BAB III PERANCANGAN SISTEM
3.1.1. Perancangan Mekanik
Gambar 3.2. merupakan gambar keseluruhan design 3D lengan robot peniru gerakan tangan manusia. Lengan robot peniru greakan tangan manusia disusun dengan 5 bagian utama sebagai aktuator yang akan digerakkan dengan motor RC servo. Kelima bagian utama ini disebut sebagai penghubung atau link. Sedangkan bagian yang berperan sebagai penggerak (sendi) berdasarkan gerakkan motor RCservodisebut sebagaijoint.
Gambar 3.2. menampilkan keseluruhan design perancangan mekanik 3D lengan robot peniru gerakan tangan manusia beserta lima bagian utama pada robot yang berperan sebagai penghubung (link), yang meliputi :
1. Base(bagian dasar) 2. Shoulder(bagian bahu) 3. Elbow(bagian siku) 4. Pitch(bagian pergelangan) 5. End Effector(bagian ujung robot) 6. MotorBase
7. MotorShoulder A 8. Motorshoulder b 9. Motorelbow 10. Motorpitch
Gambar 3.2.Design3D keseluruhan lengan robot
1 2 3 4 5 7 8 9 10 6
Gambar 3.3. merupakan design 3D bagian dasar (base) berbentuk lingkaran yang berdiameter 25cm. Base terhubung dengan sebuah as yang memanjang ke bawah dan mempunyai roda gigi. Roda gigi pada as berhubungan dengan roda gigi pada sebuah motor RC servoyang digunakan sebagai penggerak base. Basebergerak secara rotasi dan dapat menyebabkan perubahan posisi pada lengan-lengan penghubung yang lain.
Gambar 3.3. Gambar posisigearpemutarbaseyang dicoupledengan motor servo Bagian shouldermemiliki panjang lengan 18cm dan bergerak secara rotasi dengan 2 buah motor RCservo. Bagianelbowmemiliki panjang lengan 12cm dan bergerak secara rotasi dengan sebuah motor RC servo. Bagian pitch memiliki panjang lengan 5cm dan bergerak secara rotasi dengan sebuah motor RC servo. Bagian paling ujung adalah end effector digunakan untuk menunjukkanend point dari lengan robot tersebut. Panjang end effector sampai ujung 7cm. End effector tersebut menggunakan sebuah spidol sebagai ujungnya. Total keseluruhan panjang lengan robot peniru gerakan tangan manusia dari pangkal shoulder sampai pada ujungend effector adalah 42cm. Besarnya dimensi berupa panjang yang dimiliki oleh keseluruhan penghubung (link) menentukan kemampuan sebagai jangkauan lengan robot ketika melakukan gerakkan.
Bagian yang berperan sebagai penggerak adalah sendi (joint) terhubung langsung dengan motor RC servo. Gerakkan yang terjadi pada joint di setiap bagian pangkal dari link adalah rotasi. Gerakkan secara rotasi menyebabkan adanya perbedaan besarnya
sudut-sudut yang terjadi pada setiap penghubung (link) dari titik acuan awal yaitu pada bagian pangkal dari bahu (shoulder).
Motor RCservoyang digunakan sebanyak 5 buah. Pemilihan motor RCservoyang digunakan pada setiap jointberdasarkan pada kemampuan yang harus dimiliki setiapjoint untuk mengangkat beban. Beban dapat berupa lengan (link) dan benda yang diangkat. Kemampuan motor untuk berputar dengan suatu beban merupakan gaya putar yang disebut torsi (torque). Berikut ini perkiraan berat lengan penghubung (link) pada perancangan lengan robot:
Tabel 3.1. Tabel perkiraan berat lengan dan beban yang diangkat lengan pada perancangan lengan robot
NO. Lengan Penghubung (link) Perkiraan Berat setiap lengan
Beban yang diangkat setiap lengan 1. End effector 100gr 100gr 2. Pitch 120gr 220gr 3. Elbow 200gr 420gr 4. Shoulder 500gr 920gr 5. Base 200gr 200gr
Tabel 3.1. menunjukkan perkiraan berat setiap lengan merupakan total berat dari material lengan dan motor RC servo yang menempel pada lengan. Kolom beban yang diangkat setiap lengan merupakan penjumlahan berat dari keseluruhan beban yang harus diangkat oleh setiap lengan. Perancangan mekanik untuk desain lengan robot peniru gerakan tangan manusia menggunakan material aluminium karena ringan dan mudah dikerjakan. Tabel 3.1. menunjukkan bagian base diasumsikan memiliki berat yang ringan walaupaun terletak paling dasar karena bagianbasetidak terbebani oleh berat keseluruhan dari prototype lengan robot karena seluruh lengan robot sudah ditopang oleh empat buah tiang penyangga. Perancangan mekanik motor RC servo yang digunakan hanya untuk memutar bagian base yang memiliki torsi yang tidak terlalu besar yaitu diperkirakan sebesar10 kg.cm.
