BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 4 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Lengan robot Lengan Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas tugas fisik yang berat, sehingga sangat menbantu pekerjaan manusia dalam melakukan hal hal yang sangat berat untuk dikerjakan, dan sangat menghemat waktu untuk mengerjakan pekerjaan yang berat. Bukan hanya itu Robot juga dapat bekerja pada daerah daerah yang berbahaya yang tidak diperbolehkan manusia untuk memasuki daerah tersebut. 2.2 Klasifikasi Umum Robot Klasifikasi robot belum ada yang baku, tetapi berdasarkan beberapa sumber refrensi, robot dapat diklasifikasikan berdasarkan penggunaan aktuator, berdasarkan kebutuhan akan operator robot, dan berdasarkan kegunaannya. Penjelasan lebih detailnya sebagai berikut: Klasifikasi Robot Berdasarkan Penggunaan Aktuator Klasifikasi robot berdasarkan penggunaan aktuatornya yaitu manipulator dan mobile robot. Penjelasan lebih detail tentang manipulator dan mobile robot sebagai berikut: Manipulator Pada robot industri, manipulator merupakan sebuah rangkaian benda kaku (rigid bodies) terbuka yang terdiri atas sendi (joint) dan terhubung dengan lengan (link) dimana setiap posisi sendi ditentukan dengan variabel tunggal sehingga jumlah sendi sama dengan nilai derajat kebebasan (degree of freedom). Manipulator yang sering dipakai sebagai robot industri pada dasarnya terdiri atas struktur mekanik, penggerak (aktuator), sensor dan sistem kontrol. Dasar (base) manipulator sering disebut kerangka dasar (base frame) dan ujung dari manipulator biasanya dilengkapi dengan end efector yang salah satu jenisnya adalah gripper. Untuk lengkapnya, skematik manipulator ditunjukkan pada

2 5 Gambar 2.1. Pada manipulator terdapat sendi (joint) yang merupakan tempat sambungan lengan untuk melakukan putaran atau gerakan. Secara umum jenis sendi yang digunakan pada manipulator adalah sendi putar (revolute joint). Sendi putar sering digunakan sebagai pinggang (waist), bahu (shoulder) dan siku (elbow), dan pergerakan sendi putar akan menghasilkan satu derajat kebebasan. Gambar 2.1 Manipulator robot Bagian dasar manipulator bisa kaku terpasang pada lantai area kerja ataupun terpasang pada rel. Rel berfungsi sebagai path atau alur sehingga memungkinkan robot untuk bergerak dari satu lokasi ke lokasi lainnya dalam satu area kerja. Bagian tambahan merupakan perluasan dari bagian dasar, bisa disebut juga lengan atau arm. Bagian ujungnya terpasang pada end efektor yang berfungsi untuk mengambil atau mencekam material. Manipulator digerakkan oleh aktuator atau disebut sistem drive yang menyebabkan gerakan yang bervariasi dari manipulator.

3 Mobile robot Mobile robot merupakan sebuah robot yang dapat bergerak dengan leluasa karena memiliki alat gerak untuk berpindah posisi. Secara umum dan mendasar sebuah mobile robot dibedakan oleh locomotion system atau sistem penggerak. Locomotion merupakan gerakan melintasi permukaan datar. Semua ini disesuaikan dengan medan yang akan dilalui dan juga oleh tugas yang diberikan kepada robot. Berikut adalah klasifikasi robot menurut jenis locomotion. a. Robot Beroda (wheeled car) Robot yang seringkali dijumpai adalah robot yang bergerak dengan menggunakan roda. Roda merupakan teknik tertua, paling mudah, dan paling efisien untuk menggerakkan robot melintasi permukaan datar. Roda seringkali dipilih, karena memberikan traction yang bagus, mudah diperoleh dan dipakai, dan juga mudah untuk memasangnya pada robot. Traction merupakan variabel dari material roda dan permukaan yang dilintasi oleh roda. Material roda yang lebih lembut memiliki koefisien traction yang besar, dan koefisien traction yang besar ini member gesekan (friction) yang besar pula, dan memperbesar daya yang dibutuhkan untuk menggerakkan motor. Jumlah roda yang digunakan pada robot beragam, dan dipilih sesuai selera si pembuat robot. Robot dapat dibangun dengan menggunakan berbagai macam roda, misalnya beroda dua, beroda empat, beroda enam, atau beroda caterpillar (tank-treaded) yang dapat dilihat pada Gambar 2.2 (a) (b) Gambar 2.2 Robot beroda dua (a) dan robot beroda caterpillar (b)

