LENGAN ROBOT DENGAN PENGGERAK MOTOR STEPPER DAN MOTOR SERVO

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR LENGAN ROBOT DENGAN PENGGERAK MOTOR STEPPER DAN MOTOR SERVO Diajukan 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 : JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2017 i

2 FINAL PROJECT ROBOT ARM WITH ACTIVATOR STEPPER MOTOR AND SERVO MOTOR In 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 : DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2017 ii

3 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iii

4 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI iv

5 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 v

6 vi

7 vii

8 INTISARI Robot menjadi pilihan untuk membantu pekerjaan manusia mengatasi masalah kepresisian, keamanan, fleksibilitas dan pekerjaan yang berulang. Lengan robot menjadi salah satu jenis robot yang dapat membantu pekerjaan manusia. Penelitian lengan robot ini dibuat untuk memperagakan gerakan robot yang dikendalikan dari jarak jauh. Lengan robot ini menggunakan basis mikrokontroler arduino uno R3 sehingga menarik untuk dipelajari Lengan robot dalam penelitian ini terdiri dari joint dan link dengan 4 degree of freedom (4DOF). Actuator lengan robot adalah dengan motor stepper. Lengan robot mendapat input dari PC dengan software arduino IDE, untuk menggerakan lengan robot. Data yang dikirimkan dari PC ke arduino uno R# berupa program pulsa pulsa digital dengan komunikasi serial. Mikrokontroler mendapatkan data masukan dari kontroler joystick yang telah dipasangkan pada arduino uno R3 dan akan mengeluarkan pulsa pulsa digital untuk menggerakan motor stepper Hasil Penelitian yang telah dilakukan menggunakan lengan robot dengan uji coba untuk menggerakan menggunakan masukan joystick dan menggunakan program sederhana yang sudah ditentukan sebelumnya menghasilkan data keberhasilan percobaan. Tingkat keberhasilan lengan robot dengan penggerak motor stepper sudah sesuai dari perancangan maka dapat dikatakan percobaan ini berhasil. Yaitu dengan menggerakan lengan robot menggunakan modul joystick untuk menggambar bidang 2D Kata kunci : Lengan Robot Dengan Penggerak Motor Stepper Dan Motor Servo viii

9 ABSTRACT Robot become choice for helping people work to overcome the problem of accuracy, security, flexibility and repetitive job. A robot arm is one of type robot that can assist the job. Robot arm is study designed to demonstrate the robot's movements are controlled remotely. This robot arm using a microcontroller arduino uno R3 so interesting learn A robot arm in this RESEARCH consists of joint and link with 4 degree of freedom (4DOF). The actuator arm robot with a stepper motor. Robot arm gets input from a PC with software arduino IDE, to move the robot arm. The data transmitted from the PC to arduino uno R3 in the digital pulses pulse program with serial communication. Microcontroller obtain input data from joystick controller that has been attached to the arduino 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 joystick and use simple program, the success rate from robot arm with motor stepper is same with the design. It can said the experiment is successful by moving the robot arm using a joystick to draw 2D shape Keyword : Robot Arm With Activator Stepper Motor And Servo Motor ix

10 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. x

11 xi

12 DAFTAR ISI Halaman Sampul(Bahasa Indonesia)... Halaman Sampul(Bahasa Inggris)... Lembar Persetujuan... Lembar Pengesahan... Halaman Persembahan... Lembar Pernyataan Keaslian Karya... Lembar Pernyataan Persetujuan Publikasi Karya Ilmiah... Intisari... Abstract... Kata Pengantar... Daftar Isi... Daftar Gambar... Daftar Tabel... Daftar Persamaan... i ii iii iv v vi vii viii ix x xii xiv xvi xvii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan dan Manfaat Batasan Masalah Metodologi Penelitian... 4 BAB II DASAR TEORI 2.1 Mikrokontorler Arduino Uno R Software Arduino Motor Servo Motor stepper Torsi Driver Motor Stepper Kinematika BAB III RANCANGAN PENELITIAN 3.1 Perancangan Perangkat Keras Perancangan Mekanik Robot xii

