B. PEGAS PADA GRIP
VI. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. PEMBUATAN PROTOTIPE
Pembuatan bagian-bagian prototipe end-effector robot pemanen paprika (Gambar 31) melalui beberapa proses sebagai berikut:
Gambar 31. End-effector robot pemanen paprika yang telah dibuat dan bagian- bagiannya.
1. Rangka
Proses pembuatan rangka dimulai dari pemotongan plat aluminium setebal 4 mm menjadi persegi panjang dengan ukuran 22 cm x 10 cm. Pemotongan plat menggunakan mesin gergaji serta gerinda potong, kemudian keempat sisinya diperhalus dengan menggunakan mesin scrap.
Bagian penopang ulir dan rel untuk pergerakan grip dibuat dari plat aluminium setebal 12 mm yang dipotong menjadi 2 bagian berukuran 6 cm x 1.5 cm dengan menggunakan mesin gergaji. Selanjutnya dibuat lubang untuk ulir dan rel dibuat dengan cara dibor. Lubang untuk ulir dibor dengan mata bor M6.5 dan M13, sedangkan lubang untuk rel dibor dengan mata bor M4. Kedua bagian penopang ditempatkan tegak di kedua sisi bagian depan dengan cara dibaut. Bentuk akhir dari rangka dapat dilihat pada Gambar 32. Penggerak Grip Pemotong Rangkaian pengendali perputaran motor Rangka Limit switch
Gambar 32. Bentuk akhir rangka.
2. Pemotong
Bagian pemotong dibuat dari pisau dapur setebal 2 mm berbahan stainless steel. Pisau dipotong miring sehingga pisau dapat membentuk sudut 60o. Panjang bagian yang dipotong disesuaikan dengan panjang yang dibutuhkan sehingga posisi akhir ujung pisau tidak melebihi ujung grip. Pemotongan dilakukan dengan menggunakan gerinda potong.
Untuk dudukan pisau pada end-effector, plat stainless steel setebal 2 mm dipotong menjadi ukuran 6.5 cm x 1.5 cm. Dudukan pisau ini ditempatkan di atas salah satu bagian penopang pada rangka dan dibaut bersama. Pisau ditempatkan pada dudukannya dengan cara dilubangi dengan bor dan dibaut. Gambar 33 menunjukkan bentuk akhir dari pemotong.
(a) (b)
Gambar 33. Pemotong: (a) Sebelum disatukan dengan rangka; (b) Setelah disatukan dengan rangka.
Penopang ulir dan rel
Dudukan bearing
Dudukan rel
Lubang untuk ulir
3. Grip atau penjepit
Grip merupakan bagian tersulit dalam pembuatannya karena memerlukan kehati-hatian. Pembuatan grip dimulai dengan memotong plat aluminium setebal 12 mm menjadi dua persegi panjang berukuran 15 cm x 1.5 cm sehingga dihasilkan dua buah balok. Kedua ujung balok kemudian dibentuk dengan menggunakan gerinda tangan dan dihaluskan dengan menggunakan kikir hingga didapat bentuk ujung yang melekuk ke dalam dengan ketebalan 5 mm dan panjang 27 mm. Kedua ujung grip yang semula masih setebal 12 mm ditipiskan dengan menggunakan mesin scrap hingga setebal 5 mm dengan panjang bagian yang tipis sebesar 6 cm.
Bagian dalam lekukan pada ujung grip kemudian diberi lapisan spons setebal 4 mm, diikuti pemberian karet setebal 1 mm. Lapisan spons dan karet ini dipasang dengan cara dilem menggunakan power glue. Sebagai langkah akhir dibuat lubang untuk ulir dan rel mengikuti pola bagian penopang pada rangka. Posisi lubang disesuaikan sehingga end- effector tidak terlalu panjang. Lubang untuk ulir pada bagian grip yang bergerak dibuat membentuk ulir dalam dengan cara ditap menggunakan mata tap M6 x 0.5, sedangkan lubang untuk ulir pada bagian grip yang diam dibuat lebih besar dari diameter luar ulir, yakni dibor dengan mata bor M7. Bentuk akhir batang grip dapat dilihat pada Gambar 34.
