LAPORAN TUGAS AKHIR PROTOTYPE ROBOT PEMINDAH BARANG BERODA MEKANUM 4WD DENGAN PENGENDALI NIRKABEL JOYSTICK PLAYSTATION 2 Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Menyelesaikan Program Studi S-1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Diajukan oleh : Nugraha Putra Mahardika D 400 110 027 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2015
LEMBAR PERSETUJUAN Tugas Akhir dengan judul PROTOTYPE ROBOT PEMINDAH BARANG BERODA MEKANUM 4WD DENGAN PENGENDALI NIRKABEL JOYSTICK PLAYSTATION 2 ini diajukan oleh : Nama : Nugraha Putra Mahardika NIM : D 400 11 0027 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., MT) (Dedi Ary Prasetya, ST) 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 Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, pada : Hari : Tanggal : DENGAN JUDUL PROTOTYPE ROBOT PEMINDAH BARANG BERODA MEKANUM 4WD DENGAN PENGENDALI NIRKABEL JOYSTICK PLAYSTATION 2 Dosen Penguji: 1. Ir. Pratomo Budi S., MT... 2. Dedi Ary Prasetya, ST... 3.... 4.... Mengetahui Dekan Fakultas Teknik Ketua Jurusan Teknik Elektro ( Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D. ) ( Umar, S.T., M.T. ) iii
KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah Subhanahu wa Ta ala yang telah memberikan kenikmatan yang tidak terhitung banyaknya. NikmatNya yang paling besar adalah nikmat Iman dan Islam, karena dengan nikmat tersebut dapat mengantar manusia menuju kebahagian di dunia dan akhirat. Sholawat dan salam senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad Shalallahu Alaihi Wasalam, yang kita nanti - nantikan syafaatnya di hari akhir kelak. Perancangan prototype pada Tugas Akhir ini diharapkan menjadi sarana mudah mengendalikan robot secara nirkabel (wireless). 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. Terselesaikannya Tugas Akhir dengan judul PROTOTYPE ROBOT PEMINDAH BARANG BERODA MEKANUM 4WD DENGAN PENGENDALI NIRKABEL MENGGUNAKAN JOYSTICK PLAYSTATION 2 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. Bambang Setiadji, selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Ir. Sri Sunarjono, M.T., Ph.D.. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiayah Surakarta. 3. Bapak Umar, ST., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiayah Surakarta. 4. Bapak Pratomo Budi S., MT selaku Pembimbing I dalam Tugas Akhir. iv
5. Bapak Dedi Ary Prasetya, ST selaku Pembimbing II dalam Tugas Akhir. 6. Bapak/Ibu dosen selaku Dewan Penguji dalam Tugas Akhir. 7. Bapak/Ibu dosen yang selalu membimbing dan memberikan ilmu yang sangat bermanfaat. 8. Seluruh Staf Tata Usaha, akademik maupun non akademik, yang telah banyak membantu dan memberikan kemudahan kepada penulis selama menempuh studi di Fakultas Teknik Jurusan 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. 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, 14 Juli 2015 Nugraha Putra Mahardika v
MOTTO Janganlah kamu bersiikap lemah, dan janganlah (pula) kamu bersedih hati, padahal kamulah orang-orang yang paling tinggi (derajatnya), jika kamu orang-orang yang beriman. ( QS. Ali Imran (3): 139 ) 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. Alam Nasyrah (94) : 6-8 ) Tugas kita bukanlah untuk berhasil, tugas kita adalah untuk mencoba, karena di dalam mencoba itulah kita menemukan dan belajar membangun kesempatan untuk berhasil. ( Mario Teguh ) Hidup berakhir saat kamu berhenti bermimpi, harapan hilang saat kamu berhenti untuk percaya, dan cinta gagal saat kamu berhenti untuk peduli ( Anonim ) vi
PERSEMBAHAN Sedikit karya ini kupersembahkan untuk : 1. Allah SWT, yang menguasai langit, bumi dan yang diantaranya. Atas karunia-nyalah aku bisa berjalan sampai di sini. 2. Bapak Marjono dan Ibu Sri Handayani tercinta, berjuta kata sayang, maaf dan terima kasih takkan mampu membalas segala jasa dan pengorbanan kalian sebagai orang tua saya. Terima kasih ya ALLAH, lindungilah mereka selalu. 3. Adik perempuan ULI yang pinter masak sehingga saya selalu makan enak di rumah. 4. Teman teman aktivis KMTE Robot Research UMS, Keluarga Mahasiswa Teknik Elektro (KMTE), dan Laboratorium Teknik Elektro Jazakumullah atas kerjasama, ilmu, nasihatnya. Tanpa kalian diriku hanya sebatas mahasiswa biasa bukan mahasiswa aktivis. 5. Rekan-rekan angkatan 2011, Barakallah kerjasamanya selama kuliah dan semoga teman-teman segera bisa menyelesaikan skripsi dan lulus kuliah serta SUKSES bersama. Aamiin... 6. Tidak lupa terima kasih kepada Dzikrina Aqsha Mahardika yang selalu ikut meliput kegiatan saya dari susah sampai senang. vii
