INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

Transkripsi

1 PERANCANGAN PERANGKAT GERAK OTOMATIS DUA DERAJAT KEBEBASAN TELESKOP BAMBERG OBSERVATORIUM BOSSCHA LEMBANG BANDUNG TUGAS SARJANA Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Oleh Riri Prastity PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 Tugas Sarjana Judul Perancangan Perangkat Gerak Otomatis Dua Derajat Kebebasan Teleskop Refractor Bamberg Riri Prastity di Observatorium Bosscha Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung Abstrak Teleskop refractor Bamberg merupakan salah satu teleskop dengan dua derajat kebebasan yang dimiliki oleh Observatorium Bosscha ITB. Teleskop ini mempunyai jarak titik fokus 7 m dan menggunakan sistem mekanik murni sebagai penggerak. Teleskop ini memerlukan waktu set-up yang relatif lama dalam penggunaannya untuk memperoleh posisi yang diinginkan dalam koordinat ekuatorial. Untuk itu diperlukan penggerak otomatis yang dapat mempersingkat waktu set-up sekaligus mempermudah kontrol posisi secara otomatis. Pada tugas sarjana ini dilakukan perancangan perangkat gerak otomatis teleskop dengan dua derajat kebebasan, yaitu kebutuhan gerak dalam arah deklinasi dan sudut jam. Berdasarkan prinsip kinematika, dilakukan perhitungan gaya-gaya statik yang terjadi pada dua rancangan perangkat gerak. Dari perolehan gaya maksimum, dipilih rancangan yang paling sesuai dengan kondisi pembebanan. Kemudian dipilih komponen perangkat gerak, dengan mengacu pada katalog yang berisi spesifikasi DC servomotor dan leadscrew. Dalam gerak arah deklinasi pada rentang , didapatkan hasil perhitungan dari analisa statik kebutuhan torsi yaitu 1, 23 Nm. DC servomotor yang sesuai dengan kebutuhan torsi yaitu produk yaskawa SGMAH-08A. Besarnya beban yang mampu ditahan oleh SGMAH-08A ini yaitu 2,39 Nm. Kebutuhan torsi pada gerak dalam arah sudut jam torsi yang dibutuhkan yaitu 1,81 Nm. Untuk itu dipilih aktuator yang sama dengan aktuator yang digunakan dalam arah deklinasi.alternatif perangkat gerak arah deklinasi yang ditawarkan yaitu perangkat gerak antena parabola TD GEOTRACK 18. Perangkat ini mampu menggerakkan beban sampai 120 kgf, sehingga dapat memenuhi kondisi operasi teleskop. Rancangan perangkat gerak otomatis memenuhi kriteria gerak sistem teleskop. Keseluruhan hasil rancangan dapat mengatasi beban yang terjadi selama kondisi operasi sehingga layak diaplikasikan.

3 Final Project Title Design of Automated Driving Apparatus Two Degree of Freedom Bamberg Refractor Telescope Riri Prastity in Bosscha Observatory Major Mechanical Engineering Faculty of Mechanical and Aeronautical Engineering Bandung Institute of Technology Abstract Bamberg refractor telescope is one of two degree of freedom telescopes owned by Bosscha Observatory-ITB. This 7 m focal length telescope are using pure mechanical system to drive its position. In order to achieve a certain position in equatorial coordinate system, Bamberg telescope consumes relatively long time in set-up. For a daily use, this time consuming activities could become a problem. For this problem, design of automated driving apparatus is a need. By applying automated driving apparatus, set-up time will be shorten and telescope control will be more practical. In this final project, design of automated driving apparatus include driving telescope in two degree of freedom. Based on kinematics principle, static force of driving apparatus calculated. From the calculated maximum static force, the most effective construction of two designs is selected. Then, the suitable component for driving apparatus is selected. Selection of driving apparatus component, DC servomotor and leadscrew, referred to manufacturer catalog. In telescope workspace s range declination direction is , torque needed by the telescope system from static force calculation is 1.23 Nm. A suitable actuator with this condition is a product of yaskawa DC servomotor, SGMAH-08A. This actuator can handle torque up to 2.39 Nm. Torque needed in hour angle direction is 1.81 Nm. To fulfill this torque, a same suitable actuator is selected, yaskawa DC servomotor SGMAH-08A. Alternative component choice for automated driving apparatus is satellite antenna driver, one of the suitable choice is TD GEOTRACK 18. This apparatus is capable to drive load up to 120 kgf, which is suitable for telescope operational condition. The conclusion is automated driving apparatus design fulfill the movement criteria. Furthermore, design result is applicable in Bamberg telescope system.

