Abstrak
Robotika industri digunakan di hampir semua industri manufaktur dan mempekerjakan ribuan pekerja. Namun karena penggunaannya yang luas di seluruh dunia, memperkenalkan robotika industri dalam lingkungan pendidikan sulit dilakukan dan terbatas dalam praktiknya. Makalah ini menguraikan hambatan dalam memperkenalkan robotika industri dalam lingkungan pendidikan, dan menyajikan solusi menggunakan lengan robot yang disebut VEX V5 Workcell. VEX V5 Workcell dikembangkan untuk meningkatkan aksesibilitas robotika industri bagi siswa sekolah menengah dan teknik. Masalah aksesibilitas dalam memperkenalkan robotika industri di lingkungan pendidikan merupakan kombinasi dari keterbatasan ukuran, masalah keselamatan, biaya tinggi, dan pengalaman pemrograman terbatas. Perangkat keras dan perangkat lunak yang dibuat oleh VEX Robotics memberi siswa kesempatan untuk mengembangkan keterampilan teknis dan pemecahan masalah dengan membangun dan memprogram sel kerja manufaktur yang disimulasikan dengan robot lima sumbu.
Kata kunci:
pengajaran robotika industri; STEM; Python; C++, pengkodean berbasis blok; VEX Robotics; lengan robot; robotika pendidikan
SAYA. Perkenalan
Penggunaan robotika dalam pendidikan telah menjadi pengalaman belajar yang interdisipliner, langsung, dan autentik bagi siswa dari segala usia.12 Terlibat dengan robotika dalam pendidikan dapat memicu minat siswa yang lebih muda terhadap sains serta memberi mereka pengalaman dan media untuk mempelajari keterampilan penting seperti berpikir logis, pengurutan, dan pemecahan masalah. Seiring dengan kemajuan siswa dalam karier pendidikan mereka di bidang robotika, mereka dapat membangun keterampilan dasar pemecahan masalah dan pemikiran logis untuk mempelajari konsep teknik dan ilmu komputer yang lebih kompleks yang menghidupkan konsep fisika abstrak dan matematika.12
“Membangun robot adalah pilihan proyek yang populer untuk penerapan pembelajaran berbasis masalah (PBL) di kelas. Alasan mengapa ini menjadi pilihan yang populer dapat dijelaskan oleh sifat topik yang multidisiplin: robotika membutuhkan banyak keterampilan ilmiah, teknis, dan teknologi yang berbeda, seperti fisika, elektronika, matematika, dan pemrograman. Ini adalah mata kuliah yang ideal karena banyak sekali mata kuliah berbeda yang dapat dikaitkan dengannya. Selain itu, robot sendiri menarik imajinasi anak-anak dan remaja, memberikan inspirasi dan motivasi”.13
Dengan teknologi yang terus berkembang dan pemrograman menjadi keterampilan yang diminati, lembaga pendidikan ingin mempersiapkan siswanya untuk dunia kerja dengan memperkenalkan mereka pada robotika industri dan manufaktur. Robot industri dan lengan robot adalah mesin yang dapat diprogram yang dirancang untuk melakukan tugas atau fungsi tertentu.1
“Sistem robotik umumnya digunakan untuk melakukan tugas operator yang tidak aman, berbahaya, dan bahkan berulang. Mereka memiliki banyak fungsi berbeda, seperti penanganan material, perakitan, pengelasan, bongkar muat mesin atau peralatan, dan fitur seperti: pengecatan, penyemprotan, dll. Sebagian besar robot dikonfigurasikan untuk beroperasi dengan mengajarkan teknik dan pengulangan”.1
Penelitian menunjukkan bahwa siswa memiliki sikap dan pengalaman positif dengan menggunakan robot di kelas.16 Namun, meskipun sikap siswa positif, ada hambatan yang membatasi penggunaan robotika industri dalam lingkungan pendidikan: kombinasi dari batasan ukuran, masalah keselamatan, biaya tinggi, dan pengalaman pemrograman yang terbatas. Makalah ini akan membahas bagaimana VEX V5 Workcell menjadi solusi untuk memperkenalkan robotika industri dalam lingkungan pendidikan.
