Laporan Proyek Perancangan Robot Lengan Kelompok 2 [PDF]

Citation preview

PROPOSAL PROYEK UNIVERSITAS NASIONAL Diajukan oleh :



Yulio Ramadhan – 143112700550006 Agus Supriadi – 143112700550001 Muhammad Putra Rasuanta – 143112700550032 Sabto Septratama – 143112700550013 Luqman Saputra – 143112700550008



Fakultas :



Teknik dan Sanins



Jurusan :



Teknik Fisika



2017



PROPOSAL PROYEK



RANCANG BANGUN ROBOT LENGAN DENGAN SENSOR PHOTODIODA 1. Pendahuluan A.



Latar Belakang Pada zaman modern ini, teknologi sangat berkembang dengan sangat pesat.



Perkembangan ini sangat berpengaruh pada sector industry di Indonesia. Dari perkembangan teknologi yang pesat ini setiap industry menuntut pengoptimalan proses produksi. Salah satu alat yang dapat mengoptimalkan proses produksi adalah robot. Robot merupakan suatu mesin yang fleksibel dan tidak kenal lelah. Oleh karena itu robot dapat diandalkan dalam mengoptimalkan proses produksi. Pekerjaan yang dikerjakan oleh robot selau sama dan rapi dibandingkan oleh manusia. Selain itu pekerjaan yang dilakukan oleh robot tidak akan berdampak parah seperti human error. Salah satu robot yang umum digunakan sebagai proses produksi adalah robot lengan. Umumnya robot lengan digunakan untuk mengambil dan meletakan barang. Robot lengan dapat diandalkan dalam mengangkat benda-benda dari yang ringan hingga yang berat karena sistem robot lengan umumnya memiliki struktur mekanik yang tersusun dari beberapa batang kaku sebagai struktur utama yang berfungsi sebagai alat gerak pasif dari robot lengan. Batang kaku tersebut biasanya terbuat dari logam, plastik, maupun bahan lain yang kuat. Pada umumnya robot lengan untuk mengoptimalkan produksi industry sangatlah mahal dan tidak terjangkau. Dengan harga yang mahal maka tidak bisa semua industry menggunakan robot lengan. Oleh karena itu, selain sebagai prasyarat untuk lulus dalam matakuliah Robotika Industri pembuatan dibutuhkan robot yang murah agar dapat digunakan oleh industry kecil.



B.



Rumusan Masalah Pada tugas kuliah kali ini akan dibuat robot lengan untuk membantu kegiatan



memindahkan barang dengan harga terjangkau dan dimensi yang kecil. Sehingga dapat digunakan untuk Home industry. Robot yang akan dibuat menggunakan kendali joystick untuk menggerakan dan memindahkan barang. Sebagai pengendalinya akan menggunakan open source Arduino Uno dan motor servo sebagai penggerak.



C.



Tujuan a. Rancang bangun robot lengan dengan kendali potensiometer dengan harga terjangkau b. Sebagai prasyarat matakuliah Robotika Industri



D.



Ruang Lingkup a. Pengendali yang digunakan adalah microcontroller Arduino Uno R3 b. Robot lengan dikendalikan menggunakan perintah dari potensiometer. c. Link dibuat menggunakan gagang es krim



2. Studi Literatur A. Sistematika Robot Lengan System robot lengan umumnya memiliki struktur mekanik yang tersusun dari beberapa batang kaku sebagai struktur utama yang berfungsi sebagai alat gerak pasif dari robot lengan. Batang kaku tersebut biasanya terbuat dari logam, plastik, maupun bahan lain yang disebut dengan link. Antara link satu dengan yang lainnya dihubungkan dengan persendian yang disebut joint. Umumnya Prismatic Joint dan Flat Joint dapat menghasilkan Degree of Freedom (DOF) atau derajat kebebasan [1]. Derajat kebebasan adalah jumlah arah yang independen dimana motor penggerak (actuator) dari sebuah robot dapat bergerak dan menghasilkan gerakan berputar. DOF dapat dihitung tiap sendi dan tidak termasuk sebagai end effector. Sedangkan end effector adalah peranti yang terpasang pada lengan robot untuk melaksanakan fungsi-fungsi tertentu.



B. Kinematika Robot Lengan Kinematika robot terdiri dari dua pergerakan yaitu rotasi dan translasi. Gerakan rotasi adalah gerakan berputar pada sebuah sumbu yang tetap, gerakan ini dapat berputar pada sumbu



x, y dan z. Sedangkan gerakan translasi adalah gerakan pergeseran sumbu koordinat pada jarak tertentu dari sumbu koordinat semula.



