BAB III PERENCANAAN DAN PERANCANGAN

Transkripsi

1 BAB III PERENCANAAN DAN PERANCANGAN 3.1 Umum Sebuah robot adalah kesatuan perangkat yang tersusun dari mekanik yang di dalamnya tertanam serangkaian elektrik dengan fungsi dan kerja yang dapat ditentukan melalui pemrograman pada mikrokontroller dengan bahasa tertentu yang kemudian ditanam kedalam mikrokontroller dengan cara tertentu. Gambar 3.1 Robot Amphibi 25

2 Perancangan Mekanik Untuk mendapatkan hasil perancangan mekanik diperlukan beberapa tahap. Adapun tahap-tahap tersebut adalah sebagai berikut. 1. Pemilihan Bahan Agar robot dapat mengapung diatas air maka pemilihan bahan mekanik menjadi hal terpenting dalam pembuatan robot amphibi ini. Hal ini karena tidak semua bahan dapat mengapung diatas air, terlebih dengan adanya beban diatasnya. Sehingga berdasarkan faktor tersebut penulis menentukan bahan styrofome atau gabus untuk menjadi bahan inti dalam perancangan robot amphibi. Selain keunggulan tersebut styrofome atau gabus juga memiliki kekurangan yang mana jenis bahan ini mudah sekali patah sehingga pada perancangan diperlukan juga bahan lain seperti akrilik sebagai tulang penopang agar styrofome atau gabus tidak mudah patah. 2. Desain Mekanik Pada tahap ini styrofome dibentuk seperti dengan tulang penopang dari akrilik. Sehingga untuk menentukan bentuk dari styrofome terlebih dahulu ditentukan bentuk tulang penopang. Menentukan bentuk tulang penopang disesuaikan dengan kemungkinan terbesar dapatnya bahan mengapung diatas air. Pada proses ini dapat dibantu dengan menggunakan perangkat lunak yang dapat memvisualkan gambar dengan ukuran yang presisi sesuai dengan kenyataan yang diinginkan seperti AutoCad dan CorelDraw. Adapun bentuk dari mekanik dari tulang penopang setelah dilakukan perancangan pada perangkat lunak AutoCad dan CorelDraw adalah sebagai berikut :

3 27 Gambar 3.2 Bentuk Tulang Penopang Robot Amphibi Berdasarkan pada gambar diatas kemudian tulang dicetak dalam bentuk akrilik dengan menggunakan mesin laser khusus. Selanjutnya dengan menambahkan bahan utama styrofome didapatlah desain mekanik awal seperti gambar berikut: Gambar 3.3 Desain Styrofome Setelah perancangan pada tulang penopang akrilik dan dengan di tambahkan bahan inti styrofome selesai maka mekanik dapat dikembangkan lebih lanjut. Yaitu bentuk mekanik yang terdiri dari roda dan kipas yang akan menjadi actuator atau penggerak dari robot nantinya.

4 Mekanik kasar inilah yang kemudian akan ditempati dengan rangkaian dan bahan-bahan elektrik penyusun robot. 28 Gambar 3.4 Mekanik Kasar Robot Amphibi 3. Menentukan Titik Beban Sebelum mekanik kasar ditempati dengan beberapa perangkat elektrik dan desain seni lainnya, mekanik kasar akan di uji diatas air maupun di daratan. Pengujian diatas air juga akan diberikan beban dengan beban yang kemungkinan setara dengan jumlah beban keseluruhan robot. Hal ini dilakukan bertujuan untuk menentukan titik beban pada robot dengan keseimbangan yang tepat yang diperbolehkan. Serangkaian tahap-tahap pengujian titik beban dilakukan sebagai berikut : Mekanik kasar diletakan diatas air Pemberian beban dengan beban bertahap Penentuan beban terakhir sebagai patokan beban maksimum Dengan tahap inilah didapat toleransi beban yang diperbolehkan sehingga penambahan mekanik berikutnya harus dibawahnya dengan beban. Sesuai dengan penentuan ini didapat titik beban berada bagian terhitung dari bagian depan robot.