Grip kemudian digabungkan bersama-sama dengan rangka dan pemotong beserta rel dan ulir (Gambar 35). Pegas tekan ditempatkan pada sisi luar bagian grip yang diam dan bertumpu pada poros ulir. Ulir yang merupakan bagian dari sistem penggerak, ditempatkan terlebih dulu dari bagian-bagian lain pada sistem penggerak untuk dapat menopang pegas.
Gambar 35. Grip yang telah digabungkan dengan rangka, pemotong, rel, dan ulir.
4. Sistem penggerak
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, sistem penggerak terdiri atas ulir, 2 buah gir, serta motor. Semuanya merupakan hasil pembelian dalam bentuk jadi. Yang dibuat untuk sistem penggerak adalah poros penghubung ulir dan poros motor dengan girnya masing-masing, serta dudukan motor. Khusus untuk ulir hanya mengalami pengerjaan pemotongan sesuai panjang kebutuhan, yakni 12 cm. Bahan untuk poros penghubung, baik antara ulir dengan girnya maupun antara poros motor dengan girnya, berasal dari bahan yang sama yakni poros aluminium berdiameter 13 mm.
Pada pembuatan poros penghubung antara ulir dengan girnya, poros aluminium dipotong sepanjang 2 cm. Ujung yang satu dibor tengah porosnya sebesar 6 mm (sesuai diameter ulir) dengan kedalaman 1 cm, sedangkan ujung yang lainnya dibubut sepanjang 5 mm hingga berdiameter 12 mm. Pada ujung yang terhubung dengan ulir dibuat lubang
pada sisi poros yang ditap menggunakan mata tap M3 x 0.5 sebagai dudukan baut pengencang. Ujung yang dibubut dibuat tepat dengan lubang diameter dalam gir sehingga terbentuk sambungan pas dengan cara dipukul masuk menggunakan palu.
Untuk poros penghubung antara poros motor dengan girnya, poros aluminium dipotong sepanjang 3 cm. Ujung yang satu dibor tengahnya sebesar 5 mm (sesuai diameter poros motor) dengan kedalaman 2 cm. Pada ujung yang terhubung dengan poros motor ini dibuat lubang pada sisi poros penghubung yang ditap menggunakan mata tap M3 x 0.5 sebagai dudukan baut pengencang. Ujung yang lainnya dibubut sepanjang 12 mm hingga berdiameter 8 mm. Setelah itu ujung yang telah dibubut ini digerinda mengikuti bentuk ujung diameter dalam gir yang unik.
Gambar 36. Poros penghubung poros motor dengan gir.
Dudukan motor dibuat dari plat aluminium setebal 4 mm yang dipotong menjadi persegi panjang berukuran 7 cm x 3.8 cm, kemudian ditekuk pada posisi 4 cm dari salah satu ujung. Bagian penopang dibuatkan lubang untuk poros motor dan baut penyangga. Lubang untuk poros motor dibor sebesar 12 mm dan untuk baut panyangga dibor sebesar 3 mm. Sistem penggerak yang telah digabungkan dengan rangka, pemotong, dan grip, dapat dilihat pada Gambar 37.
Gambar 37. Sistem penggerak yang telah digabung bersama rangka, pemotong, dan grip.
5. Sistem kendali
Sistem kendali terdiri dari rangkaian elektronika pengendali perputaran motor dan dua buah limit switch. Rangkaian elektronika dibuat di atas plat PCB sesuai dengan skema yang terdapat pada disain struktural. Limit switch dipasang di kedua sisi batas pergerakan grip dengan menggunakan plat strip setebal 1 mm sebagai dudukan limit switch. Pembuatannya disesuaikan dengan bentuk dari limit switch serta ketinggian limit switch yang diperlukan utuk dapat menghentikan pergerakan grip. Dudukan ini dipasang pada rangka dengan cara dibaut. Gambar 38 menunjukkan rangkaian elektronika pengendali perputaran motor.
Gambar 38. Rangkain elektronika pengendali perputaran motor. Motor
B. PENGUJIAN PROTOTIPE
Sebelum diuji dengan menggunakan tiga jenis kemiringan, yakni 0o (datar), 10o, dan 20o, prototipe end-effector robot pemanen paprika ini diuji terlebih dahulu kemampuannya dalam memotong serta menjepit tangkai buah paprika. Pengujian ini dilakukan beberapa kali dengan sampel acak dan tidak seragam.
