelitian robotika global menunjukkan bahwa keselamatan, fleksibilitas, dan kecerdasan adalah karakteristik dominan dari kemajuan teknologi. Sendi robot berevolusi menuju sistem kontrol penggerak yang sangat terintegrasi dan kecerdasan yang lebih tinggi. Meskipun sendi robot kolaboratif telah beralih dari kontrol terpusat tradisional ke arsitektur kontrol penggerak terdistribusi, saat ini mereka hanya menjalankan tindakan yang digerakkan motor, kurang memiliki kemampuan dalam persepsi otonom, pengambilan keputusan cerdas, dan eksekusi yang cekatan—mengakibatkan tingkat kecerdasan yang relatif rendah. Masih ada potensi signifikan untuk memperluas permintaan akan sistem robotika cerdas.
Waktu posting: 22 Mei 2026
