PRESENTASI TUGAS AKHIR TM

Transkripsi

1 PRESENTASI TUGAS AKHIR TM

2 RANCANG BANGUN DAN KAJIAN SUSPENSI UNMANNED GROUND VEHICLE (UGV) Disusun oleh: Nungki Ramadhani B. NRP Dosen Pembimbing: Hendro Nurhadi Dipl-Ing., P.hD

3 LATAR BELAKANG Unmanned Ground Vehicle Perkembangan Teknologi Rancang Bangun Dan Analisa

4 Permasalahan Bagaimana merancang dan membuat sebuah prototipe kendaraan tanpa awak. Menganalisa unjuk kerja suspensi UGV (kenyamanan dan respon). Rancang bangun UGV berbasis pada sensor Kompas, GPS, dan rangkaian mikrokontroler.

5 Batasan Masalah Sistem Payload menggunakan Kompas, dan GPS module. Dimensi chassis UGV: panjang 480 mm, lebar 110 mm, dan tinggi 85 mm. Material menggunakan metal-alluminium. Kecepatan maksimal UGV adalah 3.5 m/s. Operasi kerja dari UGV hingga 15 menit. Motor penggerak UGV menggunakan motor DC Brushless. Pemodelan Suspensi, seperempat kendaraan dengan 2 derajat kebebasan vertikal Simulasi uji eksitasi input pada suspensi menggunakan impulse dan sinusoidal.

6 Tujuan Penelitian Membuat prototype UGV sesuai dengan minimum sistem, di dapatkan hasil dari analisa unjuk kerja suspensi (respon dan kenyamanan).

7 Manfaat Penelitian Dapat menjadi suatu acuan awal dalam pembuatan Kendaraan Tanpa Awak dengan aplikasi Kompas, GPS module. Dari penelitian ini di harapkan penelitian kedepannya bisa membangun kendaraan tanpa awak dengan sistem yang lebih lengkap dan tentunya lebih baik.

8

9 Penelitian Sebelumnya Marcbot - Marcbot dirancang untuk pengintaian dan melihat benda yang mencurigakan dengan berbekal kamera berkualitas tinggi. - Kemampuan operasi hingga 6 jam. - Untuk Kendali masih menggunakan Kontrol kendali manual jarak jauh

10 -Sistem roda UGV ini menggunakan belt -Robot UGV ini dikendalikan dari jarak jauh. Dilengkapi dengan kamera video, transmisi nirkabel 2.4Ghz -Sebuah kompas dan sensor GPS yang tertanam untuk mendapatkan informasi posutre. -Komputer PC 104 tertanam untuk B2P2 mengawasi kontrol dan communication. Microcontrollers digunakan untuk mengendalikan motor DC.

11 Teori Penunjang Konsep Perancangan Proses Sintesa Proses Analisis

12 Phisikal Model Proses Pemodelan Mathematikal Model Skematik Model

13 Analisa Titik Berat Analisa Numerik Menggunakan software Catia V5 Secara empiris dapat dilakukan dengan memakai peralatan yang cukup sederhana yaitu timbangan dan dongkrak. Posisi titik berat terhadap poros depan (a) dan terhadap poros belakang (b), serta tinggi titik berat dari permukaan jalan (h).

14 W t = W f + W r = W a = a+b W r W f +W r b = a+b W f W f + W r h r = (W ff(a+b) W.b) WWWW(θ d ) h = r + h r = r + W ff a+b W.b) WWWW(θ d ) dimana : W fθ = hasil penimbangan roda depan r = jari-jari roda a + b = L ; adalah wheel base yaitu jarak antara poros depan/belakang kendaraan

15 Gaya Hambat Gaya hambat adalah gaya yang bekerja dalam arah horizontal (parallel terhadap aliran dan berlawanan arah dengan arah gerak maju kendaraan. Gaya hambat total terdiri dari beberapa jenis gaya hambat(scybor Rylski, 1975),

16 Hambatan Aliran Dalam Pusaran Tonjolan Bentuk Gaya Karena Hambatan hambat adanya yang Tonjolan perbedaan disebabkan : Gaya tekanan oleh hambat adanya antara yang gradient disebabkan bagian Gaya tekanan atas hambat dan oleh (pressure bagian adanya oleh drag) bawah aliran tonjolan dan kendaraan, udara adanya profil yang gesekan menyebabkan tertentu mengalir (friction pada drag). melalui timbulnya bagian Terbentuknya system permukaan gerakan pendingin aliran gaya bodi hambatan kendaraan udara mesin (from dari yaitu permukaan seperti drag) radiator. pada kaca bawah kendaraan spion, menuju pegangan dapat ke dijelaskan permukaan pintu, seperti antenna, atas terlihat dan kendaraan aksesori pada gambar. lainnya yang berupa pusaran (vortex). GAYA HAMBAT

