PERANCANGAN DAN PEMBUATAN LENGAN ROBOT (ROBOT ARMS) DENGAN ENAM DERAJAT KEBEBASAN PDF

Preview

Summary

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN LENGAN ROBOT (ROBOT ARMS) DENGAN ENAM DERAJAT KEBEBASAN TUGAS AKHIR Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana pada Jurusan Teknik Mesin Disusun Oleh : Nama : GUSTI NOOR HIDAYAT No. Mahasiswa : 01 525 006 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUST...

Description

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN LENGAN ROBOT (ROBOT ARMS) DENGAN ENAM DERAJAT KEBEBASAN TUGAS AKHIR

Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana pada Jurusan Teknik Mesin

Disusun Oleh :

Nama

: GUSTI NOOR HIDAYAT

No. Mahasiswa

: 01 525 006

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS ISLAM INDONESIA 2008 i

LEMBAR PENGESAHAN PEMBIMBING

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN LENGAN ROBOT (ROBOT ARMS) DENGAN ENAM DERAJAT KEBEBASAN

TUGAS AKHIR

Oleh : GUSTI NOOR HIDAYAT 01 525 006

Yogyakarta, Desember 2008 Dosen Pembimbing Tugas Akhir

AGUNG NUGROHO ADI, ST., MT.

ii

LEMBAR PENGESAHAN PENGUJI

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN LENGAN ROBOT (ROBOT ARMS)DENGAN ENAM DERAJAT KEBEBASAN TUGAS AKHIR Oleh : GUSTI NOOR HIDAYAT 01 525 006 Telah Dipertahankan di Depan Sidang Penguji sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Islam Indonesia Yogyakarta, Januari 2009 Tim Penguji : Agung Nugroho Adi, ST., MT Ketua

______________

Muhammad Ridlwan, ST., MT. Anggota I

______________

Erina Primayanti, ST., M. Eng. Anggota II

______________

Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Islam Indonesia

Muhammad Ridlwan, ST., MT.

iii

HALAMAN PERSEMBAHAN

Saya hanya bisa bersyukur dan terus bersyukur kepada ALLAH SWT Atas semua kasih sayang-Mu Dan Utusan Allah Untuk alam semesta, Imam dan panutan MUHAMMAD SAW Atas ajaran dan contoh yang baik dalam menjalani hidup Ku persembahkan buat

Abah (Prof. DR. Ir. Gusti Muhammad Hatta. Msc) Mama (Ir. Violet Burhanuddin. Mp) Dan Ading (Gusti Noor Ramadany Saputra)

iv

HALAMAN MOTTO

Sesuatu yang tidak dapat dikerjakan keseluruhannya, maka jangan tinggalkan keseluruhannya (Kaidah Ushul Fiqih).

Hari ini adalah hari terbaik dalam sejarah dunia, meski kemarin tampaknya hal ini tidak mungkin terjadi. (Jack Kent Cooke)

Pusatkan semua pikiran pada tugas yang tengah engkau emban. Sinar matahari tidak akan dapat membakar sesuatu kalau tidak difokuskan melalui kaca pembesar. (Alexander Graham Bell)

“Perumpamaan ilmu yang tidak diamalkan seperti harta yang tidak dinafkahkan di jalan Allah.” (Abu Hurairah)

Tujuan kita adalah tetap berada dijalan yang lurus ketika orang lain melakukan kecurangan. (George Bernard Shaw)

v

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.

Syukur Alhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat dan karunia-Nya. Shalawat serta salam semoga tercurah kepada Nabi Muhammad SAW beserta para keluarganya, sahabat dan para pengikutnya hingga akhir zaman, karena dengan segala rahmat, hidayah dan inayah-Nya Tugas Akhir dengan judul “Perancangan dan Pembuatan Lengan Robot (Robot Arms) Dengan Enam Derajat Kebebasan" dapat diselesaikan Laporan Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Universitas Islam Indonesia Kelancaran dan keberhasilan pembuatan Tugas Akhir ini tidak terlepas dari bimbingan serta bantuan berbagai pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Allah SWT, Sang Maha Pengasih dan Penyayang. Engkaulah tempat aku memohon bimbingan dan petunjuk. 2. Nabi Muhammad SAW, atas segala perjuangan dan amanahnya. 3. Keluarga tercinta. Ayahanda Prof. DR. Ir. Gusti Muhammad Hatta, Msc, Ibunda Ir. Violet B, Mp dan Adik Gusti Noor Ramadany Saputra yang senantiasa sabar. Memberikan doa dan dukungan baik moril maupun materiil, serta pengertian yang amat berharga. 4. Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Islam Indonesia. 5. Bapak M. Ridlwan, ST.,MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Islam Indonesia. 6. Bapak Agung Nugroho Adi, ST., MT., atas arahan dan kesabaran beliau selaku dosen pembimbing tugas akhir.

