Perancangan Perangkat Keras

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Perancangan Perangkat Keras

Pada hasil perancangan perangkat keras akan menjelaskan tentang bentuk mekanik sistem lengan robot, komponen elektrik sistem lengan robot dan pengujian gerakkan mekanik lengan robot. Bentuk mekanik meliputi tampilan keseluruhan lengan robot plotter robot drawing. Pada komponen elektrik menunjukkan komponen-komponen pengendali motor.

4.1.1 Bentuk Mekanik Sistem Lengan Robot

Tampilan keseluruhan lengan robot plotter robot drawing ditunjukkan pada gambar 4.1.

Gambar 4. 1. Mekanik Plotter Robot Drawing

Mekanik plotter robot drawing yang terdiri dari base, pantograf, power supply dan area kerja. Media gambar menggunakan kertas ukuran A4. Bagian ruas lengan terbuat dari bahan akrilik bening dengan ketebalan 5 mm dan panjang masing-masing 30cm.

Bagian paling ujung adalah penholder yang digunakan untuk meletakkan bolpoin yang merupakan end effector dari plotter robot drawing. Ukuran lubang pada penholder dapat di atur sesuai dengan ukuran bolpoin yang digunakan.

Pada bagian pengolahan program terdapat driver motor yang berfungsi sebagai pengendali motor stepper dengan masukan dari arduino dan output menggerakkan motor

stepper. Modul driver stepper menggunakan jenis DRV8825 dengan tegangan 8,2V-45V

dan arus mencapai 1,5A. Menggunakan power supply dikarenakan sumber tegangan pada arduino tidak cukup untuk menggerakkan motor stepper. Power supply digunakan untuk memberikan catu daya pada motor stepper dengan tegangan 0-12V dan arus 30A.

Gambar 4. 2. Posisi Motor Stepper

Posisi motor stepper secara mekanik ditampilkan pada gambar 4.2. Motor stepper diletakkan dibawah base untuk menggerakkan link (pantograf) dan pully belt berfungsi untuk meminimalisir pergerakan lengan. Pada penelitian ini menggunakan dua motor stepper

nema17 (17HS4401). Pemilihan motor stepper nema17 dikarenakan ukuran stepper yang

umum digunakan dalam 3D print, cnc dan x,y plotter, selain itu juga motor stepper mampu bergerak sesuai posisi yang diinginkan. Motor stepper akan menggerakkan link (pantograf) terhadap sumbu x,dan sumbu y.

Motor servo secara mekanik dapat dilihat pada gambar 4.3. Motor servo yang diletakkan dibawah lengan bertujuan untuk mengangkat bolpoin. Hal ini bertujuan untuk pergeseran titik atau bergerak terhadap sumbu z. motor servo yang digunakkan pada penelitian ini motor servo Tower Pro MG90S dan sudah disesuaikan dengan ketersediaan di pasaran dan tipe gear metal yang memiliki kemampuan mengangkat lengan robot dan gearboxnya lebih awet sehingga aman digunakkan berulang-ulang.

Stepper 1 Stepper

Gambar 4. 3. Posisi Motor Servo

4.1.2 Komponen Elektrik Sistem Lengan Robot

Rangkaian elektrik sistem pengendali lengann robot ditunjukkan pada gambar 4.2

Gambar 4. 4. Mekanik Plotter Robot Drawing

Rangkaian elektrik sistem pengendali plotter robot drawing terdiri dari: 1. Board arduino mega 2560 (Mikrokontroler)

2. Ramps 1.6 (cnc shields)

3. Driver DRV8825 (Stepper kontroler)

4. Kabel USB (Komunikasi serial mikrokontroler dengan pc) 5. Output port ke motor stepper

6. Output port ke motor servo 7. Terminal port dari power supply

Mikrokontroler arduino mega 2560 melakukan komunikasi serial dengan pc melalui kabel usb. Selain untuk komunikasi serial, kabel usb juga digunakan untuk aktivitas upload dan download program. Ramps 1.6 terhubung dengan board arduino mega 2560 dengan cara

5 1 7 3 2 6 4

stackkabel/kaki-kaki ramps ditancapkan ke port arduino mega 2560, sebagai koneksi untuk output port ke motor stepper dan motor servo. Ramps 1.6 mendapatkan power supply eksternal dengan tegangan 12 volt dan arus 30 ampere untuk menggerakkan motor stepper.