17 Pada kenyataannya hanya hambatan bentuk dan hambatan pusar yang paling besar pengaruhnya terhadap gaya hambat secara keseluruhan. Secara umum perumusan gaya hambat angin adalah : F d = 1 2 C d. ρ. V a 2. A f C d = 2.F d ρ.v a 2.A f Dimana : C d = koefisien gaya hambat A f = luas frontal kendaraan (m 2 ) ρ = density udara (kg/m 3 ) V a = kecepatan relative angina terhadap kendaraan (m/dt)

18 Hambatan Rolling dari Ban Hambatan yang terjadi pada ban disebabkan oleh sifat histerisis ban karena adanya defleksi dari ban Dimana : R r = Gaya hambatan rolling C r = Koefisien rolling W = Berat dari kendaraan R r = C r.w

19 Perhitungan Daya Motor Besarnya daya yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya hambat dari badan kendaraan, agar kendaraan dapat bergerak dari satu tempat ke tempat yang lain dengan kecepatan sebesar V adalah daya efektif. Daya Efektif ini merupakan fungsi dari besarnya gaya hambat total dan kecepatan kendaraan. EHP = R T. V

20 Sistem Suspensi Suspensi adalah sistem peredam kejutan pada kendaraan, atau getaran yang terjadi pada kendaraan akibat permukaan jalan yang tidak rata. Suspensi dapat meningkatkan kenyamanan berkendara dan kestabilan kendaraan komponen penyusun : - Pegas - Peredam - Lengan suspensi

21 Perangkat Elektronik

22 METODOLOGI PERCOBAAN

23 START Studi Literatur tentang UGV Diagram Alir Penelitian Penentuan Desain UGV B A Pemodelan UGV dengan software Catia V5 Pembuatan Prototype UGV sesuai dengan minimum sistem Model sesuai dengan konsep? Tidak Melakukan Uji Jalan UGV Ya Perhitungan Berat dantitik Berat menggunakan Catia V5 Pemodelan Sistem Suspensi UGV Pengujian berhasil? Ya Tidak Tidak Berat dan Titik berat sesuai Ya Perhitungan Tahanan Pada UGV Persamaan Getaran sistem akibat input eksitasi sinusoidal Respon dari persamaan getaran yang terjadi Kesimpulan dan Saran Finish B A

24 Pemodelan UGV dengan menggunakan software CATIA V5 dan Perhitungan Berat serta titik berat

25 Pemodelan Getaran Suspensi UGV X s M s Ks Cs X us M us Ktr Ct Y s Pemodelan matematis yang digunakan adalah seperempat kendaraan dengan 2 derajat kebebasan vertikal

26 Persamanaan Gerak sprung mass: M s X s C s X uu + C s X s K s X uu + K s X s = 0 Persamaan Gerak unsprung mass: M uu X uu C s X s + C s X uu K s X s + K s X uu C tt Y s + C tt X uu K tt Y s + K tt X uu = 0

27 Parameter Input Adapun input yang digunakan dalam simulasi ini ada 2 macam yaitu: 1. Jalan benjolan (impulse) dengan tinggi 5cm 2. Jalan bergelombang (sinusoidal) dengan tinggi 5cm dan panjang gelombang 2m pada kecepatan kendaraan 2 m/s. Parameters Mean values Parameters Mean values k s 279,5 N/m k tr 342,5 N/m c s 64,09 Ns/m c tr 19,72 Ns/m Sumber : Setelah didapatkan persamaan, maka dilakukan analisa respon dengan Simulink Matlab

28 Diagram Alir Analisa Suspensi Start A Nilai Konstanta Pegas dan redaman sprung mas dan unsprung mass; FBD sistem Pemodelan Matematis Sistem Suspensi Persamaan Getaran sistem suspensi akibat input Eksitasi impulse dan sinusoidal Respon Sprung mass dan unsprung mass A Analisa Hasil Kesimpulan End

29 Minimum Sistem

30 Perhitungan Hambatan dalam menentukan daya motor Dengan menggunakan software catia akan didapat nilai-nilai volume kendaraan, massa,. Dari data-data yang telah didapat, selanjutnya dilakukan perhitungan hambatan total yang dialami kendaraan. Dari hambatan total dapat dicari kebutuhan daya motor. Kebutuhan daya motor pada UGV dimulai dengan menghitung daya efektif untuk melawan hambatan UGV saat melakukan gerak EHP = R T x v

