lenganrobotdenganpenggerakmotor stepper … · perpaduan antara mesin ( mechanic ), elektronika (...

i

TUGAS AKHIR

LENGAN ROBOT DENGAN PENGGERAKMOTOR

STEPPER DAN MOTOR SERVODiajukan untuk memenuhi salah satu syarat

Memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh :

KHRISWARA DWITANTYA

NIM : 145114053

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2017

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

FINAL PROJECT

ROBOT ARM WITH ACTIVATOR STEPPER MOTOR

AND SERVO MOTORIn a partial fulfilment of the requirements

For the degree of Sarjana Teknik

Department of Electrical Engineering

Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

KHRISWARA DWITANTYA

NIM :145114053

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2017


iii


iv


v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO :

JALANILAH HIDUPMU DENGAN SEGALA USAHA MAKSIMAL

DENGAN DEMIKIAN HASIL TIDAK AKAN PERNAH

MENGECEWAKAN

Skripsi ini kupersembahkan untuk…..

Yesus Kristus yang telah memberikan nafas ini

Dosen pembimbing yang senantiasa memberi semangat

Teman - teman yang sudah berjalan dan berusaha hingga saat ini

Dan semua yang telah mengambil peran dalam terwujudnya skripsi ini


vi


vii


viii

INTISARI

Robot menjadi pilihan untuk membantu pekerjaan manusia mengatasi masalahkepresisian, keamanan, fleksibilitas dan pekerjaan yang berulang. Lengan robot menjadisalah satu jenis robot yang dapat membantu pekerjaan manusia. Penelitian lengan robot inidibuat untuk memperagakan gerakan robot yang dikendalikan dari jarak jauh. Lenganrobot ini menggunakan basis mikrokontroler arduino uno R3 sehingga menarik untukdipelajari

Lengan robot dalam penelitian ini terdiri dari joint dan link dengan 4 degree offreedom (4DOF). Actuator lengan robot adalah dengan motor stepper. Lengan robotmendapat input dari PC dengan software arduino IDE, untuk menggerakan lengan robot.Data yang dikirimkan dari PC ke arduino uno R# berupa program pulsa pulsa digitaldengan komunikasi serial. Mikrokontroler mendapatkan data masukan dari kontrolerjoystick yang telah dipasangkan pada arduino uno R3 dan akan mengeluarkan pulsa pulsadigital untuk menggerakan motor stepper

Hasil Penelitian yang telah dilakukan menggunakan lengan robot dengan uji cobauntuk menggerakan menggunakan masukan joystick dan menggunakan program sederhanayang sudah ditentukan sebelumnya menghasilkan data keberhasilan percobaan. Tingkatkeberhasilan lengan robot dengan penggerak motor stepper sudah sesuai dari perancanganmaka dapat dikatakan percobaan ini berhasil. Yaitu dengan menggerakan lengan robotmenggunakan modul joystick untuk menggambar bidang 2D

Kata kunci : Lengan Robot Dengan Penggerak Motor Stepper Dan Motor Servo


ix

ABSTRACT

Robot become choice for helping people work to overcome the problem ofaccuracy, security, flexibility and repetitive job. A robot arm is one of type robot that canassist the job. Robot arm is study designed to demonstrate the robot's movements arecontrolled remotely. This robot arm using a microcontroller arduino uno R3 so interestinglearn

A robot arm in this RESEARCH consists of joint and link with 4 degree offreedom (4DOF). The actuator arm robot with a stepper motor. Robot arm gets input froma PC with software arduino IDE, to move the robot arm. The data transmitted from the PCto arduino uno R3 in the digital pulses pulse program with serial communication.Microcontroller obtain input data from joystick controller that has been attached to thearduino uno R3 and will send a digital pulses to drive the stepper motor

The result of research thats has been done, using robot arm to move use joystickand use simple program, the success rate from robot arm with motor stepper is same withthe design. It can said the experiment is successful by moving the robot arm using ajoystick to draw 2D shape

Keyword : Robot Arm With Activator Stepper Motor And Servo Motor


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat-

Nya. Berkat Kasih dan KaruniaNya selama menjalani proses pembuatan tugas akhir ini,

penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul “Lengan Robot Dengan Penggerak

Motor Stepper dan Motor Servo”.

Tugas akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar

Sarjana Teknik (S.T) bagi mahasiswa program S-1 Jurusan Teknik Elektro Universitas

Sanata Dharma Yogyakarta. Selama proses penyusunan proposal ini, penulis banyak

mendapat bantuan dan dukungan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan

terimakasih kepada:

1. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Bapak Djoko Untoro, S.Si., M.T., selaku Dosen Pembimbing tugas akhir yang telah

banyak meluangkan waktu untuk memberikan bimbingan.

3. Bapak Martanto, M.T., dan Bapak Djoko Untoro, S.Si., M.T., yang telah memberikan

saran dan kritik dalam menyelesaikan penulisan tugas akhir.

4. Seluruh dosen Teknik Elektro yang telah memberikan ilmu yang bermanfaat kepada

penulis selama kuliah.

5. Keluarga besar tercinta yang ada di rumah yang selalu mendoakan dan terus

memberikan semangat dalam mengerjakan.

6. Seluruh teman-teman prodi Teknik Elektro angkatan 2014 hingga 2012 atas kerjasama

dan kebersamaannya selama menjalani studi.

7. Kawan-kawan penggembira dan penyemangat yang memberikan dukungan.

8. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu atas bantuan, bimbingan,

kritik dan saran.


xi


xii

DAFTAR ISIHalaman Sampul(Bahasa Indonesia)......................................................................... i

Halaman Sampul(Bahasa Inggris).............................................................................. ii

Lembar Persetujuan.................................................................................................... iii

Lembar Pengesahan................................................................................................... iv

Halaman Persembahan............................................................................................... v

Lembar Pernyataan Keaslian Karya........................................................................... vi

Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah........................................... vii

Intisari........................................................................................................................ viii

Abstract...................................................................................................................... ix

Kata Pengantar........................................................................................................... x

Daftar Isi..................................................................................................................... xii

Daftar Gambar............................................................................................................ xiv

Daftar Tabel............................................................................................................... xvi

Daftar Persamaan....................................................................................................... xvii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang......................................................................................... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat ................................................................................. 3

1.3 Batasan Masalah ....................................................................................... 3

1.4 Metodologi Penelitian .............................................................................. 4

BAB II DASAR TEORI

2.1 Mikrokontorler........................................................................................ 6

2.1.1 Arduino Uno R3.............................................................................. 6

2.2 Software Arduino..................................................................................... 7

2.3 Motor Servo............................................................................................. 8

2.4 Motor stepper........................................................................................... 11

2.5 Torsi......................................................................................................... 16

2.6 Driver Motor Stepper............................................................................... 16

2.7 Kinematika............................................................................................... 17

BAB III RANCANGAN PENELITIAN

3.1 Perancangan Perangkat Keras.................................................................. 23

3.1.1 Perancangan Mekanik Robot............................................................ 25


xiii

3.1.1.1 permodelan mekanik...................................................................... 26

3.1.1.2 Permodelan inverse Kinematik.................................................... 34

3.1.2 Perancangan elektrik sistem pengendali......................................... 43

3.1.3 Perancangan homing sensor............................................................ 44

3.2 Perancangan perangkat lunak sederhana.................................................. 45

3.2.1 Perancangan pengendali motor servo dan stepper dengan arduino 46

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 hasil pengujian penggerak........................................................................ 48

4.1.1 pembahasan pada program arduino................................................. 49

4.2 hasil perancangan..................................................................................... 55

4.2.1 Bentuk mekanik sistem lengan robot.............................................. 60

4.2.2 Komponen elektrik sistem lengan robot......................................... 60

4.2.3 Pengujian Gerak mekanik lengan robot.......................................... 61

4.2.3 Pengujian Repeatability.................................................................. 63

4.3 hasil pengujian gambar bidang dua dimensi............................................. 64

4.3.1 Analisa Hasil Gambar Kotak.......................................................... 64

4.3.2 Analisa Hasil Gambar Segitiga....................................................... 65

4.3.3 Analisa Hasil Gambar Lingkaran.................................................... 67

4.3.4 Analisa Hasil Gambar Tanda Tambah............................................ 68

4.4 hasil pengujian nilai step pada motor stepper........................................... 69

4.5 hasil pengujian area kerja .......................................................................... 70

4.6 pengujian menggunakan program tanpa joystick...................................... 71

BAB V KESIMPULAN

5.1 Kesimpulan.............................................................................................. 73

5.2 Saran......................................................................................................... 73

DAFTAR PUSTAKA................................................................................... ............. 65

LAMPIRAN


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Blok Diagram Lengan Robot............................................................... 4

Gambar 2.1 Tampilan Software Arduino Pada Komputer........................................ 8

Gambar 2.2 Gambar Motor Servo............................................................................. 9

Gambar 2.3 Konstruksi Motor Servo........................................................................ 9

Gambar 2.4 Pulsa Kendali Motor Servo................................................................... 10

Gambar 2.5 Penampang Melintang dari Motor Stepper Variable Reluctance.......... 12

Gambar 2.6 Motor stepper tipe permanent magnet................................................... 12

Gambar 2.7 Penampang Melintang Dari Motor Stepper Tipe Hybrid...................... 13

Gambar 2.8 Motor Stepper Dengan Lilitan Unipolar............................................... 14

Gambar 2.9 Motor Stepper Dengan Lilitan Bipolar ................................................. 14

Gambar 2.10 Gambar Motor Stepper Nema 17......................................................... 15

Gambar 2.11 Modul Driver Motor Stepper............................................................... 16

Gambar 2.12 Gambar Sudut Joint............................................................................. 18

Gambar 2.13 Konfigurasi Lengan Robot Satu Sendi................................................ 19

Gambar 2.14 Konfigurasi Lengan Robot Dua Sendi................................................ 20

Gambar 3.1 Gambar Diagram Blok Perancangan Perangkat Keras.......................... 24

Gambar 3.2 Blok Diagram Perangkat Keras ............................................................. 25

Gambar 3.3 Tampilan Desain 3D Lengan Robot...................................................... 27

Gambar 3.4 Tampilan Posisi Motor Stepper Pada Lengan Robot............................ 28

Gambar 3.5 Tampilan Posisi Motor Servo Pada Desain Lengan Robot................... 29

Gambar 3.6 Tampilan Posisi End Effector Berupa Pointer Dengan Spidol............. 30

Gambar 3.7 Tampilan Sumbu Axis X,Y,Z................................................................ 33

Gambar 3.8 Panjang Dan Lebar Meja Kerja............................................................. 33

Gambar 3.9 Ilustrasi Jangkauan Gerak Link Dan Batasan Maksimum..................... 34

Gambar 3.10 Rencana Yang DIgunakan Sebagai Test Dari Lengan Robot............. 35

Gambar 3.11 Lengan Robot Tampak Atas................................................................ 36

Gambar 3.12 Penyederhanaan Gambar Lengan Robot Dengan Analisa Geometri Untuk

Mencari 1 ........................................................................................... 36

Gambar 3.13 Lengan Robot Tampak Samping......................................................... 38

Gambar 3.14 Penyederhanaan Gambar Lengan Robot Tampak Samping................ 38


xv

Gambar 3.15 Analisa Geometri Lengan Robot Untuk Mencari 2 dan 3 .............. 39

Gambar 3.16 Analisa Geometri Lengan Robot untuk mencari 4 ............................ 41

Gambar 3.17 Titik Referensi Yang Digunakan Untuk Menguji Lengan Robot....... 42

Gambar 3.18 Gambar Rangkaian Elektrik Sistem Pengendali ................................. 43

Gambar 3.19 Gambar sensor homing pada shoulder................................................ 44

Gambar 3.20 Gambar Sensor Homing Pada Elbow.................................................. 45

Gambar 3.21 Diagram alir Sistem Perangkat Lunak Sederhana............................... 46

Gambar 3.22 Diagram Alir Sistem Pada Arduino IDE............................................. 46

Gambar 3.23 Gambar Konfigurasi Kontroler........................................................... 47

Gambar 4.1 Gambar Tampilan Perangkat Lunak Arduino IDE................................ 50

Gambar 4.2 Contoh Program Full Step..................................................................... 51

Gambar 4.3 Konfigurasi Untuk 1/32 step................................................................. 52

Gambar 4.4 konfigurasi kontroler pada arduino....................................................... 53

Gambar 4.5 konfigurasi dari MS1 MS2 dan MS3 pada pin arduino........................ 54

Gambar 4.6 konfigurasi pin direction, step dan sleep ketiga driver......................... 54

Gambar 4.7 program utama penggerak motor stepper.............................................. 55

Gambar 4.8 Bentuk Mekanik Lengan Robot............................................................ 56

Gambar 4.9 Bentuk Mekanik Lengan (link).............................................................. 57

Gambar 4.10 Posisi motor stepper sebagai penggerak lengan robot........................ 58

Gambar 4.11 posisi motor stepper penggerak Base.................................................. 59

Gambar 4.12 Gambar rangkaian elektrik.................................................................. 60

Gambar 4.13 Cara Pengukuran Sudut joint Menggunakan Busur Derajat............... 61

Gambar 4.14 Hasil Pengujian Repeatability............................................................. 63

Gambar 4.15 Gambar Kotak dari Gerakan Lengan Robot........................................ 65

Gambar 4.16 Hasil Gambar Segitiga ........................................................................ 66

Gambar 4.17 Hasil Gambar Lingkaran..................................................................... 67

Gambar 4.18 Hasil Gambar Tanda Tambah.............................................................. 69

Gambar 4.19 Gambar Area Kerja Pada Kertas A4................................................... 70

Gambar 4.20 Hasil Pengujian Menggunakan Program Pada Sumbu Y.................... 71

Gambar 4.21 Hasil Pengujian Menggunakan Program Pada Sumbu X .................... 72


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Keterangan Lengan Penghubung (link).................................................... 29

Tabel 3.2 Tabel Batasan Gerakan Lengan Robot Berdasarkan Putaran

Motor Stepper Dan Desain Lengan......................................................... 35

Tabel 4.1 Konfigurasi Masukan sinyal MS1 MS2 dan MS3.................................... 53

Tabel 4.2 Spesifikasi link Lengan Robot.................................................................. 58

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Area Kerja Dari Setiap Lengan ......................................... 62

Tabel 4.4 Hasil Pada Pengujian Repeatabilitas......................................................... 63

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Nilai Step Sudut X.......................................................... 69

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Nilai Step Sudut X.......................................................... 69