C. Motor Servo Motor servo merupakan salah satu jenis actuator dengan system closed feedback dimana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Spesifikasi motor servo terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi sebagai penentu sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor [2].



D. Microcontroller Microcontroller adalah sebuah sirkuit terintegrasi yang merupakan system mikroprosesor dimana di dalamnya terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi dengan baik dan dikemas menjadi satu cip yang siap pakai. Ada banyak jenis dari microcontroller yang dapat digunakan untuk mengendalikan gerak dari sebuah robot. Sifat dari microcontroller sama seperti sebuah computer, sehingga sering disebut single chip microcomputer. Fungsi dari sebuah microcontroller sangat spesifik berbeda dengan PC yang memiliki beragam fungsi. Pada proyek kali ini akan digunakan microcontroller AT mega 360 atau lebih familiar dikenal sebagai Arduino Uno.



E. Arduino Uno R3 Arduino adalah platform dari physical computing yang bersifat open source. Arduino adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE). [3] Hardware yang digunakan pada papan Arduino adalah sebuah mikrokontroler 8 bit dengan merek AT mega, berbagai papan Arduino menggunakan tipe AT



mega yang berbeda tergantung pada spesifikasi nya. IDE adalah software yang fungsi untuk menulis, meng-compile menjadi kode biner, dan meng-upload sebuah program ke dalam microcontroller.



F. Photodiode Photodiode merupakan piranti semikonduktor dengan struktur sambungan p-n yang dirancang untuk beroperasi bila dibiaskan dalam keadaan terbalik, untuk mendeteksi cahaya. Ketika energy cahaya dengan panjang gelombang yang benar jatuh pada sambungan photodiode, arus mengalir dalam sirkuit eksternal. Komponen ini kemudian akan bekerja sebagai sensor arus, yang arusnya sebanding dengan intensitas cahaya itu. Cahaya diserap di daerah penyambungan atau daerah intrinsik menimbulkan pasangan electron-hole yang mengalami perubahan karakteristik elektris ketika energy cahaya melepaskan pembawa muatan dalam bahan itu, sehingga menyebabkan berubahnya konduktivitas. Hal inilah yang menyebabkan photodiode dapat menghasilkan tegangan/arus listrik jika terkena cahaya.



4. Diagram Alur Robot Lengan



3. Pemodelan A. Design Robot



Rincian :  Degree of Freedom : 3  Joint : 4  Link : 2



B. Kinematika Robot : Penyelesaian invers kinematika robot menggunakan penyelesaian geometri.



Dengan menggunakan hukum cosinus : 



Mencari sudut DOF 1 (𝜃𝑏 ) 𝜃𝑏 = 𝑡𝑎𝑛−1







𝑦 𝑥



Mencari sudut DOF 2 (𝜃2 )



𝑐 2 = 𝑎2 + 𝑏 2 − 2𝑎𝑏 𝑐𝑜𝑠 (𝑥 2 + 𝑦 2 ) = 𝑙1 2 + 𝑙2 2 − 2𝑙1 𝑙2 𝑐𝑜𝑠 𝜃 cos 𝜃2 = 𝜃2 = cos







−1



𝑥 2 +𝑦 2 −𝑙1 2 −𝑙2 2 2𝑙1 𝑙1



𝑥 2 + 𝑦 2 − 𝑙1 2 − 𝑙2 2 ( ) 2𝑙1 𝑙1



Mencari sudut DOF 3 (𝜃3 ) 𝑠𝑖𝑛𝐵 𝑠𝑖𝑛𝐶 = 𝑏 𝑐 𝑠𝑖𝑛𝜃1 𝑠𝑖𝑛𝜃2 = 𝑙2 √𝑥 2 + 𝑦 2 𝜃3 = sin−1 (



(𝑙2 𝑠𝑖𝑛𝜃2 )



𝑦 ) + tan−1 2 ( ) 𝑥 √𝑥 2 + 𝑦 2







Mencari torsi : 𝜏 = 𝐹 𝑥 𝐿 𝑥 𝑠𝑖𝑛Ѳ



4. Hasil dan Pembahasan a. Spesifikasi Robot  Massa Link 1 = 57.4 x 10-3 kg  Massa Link 2 = 12.6 x 10-3 kg  Massa Join Base = 55 x 10-3 kg  Massa Link keseluruhan + Join di Base = 125 x 10-3 kg  Panjang Link 1 (L1) = 9.5 x 10-2 m  Panjang Link 2 (L2) = 9.5 x 10-2 m  Panjang lengan Robot (L) = 19.0 x 10-2 m  Momen Inersia = 0.833 x 10-3  Kecepatan DOF 1 = 60 rad/s  Kecepatan DOF 2 = 60 rad/s  Kecepatan DOF 3 = 60 rad/s



a. Gambar posisi Lengan Robot POSISI BASE (tampak atas) KETERANGAN Titik 1 Titik 2 Titik 3 Target 1 Target 2 Target 3



