PERANCANGAN MODEL INDUSTRIAL ROBOT SECARA KINEMATIK Andy 1 ; Artur Laurensius 2 ; Firmansyah 3 ; Iman H. Kartowisastro 4 1 Jurusan Sistem Komputer, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Bina Nusantara, Jln. K.H. Syahdan No. 9, Palmerah, Jakarta Barat 11480 Iman H. Kartowisastro ABSTRACT Robot Industrial Model which will be designed is a small scale model from portable industrial robot. The robot is based on microcontroller 89S51 with kinematic system using automatic motor servo from a computer using Visual Basic software in interface RS-232 and manually controlled using teaching box. The research objective is to build robot s hand in kinematical aspect with detail in waist, shoulder, elbow, pitch, roll, and gripper motion; also to create a simulation software using MATLAB for Robot Industrial Model in kinematical operation forward and Inverse. The research methodology is learning about workspace and robot s kinematical hand, kinematical modeling robot, designing robot simulation on computer, developing robot s hands through mechanic, electronic, and software needed and doing validation (comparing the result of robot simulation and experiment). Robot motion in this research suits kinematical concept system between simulation and real robot. Article dimension grabbed by the gripper is 0-20 mm and reached the farthest point in 370 mm. Keywords: Robot Industrial Model, Microcontroller 89S51, Kinematic, Servo, Visual Basic, Matlab, RS 232 ABSTRAK Model robot industri yang akan dirancang merupakan model skala kecil dari robot industri yang mudah dibawa/dipindahkan. Perancangan meliputi model kinematika dalam bentuk perangkat lunak simulasi dan robot itu sendiri yang berbasiskan mikropengendali 89S51 dengan sistem gerak manggunakan motor servo di mana bisa dikontrol secara otomatis dari komputer menggunakan software Visual Basic dengan interface RS-232 dan dikontrol manual dengan menggunakan teaching box. Tujuan dari penelitian ini membangun lengan robot dilihat dari aspek kinematiknya dengan memperlihatkan secara langsung pergerakan waist, shoulder, elbow, pitch, roll, dan gripper serta membuat perangkat lunak simulasi menggunakan Matlab untuk Model Industrial Robot dalam melakukan operasi Forward dan Inverse kinematik. Metodelogi yang digunakan pada penelitian ini yaitu melakukan pembelajaran mengenai workspace dan kinematika lengan robot, pemodelan kinematika robot, merancang simulasi robot pada komputer, membangun lengan robot meliputi mekanik, elektronik dan perangkat lunak yang dibutuhkan dan melakukan validasi (perbandingan antara hasil simulasi robot dan data hasil percobaan). Pergerakan robot pada penelitian ini sudah sesuai dengan konsep kinematika antara simulasi dengan robot sesungguhnya. Dimensi benda yang dapat dicengkram gripper adalah 0-20 mm dan dapat menjangkau titik terjauh sebesar 370 mm. Kata kunci: Model Industrial Robot, Mikropengendali 89S51, Kinematik, Servo, Visual Basic, Matlab, RS 232 Perancangan Model Industrial... (Andy; dkk) 147
PENDAHULUAN Perkembangan tentang dunia robot saat ini sangatlah pesat, seperti robot industri dan robot service. Robot-robot jenis ini banyak digunakan untuk membantu proses produksi di pabrik-pabrik dalam kegiatan proses industrinya. Seiring dengan perkembangan teknologi sekarang ini, pembicaraan seputar robot tidak lagi hanya seputar dunia industri namun lingkupnya telah merambah ke dunia yang lebih luas seperti robot yang digunakan membantu pekerjaan rumah tangga, pekerjaan medis dan lain sebagainya. Berdasarkan data hasil survei Internasional Federasi Robotics (IFR) yang berada dibawah naungan PBB untuk Komisi Pengawas