Vol. 21 No. 3 Oktober 2014 ISSN :

Transkripsi

1 Evaluas Kesalahan Pemasangan Ranta Knematk terhadap Gerak ranslas tk Pusat Putar (Uncompensatable Error) Mekansme Paralel 3-DOF Rotas Murn 3-URU Syafr 1,*), Syamsul Huda 2), Mulyad Bur 2) 1 Jurusan eknk Mesn, Unverstas Rau, Kampus Bna Wdya Panam, Pekanbaru Jurusan eknk Mesn, Unverstas Andalas, Kampus Lmau Mans, Padang Emal: pre_00m022@yahoo.com *) Abstrak Pada peneltan n dbahas tentang pengaruh kesalahan pemasang ranta knematk pada base dan platform untuk mekansme paralel tga derajat kebebasan rotas murn. Peneltan dlakukan dengan cara mensmulaskan kesalahan pemasangan ranta knematk dengan menggunakan Auto CAD Inventor 2013 yatu dengan cara memutar bracket yang terdapat pada poss base dan platform sebesar 1, 2, dan 3. Pada setap tahapan smulas dukur pergeseran ttk pusat putar (uncompensatable error) yang terjad. Selanjutnya dlakukan perbandngan terhadap hasl yang dperoleh untuk melhat faktor mana yang memberkan kontrbus terbesar terhadap pergeseran ttk pusat putar pada mekansme paralel. Dar hasl pengujan dperoleh bahwa kesalahan pemasangan ranta knematk sebesar 1, 2, dan 3 pada poss platform menyebabkan terjadnya uncompensatable error sebesar 1 mm, 2,1 mm, dan 3,2 mm secara berturut-turut. Kesalahan pemasangan ranta knematk pada base menyebabkan terjadnya uncompensatable error sebesar 1,5 mm, 3,1 mm dan 4,7 mm. Hal n menunjukkan bahwa kesalahan pemasangan ranta knematk pada poss base memlk kontrbus yang lebh besar terhadap terjadnya uncompensatable error mekansme paralel 3-dof rotas murn URU. Kata kunc: Robot paralel 3-dof rotas murn URU, error analyss, uncompensatable error Abstract In ths research was studed the effect of angle errors of mountng of knematc chans to base and platform on the 3-URU sphercal parallel mechansm. Such knematc errors caused translatonal moton of center of platform rotaton called uncompensatabe error. In ths study, the errors were evaluated based on smulaton result usng the comertal programs, Auto CAD Inventor o clarfy the effect of errors t was gven the angle error of mountng knematc chan to based and platform wth magntude 1, 2, and 3. he magntude uncompensatable error was measured by gvng the magntude of error separatelly to base and platform. Based the result, t was obtaned for the 1, 2, and 3 error on the moutng knematc chan to platform caused the uncompensatable error 1 mm, 2,1 mm, and 3,2 mm respectvelly. Usng the same magntude error for mountng angle of knematc chans to base caused the uncompensatable eror 1,5 mm, 3,1 mm and 4,7 mm. Based on the fact, that can be conluded that the mountng angle of knematc chan to the base s more senstve than to the platform. Keywords: 3-dof parallel mechansm of URU pure rotaton, error analyss, uncompensatable error eknka 68

