KATA PENGANTAR. 1. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita,MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana.

Transkripsi

1 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Simulasi Sistem Kontrol Gerak Kinematika Robot Manipulator Gripper Lima Jari Dengan Elemen Prismatik Dalam penyusunan skripsi ini penulis tidak sedikit mendapat bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Dr. Ir. I Ketut Gede Sugita,MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak I Wayan Widhiada,ST,MSc,Ph.D selaku Dosen Pembimbing I dalam penulisan skripsi ini. 3. Bapak I Gede Putu Agus Suryawan,ST,MT selaku Dosen Pembimbing II dalam penulisan skripsi ini. 4. Bapak Prof. I Nyoman Suprapta Winaya,ST,MASc,Ph.D selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana. 6. Semua pihak dan kawan-kawan Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan ataupun kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, Agustus 2016 Penulis

2 ii SIMULASI SISTEM KONTROL ROBOT MANIPULATOR GRIPPER LIMA JARI DENGAN ELEMEN PRISMATIK. Oleh Dosen Pembimbing : Beny Maximin Messakh : I Wayan Widhiada,ST,MSc,Ph.D : I Gede Putu Agus Suryawan,ST,MT ABSTRAK Robot manipulator gripper lima jari dengan elemen prismatik adalah sebuah mekanisme robot tangan dilengkapi dengan lengan manipulator serta elemen prismatik berupa kuku yang berfungsi memegang suatu benda layaknya tangan manusia. Dimana desain bentuk, gerak mekanis, dan system kendali disesuaikan dengan bentuk tangan manusia. Penelitian terhadap robot ini meliputi gerakan kinematika (angular position, angular velocity, dan angular acceleration) sehingga dapat melakukan gerakan yang lebih optimal untuk mencapai posisi tertentu dengan system control PID. Pengujian ini dilakukan dengan metode simulasi dengan software computer INVENTOR dan SIMULINK/MATLAB dengan lama waktu simulasi 10s. dengan referensi posisi yang diberikan sebesar 0, 3,2, 10, 20, 25, 30, 35, 45, 65, 85, dan 90 pada masing masing sendi. Dan pengembangan dari pemodelan system control PID pada masing masing motor yang terdapat pada setiap join, dengan parameter Kp = , Ki = 8.306, Kd = setelah mengalami otomatis tuning pada PID control. Dengan penggunaan Advance tuning pada PID control gerakan system robot gripper lima jari membutuhkanwaktu untuk mencapai posisi/sudut yang ditentukan sebelum mencapai kondisi tenang (steady) sebesar ± 0.86 detik. Overshoot yang terjadi sebesar 1.8 % 2.4 % sementara error yg terjadi sebesar 0,2% 3,9%. Hasil simulasi ini menunjukkan gerak kinematik yang meliputi posisi, kecepatan sudut, dan percepatan sudut sangat berpengaruh pada performace robot gripper lima jari. Kata Kunci : Kontrol PID, Gerak kinematik, Simulasi, Manipulator, Elemen Prismatik.

3 iii SIMULATION OF CONTROL SYSTEM ROBOT MANIPULATOR GRIPPER FIVE FINGERS WITH PRISMATIC ELEMENTS Author Guidance : Beny Maximin Messakh : I Wayan Widhiada,ST,MSc,Ph.D : I Gede Putu Agus Suryawan,ST,MT ABSTRACT Five finger gripper robot manipulator with prismatic element is a mechanism robot arm equipped with a manipulator arm and prismatic elements like as nails holding an object that functions like a human hand. Where the shape design, mechanical motion and control system adapted to the shape of the human hand. These include research on robot kinematics motion ( angular position, angular velocity, and angular acceleration ) so that it can perform a more optimal movement to achieve a certain position with PID control system. This testing was conducted using a simulation with computer software INVENTOR and SIMULINK / MATLAB with long simulation time 10s. with reference to the position given by 0, 3,2, 10, 20, 25, 30, 35, 45, 65, 85 and 90 on each joint. And the development of modeling PID control system on - each motor is on joint, the parameter Kp = , Ki = 8,306, Kd = after an automatic tuning PID control. With the use of Advance tuning PID control the movement of the robot gripper system experienced a five fingers overshot by 1,8% - 2,4% before reaching the calm conditions (steady) at the time +0,86 second, and the error signal or error motor of 0.2% until 3.9%. The simulation results show the kinematic motion which includes angular position, angular velocity, and angular acceleration greatly affect the performace robot gripper five fingers Keywords : PID Control, Kinematic Motion, Simulation, Manipulator, prismatic element