13 permodelan mekanik Permodelan inverse Kinematik Perancangan elektrik sistem pengendali Perancangan homing sensor Perancangan perangkat lunak sederhana Perancangan pengendali motor servo dan stepper dengan arduino 46 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 hasil pengujian penggerak pembahasan pada program arduino hasil perancangan Bentuk mekanik sistem lengan robot Komponen elektrik sistem lengan robot Pengujian Gerak mekanik lengan robot Pengujian Repeatability hasil pengujian gambar bidang dua dimensi Analisa Hasil Gambar Kotak Analisa Hasil Gambar Segitiga Analisa Hasil Gambar Lingkaran Analisa Hasil Gambar Tanda Tambah hasil pengujian nilai step pada motor stepper hasil pengujian area kerja pengujian menggunakan program tanpa joystick BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiii

14 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 Gambar 2.5 Penampang Melintang dari Motor Stepper Variable Reluctance Gambar 2.6 Motor stepper tipe permanent magnet Gambar 2.7 Penampang Melintang Dari Motor Stepper Tipe Hybrid Gambar 2.8 Motor Stepper Dengan Lilitan Unipolar Gambar 2.9 Motor Stepper Dengan Lilitan Bipolar Gambar 2.10 Gambar Motor Stepper Nema Gambar 2.11 Modul Driver Motor Stepper Gambar 2.12 Gambar Sudut Joint Gambar 2.13 Konfigurasi Lengan Robot Satu Sendi Gambar 2.14 Konfigurasi Lengan Robot Dua Sendi Gambar 3.1 Gambar Diagram Blok Perancangan Perangkat Keras Gambar 3.2 Blok Diagram Perangkat Keras Gambar 3.3 Tampilan Desain 3D Lengan Robot Gambar 3.4 Tampilan Posisi Motor Stepper Pada Lengan Robot Gambar 3.5 Tampilan Posisi Motor Servo Pada Desain Lengan Robot Gambar 3.6 Tampilan Posisi End Effector Berupa Pointer Dengan Spidol Gambar 3.7 Tampilan Sumbu Axis X,Y,Z Gambar 3.8 Panjang Dan Lebar Meja Kerja Gambar 3.9 Ilustrasi Jangkauan Gerak Link Dan Batasan Maksimum Gambar 3.10 Rencana Yang DIgunakan Sebagai Test Dari Lengan Robot Gambar 3.11 Lengan Robot Tampak Atas Gambar 3.12 Penyederhanaan Gambar Lengan Robot Dengan Analisa Geometri Untuk Mencari Gambar 3.13 Lengan Robot Tampak Samping Gambar 3.14 Penyederhanaan Gambar Lengan Robot Tampak Samping xiv

15 Gambar 3.15 Analisa Geometri Lengan Robot Untuk Mencari 2 dan Gambar 3.16 Analisa Geometri Lengan Robot untuk mencari Gambar 3.17 Titik Referensi Yang Digunakan Untuk Menguji Lengan Robot Gambar 3.18 Gambar Rangkaian Elektrik Sistem Pengendali Gambar 3.19 Gambar sensor homing pada shoulder Gambar 3.20 Gambar Sensor Homing Pada Elbow Gambar 3.21 Diagram alir Sistem Perangkat Lunak Sederhana Gambar 3.22 Diagram Alir Sistem Pada Arduino IDE Gambar 3.23 Gambar Konfigurasi Kontroler Gambar 4.1 Gambar Tampilan Perangkat Lunak Arduino IDE Gambar 4.2 Contoh Program Full Step Gambar 4.3 Konfigurasi Untuk 1/32 step Gambar 4.4 konfigurasi kontroler pada arduino Gambar 4.5 konfigurasi dari MS1 MS2 dan MS3 pada pin arduino Gambar 4.6 konfigurasi pin direction, step dan sleep ketiga driver Gambar 4.7 program utama penggerak motor stepper Gambar 4.8 Bentuk Mekanik Lengan Robot Gambar 4.9 Bentuk Mekanik Lengan (link) Gambar 4.10 Posisi motor stepper sebagai penggerak lengan robot Gambar 4.11 posisi motor stepper penggerak Base Gambar 4.12 Gambar rangkaian elektrik Gambar 4.13 Cara Pengukuran Sudut joint Menggunakan Busur Derajat Gambar 4.14 Hasil Pengujian Repeatability Gambar 4.15 Gambar Kotak dari Gerakan Lengan Robot Gambar 4.16 Hasil Gambar Segitiga Gambar 4.17 Hasil Gambar Lingkaran Gambar 4.18 Hasil Gambar Tanda Tambah Gambar 4.19 Gambar Area Kerja Pada Kertas A Gambar 4.20 Hasil Pengujian Menggunakan Program Pada Sumbu Y Gambar 4.21 Hasil Pengujian Menggunakan Program Pada Sumbu X xv

