PERANCANGAN LENGAN ROBOT PENGAMBIL DAN PENYUSUN KOTAK OTOMATIS BERDASARKAN WARNA MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA 32 Ditulis sebagai satu syarat untuk menyelesaikan Pendidikan Diploma III (Diploma Tiga) Program Studi Teknik Elektronika Disusun oleh : IBNU FAUZI NURLAILLI NIM. 1105041017 NIM. 1105041030 MUHAMMAD RIDWAN HARAHAP NIM. 1105041025 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA POLITEKNIK NEGERI MEDAN 2014
ABSTRAK Teknologi lengan robot dapat digunakan sebagai alat bantu manusia yang memiliki beberapa kelebihan. Kelebihan tersebut adalah selain mempunyai tingkat ketelitian yang tinggi dibandingkan dengan manusia, lengan robot juga dapat digunakan pada tempat-tempat yang tidak memungkinkan untuk dijangkau atau berbahaya bagi manusia. Pada tugas akhir sebelumnya, mahasiswa telah membuat lengan robot dengan 2 derajat kebebasan dengan gripper (penjepit) sebagai Effectornya. Sebagai dasar serta pertimbangan utama dalam pembuatan tugas akhir yang penulis ajukan ini adalah membuktikan hasil nyata dari uji coba langsung secara mandiri atau kelompok. Secara keseluruhan sistem otomatis ini terdiri dari lengan robot, dan kotak objek sebagai benda. Sistem ini terdiri dari 5 (Lima) buah motor servo. Untuk merancang perangkat lunak lengan robot digunakan pemrograman Bahasa C yang kemudian hasil program tersebut di Compile dan di download ke mikrokontroler ATMega 32. Hasil akhir dari perancangan ini adalah menghasilkan robot yang dapat melakukan pengambilan kotak yang membedakan warnanya (merah, hijau, biru) kemudian dilanjutkan dengan penyusunannya secara otomatis dengan jumlah sampel uji 18 buah kotak. Waktu yang dibutuhkan Lengan robot untuk mengangkat, menyusun serta kembali ke posisi awal dalam menyusun 18 kotak dengan berat beban kotak 0-50 gram membutuhkan waktu total 1 Menit 16 Detik dengan rata-rata waktu penyusunan per-kotak 4,18 detik. Lengan robot dapat mengangkat beban dengan maksimal beban 150 gram. Analisa hasil sensor warna dilakukan pada ruangan gelap agar dapat menghasilkan data yang tepat. Keyword :Mikrokontroler ATMega32, Lengan Robot, Pengambil dan Penyusun kotak
KATA PENGANTAR Puji dan Syukur Penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan rahmat dan kesehatan serta kemudahan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik sampai batas waktu yang telah ditentukan. Laporan Tugas Akhir yang berjudul Perancangan Lengan Robot Pengambil dan Penyusun Kotak Otomatis berdasarkan Warna menggunakan Mikrokontroller Atmega32 yang disusun untuk memenuhi syarat kelulusan akademik dan untuk menyelesaikan pendidikan Program Diploma 3 Jurusan Teknik Elektro Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini, penulis banyak mengalami hambatan dan kesulitan, namun berkat bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak maka tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Oleh karena itu penulis banyak mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak M. Syahruddin, S.T., M.T., selaku Direktur Polikteknik Negeri Medan. 2. Bapak Junaidi, S.T., M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Medan. 3. Bapak Berman Panjaitan, S.T., M.T., selaku Kepala Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. 4. Bapak Ir. Akhiruddin, M.T., selaku Penguji I Penulis. 5. Ibu Yuvina, S.T., M.T., selaku Penguji II Penulis 6. Ibu Dra. Ranitha Sinulingga, M.Si., selaku Koordinator Sidang Penulis. 7. Bapak Drs. Imnadir, M.T., selaku Dosen Pembimbing Penulis. 8. Bapak Harris Aminuddin, SST., M.T., selaku Kepala Bengkel Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan. 9. Bapak Ir. Akhiruddin, M.T., selaku Kepala Laboratorium Program Studi Teknik Elektronika Politeknik Negeri Medan.
