IV. METODE PENELITIAN 4.1 Tempat dan Waktu Penelitian dilaksanakan pada bulan Februari-Agustus 2011 di Lab. Instrumentasi dan Kontrol, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. 4.2 Bahan dan Alat 1. Alat Penelitian a. Alat untuk pembuatan prototipe, antara lain gerinda potong, las listrik, gerinda tangan, bor listrik, gergaji, obeng, kunci pas, dan kunci ring. b. Alat untuk pembuatan rangkaian elektronik, antara lain solder, tang potong, multitester, dan osiloskop. c. Perangkat komputer untuk pembuatan program. d. Alat ukur yang digunakan untuk pengukuran koordinat ruang terdiri dari penggaris, meteran, dan busur derajat. 2. Bahan Penelitian Bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini antara lain plat besi, gear box, plat aluminium, besi silinder, besi siku, motor stepper, motor DC, pengencang, PCB, rsistor, kapasitor, dioda, trimpot, LED, transistor, trafo, relay, ic, NI-DAQmx model USB 6009, dan kabel. 4.3 Metode Diagram alir proses penelitian ini dapat dilihat pada lampiran 1. Metode yang digunakan adalah sebagai berikut: 1. Desain konstruksi utama Proses desain kontruksi dimulai dengan penentuan tipe dan bentuk manipulator yang akan dibuat. Analisis fungsional untuk penentuan fungsi dari setiap komponen utama. Pembuatan sketsa awal untuk menentukan bentuk dan dimensi alat. Perhitungan kekuatan mekanik komponen-komponen penyusun konstruksi utama. Penentuan kebutuhan daya untuk mekanisme gerak manipulator. Pembuatan dan pengujian konstruksi yang telah direncanakan. 2. Desain komponen elektronik Pembuatan dan perakitan komponen-komponen elektronik sebagai pendukung pergerakan manipulator. Analisis fungsional dilakukan untuk menentukan fungsi dari bagian 24
komponen elektronik yang akan mendukung fungsi utama. Penentuan jenis-jenis komponen elektronik yang digunakan. Pembuatan dan pengujian komponen elektronik yang telah direncanakan. 3. Penyusunan program komputer Penyusunan program komputer diawali dengan pembuatan algoritma perintah-perintah pergerakan manipulator. Perintah-perintah dijabarkan ke dalam fungsi matematis dan logika. Setelah program selesai, konstruksi utama, komponen elektronik, dan program disatukan serta dilakukan pengujian alat. 4. Kalibrasi Pergerakan masing-masing joint bersumber dari gerak putar motor DC. Kalibrasi dilakukan untuk menentukan jumlah atau lama putaran motor terhadap gerak translasi prismatic joint. Perputaran motor juga akan mempengaruhi besar sudut putar pada rotational joint. Sudut putar penting untuk menentukan arah pergerakan manipulator dan gerakan translasi pada siku. Kalibrasi pada motor steper (motor joint 1) dilakukan untuk mendapatkan hubungan antara lama putaran motor steper (ms) terhadap sudut jangkauan yang dibutuhkan untuk memmbentuk koordinat sumbu x dan sumbu y. Pengukuran lama putaran dilakukan karena frekuensi pulsa yang dihasilkan oleh program hanya sebesar 250 hz dan tidak mampu untuk menggerakkan motor steper. Pengukuran sudut jangkauan aktual dilakukan dengan menggunakan busur derajat. Kalibrasi pada motor DC pada siku (motor joint 2) dilakukan untuk mendapatkan hubungan antara jumlah pulsa dan besar sudut jangkauan yang dibutuhkan untuk membentuk koordinat sumbu x dan sumbu y. Jumlah pulsa dihasilkan oleh rotational encoder dengan ketelitian 200 pulsa/putaran. Untuk memperbesar ketelitian encoder maka penyusunan program pembacaan encoder dilakukan perhitungan jumlah perubahan logika 0 ke 1 maupun perubahan logika 1 ke 0 sehingga ketelitian encoder menjadi 400 pulsa/putaran. Pengukuran sudut aktual pada joint ini dilakukan dengan menggunakan busur derajat. Kalibrasi pada motor DC pada pergerakan vertikal (motor joint 3) dilakukan untuk mendapatkan hubungan antara jumlah pulsa dan besar jarak pergerakan (mm) pada sumbu z. Ada tiga metode kalibrasi yang digunakan untuk pergerakan motor joint 3 yaitu penambahan jumlah penghitung pulsa saat sensor encoder membaca logika 1, penambahan penghitung pulsa saat terjadi perubahan logika 0 ke logika 1 pada sensor encoder, dan timer (ms) lama pergerakan pada sumbu z. Penggunan tiga metode ini karena frekuensi pulsa encoder mencapai 25 khz yang jauh lebih besar dibandingkan kecepatan eksekusi program LabView sebesar 1 khz. Hasil kalibrasi yang digunakan pada pergerakan manipulator secara keseluruhan adalah metode yang menghasilkan ketepatan yang paling besar. Pengukuran jarak aktual pergerakan sumbu z dilakukan dengan menggunakan meteran. 25