POSISI JOINT 1 DAN 2 (tampak samping) TITIK 1, 2, DAN 3



TARGET 1



TARGET 2



TARGET 3



b. Perhitungan Sudut Base (𝜃𝑏 ) Panjang Lengan (m)



𝜽𝒃



Titik 1



19.2 x 10-2



105



Titik 2



19.2 x 10-2



85



Titik 3



19.2 x 10-2



75



Target 1



19.2 x 10-2



30



Target 2



19.2 x 10-2



0



Target 3



19.2 x 10-2



0



Target



c. Perhitungan Sudut Link 1 (𝜃2 ) Target X (m) Y (m)



𝒍𝟏 (m)



𝒍𝟐 (m)



𝜽𝟐



Titik 1



18 x 10-2



-0.6 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



37.154



Titik 2



18 x 10-2



-0.6 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



37.154



Titik 3



18 x 10-2



-0.6 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



37.154



Target 1



18.1 x 10-2



4.2 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



24.1129



Target 2



18 x 10-2



4 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



27.9134



Target 3



11.1 x 10-2



3.5 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



105.1753



d. Perhitungan Sudut Link 2 (𝜃3 ) X (m)



Y (m)



𝒍𝟏 (m)



𝒍𝟐 (m)



𝜽𝟐



𝜽𝟑



Titik 1



9 x 10-2



3.3 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



37.154



-12.6798



Titik 2



9 x 10-2



3.3 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



37.154



-12.6798



Titik 3



9 x 10-2



3.3 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



37.154



-12.6798



Target 1



8.2 x 10-2



4.8 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



24.1129



29.4605



Target 2



9.5 x 10-2



1.6 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



27.9134



9.8235



Target 3



2.7 x 10-2



9 x 10-2



9.5 x 10-2



9.5 x 10-2



105.1753



70



Target



e. Perhitungan Torque Base Target



𝜽𝒃



𝒄𝒐𝒔 𝜽𝒃



Massa Beban yang



F (N)



L (m)



di Tanggung



Torque (Nm)



Titik 1



105



-0.2588



125 x 10-3



1.22



19.0 x 10-2



-6.01 x 10-2



Titik 2



85



0.08715



125 x 10-3



1.22



19.0 x 10-2



2.02 x 10-2



Titik 3



75



0.25881



125 x 10-3



1.22



19.0 x 10-2



6.01 x 10-2



Target 1



30



0.866



125 x 10-3



1.22



19.0 x 10-2



2.01 x 10-2



Target 2



0



1



125 x 10-3



1.22



19.0 x 10-2



2.32 x 10-2



Target 3



0



1



125 x 10-3



1.22



19.0 x 10-2



2.32 x 10-2



f. Perhitungan Torque Link 1 (𝜃2 ) Target



𝜽𝟐



𝒔𝒊𝒏 𝜽𝒃



Massa Beban yang



F (N)



L (m)



di Tanggung



Torque (Nm)



Titik 1



37.154



0.6040



57.4 x 10-3



0.56137



9.5 x 10-2



0.03221



Titik 2



37.154



0.6040



57.4 x 10-3



0.56137



9.5 x 10-2



0.03221



Titik 3



37.154



0.6040



57.4 x 10-3



0.56137



9.5 x 10-2



0.03221



Target 1



24.1129



0.4085



57.4 x 10-3



0.56137



9.5 x 10-2



0.02179



Target 2



27.9134



0.4681



57.4 x 10-3



0.56137



9.5 x 10-2



0.02496



Target 3



105.1753 0.9651



57.4 x 10-3



0.56137



9.5 x 10-2



0.05147



Massa Beban yang



F (N)



L (m)



Torque



g. Perhitungan Torque Link 2 (𝜃3 ) Target



𝜽𝟑



𝒔𝒊𝒏 𝜽𝒃



di Tanggung



(Nm)