DAFTAR KONTRIBUSI Dalam mengerjakan Tugas Akhir dengan judul PROTOTYPE ROBOT PEMINDAH BARANG BERODA MEKANUM 4WD DENGAN PENGENDALI NIRKABEL JOYSTICK PLAYSTATION, saya menyatakan bahwa : 1. Judul tugas akhir ini merupakan ide dari penulis setelah mengikuti kontes robot nasional 2013 dan 2014. 2. Kesuksesan pengambilan judul Tugas Akhir tidak lepas dari dukungan dosen pembimbing dan rekan-rekan KMTE Robot Research UMS. 3. Ide perancangan driver motor dan MCU mendapat inspirasi dari Team ICHIbot merupakan tim line follower yang penulis tergabung di dalamnya sebagai anggota. 4. Penulis merancang mekanik desain robot penulis menggunakan CorelDraw X7. 5. Penulis merancang desain jalur rangkaian pada PCB menggunakan DipTrace Version 2014. 6. Simulasi dan gambar rangkaian saya menggunakan Proteus v7.8. 7. Penulis menggunakan bahasa C dengan compiler CV AVR 3.12 Advance sebagai pemrogramannya. 8. Pemrograman mikrokontroler penulis menggunakan perangkat Downloader K-125R dari Creative Vision. 9. Penyusunan laporan tugas akhir ini penulis kerjakan sendiri di rumah dan di KMTE Robot Research Universitas Muhammadiyah Surakarta. viii
Demikian daftar kontribusi ini penulis buat dengan sejujurnya, penulis bertanggungjawab atas kebenaran dan isinya. Surakarta,...2015 Dosen Pembimbing, Penulis, (Ir. Pratomo Budi S., MT) (Nugraha Putra Mahardika) ix
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR Penulis menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi dengan judul PROTOTYPE ROBOT PEMINDAH BARANG BERODA MEKANUM 4WD DENGAN PENGENDALI NIRKABEL JOYSTICK PLAYSTATION 2 yang dibuat untuk memenuhi sebagai syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan 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 manapun, kecuali bagian yang sumber informasinya saya cantumkan sebagaimana mestinya. Surakarta, 14 Juli 2015 Yang menyatakan Nugraha Putra Mahardika x
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 viii x xi xiv xv ABSTRAKSI... xviii BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Perumusan Masalah... 2 1.3 Batasan Masalah... 3 1.4 Tujuan Penelitian... 3 1.5 Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Telaah Penelitian... 5 2.2 Landasan Teori... 6 xi
2.2.1 Antarmuka Nirkabel Joystick PS2 (PlayStation 2)... 6 2.2.2 Motor DC... 9 2.2.3 Roda Mekanum... 10 2.2.4 Driver Motor... 12 2.2.5 Motor Servo... 13 2.2.6 Penjepit (Gripper)... 14 2.2.7 Mikrokontroler ATmega... 15 2.2.8 Komunikasi SPI... 16 BAB III METODE PENELITIAN... 18 3.1 Waktu dan Tempat... 18 3.2 Metode yang Digunakan... 18 3.3 Diagram Alir Penelitian... 20 3.4 Alat dan Bahan... 22 3.5 Perancangan Sistem... 23 3.5.1 Pendekatan Fungsional dan Struktural... 23 3.5.2 Perancangan dan Perakitan Robot... 25 3.5.3 Konfigurasi Joystick Playstasion 2 Wireless... 34 3.5.4 Konfigurasi Driver Motor DC... 37 3.5.5 Konfigurasi Motor Servo... 39 BAB IV HASIL DAN ANALISA... 41 4.1 Hasil Penelitian... 41 4.1.1 MCU... 42 4.1.2 Driver Motor... 44 xii
4.1.3 Joystick PS2... 45 4.1.4 Roda Mekanum... 47 4.1.5 Lengan Robot dan Penjepit... 48 4.2 Analisa Penelitian... 50 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 53 5.1 Kesimpulan... 53 5.2 Saran... 54 DAFTAR PUSTAKA... 55 LAMPIRAN... 56 xiii