2 1. Pendahuluan Mekansme paralel adalah suatu konfguras dmana batang output (platform) dan batang dam (base) dhubungkan oleh beberapa ranta knematk yang dsusun secara paralel. Peneltan tentang mekansme paralel telah dmula semenjak dtemukannya stewart platform yang merupakan struktur dengan enam derajat kebebasan (6-dof) [1]. Pada stewart platform terjad penggabungan workngspace poss dan orentas sehngga menyultkan dalam pengontrolan. Dalam perkembanganya bentuk mekansme 6-dof dsederhanakan menjad struktur dengan 2 hngga 5 derajat kebebasan atau yang lebh dkenal dengan mekansme lower dof. Hal n dkarenakan banyaknya aplkas yang membutuhkan struktur dengan derajat kebebasan kurang dar enam. Salah satunya adalah alat pengontrol orentas pahat dan benda kerja. Dalam aplkasnya sebaga mesn perkakas mekansme paralel dlaporkan memlk kekakuan lma kal lebh besar, keteltan tujuh kal lebh tngg serta kecepatan empat kal lebh tngg dbandngkan dengan mesn perkakas berkonfguras mekansme ser [2] sehngga sangat cocok untuk pembuatan produk dengan keteltan dan kepressan yang tngg. Untuk memperoleh mekansme yang memelk gerak ouput dengan tngkat keteltan dan kepressan yang tngg, maka kesalahan yang berasal dar proses manufaktur (pemesnan dan peraktan) pada prototpe harus dmnmalsr, hal n karena kesalahan dmens dan geometr akbat proses manufaktur dapat mengurang tngkat keteltan dan kepressan gerak ouput pada mekansme paralel. Salah satu bentuk kesalahan tersebut adalah kesalahan pemasangan ranta knemtk pada base dan platform robot. Pada peneltan n devaluas kesalahan pemasangan ranta knematk terhadap keteltan dan kepressan gerak output mekansme paralel 3-dof rotas murn URU. Hal n bertujuan untuk mengetahu seberapa besar penympangan gerak output akbat kesalahan pemasangan ranta knematk pada base dan platform robot. Pengujan dlakukan dengan cara menggunakan smulas Auto CAD nventor Pada pengujan n keteltan dan kepressan gerak output dwakl oleh pergeseran ttk pusat putar (uncompensatable error) yang terjad pada struktur mekansme paralel. 2. njauan Pustaka 2.1 Mekansme paralel 3-dof rotas murn Mekansme paralel 3-dof rotas murn URU merupakan struktur yang terdr dar batang dam (fx base) dan batang output (movng platform) yang dhubungkan oleh tga ranta knematk (knematc chan) [3] sepert yang dperlhatkan pada Gambar 1. Dalam aplkasnya mekansme n dapat dgunakan sebaga pengontrol orentas pahat dan benda kerja [4]. Gambar 1. Mekansme paralel 3-dof rotas murn. Secara umum ranta knematk mekansme paralel 3-dof murn dsusun oleh lma jon revolute (5R). kelma jon tersebut dsusun sedemkan rupa sehngga membentuk dua kelompok arah sumbu jon yatu kelompok sumbu sejajar dan kelompok sumbu yang berpotongan. Kelompok sumbu sejajar berfungs untuk mengatur arah gaya konstran gerak translas pada sumbu putar. Sedangkan sumbu berpotongan dgunakan untuk mendefnskan lokas ttk pusat putar platform. Selanjutnya bentuk ranta knematk 5R dsederhanakan menjad unversal-revolute-unversal (URU) sepert dperlhatkan pada Gambar 2. Hal n bertujuan untuk mengurang jumlah komponen mekank robot, menyederhanakan proses peraktan serta memudahkan proses pengontrolan gerak ranta knemtk. eknka 69

3 Gambar 2. Konfguras ranta knematk URU 2.2 Konstanta knematk mekansme paralel rotas murn Untuk memperoleh dsan mekansme paralel 3-dof rotas murn dperlukan optmas konstanta knematk agar dhaslkan workngspace dan kekakuan yang optmum. Sebuah mekansme paralel 3-dof rotas murn URU mempunya 6 konstanta knematk sepert yang dperlhatkan pada Gambar 3. Keenam konstanta knematk tersebut antara lan adalah (a) L 2, L 3 yatu panjang batang ranta knematk, (b) r B, r P secara berurutan adalah jar-jar base plate dan jar-jar platform robot, (c), merupakan sudut pemasangan ranta knematk terhadap base dan platform robot [5]. Nla konstanta knematk dperoleh berdasarkan analsa konds sngularty. 2.3 Konds sngularty mekansme Gambar 3. Konstanta knematk 3-URU Bentuk konds sngular yang dalam oleh robot paralel 3-dof rotas murn adalah actuaton sngularty dan constrant sngularty. Kedua konds sngular n nantnya djadkan acuan dalam menentukan nla konstanta knematk robot. Actuaton sngularty menyatakan dmana gerak platform tdak dapat dkontrol oleh penggerak, artnya platform tetap mengalam transformas ketka tdak ada nput sudut yang dberkan pada robot. Actuaton sngularty devaluas berdasarkan hubungan antara kecepatan nput, θ dan output, x sehngga memenuh persamaan berkut n. J a x θ (1) Constrant sngularty menyatakan bahwa gerak translas pada platform tdak dapat dbatas oleh ketga ranta kenamtk robot. Pada konds n susunan tga ranta knematk robot tdak mampu menahan gaya ekstenal yang dberkan pada robot. Constrant sngularty dpengaruh oleh hubungan antara gaya konstran, f dan gaya luar F sehngga memenuh persamaan berkut J f F (2) c eknka 70