Tabel 4.7 Nilai X dan Y Pada Masing Masing Area Kerja....................................... 70


xvii

DAFTAR PERSAMAAN

Persamaan 2.1 ............................................................................................................ 16

Persamaan 2.2 ............................................................................................................ 16

Persamaan 2.3 ............................................................................................................ 16

Persamaan 2.4 ............................................................................................................ 16

Persamaan 2.5 ............................................................................................................ 18

Persamaan 2.6 ............................................................................................................ 18

Persamaan 2.7 ............................................................................................................ 18

Persamaan 2.8 ............................................................................................................ 19

Persamaan 2.9 ............................................................................................................ 20

Persamaan 2.10 .......................................................................................................... 20

Persamaan 2.11 .......................................................................................................... 20

Persamaan 2.12 .......................................................................................................... 20

Persamaan 2.13 .......................................................................................................... 20

Persamaan 2.14 .......................................................................................................... 20

Persamaan 2.15 .......................................................................................................... 21

Persamaan 2.16 .......................................................................................................... 21

Persamaan 2.17 .......................................................................................................... 21

Persamaan 2.18 .......................................................................................................... 21

Persamaan 2.19 .......................................................................................................... 21

Persamaan 2.20 .......................................................................................................... 21

Persamaan 2.21 .......................................................................................................... 22

Persamaan 2.22 .......................................................................................................... 22

Persamaan 2.23 .......................................................................................................... 22


1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangBersamaan dengan kemajuan jaman yang semakin pesat, maka teknologi yang ada

saat ini juga ikut berkembang semakin pesat, tidak terkecuali didalam dunia robotika, baik

itu didalam bidang industri, medis, militer dan lain sebagainya. Berbagai macam penelitian

tengah dilakukan, beberapa robot yang sudah adapun sekarang sudah semakin

dikembangkan dan disempurnakan, sehingga pekerjaan manusia semakin diringankan oleh

robot. Robot sendiri adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik

menggunakan pengawasan dan kontrol manusia ataupun menggunakan program yang

sudah dibuat sebelumnya, maka dari definisi robot tersebut maka robot adalah hasil

perpaduan antara mesin ( mechanic ), elektronika ( electric ) dan pemrograman

( informatic )

Salah satu robot yang kini banyak digunakan dalam industri ataupun dalam bidang

umum adalah robot manipulator, manipulator merupakan bagian mekanik yang dapat

difungsikan untuk memindah, menulis, mengangkat dan memanipulasi benda kerja. Secara

umum robot manipulator dibedakan menjadi beberapa jenis menurut sumbu koordinat yang

digunakan yaitu SCARA, cylindrical, articulated, spherical [1]. Robot manipulator dibuat

menyerupai lengan manusia, sehingga nantinya dapat membantu pekerjaan yang berat.

Pada kemajuan teknologi ini, banyak industri yang telah menggunakan teknilogi

lengan robot, sehubungan dengan keamanan, kecepatan, presisi dan konsistensi maka

dipilihlah lengan robot untuk menggantikan ataupun meringankan pekerjaan manusia.

Karena lengan robot bisa diprogram dari tempat yang berbeda atau dari jauh,

menempatkan lengan robot sebagai pengganti yang cocok, kini banyak yang telah

mengembangkan lengan robot yang bertujuan untuk industri maupun edukasi.

Lengan robot yang ada kini sudah sangat pesat perkembangannya, tetapi lengan robot

yang ada sekarang 80% ditujukan untuk industri besar yang pastinya sangat mahal, maka

saya tertarik membuat prototype lengan robot yang memiliki sistem yang sama dengan

sistem lengan robot pada industri tetapi lengan robot yang dibuat nantinya dapat bertujuan


2

sebagai bahan edukasi mengenai lengan robot, yaitu lengan robot untuk menggambar

bidang 2 dimensi yang sudah ditentukan sebelumnya. Lengan robot ini memiliki 4 DOF

( degree of freedom ) pada sumbu X,Y dan Z.

Pada sebuah jurnal yang berjudul “Robot Arm Controller Using FPGA” [2] controller

lengan robot yang dibuat adalah menggunakan Field Programmable Gate Array (FPGA)

yaitu sirkuit terpadu (IC) dalam teknologi digital. Dimana didalamnya terdapat rangkaian

logika yang dapat diprogram. Konfigurasi FPGA umumnya ditentukan dengan

menggunakan bahasa perangkat keras atau HDL. Kekurangan dari sistem ini adalah FPGA

menggunakan bahasa hardware. Sehingga jika kita ingin membuat sebuah program maka

kita harus menentukan setiap gerbang yang harus digunakan. Berbeda dengan jika

menggunakan mikrokontroler, karena mikrokontroler menggunakan bahasa pemrograman

C maka sangat mudah untuk membuat sebuah program pada mikrokontroler.

Peneliti yang sudah pernah membuat prototype dari lengan robot ini adalah Antonius

Welly Adi Nugroho dengan judul “Lengan Robot Penggambar Bidang Dua Dimensi

Berbasis Mikrokontroler Dengan PC” [3] pada penelitian sebelumnya lengan robot yang

digunakan digerakan dengan motor servo. Kelemahan motor servo adalah kurang

akuratnya sudut yang diciptakan oleh motor servo, saat diinginkan sudut dibawah 1° maka

motor servo akan kesusahan dalam menjangkaunya.

Kemudian keterbatasan sudut yang dimiliki pada motor servo juga menjadi sebuah

kelemahan. Sudut motor servo yang digunakan pada penelitian sebelumnya memiliki sudut

maksimum 180°. Lalu penempatan dari penggerak lengan robot pada penelitian

sebelumnya juga memiliki kelemahan yaitu penempatan yang langsung menempel pada

setiap joint pada lengan robot membuat beban yang akan diangkat oleh servo menjadi

meningkat, sehingga kinerja dari motor servo menjadi lebih berat dan tidak terlalu akurat

disamping itu jenis servo yang digunakan adalah jenis servo giant yang memiliki ukuran

yang besar dan pastinya dengan harga yang mahal.

Dari beberapa kelemahan itulah akhirnya saya memiliki ide untuk membuat lengan

robot yang memiliki desain yang lebih murah, lebih akurat, dan lebih ringan. Yaitu

menggunakan motor stepper yang lebih akurat daripada motor servo


3

1.2. Tujuan dan ManfaatTujuan umum dari penelitian ini adalah membuat dan menguji suatu prototype berupa

lengan robot, dengan penggerak motor stepper. Secara khusus penelitian ini bertujuan

untuk merancang sebuah lengan robot yang digerakkan oleh motor stepper, dan dapat

memperagakan gerakan lengan robot dengan lebih presisi dan Lengan robot yang dibuat

diberi perintah melalui kontroler untuk melakukan kegiatan menggambar bidang dua

dimensi berupa kotak, segitiga, lingkaran dan tanda tambah dengan ukuran tertentu yang

nantinya akan diuji tingkat ketepatan dan kemampuan menggambar dari lengan robot.

Penelitian ini menghasilkan manfaat untuk membantu manusia pada pekerjaan

produksi maupun pada pekerjaan lainya, seperti menulis, memindahkan barang,

pengecatan maupun pengelasan. Penelitian ini juga bermanfaat untuk membandingkan

kinerja lengan robot yang menggunakan penggerak motor servo dengan lengan robot yang

menggunakan penggerak motor stepper yang lebih presisi dibandingkan motor servo.

1.3. Batasan MasalahPembatasan masalah bertujuan untuk mempermudah dalam pelaksanaan penelitian

maupun penulisan skripsi, sehingga tidak terjadi kesalahan dalam penelitian yang

dimaksud. Batasan untuk penelitian ini adalah:

A. Gambar yang dibuat adalah gambar bidang 2 dimensi yang sudah ditentukan

sebelumnya, yaitu gambar kotak, lingkaran, segitiga dan tanda tambah yang sudah

diprogram melalui PC.

B. Menggunakan sebuah mikrokontroler arduino UNO R3 sebagai kontroler lengan

robot yang sudah diprogram melalui PC.

C. Menggunakan 3 buah motor stepper dan 1 buah motor servo sebagai penggerak

pada setiap joint dari lengan robot.

D. Lengan robot memiliki pergerakan pada sumbu X, Y, dan Z.

E. Lengan robot memiliki 4 derajat kebebasan atau degree of freedom (DOF).

F. Menguji tingkat akurasi dari lengan robot berpenggerak motor servo dan

lengan robot berpenggerak motor stepper dengan uji repeatabilitas

G. Memiliki ukuran yang tidak terlalu besar dengan dimensi sekitar 25x25x20 cm

H. Lengan robot menggunakan tipe RRRR (Rotasi)


4

1.4. Metodologi PenelitianBerdasarkan pada tujuan yang ingin dicapai metodogi yang digunakan dalam

penelitian ini adalah sebagai berikut:

A. Studi literatur dan referensi, yaitu mempelajari buku-buku dan jurnal-jurnal dari

pustaka yang berhubungan dengan mikrokontroler arduino UNO R3, motor stepper,

motor servo, mekanika dan lengan robot.

B. Studi kasus pada alat yang sebelumnya sudah dibuat, guna memahami prinsip kerja

dari lengan robot.

C. Menguji motor stepper dan motor servo guna mengetahui dan memahami prinsip

kerja motor servo dan motor stepper

D. Menguji rangkaian mikrokontroler motor servo dan motor stepper, guna

mengetahui bahasa pemrograman yang digunakan untuk mengendalikan motor

servo dan motor stepper dan lebih memahami cara kerja pengendalian lengan robot

E. Perancangan sistem hardware dan software sederhana yang bertujuan untuk

mencari komponen yang sesuai dan menyesuaikan program yang akan dipakai

Gambar 1.1 Blok diagram lengan robot.

F. Pembuatan sistem hardware dan software. Tahap ini adalah lanjutan dari tahap

perancangan sebelumnya, yang meliputi pembuatan fisik ( hardware ) dari lengan

robot dan pemasangan komponen komponen yang sudah ditentukan sebelumnya

baik komponen mekanik maupu elektrik. Pada tahap ini pembuatan perangkat

lunak ( software ) bertujuan memberikan perintah kepada lengan robot yang

nantinya akan berguna untuk mengendalikan lengan robot, sehingga robot akan

bergerak sesuai dengan apa yang sudah diprogramkan. Program dari visual basic

Akan dikirimkan ke bagian mikrokontroler arduino UNO R3, kemudian program

akan diteruskan ke motor stepper dan motor servo, sehingga lengan robot nantinya

akan bergerak sesuai dengan apa yang telah diperintahkan.

G. Pengujian dan pengambilan data dilakukan dengan pengujian gerak lengan robot

yang telah diberi perintah melalui mikrokontroler arduino UNO R3 teknik


5

pengujian dilakukan dengan menjalankan program yang selanjutnya

dikomunikasikan ke motor stepper dan motor servo. Pengujian dilakukan untuk

menguji kesamaan gerak lengan robot dan program yang telah diberikan

sebelumnya. Teknik pengambilan data dilakukan untuk melihat bentuk bidang 2

dimensi yang digambar oleh lengan robot, perbedaan ukuran yang telah diprogram

dan gambar yang sudah dibuat oleh lengan robot dan mengamati persentase

kesalahannya.

H. Analisa dan kesimpulan hasil perancangan berdasarkan kepresisian, keakuratan,

hasil gambar dan gerakan lengan robot. Teknik analisa yang digunakan adalah

menguji tingkat repeatabilitas saat lengan robot menggambar bidang dua dimensi.

Berdasarkan hasil data yang diperoleh dapat dilakukan penarikan kesimpulan


6

BAB II

DASAR TEORI

2.1. MikrokontrolerMikrokontroler dapat disamakan dengan processor, didalam mikrokontroler program

akan diolah dan nantinya akan dikirimkan ke perangkat output walaupun mikrokontroler

berbentuk kecil namun mikrokontoler memiliki elemen - elemen dasar yang sama dengan

komputer walaupun secara sederhana.

Mikrokontroler digunakan sebagai pengolah perintah yang berupa program dari

masukan sehingga menjadi keluaran yang diinginkan. Masukan dari mikrokontroler dapat

berupa tombol,sensor,kamera atau langsung dari komputer. Pada bagian keluaran

mikrokontroler dapat berupa motor,lampu,selenoid maupun alat suara, pada perkembangan

jaman keluaran dari mikrokontroler semakin banyak perkembangan. Kini keluaran

mikrokontroler dapat mengontrol sebuah sistem. Pada penelitian ini menggunakan

platform dengan jenis open source yaitu arduino, yang digunakan adalah arduino Uno R3

dengan bahasa pemrogramannya adalah bahasa C [4]

2.1.1. Arduino Uno R3

Arduino Uno R3 adalah sebuah board yang berbasis mikrokontroler, arduino Uno R3

menggunakan mikrokontroler ATMega328. Pada arduino Uno R3 memiliki pin masukan

digital dan pin keluaran digital dimana ada 6 pin yang bisa digunakan untuk keluaran

PWM dan 6 pin masukan analog, menggunakan koneksi USB untuk komunikasi ke

komputer, sumber tenaga dari Arduino Uno R3 adalah DC 5 sampai 12 volt yang dapat

disuplai lewat jack DC maupun dari pin masukan. Arduino Uno R3 juga memiliki tombol

reset internal yang dapat digunakan untuk mereset arduino jika diperlukan. [5]


7

Komunikasi

Arduino Uno R3 dapat berkomunikasi dengan komputer menggunakan port USB.

Firmware ‘16U2 menggunakan driver standar COM dan tidak memerlukan driver

eksternal lagi. Tetapi pada komputer masih memerlukan program tambahan untuk

membaca program pada arduino, karena program pada arduino Uno R3 memiliki file

ekstension berupa ino. Program arduino pada komputer juga berfungsi sebagai pengirim

dari komputer menuju Arduino Uno R3 melalui chip USB to serial dan koneksi USB

2.2. Software Arduino

Membuat atau menulis program pada arduino dilakukan dengan arduino IDE, yaitu

software yang beroprasi pada komputer. Arduino software tersedia untuk berbagai macam

platform, seperti Windows, Mac OS dan Linux. Arduino software [6] berfungsi untuk

menuliskan program dan mengirimnya ke perangkat Arduino Uno R3 menurut situs

http://www.arduino.cc

Arduino Uno R3 yang memiliki basis open source dan dapat diprogram pada sistem

operasi pada komputer berbasis Windows,Mac OS dan Linux sehingga memudahkan

berbagai kalangan untuk menggunakannya.