Titik 1



12.9747 0.2245



70 x 10-2



0.12323



9.5 x 10-2



0.0146



Titik 2



12.9747 0.2245



70 x 10-2



0.12323



9.5 x 10-2



0.0146



Titik 3



12.9747 0.2245



70 x 10-2



0.12323



9.5 x 10-2



0.0146



Target 1



29.4605 0.4918



70 x 10-2



0.12323



9.5 x 10-2



0.03199



Target 2



9.8235



0.1706



70 x 10-2



0.12323



9.5 x 10-2



0.0111



Target 3



110



0.9397



70 x 10-2



0.12323



9.5 x 10-2



0.06112



5. Kesimpulan Dari perhitungan di atas dapat di simpulkan nilai torque terbesar terdapat pada base ketika menuju Target ke tiga, kemudian untuk Torque terkecil terdapat pada Link 1 ketika menuju target pertama. Untuk jangkauan terjauh robot pada Link 1 saat robot meletakan benda ke target 1, sedangkan jangkauan terjauh Link 2 saat robot meletakan benda ke Target 2.



6. Tugas Setiap Personil Kontribusi Pengerjan (%) Nama



Muhamamd



Pembuatan



Pembuatan Base



Lengan Robot



Robot



10



100



20



Wiring



Pembuatan



Pmbuatan



Pemerograman



Penyusunan



Pemetaan



Titik



Target



0



5



0



0



85



30



0



25



5



0



0



0



0



60



0



55



75



80



0



15



35



10



0



10



5



20



0



0



0



0



0



10



10



0



100



0



35



laporan



Putra Rasuanta Sabto Septratama Agus Supraidi Luqman Saputra Yulio Ramadhan



Daftar Pustaka [1] Caysar, Dina. (2014). Pengaturan Pergerakan Robot Lengan Smart Arm Robotic Ax-12a Melalui Pendekatan Geometry Based Kinematic Menggunakan Arduino. Jurnal Din Caysar. [2] Wardana, Gita Tri. Et al. Robot Lengan Pemindah Barang Berdasarkan Ukurannya Berbasis Mikrokontroler [3] Saefullah, Asep; Immaniar, Dewi; dan Juliansah, Reza Ammar. (2015). Sistem Kontrol Robot Pemindah Barang Menggunakan Aplikasi Android Berbasis Arduino Uno. 8 (2). [4] Wicaksono, Basilius Kristiawan. 2015. Pengendalian Robot Lengan Dengan Gamepad. Yogyakarta



LAMPIRAN



A. Pemrograman Arduino #include #define IR1 2 #define IR2 3 #define IR3 4 int detection1 = HIGH; int detection2 = HIGH; int detection3 = HIGH; Servo Base, Link1, Link2, Grip;



//Ambil Base.write(105); delay(1000); Link1.write(20); Link2.write(90); delay(1000); Grip.write(80); delay(2000);



void setup() { pinMode(IR1, INPUT); pinMode(IR2, INPUT); pinMode(IR3, INPUT); Base.attach(6); Link1.attach(9); Link2.attach(10); Grip.attach(11); }



//Angkat Link1.write(75); delay(150); Link2.write(60); delay(2000);



void loop() { detection1 = digitalRead(IR1); detection2 = digitalRead(IR2); detection3 = digitalRead(IR3); Link1.write(75); delay(150); Link2.write(60); delay(1000); Base.write(45); Grip.write(0); delay(500); //Ke Arah 1 if(detection1 == LOW){ //Angkat Link1.write(75); Link2.write(60); delay(2000);



//Taro Base.write(30); delay(1000); Link1.write(30); Link2.write(80); delay(1000); Grip.write(0); delay(2000); } delay(500); //Ke Arah 2 if(detection2 == LOW){ //Angkat Link1.write(90); delay(150); Link2.write(120); delay(2000); //Ambil Base.write(85); delay(1000); Link1.write(20); Link2.write(90);



delay(1000); Grip.write(80); delay(2000); //Angkat Link1.write(90); delay(150); Link2.write(120); delay(2000); //Taro Base.write(0); delay(1000); Link1.write(10); Link2.write(40); delay(1000); Grip.write(0); delay(2000); } delay(500); //Ke Arah 3 if(detection3 == LOW){ //Angkat Link1.write(90); delay(150); Link2.write(120); delay(2000); //Ambil Base.write(70); delay(1000); Link1.write(20); Link2.write(90); delay(1000); Grip.write(80); delay(2000); //Angkat Link1.write(90); delay(150); Link2.write(120); delay(2000); //Taro Base.write(0);



delay(1000); Link1.write(70); Link2.write(150); delay(1000); Grip.write(0); delay(2000); } delay(500); }



B. Foto Robot