Pada pengujian awal tersebut, end-effector mampu memotong namun tidak mampu menahan buah paprika agar tidak terjatuh. Hal ini disebabkan permukaan spons yang terlalu licin bagi tangkai buah, sehingga tangkai buah tidak dapat tergenggam dengan baik, yang pada akhirnya buah paprika langsung terjatuh. Namun setelah dilakukan modifikasi dengan pemberian lapisan karet pada bagian dalam grip/penjepit end-effector, maka tangkai buah dapat tergenggam dengan baik dan buah tidak terjatuh. Dengan demikian pengujian end-effector dengan menggunakan tiga jenis kemiringan dapat dilakukan.
Gambar 39. Proses pengujian end-effector robot pemanen paprika.
Ukuran keberhasilan dari pengujian end-effector robot pemanen paprika ini ditentukan berdasarkan pada mampu tidaknya end-effector memotong sasaran, yakni tangkai buah, serta menjepitnya dengan baik sehingga buah paprika tidak terjatuh. Setelah end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan maka end-effector ditarik mundur dan dilakukan penghitungan waktu lamanya penjepitan hingga buah paprika terjatuh. Apabila sampai dengan 15 menit buah paprika tidak terjatuh maka penghitungan pun dihentikan. Hal ini didasarkan pertimbangan buah tidak mengalami goncangan
setelah proses pemanenan, dan diasumsikan dalam rentang waktu tersebut manipulator dan end-effector robot telah bergerak menempatkan hasil panen ke tempat penampungan sementara hasil panen.
Pada pengujian end-effector dengan kemiringan 0o (datar), dari 35 kali percobaan untuk 15 jenis kondisi posisi buah, end-effector berhasil memotong dan menjepit sebanyak 21 kali (60 %), sedangkan 14 lainnya (40 %) gagal. Kegagalan ini antara lain dikarenakan sebanyak 4 kali (11 %) end-effector terhalang badan buah yang membumbung, 2 kali (6 %) dikarenakan tangkai buah yang terlalu pendek bagi end-effector, 5 kali (14 %) dikarenakan terganjal pisau end-effector itu sendiri, dan 3 kali (9 %) dikarenakan sasaran tidak terjangkau oleh end-effector. Beberapa penyebab kegagalan tersebut dapat dilihat pada Gambar 40. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 0o dapat dilihat pada Gambar 41.
(a) (b)
(c)
Gambar 40. Beberapa penyebab kegagalan saat pemanenan: (a) Badan buah membumbung; (b) Tangkai buah terlalu pendek; (c) Pisau yang mengganjal.
60% 11% 6% 14% 9% 40% Berhasil
Gagal akibat terhalang badan buah Gagal akibat tangkai terlalu pendek Gagal akibat terganjal pisau Gagal akibat tidak terjangkau
Gambar 41. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 0o.
Dari pengujian end-effector dengan kemiringan 10o didapatkan hasil yaitu sebanyak 30 kali (85 %) end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan, sedangkan sebanyak 5 kali (15 %) gagal. Sebanyak 1 kali (3 %) kegagalan dikarenakan end-effector terhalang badan buah, 1 kali (3 %) dikarenakan tangkai buah yang terlalu pendek, dan 3 kali (9 %) dikarenakan terganjal pisau end-effector sendiri. Hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 10o ini digambarkan ke dalam grafik yang tertera pada Gambar 42.
85% 3% 3% 9% 14% Berhasil
Gagal akibat terhalang badan buah Gagal akibat tangkai terlalu pendek Gagal akibat terganjal pisau
Hasil yang berbeda juga didapatkan pada pengujian end-effector menggunakan kemiringan 20o. Pada pengujian ini sebanyak 31 kali (89 %) end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan, sedangkan sisanya sebanyak 4 kali (11 %) gagal. Namun dalam pengujian ini kegegalan seluruhnya disebabkan oleh terganjalnya pisau end-effector. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 20o dapat dilihat pada Gambar 43.
89%
11%
Berhasil
Gagal akibat terganjal pisau
Gambar 43. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 20o.
