LAPORAN TUGAS AKHIR PERANCANGAN SISTEM KENDALI ROBOT TANGAN MENGGUNAKAN MOTOR SERVO DAN SENSOR FLEX BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32 Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi S-1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Diajukan oleh : Pujo Sambodo D 400 110 014 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016 i
LEMBAR PERSETUJUAN Tugas Akhir dengan judul PERANCANGAN SISTEM KENDALI ROBOT TANGAN MENGGUNAKAN MOTOR SERVO DAN SENSOR FLEX BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32 ini diajukan oleh : Nama : Pujo Sambodo NIM : D 400 11 0014 Guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program Sarjana jenjang pendidikan Strata-Satu (S1) pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, telah diperiksa dan disetujui pada : Hari : Tanggal : Pembimbing 1 Pembimbing 2 (Ir. Pratomo Budi S., M.T.) (Ir.Abdul Basith., M.T.) ii
LEMBAR PENGESAHAN Tugas Akhir ini telah dipertahankan dan dipertanggung jawabkan di depan Dewan Penguji Tugas Akhir guna melengkapi tugas-tugas dan memenuhi syarat-syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada : Hari : Tanggal : DENGAN JUDUL PERANCANGAN SISTEM KENDALI ROBOT TANGAN MENGGUNAKAN MOTOR SERVO DAN SENSOR FLEX BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32 Dosen Penguji: 1. Ir. Pratomo Budi S., M.T.... 2. Ir. Abdul Basith., M.T.... 3. Dedy Ari Prastya, S.T.... 4. Bambang Hari Purwanto, S.T.,M.T.... Mengetahui Dekan Fakultas Teknik Ketua Jurusan Teknik Elektro ( Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. ) ( Umar, S.T., M.T. ) iii
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir. Shalawat berserta salam semoga senantiasa terlimpahcurahkan kepada Nabi Muhammad SAW, kepada keluarganya, para sahabatnya, hingga kepada umatnya kaum muslimin dan muslimah saat ini, Amien. Perancangan prototype pada tugas akhir ini diharapkan dapat menjadi sarana belajar dalam pengujian mengendalikan robot tangan dengan mengikuti gerakan motor servo dan sensor flex yang ada di sarung tangan. Diharapkan pula dengan perancangan ini, dapat menambah ilmu pengetahuan khususnya kolaborasi antara ilmu elektronika dengan mekanika. Selanjutnya perancangan ini dapat dikembangkan lebih lanjut untuk memajukan teknologi robotika di KMTE Robot Research UMS dan untuk edukasi ilmu di kalangan pelajar sekolah maupun mahasiswa. Terselesaikannya tugas akhir dengan judul PERANCANGAN SISTEM KENDALI ROBOT TANGAN MENGGUNAKAN MOTOR SERVO DAN SENSOR FLEX BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32 ini tidak lepas dari bantuan, bimbingan, dukungan dan saran dari berbagai pihak. Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada: 1. Bapak Prof. Dr. Bambang Setiadji, selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., PhD. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiayah Surakarta. 3. Bapak Umar, S.T., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiayah Surakarta. 4. Bapak Ir. Pratomo Budi S., M.T., selaku Pembimbing I dalam tugas akhir. iv
5. Bapak Ir. Abdul Basith., M.T., selaku Pembimbing II dalam tugas akhir. 6. Bapak/Ibu dosen selaku Dewan Penguji tugas akhir. 7. Bapak/Ibu dosen yang selalu membimbing dan memberikan ilmu yang sangat bermanfaat. 8. Seluruh staf Tata Usaha, akademis maupun non-akademis, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta. 9. Kedua orang tua dan keluarga yang memberikan kasih sayang tiada henti hingga sekarang tidak pernah lepas. 10. Teman-teman di KMTE Robot Research Universitas Muhammadiyah Surakarta dan teman-teman Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta angkatan 2011, yang telah berbagi dalam suka duka bersama selama ini. 11. Teman teman yang ada di GOS (Go Open Source) di Universitas Muhammadiyah yang selalu dalam canda dan tawa, baik adik tingkat maupun kakak tingkat angkatan, serta telah memberikan dukungan terhadap penulis. Penulis berharap semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tugas akhir ini masih banyak kekurangan, maka penulis menerima kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan penulisan di masa yang akan datang. Surakarta,... 2015 Pujo Sambodo v