4 iv DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN...ii LEMBAR PERSETUJUAN...iii KATA PENGANTAR...iv ABSTRAK...v ABSTRACK...vi DAFTAR ISI...vii DAFTAR GAMBAR...x DAFTAR LAMPIRAN...xv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Penelitian Manfaat Penelitian...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Desain Gripper Lima Jari Sistem Kontrol Robot Sistem Kontrol Loop Terbuka Sistem Kontrol Loop Tertutup Kontrol Proporsional, Integral dan Derivatif Kontrol Proporsional ( Proporsional Control, P) Kontrol Integral ( Integral Control, I) Kombinasi Kontrol P dan I Kontrol Derivatif ( Derivatif Control, D ) Kombinasi Kontrol P, I dan D ( Control PID ) Transformasi Laplace Motor DC Robot Manipulator Derajat Kebebasan Klasifikasi Sistem Robot Matrik Kinematik Matrik Transformasi Homogeneus Lintasan Robot...19

5 v 2.7 Kinematika Gerak Lurus dan Gerak Lengkung Posisi Kecepatan dan Kecepatan Sudut Percepatan dan Percepatan Sudut Kinematika Pada Robot Prinsip Dasar Pemodelan Matematik Sistem Robot Konsep Kinematik Model Kinematika Maju Metode Grafik Metode Denavit-Hartenberg ( D-H ) Kinematika Invers Element Prismatik Penggunaan Matrik Translasi Program Simulasi Komputer...32 BAB III METODELOGI PENELITIAN Deskripsi Penelitian Alat Penunjang Penelitian Prosedur Pengujian Simulasi Diagram Alir Penelitian Tempat dan waktu Pelaksanaan...39 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA Pengujian Simulasi Visualisasi Gerakan Gripper Lima Jari Simulasi Ibu Jari Simulasi Ibu Jari Sendi Simulasi Ibu Jari Sendi Simulasi Ibu Jari Sendi Simulasi Prismatik Ibu Jari Simulasi Jari Telunjuk Simulasi Jari Telunjuk Sendi Simulasi Jari Telunjuk Sendi Simulasi Jari Telunjuk Sendi Simulasi Prismatik Jari Telunjuk Simulasi Jari Tengah Simulasi Jari Tengah Sendi Simulasi Jari Tengah Sendi Simulasi Jari Tengah Sendi Simulasi Prismatik Jari Tengah Simulasi Jari Manis...91

6 vi Simulasi Jari Manis Sendi Simulasi Jari Manis Sendi Simulasi Jari Manis Sendi Simulasi Prismatik Jari Manis Simulasi Jari Kelingking Simulasi Jari Kelingking Sendi Simulasi Jari Kelingking Sendi Simulasi Jari Kelingking Sendi Simulasi Prismatik Jari Kelingking Simulasi Manipulator Simulasi Manipulator Simulasi Manipulator Simulasi Manipulator Simulasi Manipulator Simulasi Manipulator BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA...145