10. Ir. Mawan Ginting, M.T., selaku Dosen Wali Penulis. 11. Kepada seluruh staf Pengajar dan Pegawai, khususnya Bapak Mulyono, Bapak Susaidin, Bapak Surya dan Bapak Somat. 12. Teristimewa Kepada Kedua Orang Tua serta sanak saudara yang telah memberi dukungan material dan moril yang tidak henti-hentinya sehingga kami dapat menyelesaikan studi di Politeknik Negeri Medan. 13. Seluruh Teman-teman mahasiswa/i Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Elektro yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, khususnya EK-6A/EK-6B Tahun 2014. 14. Dan Semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa penulisan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari pembaca. Semoga Tugas Akhir ini bermanfaat bagi siapapun yang membacanya dan berguna di kemudian hari. Medan, 28 Agustus 2014 Hormat Kami, Penulis
DAFTAR ISI LEMBAR PERSETUJUAN... i LEMBAR PENGESAHAN... ii ABSTRAK... iii KATA PENGANTAR... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... x BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Batasan Masalah... 2 1.3 Tujuan Penulisan... 2 1.4 Manfaat Penulisan... 3 1.5 Metodologi Penulisan... 3 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Mekatronika... 5 2.2 Robot... 6 2.2.1 Robot Lengan... 6 2.2.2 Komponen Dasar Robot Lengan... 7 2.3 Motor Servo... 9 2.3.1 Jenis-jenis Motor Servo... 10 2.3.2 Konfigurasi PIN Motor Servo... 11 2.3.3 Prinsip Kerja Motor Servo... 11 2.4 Mikrokontroller ATMega 32... 12 2.4.1 Arsitektur MikrokontrollerATMega 32... 13 2.4.2 Konfigurasi PIN Mikrokontroller ATMega 32... 15 2.4.3 Input/Output... 18 2.4.4 Timer... 19 2.5 Catu Daya... 20 2.6 Warna... 21
2.7 Sensor Warna... 22 2.7.1 Fitur... 23 2.7.2 Blog Diagram Fungsional, Fungsi Pin dan Karakteristik Tipikal... 24 2.8 LCD... 26 2.9 Perangkat Lunak (Bahasa C)... 27 2.9.1 Proses Kompilasi dan Linking dalam Bahasa C... 28 2.9.2 CodeVisionAVR... 30 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM 3.1 Perancangan Hardware... 32 3.1.1 Spesifikasi Sistem... 32 3.2 Perancangan Blok Diagram Sistem... 33 3.2.1 Fungsi Masing-Masing Blok Diagram... 34 3.3 Cara Kerja Sistem... 35 3.4 Lengan robot... 36 3.5 Rangkaian Catu daya... 38 3.6 Mikrokontroller ATMega 32... 42 3.7 Sensor Warna TCS3200YL-64... 44 3.8 LCD... 45 3.9 Perancangan Perangkat Lunak... 46 3.9.1 Program untuk Menu LCD... 52 3.9.2 Program untuk Sensor Warna... 53 3.9.3 Program untuk Motor Servo... 55 3.9.4 Program Utama Lengan Robot... 57 BAB 4 ANALISA DAN PENGUJIAN SISTEM 4.1 Pengukuran Sensor Warna TCS3200... 58 4.2 Pengukuran dan Pengujian Lengan Robot... 60 4.3 Pengukuran Output Sistem Minimum Mikrokontroller... 64 4.4 Pengukuran Catu Daya... 65 4.5 Pengujian LCD... 65
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN... 67 5.2 SARAN... 67 DAFTAR PUSTAKA... 68 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Manipulator pada robot lengan... 7 Gambar 2.2. End Effector berupa pencekam objek... 8 Gambar 2.3. Aktuator jenis motor DC... 8 Gambar 2.4. Robot dan kontroler... 9 Gambar 2.5. Motor Servo Standard Hitec HS-311... 10 Gambar 2.6. Konfigurasi pin pada motor servo... 11 Gambar 2.7. Bentuk sinyal pengontrolan motor servo... 11 Gambar 2.8. Skematis pengiriman pulsa... 12 Gambar 2.9. Blok diagram AVR ATMega32... 14 Gambar 2.10. Pin-pin Mikrokontroler Atmega32... 15 Gambar 2.11. Rangkaian catu daya menggunakan regulator... 20 Gambar 2.12. Panjang Gelombang Warna... 21 Gambar 2.13. Array 8x8... 23 Gambar 2.14. Konfigurasi Pin TCS3200... 24 Gambar 2.15. Blog diagram Fungsional TCS3200... 