II. Model Robot Baru dan Terjangkau (perangkat keras):
Seiring kemajuan teknologi, semakin banyak siswa yang tertarik pada robotika sebagai karier. Robotika dapat memicu minat siswa dalam bidang sains dan matematika, serta memberi siswa kesempatan untuk berlatih memecahkan masalah dan berpikir logis.12 Keterampilan yang dikembangkan dari bekerja dengan robotika pendidikan seperti pemecahan masalah dan berpikir logis juga dapat diterapkan, dan menjadi dasar, dalam karier robotika industri dan manufaktur. Untuk memenuhi kebutuhan dan permintaan spesialis di bidang robotika yang telah memperoleh keterampilan pengkodean, pemecahan masalah, dan berpikir logis, instruksi pendidikan ingin memperkenalkan robotika industri di kelas mereka.17 Namun, ada keterbatasan dalam membawa robot industri ke lingkungan pendidikan untuk mempersiapkan siswa ini agar sukses dalam karier manufaktur. Tidak hanya mahal untuk membeli, tetapi juga mahal untuk memelihara lengan robot yang berfungsi. Biaya ini dapat membatasi jumlah robot yang dapat berinteraksi dengan siswa dan akibatnya, membatasi jumlah keterlibatan langsung siswa secara mandiri.11 Lengan robot berukuran industri juga memerlukan banyak ruang, dan selalu ada risiko keselamatan saat bekerja dengan robot industri. Siswa yang tidak berpengalaman dapat secara tidak sengaja melukai diri sendiri, peralatan, atau orang lain.11 Karena faktor-faktor ini, lembaga pendidikan beralih ke model robot industri yang lebih kecil, lebih aman, dan lebih hemat biaya.
“Meskipun penanganan robot besar memerlukan pengawasan terus-menerus dan harus dilakukan di sel robot khusus, banyak universitas kini memilih untuk membeli robot berukuran desktop tambahan yang memungkinkan mahasiswa bekerja secara mandiri. Karena mesin-mesin ini diprogram dengan cara yang sama seperti robot yang lebih besar, hasilnya dapat langsung diterapkan ke mesin-mesin besar untuk aplikasi skala penuh”.2
VEX V5 Workcell adalah model robot industri yang lebih kecil, lebih aman, dan lebih hemat biaya, yang cukup kecil untuk ditempatkan di meja kelas dan dengan rasio yang direkomendasikan tiga siswa untuk satu robot, memungkinkan siswa kesempatan untuk terlibat langsung dengan robot. V5 Workcell lebih aman karena ukurannya lebih kecil, serta memiliki kemampuan untuk memprogram sakelar bumper yang berfungsi sebagai penghenti darurat jika diperlukan.
V5 Workcell juga memungkinkan siswa terlibat dalam pengalaman membangun yang tidak mungkin dilakukan dengan cara lain. Siswa yang terlibat dengan lengan robotik berukuran industri profesional memperoleh pengetahuan dan keterampilan berharga dalam memprogramnya, tetapi mungkin tidak memahami cara lengan tersebut bergerak dan beroperasi karena mereka tidak terlibat dalam proses pembangunannya. Terlibat dalam proses pembangunan tidak hanya memberi siswa kesempatan untuk membuat hubungan yang lebih kuat antara perangkat keras dan perangkat lunak, tetapi juga memungkinkan siswa untuk memperoleh pengetahuan yang lebih mendasar tentang cara kerja robot secara fisik. Peluang ini dapat memberi siswa pengetahuan dan pengalaman membangun yang mereka butuhkan agar dapat memecahkan masalah perangkat keras secara lebih efektif serta menyelesaikan masalah.13 Menggabungkan pembangunan fisik robot ke dalam pendidikan robotika industri juga memberi siswa peluang untuk menghidupkan konsep abstrak dan persamaan fisika, teknik, dan matematika. Mempraktikkan konsep STEM ini dalam konteks juga memungkinkan siswa melihat bagaimana konsep tersebut dapat diterapkan dalam industri.