4 Ja, J adalah matrks 3x3 yang akan devaluas determnannya untuk menentukan konds sngular. Untuk tu c dbuatkan suatu ndek yang mewakl dua konds sngular tersebut untuk memlh konstanta knematk yang dnyatakan dengan persamaan (3) EV J J a 3. Metodolog c 3.1 Kajan Konstanta dan Workngspace Mekansme Faktor yang harus dpertmbangkan dalam merancang ranta knematk struktur adalah kekakuan dan workngspace. Untuk mendapakan konds optmum, proses dsan harus dmula dengan merancangan konfguras ranta knematk yang melput pemlhan jens sambungan, jens jon aktf yang akan dgunakan dan lan-lan. Setelah tu dlakukan pemlhan konstanta knematk robot yang berhubungan dengan panjang batang, sudut nput, kecepatan dan percepatan serta orentas platform. Berkutnya drancang komponen mekank robot yatu semua dmens komponen mekank yang tdak berkatan dengan konstanta knematk sepert bentuk sambungan, bentuk batang, pemlhan jens materal dan lan-lan. 3.2 Analss screw dan recprocal screw robot paralel 3-DOF rotas murn Metode screw dgunakan untuk mendeteks konds sngular mekansme. Pada Gambar 4 dperlhatkan sstem screw dar ranta knematk URU. Arah screw untuk setap jon dnotaskan dengan w j dmana menunjukkan ranta knematk ke- dan j notas untuk jon ke-j (3) w5 θ5 C w4 θ4 θ3 L3 w3 r o β B Lc L2 L0 θ2 α z X 0 θ1 w2 A x Z 0 y Y 0 Sejajar dengan Y 0 w1 Gambar 4. Perpndahan sstem koordnat O x y z dan jon batang ke- Sstem screw n dnyatakan dalam dua sstem koordnat yatu lokal dan referens. Hubungan antara perpndahan pada sstem koordnat O x y z dengan koordnat referensnya dapat djabarkan sepert persamaan (4) [6] X 0 Y R R Z (4) dengan ψ menyatakan sudut pergeseran kemrngan unversal jon pada base dan platform dan θ j adalah sudut nput. Dar Gambar 7 dapat dtentukan persamaan screw untuk lma jon pada masng-masng batang terhadap sstem koordnat O x y z eknka 71

5 S S S a a S a a S a 0 a a (5) Mekansme paralel yang dsusun oleh 5 jon akan memlk 1 recprocal screw yang merupakan rsan dar recprocal screw masng-masng jon yang berjumlah 25. Dengan menggunakan formulas matematk maka ddapatkan recprocal screw jon tersebut yatu (1) S (6) R Proses peraktan mekansme paralel 3-dof rotas murn Agar memudahkan dalam proses assembly, komponen robot dsatukan dalam lma tahapan proses yatu peraktan base unt, ranta knematk, platform unt, dan dlanjutkan dengan penyatuan base unt dengan ranta knematk serta penggabungan platform unt dengan ranta knematk sepert yang dtamplkan pada Gambar 5. Cara n lebh efsen karena dengan lma tahapan proses assembly kemungknan terjadnya pemasangan komponen-komponen robot secara paksa dapat dhndar sehngga clearance pada masng-masng komponen dapat dmnmalsr. Pada proses assembly, salah satu penympangan yang harus dhndar adalah kesalahan pemasangan bracket pada base plate dan platform plate. Karena kesalahan tersebut secara langsung akan mengakbatkan bergesernya poss dan kesejajaran ranta knemtk, sehngga menyebabkan terjadnya gerak translas pada ttk pusat putar. Untuk menghndar kesalahan tersebut maka dapat dlakukan dengan cara membuat markng khusus pada permukaan base plate dan platform plate sebaga lokas pemasangan bracket.. Gambar 5. Skematk proses assembly 3.3 Pengujan kesalahan pemasangan ranta knemtk pada base dan platform mekansme paralel Pengujan kesalahan pemasangan ranta knemtk dlakukan dengan smulas CAD nventor Pada pengujan n kesalahan pemasangan ranta knematk dsmulaskan dengan memutar bracket yang terdapat pada base plate, platform plate secara berturut-turut sebesar 1, 2, dan 3 sepert dperlhatkan oleh Gambar 6. Selanjutnya dukur pergeseran ttk pusat putar (uncompensatable error) yang terjad akbat pemutaran poss bracket terhadap base dan platform untuk masng-masng sudut. eknka 72