4 Klasifikasi Robot Berdasarkan Kebutuhan Akan Operator Robot Klasifikasi robot berdasaarkan kebutuhan akan operator robot ada tiga jenis yaitu Autonomous robot, teleoperetad robot dan semi autonomous. Penjelasan tentang masing-masing jenis robot tersebut sebagai berikut Autonomous Robot Robot Autonomous adalah robot yang dapat melakukan tugas-tugas yang diinginkan dalam lingkungan yang tidak terstruktur tanpa bimbingan manusia terus menerus berdasarkan logika-logika yang diberikan manusia kepada robot. Banyak jenis robot memiliki beberapa tingkat otonomi. Tingkatan otonomi sangat diinginkan dalam bidang-bidang seperti eksplorasi ruang angkasa, membersihkan lantai, memotong rumput, dan pengolahan air limbah. Salah satu contoh autonomous robot dapat dilihat pada Gambar 2.3. Gambar 2.3 Autonomous robot Teleoperetad Robot Robot ini dalam pengoperasian mesinnya dikendalikan dari kejauhan. Hal ini mirip dalam arti untuk frase "remote control", dikendalikan oleh operator (manusia) dengan menggunakan remote control. Pada Gambar 2.4 terlihat caterpillar robot dan alat pengontrolnya.

5 8 Gambar 2.4 caterpillar robot dan remote control 2.4 Klasifikasi Robot Berdasarkan Kegunaan Klasifikasi robot berdasarkan kegunaan yaitu robot industry (industrial robot) Penjelasan jenis robot industry Robot Industri (Industrial Robot) Robot industri merupakan robot yang digunakan di dunia industri. Robot industri ini digunakan untuk otomatisasi proses produksi, misalnya untuk proses pengelasan (welding), perakitan dan pengepakan sesuatu barang. Pada Gambar 2.5 adalah robot industri yang digunakan dalam proses pengelasan. Gambar 2.5 Robot industry

6 9 2.5 Struktur Umum Robot Secara umum struktur robot memiliki badan (body), lengan (arm), pergelangan (wrist), ujung (end effector), penggerak (actuator), sensor, pengendali (controller) dan catu daya (power supply). Penjelasan lebih detail tentang struktur umum robot sebagai berikut Lengan (arm) Lengan robot merupakan komponen robot yang memiliki fungsi untuk melakukan pergerakan robot. Gambar 2.6 adalah lengan robot (arm robot) dan lengan pada humanoid robot. Gambar 2.6 Lengan robot Pergelangan (wrist) Pergelangan pada robot berfungsi untuk menghubungkan lengan robot dengan end effector. Gambar 2.7 menunjukan pergelangan (wirst) pada arm robot. Gambar 2.7 Pergelangan robot

7 Ujung (end effector) End effector berfungsi sebagai bagian terakhir yang menghubungkan antara manipulator dengan objek yang akan dijadikan kerja dari robot. End effector jika disamakan dengan manusia seperti jari-jari tangan yang dapat digerakkan untuk memindah atau mengangkat material ataupun peralatan yang dapat digunakan untuk mengelas, mengecat, menempa, mengisi botol dan lainlain sesuai dengan kebutuhan. Bentuk efektor banyak memiliki banyak jenis, salah satunya adalah gripper. Gambar 2.8 menunjukan end effector pada arm robot dan humanoid robot. Gambar 2.8 End effector arm robot 2.6 Motor Penggerak Pengertian Motor Motor adalah sebuah motor elektris bertenaga AC (Alternating Current) atau DC (Direct Current), yang berperan sebagai bagian pelaksana dari perintah-perintah yang diberikan oleh otak robot. Adapun motor untuk penggerak pada robot digunakan motor Servo dan motor DC (Direct Current), dengan penjelasan sebagai berikut; motor DC untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan tinggi dan motor servo untuk gerakan-gerakan berupa gerakan sudut. Pada Gambar 2.9 menunjukan beberapa jenis motor pada robot.

8 11 (a) (b) Gambar 2.9 (a) motor DC, (b) motor servo Dalam mengendalikan motor-motor tersebut, otak robot tidak dapat langsung mengakses motor, kecuali motor servo yang sudah memiliki antarmuka. Namun demikian, dengan menggunakan antarmuka servo controller, maka proses pengendalian motor servo akan lebih mudah dilakukan Motor DC Motor DC adalah motor listrik yang memerlukan suplai tegangan arus searah pada kumparan medan untuk diubah menjadi energi gerak mekanik. Motor arus searah, sebagaimana namanya, menggunakan arus langsung. Dalam perancangan ini motor DC berfungsi sebagai penggerak roda dengan arah putaran sesuai dengan arah jarum jam dan juga berlawanan arah jarum jam sesuai dari masukan driver motor DC yang telah di kendalikan oleh mikrokontroler. Pada Gambar 2.10 menunjukkan bentuk dari motor DC yang di gunakan dalam perancangan ini. Gambar 2.10 Motor DC