MOTTO "Sesungguhnya Allah swt. menyuruh berlaku adil dan berbuat kebaikan dan memberi kepada kaum kerabat ; dan melarang dari perbuatan keji, dan hal yang tidak disenangi, dan memberontak. Dia memberi kamu nasihat supaya kamu mengambil pelajaran. (Q.S. 16:91) Sesungguhnya setelah kesulitan itu ada kemudahan. maka apabila kamu telah selesai dari sesuatu urusan maka kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang lain. Dan hanya kepada Tuhanmu kamu berharap (Qs. Al-Baqarah : 45) Harta yang paling menguntungkan ialah SABAR. Ingatlah, sabar itu iman, uang bukan kawan, dunia hanya pinjaman dan mati tak berteman Barang siapa dalam urusan keduniaan memandang kepada orang-orang yang lebih rendah, dan dalam urusan agama memandang kepada yang lebih tinggi, maka dia tergolong bersama orang-orang yang sabar dan bersyukur. ( Mario Teguh ) Mulai kesadaran diri kita untuk membenahi cita cita dengan cara belajar dan berprestasi sampai di negeri Cina dalam mewujudkan masa depan yang indah ( Milik Sendiri ) vi
PERSEMBAHAN Sedikit karya ini kupersembahkan untuk: 1. Allah SWT, yang menciptakan alam semesta, langit dan bumi yang di antaranya manusia, hewan dan tumbuhan. Atas karunia-nyalah aku hanya bernafas dan berjalan sampai di sini. 2. Bapak Wardoyo dan Ibu Nur Berti yang telah mendidik saya sampai dewasa penuh kasih sayang dan pengorbanan untuk bisa meraih cita-cita yang diharapkan anaknya. Sehingga aku harus bersyukur atas cita-cita dan berhasil sukses dunia dan akhirat. 3. Adik perempuan Tamiya Nur Dayati yang pandai membaca al qur an sehingga aku dapat mendengarkan suara tadarusnya di setiap malam.. 4. Teman teman aktivis KMTE Robot Research UMS, Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro (KMTE), dan Laboratorium Teknik Elektro Jazakumullah atas kerjasama, ilmu, jalan nasihatnya. Tanpa kalian, diriku hanya sebatas mahasiswa biasa, bukan mahasiswa aktivis. 5. Rekan-rekan angkatan 2011, barakallah kerja samanya selama kuliah dan semoga teman-teman segera bisa menyelesaikan skripsi dan lulus kuliah serta SUKSES bersama. Aamiin... vii
6. Tidak lupa terima kasih teman-teman perjuangan angkatan 2011 yang selalu mendukung suka maupun susah. 7. Tidak lupa sama rekan-rekan saudara di Batang yang telah mendoakan aku sejak pertama kuliah sampai skripsi ini, untuk dapat wisuda di Universitas Muhammadiyah Surakarta. 8. Tidak lupa sama nenekku mbah Miton yang selalu memberikan nasihat dan doa supaya aku sukses dalam menempuh pendidikan di Universitas Muhammadiyah Surakarta. 9. Tidak lupa sama pak kyai dan ustazd yang telah memberikan nilai-nilai keagamaan Islam dalam belajar di Universitas Muhammadiyah Surakarta. viii
DAFTAR KONTRIBUSI Dalam mengerjakan tugas akhir dengan judul PERANCANGAN SISTEM KENDALI ROBOT TANGAN MENGGUNAKAN MOTOR SERVO DAN SENSOR FLEX BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32, penulis menyatakan bahwa sebagai berikut. 1. Judul tugas akhir ini merupakan ide penulis setelah mengikuti kontes robot nasional 2012 sampai 2015. 2. Kesuksesan pengambilan judul tugas akhir ini tidak lepas dari dukungan dosen pembimbing dan rekan-rekan KMTE Robot Research UMS. 3. Ide perancangan robot tangan dan sensor flex mendapat inspirasi dari Tim Robotik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 4. Penulis merancang desain jalur rangkaian pada PCB menggunakan DipTrace Version 2015. 5. Penulis menggunakan Proteus v7.8 untuk simulasi dan gambar rangkaian 6. Penulis menggunakan bahasa C dengan compiler CV AVR 3.12 Advance sebagai pemrogramannya. 7. Penulis menggunakan perangkat Downloader K-125R dari Creative Vision untuk pemrograman mikrokontroler. 8. Penyusunan laporan tugas akhir ini penulis kerjakan sendiri di rumah dan bersama teman-teman di Robotic Research Universitas Muhammadiyah Surakarta. ix