IDE Arduino memerlukan sedikit pengaturan untuk dapat mendeteksi board arduino

yang telah dihubungkan ke komputer. Pengaturan yang dilakukan adalah mendeteksi jenis

dan seri dari arduino yang digunakan, lalu mendeteksi sambungan port COM yang dipakai

arduino untuk melakukan komunikasi dari komputer ke arduino. Pada gambar 2.1 ini

adalah tampilan program arduino pada komputer.


http://www.arduino.cc

8

Gambar 2.1 Tampilan software arduno (Arduino IDE) pada komputer

Tugas dari software arduino adalah menghasilkan program yang dapat dijalankan pada

board arduino atau pada sistem mikrokontroler lainnya. Sketch adalah nama program yang

ditulis pada software arduino. Sketch nantinya akan di compile untuk melihat apakah ada

bahasa pemrograman yang error ataupun kurang, setelah selesai nantinya program akan di

kirim ke sistem mikrokontroler ataupun ke arduino untuk dijalankan. [7]

2.3. Motor Servo

Motor servo adalah sebuah motor DC yang didalamnya terdapat sebuah sistem kendali

close feedback. Pada Gambar 2.2 ditunjukan tampilan fisik dari motor servo


9

Gambar 2.2 Motor Servo

Motor servo terdiri dari motor DC,rangkaian gear dan potensiometer seperti pada

Gambar 2.3, potensiometer berfungsi sebagai menentukan batas maksimum putaran motor

servo . Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasar lebar pulsa pada pin

kontrol motor servo [8]

Gambar 2.3 Konstruksi Motor Servo

Motor servo mampu bergerak dua arah atau CW dan CCW, dimana arah dari putaran

servo dapat dikendalikan dengan memberikan variasi lebar pulsa pada sinyal PWM pada

pin kontrolnya.

Motor servo memiliki dua jenis yaitu servo standart dan continuous, pada motor servo


10

standart bergerak dua arah, CW dan CCW dengan tiap arahnya mencapai 90° sehingga

total sudutnya adalah 180° ( CW 90° dan CCW 90° ). Sedangkan pada motor servo

continuous dapat bergerak dengan dua arah CW dan CCW namun tanpa batasan sudut,

sehingga dapat berputar secara continuous ( kontinyu )

Pulsa Kontrol Motor Servo

Gambar 2.4. Adalah bagaimana operasional motor servo berdasar lebar pulsa. Motor

servo dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ±20 ms, pulsa antara 0,5 ms dan 2 ms

menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Jika motor servo diberi sinyal sebesar 1,5

ms maka motor servo mencapai gerakan 90°, dan bila diberi pulsa kurang dari 1,5 ms maka

posisinya akan mendekati 0° dan jika diberi pulsa lebih dari 1,5 ms maka motor servo akan

mendekari sudut 180° [8]

Gambar 2.4 Pulsa Kendali Motor Servo

Motor servo akan bekerja dengan baik jika diberi sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz

pada pin kontrolnya. Bila sinyal dengan frekuensi 50 Hz dicapai pada kondisi Ton duty

cycle 1,5 ms, maka motor akan berhenti di tengah tengah atau pada sudut 0°. Pada saat Ton

duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1,5 ms maka motor akan berputar

berlawanan arah jarum jam atau CCW dengan membentuk sudut yang besarnya linear

terhadap besarnya Ton duty cycle dan akan bertahan di posisi tersebut. Sebaliknya jika saat


11

Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1,5 ms maka motor akan berputar

searah jarum jam atau CW dengan membentuk sudut yang besarnya linear terhadap

besarnya Ton duty cycle dan akan bertahan di posisi tersebut.

2.4.Motor Stepper

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa

elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan

pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper

diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik.

Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dari motor stepper adalah sudut

rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur. Kemudian

motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak. Posisi dan

pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi. Kemudian sangat realibel karena

tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC. Frekuensi

perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.

Motor stepper memiliki 3 jenis yaitu tipe Variable reluctance ( VR ) lalu tipe

permanent magnet ( PM ) dan tipe Hybird ( HB ). Pada tipe Variable reluctance motor

stepper ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan

stator. Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi

termagnetasi. Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator.

Gambar 2.5. adalah penampang melintang dari motor stepper tipe variable reluctance (VR):


12

Gambar 2.5. Penampang Melintang Dari motor stepper tipe variable reluctance

Motor stepper jenis ini memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin

can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub

yang berlawanan (perhatikan gambar 2.6). Dengan adanya magnet permanen, maka

intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan

torsi yang lebih besar. Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang

rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap

putarannya.

Gambar 2.6. Motor Stepper Tipe Permanent Magnet


13

Motor stepper tipe hybird memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua

tipe motor stepper sebelumnya. Motor stepper tipe hybird memiliki gigi-gigi seperti pada

motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara axial pada batang

porosnya seperti motor tipe PM. Motor tipe ini paling banyak digunkan dalam berbagai

aplikasi karena kinerja lebih baik. Motor tipe hybird dapat menghasilkan resolusi langkah

yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah setiap

putarannya. Pada gambar 2.7 ditunjukan gambar dari penampang motor stepper tipe hybird

Gambar 2.7. Penampang Melintang Dari Motor Stepper Tipe Hybird

Berdasarkan metode perancangan rangkain pengendalinya, motor stepper dapat dibagi

menjadi jenis unipolar dan bipolar. Rangkaian pengendali motor stepper unipolar lebih

mudah dirancang karena hanya memerlukan satu switch / transistor setiap lilitannya.

Untuk menjalankan dan menghentikan motor ini cukup dengan menerapkan pulsa digital

yang hanya terdiri atas tegangan positif dan ground pada salah satu terminal lilitan motor

sementara terminal lainnya dicatu dengan tegangan positif konstan (VM) pada bagian

tengah (center tap) dari lilitan gambar 2.8 adalah tipe unipolar.


14

Gambar 2.8. Motor Stepper Dengan Lilitan Unipolar

Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubah-

ubah dari positif ke negatif dan sebaliknya. Jadi pada setiap terminal lilitan (A & B) harus

dihubungkan dengan sinyal yang mengayun dari positif ke negatif dan sebaliknya terlihat

pada gambar 2.9. Karena itu dibutuhkan rangkaian pengendali yang agak lebih kompleks

daripada rangkaian pengendali untuk motor unipolar. Motor stepper bipolar memiliki

keunggulan dibandingkan dengan motor stepper unipolar dalam hal torsi yang lebih besar

untuk ukuran yang sama. [9]

Gambar 2.9 Motor Stepper Dengan Lilitan Bipolar

Motor stepper yang digunakan adalah tipe hybrid yaitu 8-42mm nema 17-2 phase

hybird stepper motor motor stepper ini memiliki spesifikasi sebagai berikut. Memiliki step

angel sebesar 1,8° dengan voltase 2,8 V dan arus 1,68 A memiliki holding torque sebesar

4,4 Kg.cm dengan berat 0,34 Kg. Dari spesifikasi yang sudah ada maka beban yang dapat

diangkat oleh satu buah motor stepper adalah idealnya 4,4 Kg.


15

Motor stepper juga memiliki beberapa kelemahan dibanding motor servo, yaitu

memiliki tingkat kebisingan yang sedikit lebih banyak daripada servo. Kemudian

kecepatan motor stepper juga lebih lambat dibandingkan motor servo, yaitu berkisar antara

1000 hingga 2000 rpm maksimal. Motor stepper juga menggunakan sistem open loop yaitu

tidak adanya feedback sehingga harus diberi sensor tambahan agar dapat kembali ke posisi

home.

Gambar 2.10. Gambar Motor Stepper 8-42mm Nema 17-2 Phase Hybird

Pada dasarnya motor stepper bergerak karena adanya pulsa masukan dari driver

stepper

Masukan pulsa dari driver sekuensial dalam bentuk 4 stage yaitu A ke B ke C ke D dan

kembali ke A lagi.

Setiap satu sekuensial pulsa maka akan membuat motor stepper bergerak. Setiap

pengulangan 100 ms dalam satu detik maka stepper bergerak lambat dan jika setiap

pengulangan 500ms dalam satu detik maka akan semakin lambat.


16

2.5. Torsi

Perhitungan Torsi bergantung pada panjangnya Link dari lengan robot dan berat

bebannya.Torsi didefinisikan sebagai mengubah atau memutar kekuatan dan dihitung

menggunakan rumus :

(L)lengan Panjang)()( FGayaTorsi

LF (2-1)

Dimana F merupakan gaya berat ( W )

mxaF (2-2)

gmW (2-3)

Sehingga.

Lgm (2-4)

Kecepatan tergantung pada model dan spesifikasi dari motor servo dan stepper.

Semakin besar daya yang akan digunakan akan mampu mengangkat beban dengan cepat,

kekuatan dari motor servo dan stepper juga mempengaruhi berat beban yang bisa

diangkatnya. Semakin besar kekuatan servo dan stepper maka semakin besar juga berat

beban yang dapat diangkat. Sehingga hasil dari perhitungan torsi akan membantu dalam

pemilihan motor servo dan motor stepper yang nantinya akan digunakan [10]

2.6. Gy-4988 A4988 Stepper Motor Driver Module

Gambar 2.11. Modul Driver Motor Stepper


17

Gy-4988 A4988 Stepper Motor Driver Module seperti yang ditunjukan gambar 2.11.

adalah modul penggerak yang digunakan untuk menggendalikan motor stepper mulai dari

full step, half step, 1/4 step, 1/8 step, dan 1/16 step. Kapasitan output driver bisa sampai

35V dan 2A. Karena dapat melakukan hingga 1/16 step maka ketelitian setiap step makin

bertambah. Driver ini memiliki internal sircuit protection meliputi thermal shutdown,

undervoltage lockout (UVLO) dan crossover-current protection. Sehingga menambah

keamanan pada driver motor stepper ini [11]

2.7. Kinematika

Fu, K. S.,R. C. Gonzales,C. S. G. Lee (1987). Robotics: Control, Sensing, Vision, and

Intellegence, 1st edition mengatakan bahwa “kinematika adalah ilmu tentang gerak tanpa

memperhatikan penyebab salah satunya adalah gaya yang mempengaruhinya berhubungan

dengan geometri dari gerakan. Dalam mengkaji kinematik perlu dilakukan deskripsi

analisis dari penempatan posisi secara spasial dari lengan robot sebagai sebuah fungsi

waktu. Secara garis besar, kinematika ini membahas tentang hubungan antara derajat

kebebasan masing masing joint, posisi, serta orientasi dari end-effector pada lengan robot”.

Pada kinematika terdapat dua dasar yaitu direct atau forward kinematics. Dan yang kedua

adalah invers kinematik atau arm solution. Yang nantinya akan sering digunakan dalam

perancangan lengan robot [12]. Karena Fokus utama inverse kinematik adalah bagaimana

end-effector dapat mencapai posisi objek dengan dengan baik berdasarkan peletakan

referensi koordinat frame yang sudah ditentukan [13]. Dengan menggunakan ilmu

geometri dan hukum dari trigonometri maka permasalahan pada inverse kinematik dapat

diselesaikan seperti pada gambar 2.12.


18

Gambar 2.12. Sudut Joint

Untuk mencari өi bisa menggunakan ilmu geometri seperti dibawah ini

222sin

PzPyPxPzi

(2-5)

222

22

cosPzPyPx

PyPxi

(2-6)

)cossin(tan 1

iii (2-7)

Dengan menggunakan pendekatan geometri dapat menyelesaikan permasalahan

inverse kinematic. Dengan metode geometri dan memasukan area kerja dari lengan robot

maka dapat dibuat permodelan joint dan link robot yang nantinya akan digunakan untuk

bangun geometri sederhana seperti lingkaran. Tetapi untuk untuk struktur joint yang lebih

kompleks maka tidak dapat menggunakan metode ini [13]. Dari buku Endra Pitowarno,

(2006), Robotika Desain, Kontrol dan Kecerdasan Buatan mengatakan bahwa “analisis

persamaan kinematik dapat diselesaikan dengan cara yang paling dasar yaitu menggunakan


19

persamaan trigonometri. Setiap komponen dalam koordinat (X,Y,Z) dinyatakan sebagai

transformasi dari tiap - tiap komponen ruang sendi (r,ө). Jari - jari r dalam persamaan

sering ditulis sebagai panjang lengan atau link [1].

Endra Pitowarno dalam menganalisis permasalahan inverse kinematic menggunakan

metode geometri. Karena pendekatan geometri dapat digunakan untuk analisis lengan

robot satu sendi hingga tiga sendi

Kinematik Lengan Robot Satu Sendi

Gambar 2.13. Konfigurasi Lengan Robot Satu Sendi

Persamaan inverse kinematic dari lengan robot satu sendi pada gambar diselesaikan

dengan menentukan kedudukan ujung lengan P(x,y) dahulu sehingga besaran sudut ө dapat

dihitung dengan cara [1]

)(tan 1

xy (2-8)

Kinematik Lengan Robot Dua Sendi.


20

Gambar 2.14. Konfigurasi Lengan Robot Dua Sendi

Inverse kinematic lengan robot dua sendi pada gambar dapat dijabarkan menggunakan

hukum identitas trigonometri secara forward kinematic [1]

)cos(cos 21211 llx (2-9)

)sin(sin 21211 lly (2-10)

Identitas trigonometri

)sin()sin()cos()cos()cos( bababa (2-11)

)cos()sin()cos()sin()sin( abbaba (2-12)

Persamaan (1) dan persamaan (2) dapat ditulis kembali

)sin()sin()cos()cos()cos( 21221211 lllx (2-13)

)sin()cos()cos()sin()sin( 21221211 llly (2-14)


21

Dari persamaan diatas dapat dicari 2 dengan mengeluarkan 2cos dari kedua

persamaan dengan operasi pangkat dua pada keduanya sehingga didapat [1]

21

22

21

22

2 2cos

yx (2-15)

Sehingga

)2

(cos21

22

21

221

2

yx (2-16)

Lalu sudut 1 didapat dari,

222

22

cossintan

lll

dan

xy

tan (2-17)

Sedangkan

a 1 (2-18)

Dengan menggunakan identitas trigonometri

)tan()tan(1)tan()tan()tan(bababa

(2-19)

Didapatkan

)sin.)cos(sin.)cos((tan

22221

222211

lyllxlxlly

(2-20)

Sehingga 1 dapat dihitung


22

)sin.)cos(sin.)cos(tan(

22221

222211

lyllxlxlly

(2-21)

Dengan penjabaran trigonometri maka persamaan dan merupakan persamaan dari

inverse kinematics lengan robot dua sendi

)( 321 (2-22)

Perhitungan Gir Reduksi

Untuk memperringan dari kerja motor stepper kita bisa menggunakan berbagai macam

cara, salahsatunya adalah dengan cara mereduksi beban dengan gir atau roda gigi, dimana

dalam penggunaanya harus memiliki minimal dua buah roda gigi. Roda gigi yang pertama

nantiya akan diletakan pada beban dan roda gigi kedua akan diletakan pada penggerak.