Ekonomi Eropa (UNECE) menerbitkan studi tentang robot di dunia. Institusi ini dalam analisisnya meringkas hasil Pertumbuhan Industrial Robot di seluruh dunia dalam periode tahun 2003-2004 dan perkiraan untuk 2005-2008. Rata-rata setiap tahunnya meningkat sekitar 6% mencapai 1.000.000 robot yang digunakan untuk membantu proses industri. (UNECE/IFR Robotics survey. Geneva 11 Oktober 2005). Pada Tabel 1, Gambar 1 dan Gambar 2 dibawah ini dapat dillihat perkembangan robot industri ini sangat cepat dimana jumlah robot industri di dunia ini sudah berkisar diatas 1.000.000 unit menurut perkiraan yang dilakukan oleh IFR. Tabel 1 Pemasangan dan operasional Robot Industri pada tahun 2003, 2004 dan perkiraan sampai 2008 COUNTRY Pemasangan Industrial Robot per/tahun Operational stok pada akhir tahun 2003 2004 2008 2003 2004 2008 America - USA 12.597 12.693 13.647 13.444 16.800 16.500 115.384 112.390 125.235 121.937 159.900 155.700 Asia/Australia - Japan 40.579 31.588 52.311 37.086 70.400 45.900 422.721 347.734 443.193 356.483 532.900 532.900 - Indonesia 44 74 47 121 Eropa - Germany 27.832 13.081 29.296 13.401 33.700 14.900 262.025 112.393 278.906 120.544 348.100 151.100 Africa 108 87 100 343 430 800 TOTAL 81.476 95.368 121.000 800.473 847.764 1.041.700 Sumber: UNECE, IFR dan asosiasi robot nasional Gambar 1 Grafik Pemasangan Industrial robot tiap tahunnya, 2003-2004, dan Perkiraan 2005-2008 148 Jurnal Teknik Komputer Vol. 17 No. 2 Agustus 2009: 147-162
Gambar 2 Grafik Estimasi operational stok industrial robot 2003-2004 and 2005-2008 Sumber: UNECE, IFR dan asosiasi robot nasional. Pemahaman permasalahan mengapa pada penelitian ini mengangkat tema Perancangan Model Industrial Robot Portable secara kinematik karena terdapat 4 permasalahan utama. Permasalahan yang timbul saat ini kelihatannya dunia industrial robot masih kurang diminati di Indonesia, hal itu dapat dilihat dari data penggunaan industrial robot di pabrik-pabrik masih dalam jumlah sedikit, dan masih banyak kampus yang belum menerapkan robotic pada kurikulum tersendiri karena masih digabung dengan matakuliah seperti Sistem kontrol, Mikroprosesor dan Interfecing atau Teknik Kendali. Selanjutnya, belum terdengar adanya isu tentang peneliti-peneliti mengenai industrial robot di Indonesia. Tidak seperti halnya di Jepang, di mana sudah banyak tim peneliti tentang robot industri baik tingkat kampus maupun institusi. Di Indonesia tidak adanya institusi atau badan resmi yang mengurusi masalah robot industri, seperti di Jerman (VDMA Robotics + Automation), Jepang (JARA atau Japan Robot Association) dan di Amerika (RIA atau Robotic Industries Association). Permasalahan berikutnya muncul dari keterbatasan studi literatur tentang studi mekanik mengenai berbagai macam jenis robot, karena dalam melakukan studi kepustakaan, khususnya di Perpustakaan Universitas Bina Nusantara, dan juga melalui internet yang mana banyak buku yang membahas tentang robot industri jenis Programmable Universal Machine for Assembly (PUMA). Hampir setiap buku hanya membahas tentang industry robot PUMA 560. Pada dasarnya setiap robot memiliki kesamaan karakteristik seperti Robot PUMA, namun apabila ingin merancang suatu robot yang berbeda karakteristik dengan Robot PUMA, literatur semacam itu sangat jarang. Hasil pengamatan yang telah dilakukan terhadap hasil karya ilmiah skripsi di lingkungan Universitas Bina Nusantara selama ini: 1. Simulasi Kinematika Robot Mitsubishi RV-M1 (Wihardi, Gunawan, Chandra K., 2003). Tetapi skripsinya hanya membahas simulasi Robot 3 Joint, skripsi ini hanya memperlihatkan simulasi kinematik 3 Joint saja. 2. Simulasi lengan robot dengan 6 derajat