24 Gambar 2.16. Grafik Karakteristik TCS3200... 25 Gambar 2.17. LCD (Liquid Crystal Display)... 27 Gambar 2.18. Tampilan awal program CodeVisionAVR... 31 Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem... 33 Gambar 3.2. Benda yang akan disortir... 35 Gambar 3.3. Rangkaian Catu Daya Sistem... 39 Gambar 3.4. Rangkaian Catu Daya Motor Servo... 39 Gambar 3.5. Tampak atas Layout PCB Catu Daya Sistem... 40 Gambar 3.6. Layout PCB Catu Daya Sistem... 41 Gambar 3.7. Rangkaian minimum mikrokontroler ATMega32... 42 Gambar 3.8. Layout PCB Rangkaian Sistem Minimum ATMega32... 43 Gambar 3.9. Rangkaian Sensor Warna TCS3200YL-64... 45 Gambar 3.10. Rangkaian minimum LCD... 45 Gambar 4.1. Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroller ATMega32... 64 Gambar 4.2. Hasil Pengujian Tampilan LCD... 66
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Fungsi khusus port A... 16 Tabel 2.2. Fungsi khusus port B... 16 Tabel 2.3. Fungsi khusus port C... 17 Tabel 2.4. Fungsi khusus port D... 18 Tabel 2.5. Frekuensi pengisian pulsa pada timer... 19 Tabel 2.6. Konfigurasi S2 Dan S3 Sensor Warna TCS3200... 22 Tabel 2.7. Penskalaan Output Sensor Warna TCS3200... 23 Tabel 2.8. Fungsi Pin TCS3200... 24 Tabel 2.9. PIN dan Fungsi LCD... 26 Tabel 2.10. Bentuk Tipe Data... 30 Tabel 4.1. Data Warna RGB menggunakan Lapisan Acrelyc... 58 Tabel 4.2. Data Warna RGB Tidak menggunakan Lapisan Acrelyc... 59 Tabel 4.3. Pengukuran Tegangan dan arus pada Output Power Supply dari berbagai Berat Kotak yang dapat Diangkat Lengan Robot... 60 Tabel 4.4. Pengukuran Besar sudut Lengan Robot Memindah Kotak... 61 Tabel 4.5. Waktu yang dibutuhkan lengan robot untuk memindahkan Kotak 0-50 gram... 62 Tabel 4.6. Waktu yang dibutuhkan lengan robot untuk memindahkan Kotak 51-100 gram... 62 Tabel 4.7. Waktu yang dibutuhkan lengan robot untuk memindahkan Kotak 101-150 gram... 63 Tabel 4.8. Hasil Pengukuran Output Mikrokontroller ATMega 32...65 Tabel 4.9. Hasil Pengukuran pada Catu Daya... 65
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Seiring perkembangan teknologi yang semakin modern pada masa sekarang, terutama pada bidang elektronika yang dapat mempermudah dalam pengoperasian suatu alat, sehingga manusia sangat dimudahkan dengan adanya berbagai peralatan yang diciptakan dan dapat dioperasikan serta digunakan secara otomatis. Perkembangan teknologi tersebut menyebabkan banyak perubahan dalam pemakaian sistem peralatan diseluruh bidang kehidupan baik dunia industri, jasa, kesehatan dan sebagainya. Pekerjaan pekerjaan yang dulu dikerjakan secara manual oleh tanaga manusia, sekarang ini cenderung sudah dilakukan oleh sistem peralatan yang serba otomatis. Peralatan dengan prinsip kerja otomatis itu tidak lepas dari sistem kontrol sebagai pengendalinya. Teknik kontrol yang dapat digunakan sangat beragam, sehingga mampu diterapkan pada peralatan elektronik dengan tingkat keamanan dan keakuratan yang tinggi. Teknik kontrol merupakan aspek yang tidak dapat ditinggalkan dalam bidang industri atau produksi. Dengan adanya teknik kontrol, pekerjaan yang awalnya dikerjakan dengan menggunakan tenaga manusia, maka dengan adanya teknologi dapat digantikan oleh tenaga mesin dengan teknik kendali sebagai pengontrolnya. Dengan demikian dapat memberikan keuntungan dan kemudahan dalam usaha peningkatan mutu kerja atau produksi. Melihat kondisi ini, maka dirancang sebuah alat yang dapat digunakan untuk mengontrol sistem industri yaitu Perancangan lengan robot pengambil dan penyusun kotak otomatis berdasarkan warna menggunakan Mikrokontroler ATMega 32.