Roda gigi yang menempel pada penggerak juga sering disebut driver gear atau gear pinion

dan roda gigi yang terdapat pada beban juga sering disebut driven gear atau spur gear.

perhitungan dari reduksi menggunakan dua buah roda gigi dapat dicari dengan cara

RatioGear GearSpur GearPinion

(2-23)

Artinya jika tanpa gir reduksi maka jika ingin memutar beban satu kali maka motor

juga harus berputar satu kali dan itu membebani kerja motor karena torsi yang dibutuhkan

juga besar. Akan tetapi jika menggunakan gir reduksi jika ingin memutar beban satu kali

maka motor akan berputar lebih dari satu kali, tergantung dari ratio gear yang digunakan

untuk mereduksi beban. Maka torsi yang dibutuhkan motor untuk memutar beban jauh

lebih ringan daripada tanpa menggunakan gir reduksi


23

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Bab ini menjelaskan mengenai perancangan prototype lengan robot dengan penggerak

motor stepper dengan 4 DOF yang dikendalikan oleh mikrokontroler Arduino Uno R3

berdasarkan masukan dari visual basic. Perancangan sistem ini ada dua bagian, yaitu

perangkat keras ( hardware ) dan perangkat lunak ( software ). Perancangan pada bab ini

dibagi menjadi dua bagian besar yaitu:

1. Perancangan Perangkat Keras

- Perancangan Mekanik Lengan Robot

- Perancangan Elektrik Sistem Pengendali

- Perancangan Homing sensor

2. Perancangan Perangkat Lunak Sederhana

- Perangkat lunak pengendali motor servo dan motor stepper dengan arduino IDE

3.1. Perancangan Perangkat KerasSecara garis besar perancangan sistem terdiri dari 2 bagian penting yaitu, perancangan

mekanik lengan robot dan perancangan rangkaian elektrik sistem pengendali. Pertama

adalah merancang blok diagram keseluruhan sistem, kemudian merancang lengan robot

secara matematis dengan menampilkan rancangan 3D dari lengan robot. Tujuannya adalah

agar pergerakan mekanik lengan robot dapat terukur dengan baik, dari jangkauan hingga

jarak berdasarkan dimensi. Yang ketiga adalah merancang rangkaian elektrik sebagai

sistem pengendali dari lengan robot, yang nantinya akan menggerakan motor servo dan

motor stepper sebagai keluarannya.

Pada bagian pertama diagram pada lengan robot akan dibuat meliputi beberapa

komponen yaitu, komponen penyusun masukan atau pengendali berupa mikrokontroler

ATMega 328 pada Arduino Uno R3. Kemudian pengendali dari motor servo dan motor

stepper, dan bagian keluaran yaitu motor servo dan motor stepper itu sendiri.

Pada bagian kedua adalah tentang perancangan dari lengan robot menggunakan

perhitungan kinematika berupa inverse kinematics. Kemudian desain mekanik lengan robot


24

yang menggunakan motor stepper dan motor servo secara lengkap.

Pada bagian ketiga adalah tentang perancangan sistem elektrik, yang digunakan untuk

mengendalikan lengan robot, yaitu berupa mikrontroler ATMega 328 yang terdapat pada

arduino Uno R3, pengendali motor servo dan motor stepper, dan output yang berupa motor

servo dan motor stepper

Gambar 3.1. Gambar Diagram Blok Perancangan Perangkat Keras


25

3.1.1. Perancangan Mekanik RobotSecara garis besar perancangan perangkat keras meliputi beberapa komponen utama

yaitu masukan dan keluaran. Dimana masukan disini menggunakan mikronontroler

ATMega 328 pada arduino Uno R3 dan nantinya diolah dan keluarannya adalah motor

servo dan motor stepper. Berdasarkan dari dua komponen utama tadi piranti pengendali

pada perangkat keras adalah mikrokontroler dan pengendali motor servo dan motor stepper.

Mikrokontroler sebagai pengendali pertama yang mengolah perintah yang telah

diprogram agar dapat terbaca oleh pengendali motor servo dan pengendali motor stepper.

Perintah akan diolah oleh mikrokontroler sehingga menjadi data - data berupa posisi

gerakan motor servo dan motor stepper. Setelah data diolah pada mikrokontroler maka data

tersebut akan dilanjutkan ke pengendali motor stepper atau driver motor stepper. Karena

untuk pengendalian motor servo tidak memerlukan driver tambahan maka motor servo

akan langsung terkoneksi pada mikrokontroler.

Untuk sumber tenaga pada servo akan dipisah dengan mikrokontroler sehingga tidak

membebani kerja dari mikrokontroler. Berbeda dengan servo. Motor stepper harus

menggunakan driver tambahan untuk membuatnya bekerja. Sehingga data dari

mikrokontoler tadi akan dikomunikasikan ke driver dari motor stepper, dan nantinya akan

diteruskan ke motor stepper sehingga motor stepper dapat bergerak.

Gambar 3.2. Blok Diagram Perangkat Keras

Gambar 3.2. Adalah gambaran diagram blok untuk perangkat keras. Berdasarkan dari

Gambar 3.2. Pengendali dari sistem perangkat keras adalah mikrokontroler arduino.

Mikrokontroler seagai pengendali bagian pertama, karena setelah dari mikrokontroler akan


26

di komunikasikan lagi ke pengendali dari motor stepper yaitu driver motor GY-4988.

Nantinya keluaran dari mikrokontroler adalah pulsa pulsa yang akan langsung dikirim

ke motor servo dari mikrokontroler secara langsung tanpa melalui driver, karena motor

servo disini sudah tidak membutuhkan driver lagi. Dan mikrokontroler juga akan

mengirimkan sejumlah data step yang nantinya akan diolah oleh driver motor stepper dan

akan dikirim ke motor stepper untuk dirubah menjadi sebuah gerakan yang sesuai dengan

jumlah step atau pulse yang dikirimkan oleh mikrokontroler.

Motor servo merupakan bagian keluaran atau output dari sistem lengan robot, motor

servo menggunakan masukan supply sebesar 5volt yang sudah diberikan secara tersendiri

dan tidak menggambil sumber dari mikrokontroler. Masukan motor servo yang berupa

pulsa pulsa akan diubah menjadi sebuah gerakan, motor servo berperan sebagai penggerak

pada lengan robot, lebih tepatnya untuk menggerakan bagian pergelangan atau pitch yang

tersambung pada bagian end effector yaitu bagian spidol atau alat tulis lainnya. Motor

servo hanya bergerak naik dan turun agar nantinya bagian end effector dapat bekerja

dengan baik

Pada lengan robot ini motor stepper berfungsi sebagai keluaran atau output yang

digunakan untuk menggerakan sendi atau joint pada bagian dasar atau base lalu pada

bagian bahu atau shoulder dan bagian siku atau elbow. Gerakan motor servo dan motor

stepper pada sistem lengan robot memungkinkan untuk lengan robot bergerak dengan 4

derajat kebebasan atau 4 DOF yaitu RRRR atau Rotation

3.1.1.1. Permodelan MekanikPada lengan robot ini memiliki 4 bagian utama sebagai aktuator yang akan

digerakan dengan motor servo dan motor stepper empat bagian penting itu berperan

sebagai penggerak dari penghubung atau link

Pada Gambar 3.3. Akan menampilkan keseluruhan desain perancangan mekanik

secara 3D lengan robot beserta empat bagian utama pada robot yang berperan sebagai

penghubung atau link yang meliputi :

1. Bagian dasar ( base )

2. Bagian bahu ( shoulder )

3. Bagian siku ( elbow)


27

4. Bagian pergelangan ( pitch )

5. Bagian end effector berupa spidol atau alat tulis lainnya ( pointer )

Gambar 3.3. Tampilan Desain 3D Lengan Robot

Pada bagian base atau dasar dibuat berbentuk lingkaran yang memiliki diameter 25 cm.

Base terhubung langsung dengan as dari motor stepper yang berada di bawah. Base, motor

stepper yang berada dibawah base berfungsi sebagai penggerak dari base tersebut.

Pergerakan base secara rotasi menyebabkan pergerakan pada lengan - lengan penghubung.

Bagian shoulder memiliki panjang 20 cm yang bergerak secara rotasi dan digerakan

menggunakan motor stepper. Kemudian panjang dari elbow adalah 15 cm dan bergerak

secara rotasi juga dan digerakan oleh motor stepper.

Pada bagian pitch memiliki panjang lengan 5 cm bergerak secara rotasi dan digerakan

menggunakan motor servo. Pada bagian ujung terdapat end effector berupa griper yang

disitu terdapat spidol atau alat tulis yang lain, panjang dari spidol tersebut secara

keseluruhan adalah 15 cm, namun yang yang dihitung adalah mulai dari ujung spidol

hingga batang spidol yang yang dicengkram oleh griper adalah 3 cm.

Keseluruhan dari lengan robot dari pangkal shoulder hingga pada ujung spidol adalah

43 cm. Besarnya dimensi berupa panjang link yang dimiliki lengan robot ini menentukan

kemampuan jangkau dari lengan robot ketika sedang melakukan gerakan.

Bagian yang berperan sebagai penggerak pada sendi atau joint yang terhubung dengan

motor stepper maupun motor servo ini bergerak secara rotasi yang menyebabkan terjadinya


28

perbedaan sudut pada setiap link dari titik acuan atau shoulder.

Gambar 3.4. Tampilan Posisi Motor Stepper Pada Desain Lengan Robot

Pada Gambar 3.4. Menampilkan penempatan posisi motor stepper pada rancangan

lengan robot

1. Bagian dasar atau base

2. Bagian lengan atau shoulder

3. Bagian siku atau elbow


29

Gambar 3.5. Tampilan Posisi Motor Servo Pada Desain 3D Lengan Robot

Gambar 3.5. Menujukan letak dari motor servo yang ditempatkan pada bagian siku

atau elbow motor servo disini bekerja sebagai penggerak dari bagian pitch atau bagian

pergelangan.

Bagian motor servo ditunjukan pada nomor satu..

pada perancangan lengan robot motor stepper dan motor servo yang digunakan pada

setiap joint, berdasarkan pada kemampuannya yang harus dimiliki setiap joint untuk

mengangkat beban. Beban dapat berupa lengan penghubung atau link dan benda yang

diangkat. Kemampuan motor dalam berputan dengan beban tersebut dinamakan torsi,

perkiraan beban pada perancangan lengan robot dapat dilihat pada keterangan penghubung

atau link seperti pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1. Keterangan Lengan Penghubung (link)

No Link Panjang lengan Berat lengan Beban diangkat

1 Base 25 cm ( diameter ) 208 gr 208 gr

2 Shoulder 20 cm 135 gr 228 gr

3 Elbow 25 cm 75 gr 93 gr

4 Pitch 5 cm 8 gr 18 gr

5 Pointer 3 cm 10 gr 10 gr


30

Pada Tabel 3.1. Adalah perkiraan dari beban lengan yang merupakan total berat dari

material lengan tanpa terbeban dari motor stepper, karena motor stepper diletakan pada

base sehingga gerak lengan yang diangkat akan lebih ringan dan karena base ditumpu oleh

frame dasar dan diberi bearing pada setiap penyangga maka beban kerja dari motor stepper

penggerak base menjadi lebih ringan juga. Desain ini bertujuan agar kinerja motor stepper

tidak menjadi berat, sehingga saat pemilihan spesifikasi dari motor stepper tidak

diperlukan spesifikasi yang tinggi, sehingga biaya pembuatan juga bisa lebih menjadi

terjangkau.

Bahan utama dari setiap lengan pada lengan robot ini menggunakan bahan acrylic

yang ringan dam mudah dalam pembuatan bentuk dari setiap lengan.

Gambar 3.6. Tampilan End Effector Berupa Pointer Dengan Spidol

Pada Gambar 3.6. Menunjukan beban yang diangkat pada bagian pointer adalah spidol

atau alat tulis lainya yang ber ukuran sedang dan menurut Tabel 3.1. Beban pointer

memiliki berat sekitar 10 gram

Pada bagian pitch beban yang nantinya akan diangkat adalah sekitar 18 gram. Karena

selain mengangkat beban pada bagian pitch sekitar 8 gram juga mengangkat beban pointer

sekitar 10 gram, sehingga beban total dari bagian pitch adalah 18 gram . Serta panjang dari

pangkal pitch hingga pointer adalah 8 cm

Sehingga untuk perhitungan pemilihan kebutuhan torsi motor dari motor servo untuk


31

menggerakan bagian pitch berdasarkan persamaan (2-3) dan (2-4) :

Kg.cm 0,1472cm 8Kg 0,0184LWKg 0,0184N 18,0/ 10Kg 0,018

cm 8Kg 0,018gram 81m

2

smgmW

L

Pada bagian elbow beban yang harus diangkat adalah 93 gram, sedangkan panjang dari

pangkal elbow hingga ke ujung pointer adalah 33 cm maka kebutuhan torsi pada motor

stepper yang digunakan pada bagian elbow dapat dihitung menggunakan persamaan (2-3)

dan (2-4)

Kg.cm 3,128cm 33Kg 0,0948LWKg 0,0948N 93,0/ 10Kg 0,093


2

smgmW

L

Karena pada bagian elbow menggunakan gir reduksi maka perhitungan ratio gear

dapat dihitung menggunakan rumus dari persamaan (2-23)

2:1 Gear Ratio21

11859

spurGear pinionGear Gear Ratio

118 spur Gear 59 pinion Gear

Karena ratio gear 1:2 , 1 adalah bagian elbow dan 2 adalah bagian motor stepper maka

perhitungan torsi menjadi :

cmkg.564,12128,3

Pada bagian shoulder beban yang harus diangkat motor stepper adalah 228 gram

sedangkan panjang dari pangkal shoulder hingga ujung pointer adalah 43 cm maka

kebutuhan dari torsi motor stepper dapat dihitung menggunakan rumus dari persamaan (2-


32

3) dan (2-4) sebagai berikut :

Kg.cm 804,9cm 34Kg 0,228LW0,228KgN 28,2/ 10Kg228,0


2

smgmW

L

Karena pada bagian shoulder menggunakan gir reduksi maka perhitungan ratio gear

dapat dihitung menggunakan rumus dari persamaan (2-23)

3:1 Gear Ratio31

17759

spurGear pinionGear Gear Ratio

177 spur Gear 59 pinion Gear

Karena ratio gear 1:3 , 1 adalah bagian shoulder dan 3 adalah bagian motor stepper

maka perhitungan torsi menjadi :

cmkg.2,338,9

Beban maksimal yang bisa diangkat adalah

KgX

KgcmXKgX

KgKgKg

088,0

4,43

43).218,0(bebanBerat

218,0010,0228,0 beban tanpa


33

Gambar 3.7. Tampilan Sumbu Axis (X,Y,Z)

pada Gambar 3.7. Menunjukan tampilan sumbu koordinat dari lengan robot untuk

melakukan gerakan rotasi, yaitu rotasi terhadap sumbu X,Y dan Z. Pada base, rotasi yang

terjadi menimbulkan perubahan pada sumbu Y kemudian rotasi pada shoulder, pitch dan

elbow menimbulkan perubahan pada sumbu X dan Z. Keempat bagian itu tadi menunjukan

bahwa lengan robot ini memiliki 4 DOF atau 4 degree of freedom atau 4 derajat kebebasan.