Motor stepper memerlukan stepper kontroler atau driver untuk memberikan daya pada tiap fase dalam waktu atau urutan yang tepat untuk membuat motor berputar. Motor stepper tidak bisa bekerja sesuai fungsinya dengan cara memberikan power supply langsung. Mikrokontroler arduino sebagai sumber pulsa listrik untuk driver, driver bekerja sebagai perangkat yang mengatur short power fase/lilitan dimotor stepper sekaligus sumber listrik dengan volt dan ampere yang cukup untuk motor. Driver yang digunakan adalah driver DRV8825 yang dihubungkan ke pin stepper motor driver pada ramps 1.6. output port yang digunakan pada rangkaian elektrik sistem pengendali lengan robot sebanyak dua port untuk menggerakkan motor stepper dan satu port untuk menggerakkan motor servo.

4.1.3 Pengujian Gerakan Mekanik Lengan Robot

Pengujian gerakan mekanik lengan robot bertujuan untuk mengetahui besarnya sudut pergerakan motor stepper untuk mencapai suatu titik pada koordinat tertentu. Metode yang digunakan dalam pengujian ini adalah membandingkan hasil perhitungan sudut secara matematis dengan hasil gerakan motor stepper. Pengujian gerakan mekanik lengan robot secara matematis menggunakan metode perhitungan invers knimatika yang mengacu pada persamaan (2-1) sampai persamaan (2-8). Pengujian ini dilakukan dengan beberapa titik referensi untuk gambar kotak, segitiga, dan lingkaran. Tabel 4.1 menunjukkan hasil perhitungan inverse kinematics menggunakan metode geometri pada titik referensi kotak, segitiga, dan lingkaran. Nilai titik koordinat dapat dilihat pada lampiran L8,L9, dan L10.

Tabel 4. 1. perhitungan inverse kinematik dengan metode geometri pada titik referensi

Sudut aktual (pengujian) diperoleh dari hasil gerakkan motor stepper pada pantograf dengan melakukan pengukuran besar sudut menggunakan busur derajat. Besar sudut

Titik referensi ^koordinat

Sudut pergerakan lengan (^o) x y z Stepper 1 Stepper 2 Kotak 34,2 39,7 0,1 200 50 Segitiga 25,8 23 0,1 167 77 lingkaran 49,4 17 0,1 134 31

pengujian yang dihasilkan menggunakan busur derajat seperti pada gambar 4.5 dan hasil yang diperoleh ditunjukkan pada tabel 4.2 dan lampiran L1, L2, dan L3.

Gambar 4. 5. Cara Pengukuran Sudut Menggunakan Busur Derajat

Data yang diperoleh dari perhitungan matematis (inverse kinematics) dan hasil pengamatan sudut menggunakan busur derajat dihitung nilai % Errornya untuk

mengetahui besarnya perbedaan yang terjadi. Secara perhitungan dan pengujian nilai %

Error diperoleh dengan cara sebagai berikut:

% 𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟 = ^{𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑝𝑒𝑟ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 − 𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑢𝑗𝑖𝑎𝑛}

𝑠𝑢𝑑𝑢𝑡 𝑝𝑒𝑟ℎ𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 ^{× 100%}

Tabel 4. 2. Hasil Sudut Pengujian Dan Perhitungan Pada Gambar Bidang 2 Dimensi

Dari hasil pengamatan pada tabel 4.2 dapat dilihat % Error pada pengujian gambar kotak, segitiga, dan lingkaran memiliki % Error yang bervariasi. Hal ini disebabkan karena dalam proses pembuatan gambar yang belum sempurna dan mekanik pada lengan robot yang masih belum presisi dan peletakan busur derajat untuk mengukur sudut aktual pada stepper

Gambar Bidang 2D

Sudut Perhitungan Sudut Pengujian Delta

Stepper 1 Stepper 2 Stepper 1 Stepper 2 Stepper 1 Stepper 2

Kotak 200 50 170 66 30 16

Segitiga 167 77 168 61 1 16

Lingkaran 134 31 160 68 26 37

% Error kotak Segitiga Lingkaran

Stepper 1 15% 0.5% 19,4%

1 dan stepper 2. Dalam perbedaan sudut pengujian dan perhitungan selain kurang kepresisian mekanik disebabkan juga dalam pembulatan sudut pada perhitungan.