16 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Keterangan Lengan Penghubung (link) Tabel 3.2 Tabel Batasan Gerakan Lengan Robot Berdasarkan Putaran Motor Stepper Dan Desain Lengan Tabel 4.1 Konfigurasi Masukan sinyal MS1 MS2 dan MS Tabel 4.2 Spesifikasi link Lengan Robot Tabel 4.3 Hasil Pengujian Area Kerja Dari Setiap Lengan Tabel 4.4 Hasil Pada Pengujian Repeatabilitas Tabel 4.5 Hasil Pengujian Nilai Step Sudut X Tabel 4.6 Hasil Pengujian Nilai Step Sudut X Tabel 4.7 Nilai X dan Y Pada Masing Masing Area Kerja xvi

17 DAFTAR PERSAMAAN Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan Persamaan xvii

18 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Bersamaan 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 1

19 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

20 Tujuan dan Manfaat Tujuan 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 Batasan Masalah Pembatasan 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)

21 Metodologi Penelitian Berdasarkan 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

22 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

23 BAB II DASAR TEORI 2.1. Mikrokontroler Mikrokontroler 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] 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] 6

24 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 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.

25 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

26 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

27 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

28 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):

29 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

30 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 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.

31 14 Gambar 2.8. Motor Stepper Dengan Lilitan Unipolar Untuk motor stepper dengan lilitan bipolar, diperlukan sinyal pulsa yang berubahubah 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.

32 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 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.

33 Torsi Perhitungan Torsi bergantung pada panjangnya Link dari lengan robot dan berat bebannya.torsi didefinisikan sebagai mengubah atau memutar kekuatan dan dihitung menggunakan rumus : Torsi( ) Gaya( F) Panjang lengan (L) F L (2-1) Dimana F merupakan gaya berat ( W ) Sehingga. F mxa W m g m g L (2-2) (2-3) (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 Modul Driver Motor Stepper

34 17 Gy-4988 A4988 Stepper Motor Driver Module seperti yang ditunjukan gambar 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, 1 st 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.

35 18 Gambar Sudut Joint Untuk mencari өi bisa menggunakan ilmu geometri seperti dibawah ini Pz sin i (2-5) Px Py Pz 2 2 Px Py cos i (2-6) Px Py Pz sin i i tan 1 ( ) (2-7) cos i 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

36 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 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] y tan 1 ( ) (2-8) x Kinematik Lengan Robot Dua Sendi.

37 20 Gambar Konfigurasi Lengan Robot Dua Sendi Inverse kinematic lengan robot dua sendi pada gambar dapat dijabarkan menggunakan hukum identitas trigonometri secara forward kinematic [1] x l y l cos 1 l2 cos( 1 2) 1 sin 1 l2 sin( 1 2) 1 (2-9) (2-10) Identitas trigonometri cos( a b) cos( a)cos( b) sin( a)sin( b) sin( a b) sin( a)cos( b) sin( b)cos( a) (2-11) (2-12) Persamaan (1) dan persamaan (2) dapat ditulis kembali x l1 cos( 1) l2 cos( 1)cos( 2) l2 sin( 1)sin( 2) y l1 sin( 1) l2 sin( 1)cos( 2) l2 cos( 1)sin( 2) (2-13) (2-14)

38 21 Dari persamaan diatas dapat dicari 2 dengan mengeluarkan cos 2 dari kedua persamaan dengan operasi pangkat dua pada keduanya sehingga didapat [1] cos 2 x 2 2 y (2-15) Sehingga cos 2 1 x ( 2 2 y ) (2-16) Lalu sudut 1 didapat dari, tan l 2 l2 sin 2 cos l 2 2 dan y tan (2-17) x Sedangkan 1 a (2-18) Dengan menggunakan identitas trigonometri tan( a) tan( b) tan( a b) 1 tan( a) tan( b) (2-19) Didapatkan y( l tan 1 ( x( l 1 1 l2 cos 2) x. l2 l cos ) y. l sin 2 ) sin 2 (2-20) Sehingga 1 dapat dihitung