Jarak antara base lengan robot hingga ke meja penggambar sekitar 5cm, jarak ini bisa

dipakai sebagai titik referensi untuk menggambar. Spesifikasi dari meja yang dipakai untuk

menggambar akan ditunjukan pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8. Panjang Dan Lebar Dari Meja Gambar


34

3.1.1.2. Pemodelan Inverse Kinematics

Berdasarkan pemodelan mekanik dari lengan robot yang sebelumnya, maka

pemodelan kinematik dapat dibuat. Perbedaan dari masing masing lengan dan masing

masing sudut pada joint dapat dimanfaatkan pada sebuah model perhitungan pada inverse

kinematics untuk menentukan titik koordinat pada ujung end effector yaitu alat tulis spidol.

Pada lengan robot, pergerakan dari lengan dibatasi oleh maksimum sudut yang bisa dicapai

oleh motor stepper dan dari desain mekanik lengan robot. Pada Gambar 3.8. Memberikan

gambaran dari gerakan lengan robot untuk menentukan batas jangkauan lengan robot.

Batas gerakan joint lengan robot berdasarkan putaran motor servo ditetapkan pada Tabel

3.2

Gambar 3.9. Ilustrasi Batasan Pergerakan Link lengan robot dengan jangkauan

maksimal yang ditentukan


35

Tabel 3.2. Tabel Batasan Gerakan Lengan Robot Berdasarkan Putaran Motor Stepper Dan

Desain Lengan

No. Lengan Panjang (cm) Total Mak. Min.

1 Base - 180° 90° -90°

2 Shoulder 20 90° 90° -0°

3 Elbow 25 180° 90° -90°

4 Pitch 5 180° 90° -90°

5 Pointer 3 0° 0° 0°

Titik referensi dibutuhkan sebagai titik awal mulai membuat gambar pada area kerja.

Titik yang diperlukan pada gambar tergantung dari ukuran dimensi gambar. Rencana dari

gambar yang akan dibuat sebagai test pada lengan robot ini ada pada Gambar 3.10.

Gambar 3.10. Rencana Gambar Yang Digunakan Sebagai Test Dari Lengan Robot

Berdasar Gambar 3.10. Titik titik hitam adalah referensi saat membuat gambar dari

bidang yang diinginkan.

Contoh perhitungan dari inverse kinematics dengan metode geometri untuk mencari

sebuah titik. Pada perancangan lengan robot ini dilakukan perhitungan untuk mencari

sudut dan titikreferensi pada area kerja. Misalkan sudah diketahui di koordinat P (X,Y,Z)

adalah P (20,10,5) Gambar 3.11. Menunjukan posisi lengan robot ketikadari atas berdasar

sumbu X dan Y.


36

Gambar 3.11. Lengan Robot Tampak Atas

Gambar 3.12. Penyederhanaan Gambar Lengan Robot Dengan Analisa Geometri Untuk

Mencari 1

Berdasarkan Gambar 3.12. Diketahui bahwa lengan robot memiliki spesifikasi yang

digunakan untuk analisa inverse kinematics dengan metode pendekatan geometris sebagai

berikut


37

alat tulis ujung sampai 3

2

1

pitchlBCelbowlABshoulderlOA

Pada pembahasan perancangan menurut Gambar 3.12. Panjang dari lengan 1l 2l dan 3l

tidak ditulis panjangnya karena mengukur inverse kinematics yang diperlukan adalah

posisi dari end effector lengan robot yang berada pada koordinat sumbu X dan Y dimana

C(Px,Py)

cmCDPycmODPx

1020

Dengan aturan segitiga siku - siku menggunakan trigonometri seperti pada persamaan

(2-8) sebagai berikut

565,26

)2010(tan

)(tan

1

11

11

PxPy

Dari hasil perhitungan, diperoleh sudut 1 pada koordinat sumbu X dan sumbu Y

sebesar 26,565° sehingga bagian base pada legnan robot akan berputar ke posisi sudut 1

sebesar 26,565°


38

Gambar 3.13. Lengan Robot Tampak Samping (X,Z)

Pada Gambar 3.13. Menunjukan Posisi lengan robot tampak samping yaitu pada

sumbu X dan Z sehingga panjang dari lengan yang digunakan berdasarkan dari Tabel 3.2.

Sebagai berikut

cmpitchcmelbow

cmShoulder

8pointer25

20

Gambar 3.14 Penyederhanaan Lengan Robot Tampak Samping Pada Sumbu X,Y,Z

Untuk Analisis Geometri

Berdasarkan Pada Gambar 3.13. Dan analisa geometri lengan robot seperti pada


39

Gambar 3.13. Diketahui bahwa

cmlspidolpitchBCcmlelbowABcmlshoulderOA

825

20

3

2

1

P(XY,Z) = posisi end effector pada sumbu (X,Y,Z) saat ujung spidol menempel pada

papan gambar

Gambar 3.15. Analisa Geometri Lengan Robot Untuk Mencari 2 dan 3

Perancangan lengan robot pada Gambar 3.15. Berdasarkan end effector di koordinat

),( ttt ZYXP yaitu P(20,5). Untuk mencari sudut ),,( 432 diperlukan analisis inverse

kinematics. Sebenarnya banyak solusi untuk menentukan titik akhir yang ditentukan

tergantung dari desain lengan robot. Sulosi pertama adalah menggunakan analisia pada

konfigurasi lengan robot 2 sendi dengan persamaan (2-16 dan (2-21) pertama dengan cara

menentukan posisi end effector pada lengan 2 )( 2l yaitu pada koordinat P(xy,z) penentuan

posisi lengan 2 diperlukan untuk mendapatkan sudut. Setelah didapat nilai dari sudut -

sudut joint maka selanjutnya dapat dilakukan solusi kedua yaitu dengan analisa sudut pada

konfigurasi langan robot 3 sendi menggunakan persamaan (2-22)

Solusi pertama:

cmBDcmOD

leffectorendPzxyP

515

pada koordinat )5,15(),( 2

Persamaan (2-16) digunakan mencari besaran sudut 3 , sedangkan persamaan (2-21)


40

digunakan untuk mencari besarnya sudut 2 . Jika persamaan (2-16) digunakan untuk

mencari besarya sudut 3 maka hasilnya :

80,140

)775,0(cos

)25.20.2

2520515(cos

)2

(cos

3

13

22221

3

21

22

21

221

3

ll

llzxy

Jadi besarnya sudut 3 yang terletak pada joint antara shoulder dan elbow adalah

sebesar 80,140 . Sehingga motor stepper akan berputar keposisi sudut 3 Berikutnya

mencari besarnya sudut 2 berdasarkan persamaan (2-21)

289.69

)645,2(tan

)80,140sin25.5)80,140cos2520(1580,140sin25.15)80,140cos2520(5(tan

)sin.)cos(sin.)cos((tan

2

12

12

32321

3232112

lzllxylxyllz

Jadi besarnya sudut 2 yang terletak pada joint antara base dan shoulder negatif

karena berada dibawah garis 0°, hasilnya sebesar -69,289°. Sehingga motor stepper pada

bagian shoulder akan berputar ke posisi sudut 2

Solusi Kedua:


41

Gambar 3.16. Analisa Geometri Lengan Robot untuk mencari 4

Berdasarkan Gambar 3.16. Analisa geometri inverse kinematics digunakan untuk

mencari besarnya sudut pada 4 dengan persamaan (2-22), sehingga yang diperlukan

terlebih dahulu adalah mencari sudut terbesar ditarik dari joint pada titik 0 menuju ke

setiap lengan ),,( 321 lll yang terdapat pada titik ABC. Sudut yang terbentuk yaitu sudut 2 ,

sudut a dan sudut . Pada Gambar 3.16. Sudut terbesar pada ujung lengan 2 )( 2l yang

terletak pada titik B

Pada analisis sebelumnya menurut Gambar 3.15. Posisi titik P sudah ditetapkan yang

berada di titik B yaitu pada koordinat (15,5) sehingga besar sudut dapat dicari dengan

persamaan (2-8)

434,18

)155(tan

)(tan

1

1

xyz

Setelah diperoleh besar sudut yaitu 18,434° maka penyelesaian dari inverse

kinematics dapat ditentukan menggunakan pencarian besar sudut 4 yang terdapat pada

joint antara bagian elbow dan pitch. Besarnya sudut sama dengan total sudut 432 ,,

sehingga diperoleh besarnya sudut berdasarkan pada Gambar 3.16. Dengan persamaan

(2-22) sebagai berikut

432

Sehingga dapat ditentukan besar sudut 4


42

077.53

)80,140289,69(434,18

)(

4

4

324

Jadi besarnya sudut 4 adalah sebesar -53,077°. Hasil yang didapat negatif karena

posisi sudut 4 berada dibawah garis 0° dan motor stepper pada bagian link di pitch akan

berputar ke posisi sudut 4

Gambar 3.17. Posisi Titik Referensi Yang Digunakan Untuk Menguji Lengan Robot

Pada Gambar 3.17. Menunjukan berbagai titik referensi yang digunakan dalam

menguji lengan robot ini. Pengujian menggunakan gambar kotak lingkaran segitiga dan

tanda tambah pada gambar kotak titik referensi berada pada ujung kiri atas dari gambar.

Titik ini digunakan sebagai awal pembuatan gambar, sedangkan pada gambar lingkaran

titik referensi berada pada jari - jari lingkaran yang dihitung dari pusat lingkaran. Pada

gambar segitiga sama sisi titik referensi berada pada ujung atas dari segitiga sama sisi.

Kemudian pada gambar tanda tambah memiliki dua titik referensi dikarenakan saat

penggambaran tanpa tambah, yang pertama dibuat adalah garis menurun kemudian ujung

alat tulis diangkat dan menuju titik referensi kedua untuk membuat garis mendatar. Jika

hanya memiliki satu garis referensi maka garis yang dilalui akan menjadi dua kali dan

menjadi tidak efisien.

Daerah kerja adalah didalam area kertas (30cm x 25cm). Untuk jangkauan lengan

sebenarnya bisa melebihi dari area kertas (30cm x 25cm) tetapi agar lebih aman maka

dibuat area kerja sebesar 25cm x 20cm pada area kertas (30cm x 25cm) yaitu memberi


43

jarak pada bagian kiri adalah 2,5cm pada bagian kanan 2,5cm kemudian pada bagian atas

dan bawah adalah 2,5cm

3.1.2. Perancangan Elektrik Sistem PengendaliPerancangan rangkaian elektrik sistem pengendali lengan robot berbasis motor stepper

dan motor servo terdiri dari beberapa bagian penyusun. Yaitu komponen masukan,

komponen pengendali dan komponen keluaran. Perangkat masukan berupa arduino UNO

dan kontroler berupa joystick, kemudian komponen pengendali adalah driver motor stepper

yaitu Gy-4988 A4988 Stepper Motor Driver Module, sedangkan untuk komponen keluaran

adalah motor stepper dan motor servo.

Joystick berfungsi sebagai masukan ke arduino yang nantinya akan dilanjutkan ke

kontroler driver stepper dan dilanjutkan ke motor stepper dan motor servo dalam bentuk

gerakan.

Gambar 3.18. Gambar Rangkaian Elektrik Sistem Pengendali

Keterangan Gambar 3.18.

1. Joystick

2. Arduino UNO R3

3. Gy-4988 A4988 Stepper Motor Driver Module

4. Motor stepper

5. Motor servo


44

3.1.3. Perancangan Homing Sensor

Homing sensor dibutuhkan karena motor stepper tidak memiliki control close loop

atau tidak adanya feedback dan memori posisi sehingga stepper tidak dapat kembali ke

posisi semula, maka dibutuhkan sensor untuk menuju posisi home

Gambar 3.19. Gambar sensor homing pada shoulder.

Keterangan dari gambar 3.19.

1. Trigger sensor 1

2. Trigger sensor 2

3. Sensor homing

4. Sensor warning


45

Gambar 3.20. Gambar Sensor Homing Pada Elbow

Keterangan dari gambar 3.20.

1. Trigger sensor 1

2. Trigger sensor 2

3. Sensor homing

4. Sensor warning

Pada bagian elbow hampir sama dengan shoulder. Trigger sensor diberikan pada roda

gigi

yang berputar lalu sensor akan diposisikan disamping dari roda gigi yang sudah diberi

trigger sensor. Sehingga saat posisi trigger sensor berada tepat didepan sensor, maka akan

mengaktifkan sensor homing dan sensor warning pada sistem

3.2. Perancangan Perangkat Lunak SederhanaDiagram Alir dari sistem perangkat lunak sederhana dapat dilihat pada Gambar 3.22.

Perangkat lunak yang digunakan adalah software arduino IDE sebagai mikrokontroler.

Dengan komunikasi serial menggunakan USB sebagai sarana pengirim program dari PC ke

arduino yang kemudian akan dilanjutkan ke driver motor stepper.


46

Gambar 3.21. Diagram alir Sistem Perangkat Lunak Sederhana

3.2.1. Software pengendali motor servo dan stepper dengan arduino IDE

Gambar 3.22. Diagram Alir Sistem Pada Arduino IDE


47

Gambar 3.22. Merupakan perancangan program tester untuk melakukan test pada

lengan robot dengan cara menggambar bidang yang sudah ditentukan. Software Arduino

IDE digunakan untuk menuliskan program ke Arduino Uno R3 yang nantinya program

akan diolah dan dilanjutkan ke driver motor stepper untuk diubah menjadi gerakan.