9 Motor Servo (Servomotor) Servomotor adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam servomotor. Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1,5 ms pada periode selebar 2 ms maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam. Servomotor biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak kontinyu seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk beberapa keperluan tertentu, Servomotor dapat dimodifikasi agar bergerak kontinyu. Pada robot, motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau bagian-bagian lain yang mempunyai gerakan terbatas. Servomotor adalah motor yang mampu bekerja dua arah, yaitu searah jarum jam cloackwise (CW) dan berlawanan arah jarum jam countercloackwise (CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM (Pulse Width Modulation) pada bagian pin kontrolnya. Servomotor merupakan sebuah motor DC yang memiliki rangkaian kontrol elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya. Sistem mekanik pada servomotor, seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.11 memiliki : a. 3 jalur kabel : power, ground, dan control b. Sinyal kontrol mengendalikan posisi c. Operasional dari servomotor dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dimana lebar pulsa antara 0,5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. d. Konstruksi didalamnya meliputi internal gear, potensiometer, dan feedback control.

10 13 Gambar 2.11 Sistem mekanik servomotor Jenis-jenis servomotor diantaranya adalah sebagai berikut: a. Servo motor Standar 180 Servomotor jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90 sehingga total defleksi sudut dari kanan tengah kiri adalah 180. b. Servo motor Continuous Servomotor jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu). Adapun Prinsip kerja Motor Servo ialah sebagai berikut: Servo motor dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar pulsa (Pulse Wide Modulation /PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros servo motor. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan memutar poros servo motor ke posisi sudut 90⁰. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros servo motor akan berputar ke arah posisi 180⁰ atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya Gambar 2.12 memperlihatkan dari keterangan tersebut.

11 14 Gambar 2.12 Timing Diagram Pengendalian Servo Motor Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros servo motor akan bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan, dan berhenti pada posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi tersebut. Jika ada kekuatan eksternal yang mencoba memutar atau mengubah posisi tersebut, maka servo motor akan mencoba menahan atau melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang dimilikinya (rating torsi servo). Namun servo motor tidak akan mempertahankan posisinya untuk selamanya, sinyal lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms untuk menginstruksikan agar posisi poros servo motor tetap bertahan pada posisinya. 2.7 Encoder HT12E HT12E adalah hardware yang memiliki fungsi sebagai encoder. IC HT12E disini digunakan sebagai encoder yang terhubung dengan transmitter TLP433 yang berfungsi untuk mengubah addres dan data paralel ke data serial. IC HT12E memiliki 8-address dan 4-address/data input. Data input yang berupa 4 buah data biner yang akan dikodekan menjadi data serial sehingga data dapat ditransmisikan oleh transmitter TLP433. Pada Gambar 2.13 menunjukan kofigurasi pin pada HT12E.

12 15 Gambar 2.13 Konfigurasi Pin Pada HT12E 2.8 Decoder HT12D HT12D adalah hardware yang memiliki fungsi sebagai decoder. IC HT12D disini digunakan sebagai decoder yang terhubung dengan reccieverd RLP 433 yang berfungsi untuk mengubah addres dan data serial ke data paralel. Data yang di terima oleh RLP433 yang secara serial akan dikodekan menjadi bentuk biner 4-bit output. Pada Gambar 2.14 adalah menunjukan kofigurasi pin pada IC HT12D. Gambar 2.14 Konfigurasi Pin Pada HT12D

13 Modul Driver Motor DC Rangkaian modul driver motor DC adalah rangkaian yang berfungsi untuk mengendali motor DC yang menghasilkan keluaran putaran motor yang dapat berputar searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam. Dalam modul ini digunakan IC L298 yang berisi dua rangkaian H-Bridge. Gambar 2.15 menunjukkan bentuk dari modul driver motor DC. Gambar 2.15 Modul Driver Motor DC 2.10 Driver /Receiver RS-232 MAX-232 Agar dapat komputer PC berkomunikasi dengan peralatan digital eksternal berlevel TTL/CMOS melalui saluran RS-232 maka diperlukan rangkaian pengubah level RS-232 ke level TTL/CMOS dan sebaliknya. Salah satu komponen yang berfungsi untuk mengubah Level TTL ke RS-232 atau sebaliknya adalah IC MAX-232. IC MAX232 adalah sebuah chip dual Driver/Receiver standrad EIA-232 bersama kapasitor charge/pump yang mengubah level TTL/CMOS ke level RS-232 dan sebaliknya. Susunan pin chip MAX 232 ditunjukkan pada gambar 2.16.a dan diagram blok serta kapasitor pelengkapnya (charge/pump) ditunjukkan pada gambar 2.16.b