kebebasan, tetapi hanya simulasinya saja dan robotnya tidak ada (Andy R., Riza P.N., Theodorus, 2004). Pada penelitian ini, keterbatasan lainnya ialah masalah biaya. Keterbatasan biaya sangat berpengaruh terhadap pembelajaran kinematika, karena robot industri harganya cukup mahal. Dengan demikian, pemahaman terhadap kinematika akan dipelajari melalui teori dan simulasi, sehingga mereka yang tertarik mendalami kinematika robot industri akan kesulitan mengimajinasi bagaimana pergerakan suatu robot secara fisik. Perancangan Model Industrial... (Andy; dkk) 149
Alasan mengangkat penelitian ini untuk membentuk tim peneliti skala kecil pada Universitas Bina Nusantara dan juga memperdalam ilmu tentang dunia robotik, khususnya pada robot industri. Selain itu, penelitian ini juga ditujukan untuk memberikan semangat atau motivasi kepada rekan-rekan mahasiswa agar mau memgembangkan dan meneliti tentang robot industri agar bisa menciptakan sistem pergerakan robot dan teknologi robotika yang terbarukan supaya bisa membawa nama kampus ke ajang internasional. Dengan pertimbangan literatur yang tersedia di BINUS maupun internet yang umumnya berkisar mengenai robot PUMA, maka penelitian ini berdasarkan struktur robot yang berbeda dengan struktur robot PUMA. Berdasarkan hasil pengamatan yang telah dilakukan terhadap hasil karya ilmiah skripsi di lingkungan BINUS University selama ini, ditemukan beberapa penelitian ilmiah tentang kinematika robot. Misalnya, Simulasi Kinematika Robot Mitsubishi RV-M1 (Wihardi, Gunawan, Chandra K., 2003), yang hanya memperlihatkan simulasi kinematik 3 Joint saja. Lalu simulasi lengan robot dengan 6 derajat kebebasan, tetapi hanya simulasinya saja dan robotnya tidak ada (Andy Rosady, Riza Peter Ngelow, Theodorus, 2004). Pada akhirnya disimpulkan, simulasi pada komputer untuk model robot industri secara kinematik bisa dilakukan dengan mengembangkan penelitian Wihardi, Gunawan, Chandra K, (2003) dari 3 Joint menjadi 5 Joint (tidak termasuk gripper) dan juga membuat perangkat model robot industri bentuk fisik yang berukuran kecil sehingga mudah dibawa kemana-mana. PEMBAHASAN Model robot industri yang akan dirancang merupakan model skala kecil dari robot industri yang mudah dibawa atau dipindahkan. Robot ini dirancang untuk dapat menirukan pergerakan robot industri. Perancangan yang dimaksud meliputi model kinematika dalam bentuk simulasi software, dan robot portable yang digerakkan oleh motor servo. Sebelum mengembangkan fisik robot, terlebih dahulu dilakukan pengembangan simulasi sifat kinematika robot pada komputer menggunakan software Matlab untuk melihat pergerakan robot sesuai dengan tujuan dan memastikan robot berjalan dengan baik. Hal ini dilakukan untuk mengantisipasi apabila sistem yang dibuat mengalami kegagalan. Setelah simulasi telah berjalan dengan baik kemudian dilakukan perancangan hardware. Pengembangan Model Kinematika untuk Simulasi Model Robot Industri Pengembangan model kinematika pada simulasi kinematika robot dilakukan untuk menjawab permasalahan kinematika, yakni Forward Kinematics dan Inverse Kinematics. Perhitungan kinematika untuk Forward Kinematics dan Invese Kinematics mengacu pada penggunaan model Denavit-Hartenberg Parameter (D-H Parameter) dalam membentuk matriks transformasi homogeneous yang dipakai dalam pemodelan lengan robot. Model pergerakan lengan robot yang dirancang menggunakan gerak rotasi untuk menjangkau posisi dan orientasi dari end effector (dalam hal ini ialah gripper). Penggunaan konsep D-H Parameter untuk melakukan proses perhitungan Forward Kinematics dan Inverse Kinematics akan menggunakan software Matlab sebagai sistem pusatnya. Penggunaan Konsep Denavit-Hartenberg dalam Simulasi Konsep Denavit-Hartenberg ini mempengaruhi perhitungan Forward Kinematics dan Inverse Kinematics, karena model robot industri ini terdiri atas sejumlah bagian tubuh seperti link dan sejumlah joint. Setiap joint mewakili satu derajat kebebasan. Untuk mendeskripsikan hubungan rotasional antara link yang berdekatan, maka terlebih dahulu dirancang sebuah metode matriks 150 Jurnal Teknik Komputer Vol. 17 No. 2 Agustus 2009: 147-162