Program yang nantinya akan dikirim ke Arduino sudah ada sebelumya, yaitu program yang

sudah diubah dari G-code menjadi Program arduino sehingga tinggal memanggil untuk

dijalankan.

Pemanggilan G-code yang sudah diubah menjadi program arduino dilakukan

menggunakan kontroler manual untuk pengujiannya, kontroler disini mempergunakan

sebuah joystick yang sudah diubah menjadi kontroler untuk disambungkan ke arduino,

yang nantinya akan digunakan untuk memanggil program yang sudah ada.

Gambar 3.23. Gambar Konfigurasi Kontroler

Pada gambar 3.23. Ditampilkan konfigurasi dari kontroler yang akan digunakan.

Joystick akan dihubungkan ke arduino sebagai masukan yang nantinya akan memanggil

program yang akan dijalankan. Kemudian driver akan menerima perintah dari arduino dan

akan diteruskan ke motor stepper dan diubah menjadi gerakan yang. Contoh program ada

pada lampiran.


48

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini menjelaskan tentang pengamatan dan implementasi dari lengan robot dengan

penggerak motor stepper menggunakan mikrokontroler arduino Uno R3. Hasil

implementasi dan pembahasan akan dibagi menjadi dua topik, yaitu hasil pengujian

aktuator atau penggerak dan perangkat lunak ( source code arduino ), kemudian hasil

perancangan pada perangkat keras dan hasil dari pengamatan berupa pengujian dengan

menggunakan kontroler

4.1. HASIL PENGUJIAN PENGGERAKPada pengujian penggerak akan menjelaskan tentang penggunaan software arduino IDE

yang dikoneksikan menggunakan kabel USB ke PC. Pada PC aplikasi yang digunakan untuk

memprogram arduino adalah aplikasi arduino IDE, data akan dikirim ke mikrokontroler

arduino secara serial yaitu berupa data pulsa - pulsa digital yang dapat menggerakan motor

stepper dan juga motor servo. Secara keseluruhan hasil dari pengujian penggerak ini

memiliki beberapa tahap yaitu pencocokan antara driver motor stepper yang digunakan

untuk menggerakan motor stepper, penyesuaian source code arduino dengan gerakan yang

akan dipakai.

Kendala yang muncul adalah cara penyesuaian driver motor stepper yang digunakan

dengan motor stepper yang digunakan, penyesuaian yang dilakukan adalah dengan

membatasi atau mencari arus keluaran yang pas dengan spesifikasi motor stepper yang

digunakan agar nantinya motor stepper tidak kekurangan tenaga ataupun kelebihan tenaga,

yang nantinya akan membuat motor stepper tidak dapat bergerak atau malah rusak akibat

arus yang keluar dari driver motor stepper berlebih.

Pada bagian ini faktor utamanya adalah bagaimana menggerakan bagian penggerak

atau aktuator pada lengan robot dengan penggerak motor stepper dan motor servo

sehingga nantinya program yang sudah dibuat dan nantinya akan diisikan kedalam

mikrokontroler arduino bisa berjalan sesuai apa yang diinginkan.


49

4.1.1. Pembahasan Pada Program Perangkat Lunak Arduino IDEPada penelitian dengan sistem lengan robot dengan penggerak motor stepper dan

motor servo, program perangkat lunak arduino IDE digunakan untuk menulis program,

pembacaan data serial dilakukan dari perangkat lunak arduino IDE yang akan dikirimkan ke

mikrokontroler arduino. Pengiriman berupa data pulsa - pulsa digital ke mikrokontroler

arduino dan nantinya akan diolah dan dikirimkan lagi ke driver motor stepper untuk

menggerakan motor stepper. Program yang ditulis pada perangkat lunak arduino IDE selain

pembacaan dan pengiriman data adalah program untuk mengatur kecepatan motor stepper,

kemudian step yang digunakan yang mempengaruhi berapa derajat yang dibuat dalam satu

step, karena motor stepper dapat menghasilkan step dari full step yang memiliki derajat

1,8° dalam setiap stepnya, kemudian ada half step yaitu setengah dari full step, 1/4 step

yaitu setengah dari half step, 1/8 step yaitu setengah dari 1/4 step, 1/16 step yaitu setengah

dari 1/8 step, dan terakhir 1/32 step yaitu setengah dari 1/16 step. Karena driver motor

stepper yang digunakan bisa mencapai 1/32 step maka nantinya yang akan digunakan

adalah 1/32 step sehingga pergerakan akan bisa lebih teliti. Gambar 4.1. Merupakan

tampilan umum dari perangkat lunak arduino IDE yang akan digunakan dalam menulis

program pada mikrokontroler arduino Uno R3

Gambar 4.1. Gambar Tampilan Perangkat Lunak Arduino IDE


50

Sebelum melakukan penulisan program utama untuk menjalankan sistem. Seluruh

dungsi dan variable yang digunakan dalam proses pengoperasian program harus

dideklarasikan terlebih dahulu. Pendefinisian fungsi dan variable pada sistem lengan robot

dengan penggerak motor stepper dan motor servo ini merupakan program inisiasi. Inisiasi

pada sistem adalah inisiasi untuk library motor servo dan driver motor stepper yang akan

digunakan. Inisiasi batasan mapping pulsa pulsa digital yang dapat dibaca motor servo dan

driver motor stepper.

Gambar 4.2. di bawah ini adalah contoh dari program untuk menggerakan motor stepper

dengan konfigurasi full step dan berputar searah jarum jam sebanyak 200 step.

Gambar 4.2. Contoh Program Full Step

Dari percobaan yang dilakukan berhasil membuat motor stepper berputar searah jarum jam

sebanyak 200 kali dengan radius setiap step adalah 1,8° pada titik pusatnya. Dari hasil

yang diamati maka untuk motor stepper dapat berputar satu putaran penuh adalah 200 step

jika menggunakan konfigurasi full step.

Pada Gambar 4.3 konfigurasi yang digunakan adalah 1/32 step


51

Gambar 4.3 Konfigurasi Untuk 1/32 step

Pada gambar 4.3 konfigurasi yang digunakan adalah 1/32 step yaitu masukan sinyal pada

pin MS1 dikondisikan HIGH, masukan sinyal pada MS2 dikondisikan HIGH dan masukan

sinyal pada MS3 juga dikondisikan HIGH sehingga jika setiap step pada konfigurasi full

step adalah 1,8° maka setiap step pada konfigurasi 1/32 step adalah 0,05625° sehingga

untuk membuat motor stepper dapat berputar satu putaran penuh, pada konfigurasi 1/32

step membutuhkan 6400 step. pada driver DRV8825 untuk mengubah konfigurasi dari step

yang digunakan adalah dengan mengubah masukan sinyal pada MS1 MS2 dan MS3

dengan masukan sinyal high atau low, maka terdapat sembilan konfigurasi masukan high

dan low pada pin MS1 MS2 dan MS3. Pada tabel 4.1 di tunjukan konfigurasi dari sinyal

masukan untuk MS1 MS2 dan MS3 dari full step hingga 1/32 step


52

Tabel 4.1 Konfigurasi Masukan sinyal MS1 MS2 dan MS3

M0/MS1 M1/MS2 M2/MS3 Mikrostep

Low Low Low Full step

High Low Low Half step

Low High Low 1/4 step

High High Low 1/8 step

Low Low High 1/16 step

High Low High 1/32 step

Low High High 1/32 step

High High High 1/32 step

Penempatan kontroler joystick pada arduino adalah pada pin analog 0 (A0) analog 1

(A1) dan analog 2 (A2) pada masing masing pin analog telah dihubungkan ke kontroler

sebagai berikut, untuk sudut X maka pin kontroler X dihubungkan ke pin analog 0 (A0)

pada arduino, kemudian untuk sudut Y maka pin kontroler Y dihubungkan ke pin analog 1

(A1) Pada arduino sedangkan untuk sudut Z maka pin kontroler Z dihubungkan ke pin

analog 2 (A2) pada arduino. Karena pada satu controler hanya terdapat 2 pin analog yaitu

Pin X dan Y maka kontroler yang digunakan ada 2 buah kontroler joystick pada kontroler

pertama akan digunakan sebagai sudut X dan sudut Y sedangkan pada kontroler kedua pin

X akan digunakan sebagai sudut Z. Pada gambar 4.4 adalah konfigurasi dari kontroler

joystick pada arduino

Gambar 4.4 konfigurasi kontroler pada arduino

Pada gambar 4.5 akan ditunjukan konfigurasi dari pin MS1 MS2 dan MS3 pada

arduino.

Karena ketiga driver motor stepper menggunakan konfigurasi yang sama yaitu konfigurasi

1/32 step maka untuk MS1 pada ketiga driver dijadikan satu yaitu pada pin 5 pada arduino,

kemudian untuk MS2 pada ketiga driver dijadikan satu yaitu pada pin 4 pada arduino,


53

sedangkan untuk MS3 pada ketiga driver juga dijadikan satu yaitu pada pin 6 pada arduino

sehingga lebih hemat dalam penggunaan pin pada arduino. Karena pin pada arduino hanya

terbatas pada pin digital sebanyak 13 pin dan analog sebanyak 8 pin

Gambar 4.5 konfigurasi dari MS1 MS2 dan MS3 pada pin arduino

Pada gambar 4.6 adalah konfigurasi untuk pin direction pin step dan pin sleep untuk

ketiga driver stepper, untuk driver pertama pin direction dihubungkan ke pin digital 2

sedangkan pin step pada driver pertama dihubungkan ke pin digital 3 dan pin sleep pada

driver pertama dihubungkan ke pin digital 7. Konfigurasi untuk driver kedua adalah pada

pin direction driver kedua dihubungkan ke pin digital 9 kemudian pin step pada driver

kedua dihubungkan ke pin digital 8 dan pin sleep pada driver kedua dihubungkan ke pin

digital 10. Kemudian untuk konfigurasi untuk driver ketiga adalah pada pin direction driver

ketiga dihubungkan ke pin digital 12 kemudian untuk pin step pada driver ketiga

dihubungkan ke pin digital 11 sedangkan untuk pin sleep pada driver ketiga dihubungkan

ke pin digital 13.

Gambar 4.6 konfigurasi pin direction, step dan sleep ketiga driver

Untuk program utama pada gambar 4.7 diperlihatkan inputan yang diberikan berupa

pembacaan nilai analog dari kontroler joystick yaitu antara 0 sampai 1023. Untuk


54

menggerakan motor stepper maka dibuat jika nilai analog kurang dari 300 maka motor

akan berputar CW dan jika joystick dilepas maka motor akan berhenti berputar. Dan jika

nilai analog diatas 400 maka motor stepper akan berputar CCW.

Gambar 4.7 program utama penggerak motor stepper

4.2. HASIL PERANCANGAN PERANGKAT KERASPada hasil perancangan perangkat keras akan menjelaskan tentang bentuk mekanik

sesungguhnya sistem lengan robot, komponen elektrik sistem lengan robot dan pengujian

gerakan mekanik lengan robot. Bentuk mekanik meliputi tampilan dari keseluruhan lengan

robot yaitu lengan - lengan (link), posisi motor stepper dan posisi joint sebagai sendinya,

kemudian posisi gerakan lengan robot berdasarkan sudut sudutnya. Sedangkan pada

komponen elektrik adalah menunjukan komponen komponen pengendali dari motor

stepper


55

4.2.1. Bentuk Mekanik sistem Lengan Robot

Gambar 4.8 Bentuk Mekanik Lengan Robot

Pada gambar 4.8 ditunjukan bahwa posisi servo yang tadinya digunakan sebagai

penggerak pointer ataru alat tulis sudah dihilangkan dan tidak digunakan kembali,

penghilangan dari motor servo ditujukan agar menghemat pin output dari arduino dan agar

lebih mudah dalam pembuatan lengan robot. Penghilangan motor servo juga dinilai lebih

menguntungkan dari segi pergerakan. Keberadaan motor servo telah digantikan dengan

sistem mekanik yang nantinya akan membuat pointer atau alat tulis dapat berada pada

sudut kemiringan 0° walaupun lengan bergerak naik maupun turun, sehingga nantinya

pointer atau alat tulis dapa bekerja secara maksimal.


56

Gambar 4.9 Bentuk Mekanik Lengan (link)

Gambar 4.9 merupakan bentuk mekanik lengan (link) dari perancangan desain 3D

lengan robot. Lengan robot terdiri dari Base, Shoulder, Elbow dan Pitch atau pointer atau

alat tulis. Bagian Shoulder digerakan menggunakan motor stepper yang dihubungkan

menggunakan roda gigi. Agar beban yang ditanggung oleh motor stepper menjadi lebih

ringan, dibanding tidak menggunakan roda gigi atau secara langsung. Bagian Elbow juga

digerakan menggunakan motor stepper yang telah diberi roda gigi agar lebih meringankan

beban dari motor stepper. Bagian Pitch menggunakan pointer berupa spidol dengan

diameter spidol kurang lebih satu centimeter. Tabel 4.2 menunjukan spesifikasi lengan

aktual pada mekanik lengan robot (link) yang sudah sesuai dengan perancangan mekanik

pada Bab III


57

Tabel 4.2 Spesifikasi link Lengan Robot

No Lengan Penghubung (link) Panjang lengan

1 Base 25 cm ( diameter )

2 Shoulder 20 cm

3 Elbow 25 cm

4 Pitch 5 cm

Gambar 4.10 Posisi motor stepper sebagai penggerak lengan robot

Keterangan :

1. Motor Shoulder 4,4Kg.cm ( 2,8 volt )

2. Motor Elbow 4,4Kg.cm ( 2,8 volt )


58

Gambar 4.11 posisi motor stepper penggerak Base

Keterangan

3. Motor Base 4,4Kg.cm ( 2,8 volt )

Posisi motor stepper secara mekanik ditampilkan pada gambar 4.10 dan gambar 4.11

digunakan sebagai komponen penggerak dari lengan robot. Seluruh penggerak dari lengan

robot menggunakan motor stepper yang memiliki holding torsi 4,4 Kg.cm dan kemudian

ditambahkan roda gigi untuk mereduksi beban dari lengan robot. Pergerakan motor stepper

pada Base menimbulkan pergerakan pada sumbu X sedangkan untuk pergerakan motor

stepper pada bagian Shoulder dan elbow menimbulkan pergerakan pada sumbu Y dan Z.