14 17 Gambar 2.16 Susunan penyemat dan diagram blok chip MAX-232. RS-232 adalah standard komunikasi serial antar periperal-periperal, biasa juga disebut dengan jalur I/O ( input / output ),dalam sistem ini RS232 berfungsi untuk mengirim data hasil pengukuran ke PC. Karakteristik RS 232 adalah sebagai berikut: 1. Sebuah spasi (logika 0) antara tegangan +3 s/d +25 volt. 2. Sebuah tanda (logika 1) antara tegangan -3 s/d -25 volt. 3. Daerah tegangan antara +3 s/d -3 volt tidak didefenisikan. 4. Tegangan rangkaian terbuka tidak boleh lebih dari 25 volt (dengan acuan ground). Daerah tegangan antara -3 volt sampai + 3 volt tidak memiliki level logika yang pasati sehingga harus dihindari. Sama halnya dengan level lebih dari negatif -25 dan + 25 juga tidak memiliki level logika. RS232 memiliki dua charge pump internal yang berfungsi untuk mengkonversi tegangan +5V menjadi ±10V (tanpa beban) untuk operasi driver RS232.

15 Port Komunikasi Serial Komunikasi serial membutuhkan port sebagai saluran data. Berikut tampil port serial DB9 yang umum digunakan sebagai port serial. Gambar 2.17 Port DB9 jantan Gambar 2.18 Port DB9 betina Gambar 2.19 susunan PIN konektor DB9 Tabel 2.1 Fungsi Susunan Konektor DB9 Pin Nama Signal Fungsi 1 DCD Data Carrier Detect, sinyal yang menyatakan bahwa modem telah menerima sinyal carrier valid dari modem lain.

16 19 2 RXD Sinyal data dari modem ke PC (Penerimaan). 3 TXD Sinyal data dari PC ke modem (Pengiriman). 4 DTR Data Terminal Ready, sinyal kendali dari PC ke modem, untuk mengaktifkan modem. 5 GND Sinyal Ground 6 DSR Data Set Ready, sinyal kendali dari modem ke PC yang menyatkan bahwa modem siap mengirim atau menerima data. 7 RTS Request To Send, sinyal kendali dari PC yang menandakan bahwa PC siap menerima data 8 CTS Clear To Send, sinyal kendali dari modem yang menandakan bahwa modem siap menerima data. 9 RI Ring Indicator, sinyal kendali ke PC, tanda bahwa saluran telepon berdering Mikrocontroller AT89S52 Penggunaan IC AT89S52 memiliki beberapa keuntungan dan keunggulan, antara lain kemudahan dalam pemrograman dan hemat dari segi biaya. IC AT 89S52 memiliki program internal yang mudah untuk dihapus dan diprogram kembali secara berulang ulang. Pada suatu alat yang menggunakan IC AT 89S52 berfungsi sebagai sentral control dari segala aktivitas alat tersebut. Mulai dari timer untuk mengontrol lamanya bekerja. Gambar 2.20 Konfigurasi Pin Pada Mikrokontroler AT89S52

17 20 Tabel 2.2 Kapasitas Memori Mikrokontroler seri AT89XX Type RAM Flash Memory EEPROM AT89C51/AT89S51 8 X 128 byte 4 Kbyte Tidak AT89C52/AT89S52 8 X 256 byte 8 Kbyte Tidak AT89C55 8 X 256 byte 20 Kbyte Tidak AT89S53 8 X 256 byte 12 Kbyte Tidak AT89S X 256byte 8 Kbyte 2Kbyte Mikrokontroler AT89S52 memiliki fasilitas-fasilitas pendukung yang membuatnya menjadi mikrokontroler yang sangat banyak digunakan dalam berbagai aplikasi. Fasilitas-fasilitas yang dimiliki oleh mikrokontroler AT89S52 adalah: 1. Sesuai dengan produk-produk MCS Terdapat memori flash yang terintegrasi dalam sistem. Dapat ditulis ulang hingga 1000 kali 3. Beroperasi pada frekuensi 0 sampai 24MHz. 4. Tiga tingkat kunci memori program. 5. Memiliki 256 x 8 bit RAM internal. 6. Terdapat 32 jalur masukan/keluaran terprogram. 7. Tiga pewaktu atau pencacah 6-bit 8. Memiliki 8 sumber interupsi (untuk AT89S52)