Sebagian besar model robot industri yang lebih kecil dan lebih hemat biaya sudah dirakit sebelumnya dan sering kali hanya dibuat untuk satu fungsi. Keuntungan dari perangkat keras V5 Workcell adalah siswa tidak terbatas pada satu rancangan robot saja. Siswa membangun V5 Workcell dari bagian-bagian Sistem VEX Robotics V5, yang memiliki banyak bentuk berbeda termasuk fungsi dasar lengan robot (ditunjukkan pada Gambar 1), mengubah EOAT (perkakas ujung lengan), dan menambahkan beberapa konveyor dan sensor (ditunjukkan pada Gambar 2). Hal ini memberi siswa pengalaman tidak hanya dalam membangun lengan robot itu sendiri, tetapi keseluruhan model sel kerja manufaktur berukuran kecil. Hal ini memungkinkan siswa untuk terlibat dalam proses membangun yang menyoroti konsep matematika dan teknik yang tidak akan dapat dialami siswa tanpa membangun. Hal ini juga memungkinkan siswa untuk memahami cara kerja V5 Workcell di tingkat fisik, yang juga diterapkan pada pemrograman. Hal ini menjadikan V5 Workcell sebagai alat pedagogis yang tidak hanya memperkenalkan siswa pada robotika industri dan konsep pemrograman, tetapi juga memperkenalkan mereka pada konsep bangunan, rekayasa, dan matematika seperti sistem koordinat Cartesian dan pengoperasian robot dalam ruang 3D.
Gambar 1: Lab 1 Build (lengan robot)
Gambar 2: Bangunan Lab 11 (lengan robot serta konveyor dan sensor)
Berbagai bentuk bangunan disediakan dalam petunjuk pembangunan yang memandu siswa melalui pembangunan langkah demi langkah (ditunjukkan pada Gambar 3). Hal ini membuat pembangunan V5 Workcell dapat dilakukan oleh siswa yang mungkin tidak memiliki pengalaman membangun secara umum, membangun dengan logam, atau menggunakan peralatan.
Gambar 3: Langkah dari Instruksi Pembuatan Lab 4
VEX V5 Workcell menyediakan institusi pendidikan dengan pilihan model robot industri yang lebih kecil, lebih aman, dan lebih hemat biaya yang tidak hanya serbaguna dalam kemampuan pembuatannya, tetapi juga memberi siswa pengalaman belajar langsung yang lebih mandiri dibandingkan dengan lengan robot ukuran industri profesional.
AKU AKU AKU. Mengajar Pemrograman (perangkat lunak):
Dengan kemajuan teknologi yang pesat, banyak pekerjaan manual di bidang manufaktur industri kini dilengkapi dengan otomatisasi.4 Hal ini dapat melengkapi tenaga kerja, dan bahkan dalam beberapa kasus dapat menciptakan lebih banyak permintaan tenaga kerja, tetapi juga mengharuskan pekerja memiliki pengetahuan pemrograman yang kuat untuk mengoperasikan, memperbaiki, dan memelihara otomatisasi.4 Pemrograman adalah keterampilan yang membutuhkan waktu bertahun-tahun bagi seseorang untuk menjadi mahir, dan sebagian besar bahasa pemrograman yang digunakan dalam industri bersifat kompleks dan dirancang untuk digunakan oleh insinyur profesional.3 Ini berarti bahwa program yang diperlukan agar robot dapat melakukan tugas yang paling sederhana sekalipun memerlukan perekrutan spesialis pemrograman.3
“Misalnya, pemrograman manual sistem pengelasan busur robotik untuk pembuatan lambung kendaraan besar membutuhkan waktu lebih dari delapan bulan, sedangkan waktu siklus proses pengelasannya sendiri hanya enam belas jam. Dalam kasus ini, waktu pemrograman kira-kira 360 kali waktu eksekusi”.9
Tingkat keahlian pemrograman ini membatasi akses bagi siswa dan pendidik yang ingin mempelajari dasar-dasar pemrograman robotika industri, tetapi memiliki sedikit atau tidak memiliki pengalaman pemrograman.