5 29 4. Mekanik Keseluruhan Berdasarkan penentuan titik beban dan beban maksimum keseluruhan yang diperbolehkan. Sehingga didapatkan bentuk mekanik seperti gambar berikut. Gambar 3.5 Mekanik Robot Keseluruhan Terlihat pada gambar bahwa penempatan komponen dengan beban yang berat diletakkan pada bagian depan robot dikarenakan untuk memberikan penempatan beban yang seimbang menyeluruh baik dari bagian depan maupun bagian belakang robot hal ini dikarenakan setelah menguji mekanik kasar beban cenderung mengarah ke belakang dan tidak seimbang. 3.3 Perancangan Elektrik Perancangan elektrik dimulai dengan perancangan-perancangan manual seperti dengan perancangan regulator 5 V, perancangan push on dan perancangan skematik rangkaian dari arduino dengan perangkat lainnya sebelum perancangan

6 30 secara keseluruhan. Hal ini bertujuan untuk memudahkan logika pemrograman pada mikrokontroller arduino nantinya. Perancangan-perancangan manual pada pembuatan rangkaian dengan menggunakan bantuan perangkat lunak ISIS proteus sebagai langkah awal atau simulasi sebelum dilakukan rancangan diatas PCB (Printed Circuit Board) dan pengujian dalam bentuk rangkaian. Perancangan manual tersebut adalah sebagai berikut : 1. Perancangan Regulator 5V Pada perancangan ini dimulai dari penentuan beberapa komponen yang digunakan seperti : Terminal block sebagai konektor penghubung, resistor sebagai pelindung indikator, kapasitor sebagai penahan tegangan sementara, IC7805 sebagai pemotong tegangan agar menjadi 5V, LED (Light Emitting Diode) sebagai indikator dan pin jumper sebagai tulang penghubung. Gambar 3.6 Simulasi Regulator 5V pada ISIS-Proteus Setelah simulasi berikutnya adalah tahap pembuatan jalur rangkaian sebelum dicetak di atas lembaran PCB (Printed Circuit Board).

7 31 Gambar 3.7 Regulator 5V pada perangkat lunak ARES Kemudian dari jalur rangkaian tersebut di cetak pada lembar transparan dengan tujuan sebagai tahap perantara untuk mencetak jalur pada papan PCB (Printed Circuit Board). Gambar 3.8 Rangkaian Regulator 5V pada Lembar Transparan Sehingga menggosoknya dengan setrika di atas papan PCB(Printed Circuit Board) dengan sendirinya akan memindahkan jalur ke papan PCB(Printed Circuit Board). Terakhir setelah jalur menempel pada papan PCB (Printed Circuit Board), papan PCB(Printed Circuit Board) tersebut di aduk pada larutan Ferrit Chlorida(FeCl) dengan tujuan untuk menghilangkan bagian tembaga yang tidak diperlukan dan menyisakan tembaga yang merupakan jalur dari rangkaian. Pada tahap inilah akan didapatkan sebuah rangkaian yang siap untuk di bor sebelum penempatan komponen-komponen yang diperlukan seperti,

8 kapasitor, IC(Integrated Circuit) 7805, resistor, indikator berupa LED(Light Emitting Diode) dan beberapa terminal block dipasang. 32 Gambar 3.9 Regulator 5V 2. Rangkaian Push On Pada perancangan jenis perangkat input ini memanfaatkan kerja resistor yang dapat membagi tegangan secara langsung. Dengan arti lain saat perangkat ini terhubung dengan tegangan 5V dan keadaan push on dibiarkan terbuka maka arus seluruhnya mengalir pada pin keluaran dari perangkat dengan melewati resistor sebelumnya dan berlaku sebaliknya apabila push on ditekan dari keadaan awal tersebut dengan cepat keluaran akan terhubung dengan ground 0V. Sehingga dengan memanfaatkan hal inilah push on dapat memberikan masukan berupa logika high dan low pada mikrokontroller. Adapun perancangan pada perangkat ini diawali dengan simulasi pada software ISIS proteus dengan rangkaian pada gambar 3.10 berikut.

9 33 Gambar 3.10 Perancangan Push On Dengan melakukan simulasi terlebih dahulu dapat mempermudah penggunaan perangkat masukan jenis digital ini. Dan berdasarkan gambar 3.10 dan hasil dari simulasi maka perancangan perangkat langsung diterapkan pada komponen aslinya yang ditunjukan pada gambar 3.11 berikut. Gambar 3.11 Rangkaian Push On Penggunaan perangkat nantinya akan digunkan sebagai perangkat reset dengan prinsip mode rising edge. Mode yang menjalankan perintah saat terjadi perubahan nilai dari high ke low. Hal ini berdasarkan kebutuhan dalam melakukan tindakan reset yang hanya memerlukan logika nol saja pada pin reset arduino. Adapun