Pemilihan dari motor stepper ini sesuai dengan perancangan yang terdapat pada Bab III

dikarenakan beban dari lengan robot tidak melebihi dari 4 KG per bagian, kecuali pada

bagian Shoulder yaitu lebih besar dari 4 Kg.cm sehingga digunakan roda gigi dengan

perhitungan yang sudah ditentukan pada bab III untuk memperkecil beban yang

ditanggung oleh motor stepper


59

4.2.2. Komponen Elektrik Sistem Lengan Robot

Gambar 4.12 Gambar rangkaian elektrik

Rangkaian elektrik sistem pengendali lengan robot ditunjukan pada gambar 4.12

Rangkaian elektrik sistem pengendali lengan robot terdiri dari

1. Board arduino uno ( mikrokontroler )

2. Kabel USB ( sebagai komunikasi antara arduino dengan PC)

3. driver motor servo DRV8825

4. Modul joystick

5. Motor stepper

Mikrokontroler arduino melakukan komunikasi ke PC melalui kabel USB. Kabel USB

juga digunakan unuk mengirim program dari PC ( arduino IDE) ke mikrokontroler arduino,

mikrokontroler arduino akan memberikan perintah kepada driver DRV8825 melalui pin

direction dan step agar motor stepper dapat bergerak. Pergerakan dari motor stepper akan


60

ditentukan oleh modul joystick yang di hubungkan ke arduino

4.2.3. Pengujian Gerak Mekanik Lengan RobotPengujian gerakan mekanik lengan robot bertujuan untuk menguji apakah data

masukan dari modul joystick pada arduino dapat menggerakan motor stepper, kemudian

pengujian ini juga bertujuan untuk membuktikan apakah gerakan dari lengan robot yang

telah dibuat sudah sesuai dengan apa yang diharapkan Data yang diperoleh dari

perancangan dan hasil pengamatan sudut sudut joint dengan busur derajat dihitung nilai

maksimum dan minimumnya untuk mengetahui besarnya perbedaan yang terjadi antara

nilai sudut perancangan dengan nilai sudut aktual

Gambar 4.13 Cara Pengukuran Sudut joint Menggunakan Busur Derajat


61

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Area Kerja Dari Setiap Lengan

joint Sudut

perancanga

n

Minimum maksimum Area

Kerja

Keterangan

Base 70° 70° 115° 45° Kabel terlalu

pendek sehingga

mempengaruhi

area kerja

Shoulder 87° 25° 120° 95° Sudah sesuai

dengan

perancangan

Elbow 150° 140° 240° 100° Area kerja

dipengaruhi

adanya pambatas

pada lengan

Shoulder

Pitch 0° 0° 0° 0° Sudah sesuai

perancangan

Dari tabel 4.3 terlihat nilai area kerja yang muncul sedikit berbeda dengan

perancangan, dikarenakan keterbatasan alat, kabel yang menguhungkan motor stepper

dengan driver tidak panjang, sehingga saat Base diputar kabel yang terdapat pada motor

stepper menghalangi putaran Base, yang mengakibatkan putaran Base tidak sesuai

dengan perancangan, adanya akrilik yang digunakan sebagai penguat lengan robot juga

membatasi pergerakan, sehingga saat Elbow bergerak ke sudut minimum tertahan oleh

penguat yang terdapat pada Shoulder


62

4.2.4. Pengujian RepeatabilityPada percobaan ini lengan robot akan diuji tingkat Repeatability atau tingkat ketepatan

saat dilakukan pergerakan yang berulang - ulang, percobaan ini melibatkan pergerakan dari

sumbu X dan sumbu Y, percobaan yang dilakukan adalah membuat garis yang sama dan

diulang sebanyak 10 kali dan akan diamati tingkat ketepatannya apakan jika dilakukan

pergerakan berulang - ulang hasilnya tetap sama. Pada gambar 4.14 ditunjukan hasil dari

percobaan

Gambar 4.14 Hasil Pengujian Repeatability

Tingkat kesalahan yang terjadi pada percobaan repeatability bisa dibilang kecil, pada

tabel 4.4 terlihat berapa jarak antar garis yang terjadi dari sepuluh kali percobaan


63

Tabel 4.4 Hasil Pada Pengujian Repeatabilitas

No Sumbu Banyak garis yang dibuat Jarak antar garis

1 X 10 garis 1 mm

2 Y 10 garis 2mm

Dari tabel 4.4 dapat disimpulkan bahwa masih terdapat jarak pada setiap pembuatan

garis, namun jarak yang terdapat pada percobaan ini berkisar 1-2 mm, ini disebabkan

karena gear yang terdapat pada motor stepper dan lengan robot masih ada sedikit jarak

speleng dan belum presisi sehingga saat lengan robot membuat garis masih ada jarak

antara garis yang dibuat. Namun jarak yang terjadi hanya saat garis pertama dibuat. Saat

pengulangan kedua hingga kesepuluh jarak yang tadinya ada pada garis pertama dan

kedua sudah berkurang bahkan tidak ada

4.3. Hasil Pengujian Gambar Bidang Dua DimensiPada pengujian gambar bidang 2D akan menjelaskan hasil dari pengamatan berupa

bentuk dari bidang yang dibuat, bidang 2D yang akan dibuat berupa gambar kotak,

lingkaran, segitiga dan tanda tambah. Masukan yang digunakan adalah secara manual atau

menggunakan modul joystick, hasil dari pengujian gambar bidang dua dimensi ini masih

jauh dari kata sempurna, arena masih belum dapat membentuk garis miring dan garis

radius dengan baik

4.3.1. Analisa Hasil Gambar KotakHasil gambar kotak yang dilakukan dengan sistem lengan robot ini sudah sesuai

dengan perancangannya namun masih jauh dari kata sempurna cara menggambar lengan

robot ini masih manual dengan input yang diberikan dari modul joystick dengan

menghubungkan titik poin dari gambar dua dimensi. Gambar 4.15 menunjukan hasil

gambar dari lengan robot


64

Gambar 4.15 Gambar Kotak dari Gerakan Lengan Robot

Parameter ukuran dimensi pada bidang kotak ada pada gambar 4.15 merupakan

parameter sisi yang sudah ditentukan, sisi yang sudah ditentukan bervariasi yaitu 2cm, 5cm

dan 10 cm . Berdasarkan gambar 4.15 dapat dilihat bahwa hasil dari gambar aktual

nilainya bervariasi dan tidak sama antara keempat sisi gambar kotak. Karena

penggambaran masih manual sehingga hasil gambar juga tergantung dari masukan yang

kita berikan melalui modul joystick, Masukan juga terpengaruh dengan speleng putaran

motor stepper secara mekanik, kemudian ada beberapa joint yang masih kurang presisi

sehingga mempengaruhi dari pergerakan lengan robot. Berdasarkan hasil dari pengamatan

pada gambar kotak lengan robot sudah dapat menggambar bidang kotak, namun masih

belum sempurna

4.3.2. Analisa Hasil Gambar SegitigaHasil gambar sigitiga yang dilakukan dengan sistem lengan robot ini sudah sesuai

perancangan namun masih jauh dari kata sempurna. Pembuatan gambar bidang segitiga


65

dilakukan dengan menggabungkan titik - titik yang sudah ada menjadi gambar bidang

segitiga, titik - titik yang sudah ditentukan memiliki jarak bervariasi yaitu 2 cm, 5 cm dan

10 cm. Gambar 4.16 merupakan hasil gambar bidang segitiga dari gerakan lengan robot

pada kertas

Gambar 4.16 Hasil Gambar Segitiga

Parameter ukuran segitiga adalah nilai dari sisi - sisi segitiga yang dibuat oleh lengan

robot, gambar 4.16 merupakan sisi segitiga yang sudah ditentukan sebelumnya dan

digambar menggunakan lengan robot dengan masukan manual dari modul joystick dengan

ukuran yang sudah ditentukan yaitu 2 cm, 5 cm dan 10 cm untuk setiap sisinya.

Berdasarkan Gambar 4.16 dapat dilihat bahwa hasil dari gambar aktual nilainya bervariasi

dan tidak sama antara ketiga sisi gambar segitiga. Karena penggambaran masih manual

sehingga hasil gambar juga tergantung dari masukan yang kita berikan melalui modul


66

joystick, Masukan juga terpengaruh dengan speleng putaran motor stepper secara mekanik,

kemudian ada beberapa joint yang masih kurang presisi sehingga mempengaruhi dari

pergerakan lengan robot. Berdasarkan hasil pengamatan pada gambar bidang segitiga

ternyata masih belum dapat menggambar garis miring secara sempurna, garis miring pada

segitiga harus dicapai dengan tidak langsung atau dengan menghubungkan titik - titik

untuk menuju titik poin yang sudah ditentukan

4.3.3. Analisa Hasil Gambar LingkaranHasil gambar lingkaran yang dilakukan dengan sistem lengan robot ini masih belum

berhasil untuk membuat gambar lingkaran sempurna namun hasil gambar bidang lingkaran

masih berupa segi banyak. Hasil dari gambar bidang lingkaran ini masih belum bisa

membuat garis lengkung atau melingkar membentuk pola lingkaran. Titik yang sudah

digambar selanjutnya diukur jaraknya sehingga didapat ukuran jari - jari atau garis

penyusun segi banyak

Gambar 4.17 Hasil Gambar Lingkaran

Parameter ukuran dimensi pada bidang segi banyak yang terbentuk dari hasil gambar

lingkaran dengan nilai jari - jari yang bervariasi. Diameter lingkaran yang diharapkan

adalah 5 cm sehingga jari - jari yang seharusnya dibuat adalah 2,5 cm,


67

Berdasarkan pembacaan Gambar 4.17 dapat dilihat bahwa hasil gambar aktual

nilainya bervariasi karena beberapa hal yaitu adanya speleng pada roda gigi lengan robot

dan pada roda gigi pada motor stepper, kemudian kurang presisinya lengan robot dan

masih adanya joint yang kurang presisi sehingga mempengaruhi pergerakan dari lengan

robot. Masukan pada sistem lengan robot yang masih manual juga mempengaruhi dari

pergerakan lengan robot sehingga masih terjadinya error. Berdasarkan hasil pengamatan

pada gambar segi banyak ternyata pada penelitian ini lengan robot masih belum bisa

membuat garis melengkung atau melingkar pada bidang datar.

4.3.4. Analisa Hasil Gambar Tanda Tambah

Hasil gambar tanda tambah yang dilakukan dengan sistem lengan robot ini sudah

sesuai perancangan namun masih jauh dari kata sempurna. Pembuatan gambar tanda

tambah dilakukan dengan menggabungkan titik - titik yang sudah ada menjadi gambar

tanda tambah, titik - titik sudah ditentukan dan memiliki jarak 10 cm. Gambar 4.18

merupakan hasil gambar tanda tambah dari gerakan lengan robot pada kertas

Gambar 4.18 Hasil Gambar Tanda Tambah

Parameter ukuran dimensi pada gambar tanda tambah ada pada gambar 4.18

merupakan parameter yang sudah ditentukan, panjang yang sudah ditentukan 10 cm .

Berdasarkan gambar 4.18 dapat dilihat bahwa hasil dari gambar aktual nilainya bervariasi

dan tidak sama. Karena penggambaran masih manual sehingga hasil gambar juga


68

tergantung dari masukan yang kita berikan melalui modul joystick, Masukan juga

terpengaruh dengan speleng putaran motor stepper secara mekanik, kemudian ada

beberapa joint yang masih kurang presisi sehingga mempengaruhi dari pergerakan lengan

robot. Berdasarkan hasil dari pengamatan pada Gambar tanda tambah lengan robot sudah

dapat menggambar gambar tanda tambah, namun masih belum sempurna

4.4. Hasil Pengujian Nilai Step Pada Motor Stepper

Pada pengujian kali ini motor stepper akan di uji nilai masukan step ke driver,

parameter yang dipakai adalah titik - titik yang berjarak 1 cm dan dimulai dari 1 cm

sampai 10 cm. Pengujian ini akan melihat berapa nilai step untuk titik - titik dari jarak 1

cm hingga 10 cm. Sudut gerak yang ingin di uji adalah sudut X dan Y. Pada tabel 4.5 dan

tabel 4.6 akan ditunjukan hasil pengujian nilai pulsa

Tabel 4.5 Hasil Pengujian Nilai Step Sudut X

no Nilai Step Pada Sudut X

1 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 8cm 9cm 10cm

2 64 99 116 190 204 216 246 346 380 402

Tabel 4.6 Hasil Pengujian Nilai Step Sudut X

no Nilai Step Pada Sudut Y

1 1cm 2cm 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 8cm 9cm 10cm

2 44. 85 103 128 171 172 253 302 296 333

Pada tabel 4.5 dan tabel 4.6 ditunjukan hasil dari pengujian pulsa motor stepper.

Pengujian ini bertujuan untuk melihat berapa nilai step yang dibutuhkan lengan robot

untuk bergerak dari 1cm hingga 10 cm. Nilai dari step yang masuk bukan nilai yang pasti.

Dikarenakan masukan step tergantung dari modul joystick yang digunakan dan masih

manual. Nilai yang keluar adalah nilai rata - rata dari sepuluh kali percobaan. Dalam hal ini

konfigurasi step, gear penggerak dan modul joystick berpengaruh pada nilai step yang

timbul.


69

4.5. Hasil Pengujian Area Kerja

Pada pengujian kali ini akan diuji nilai dari area kerja ( kertas A4 ) dalam bentuk nilai X

dan nilai Y. Pada keseluruhan area kerja pada kertas A4 akan dibagi menjadi 9 area kerja

berukuran 7cm X 9,9cm. Dimana titik pengujian area kerja akan dimulai pada titik 0,0

pada setiap area kerja sehingga didapatkan data berupa nilai x dan y yang ditunjukan oleh

tabel 4.7

Gambar 4.19. Gambar Area Kerja Pada Kertas A4

Tabel 4.7 Nilai X dan Y Pada Masing Masing Area Kerja

no Area Kerja Nilai X Nilai Y

1 1 518 172

2 2 423 279

3 3 378 342

4 4 404 172

5 5 633 276

6 6 538 298

7 7 521 196

8 8 755 365

9 9 394 346

10 Kertas A4 1523 855


70

Pada tabel 4.7 ditunjukan hasil dari pengujian area kerja pada kertas A4 yang sudah

dibagi menjadi 9 area kerja. Dapat dilihat hasil dari setiap area kerja tidak selalu sama

karena jarak lengan robot dengan titik yang akan dituju atau digambar tidak sama atau

jaraknya berbeda. Sehingga saat lengan berada pada titik 1 sudut antar joint akan

berbeda saat lengan berada pada titik 9. Hasil dari pengujian ini dapat menjadi acuan dari

masukan joystick saat akan menggambar pada area kerja yang diinginkan.