Gambar 3.4.Design end effector
Gambar 3.4. merupakan gambar design end effector yang akan digunakan pada ujung lengan robot peniru gerakan tangan manusia. Bagian ini dirancang memiliki berat maksimal adalah 100gram dan memiliki ujung berupa spidol yang bebannya cukup ringan.
Beban pada ujung robot cukup ringan sehingga gerakan robot tidak terbebani cukup besar oleh end effector. Ujung berupa spidol maka lengan robot tersebut dapat dengan mudah dibandingkan gerakannya, apakah gerakannya sama seperti gerakan lengan manusia atauuser.
Bagianpitchbeban yang harus diangkat adalah 220gram karena bagianpitchselain mengangkat lengannya sendiri juga harus mengangkat seluruh bagian gripper. Bagian pitchmemiliki panjang 5 cm dan bagiangrippersampai ujung jari memiliki panjang 7 cm, sehingga panjang lengan yang harus diangkat adalah 12 cm. Berikut adalah perhitungan untuk merancang torsi pada bagianpitchberdasarkan persamaan 2.1. dan 2.2. :
= 220 = 0,22 = 12 = = 0,22 ∗ 10 ⁄ = 2,2 = 2,2 ⁄ 2,2 ∗ 0,1 = 0,22 Dimana,1 = 0,1 = = 0,22 ∗ 12 = 2,64 .
Bagian elbow beban yang harus diangkat adalah 420 gram, sedangkan panjang lengan yang harus diangkat motor RC servo adalah 24 cm yang dihitung dari panjang lengan elbow, panjang lengan pitch dan panjangend effector. Kebutuhan torsi motor RC servopada perancangan lengan robot berdasarkan persamaan 2.1. dan 2.2. :
= 420 = 0,42 = 24 = = 0,42 ∗ 10 ⁄ = 4,2 = 4,2 ⁄ 4,2 ∗ 0,1 = 0,42 Dimana,1 = 0,1 = = 0,42 ∗ 24 = 10,08 .
Bagian shoulder beban yang harus diangkat adalah 920 gram, sedangkan panjang lengan yang harus diangkat motor RC servo adalah 42 cm yang dihitung dari panjang lengan shoulder, panjang lengan elbow, panjang lengan pitch dan panjang end effector. Kebutuhan torsi motor RC servo pada perancangan lengan robot berdasarkan persamaan 2.1. dan 2.2. : = 920 = 0,92 = 42 = = 0,92 ∗ 10 ⁄ = 9,2 = 9,2 ⁄ 9,2 ∗ 0,1 = 0,92 Dimana,1 = 0,1 = = 0,92 ∗ 42 = 38,64 .
Berdasarkan perhitungan kebutuhan torsi pada bagian shoulder memang menunjukkan torsi yang dibutuhkan sangat besar. Hal tersebut akan membuat kesulitan tersendiri dalam mencari motor RC servodengan torsi yang sangat besar. Oleh sebab itu, pada bagian shoulder perancangan menggunakan 2 buah motor RC servo dengan torsi masing-masing motornya lebih besar dari 19,32 Kg.cm (38,64 Kg.cm : 2 = 19,32 Kg.cm) yang akan dipasang padashoulder 1danshoulder 2.
Gambar 3.5. Tampilan seluruhnyadesigngambar 3D lengan robot
Gambar 3.5. merupakan seluruh tampilan design lengan robot. Lengan robot tersebut memiliki 3 buah sumbu koordinat, yaitu X, Y, dan Z. Koordinat tersebut berguna untuk mengetahui posisi dariend pointlengan robot tersebut.
Design lengan robot yang dikendalikan oleh motor servo memiliki gerakan yang terbatas. Motor servo yang digunakan memiliki batas putar. Batas putar motor servo yang digunakan adalah 1800. Tetapi sudut yang digunakan pada lengan robot tidak digunakan pada posisi maksimal. Sudut yang digunakan disesuaikan dengan sudut maksimal pada lengan manusia atau user. Sudut maksimal yang dapat di jangkau oleh lengan robot sebagai berikut :
X Y a
Tabel 3.2. Tabel sudut maksimal yang dapat digunakan motor servo sesuai sudut lengan manusia
NO. Lengan Penghubung (link) Panjang lengan Sudut maksimal yang dapat dijangkau 1 Pitch + End Effector 12cm 1800
2 Elbow 12cm 1800
3 Shoulder 18cm 1800
4 Base ( berputar pada poros ) 0cm 1800