10 34 penggunaan perangkat pada robot amphibi adalah mengantisipasi berupa pengulangan kembali saat perangkat pengontrol gagal terhubung dengan arduino. 3. Pemilihan Arduino Pemilihan jenis arduino uno didasari dengan jumlah pin yang diperlukan pada keseluruhan robot baik input maupun outputnya. Perancangan dimulai dengan perkiraan kebutuhan pin pada setiap perangkat-perangkat robot yang harus disediakan arduino. Adapun masing-masing pin tersebut terlihat pada table berikut ini. Tabel 3.1 Jumlah pada Seluruh Perangkat Robot Amphibi No Nama Jumlah Terhubung Tegangan 1 Receiver PS2 4 Pin Digital Regulator 5 V 2 LED 1 Pin Digital Arduino 3 Buzzer 1 Pin Digital Arduino 4 Relay Module 4 Pin Analog Baterai + arduino 5 Motor Driver 4 Pin Digital Baterai + Arduino Jumlah 14 Pin Sehingga berdasarkan jumlah kebutuhan pin inilah jenis arduino yang paling efektif adalah arduino yang menyediakan jumlah pin minimal sama dengan kebutuhannya. Inilah yang menjadi faktor pemilihan arduino uno karena pada arduino uno terdapat 14 pin digital dan 6 pin analog dengan perkiraan bahwa arduino jenis ini mampu memenuhi seluruh kebutuhan pin perangkat.

11 35 4. Perancangan Motor Driver L298 Berdasarkan rancangan pabrik motor driver L298 akan terhubung dengan pin 4,5,6 dan 7 digital pada arduino saat menancapkan papan motor driver ke papan arduino uno. Sehingga untuk menggunakannya cukup mengontrol pin PWM (Pulse Width Modulation) 5 dan 6 untuk mengatur masing-masing kecepatan putar motor. Serta cukup memberikan kondisi logika 1 atau 0 pada pin 4 dan 7 untuk mengontrol arah putar motornya. Tabel 3.2 Pemetakan pin motor driver pada arduino uno No Pasangan Pin Pin Kecepatan Pin Arah 1 Motor 1 (pin 4 dan 5) Pin 5 karena pin PWM Pin 4 2 Motor 2 (pin 6 dan 7) Pin 6 karena pin PWM Pin 7 Pada motor driver shield L298 hanya dapat mengontrol dua buah motor DC saja yang digunakan pada roda robot amphibi dengan batas arus maksimum sebesar 2A. Hal ini dipengaruhi oleh fasilitas yang terdapat pada IC(Integrated Circuit) L298 tersebut. Pada perancangan motor driver keluaran pabrik ini cukup menancapkan modul pada arduino dengan memilih menggunakan sumber tegangan dari luar yang disesuaikan dengan kebutuhan motor DC yang terpasang pada roda robot.

12 36 Gambar 3.12 Alur Diagram Motor Driver Berdasarkan gambar 3.12 pada bagian jumper pemilihan sumber terdapat komponen konektor yang berfungsi untuk menentukan besar sumber tegangan untuk kedua motor. Vin untuk menghubungkan pada sumber tegangan motor yang tergantung pada sumber di arduino uno sedangkan untuk pwrin untuk mendapatkan sumber dari luar seperti baterai dan power supply. Dan keempat pin digital merupakan pin yang digunakan untuk mengontrol kedua motor DC tersebut. Gambar 3.13 Motor Driver L298P

13 37 5. Perancangan Modul Relay Pada robot amphibi modul ini digunakan untuk mengontrol gerak tiga motor DC(Direct Current) yang terhubung dengan propeller. Propeller sendiri digunakan untuk gerak robot saat berada di atas perairan dengan harapan dapat memberikan dorongan angin ke belakang saat propeller ini berputar. Berdasarkan kebutuhan arus yang besar untuk menghasilkan dorongan angin pada propeller mendasari digunakannya relay karena kemampuannya yang dapat menampung arus yang cukup besar. Penggunaan relay disesuaikan dengan dua keadaan umum yang ada pada relay yaitu NO(normally Open) dan NC(Normally Close). Sehingga dengan memanfaatkan keadaan salah satunya yaitu NO(Normally Open) maka perancangan relay ini akan memberikan prinsip kerja seperti saklar dengan cukup memberikan tegangan 5V pada elemen untuk menutupnya terhubung pada beban yaitu motor DC(Direct Current). Gambar 3.14 Alur Diagram Relay pada Robot Amphibi