“Pemrograman robot memakan waktu, rumit, rawan kesalahan, dan memerlukan keahlian baik dari tugas maupun platform. Dalam robotika industri, ada banyak bahasa pemrograman dan alat khusus vendor, yang memerlukan kemahiran tertentu. Namun, untuk meningkatkan tingkat otomatisasi dalam industri, serta memperluas penggunaan robot di bidang lain, seperti robotika layanan dan manajemen bencana, maka robot harus bisa diinstruksikan oleh orang awam.10
Belajar pemrograman sebagai pemula di usia berapa pun merupakan hal yang menantang.8 Belajar cara memahami aliran proyek selain mempelajari sintaksis tidak hanya bisa sangat membebani, tetapi juga mengecilkan hati dan bahkan menakutkan.5 Agar siswa dan pendidik memperoleh pengalaman dengan robotika industri, kompleksitas pengkodean robot ini perlu dikurangi sehingga programmer pemula dapat ikut serta. Hal ini dapat dilakukan dengan menyederhanakan bahasa pemrograman dari bahasa berbasis teks tradisional. Penyederhanaan bahasa pemrograman telah berhasil memperkenalkan dan mengajarkan anak-anak muda cara pemrograman di berbagai bidang, termasuk pendidikan.3 Karena keberhasilan ini, bahasa pemrograman yang disederhanakan dapat digunakan untuk mengajarkan individu dasar-dasar pemrograman robot industri, dan akan memungkinkan mereka untuk membangun keterampilan dasar yang nantinya dapat mereka gunakan untuk sukses dalam industri.3
VEX V5 Workcell memungkinkan siswa untuk memprogram model lengan robot industri menggunakan VEXcode V5, bahasa berbasis blok yang didukung oleh blok Scratch.18 (scratch.mit.edu) Siswa dapat memprogram dengan VEXcode V5, bahasa pemrograman yang disederhanakan. Siswa dapat membangun proyek untuk memanipulasi Workcell dengan sukses dan juga memahami tujuan dan alur proyek pada tingkat yang lebih dalam. Penelitian telah menunjukkan bahwa pemula tanpa pengalaman pemrograman sebelumnya dapat berhasil menulis program berbasis blok untuk menyelesaikan tugas-tugas robotika industri dasar.3
Studi juga menunjukkan bahwa siswa melaporkan bahwa sifat bahasa pemrograman berbasis blok, seperti VEXcode V5, mudah karena deskripsi bahasa alami dari blok, metode seret dan lepas untuk berinteraksi dengan blok, dan kemudahan membaca proyek.6 VEXcode V5 juga membahas poin-poin yang menjadi perhatian bahasa pemrograman berbasis blok dibandingkan dengan pendekatan berbasis teks yang lebih konvensional. Beberapa kelemahan yang teridentifikasi adalah kurangnya keaslian yang dirasakan dan kurang bertenaga.6 VEXcode V5 mengatasi baik kurangnya keaslian yang dirasakan maupun terkesan kurang bertenaga dengan menggabungkan alat yang dikenal sebagai 'penampil kode'. Penampil kode memungkinkan siswa membuat proyek blok, lalu melihat proyek yang sama dalam bentuk teks dalam C++ atau Python. Konversi ini memungkinkan siswa untuk berkembang melampaui batasan bahasa berbasis blok dan juga memberi mereka alat perancah yang mereka butuhkan agar berhasil menjembatani kesenjangan sintaksis dari blok ke teks. VEXcode V5 menggunakan konvensi penamaan yang sama untuk blok dan perintah, untuk memudahkan transisi dari blok ke teks.
Sebuah studi yang dilakukan oleh Weintrop dan Wilensky7 untuk membandingkan pemrograman berbasis blok dan berbasis teks di kelas Ilmu Komputer Sekolah Menengah menemukan bahwa siswa yang menggunakan bahasa berbasis blok menunjukkan peningkatan yang lebih besar dalam pembelajaran mereka dan tingkat minat yang lebih tinggi pada kursus komputasi di masa mendatang. Siswa yang menggunakan bahasa berbasis teks memandang pengalaman pemrograman mereka lebih mirip dengan apa yang dilakukan programmer di industri dan lebih efektif dalam meningkatkan keterampilan pemrograman mereka. VEXcode V5 memberikan yang terbaik dari kedua dunia kepada programmer pemula dengan memungkinkan mereka membangun fondasi konsep pemrograman yang kuat yang kemudian dapat mereka gunakan saat beralih ke C++ atau Python, kedua bahasa berbasis teks yang didukung dalam VEXcode V5.