vi

7. Bapak, Ibu dosen dan staf jurusan Teknik Mesin Universitas Islam Indonesia. 8. Teman-teman seperjuangan angkatan 2001 Jurusan Teknik Mesin. Uwa Dahlan, Miming, Budi jeruk, Sugeng, Didin, Inem, 9. Wimy cradel terima kasih atas pelajaran yang berharganya 10. Teman-teman yang selalu setia membantu dan selalu meluangkan waktunya untuk menyelesaikan tugas akhir ini. Awe”eksekutor”, Teguh “3gp director”, Dwi, Trie, Untung, Sigit, Togel, Boy, Egit, Vigor, Billy, Amet Lombok, Ucup dan semua asisten Lab Konversi Energi. 11. Teman-teman kos “Ayub Mustofa”. Fazrin, Susy Similikiti+Adit, Aries, Adrian, Angga, Ape, Anang, Wawan, Yudha, Vidy, Dian, Wega, mas Erwin, Dony, Bengkok, Ridho, Andre, bang Jay, Zikri, Tanto, Ivan, Reza. Terimakasih atas kesabaran, pengertian dan motifasinya. 12. Semua pihak yang tidak dapat kami sebutkan satu-persatu, atas doa dan bantuannya dalam penyusunan tugas akhir ini. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun dari rekan-rekan mahasiswa, dosen dan berbagai pihak sangat diharapkan. Semoga Tugas Akhir ini dapat berguna bagi kita semua, amin.

Wassalamu’alaikum Wr. Wb. Yogyakarta, 17 Desember 2008 Penyusun

Gusti Noor Hidayat

vii

Abstraksi

Robot memerlukan sistem penggerak untuk dapat memindahkan suatu obyek kesuatu tempat. Lengan robot mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistem lain karena kemampuannya menggantikan beberapa fungsi dari lengan misalnya untuk mengambil, memindahkan dan meletakan suatu objek pada suatu tempat dan gerakan yang dialami oleh robot lebih halus (sedikit getaran). Tujuan perancangan ini adalah untuk membuat lengan robot yang dapat bergerak dengan 6 derajat kebebasan. Tugas akhir ini merupakan penelitian awal, sebelum pengembangan robot lebih lanjut, untuk mengetahui berbagai kemungkinan yang bisa dimanfaatkan dan diaplikasikan dalam system. Dari hasil perancangan lengan robot (Robot arms) dengan 6 derajat kebebasan dihasilkan mekanik robot yang fungsinya hampir sama pada lengan manusia. Laporan ini menjelaskan mengenai perancangan lengan robot (robot arms) dengan enam derajat kebebasan. Dengan menggunakan Mikrokontroler ATMega 32 sebagai kontrol dan motor servo sebagai penggerak lengan robot dirancang agar mampu berjalan stabil. Pengembangan yang lebih lanjut guna kesempurnaan robot sangat diharapkan agar gerak (motion) robot dapat lebih halus dan dinamis. Perancangan yang dilakukan sekarang hanya menitikberatkan pada sistem mekanik yang sangat berpengaruh pada kinerja robot.

Kata kunci : Lengan robot, Mikrokontroler ATMega 32, Motor servo

viii

DAFTAR ISI

Halaman Judul TA ........................................................................................ i Lembar Pengesahan Dosen Pembimbing ................................................... ii Lembar Pengesahan Dosen Penguji ............................................................ iii Halaman Persembahan ................................................................................. iv Halaman Motto ............................................................................................. v Kata Pengantar .............................................................................................. vi Abstraksi ....................................................................................................... viii Daftar Isi ........................................................................................................ ix Daftar Tabel ................................................................................................... xii Daftar Gambar .............................................................................................. xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ......................................................................... 1 1.2 Rumusan Masalah .................................................................... 1 1.3 Batasan Masalah ....................................................................... 2 1.4 Tujuan Tugas Akhir ................................................................. 2 1.5 Manfaat Tugas Akhir ................................................................ 2 1.6 Sistematika Penulisan ............................................................... 2 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Robot ......................................................................................... 4 2.2 Anatomi Robot ......................................................................... 5 2.2.1 Sistem Kontrol ................................................................ 6 2.2.2 Mikrokontroler ................................................................ 8 2.2.3 ATMega 32 ..................................................................... 8 2.2.4 Motor Servo .................................................................... 10 2.2.5 Komunikasi Serial ........................................................... 11 a. Serial Sinkron ................................................................. 12 b. Serial Asinkron .............................................................. 13

ix

2.2.6 Konvertet Logika RS232 ................................................ 14 2.2.7 Borlan Delphi 7 ............................................................... 15 2.3 Sistem Tangan .......................................................................... 16 2.4 Mekanik Robot.......................................................................... 17 2.5 Jenis-Jenis Robot ...................................................................... 17 BAB III PERANCANGAN 3.1 Pendahuluan ............ ................................................................. 19 3.2 Diagram Alir Proses Perancangan ............................................ 19 3.3 Perancangan Robot ................................................................ ... 20 3.3.1