39 22 y( l 1 tan( x( l 1 1 l2 cos 2) x. l2 l cos ) y. l sin 2 ) sin 2 (2-21) Dengan penjabaran trigonometri maka persamaan dan merupakan persamaan dari inverse kinematics lengan robot dua sendi ( ) (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 Pinion Gear Spur Gear Gear Ratio (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

40 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 Keras Secara 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 23

41 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

42 Perancangan Mekanik Robot Secara 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

43 26 di komunikasikan lagi ke pengendali dari motor stepper yaitu driver motor GY 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 Permodelan Mekanik Pada 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)

44 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

45 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

46 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

47 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

48 31 menggerakan bagian pitch berdasarkan persamaan (2-3) dan (2-4) : m 18 gram 0,018 Kg L 8 cm W m g 0,018 Kg 10 m / s 0,18 N 0,0184 Kg W L 0,0184 Kg 8 cm 0,1472 Kg.cm 2 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) m 93 gram 0,093 Kg L 33 cm W m g 0,093 Kg 10 m / s 0,93 N 0,0948 Kg W L 0,0948 Kg 33 cm 3,128 Kg.cm 2 Karena pada bagian elbow menggunakan gir reduksi maka perhitungan ratio gear dapat dihitung menggunakan rumus dari persamaan (2-23) Gear pinion 59 Gear spur 118 Ratio Gear Ratio Gear 1: 2 Gear pinion Gear spur Karena ratio gear 1:2, 1 adalah bagian elbow dan 2 adalah bagian motor stepper maka perhitungan torsi menjadi : 3,128 1,564kg.cm 2 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-

49 32 3) dan (2-4) sebagai berikut : m 228 gram 0,228 Kg L 43 cm W m g 0,228Kg 10 m / s 2,28 N 0,228Kg W L 0,228 Kg 43 cm 9,804 Kg.cm 2 Karena pada bagian shoulder menggunakan gir reduksi maka perhitungan ratio gear dapat dihitung menggunakan rumus dari persamaan (2-23) Gear pinion 59 Gear spur 177 Ratio Gear Ratio Gear 1: 3 Gear pinion Gear spur Karena ratio gear 1:3, 1 adalah bagian shoulder dan 3 adalah bagian motor stepper maka perhitungan torsi menjadi : 9,8 3,2kg.cm 3 Beban maksimal yang bisa diangkat adalah tanpa beban 0,228Kg 0,010Kg 0,218Kg X Berat beban (0,218Kg X ).43cm 4,4Kg 3 X 0,088Kg

50 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

51 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

52 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 Shoulder Elbow Pitch Pointer 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 Gambar Rencana Gambar Yang Digunakan Sebagai Test Dari Lengan Robot Berdasar Gambar 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 Menunjukan posisi lengan robot ketikadari atas berdasar sumbu X dan Y.

53 36 Gambar Lengan Robot Tampak Atas Gambar Penyederhanaan Gambar Lengan Robot Dengan Analisa Geometri Untuk Mencari 1 Berdasarkan Gambar Diketahui bahwa lengan robot memiliki spesifikasi yang digunakan untuk analisa inverse kinematics dengan metode pendekatan geometris sebagai berikut

54 37 OA l shoulder 1 AB l 2 BC l 3 elbow pitch sampai ujung alat tulis Pada pembahasan perancangan menurut Gambar Panjang dari lengan l 1 l2 dan l 3 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) Px OD 20cm Py CD 10cm Dengan aturan segitiga siku - siku menggunakan trigonometri seperti pada persamaan (2-8) sebagai berikut 1 Py 1 tan ( ) Px tan ( ) 20 26,565 1 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

55 38 Gambar Lengan Robot Tampak Samping (X,Z) Pada Gambar 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 Shoulder 20cm elbow 25cm pitch pointer 8cm Gambar 3.14 Penyederhanaan Lengan Robot Tampak Samping Pada Sumbu X,Y,Z Untuk Analisis Geometri Berdasarkan Pada Gambar Dan analisa geometri lengan robot seperti pada

56 39 Gambar Diketahui bahwa OA shoulder l 20cm AB elbow l 25cm BC pitch spidol l cm P(XY,Z) = posisi end effector pada sumbu (X,Y,Z) saat ujung spidol menempel pada papan gambar Gambar Analisa Geometri Lengan Robot Untuk Mencari 2 dan 3 Perancangan lengan robot pada Gambar Berdasarkan end effector di koordinat P X Y, Z ) yaitu P(20,5). Untuk mencari sudut,, ) diperlukan analisis inverse ( t t t ( 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 ( l 2 ) 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: P( xy, z) P(15,5) koordinat end effector pada l2 OD 15cm BD 5cm Persamaan (2-16) digunakan mencari besaran sudut 3, sedangkan persamaan (2-21)