VEXcode V5 adalah bahasa pemrograman berbasis blok yang mudah diakses dan gratis untuk model robot industri yang akan digunakan dalam lingkungan pendidikan, yang membuat pemrograman robot lebih mudah diakses oleh siswa dan pendidik yang kalau tidak, tidak akan dapat menggunakannya. Lingkungan kerja manufaktur terus berubah seiring perkembangan teknologi, dan bahasa pemrograman berbasis blok seperti VEXcode V5 mungkin dapat memberikan siswa yang bercita-cita menjadi pekerja manufaktur di masa depan keterampilan dan pengetahuan pemrograman dasar yang mereka butuhkan untuk sukses dalam pekerjaan manufaktur dan industri.3
Bahasa Indonesia: IV. Ide-Ide Besar
Salah satu keuntungan terbesar dari V5 Workcell adalah siswa diberi kesempatan untuk belajar dan fokus pada konsep yang lebih besar dan prinsip dasar yang mendasar tidak hanya untuk pemrograman, tetapi juga teknik dan bidang profesional robotika industri. Berfokus pada beberapa konsep yang lebih besar yang dapat diterapkan dalam berbagai latar dan situasi memberi siswa kesempatan untuk memperoleh pemahaman yang lebih mendalam dan pengalaman belajar yang lebih mendalam tentang keterampilan dan topik tersebut. Halpern dan Hackel berpendapat bahwa, “penekanan pada pemahaman mendalam tentang prinsip-prinsip dasar seringkali merupakan desain instruksional yang lebih baik daripada cakupan yang lebih ensiklopedis dari berbagai topik”.14
Siswa akan menyelidiki berbagai konsep seperti:
- Membangun dengan logam dan elektronik
- Sistem koordinat Cartesian
- Bagaimana lengan robot bergerak di ruang 3D
- Penggunaan kembali kode
- Variabel
- Daftar 2D
- Umpan balik sensor untuk otomatisasi
- Sistem konveyor, dan masih banyak lagi.
Siswa akan memperoleh pengetahuan dasar tentang konsep-konsep ini yang dapat ditransfer dan diterapkan kemudian dalam berbagai bidang seperti matematika, pemrograman, teknik, dan manufaktur. Sambil memperoleh pengenalan terhadap konsep-konsep ini, siswa secara aktif mampu memecahkan masalah, berkolaborasi, menjadi kreatif, dan membangun ketahanan. Semuanya merupakan keterampilan penting dalam lingkungan apa pun dan terkait dengan keterampilan abad ke-21 saat ini.
“Pengetahuan telah menjadi vital di abad ke-21 dan orang-orang perlu memperoleh keterampilan tersebut untuk memasuki dunia kerja yang disebut keterampilan abad ke-21. Secara umum, keterampilan abad ke-21 meliputi kolaborasi, komunikasi, literasi digital, kewarganegaraan, pemecahan masalah, pemikiran kritis, kreativitas, dan produktivitas. Keterampilan-keterampilan ini diberi label keterampilan abad ke-21 untuk menunjukkan bahwa keterampilan-keterampilan ini lebih terkait dengan perkembangan ekonomi dan sosial saat ini dibandingkan dengan keterampilan-keterampilan abad sebelumnya yang dicirikan sebagai suatu mode produksi industri.15
V. Kesimpulan
Tujuan dari makalah ini adalah untuk menyajikan keunggulan VEX V5 Workcell dalam lingkungan pendidikan untuk memperkenalkan robotika industri. Dengan demikian, makalah ini menunjukkan bahwa VEX V5 Workcell menyediakan solusi menyeluruh untuk memperkenalkan siswa kepada robotika industri dalam lingkungan pendidikan yang hemat biaya, menurunkan hambatan pemrograman masuk, dan berfokus pada ide-ide besar yang membantu siswa mengembangkan keterampilan penting.