4.6. Pengujian Menggunakan Program Tanpa Joystick

Pada pengujian kali ini lengan robot akan diuji gerakannya pada sumbu X dan Y

menggunakan program yang sudah dibuat dan tanpa menggunakan joystick. Tujuan

pengujian ini agar nilai yang miss saat menggunakan joystick karena masukan yang tidak

konstan dapat diperkecil. Gerakan yang dibuat adalah membuat garis pada sumbu X dan Y

dengan inputan step yang sudah dimasukan dalam program pada arduino. Pengujian yang

pertama adalah pengujian pada sumbu Y dan dibuat pada area kerja 5 dan masukan step

pada Y adalah 200 step dimulai dari titik tengah pada garis bawah area 5 dan dilakukan

sebanyak 10 kali secara berulang - ulang. Hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.20

Gambar 4.20 Hasil Pengujian Menggunakan Program Pada Sumbu y

Pada gambar 4.20 dapat dilihat bahwa pengujian menggunakan program yang sudah


71

dibuat menunjukan bahwa garis yang sudah dibuat sudah konsisten. Walau tidak

sempurna, pada titik awal dan akhir pointer agak sedikit bergerak keluar jalur, namun

jarak dari garis utama kurang dari 1mm. Jarak yang terjadi diakibatkan gear yang

menggerakan lengan robot kurang pas, sehinga saat pointer akan berbalik arah terjadi

sedikit gerakan yang membuat garis agak keluar dari jalur yang diharapkan.

Pengujian yang kedua adalah pengujian pada sumbu X dan dibuat pada area kerja 5

dan masukan step pada X adalah sama dengan step pada Y, yaitu 200 step dimulai dari

titik tengah pada garis kiri area 5 dan dilakukan sebanyak 10 kali secara berulang - ulang.

Hasilnya dapat dilihat pada gambar 4.21

Gambar 4.21. Hasil Pengujian Menggunakan Program Pada Sumbu X

Pada gambar 4.21 dapat dilihat bahwa pengujian menggunakan program yang sudah

dibuat menunjukan bahwa garis yang sudah dibuat sudah konsisten. Walau tidak

sempurna, pada titik awal dan akhir pointer agak sedikit bergerak keluar jalur, namun

jarak dari garis utama kurang dari 1mm. Jarak yang terjadi diakibatkan gear yang

menggerakan lengan robot kurang pas, sehinga saat pointer akan berbalik arah terjadi

sedikit gerakan yang membuat garis agak keluar dari jalur yang diharapkan.


72

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. KesimpulanSetelah melakukan perancangan, pembuatan dan pengujian dari lengan robot dengan

penggerakmotor stepper danmotor servomaka didapatkan kesimpulan sebagai berikut

1. Hasil Pada perancangan perangkat keras berhasil di implementasikan

2. Arduino dapat mengirimkan sinyal ke driver stepper sehingga stepper dapat

bergerak

3. Hasil pengujian area kerja pada lengan masih belum sempurna dikarenakan

keterbatasan gerak pada perangkat keras

4. Hasil dari pengujian repeatability menunjukan bahwa garis yang dibuat meleset

1mm

5. Lengan robot sudah dapat menggambar bidang kotak, segitiga, dan tanda tambah

namun masih belum bisa menggambar lingkaran

6. Percobaan menggambar menggunakan kontroler joystik telah berhasil

7. Pengujian pembuatan garis tanpa kontroler joystik yang dilakukan 10x

menunjukan gambar garis yang konsisten

5.2. SaranBerdasarkan hasil yang telah diperoleh. Untk pengembangan penelitian lebih lanjut

ada beberapa saran agar alat ini dapat bekerja lebih baik

1. Perancangan ulang pada konstruksi berdasarkan area kerja dan juga berdasarkan

fungsi dan kegunaan

2. Meminimalkan adanya gap pada rangka lengan robot agar tidak menimbulkan yang

besar untuk memastikan keluaran dari lengan robot lebih presisi

3. Pemilihan roda gigi yang tepat untuk menghindari selip dan menghindari gap pada

roda gigi

4. Menambahkan kemampuan robot menjadi lebih sempurna agar dapat melakukan

gerakan berdasarkan sistem koordinat XYZ secara berkelanjutan serta pergunakan

software yang lebih kompatible untuk robot seperti menyimpan posisi


73

DAFTAR PUSTAKA[1]. Pitowarno, Endra, 2006. Robotika Desain, Kontrol dan Kecerdasan Buatan, Andi

Offset, Yogyakarta.

[2]. Meshram, Bande, Dwaramwar, Harkare, 2009, Robot Arm Controller Using FPGA,

M. Tech Student, RKNEC, Nagpur

[3]. Anggoro, Welly, 2008, Robot Penggambar Dua Dimensi, Skripsi Fakultas Ilmu

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Departemen Fisika Universitas Indonesia,

Jakarta

[4]. ---,---, Konsep Mikrokontroler,

http://sistemkomputer.fasilkom.narotama.ac.id/?p=194,

diakses pada tanggal 13 April 2016

[5]. ---,---, Arduino Uno

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno,


[6]. Kadir, Abdul, 2013, Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler Dan

Pemrogramannya Menggunakan Arduino, Andi offset, Yogyakarta

[7]. ---,---, Software Arduino (Arduino IDE),

http://pikirsa.wordpress.com/2011/11/20/memanfaatkan-arduino-ide-tanpa- arduino-

board/,


[8]. ---,---, Motor Servo

http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/motor-servo/,

diakses pada tanggal 20 Mei 2016

[9]. ---,---, Motor Stepper

http://elektronika-dasar.web.id/motor-stepper/motor-stepper/,

diakses pada tanggal 25 Juni 2016

[10]. Francis Giang Anak Japar, 2010, Design And Develop Robotic Arm For Automatic

Guided Conveyor, Bachelor Of Mechanical Engineering Universiti Malaysia

Pahang,Malaysia


http://sistemkomputer.fasilkom.narotama.ac.id/?p=194,

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno,

http://pikirsa.wordpress.com/2011/11/20/memanfaatkan-arduino-ide-tanpa-arduino-board/,

http://pikirsa.wordpress.com/2011/11/20/memanfaatkan-arduino-ide-tanpa-arduino-board/,

http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/motor-servo/,

http://elektronika-dasar.web.id/motor-stepper/motor-stepper/,

74

[11]. ---,---,Gy-4988 A4988 Stepper Motor Driver Module

http://pololu.com/product/1182,

diakses pada tanggal 25 Juni 2016

[12]. Fu,K.S.,R.C. Gonzales, C.S.G.Lee, 1987, Robotics: Control, Sensing, Vision, and

Intelligence st1 edition, Penerbit McGraw-Hill, Singapore

[13]. Philips, Arthur, Eduardo Prabawa, 2005, Simulasi Kinematika dari Integrasi Robot

Mitsubishi RV-M1 dengan festo Modular Production System (MPS), Skripsi

Jurusan Sistem Komputer Universitas Bina Nusantara, Jakarta


http://pololu.com/product/1182,

75

LAMPIRAN


76

LISTING PROGRAM

L1. Listing Program Pada Kontroler Manual

#define step_pin 3 // Pin 3 dikoneksikan ke pin step pada driver

#define dir_pin 2 // Pin 2 dikoneksikan ke Direction pin

#define MS1 5 // Pin 5 dikoneksikan ke MS1 pin


#define SLEEP 7 // Pin 7 dikoneksikan ke SLEEP pin

#define X_pin A0 // Pin A0 dikoneksikan ke joystick x axis

int direction; // Variable untuk mengatur arah putar (CW-CCW)

int steps = 1025; // diasumsikan pada posisi tengah

void setup() {

pinMode(MS1, OUTPUT);


pinMode(dir_pin, OUTPUT);

pinMode(step_pin, OUTPUT);

pinMode(SLEEP, OUTPUT);

digitalWrite(SLEEP, HIGH); // Driver aktiv

delay(5); // Delay menunggu driver aktiv

/* Konfigurasi step pada driver:

// MS1 MS2

//

// LOW LOW = Full step //

// HIGH LOW = Half step //

// LOW HIGH = 1/4 step //

// HIGH HIGH = 1/8 step //

*/


77

digitalWrite(MS1, LOW); // konfigurasi ke Full Steps

digitalWrite(MS2, LOW); // konfigurasi ke Full Steps

}

void loop() {

while (analogRead(X_pin) >= 0 && analogRead(X_pin) <= 100) {

if (steps > 0) {

digitalWrite(dir_pin, HIGH); // (HIGH = CCW / LOW = CW)

digitalWrite(step_pin, HIGH);

delay(1);

digitalWrite(step_pin, LOW);

delay(1);

steps--;

}

}

while (analogRead(X_pin) > 100 && analogRead(X_pin) <= 400) {

if (steps < 512) {

digitalWrite(dir_pin, LOW); // (HIGH = CCW / LOW = CW)


delay(1);


delay(1);

steps++;

}

if (steps > 512) {

digitalWrite(dir_pin, HIGH);


delay(1);


delay(1);


78

steps--;

}

}


if (steps < 1025) {

digitalWrite(dir_pin, LOW);


delay(1);


delay(1);

steps++;

}

if (steps > 1025) {



delay(1);


delay(1);

steps--;

}

}


if (steps < 1535) {



delay(1);


delay(1);

steps++;

}

if (steps > 1535) {


79



delay(1);


delay(1);

steps--;

}

}


if (steps < 2050) {



delay(1);


delay(1);

steps++;

}

}

}

L.2 Listing Program dua kontroler

#define step_pin1 3 // Pin 3 dikoneksikan ke pin step pada driver 1

#define dir_pin1 2 // Pin 2 dikoneksikan ke Direction pin 1

#define SLEEP1 7 // Pin 7 dikoneksikan ke SLEEP pin 1


80











#define Y_pin A1 // Pin A1 dikoneksikan ke joystick y axis

#define Z_pin A2 // Pin A2 dikoneksikan ke joystick z axis

#define DISTANCE_X 1000

#define DISTANCE_Y 1000

#define DISTANCE_Z 1000

int StepCounter_X = 0;

int StepCounter_Y = 0;

int StepCounter_Z = 0;

int Stepping_X = false;

int Stepping_Y = false;

int Stepping_Z = false;

void setup() {


81




pinMode(dir_pin1, OUTPUT);

pinMode(step_pin1, OUTPUT);







// MS1 MS2 MS3

//

// LOW LOW LOW = Full step //

// HIGH LOW LOW = Half step //

// LOW HIGH LOW = 1/4 step //

// HIGH HIGH LOW = 1/8 step //

// LOW LOW HIGH = 1/16 step//

// HIGH HIGH HIGH = 1/32 step//

*/

digitalWrite(MS1, HIGH); // konfigurasi 1/32 step




82

}

void loop() {

//DRIVER X

if (analogRead(X_pin) < 300 && Stepping_X == false)

{

digitalWrite(dir_pin1, LOW);

digitalWrite(step_pin1, HIGH);

delay(1);

digitalWrite(step_pin1, LOW);

delay(1);

StepCounter_X = StepCounter_X +1;

}

if (analogRead(X_pin) > 400 && Stepping_X == false)

{

digitalWrite(dir_pin1, HIGH);


delay(1);


delay(1);

StepCounter_X = StepCounter_X -1;

if (StepCounter_X == DISTANCE_X)

{

StepCounter_X = 0;

Stepping_X = false;


83

//DRIVER Y


{



delay(1);


delay(1);


}


{



delay(1);


delay(1);



{

StepCounter_X = 0;

Stepping_X = false;


84

//DRIVER Z


{



delay(1);


delay(1);


}


{



delay(1);


delay(1);



{

StepCounter_X = 0;

Stepping_X = false;

}}}}}}}


85

L.3.Listing Program Sederhana

#define step_pin1 3 // Pin 3 dikoneksikan ke pin step pada driver

#define dir_pin1 2 // Pin 2 dikoneksikan ke Direction pin








//#define SLEEP 7 // Pin 7 dikoneksikan ke SLEEP pin


#define Y_pin A1 // Pin A0 dikoneksikan ke joystick axis

#define Z_pin A2 // Pin A0 dikoneksikan ke joystick axis

#define DISTANCEX 6000

#define DISTANCEY 6000

#define DISTANCEZ 6000

int StepCounterX = 0;

int SteppingX = false;

int StepCounterY = 0;

int SteppingY = false;


86

int StepCounterZ = 0;

int SteppingZ = false;

int vara = 0;

int varb = 0;

int varc = 0;

int vard = 0;

const int pin1 = 9;

const int pin2 = 12;

int buttonState1 = 0;

int buttonState2 = 0;

//int direction; // Variable untuk mengatur arah putar (CW-CCW)

//int valuex = 0; // diasumsikan pada posisi tengah

void setup() {

Serial.begin(9600);

pinMode(pin1, INPUT);

pinMode(pin2, INPUT);











87

//pinMode(SLEEP, OUTPUT);

//digitalWrite(SLEEP, HIGH); // Driver aktiv



// MS1 MS2 MS3

//

// LOW LOW LOW = Full step //

// HIGH LOW LOW = Half step //

// LOW HIGH LOW = 1/4 step //

// HIGH HIGH LOW = 1/8 step //

// LOW LOW HIGH = 1/16 step//

// HIGH HIGH HIGH = 1/32 step//

*/


digitalWrite(MS2, LOW); // konfigurasi 1/32 step

digitalWrite(MS3, LOW); // konfigurasi 1/32 step

}

void loop() {

buttonState1 = digitalRead(pin1);

if(buttonState1 == HIGH){

while(vara <100){


88



delay(1);


delay(1);

vara++;

}

while(varb <100){

{



delay(1);


delay(1);

varb++;

}

vara=0;

varb=0;

{

buttonState2 = digitalRead(pin2);

if(buttonState2 == HIGH){

while(varc <100){



delay(1);



89

delay(1);

varc++;

}

while(vard <100){



delay(1);


delay(1);

vard++;

}

varc=0;

vard=0;

}

}

}

}

}

L.4.Datasheet Motor Stepper Nema17


90

L.5.Datasheet DRV8825


91


lenganrobotdenganpenggerakmotor stepper … · perpaduan antara mesin ( mechanic ), elektronika (...

Documents