5. Koreksi (penyempurnaan kalibrasi) Persamaan kalibrasi yang diperoleh digunakan untuk menggerakkan masing-masing joint satu persatu pada koordinat yang diinginkan. Simpangan yang dihasilkan akan membentuk suatu pola persamaan tertentu. Persamaan ini dimasukkan ke dalam persamaan jumlah atau lama putaran motor sebagai koreksi persamaan kalibrasi. 6. Validasi Persamaan kalibrasi yang telah dikoreksi digunakan untuk menggerakkan masingmasing joint satu per satu pada koordinat yang diinginkan. Besar simpangan masing-masing joint menjadi nilai error joint tersebut. 7. Perhitungan nilai konfigurasi sudut motor joint 1 dan joint 2 Hasil kalibrasi motor joint 1 dan joint 2 adalah hubungan antara lama perputaran dan jumlah pulsa yang dihasilkan terhadap sudut masing-masing joint. Nilai inputan pergerakan manipulator merupakan koordinat x, y, dan z. Pergerakan sumbu z dihasilkan oleh motor joint 1 sedangkan pergerakan pada bidang x,y merupakan konfigurasi besar sudut putar motor joint 1 dan joint 2. Untuk itu perlu dilakukan kalibrasi nilai koordinat x dan koordinat y terhadap besarnya sudut perputaran. Persamaan perhitungan konfigurasi sudut joint 1 dan joint 2 disusun berdasarkan dalil sinus dan cosinus. Konfigurasi sudut joint 1 dan joint 2 seperti pada Gambar 12. Persamaan yang dikembangkan sebanyak dua persamaan yang dibedakan oleh nilai koordinat x positif (+) atau koordinat x negatif (-) sehingga persamaan yang dihasilkan dapat menjangkau daerah empat ruang pada bidang xy yaitu ruang I pada koordinat x dan y positif, ruang II pada koordinat x negatif dan koordinat y positif, ruang III pada koordinat x dan y negatif, serta ruang IV koordinat x positif dan koordinat y negatif. Dalil sinus: Gambar 12. Segitiga sembarang... (3.1) Dalil cosinus :... (3.2) 26
Jika : diperoleh : a panjang plat besi II (mm) b panjang plat besi I (mm) α sudut motor joint 1 ( ) γ sudut motor joint 2 ( )... (3.3) Pada koordinat x positif nilai pergerakan sudut motor joint 1 sebesar α dengan arah putar ke kiri. Nilai pergerakan sudut motor joint 2 sebesar (360-γ) dengan arah putar ke kanan. Saat koordinat x negatif nilai perherakan sudut motor joint 1 sebesar (180-α) dan nilai pergerakan sudut motor joint 2 sebesar γ. 8. Pengujian Pengujian dilakukan untuk mengetahui kemampuan masing-masing joint manipulator dengan menghitung simpangan dan ketepatan antara nilai masukan terhadap nilai aktual. Diagram alir program pengendalian manipulator dapat dilihat pada lampiran 2. Simpangan dihitung dengan Persamaan (3.4)... (3.4) dimana : Ketepatan dihitung dengan mengikuti persamaan (3.5)... (3.5) dimana : H jarak seharusnya X jarak aktual Pengujian manipulator dilakukan dengan menggunakan dua metode yaitu gerakan manipulator dari posisi limit switch ke titik koordinat dan gerakan titik koordinat ke titik koordinat lainnya. Masing-masing metode tersebut dilakukan dengan tiga variasi pembebanan yaitu tanpa beban, beban 900 g, dan 2200 g. Variasi pembebanan dilakukan untuk memperoleh pengaruh beban terhadap ketelitian manipulator. Besar beban yang digunakan yaitu berdasarkan beban minimum end effector, daya angkat motor joint 3, kekuatan link horisontal, dan kemampuan pondasi agar manipulator tidak terbalik. Pengujian pergerakan dari posisi limit switch ke titik koordinat dilakukan dengan cara memasukkan nilai koordinat tiga dimensi 27
X, Y, dan Z. Penentuan nilai koordinat dilakukan secara acak yang mencakupi empat kuadran bidang X dan Y. Setiap manipulator mencapai titik koordinat tujuan, maka manipulator tersebut harus kambali lagi ke posisi limit switch sebagai titik 0 (titik acuan) masing-masing joint. Pengujian manipulator gerakan titik koordinat ke titik koordinat dilakukan untuk mendapatkan simpangan pada pergerakan manipulator dari koordinat input terhadap koordinat aktual yang dicapai tanpa adanya koreksi ke titik acuan. Pengujian hanya dilakukan pada empat titik koordinat tujuan untuk setiap pengujian. Penentuan titik koordinat target dipilih secara acak. Koordinat aktual diukur dengan pengukuran langsung. 28