Demikian daftar kontribusi ini penulis buat dengan sejujurnya. Penulis bertanggungjawab atas kebenaran dan isinya. Surakarta,...2015 Dosen Pembimbing, Penulis, (Ir. Pratomo Budi S., MT) (Pujo Sambodo) x
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa tugas akhir dengan judul PERANCANGAN SISTEM KENDALI ROBOT TANGAN MENGGUNAKAN MOTOR SERVO DAN SENSOR FLEX BERBASIS MIKROKONTROLER ATMEGA32 yang dibuat untuk memenuhi sebagian syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, sejauh yang penulis ketahui bukan merupakan tiruan atau duplikasi tugas akhir yang sudah dipublikasikan atau pernah dipakai untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di lingkungan Universitas Muhammadiyah Surakarta atau instansi mana pun, kecuali bagian yang sumber informasinya penulis cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta,... 2015 Yang menyatakan Pujo Sambodo xi
DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... LEMBAR PERSETUJUAN... LEMBAR PENGESAHAN... KATA PENGANTAR... MOTTO... PERSEMBAHAN... DAFTAR KONTRIBUSI... PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... i ii iii iv vi vii ix xi xii xv xvi ABSTRAKSI... xviii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 4 2.1 Telaah Penelitian... 4 2.2 Landasan Teori... 5 xii
2.2.1 Mikrokontoler Atmega32... 5 2.2.2 Motor Servo Turnigy... 8 2.2.3 Sensor Flex... 10 2.2.4 Ubec 3-5 volt... 11 2.2.5 LCD 16x2... 12 2.2.6 Adaptor Catu daya... 13 BAB III METODE PENELITIAN... 14 3.1 Waktu dan Tempat... 14 3.2 Metode yang Digunakan... 14 3.3 Alat dan Bahan... 16 3.4 Diagram Alir Penelitian... 18 3.5 Perancangan Sistem... 19 3.5.1 Pendekatan Fungsional dan Struktural... 19 3.5.2 Perancangan dan Perakitan Robot... 21 3.5.3 Konfigurasi Program Digunakan Untuk Membuat Perintah Membaca ADC Dan Kalibrasi Sensor... 25 BAB IV HASIL DAN ANALISIS... 28 4.1 Hasil Penelitian... 28 4.1.1 SREP... 29 4.1.2 Langkah Percobaan Robot Tangan Tanpa Beban... 30 4.1.3 Langkah Percobaan Robot Tangan Dengan Beban... 36 4.1.4 Analisis Hasil Pengujian... 42 xiii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 45 5.1 Kesimpulan... 45 5.2 Saran... 45 DAFTAR PUSTAKA... 47 LAMPIRAN... 48 xiv
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbedaan Fitur pada Mikrokontroler yang Berbeda Seri Angka... 7 Tabel 3.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian... 14 Tabel 4.1 Kalibrasi Sensor Flex... 43 xv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 IC Atmega32.... 6 Gambar 2.2 Block Diagram Atmega32... 6 Gambar 2.3 Konfigurasi Pin Atmega32... 7 Gambar 2.4 Motor Servo Turnigy... 9 Gambar 2.5 Putaran Derajat Servo... 10 Gambar 2.6 Sensor Flex... 11 Gambar 2.7 Ubec 3 5 Volt... 12 Gambar 2.8 LCD 16 x 2... 13 Gambar 2.9 Adaptor Catu Daya... 13 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 18 Gambar 3.2 Blok Diagram Perancanan alat... 19 Gambar 3.3 Diagram Alir Perancangan Kendali Robot Tangan... 20 Gambar 3.4 Simulasi Robot Tangan... 22 Gambar 3.5 Desain Rangkaian Elektronika dengan Diptrece... 22 Gambar 3.6 Sistem Rangkaian Elektronika... 23 Gambar 3.7 Sensor Flex dan Resistor... 23 Gambar 3.8 Sistem Rangkaian Elektronika, Atmega32 dan Catu Daya... 24 Gambar 3.9 Rangkaian Robot Tangan Terbuat dari Kayu... 24 Gambar 3.10 Rangkaian Motor Servo, Kabel, dan Robot Tangan... 25 Gambar 3.11 Program Kalibrasi Sensor Flex dan Servo... 25 Gambar 3.12 Diagram Alir Proses Kalibrasi Sensor Flex dan Servo... 27 Gambar 4.1 Robot Tangan Dilengkapi Motor Servo... 28 Gambar 4.2 Pengendali Robot Tangan Dengan Sensor Flex... 29 Gambar 4.3 Rangkaian Elektronika PCB... 29 xvi