yang secara sistematis membangun sebuah sistem koordinat dari masing-masing link. Gambar 3 dan Gambar 4 menunjukkan sistem koordinat link robot industri. Gambar 3 Koordinate frame lengan robot Gambar 4 Koordinate frame lengan robot model tabung Untuk mencari sebuah matriks transformasi dari sebuah ujung alat hingga basis dari sebuah manipulator, ditentukan frame dari link dan didapatkan teknik sistematikal, yang dapat dijabarkan secara kinematik dari sebuah robot dengan 1 derajat kebebasan. Setiap joint pada sebuah robot industri memiliki batasan operasi yang berbeda satu sama lain. Batasan operasi joint robot berupa batasan pergeseran (translasi) dan perputaran (rotasi) dari sebuah joint. Batasan translasi dan rotasi ini memiliki 2 pergerakan yang berbeda yaitu bergeser atau berputar ke arah positif (berlawanan jarum jam) dan bergeser atau berputar ke arah negatif (searah jarum jam). Besar nilai batasan negatif disebut batasan minimum (min) dan besar nilai batasan positif akan disebut batasan maksimum (max) untuk sebuah joint. Besar nilai batasan operasi dihitung dari posisi joint pada posisi awal robot. Untuk robot ini nilai awal pada setiap joint pada saat robot dihidupkan yaitu menuju 0 atau dalam posisi tengah. Dan untuk nilai maksimum sebesar 90 dan minimumnya sebesar -90. range = max min range = total pergerakan joint ( ) max = nilai batas pergerakan positif ( ) min = nilai batas pergerakan negatif ( ) Tabel 2 Tabel Batasan Rotasi Lengan Robot Joint i batasan operasi pergerakan robot Struktur Max Min Joint Range 1 Waist 90 0-90 0 180 0 2 Shoulder 90 0-90 0 180 0 Perancangan Model Industrial... (Andy; dkk) 151
3 Elbow 90 0-90 0 180 0 4 Pitch 90 0-90 0 180 0 5 Roll 90 0-90 0 180 0 Pada penelitian ini untuk model robot industri menggunakan 5 buah Joint (tidak termasuk gripper) dengan diketahuinya nilai max, min dan range. Simulasi parameter joint untuk batasan operasi ini akan diperhitungkan untuk pergerakan kinematika baik dengan Inverse Kinematics maupun Forward Kinematics. Gambar 5 dan Tabel 3 di bawah ini merupakan contoh parameter Denavit-Hartenberg untuk simulasi dan robot (fisik) pada penelitian ini dengan joint [i] dan [i] buah Link. Gambar 5 Lengan Robot Untuk Karakteristik D-H Parameter Tabel 3 Sistem koordinat Link untuk Model Industrial Robot Joint i i a i (mm) d i (mm) Joint Range 1 0 0 100 120-90 0-90 0 2 90 0 90 40-90 0-90 0 3 0 0 60 0-90 0-90 0 4 90 0 60 0-90 0-90 0 5 0 0 60 0-90 0-90 0 dimana : i = joint ke-i ai = jarak perpotongan sumbu Zi-1 dengan sumbu Xi ke pusat sumbu koordinat ke-i sepanjang sumbu Xi (atau jarak terpendek antara sumbu Zi-1 dan sumbu Zi). 152 Jurnal Teknik Komputer Vol. 17 No. 2 Agustus 2009: 147-162