57 40 digunakan untuk mencari besarnya sudut 2. Jika persamaan (2-16) digunakan untuk mencari besarya sudut 3 maka hasilnya : cos 3 cos 3 cos 3 xy ( 140, ( ) ( 0,775) 2 2 z l 2l l l 2 2 ) Jadi besarnya sudut 3 yang terletak pada joint antara shoulder dan elbow adalah sebesar140,80. Sehingga motor stepper akan berputar keposisi sudut 3 Berikutnya mencari besarnya sudut 2 berdasarkan persamaan (2-21) tan 2 tan 2 tan z( l1 l2 cos 3) xy. l ( xy( l l cos ) z. l 5(20 25 cos140,80 ) 15.25sin140,80 ( 15(20 25 cos140,80 ) 5.25sin140,80 ( 2,645) sin 3 ) sin 3 ) 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:

58 41 Gambar Analisa Geometri Lengan Robot untuk mencari 4 Berdasarkan Gambar 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 ( l1, l2, l3) yang terdapat pada titik ABC. Sudut yang terbentuk yaitu sudut 2, sudut a dan sudut. Pada Gambar Sudut terbesar pada ujung lengan 2 ( l 2 ) yang terletak pada titik B Pada analisis sebelumnya menurut Gambar Posisi titik P sudah ditetapkan yang berada di titik B yaitu pada koordinat (15,5) sehingga besar sudut dapat dicari dengan persamaan (2-8) tan 1 ( z xy ) 1 5 tan ( ) 15 18,434 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 2, 3, 4 sehingga diperoleh besarnya sudut berdasarkan pada Gambar Dengan persamaan (2-22) sebagai berikut Sehingga dapat ditentukan besar sudut 4

59 42 ( ) 4 18,434 ( 69, ,80 ) 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 Posisi Titik Referensi Yang Digunakan Untuk Menguji Lengan Robot Pada Gambar 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

60 43 jarak pada bagian kiri adalah 2,5cm pada bagian kanan 2,5cm kemudian pada bagian atas dan bawah adalah 2,5cm Perancangan Elektrik Sistem Pengendali Perancangan 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 Gambar Rangkaian Elektrik Sistem Pengendali Keterangan Gambar Joystick 2. Arduino UNO R3 3. Gy-4988 A4988 Stepper Motor Driver Module 4. Motor stepper 5. Motor servo

61 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 Gambar sensor homing pada shoulder. Keterangan dari gambar Trigger sensor 1 2. Trigger sensor 2 3. Sensor homing 4. Sensor warning

62 45 Gambar Gambar Sensor Homing Pada Elbow Keterangan dari gambar 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 Sederhana Diagram Alir dari sistem perangkat lunak sederhana dapat dilihat pada Gambar 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.

63 46 Gambar Diagram alir Sistem Perangkat Lunak Sederhana Software pengendali motor servo dan stepper dengan arduino IDE Gambar Diagram Alir Sistem Pada Arduino IDE

64 47 Gambar 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 Gambar Konfigurasi Kontroler Pada gambar 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.

65 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 PENGGERAK Pada 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. 48

66 Pembahasan Pada Program Perangkat Lunak Arduino IDE Pada 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

67 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

68 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

69 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,

70 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 Untuk

71 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 KERAS Pada 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

72 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.

73 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

74 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 )

75 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

76 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 DRV 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

77 60 ditentukan oleh modul joystick yang di hubungkan ke arduino Pengujian Gerak Mekanik Lengan Robot Pengujian 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

78 61 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Area Kerja Dari Setiap Lengan joint Sudut Minimum maksimum Area Keterangan perancanga n Kerja Base Kabel terlalu pendek sehingga mempengaruhi area kerja Shoulder Sudah sesuai dengan perancangan Elbow Area kerja dipengaruhi adanya pambatas pada lengan Shoulder Pitch 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

79 Pengujian Repeatability Pada 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

80 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 Dimensi Pada 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 Analisa Hasil Gambar Kotak Hasil 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

81 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 Analisa Hasil Gambar Segitiga Hasil gambar sigitiga yang dilakukan dengan sistem lengan robot ini sudah sesuai perancangan namun masih jauh dari kata sempurna. Pembuatan gambar bidang segitiga

82 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

83 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 Analisa Hasil Gambar Lingkaran Hasil 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,

84 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 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

85 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 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 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.