7 vii DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur Robot Tangan Lima Jari...4 Gambar 2.2 Kontrol Loop Terbuka...5 Gambar 2.3 Sistem Kontrol Loop Tertutup...6 Gambar 2.4 Sistem Dalam Robot...7 Gambar 2.5 Kontrol Proporsional, P...7 Gambar 2.6 Kontrol Proporsional, I...8 Gambar 2.7 Kontrol Proporsional-Integral, P-I...8 Gambar 2.8 Kontrol D...9 Gambar 2.9 Kontrol PID...10 Gambar 2.10 Penggunaan Transformasi Laplace...10 Gambar 2.11 Robot Tangan Satu Sendi...11 Gambar 2.12 Diagram Kontrol Robot Tangan Satu Sendi...11 Gambar 2.13 Rangkaian Ekivalen Motor DC Magnet Permanen...12 Gambar 2.14 Diagram Blok Persamaan...14 Gambar 2.15 Robot Manipulator...14 Gambar 2.16 Link Pada Robot Manipulator...15 Gambar 2.17 Derajat Kebebasan...15 Gambar 2.18 Robot Koordinat Kartesian dan Working Envelope-nya...17 Gambar 2.19 Robot Koordinat Tabung dan Working Envelope-nya...17 Gambar 2.20 Robot Koordinat Bola dan Working Envelope-nya...18 Gambar 2.21 Articulated Robot...18 Gambar 2.22 Hubungan Link Pada Sebuah Manipulator...19 Gambar 2.23 Diagram Sistem Robotik...22 Gambar 2.24 Diagram Sistem Kontrol Robotik...22 Gambar 2.25 Transformasi Kinematik Maju dan Invers...23 Gambar 2.26 Linkage Kinematik Sketsa Dalam Representasi D-H...25 Gambar 2.27 Sambungan Antara Link dan Parameternya...27 Gambar 2.28 Koordinat Kerangka Dua Link Planar Ibu Jari (Deavit-Hartenberg)..28 Gambar 2.29 Desain Robot Gripper Tiga Jari dengan Elemen Prismatik...30 Gambar 2.30 Sistem OUVW vs OXYZ...31 Gambar 3.1 Ilustrasi Pembuatan 3D...33 Gambar 3.2 Proses Export dari Inventor ke MATLAB...34 Gambar 3.3 Skema Kontrol pada Robot Dalam Penelitian Gambar 3.4 PID Tunner...35 Gambar 3.5 Parameter Parameter PID kontrol...36 Gambar 3.6 Diagram Alir Penelitian Robot Gripper Lima Jari...38 Gambar 4.1 Pemasangan Kontrol PID dan DC Motor MP Gambar 4.2 Advance Tuning Pada Diagram Blok PID Gambar 4.3 Parameter-parameter PID Hasil Identifikasi... 41

8 Gambar 4.4 Tampilan Gerakan Simulasi Gripper Gambar 4.5 Hasil Pengujian Simulasi Posisi sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.6 Grafik Tanggapan Sistem Dalam Simulasi Ibu Jari Sendi Gambar 4.7 Steady State Error Ibu Jari Sendi Gambar 4.8 Hasil Simulasi Kecepatan Sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.9 Hasil Simulasi Percepetan Sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.10 Hasil Pembesaran Grafik Percepatan Sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.11 Hasil Pengujian Simulasi Posisi sudut Ibu Jari Sendi Gamabr 4.12 Grafik Tanggapan Sistem Dalam Simulasi Ibu Jari Sendi Gambar 4.13 Steady State Error Ibu Jari Sendi Gambar 4.14 Hasil Simulasi Kecepatan Sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.15 Hasil Simulasi Percepetan Sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.16 Hasil Pembesaran Grafik Percepatan Sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.17 Hasil Pengujian Simulasi Posisi sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.18 Grafik Tanggapan Sistem Simulasi Ibu Jari Sendi Gambar 4.19 Steady State Error Ibu Jari Sendi Gambar 4.20 Hasil Simulasi Kecepatan Sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.21 Hasil Simulasi Percepetan Sudut Ibu Jari Sendi Gambar 4.22 Hasil Simulasi posisi sudut prismatik elemen ibu jari Gambar 4.23 Grafik tanggapan sistem simulasi prismatik element ibu jari Gambar 4.24 Steady state error prismatik element ibu jari Gambar 4.25 Hasil simulasi kecepatan sudut prismatik element ibu jari Gambar 4.26 Hasil simulasi percepatan sudut pada prismatik elemen ibu jari.. 58 Gambar 4.27 Hasil pengujian simulasi posisi jari telunjuk sendi Gambar 4.28 Grafik tanggapan sistem simulasi jari telunjuk sendi 1 posisi Gambar 4.29 Steady state error jari telunjuk sendi 1 pada posisi Gambar 4.30 Hasil simulasi kecepatan sudut jari telunjuk sendi Gambar 4.31 Hasil simulasi percepatan sudut jari telunjuk sendi Gambar 4.32 Hasil pengujian simulasi posisi jari telunjuk sendi Gambar 4.33 Grafik tanggapan sistem simulasi jari telunjuk sendi 2 posisi Gambar 4.34 Steady state error jari telunjuk sendi 2 pada posisi Gambar 4.35 Hasil simulasi kecepatan sudut jari telunjuk sendi Gambar 4.36 Hasil simulasi percepatan sudut jari telunjuk sendi Gambar 4.37 Hasil pengujian simulasi posisi jari telunjuk sendi Gambar 4.38 Grafik tanggapan sistem simulasi jari telunjuk sendi 3 posisi Gambar 4.39 Steady state error jari telunjuk sendi 3 posisi Gambar 4.40 Hasil simulasi kecepatan sudut jari telunjuk sendi Gambar 4.41 Hasil simulasi percepatan sudut pada jari telunjuk sendi Gambar 4.42 Hasil pengujian simulasi posisi prismatik element jari telunjuk Gambar 4.43 Grafik tanggapan sistem simulasi prismatik element jari telunjuk. 71 Gambar 4.44 Steady state error prismatik element jari telunjuk Gambar 4.45 Hasil simulasi kecepatan sudut prismatik element jari telunjuk. 73 viii