α i = Sudut dari sumbu Zi-1 ke sumbu Zi dengan poros sumbu Xi (perputarannya dengan menggunakan aturan tangan kanan). di = Jarak dari pusat koordinat ke (i-1) ke perpotongan sumbu Zi-1 dengan sumbu Xi sepanjang sumbu Zi-1 (offset distance). θ i = Sudut pada Joint dari sumbu Xi-1 ke sumbu Xi dengan sumbu Zi-1 sebagai porosnya (perputarannya menggunakan aturan tangan kanan). Dengan mengetahui batasan operasi dari joint-joint robot industri dan parameter Denavit- Hartenberg maka dapat ditentukan area jangkauan (workspace) dari robot industri. Berikut Rumus Matriks Transformation Homogeneus berdasarkan konsep Denavit-Hartenberg untuk joint-joint i terhadap i-1 pada joint putar. ( 1) Pemodelan Forward Kinematics dan Inverse Kinematics Secara Umum. Pada penelitian ini akan memperhitungkan Forward Kinematics dan Inverse Kinematics. Melalui persamaan yang didapatkan dari konsep Denavit-Hertenberg, matriks transformasi masingmasing joint untuk mendapatkan posisi dan orientasi pada model robot industri dapat dicari dengan memasukan parameter-parameter model robot industri. Pada penelitian ini, matriks transformasi komposit yang digunakan untuk mencari 0A1, 1A2, 2A3, 3A4, 4A5, dan 0A5. Pada Forward Kinematics menggunakan matriks komposit dengan parameter D-H, parameter yang diberikan akan menghasilkan sebuah matriks yang memberi nilai posisi dan orientasi sebuah matriks rotasi untuk end effector. Untuk mendapatkan matriks transformasi komposit yang digunakan adalah untuk mencari 0A1, 1A2, 2A3, 3A4, 4A5 dan 0A5, maka nilai yang ada pada tabel sistem koordinat link untuk model robot industri menggunakan konsep D-H parameter disubstitusikan pada persamaan (1) matriks transformasi pada model robot industri. Substitusi nilai pada tabel sistem koordinat link untuk mendapatkan matrik transformasi komposit, yaitu: Matriks Transformasi Joint 1 Terhadap Base: (2) Matriks Transformasi Joint 2 Terhadap Joint 1: (3) Matriks Transformasi Joint 3 Terhadap Joint 2 : Matriks Transformasi Joint 4 Terhadap Joint 3 : (4) Perancangan Model Industrial... (Andy; dkk) 153
(5) Matriks Transformasi Joint 5 Terhadap Joint 4 : (6) Pada penelitian ini, perhitungan Inverse Kinematics dengan pendekatan numerik telah dilakukan sampai dengan joint 5. Mencari sudut masing-masing joint dengan informasi yang minimum berupa titik koordinat target dibutuhkan untuk mencari Inverse Kinematics. Untuk melakukan ini, maka Inverse Kinematics model robot industri berdasarkan input posisi yang diberikan akan diproses melalui perhitungan trial and error yang menghasilkan output simulasi Inverse Kinematics berupa lima buah sudut pada setiap joint. Untuk cara numerik atau cara mencoba coba ini menggunakan sedikit campuran dari cara Forward Kinematics yang dihitung berulang-ulang agar end effector mengarah ke target. Tentu saja cara ini akan sangat tidak efisien bila dilakukan dengan perhitungan matematis. Cara ini biasanya diproses dengan teknologi komputer, dan tampilan pun akan dapat digambarkan secara langsung dan proses perhitungan akan lebih cepat. Pendekatan metode numerik ini sendiri digunakan dengan melakukan pengecekan terus menerus dengan cara Forward Kinematics secara berulang dengan resolusi pergerakan 1 derajat dimulai dari joint ke 5. Posisi awal robot dalam melakukan pencarian dengan menggunakan metode numerik ini terlihat seperti gambar 6. Kemudian dilakukan pengujian apakah end effector atau joint 5 yang berjarak lebih dekat ke target. Bila ya, maka putar atau mencari titik hanya memutar joint 5 saja. Apabila joint 5 tidak mencapai target maka joint 4 digerakkan sejauh 1 derajat, lalu joint 5 melakukan pencarian lagi sejauh sudut putarnya seperti yang terlihat pada gambar 7. Apabila tidak mencapai target maka joint 4 akan melakukan kenaikan 1 derajat lagi dan joint 5 melakukan pencarian lagi sejauh sudut putarnya. Apabila tidak mencapai target, maka joint 4 akan bertambah 1 derajat seperti yang terlihat pada gambar 8. Apabila joint 4 dan joint 5 sudah berputar sejauh sudut putarnya tetapi tidak mendekati target. Maka joint 3 akan naik 1 derajat. Begitu seterusnya. Dengan kata lain metode ini melakukan percobaan 1 per 1 sampai mendekati target. Gambar 6 Metode numeric dalam pemecahan masalah Invese kinematik Gambar 7 Lengan Robot sedang melakukan pencarian sudut untuk mendekati target 154 Jurnal Teknik Komputer Vol. 17 No. 2 Agustus 2009: 147-162