1.2. Batasan Masalah Agar permasalahan yang dibahas dalam laporan Tugas Akhir ini tidak menyimpang jauh dari pokok pembahasan, maka dalam penulisan laporan Tugas Akhir dengan judul Perancangan Lengan Robot Pengambil Dan Penyusun Kotak Otomatis Berdasarkan Warna Menggunakan Mikrokontroller ATMega 32 ini, ditetapkan pokokpokok permasalahan yang akan dibahas sebagai berikut: 1. Landasan teori yang digunakan sebagai acuan dalam penulisan ini. 2. Perancangan dan pembuatan sistem kendali menggunakan mikrokontroler ATMega 32 sebagai pusat kontrol seperti komunikasi antar muka dengan LCD, dan memerintahkan lengan robot untuk bekerja. 3. Dalam pembuatan alat ini, jenis motor servo yang digunakan adalah 3 buah Motor Servo Tipe MG946R dan 2 buah MG996R dengan range putaran 180 o. 4. Sensor Warna yang digunakan TCS3200YL-64 dengan kotak yang diseleksi warna RGB (Red, Green, Blue). 5. Ukuran kotak yang diangkat lengan robot 9 cm x 9 cm x 5 cm. 6. Jumlah kotak yang digunakan sebagai sampel sebanyak 18 kotak. 7. Lengan robot menyusun kotak secara bertingkat 3 sesuai dengan warna kotak. 8. Prinsip kerja secara menyeluruh dari masing-masing komponen pendukung sampai tercipta Lengan robot pemindah dan penyusun barang berbasis Mikrokontroler. 1.3. Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari pembuatan Tugas Akhir ini ini adalah : 1. Merancang lengan robot yang dapat mengambil kotak berdasarkan kode warna (merah, hijau, biru) serta melakukan penyusunan bertingkat pada tempat yang disediakan dengan jumlah sampel kotak sebanyak 18 buah. 2. Menganalisa sistem lengan robot pada saat mengambil dan menyusun kotak secara otomatis.
1.4 Manfaat Penulisan Manfaat dari tugas akhir Perancangan dan pembuatan lengan robot pemindah dan penyusun kotak otomatis berdasarkan warna menggunakan mikrokontroller Atmega32 adalah sebagai berikut : 1. Lengan robot yang dibuat ini menjadi bahan kajian dalam pembuatan tugas akhir mahasiswa, serta 2. Agar dapat memberikan bahan praktikum untuk aplikasi mikrokontroller sesuai dengan kompetensi lulusan dalam bidang robotik pada program studi elektronika di Politeknik Negeri Medan. 1.5 Metodologi Penulisan Metode adalah suatu sistem atau cara yang digunakan untuk memperoleh data yang baik dalam pelaksanaan Tugas Akhir. Dalam penyusunan laporan Tugas Akhir, diperlukan banyak referensi yang berasal dari berbagai sumber untuk dijadikan data. Data tersebut diperoleh dengan cara: 1. Pengumpulan data dengan cara melakukan studi kepustakaan dengan mencari buku buku atau informasi yang berhubungan dengan alat ini. 2. Mengadakan konsultasi dan arahan/bimbingan dari dosen pembimbing serta sumber sumber lain yang dapat dijadikan sebagai acuan dan perbandingan dalam merancang alat ini. 3. Mencari data data yang diperlukan dalam pembuatan proyek ini dengan menggunakan fasilitas internet. 1.6 Sistematika Laporan Sistematika laporan yang digunakan dalam penyusunan laporan tugas akhir ini antara lain : 1. BAB I PENDAHULUAN yang berisi tentang latarbelakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, metodelogi penelitian dan sistematika laporan.
2. BAB II TEORI DASAR berisi tentang teori-teori pendukung perancangan dan pembuatan sistem kerja alat ini. 3. BAB III PERANCANGAN SISTEM berisi tentang penjelasan dasardasar perancangan dan fungsi dari setiap peralatan. 4. BAB IV ANALISA DATA berisi tentang analisa hasil sensor warna, sistem perputaran motor servo, analisa sistem minimum Mikrokontroller Atmega 32 dan analisa catu daya beserta pembahasannya. 5. BAB V PENUTUP berisi tentang beberapa kesimpulan yang diperoleh dari perancangan, pembuatan dan pengoperasian peralatan beserta saran untuk pengembangan alat agar lebih baik lagi.