31 Start Pemodelan UGV dengan menggunakan Software Catia V5 Menentukan nilai: Panjang, lebar, tinggi, Volume, dan titik berat displacement Mencari Hambatan Total Fd = Cr. W+0,5 Cd.ρ.Va.Va.Af A Pemilihan Jenis Motor Motor DC yang dipilih Diagram Alir Penentuan Daya Motor Tahanan Total UGV Finish Menghitung Daya Motor A

32 PEMODELAN DAN PERANCANGAN

33 Pemodelan Catia V5 Informasi yang ditampilkan dengan software Catia V5 Meliputi Karakteristik Massa, Volume dan Posisi titik berat(inertia Center)

34 POSISI TITIK BERAT Letak Titik Referensi

35 Dari gambar disamping ditunjukkan posisi titik berat dari Pemodelan dengan menggunakan Software Catia V5

36 PERHITUNGAN BERAT DAN TITIK BERAT UGV DENGAN UJI EKSPERIMEN Setelah semua komponen UGV terpasang sesuai dengan tempat yang telah direncanakan, maka perlu di lakukan Uji eksperimen untuk menentukan posisi titik berat. Pengukuran berat dan titik berat dapat diketahui dengan cara menimbang bagian depan dan bagian belakang kendaraan pada posisi betul-betul horizontal. Jika pada saat menimbang poros depan didapat hasil penimbangan W f dan penimbangan poros belakang didapat hasil W r, maka berat total kendaraan didapat: W T = W f + W r = W

37 Dengan memakai hasil penimbangan tersebut dan menerapkan konsep statika maka didapat: a = (a+b)w r W f +W r b = (a+b)w f W f +W r h = r + h r = r + W ff a+b W.b WWWW(θ d ) dimana : a = Posisi titik berat terhadap poros depan b = Posisi titik berat terhadap poros belakang (a+b) = wheel base yaitu jarak antara poros depan dan belakang kendaraan h r = Tinggi titik berat dari sumbu horizontal poros h = Tinggi titik berat dari tanah W fθ = hasil penimbangan roda depan r = Jari jari roda

38 Data yang didapatkan dari Unmanned Ground Vehicle (UGV) adalah sebagai berikut: Nama Nilai Berat poros depan (W f ) 3,425 Kg Berat poros belakang (W r ) 3,156 Kg Wheel base (a+b) 0,3255 m Berat poros depan dengan kemiringan (W fθ ) 4,1 Kg Sudut kemiringan (θ d ) 38,65 o Jari Jari roda (r) 0,044 m

39 Posisi Titik berat dari poros depan 0,325 m. (3,156 kk) a = (3,425 kk + 3,156 kk) a = 0,1558 m = 111, 8 mm Posisi Titik berat dari poros belakang 0,325 m. (3,425 kk) b = (3,425 kk + 3,156 kk) b = 0,1691 m = 111, 1 mm Tinggi Titik berat dari permukaan jalan 4,026 kk. 0,325m 6,581 kk. (0,169m) h = r + h r = (0,044 m) + 6,581kk. (tan 38,65 o ) h = r + h r = 0,044 m + 0,037m h = 0,044 m + 0,037 m = 0,081 m = 88 mm

40

41 ANALISA BERAT & TITIK BERAT Dari pemodelan menggunakan software Catia V5 berat total dari UGV adalah 6,496 Kg sedangkan berat UGV setelah semua komponen dirakit sesuai dengan perancangan di dapatkan 6,581 Kg. Dengan menggunakan marginal error 5% sebagai acuan toleransi penyimpangan maka dari data diatas terjadi penyimpangan sebesar 1,3% atau sebesar 0,085 kg dimana penyimpangan antara berat perancangan dan berat aslinya masih dalam level aman. Hal ini dikarenakan terdapat beberapa komponen yang beratnya pada saat pemodelan tidak sesuai dengan aslinya. Informasi Data Catia V5

42 Dari kedua data dari pemodelan dengan software Catia V5 maupun data eksperimen terdapat selisih nilai b atau jarak titik berat terhadap poros belakang dengan penyimpangan sebesar 1,4% atau sebesar 2,403 mm. untuk nilai dari h atau tinggi titik berat dari permukaan jalan mempunyai selisih yang besar dikarenakan adanya suspensi yang membuat chassis dapat naik maupun turun. Namun Pada dasarnya Letak Titik berat antara Pemodelan dan Perakitan UGV dapat dinyatakan sesuai, dengan penyimpangan masih dibawah 5%