Dari beberapa pengujian tersebut terlihat bahwa faktor utama penyebab kegagalan dalam pengujian adalah struktur dari end-effector yang tidak sesuai dengan sifat fisik paprika yang menjadi bahan pengujian. Paprika dalam pengujian memiliki panjang tangkai berkisar antara 2.5 cm – 3.5 cm. Pengujian yang gagal akibat bentuk fisik paprika dalam pengujian umumnya disebabkan panjang tangkai paprika kurang dari 3 cm sehingga ujung end- effector tidak mampu menjangkau tangkai buah tersebut.
Selain dari beberapa grafik di atas, dari hasil pengujian juga dibuat grafik hubungan antara bobot buah paprika terhadap lamanya tangkai buah terjepit hingga buah terjatuh (Gambar 44), serta grafik hubungan antara bobot buah paprika terhadap lamanya tangkai buah terjepit hingga buah terjatuh (Gambar 45). Grafik-grafik tersebut dibuat hanya berdasarkan jumlah pengujian yang berhasil untuk setiap jenis kemiringan.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 0 5 10 15 20
Lama Terjepit (menit)
B o b o t B u a h ( g ra m ) Kemiringan 0 Derajat Kemiringan 10 Derajat Kemiringan 20 Derajat
Gambar 44. Grafik hubungan antara bobot buah paprika terhadap lamanya buah tidak terjatuh.
0.000 0.100 0.200 0.300 0.400 0.500 0.600 0.700 0.800 0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 0 5 10 15 20
Lama Terjepit (menit)
D ia m e te r T a n g k a i B u a h ( c m ) Kemiringan 0 Derajat Kemiringan 10 Derajat Kemiringan 20 Derajat
Gambar 45. Grafik hubungan antara diameter tangkai buah paprika terhadap lamanya buah tidak terjatuh.
Dari grafik pada Gambar 44 dan Gambar 45 dapat dilihat bahwa jumlah pengujian end-effector yang tidak berhasil mempertahankan buah agar tidak terjatuh sebelum 15 menit, terbanyak diperoleh untuk pengujian menggunakan kemiringan sebesar 0o dan 20o, yakni sama sebanyak 7 kali dari 21 pengujian yang berhasil untuk kemiringan 0o, dan dari 31 pengujian yang berhasil untuk kemiringan 20o. Sedangkan untuk pengujian menggunakan kemiringan 10o, jumlah pengujian yang tidak berhasil mencapai waktu 15 menit sebanyak 6 kali dari 30 pengujian yang berhasil.
Bobot buah paprika yang menjadi sampel pengujian berkisar antara 85.9 – 186.3 gram dengan rata-rata bobot buah sebesar 127.8 gram, sedangkan diameter tangkai buahnya berkisar antara 0.768 – 1.210 cm dengan rata-rata diameter sebesar 0.934 cm. Namun dari kedua grafik tersebut (Gambar 44 dan Gambar 45) tidak dapat ditarik suatu persamaan yang dapat menunjukkan bagaimana hubungan antara bobot buah paprika terhadap lamanya tangkai buah terjepit hingga buah terjatuh maupun hubungan antara bobot buah paprika terhadap lamanya tangkai buah terjepit hingga buah terjatuh. Hal ini disebabkan oleh dilakukannya penghentian penghitungan lamanya buah paprika tidak terlepas dari genggaman end-effector setelah mencapai 15 menit. Hal tersebut dapat saja tidak dilakukan guna memperoleh kedua hubungan tersebut, akan tetapi akan diperlukan waktu yang lama dan tidak pasti karena bisa jadi buah tidak akan pernah terlepas dari genggaman end-effector.
Pemanenan paprika dengan menggunakan end-effector ini dapat menyebabkan beberapa kerusakan, baik pada tanamannya maupun pada buah paprika hasil panen. Kerusakan pada tanaman umumnya berupa patahnya daun akibat terbentur end-effector. Hal ini disebabkan buah papika tumbuh pada wilayah ketiak daun sehingga daun patah pada saat end-effector berusaha menjangkau tangkai buah paprika. Sedangkan kerusakan pada buah paprika hasil panen umumnya berupa kerusakan pada tangkai buah akibat tangkai buah tidak terjepit penuh pada wilayah penjepitan grip end-effector.