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Perbedaan Fitur pada Mikrokontroler yang Berbeda Seri Angka... 15 Tabel 3.1 Jadwal Pelaksanaan Penelitian... 18 Tabel 4.1 Pertukaran Data saat Tombol Analog On / Hidup... 46 Tabel 4.1 Pertukaran Data saat Tombol Analog off / Mati... 46 Tabel 4.3 Pengujian Jarak Koneksi Perangkat Nirkabel... 52 Tabel 4.4 Kemampuan Robot Menempuh Jarak... 52 xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Joystick PS2 (PlayStation 2).... 8 Gambar 2.2 Koneksi Penerima pada Joystick PS2... 8 Gambar 2.3 Motor DC 12 Volt... 10 Gambar 2.4 Roda Mekanum Jenis Kiri dan Roda Mekanum Jenis Kanan... 11 Gambar 2.5 Prinsip Kerja Roda Mekanum... 12 Gambar 2.6 Skema Driver Motor H Bridge... 13 Gambar 2.7 Motor Servo... 14 Gambar 2.8 Servo Penjepit... 14 Gambar 2.9 Pinout ATmega32... 16 Gambar 2.10 Konfigurasi Master - Slave 4 Kabel... 17 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian... 21 Gambar 3.2 Rancangan Blok Diagram Masukan-Proses-Keluaran... 24 Gambar 3.3 Diagram Alir Rancangan Kendali Robot... 25 Gambar 3.4 Skematik Driver Motor... 26 Gambar 3.5 Skematik MCU... 27 Gambar 3.6 Desain MCU dengan Diptrece... 28 Gambar 3.7 Driver Motor dengan Diptrece... 28 Gambar 3.8 Desain Rancangan Lengan Robot Servo... 29 Gambar 3.9 Desain Rancangan Rangka Roda Mekanum... 29 Gambar 3.10 Desain Rangka Gripper Robot... 30 Gambar 3.11 PCB MCU... 31 Gambar 3.12 PCB Driver Motor... 31 Gambar 3.13 Rangka Roda Mekanum... 31 Gambar 3.14 Rangka Lengan Robot dan Gripper... 32 xv
Gambar 3.15 Rangkaian Elektronik Driver Motor dan MCU... 32 Gambar 3.16 Perakitan Rangka untuk Roda Mekanum... 33 Gambar 3.17 Perakitan Rangka untuk Lengan Robot... 34 Gambar 3.18 Bentuk Robot Hasil Perakitan... 34 Gambar 3.19 Modifikasi Penerima Joystick PlayStation 2... 35 Gambar 3.20 Menunjukan Inisialisasi PORTB dan SPI dengan CV AVR... 36 Gambar 3.21 Fungsi Baca Data Penerima dengan CV AVR... 36 Gambar 3.22 Tampilan Nilai Data Penerima dengan LCD... 37 Gambar 3.23 Diagram Alir Membaca Data Penerima PS 2... 37 Gambar 3.24 Konfigurasi Timer 1... 38 Gambar 3.25 Pemasangan Driver Motor pada Robot... 38 Gambar 3.26 Inisialisasi Timer 0 dan Timer 2... 39 Gambar 3.27 Konfigurasi Posisi Servo dengan Nilai Sudut... 40 Gambar 3.28 Diagram Alir Pengaturan Sudut Servo... 40 Gambar 4.1 Robot Dilengkapi Lengan dan Penjepit... 41 Gambar 4.2 Joystick PS2 Wireless... 42 Gambar 4.3 MCU dan Port yang Digunakan... 43 Gambar 4.4 Tata Letak Driver Motor dan Motor... 44 Gambar 4.5 Pengirim dan Penerima Nirkabel Joystick PS 2... 45 Gambar 4.6 Cara Pemasangan Roda Mekanum... 47 Gambar 4.7 Pergerakan Roda Mekanum Hasil Percobaan... 48 Gambar 4.8 Servo yang Digunakan pada Lengan Robot... 48 Gambar 4.9 Servo yang Digunakan pada Penjepit... 49 Gambar 4.10 Jangkauan Lengan Robot... 49 Gambar 4.11 Contoh Hasil Putaran Roda Mekanum... 50 xvi
Gambar 4.12 Penambahan Busa pada Penjepit... 51 Gambar 4.13 Penjepit Membawa Botol 300 ml... 51 xvii
ABSTRAKSI Teknologi robot adalah salah satu penemuan manusia yang paling maju pada abad 21. Robot merupakan alat bantu yang dapat digunakan manusia untuk keperluan memudahkan kerja manusia dan bahkan menggantikan peran manusia dalam melakukan sesuatu yang beresiko terhadap keamanan maupun keselamatan manusia. Contohnya dalam dunia militer digunakan robot penjinak bom atau dalam dunia kimia untuk memindahkan bahan kimia dalam ruangan yang manusia tidak boleh masuk ke dalam selama proses pengerjaan. Dalam contoh tersebut dibutuhkan sebuah robot yang dapat dikendalikan oleh manusia secara langsung dari jarak jauh, sehingga dapat meningkatkan keselamatan kerja pada manusia. Joystick PlayStation 2 wireless adalah alat yang dapat dimanfaatkan sebagai tuas kendali robot, dengan memanfaatkan sistem nirkabel pada alat tersebut untuk menjadi alat pengendali robot pemindah barang. Robot dilengkapi dengan roda mekanum yang dikendalikan secara 4 WD menggunakan motor DC untuk berjalan dan sebagai pengambil barang. Robot memiliki sebuah lengan dan sebuah penjapit yang digerakkan oleh motor servo. Hasil pengujian memperlihatkan bahwa robot dapat berjalan ke segala arah dengan kecepatan yang dapat diubah. Dalam megambil objek, robot dapat mencengkram dengan baik menggunakan penjepit dan memindahkan barang seberat 300 ml dengan baik. Seluruh kerja robot dikendalikan melalui perangkat nirkabel Joystick PlayStation 2 dengan radius maksimum 9 meter. Kata kunci : 4 WD, Joystick, Mekanum, Pemindah Barang, PlayStation 2, Prototype, Robot, Roda mekanum, Nirkabel. xviii