14 38 Empat buah relay ini dikontrol oleh arduino pada pin analognya A0, A1, A2 dan A3. Selain mengontrol gerak motor, relay ini juga digunakan untuk membuka saklar untuk sumber tegangan yang akan masuk pada motor driver L298. Hal ini bertujuan untuk mengaktifkan penggerak secara bergantian saat di atas air dan di daratan. Menggunakan putaran propeller pada waktu di atas air dan menggunakan putaran motor pada roda robot untuk didaratan dengan pengontrol relay. Gambar 3.15 Modul Relay dengan Arduino Uno 6. Perancangan Wireless Receiver PS2 Karena perangkat ini merupakan perangkat tanpa kabel maka yang terhubung dengan robot hanyalah penerimanya saja. Pada penerima stik play station2 /PS2 terdiri dari sembilan pin yang masing-masing mempunyai kegunaan tersendiri. Pada penggunaan stik play station2 /PS2 ini hanya memanfaatkan empat buah pin (data,command, attention dan clock) sebagai masukan yang dihubungkan ke arduino

15 39 uno. Kemudian menghubungkannya ke arduino dengan berdasarkan tabel konfigurasi pada tabel 3.3. Tabel 3.3 Konfigurasi Pin Receiver PS2 dengan Arduino No Pin pada Receiver PS2 (kaki) Arduino 1 Data (1) Pin 12 2 Command (2) Pin 11 3 Attention (7) Pin 10 4 Clock (8) Pin 9 Berdasarkan tabel konfigurasi sehingga receiver dapat mulai dihubungkan ke arduino uno dengan tegangan 3.3V dari pin arduino dan ground yang merupakan kaki ke 4 dan ke 5 dari receiver. Gambar 3.16 Receiver PS2 dengan Arduino Uno 7. Perancangan Elektrik Indikator Pada dasarnya untuk mengaktifkan indikator saat kondisi tertentu cukup menghubungkan kaki anoda pada pin digital arduino kemudian kaki katoda pada pin ground untuk mendapatkan keadaan aktif high. Keadaan ini mengartikan logika sederhana dimana indikator akan aktif

16 40 saat diberikan data high pada pin yang terhubung pada kaki anoda dan berlaku sebaliknya indikator akan pasif saat tidak adanya tegangan yang masuk pada kaki anoda atau pemberian data low. Gambar 3.17 Indikator LED pada Arduino Seperti halnya perancangan pada indikator LED(Light Emitting Diode) pada perancangan buzzer pun cukup menghubungkan pin arduino dengan kaki anodenya dan membiarkan kaki katodenya terhubung dengan ground. Gambar 3.18 Indikator Buzzer pada Arduino

17 41 8. Alur Skematik Elektrik Robot Amphibi Pada tahap ini semua perangkat disatukan untuk bekerja dalam satu kesisteman robot dengan mikorkontroller arduino sebagai pengontrol logika kesisteman secara keseluruhan dan stik PS2(Play Station2) sebagai pengendali dari luar. Gambar 3.19 Alur Jalur Elektrikal Robot Amphibi Berdasarkan alur skema elektrik ini bagian perancangan elektrik amphibi ke dalam bentuk nyatanya dapat dilakukan. Untuk menghubungkan perangkat satu ke perangkat lainnya pada elektrik robot amphibi ini menggunakan jenis penghubung kabel dengan warna yang berbeda.

18 42 Gambar 3.20 Elektrik Robot Amphibi Setelah semua tahap diatas selesai, dilakukan tahap yang merupakan langkah terakhir dalam perancangan elektrik akhir yaitu tahap penggabungan semua rangkaian yang sesuai dengan alur skematik baik perangkat penerima dari input, output maupun letak mikrokontroller arduino. 3.4 Pemrograman Pada tahap akhir perancangan sebuah robot secara umum adalah tahap pemrograman yaitu merupakan tahap penanaman program kedalam mikrokontroller. Penanaman ini merupakan letak inti dimana robot mampu atau tidaknya beroperasi sesuai dengan kemauan awal pemiliknya. Begitu halnya dengan perancangan robot amphibi ini akan ditutup dengan tahap pemrograman ke dalam Arduino Uno. Pemrograman pada robot secara keseluruhan dilakukan setelah dilakukan pemrograman masing-masing perangkat penunjangnya. Pemrograman masing-masing perangkat penunjang ini berdasarkan dengan pemasangan rangkaian yang telah dibahas pada sub bab perancangan elektrikal.