Gambar 8 Target ditemukan pada Metode Numerik Perancangan Hardware Model industrial robot Pada perancangan hardware model robot industri ini akan dirancang hardware mekanik berupa lengan robot fisik dan hardware elektronik berupa mikropengendali untuk mengontrol hardware mekanik. Karakteristik hardware model robot industri pada penelitian ini, yaitu base, waist, shoulder, elbow, wrist pitch, wrist roll, gripper (end effector). Sementara, untuk komponen model robot industri adalah (1) manipulator: mekanik, penyangga gerakan (appendage), base (fondasi/landasan robot); (2) controller, yaitu jantung dari robot untuk mengontrol pergerakan lengan robot; (3) power supply, sumber tenaga yang dibutuhkan oleh robot. Pada penelitian ini menggunakan 2 power supply, yaitu untuk keperluan mikropengendali dan untuk keperluan servo motor; (4) end effector, yaitu piranti yang terpasang pada lengan robot untuk melaksanakan fungsifungsi tertentu untuk memenuhi kebutuhan si pemakai. Pada penelitian ini, end effector yang dipakai berupa gripper; control program; menggunakan 2 jenis kode program untuk mengontrol lengan robotnya: bahasa pemrograman Assembly dan Visual Basic. Perancangan Hardware Mekanik Untuk perancangan peranti keras ini, ada 4 hal utama yang harus dilakukan yaitu menentukan workspace, menentukan panjang link, menentukan arah putar joint, dan proses perakitan. Menentukan Workspace Workspace (area kerja) adalah luas area di mana robot itu dapat bekerja. Secara teknis dapat dikatakan adalah di mana ujung bagian masih digerakkan di bawah pengendali. Gambar berikut merupakan workspace untuk model robot industri. Gambar 9 Workspase Perancangan Model Industrial... (Andy; dkk) 155
Menentukan Panjang Setiap Link Dari workspace di atas maka ditentukanlah panjang setiap link. Ukuran untuk panjang setiap link bisa dilihat pada gambar di bawah ini: - Panjang Link 1 dan Link 2 = 100 mm - Panjang Link 3 = 80 mm Gambar 10 Link 1 dan Link 2 - Panjang Link 4 = 60 mm Gambar 11 Link 3 - Panjang link 5 = 60 mm Gambar 12 Link 4 Link 5 secara fisik hanyalah tempat penyangga servo motor untuk joint 6 dalam melakukan pergerakan gripper. Panjang link 5 diukur dari titik akhir joint 5 sampai titik akhir end effector, seperti yang terlihat pada gambar 13 di bawah ini. Gambar 13 Link 5 Menentukan Posisi Stuktur dan Arah Putar Antara Joint dengan Link Agar memudahkan proses perakitan, ada baiknya terlebih dahulu tentukan posisi struktur letak joint dan arah putar joint seperti yang terlihat pada gambar 14 di bawah ini: 156 Jurnal Teknik Komputer Vol. 17 No. 2 Agustus 2009: 147-162
Gambar 14 Sudut putar kerangka model robot industri Proses Perakitan Proses perancangan ini diawali dengan pembuatan base, link, clamp, dan gripper. 1. Pembuatan Base Pada penelitian ini pembuatan base dilakukan dengan proses pembubutan. Sebelum melakukan proses pembubutan awalnya base diukur terlebih dahulu untuk menentukan tinggi dari lengan robotnya. Tinggi dari base ini sekitar 120 mm dengan struktur seperti gambar di bawah ini. Gambar 15 Base 2. Pembuatan Link Pada penelitian ini pembuatan base dilakukan dengan proses pembubutan Sebelum melakukan proses pembubutan awalnya link diukur terlebih dahulu seperti yang sudah dibahas pada subbab diatas pada penentuan panjang link. Struktur link bisa dilihat pada gambar di bawah ini: 3. Pembuatan Clamp Gambar 16 Link Pada penelitian ini pembuatan clam dilakukan dengan proses pembubutan. Fungsi clamp ini adalah untuk mengikat motor servo pada link struktur clamp bisa dilihat pada gambar di bawah ini. Perancangan Model Industrial... (Andy; dkk) 157