Mekanik ....................................................................... 22

3.3.2

Elektronik ..................................................................... 27

3.3.3

Perangkat Lunak .......................................................... 28

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN 4.1 Pendahuluan.. ............................................................................ 31 4.2 Hasil Perancangan ..................................................................... 31 4.3 Riwayat Perancangan ................................................................ 32 4.3.1

Rancangan Mekanis Lengan Robot ............................. 32

4.3.2

Rancangan Elektronik Lengan Robot .......................... 35

4.4 Analisa Perancangan Lengan Robot ......................................... 36 4.4.1 Penggerak ........................................................................ 36 1. Servo 1 ................................................................................. 36 2. Servo 2 ................................................................................. 36 3. Servo 3 ................................................................................. 40 4. Servo 4 ................................................................................. 43 5. Servo 5 ................................................................................. 46 6. Servo 6 ................................................................................. 46 4.4.2 Beban .............................................................................. 46 4.4.3 Mekanisme Robot ........................................................... 46 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ............................................................................. 47 5.2 Saran......................................................................................... 47

x

Daftar Pustaka Lampiran

xi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Urutan Pin RS232............................................................................ 14 Tabel 2.2 Perbedaan Logika RS-232 Dengan Logika TTL............................. 15 Tabel 4.1 Perbandingan Sudut Aktuasi Servo 2 .............................................. 39 Tabel 4.2 perbandingan Sudut Aktuasi Servo 3 .............................................. 42 Tabel 4.3 perbandingan Sudut Aktuasi Servo 4 .............................................. 45

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Sistem Robot Dan Orientasi Fungsi (Pitowarno, 2006) ............ 5 Gambar 2.2. Sistem Robot Dengan Kontroler Berbasis Processor Dan Mikrokontroler (Pitowarno, 2006) ........................................... 6 Gambar 2.3. Kontrol Robot Loop Terbuka .................................................... 6 Gambar 2.4. Kontrol Robot Loop Tertutup .................................................... 7 Gambar 2.5. Susunan Pin Mikrokontroler ATMega 32 ................................. 9 Gambar 2.6. Motor Servo ............................................................................... 10 Gambar 2.7. Hubungan Pulsa Dan Posisi Poros Motor Servo ....................... 11 Gambar 2.8. Transmisi Simplex Dan Duplex ................................................ 12 Gambar 2.9. Komunikasi Serial Sinkron ........................................................ 13 Gambar 2.10. Komunikasi Serial Asinkron ................................................... 13 Gambar 2.11. Port DB9 Male ......................................................................... 14 Gambar 2.12. IC Max 232 .............................................................................. 15 Gambar 2.13. Lingkup Delphi IDE ................................................................ 16 Gambar 2.14. Jenis-Jenis Robot Arms ........................................................... 18 Gambar 3.1. Robot Arms................................................................................ 19 Gambar 3.2. Flowchart Perancangan Robot ................................................... 20 Gambar 3.3. Perancangan Lengan Robot ....................................................... 21 Gambar 3.4. Robot Arms Secara Utuh ........................................................... 22 Gambar 3.5. Servo 1 Pada Posisi 90° ............................................................. 23 Gambar 3.6. Servo 1 Pada Posisi 0° ............................................................... 23 Gambar 3.7. Servo 1 Pada Posisi 180° ........................................................... 23 Gambar 3.8. Gripper ....................................................................................... 24 Gambar 3.9. Posisi Gripper Meletakan Benda ............................................... 24 Gambar 3.10. Sendi Dan Link Pada Lengan Robot ....................................... 25 Gambar 3.11. Link Pada Pesawat Aeromodeling Dan Link Yang Dibuat Dengan Akrilic ....................................................................... 26

xiii

Gambar 3.12. Bushing Dan Bantalan Terpasang Disetiap Sambungan Atau Sendi ....................................................................................... 26 Gambar 3.13. Diagram Elektronik Untuk Lengan Robot............................... 27 Gambar 3.14. Diagram alir pemrograman PC menggunakan Borlan Delphi. 28 Gambar 3.15. Diagram alir pemrograman mikrokontroler............................. 29 Gambar 3.16. Flowchart Gerak Lengan Robot Dengan Komunikasi Serial .. 30 Gambar 4.1. Mekanisme Lengan Robot Pada Awal Perancangan ................. 32 Gambar 4.2. Mekanisme Lengan Robot Dengan Menggunakan PCB ........... 33 Gambar 4.3. Beban Bertambah Akibat Penempatan Motor Servo 3 .............. 34 Gambar 4.4. Hasil Akhir Pembuatan Mekanisme Lengan Robot .................. 35 Gambar 4.5. Mekanisme Sendi 2 Dan Diagram Polygon............................... 37 Gambar 4.6. Mekanisme Sendi 3 Dan Diagram Polygon............................... 40 Gambar 4.7. Mekanisme Sendi 4 Dan Diagram Polygon............................... 43