19 Pemrograman Motor DC pada Motor Driver L298P Untuk menggerakan sekaligus mengontrol gerak motor DC dengan menggunakan motor driver L298P ini cukup memberikan kondisi 1 atau 0 pada pin 4 dan 7 sedangkan untuk mengontrol kecepatan perlu untuk memberikan tegangan yang beragam yang dinyatakan pada bit analog dengan cara mencacah tegangan yang masuk pada pin 5 dan 6, maka sederhananya dapat digambarkan sebagai berikut. Gambar 3.21 Nilai Decimal dengan Nilai Tegangan Pada gambar nilai analog dengan nilai sebesar 0 sampai 255 karena memang merupakan nilai bit pada pin digital adalah 8 bit sehingga saat dinyatakan dalam bentuk desimal adalah 0 sampai 255 nilai ini setara dengan tegangan 0V sampai tegangan maksimal yang dapat diberikan baterai. Sehingga dapat disimpulkan dengan memberikan nilai desimal dalam penulisan data analog maka motor akan memberikan kecepatan putar yang bervariasi sesuai dengan nilai yang diberikan.

20 44 Gambar 3.22 Program Motor Driver L298P Pemrograman Motor DC pada Modul Relay Pada penggunaan modul ini setiap logika yang menjadi input merupakan pin-pin yang dapat merubah keadaan elemen pada relay sehingga relay memberikan output berbeda. Dan untuk dapat mengontrol elemennya cukup memberikan dua kondisi high dan low untuk satu relay. Hal ini dapat di lakukan dengan menggunakan semua pin termasuk pin analognya. Untuk analog sendiri perlu terlebih dahulu mengubah nilai decimal 10 bit kedalam bentuk data boolean yang hanya ada dua kondisi 1 atau 0 saja. Seperti halnya dengan pencacahan kecepatan motor DC ini merupakan analogi kebalikannya.

21 45 Gambar 3.23 Program Relay sebagai Saklar Pada pemrograman keseluruhan nantinya penggunaan pin A3 akan selalu di-set berbeda kondisi dengan A0, A1 atau A2 dikarenakan pada pin A3 terhubung dengan motor driver L298P dan motor yang akan kontak dengan air. Hal ini bertujuan untuk mengurangi resiko terjadinya hubung singkat pada rangkaian motor roda sendiri Pemrograman Indikator Sebuah indikator seperti LED (Light Emitting Diode) dan Buzzer adalah perangkat yang memerlukan tegangan positif pada kaki anoda dan tegangan negatif (ground) pada kaki katodanya untuk dapat bekerja. Sehingga dengan dasar inilah untuk mengaktifkan indikator cukup memberikan logika 1 pada pin yang terhubung dengan kaki anoda dan menghubungkan kaki katoda pada pin ground saja. Dengan arti lain saat memberikan logika 1 maka akan memberikan tegangan dan arus akan melewati indicator baik LED(Light Emitting Diode) maupun Buzzer.

22 46 Gambar 3.24 Program Indikator Pemrograman diatas penggunaan indikator akan secara bergantian dengan selang waktu satu detik untuk lama on dan off-nya. Hal ini bertujuan saat proses pengujian terlihat bahwa kedua perangkat ini dapat berfungsi dengan baik ataupun tidak Wireless PS2 Controller Dengan memanfaatkan file library karya Bill Porter tentang penggunaan Stik PS2(Play Station2) dengan arduino pemrograman lebih dimudahkan karena dari referensi tersebut sudah dilengkapi penggunaan perintah-perintah yang mudah untuk dimengerti. Adapun perintah-perintah tersebut adalah sebagai berikut yang diambil dari PS2X_lib.h.

23 47 Gambar 3.25 Perintah-Perintah dari PS2X_lib.h Untuk menggunakan perintah-perintah ini seperti layaknya penggunaan perintah pada servo ataupun LCD(Liquid Crystal Display) harus menyertakan file library terlebih dahulu yang berbentuk.hex yaitu #include <PS2X_lib.h>. Selain menyediakan file.h, Bill Porter juga menyediakan contoh program untuk semua konfigurasi tombol pada stik PS2(Play Station2). Sehingga untuk pemrograman stik PS2(Play Station2) ini cukup mengubah sedikit dari program contohnya kemudian menggabungkan program pada seluruh kesisteman kerja robot amphibi yang sudah disiapkan. Gambar 3.26 Program Karya Bill Porter