Gambar 17 Clamp 4. Gripper Pada penelitian ini pembuatan gripper berfungsi untuk memegang dan mencengkram obyek struktur gripper bisa dilihat pada gambar di bawah ini. 5. Motor Servo Gambar 18 Gripper Motor servo DC berguna untuk menggerakkan lengan robot. Di sini fungsinya sebagai joint. Berikut gambar motor servo DC. Gambar 19 Servo Motor Dibawah ini merupakan gambar informasi dari model robot industri. Gambar 20 Informasi Lengan Robot 158 Jurnal Teknik Komputer Vol. 17 No. 2 Agustus 2009: 147-162
Perancangan Hardware Elektronik Perancangan hardware elektronik ini berfungsi untuk mengontrol lengan robot. Pada perancangan ini meliputi perancangan modul mikropengendali, modul power supply, modul servo motor, modul teaching box, modul indikator dan modul RS-232. Perancangan Modul Mikropengendali Berikut merupakan gambar perancangan modul mikropengendali dan rangkaian mikropengendali. Gambar 21 Modul Mikropengendali Dibawah ini menunjukkan gambar rangkaian keseluruhan dari hardware elektronik. Perancangan Model Industrial... (Andy; dkk) 159
Gambar 22 Rangkaian keseluruhan hardware elektronik Evaluasi Model Industrial Robot Portable Setelah robot sesungguhnya dibangun berdasarkan rancangan dari simulasi dengan menggunakan Matlab, maka perlu dilakukan analisis servo untuk pergerakkan robot melalui PC (program VB) dan melalui tombol (teaching box) sudah berjalan dengan baik atau tidak. Pada table 4 adalah analisis servo pada setiap joint. Tabel 4 Analisis servo pada 5 joint model robot industri portable Pulsa Servo(ms) -90º -75º -60º -45º -30º -15º 0º 15º 30º 45º 60º 75º 90º Joint 1 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25 1,35 1,45 1,55 NOP 1,75 Joint 2 0,55 0,65 0,75 0,85 0.95 NOP 1.05 1,25 1,35 1,45 1,55 1,65 1,75 Joint 3 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25 1,35 1,45 1,55 1,65 1,75 Joint 4 0,55 NOP 0,75 0,85 0,95 1,05 1.25 NOP 1,35 1,45 1,55 1,65 1,75 Joint 5 0,55 0,65 0,75 0,85 0,95 1,05 1,15 1,25 1,35 1,45 1,55 1,65 1,75 Dari Tabel 4 dapat dilihat bahwa servo 1, servo 2, servo 3, servo 4, dan servo 5 memiliki perbedaan karakteristik pada pemberian pulsa untuk menentukan besar sudut pada setiap joint. Hal ini dikarenakan akibat dari pemakaian merek servo yang berbeda-beda. Untuk servo 1, servo 2, servo 3 dan servo 4 menggunakan servo merek GWS. Sedangkan servo 5 menggunakan servo merek Hitech. Perbedaan ini tidak hanya timbul dikarenakan perbedaan merek saja, tetapi merek 160 Jurnal Teknik Komputer Vol. 17 No. 2 Agustus 2009: 147-162
yang sama pun masih menimbulkan perbedaan. Hal ini bisa disimpulkan setelah dilakukan analisis setiap servo pada penelitian ini. Analisis Forward Kinematics Simulasi Forward Kinematics dilakukan untuk mencari posisi dan orientasi dari end effector (dalam hal ini ialah gripper relatif terhadap basis dengan memberikan nilai sudut tertentu pada setiap joint (θi)). Pada model robot industri portable, gripper ialah ujung terluar dari link 5. Simulasi Forward Kinematics dilakukan dengan menggunakan model matematika. Bagian ini akan membahas tentang analisis posisi dan orientasi dari hasil- hasil simulasi Forward Kinematics yang telah digunakan. Pengambilan hasil simulasi dilakukan dengan acuan keadaan sebenarnya pada MIR. Pengambilan hasil simulasi ini dimaksudkan agar dapat mewakili secara keseluruhan jangkauan joint dari MIR, sehingga diharapkan muncul pemahaman mendalam dari sifat kinematis (Forward Kinematics) MIR, yaitu posisi