43 PERHITUNGAN HAMBATAN UNMANNED GROUND VEHICLE (UGV) Nama Nilai Va 1 Kecepatan awal Va 2 Kecepatan akhir Vb 1 Kecepatan Awal Vb 2 Kecepatan akhir 2,08 m/s 0 m/s 1,4 m/s 0 m/s ρ udara (densitas Udara) 1,225 kg/m 3 Kendaraan yang mula-mula dengan kecepatan tinggi dan kecepatan rendah V a1 dan V b1 pada jalan yang datar tanpa ada angin dan tidak ada penghubung poros penggerak dengan motor. Pada kondisi tersebut kendaraan hanya menerima gaya hamabatan angin dan gaya rolling resisten tanpa adanya gaya dorong pada roda penggerak. Akibat kedua gaya tersebut maka terjadi perlambatan pada kendaraan. Setelah selama t detik maka dicatat lagi kecepatan kendaraan V a2 dan V b2. Dengan perlambatan kendaraan a dapat dihitung sebagai berikut: a 1 = V a1 V a2 a t 2 = V b1 V b2 t Maka persamaan gerak pada kedua percobaan tersebut adalah: ρ 2. A. V 1 2 C D + m. g ff = m. a 1 ρ 2. A. V 2 2 C D + m. g ff = m. a 2

44 Luas Frontal Kendaraan Luas A 1 = 20 x 10 = 200 cm 2 = 0,02 m 2 Luas A 2 = 40 x 10 = 400 cm 2 = 0,04 m 2 Luas Total = 0,06 m 2 20 cm A1 A2 10 cm 10 cm a 1 = 2 0 4,73 = 0,42 m s 2 a 2 = 1,4 0 3,35 = 0,41 m s 2 C D = 2. m. (a 1 a 2 ) ρ. A. (V 2 1 V 2 2) f r = a 2V 2 1 a 1 V 2 2 g. (V 2 1 V 2 2) 40 cm

45 maka,c D = 2.6,581.(0,42 0,41) 1,225.0,06.(1,04 2 0,7 2 ) C D = 0,131 0,043 = 3,04 f r = 0,41. 1, ,7 2 9,8. (1,04 2 0,7 2 ) f r = 0,24 5,8 = 0,041 Maka hambatan total kendaraan dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: F D = f r mm ρc DAV 2 F D = 0,041.6,581.9, ,225.3,04.0, F D = 3,09 N

46 Perhitungan Effective Horse Power (EHP) Dalam menghitung EHP dibutuhkan hambatan total.nilai dari hambatan total dari UGV adalah 3,09 N ( KN). EHP = R T x v = 0,00309x 2 = 0,00618 KN m/s 2 (1 HP = KW) = 0,00618/0,7355 = 0,0084 HP

47 INSTRUMENTASI Input Sensor Minimum System Aktuator Output Blok Diagram UGV Mikrokontroller ATMEGA 16-PU Aktuator Sensor Kompas dan GPS

48 Motor servo Motor DC MIKROKONTROLLE R ATMEGA16-PU Data In TX Data Out RX Transmitter & Receiver Xbee Pro Perancangan Minimum System Xbee Pro terhubung dengan Mikrokontroller Xbee Pro TRANSMITTER & Receiver Xbee Pro Data In TX Data Out RX KOMPUTER Perancangan Minimum System Xbee Pro terhubung dengan komputer

49

50 ANALISA SUSPENSI M s X s Ms X s F Ks F Cs Ks Cs F Ks F Cs X us M us M us X us Ktr Ct F Kt F Ct Y s Y s Persamaan Gerak unsprung mass: M uu X uu C s X s X uu K s X s X uu C tt Y s X uu K tt (Y s X uu ) = 0 M uu X uu C s X s + C s X uu K s X s + K s X uu C tt Y s + C tt X uu K tt Y s + K tt X uu = 0 Persamanaan Gerak sprung mass: M s X s C s X uu X s K s X uu X s = 0 M s X s C s X uu + C s X s K s X uu + K s X s = 0