9 ix Gambar 4.46 Hasil simulasi percepatan sudut pada prismatik elemen Gambar 4.47 Hasil pengujian simulasi posisi jari tengah sendi Gambar 4.48 Grafik tanggapan sistem simulasi jari tengah sendi 1 posisi Gambar 4.49 Steady state error jari tengah sendi 1 pada posisi Gambar 4.50 Hasil simulasi kecepatan sudut pada jari tengah sendi Gambar 4.51 Hasil simulasi percepatan sudut pada jari tengah sendi Gambar 4.52 Hasil pengujian simulasi posisi jari tengah sendi Gambar 4.53 Grafik tanggapan sistem simulasi jari tengah sendi 2 posisi Gambar 4.54 Steady state error jari tengah sendi 2 posisi Gambar 4.55 Hasil simulasi kecepatan sudut jari tengah sendi Gambar 4.56 Hasil simulasi percepatan sudut jari tengah sendi Gambar 4.57 Hasil pengujian simulasi posisi jari tengah sendi Gambar 4.58 Grafik tanggapan sistem simulasi jari tengah sendi 3posisi Gambar 4.59 Steady state error jari tengah sendi 3 posisi Gambar 4.60 Hasil simulasi kecepatan sudut jari tengah sendi Gambar 4.61 Hasil simulasi percepatan sudut jari tengah sendi Gambar 4.62 Hasil pengujian simulasi posisi prismatik element Gambar 4.63 Grafik tanggapan sistem simulasi prismatik element Gambar 4.64 Steady state error prismatik element Gambar 4.65 Hasil simulasi kecepatan sudut prismatik element ibu jari Gambar 4.66 Hasil simulasi percepatan sudut prismatik elemen jari tengah Gambar 4.67 Hasil pengujian simulasi posisi jari manis sendi Gambar 4.68 Grafik tanggapan sistem simulasi jari manis sendi 1 posisi Gambar 4.69 Steady state error jari manis sendi 1 posisi Gambar 4.70 Hasil simulasi kecepatan sudut jari manis sendi Gambar 4.71 Hasil simulasi percepatan sudut jari manis sendi Gambar 4.72 Hasil pengujian simulasi posisi jari manis sendi Gambar 4.73 Grafik tanggapan sistem simulasi jari manis sendi 2 posisi Gambar 4.74 Steady state error jari manis sendi 2 posisi Gambar 4.75 Hasil simulasi kecepatan sudut jari manis sendi Gambar 4.76 Hasil simulasi percepatan sudut jari manis sendi Gambar 4.77 Hasil pengujian simulasi posisi jari manis sendi Gambar 4.78 Grafik tanggapan sistem simulasi jari manis sendi 3 posisi Gambar 4.79 Steady state error jari manis sendi 3 posisi Gambar 4.80 Hasil Simulasi keceptan sudut jari manis sendi Gambar 4.81 Hasil simulasi percepatan sudut jari manis sendi Gambar 4.82 Hasil pengujian simulasi posisi prismatik element Gambar 4.83 Grafik tanggapan sistem simulasi prismatik element Gambar 4.84 Steady state error prismatik element Gambar 4.85 Hasil simulasi kecepatan sudut pada prismatik element Gambar 4.86 Hasil simulasi percepatan sudut prismatik elemen jari manis Gambar 4.87 Hasil Pengujian simulasi posisi jari kelingking sendi