xiv

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1

LATAR BELAKANG Robot memerlukan sistem penggerak untuk dapat memindahkan suatu

obyek kesuatu tempat. Lengan robot mempunyai kelebihan dibandingkan dengan sistem lain karena kemampuannya menggantikan beberapa fungsi dari lengan misalnya untuk mengambil, memindahkan dan meletakan suatu objek pada suatu tempat dan gerakan yang dialami oleh robot lebih halus (sedikit getaran). Lengan robot pada dasarnya memiliki sistem penggerak yang telah ada di alam, seperti manusia atau hewan. Kelebihan lengan robot yaitu dapat menggantikan beberapa fungsi lengan manusia pada suatu kondisi dimana lengan manusia tidak mampu melakukannya. Misalnya lengan tidak mampu mengangkat dan memindahkan suatu objek di luar kemampuan lengan dikarenakan kondisi obyek yang akan dipindahkan mengandung unsur kimia atau bahan berbahaya lainnya bagi manusia misalnya berbahaya untuk kulit. Atau contoh aplikasi lainnya untuk memindahkan benda yang bisa meledak dan benda yang dalam kondisi panas tidak mampu dipindahkan oleh lengan manusia. Berdasarkan hal tersebut diatas, maka lengan robot sangat dibutuhkan untuk menggantikan beberapa fungsi lengan manusia pada situasi dan kondisi yang tidak memungkinkan dan membahayakan bagi keselamatan manusia. Laporan ini disusun untuk menjelaskan perancangan dan pembuatan lengan robot dengan enam derajat kebebasan.

1.2

RUMUSAN MASALAH Dari latar belakang diatas maka dapat dibuat masalah sebagai berikut :

1.

Bagaimana sistem mekanisme lengan robot (robot arms) dapat melaksanakan tugas mengangkat benda yang ditentukan

2.

Bagaimana cara membuat program untuk mengontrol lengan robot tersebut agar mampu melakukan perintah sesuai dengan tugas yang diberikan.

2 1.3

BATASAN MASALAH Agar tidak menyimpang dan lebih terarah pada objek pembahasan maka

diperlukan batasan-batasan sebagai berikut : 1.

Penelitian difokuskan pada perancangan dan pembuatan perangkat keras dari lengan robot (Robot arms) yang memiliki 6 derajat kebebasan.

2.

Kontroler yang digunakan adalah ATMEGA32

3.

Aktuator yang dipergunakan adalah motor servo standar yang dapat bergerak 180 derajat

4.

Bahan rangka pembuatan lengan robot menggunakan papan PCB dan acrilik.

5.

Beban maksimal yang dapat diangkat +/- 100 gram dan dimensi maksimal berukuran 5x5 cm.

1.4

TUJUAN TUGAS AKHIR Tujuan perancangan ini adalah untuk membuat lengan robot yang dapat

bergerak dengan 6 derajat kebebasan.

1.5

MANFAAT TUGAS AKHIR Manfaat yang nantinya bisa diambil dari Tugas Akhir ini adalah: a. Sebagai bahan kajian awal untuk pengembangan lebih lanjut sehingga teknologi lengan robot benar-benar dapat diaplikasikan dalam dunia nyata secara handal. b. Dapat dijadikan sebagai model sederhana untuk kepentingan proses pembelajaran. c. Bagi peneliti, merupakan sarana penerapan dan pengembangan ilmu yang telah diperoleh selama di perguruan tinggi.

1.6

SISTEMATIKA PENULISAN Sistematika penulisan tugas akhir ini terdiri dari bagian pendahuluan,Bab

I sampai dengan Bab V dan daftar pustaka. Bagian pendahuluan berisikan halaman judul, lembar pengesahan dosen pembimbing, lembar pengesahan dosen

3 penguji, halaman motto, kata pengantar, abstraksi, daftar isi, daftar tabel dan juga daftar gambar. Bab I Pendahuluan berisikan tentang latar belakang masalah yang akan diteliti, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat dari tugas akhir dan sistematika penulisan laporan tugas akhir ini. Bab II Landasan Teori berisikan teori-teori yang melandasi penyusunan tugas akhir ini. Teori-teori ini berisikan penjelasan-penjelasan t...