4 Kata Pengantar Segala puji atas ke-maha Besar-an Allah SWT, karena sesungguhnya seluruh ilmu yang ada di alam semesta hanya milik-nya, dan kita manusia hanya mengetahui sangat sedikit dari setetes ilmu dari samudera ilmu-nya. Sekaligus juga penulis mengucapkan syukur yang tak terhingga, karena dengan kehendak- Nya penelitian tugas akhir ini dapat diselesaikan. Penelitian tugas sarjana ini merupakan manifestasi dari rasa ingin tahu penulis tentang teknologi kontrol dan otomasi. Mudah-mudahan hasil rancangan ini dapat diaplikasikan dan memberi manfaat bagi penelitian astronomi di Observatorium Bosscha. Seperti halnya penelitian lainnya, maka penelitian ini pun tidak luput dari ketidaksempurnaan. Oleh karena itu, penulis mohon maaf sebesar-besarnya apabila kesalahan itu tidak berkenan. Sekaligus juga penulis berharap adanya masukan yang sifatnya positif dan membangun bagi penelitian ini pada akhirnya. Terakhir, penulis tidak ingin berpanjang kata lagi, hanya mengucapkan selamat membaca, semoga pembaca sekalian dapat mengambil pelajaran di dalamnya. Bandung, Februari 2008 Penulis i

5 Ucapan Terima Kasih Assalamu alaikum warahmatullahi wabarakatuh. Puji syukur ke hadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini sebagai syarat kelulusan dari pendidikan sarjana Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung. Sekaligus pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberi dukungan baik moral maupun material dalam menyelesaikan penelitian tugas sarjana ini. Ucapan terima kasih tersebut penulis ucapkan kepada: 1. Syamsul Bakhri, SH dan Tuti Khairani, orangtua yang memberi kasih sayang dan kepercayaan yang tidak terbatas. 2. Bapak Ir Indrawanto, Ph.D, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingannya dan kesempatannya kepada penulis. 3. Bapak Kemas Rifian, selaku dosen wali yang telah memberikan bimbingan selama penulis menjalankan pendidikan sarjana. 4. Dosen-dosen program studi yang telah memberikan ilmu dan menjadi inspirasi bagi penulis. 5. Staff dan teknisi Observatorium Bosscha, Bu Elyani, Pak Asep, Pak Budi, dan yang lainnya yang telah memberi bantuan selama pengambilan data teleskop Bamberg. 6. Staff dan teknisi Teknik Mesin, Pak Suryana, Mbak Listi, Pak Edi, Pak Eko, Kang Asep, dan yang lainnya yang telah memberi bantuan dalam keseharian penulis. 7. Tresnaningsih, Faiza, dan Astrid, yang telah menjadi teman sejati yang akan ada kapanpun dibutuhkan. 8. Rekan Laboratorium Teknik Produksi, Arif, Djoko, Faqih, Be-el, dan yang lainnya yang telah menjadi teman diskusi dan melepas ketegangan selama proses penulisan tugas sarjana ini.

6 9. Rekan angkatan 2003, Moncos, Sandy, Putra, Yudi, Taurino, atas bantuan dan persahabatan yang tak dapat ditukar oleh apapun. Penulis hanya berharap ketidakmampuan penulis dalam membalas jasa yang telah diberikan, digantikan balasan yang baik oleh Allah SWT. Akhir kata semoga persaudaraan kita semua dikekalkan, Amin. Wassalamuailakum warahmatullahi wabarakatuh. Bandung, Februari 2008 Penulis v

7 Daftar Isi Halaman Abstrak i Kata Pengantar iii Ucapan Terima Kasih iv Daftar Isi vi Bab 1 Pendahuluan Latar Belakang Tujuan Batasan Masalah Metodologi Penelitian Sistematika Pembahasan 4 Bab 2 Teori Dasar dan Tinjauan Pustaka Mesin Presisi Perancangan Mesin Presisi Komponen Penyusun Perangkat Gerak Leadscrew Brushless DC Servomotor Sensor Posisi Enkoder Reed Switch Metode Mounting 17 Bab 3 Teleskop Bamberg Teleskop Refraktor Koordinat Astronomi Sistem Koordinat Ekuatorial Konstruksi Teleskop Bamberg Perangkat Gerak Teleskop Saar Ini Perangkat Gerak Pointing 24 i