51 PEMODELAN MATEMATIS Persamaan Gerak unsprung mass: M uu X uu C s X s X uu K s X s X uu C tt Y s X uu K tt (Y s X uu ) = 0 M uu X uu C s X s + C s X uu K s X s + K s X uu C tt Y s + C tt X uu K tt Y s + K tt X uu = 0 M uu X uu + C s X uu + K s X uu + C tt X uu + K tt X uu = C s X s + K s X s + C tt Y s + K tt Y s M uu X uu + (C s +C tt )X uu + (K s + K tt )X uu = C s X s + K s X s + C tt Y s + K tt Y s Dari persamaan dirubah menjadi Transformasi Laplace, sebagai berikut: [M uu S 2 + (C s +C tt )S + (K s + K tt )]X uu = (C s S + K s )X s + (C tt S + K tt )Y s maka, X uu = dimana, (C tt S + K tt ) M uu S 2 + (C s +C tt )S + (K s + K tt ) Y s + G k1 = G k2 = X uu = G k1 s Y s s + G k2 (s)x s (s) (C tt S + K tt ) M uu S 2 + (C s +C tt )S + (K s + K tt ) (C s S + K s ) M uu S 2 + (C s +C tt )S + (K s + K tt ) (C s S + K s ) M uu S 2 + (C s +C tt )S + (K s + K tt ) X s

52 PEMODELAN MATEMATIS Persamanaan Gerak sprung mass: M s X s C s X uu X s K s X uu X s = 0 M s X s C s X uu + C s X s K s X uu + K s X s = 0 M s X s + C s X s + K s X s = C s X uu + K s X uu Dari persamaan dirubah menjadi Transformasi Laplace, sebagai berikut: [M s S 2 + C s S + K s ]X s = (C s S + K s )X uu maka, (C s S + K s ) X s = [M s S 2 X + C s S + K uu s X s = G k3 (s)x uu (s) dimana, (C s S + K s ) G k3 = [M s S 2 + C s S + K s

53 BLOK DIAGRAM Ys G k1 + - G k3 Xs G k2 Blok diagram diatas bisa disederhanakan dengan menyederhanakan persamaannya yang tampak sebagai berikut : X uu = G k1 s Y s s + G k2 (s)g k3 (s)x uu 1 G k2 s G k3 s X uu = G k1 s Y s s maka, G k1 s X uu = Y 1 G k2 s G k3 s s s Y s X s = G k3 (s)x uu (s) X s = G k3 s [G k1 s Y s s + G k2 (s)x s (s)] X s = G k3 s G k1 s Y s s + G k3 s G k2 s X s s 1 G k3 s G k2 s X s s = G k3 s G k1 s Y s s G k3 s G k1 s X s = Y 1 G k3 s G k2 s s s X s = G k3 s G k1 s 1 G k3 s G k2 s Y s s X s

54 BLOK DIAGRAM FREKUENSI DOMAIN

55 RESPON EKSITASI IMPULSE DAN SINUSOIDAL Respon perpindahan dengan eksitasi impulse

56 RESPON EKSITASI IMPULSE DAN SINUSOIDAL Respon Kecepatan dengan eksitasi impulse

57 RESPON EKSITASI IMPULSE DAN SINUSOIDAL Respon percepatan dengan eksitasi impulse

58 RESPON EKSITASI IMPULSE DAN SINUSOIDAL Respon perpindahan dengan eksitasi sinusoidal

59 RESPON EKSITASI IMPULSE DAN SINUSOIDAL Respon kecepatan dengan eksitasi Sinusoidal

60 RESPON EKSITASI IMPULSE DAN SINUSOIDAL Respon percepatan dengan eksitasi sinusoidal

61 KESIMPULAN Pemodelan dan Perancangan UGV dengan menggunakan software Catia V5 menunjukkan massa dari UGV adalah 6,496 Kg sedangkan UGV yang telah dirakit sesuai dengan perancangan mempunyai massa total 6,581 kg, hal ini dikarenakan terdapat perbedaan massa komponen yang saat pemodelan tidak sama dengan aslinya. Posisi Titik berat UGV dengan bantuan software catia V5 ditunjukkan dengan koordinat x=812,497mm; y=81,372mm; z=76,13 mm, sedangkan setelah diperakitan posisi titik berat terlatak pada a=155,8mm; b=169,1mm;h=81mm

62 KESIMPULAN Nilai hambatan total UGV adalah 3,09 N dan nilai EHP motor yang dipakai adalah 0,0084 HP Hasil Respon suspensi akibat eksitasi impulse dengan nilai 0,05 m stabil setelah menempuh waktu 1,3 detik. Dari grafik percepatan terlihat nilai amplitudo unsprung jauh lebih besar dari sprung mass. Hasil Respon suspensi akibat eksitasi sinusoidal grafik percepatan menunjukkan Amplitudo sprung mass lebih kecil dari frekuensi unsprung.

63 TERIMA KASIH Mohon saran dan kritik demi kesempurnaan Tugas Akhir ini