86 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 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 Kertas A

87 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 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

88 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 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.

89 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan Setelah melakukan perancangan, pembuatan dan pengujian dari lengan robot dengan penggerak motor stepper dan motor servo maka 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. Saran Berdasarkan 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 72

90 73 DAFTAR PUSTAKA [1]. Pitowarno, Endra, 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, diakses pada tanggal 13 April 2016 [5]. ---,---, Arduino Uno diakses pada tanggal 13 April 2016 [6]. Kadir, Abdul, 2013, Panduan Praktis Mempelajari Aplikasi Mikrokontroler Dan Pemrogramannya Menggunakan Arduino, Andi offset, Yogyakarta [7]. ---,---, Software Arduino (Arduino IDE), arduinoboard/, diakses pada tanggal 13 April 2016 [8]. ---,---, Motor Servo diakses pada tanggal 20 Mei 2016 [9]. ---,---, 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

91 74 [11]. ---,---,Gy-4988 A4988 Stepper Motor Driver Module diakses pada tanggal 25 Juni 2016 [12]. Fu,K.S.,R.C. Gonzales, C.S.G.Lee, 1987, Robotics: Control, Sensing, Vision, and Intelligence 1 st 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

92 75 LAMPIRAN

93 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 MS2 4 // Pin 4 dikoneksikan ke MS2 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(ms2, 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 // */

94 77 digitalwrite(ms1, LOW); digitalwrite(ms2, LOW); // konfigurasi ke Full Steps // 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) digitalwrite(step_pin, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin, LOW); delay(1); steps++; } if (steps > 512) { digitalwrite(dir_pin, HIGH); digitalwrite(step_pin, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin, LOW); delay(1);

95 78 } } steps--; while (analogread(x_pin) > 401 && analogread(x_pin) <= 600) { if (steps < 1025) { digitalwrite(dir_pin, LOW); digitalwrite(step_pin, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin, LOW); delay(1); steps++; } if (steps > 1025) { digitalwrite(dir_pin, HIGH); digitalwrite(step_pin, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin, LOW); delay(1); steps--; } } while (analogread(x_pin) > 601 && analogread(x_pin) <= 900) { if (steps < 1535) { digitalwrite(dir_pin, LOW); digitalwrite(step_pin, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin, LOW); delay(1); steps++; } if (steps > 1535) {

96 79 digitalwrite(dir_pin, HIGH); digitalwrite(step_pin, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin, LOW); delay(1); steps--; } } } while (analogread(x_pin) > 900 && analogread(x_pin) <= 1024) { if (steps < 2050) { digitalwrite(dir_pin, LOW); digitalwrite(step_pin, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin, LOW); 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

97 80 #define step_pin2 8 // Pin 8 dikoneksikan ke pin step pada driver 2 #define dir_pin2 9 // Pin 9 dikoneksikan ke Direction pin 2 #define SLEEP2 10 // Pin 10 dikoneksikan ke SLEEP pin 2 #define step_pin3 11 // Pin 11 dikoneksikan ke pin step pada driver 3 #define dir_pin3 12 // Pin 12 dikoneksikan ke Direction pin 3 #define SLEEP3 13 // Pin 13 dikoneksikan ke SLEEP pin 3 #define MS1 5 #define MS2 4 #define MS3 6 #define X_pin A0 #define Y_pin A1 #define Z_pin A2 // Pin 5 dikoneksikan ke MS1 pin // Pin 4 dikoneksikan ke MS2 pin // Pin 6 dikoneksikan ke MS3 pin // Pin A0 dikoneksikan ke joystick x axis // Pin A1 dikoneksikan ke joystick y axis // 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() {

98 81 pinmode(ms1, OUTPUT); pinmode(ms2, OUTPUT); pinmode(ms3, OUTPUT); pinmode(dir_pin1, OUTPUT); pinmode(step_pin1, OUTPUT); pinmode(dir_pin2, OUTPUT); pinmode(step_pin2, OUTPUT); pinmode(dir_pin3, OUTPUT); pinmode(step_pin3, OUTPUT); delay(5); // Delay menunggu driver aktiv /* Konfigurasi step pada driver: // 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); digitalwrite(ms2, HIGH); digitalwrite(ms3, HIGH); // konfigurasi 1/32 step // konfigurasi 1/32 step // konfigurasi 1/32 step