8 Perangkat Gerak Tracking 24 Bab 4 Perancangan Perangkat Gerak Otomatis Perancangan Mekanisme Sistem Penggerak Arah 26 Deklinasi Desain Desain Perbandingan Dimensi Kedua Desain Analisa Statik pada Batang Penggerak Arah Deklinasi Analisa Statik Desain Analisa Statik Desain Perhitungan Gaya F screw dan Kebutuhan 32 Torsi Pemilihan Motor Penggerak Arah Deklinasi Alternatif Pemilihan Aktuator dan 35 Komponen Penggerak 4. 3 Perancangan Komponen Pendukung Perangkat Gerak Arah Sudut Jam Kopling 46 Bab 5 Kesalahan Posisi dari Perangkat Gerak Kesalahan Posisi Backlash Backlash pada Perangkat Pointing Backlash pada Perangkat Tracking Pemasangan Alat Ukur Posisi Perangkat Kontrol 51 Bab 6 Kesimpulan dan Saran 52 Daftar Pustaka 53

9 Daftar Gambar Halaman Gambar 1.1 Bagian eye-piece dari teleskop 2 Gambar 2.1 Kategori ketepatan, keterulangan, dan kecermatan 7 Gambar 2.2 Abbe error 7 Gambar 2.3 Gaya-gaya yang terjadi pada leadscrew saat menaikkan 9 beban dalam 3 dimensi Gambar 2.4 Konstruksi ballscrew 10 Gambar 2.5 Aksesoris pelindung permukaan ballscrew 12 Gambar 2.6 Jenis-jenis servomotor yang tersedia di pasar 12 Gambar 2.7 Skema incremental encoder 14 Gambar 2.8 Optical incremental encoder dan pemasangannya 14 Gambar 2.9 Skema komponen penyusun reed switch 15 Gambar 3.1 Skema susunan teleskop refraktor 18 Gambar 3.2 Bola langit dengan sistem koordinat ekuatorial 19 Gambar 3.3 Konstruksi teleskop 21 Gambar 3.4 Mekanisme transmisi roda gigi gerak tracking 22 Gambar 3.5 Skala petunjuk posisi pointing pada sumbu putar 23 teleskop, posisi istirahat teleskop, kenop pengatur posisi Gambar 3.6 Skala dalam arah gerak sudut jam (gerak tracking) 24 Gambar 3.7 Beban yang mengendalikan perangkat tracking 24 Gambar 3.8 Rangkaian transmisi penggerak tracking 25 Gambar 4.1 Konstruksi desain 1 27 Gambar 4.2 Konstruksi desain 2 28 Gambar 4.3 Diagram benda bebas desain 1 30 Gambar 4.4 Parameter posisi batang penggerak 30 Gambar 4.5 Resultan batang dua gaya titik B 32 Gambar 4.6. Diagram benda bebas desain 2 32 v

10 Gambar 4.7 Beban screw pada setiap sudut α 33 Gambar 4.8 Karakteristik servomotor 35 Gambar 4.9 Komponen penyusun aktuator dan leadscrew 36 GEOTRACK Gambar 4.10 Pemasangan TD GEOTRACK 37 Gambar 4.11 Perangkat GEOTRACK membatasi panjang langkah 37 yang dibutuhkan Gambar 4.12 Pembebanan yang terjadi pada baut 38 Gambar 4.13 Posisi pemasangan pelat mounting pada konstruksi 39 teleskop Gambar 4.14 Pembebanan pada pelat mounting 40 Gambar 4.15 Pelat mounting pada teleskop 42 Gambar 4.16 Posisi pemasangan servomotor pada perangkat gerak 43 tracking Gambar 4.17 Rangkaian transmisi roda gigi 44 Gambar 4.18 Roda gigi cacing yang langsung terhubung ke gerakan 45 tracking teleskop Gambar 4.19 Spesifikasi dan karakteristik torsi motor yang 45 digunakan i