6 (c) (b) (a) (b) (c) Gambar 6. (a) Smulas kesalahan pemasangan ranta knematk ( b) Pemutaran bracket terhadap base sebesar 3 (c) Pemutaran bracket terhadap platform sebesar 3 4. Hasl dan Pembahasan Dar pengujan yang telah dlakukan dperoleh hasl sepert yang dperlhatkan pada Gambar 7. Pada Gambar 7 (a) dperlhatkan bahwa pada saat bracket pada base dan platform dpasang sesua dengan bentuk desan, maka ke enam gars sumbu jon berpotongan bertemu pada satu ttk. Sedangkan pada Gambar 7 (b) dan (c) secara berurutan dperlhatkan bahwa gars sumbu jon berpotongan tdak bertemu pada satu ttk, hal n dsebabkan karena bracket yang terpasang pada base dan platform robot dputar sebesar 1, 2 hngga 3. Penympangan ttk pusat putar tersebut selanjutnya dsebut dengan uncompensatble error. (a) (b) (c) Gambar 7. (a) tk pusat putar mekansme paralel (b) Gerak traslas pada ttk pusat putar akbat pergeseran poss bracket pada base plate (c) Gerak traslas pada ttk pusat putar akbat pergeseran poss bracket pada platform plate Besarnya nla uncumpensatble error akbat pergeseran poss bracket pada base dan platform dperlhatkan oleh grafk yang terdapat pada Gambar 8. Pada grafk dapat dketahu bahwa kesalahan pemasangan bracket pada base memlk pengaruh yang lebh besar terhadap terjadnya uncumpensatble error pada mekansme paralel yatu berturut-turut sebesar 1,5 mm, 3,1 mm dan 4,7 mm. Sedangkan kesalahan pemasangan bracket pada platform menyebabkan terjadnya uncumpensatble error sebesar 1 mm, 2,1 mm dan 3,2 mm. Gabungan kesalahan pemasangan bracket pada base dan platform menyebabkan terjadnya uncumpensatble error sebesar 1.7 mm, 3,5 mm dan 5 mm pada mekansme paralel. eknka 73

7 5. Kesmpulan Gambar 8. Grafk uncompensatable error akbat kesalahan pemasangan ranta knematk Dar rangkaan peneltan yang telah dlakukan dapat dsmpulkan bahwa kesalahan pemasangan ranta knematk pada mekansme paralel dapat menyebabkan terjadnya gerak translas pada ttk pusat putar. Kesalahan pemasangan ranta knematk pada poss base memberkan pengaruh yang lebh besar terhadap uncompensatble error dbandngkan dengan kesalahan pada platform. Ucapan erma Kash Paper n dtuls berdasarkan sebagan hasl yang dperoleh dar Peneltan yang dbaya oleh dana BOPN Unverstas Andalas tahun 2014 melalu hbah Peneltan Fundamental dengan No. Kontrak 29.UN.16/PL/D-FD/2014. Nomenklatur L 2, L 3 Panjang batang ranta knematk r B Jar-jar base plate r P Jar-jar platform Sudut pemasangan ranta knematk terhadap base Sudut pemasangan ranta knematk terhadap platform β Sudut kemrngan antara platform dengan ranta knematk γ Sudut kemrngan antara base plate dengan ranta knematk R 1 -R 5 Jon revolut no 1-5 Derajat kebebasan bdang atau ruang tempat mekansme berada θ Sudut putar sumbu screw x x a θ J Matrks Jacob F Kecepatan nput pada actuaton sngularty Kecepatan output pada actuaton sngularty Matrks output mekansme paralel Matrks nput mekansme paralel Matrks gaya luar eknka 74

8 Daftar Pustaka [1] Vnogradov Oleg, 2000, Fundamentals of Knematcs and Dynamcs of Machnes and Mechansm, CRC Press LLC, N.W. Corporate Blvd., Boca Raton, Florda [2] Lews, G., 1996, Automaton echnology From magnaton to Realty: Catalog Gddng & Lews.L, Y.,et.al., 2010, Dynamc performance comparson and counterweght optmzaton of two 3-DOF parallel manpulators for a new hybrd machne tool Mechansm and Machne heory, Vol.45,No.11, pp [3] Syafr, Huda, 2014, Pengaruh varas sudut redundant terhadap pergeseran ttk pusat putar (uncompensatable error) mekansme paralel 3-dof rotas murn URU, Proceedng Semnar SNM XIII, UI Jakarta [4] Huda, S. dan Jufrzal, 2012, Dsan Alat Bantu Pengaturan Orentas Benda Kerja Pada Proses Pemesnan Berbass Mekansme Paralel, proceedng Semnar SNM XI & hermoflud IV, UGM Yogyakarta. [5] Huda, S. and akeda, Y., 2008, Knematc Desgn of 3-URU Pure Rotatonal Parallel Mechansm wth Consderaton of Uncompensatable Error, Journal of Advanced Mechancal Desgn, Systems, and Manufacturng Vol.2, No. 5, pp [6] Huda, S. and akeda, Y., 2007, Knematc Analyss and Synthess of a 3-URU Pure Rotatonal Parallel Mechansm wth Respect to Sngularty and Workspace, Journal of Advanced Mechancal Desgn, Systems, and Manufacturng Vol.1, No. 1, pp eknka 75