10 x Gambar 4.88 Grafik tanggapan sistem simulasi jari kelingking sendi 1 pos Gambar 4.89 Steady state error jari kelingking sendi 1 pada posisi Gambar 4.90 Hasil simulasi kecepatan sudut jari kelingking sendi Gambar 4.91 Hasil simulasi percepatan sudut jari kelingking sendi Gambar 4.92 Hasil Pengujian simulasi posisi jari kelingking sendi Gambar 4.93 Grafik tanggapan sistem simulasi jari kelingking sendi 2 pos Gambar 4.94 Steady state error jari kelingking sendi 2 posisi Gambar 4.95 Hasil simulasi kecepatan sudut jari kelingking sendi Gambar 4.96 Hasil simulasi percepatan sudut jari kelingking sendi Gambar 4.97 Hasil Pengujian simulasi posisi jari kelingking sendi Gambar 4.98 Grafik Tanggapan sistem simulasi jari kelingking sendi 3 pos Gambar 4.99 Steady state error jari kelingking sendi 3 posisi Gambar Hasil Simulasi keceptan sudut jari kelingking sendi Gambar Hasil simulasi percepatan sudut jari kelingking sendi Gambar Hasil pengujian simulasi posisi prismatik element Gambar Grafik tanggapan sistem simulasi prismatik element Gambar Steady state error prismatik element Gambar Hasil simulasi kecepatan sudut prismatik element Gambar Hasil simulasi percepatan sudut pada prismatik elemen Gambar Hasil Pengujian simulasi Manipulator Gambar Grafik tanggapan sistem simulasi Manipulator Gambar Steady state error Manipulator Gambar Hasil simulasi kecepatan sudut Gambar Hasil simulasi percepatan sudut Gambar Hasil Pengujian simulasi Manipulator Gambar Grafik tanggapan sistem simulasi Manipulator posisi Gambar Steady state error Manipulator Gambar Hasil simulasi kecepatan sudut Gambar Hasil simulasi percepatan Gambar Hasil Pengujian simulasi Manipulator Gambar Grafik tanggapan sistem simulasi Manipulator 3 posisi Gambar Steady state error Manipulator Gambar Hasil simulasi kecepatan sudut Gambar Hasil simulasi percepatan sudut Gambar Hasil Pengujian simulasi Manipulator Gambar Grafik tanggapan sistem simulasi Manipulator posisi Gambar Steady state error Manipulator Gambar Hasil simulasi kecepatan sudut Manipulator Gambar Hasil simulasi percepatan sudut pada Manipulator Gambar Hasil Pengujian simulasi Manipulator Gambar Grafik tanggapan sistem simulasi Manipulator 5 posisi Gambar Steady state error Manipulator

11 Gambar Hasil simulasi kecepatan sudut Manipulator Gambar Hasil simulasi percepatan sudut Manipulator xi

12 xii DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Lembar Pernyataan Lampiran 2. Lembar Asistensi Pembimbing I Lampiran 3. Lembar Asistensi Pembimbing II Lampiran 4. SK Pembimbing Lampiran 5. Gambar Desain Robot Lampiran 6. Hasil Eksport Model Robot 3D Lampiran 7. Block Sistem Masing masing Jari Lampiran 8. Block Sistem Motor DC

13 13