Px, Py, dan Pz untuk posisi gripper yang akan dianalisis. Berikut ini adalah perbandingan Forward Kinematics antara simulasi robot dengan model robot industri portable seperti ditunjukkan pada Tabel 5. Tabel 5 Data Perbandingan Forward Kinematics antara Simulasi Robot Dengan Model Industrial Robot Sudut Joint (Dalam Derajat) Posisi Simulasi Robot (Dalam mm) Posisi Model Industrial Robot Portable (Dalam mm) Error (Dalam mm) No Θ1 θ2 θ3 θ4 Θ5 Px Py Pz Px Py Pz Px Py Pz 1 0 0 0 0 0 370 0 160 370 0 160 0 0 0 2 30 45 15 30 0 146 247 260 145 255 270 1-8 -10 3 0 0 60 30 0 220 0 331 220 10 330 0-10 1 4 0 90 0 0 0 100 270 160 100 270 160 0 0 0 5 0 0 90 0 0 190 0 340 185 0 350 5 0-10 6 0 0-90 90 0 310 0 100 300 0 80 10 0 20 7 0 0 0 90 0 250 0 280 245 0 270 5 0 10 8 0 0 0-90 0 250 0 40 245 0 20 5 0 20 9 0 0 0 0 90 370 0 160 370 0 160 0 0 0 10 0 0 0 0-90 370 0 160 370 0 160 0 0 0 11 30 45 60 30 30 117 165 331 125 165 350-8 0-19 12 90 90 90 90 90 30 99 220 20 100 240 10-1 -20 13 90 0 0 0 0 0 370 160 0 370 160 0 0 0 14 60 15 90 90 45 42 57 220 45 50 220-3 7 0 15 0 75 15 90-15 130 112 291 130 115 290 0-3 1 16 75 15 0 30 45 25 350 220-60 345 220 85 5 0 17 45-30 0-30 0 315 136 100 315 145 90 0-9 10 18-45 75-90 60 60 238 26 39 240 30 40-2 -4-1 19 90 45 15-75 30-147 247 71-125 225 60-22 22 11 20 60 90-60 0 0-105 176 4-115 175 10 10 1-6 Berdasarkan hasil simulasi pada tabel 5, maka dapat diamati kelebihan-kelebihan yang dapat dirangkum dalam hasil analisis berikut ini. Posisi awal (nest), sudut- sudut Joint MIRP pada simulasi robot ialah pada saat θ1 = θ2 = θ3 = θ4 = θ5 = 0. Maka koordinat kartesian ialah Px = 370 mm, Py = 0 mm dan Pz = 160 mm. Apabila θ1 = θ2 = 0 maka koordinat sumbu Y (Py) = 0 mm. Hal ini dikarenakan posisi gripper berada pada bidang planar sumbu X dan sumbu Z. Apabila semua sudut joint (joint 1, joint 2, joint 3, joint 4 dan joint 5) bernilai 90, maka posisi Perancangan Model Industrial... (Andy; dkk) 161
end effector akan berada pada Px, Py, dan Pz positif. Apabila θ1 = 90 (baik bernilai positif ataupun negatif) dan θ2 = 0 maka koordinat sumbu X (Px) = 0 mm. Hal ini dikarenakan posisi gripper berada pada bidang planar sumbu Y dan sumbu Z. Apabila θ3 = θ4 = 0, maka koordinat sumbu Z (Pz) = 160 mm. Hal ini dikarenakan posisi gripper berada pada bidang planar sumbu X dan sumbu Y. Apabila θ1 dan θ2 bernilai positif (+), maka koordinat yang ada pada sumbu Y akan bernilai positif (+). Apabila θ1 dan θ2 bernilai negatif (-), maka koordinat yang ada pada sumbu Y akan bernilai negatif (-). Error yang terjadi antara simulasi robot dengan MIRP memberikan rata-rata sebesar Px = 12,24mm, Py = 7,7mm dan Pz = 4,6mm. Sehingga didapat bahwa toleransi error untuk posisi Px = 1,9125%, Posisi Py = 1,040541% dan Posisi Pz = 1,352941%. PENUTUP Pembahasan kinematika lengan robot pada penelitian ini dan penelitian sebelumnya sudah terselesaikan. Simpulannya, sudah terdapat simulasi sampai 5 derajat kebebasan beserta model robot industri. Selanjutnya, pembahasan dinamika untuk robot industri perlu diulas lebih lanjut. Selain itu, disarankan untuk menambahkan sensor 3 axis agar dapat mengetahui posisi end effector secara langsung berupa titik koordinat Px, Py dan Pz. DAFTAR PUSTAKA Andy, Riza, Theodorus, (2004). Simulasi Kinematika Lengan Robot Industri dengan 6 Derajat Kebebasan. Skripsi tidak diterbitkan. Jakarta: Universitas Bina Nusantara. Gunawan, Wihardi, Chandra, K. (2003). Simulasi Kinematika robot Mitsubishi RV-M1. Skripsi tidak diterbitkan. Jakarta: Universitas Bina Nusantara. UNECE, IFR Statictical department, (2005). Robotics Survey, Geneva. 162 Jurnal Teknik Komputer Vol. 17 No. 2 Agustus 2009: 147-162