Gambar 4.4 Pengujian Lima Jari Terbuka... 30 Gambar 4.5 Pengujian Lima Jari Tertutup... 31 Gambar 4.6 Pengujian Jari Kelingking Terbuka... 32 Gambar 4.7 Pengujian Jari Kelingking dan Jari Manis Terbuka... 33 Gambar 4.8 Pengujian Jari Kelingking, Jari Manis dan Jari Tengah Terbuka... 34 Gambar 4.9 Pengujian Jari Kelingking, Jari Manis, Jari Tengah dan Jari Telunjuk Terbuka... 35 Gambar 4.10 Pengujian Jari Kelinting, Jari Telunjuk, dan Ibu Jari Terbuka, Jari Manis dan Jari Tengah Tertutup... 36 Gambar 4.11 Pengujian Robot Tangan Menggenggam Bola Kastik... 37 Gambar 4.12 Pengujian Robot Tangan Menggenggam Bola Pingpong... 38 Gambar 4.13 Pengujian Robot Tangan Menggenggam Handphone... 39 Gambar 4.14 Pengujian Robot Tangan Menggenggam Pengharum Ruangan 40 ml... 40 Gambar 4.15 Pengujian Robot Tangan Menggenggam Pengharum Badan 175 ml... 41 Gambar 4.16 Pengujian Robot Tangan Menggenggam Pengharum Badan 150 ml..42 xvii
ABSTRAKSI Perkembangan teknologi khususnya bidang robotika saat ini berkembang dengan sangat pesat dilihat dari banyaknya pengaplikasian teknologi robotika berbasis sistem kontrol dan kecerdasan buatan dalam bidang industri, pendidikan, maupun kehidupan sehari-hari. Penelitian dan pengembangan berbagai macam robot dari waktu ke waktu terus dilakukan untuk dapat meningkatkan efektivitas, produktivitas, dan otomatisasi berbagai pekerjaan di antaranya robot manipulator seperti arm robot (robot lengan). Dalam penelitian ini digunakan sensor flex yang diletakkan pada sarung tangan untuk mendeteksi posisi jari dengan lebih mudah dan sederhana. Sensor flex memiliki keluaran (output) berupa resistansi yang diproses oleh mikrokontroler sebagai data ke motor servo untuk perintah gerak berupa pulsa PWM (Pulse Width Modulation). Perangkat LCD/liquid crystal display menampilkan nilai data masukan (input) sensor flex. Seseorang dapat langsung mengetahui gerakan tangan robot secara langsung sesuai gerakan operator. Robot tangan yang dibuat telah diuiji coba dan berhasil menggenggam barang berbentuk bulat dan persegi dengan ukuran dan berat yang bervariasi, diantaranya bola ping-pong dan bola kastik masing berdiameter 40,5 dan 61,5 mm, botol pengharum badan 175ml, dan handphone 128,7 gram. Kata kunci : Robot Tangan, Sensor Flex, Motor Servo dan Mikrokontroler Atmega32 xviii
ABSTRACTION Technological developments, particularly the field of robotics is currently growing very rapidly seen from the many application of robotics technology based control systems and artificial intelligence in the fields of industry, education, and everyday life. Research and development of various kinds of robots from time to time continue to improve the effectiveness, productivity and employment among various automation robot manipulator such as a robot arm (robotic arm). This study used a flex sensor that is placed on the glove to detect the position of the finger more easily and simply. Flex sensors have output (output) in the form of resistance that is processed by the microcontroller as data to the servo motors for motion commands in the form of pulses of PWM (Pulse Width Modulation). LCD device / liquid crystal display shows the value of the input data (input) sensor flex. One can directly determine the movement of the robot arm directly corresponding movements of the operator. Robot hand made tested have tried and succeeded gripping round and squareshaped goods with varying size and weight, such as ping-pong balls and ball kastik respectively 40.5 and 61.5 mm in diameter, 175ml bottles of body fragrances, and phone 128, 7 grams. Keywords: Robot Hand, Sensor Flex, Servo Motor and Microcontroller atmega32 xix