99 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); digitalwrite(step_pin1, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin1, LOW); delay(1); StepCounter_X = StepCounter_X -1; if (StepCounter_X == DISTANCE_X) { StepCounter_X = 0; Stepping_X = false;

100 83 //DRIVER Y if (analogread(x_pin) < 400 && Stepping_X == false) { digitalwrite(dir_pin2, LOW); digitalwrite(step_pin2, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin2, LOW); delay(1); StepCounter_X = StepCounter_X +1; } if (analogread(x_pin) > 600 && Stepping_X == false) { digitalwrite(dir_pin2, HIGH); digitalwrite(step_pin2, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin2, LOW); delay(1); StepCounter_X = StepCounter_X -1; if (StepCounter_X == DISTANCE_X) { StepCounter_X = 0; Stepping_X = false;

101 84 //DRIVER Z if (analogread(x_pin) < 400 && Stepping_X == false) { digitalwrite(dir_pin3, LOW); digitalwrite(step_pin3, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin3, LOW); delay(1); StepCounter_X = StepCounter_X +1; } if (analogread(x_pin) > 600 && Stepping_X == false) { digitalwrite(dir_pin3, HIGH); digitalwrite(step_pin3, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin3, LOW); delay(1); StepCounter_X = StepCounter_X -1; if (StepCounter_X == DISTANCE_X) { StepCounter_X = 0; Stepping_X = false; }}}}}}}

102 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 step_pin2 7 // Pin 3 dikoneksikan ke pin step pada driver #define dir_pin2 8 // Pin 2 dikoneksikan ke Direction pin #define step_pin3 10 // Pin 3 dikoneksikan ke pin step pada driver #define dir_pin3 11 // Pin 2 dikoneksikan ke Direction pin #define MS1 5 #define MS2 4 #define MS3 6 //#define SLEEP 7 #define X_pin A0 #define Y_pin A1 #define Z_pin A2 // Pin 5 dikoneksikan ke MS1 pin // Pin 4 dikoneksikan ke MS2 pin // Pin 6 dikoneksikan ke MS3 pin // Pin 7 dikoneksikan ke SLEEP pin // Pin A0 dikoneksikan ke joystick x axis // Pin A0 dikoneksikan ke joystick axis // 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;

103 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); pinmode(ms1, OUTPUT); pinmode(ms2, OUTPUT); pinmode(ms3, OUTPUT); pinmode(dir_pin1, OUTPUT); pinmode(step_pin1, OUTPUT); pinmode(dir_pin2, OUTPUT); pinmode(step_pin2, OUTPUT); pinmode(dir_pin3, OUTPUT); pinmode(step_pin3, OUTPUT);

104 87 //pinmode(sleep, OUTPUT); //digitalwrite(sleep, HIGH); // Driver aktiv delay(5); // Delay menunggu driver aktiv /* Konfigurasi step pada driver: // 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); digitalwrite(ms2, LOW); // konfigurasi 1/32 step // konfigurasi 1/32 step digitalwrite(ms3, LOW); // konfigurasi 1/32 step } void loop() { buttonstate1 = digitalread(pin1); if(buttonstate1 == HIGH){ while(vara <100){

105 88 digitalwrite(dir_pin1, LOW); digitalwrite(step_pin1, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin1, LOW); delay(1); vara++; } while(varb <100){ { digitalwrite(dir_pin1, HIGH); digitalwrite(step_pin1, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin1, LOW); delay(1); varb++; } vara=0; varb=0; { buttonstate2 = digitalread(pin2); if(buttonstate2 == HIGH){ while(varc <100){ digitalwrite(dir_pin2, HIGH); digitalwrite(step_pin2, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin2, LOW);

106 89 delay(1); varc++; } while(vard <100){ digitalwrite(dir_pin2, LOW); digitalwrite(step_pin2, HIGH); delay(1); digitalwrite(step_pin2, LOW); delay(1); vard++; } varc=0; vard=0; } } } } } L.4.Datasheet Motor Stepper Nema17

107 90 L.5.Datasheet DRV8825

108 91