BAB III. PERANCANGAN PENELITIAN
3.3 Perancangan Perangkat Keras
3.3.3 Perancangan Sensor TCS3200
Sensor yang dipakai pada pembuatan tugas akhir ini adalah sensor warna TCS3200, sebagai pendeteksi warna objek yang memiliki range tegangan input 2,7-5,5 volt.
Perlakuan terhadap sensor TCS3200 yaitu dengan memberikan logika high(1) dan low (0) ke kaki selektor S2 dan S3 maka filter aktif, serta penskalaan frekuensi output 100% yaitu dengan memberikan 5V ke kaki selektor S0 dan S1, yang semuanya dilakukan dengan memberikan perintah pengalamatan dari mikrokontroler. Kaki S0 dihubungkan ke portD.3, S1 ke PortD.4, S2 ke PortD.5, S3 PortD.6, Led ke PortD.7 dan Out ke PortC.1. pemasangan kapasitor 10uF pada vdd dan 5V disesuaikan pada datasheet TCS3200 yang berfungsi sebagai sebagai penstabil tegangan dan respon transien. Gambar 3.18 berikut ini menunjukan hubungan pin sensor TCS3200 dengan mikrokontroler ATmega8535.
Gambar 3.18. Rangkaian Sensor TCS3200 terhubung ATmega8535 3.3.4 Motor Servo
Pada perancangan ini digunakan 4 buah motor servo sebagai aktuator robot lengan, tiga diantaranya menggunakan merk motor servo HXT5010 dan satu lagi menggunakan
merk Futaba S3003,seperti yang ditunjukan pada Gambar 3.19 dan 3.20. Pemilihan motor servo yang berbeda disesuaikan dengan kebutuhan. Digunakan motor servo Futaba S3003 dengan sudut putar 0-180° karena motor tersebut akan difungsikan sebagai motor poros robot lengan yang membutuhkan sudut putar yang lebih lebar dibanding motor link1,link
2 dan link 3 dalam proses peletakan barang. Karakteristik motor servo HXT5010 dan Futaba S3003 berdasarkan datasheetditunjukan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2. Karakteristik Motor Servo
HXT5010 [19] Futaba S3003 [20]
Motor servo tipe standard HXT5010 dengan sudut putar 90 derajat:
Kecepatan (4,8V) : 0,2 sec/60 degree
Kecepatan (6V) : 0,16sec/60 degree Torsi (4,8V) : 5,5Kg-cm
Torsi (6V) : 6,5Kg-cm Tegangan: 4,8-6 volt
Dimensi: 40 x 38 x 20 mm Berat: 38 grams
Gambar 3.19. Motor Servo HXT5010
Motor servo tipe standard Futaba S3003 dengan sudut putar 180 derajat: Kecepatan (4,8V) : 0,23 sec/60deg
Kecepatan (6V) : 0,19sec/60deg
Torsi (4,8V) : 3,2 Kg-cm Torsi (6V) : 4,1 Kg-cm Tegangan: 4,8-6 volt
Dimensi : 1,6 x 0,8 x 1,4 in Berat : 37,2grams
Current Drain(4.8V): 7.2mA/idle Current Drain(6.0V): 8mA/idle
Gambar 3.20. Motor Servo Futaba S3003
Rangkaian servo terdiri dari tiga port yaitu vcc, ground, dan data. Jalur data terhubung dengan port pada mikrokontroler sebagai jalur pengiriman pulsa PWM untuk
mengaktifkan motor servo dan mengatur sudut putarnya. Gambar 3.21 berikut merupakan pin motor servo yang terhubung ke mikrokontroler.
Gambar 3.21. Pin Motor Servo ke Mikrokontroler
Pengujian dan pengambilan data pada keempat motor servo yang digunakan sebagai aktuator robot lengan bertujuan, untuk mengetahui sudut putar yang terukur dari karakterisktik motor servo tersebut. Pengujian dilakukan dengan memberi tegangan masukan pada motor servo sebesar 5V dan masukan berupa PWM sebagai sinyal pengontrol sudut putar motor yang berasal dari servo controller menggunakan ATmega8535. Tabel 3.3 adalah hasil pengujian dari empat motor servo yang digunakan.
Digunakan interrupt timer sebagai pembangkit PWM. Secara prinsip, sebuah timer adalah sebuah counter (penghitung). Tugas timer hanya menghitung, timer selalu menyimpan hitungannya saat menghitung “satu, dua, tiga, …” hingga 255 (8 bit). Naiknya hitungan timer dan berapa lama jeda antar hitungan ini ditentukan dari siklus pencacah uC, mode timer. Pada perancangan motor servo, timer diset agar menghitung sampai 255. Dan jika sudah mencapai 255, maka timer (overflow)akan memberikan sinyal, disinilah PWM bekerja dan mengintruksikan timer untuk menghitung lagi dari 0. Demikian seterusnya terjadi jika nilai 255 tercapai.
Perbandingan nilai lebar pulsa terhadap nilai overflow motor servo selama T= 20ms adalah nilai OCR, yang merupakan cacahan pulsa selama 1ms dan 2ms. Sebagai berikut
perhitung overflow interruptsebagai pembangkit PWM untuk mengatur sudut putar motor servo.
Frekuesi kristal = 11,059200 MHz
Dengan menggunakan timer0/8bit dan nilai prescaler 256 sebagai pengatur kecepatan clock
maka timer overflowyang dihasilkan (0,09 x 10-6) x 256 = 23,04 x 10-6. Tabel 3.2 berikut adalah perhitungan sudut putar motor servo.
Tabel 3.3. Perhitungan Sudut putar Motor Servo
Merk
Servo
Arah Putaran Sudut putar
Nilai OCR =
HXT5010
Kiri (lebar pulsa 1 ms) 0° 1 10
23,04 10 = 43,40
Tengah (lebar pulsa 1,5 ms) 45° 1,5 10
23,04 10 = 65,10
Kanan (lebar pulsa 2 ms) 90° 2 10
23,04 10 = 86,80
Futaba S3003
Kiri (lebar pulsa 0,3 ms) 0° 0,3 10
23,04 10 = 19,02
Tengah (lebar pulsa 1,3 ms) 90° 1,3 10
23,04 10 = 56,42
Kanan (lebar pulsa 2,3 ms) 180° 2,3 10
Tabel 3.4. Data Pengujian Motor Servo Jenis Motor Servo Tegangan
Input (Terukur) Lebar pulsa Nilai OCR Sudut putar (Terukur) HXT5010 (motor 1) 5,01 V 1 ms 1,5 ms 2 ms 43,40 65,10 86,8 0° 45° 90° HXT5010 (motor 2) 5,01 V 1 ms 1,5 ms 2 ms 43,40 65,10 86,8 0° 45° 90° HXT5010 (motor 3) 5,00 V 1 ms 1,5 ms 2 ms 43,40 65,10 86,8 0° 45° 90° Futaba S3003 (motor 4/poros) 5,01 V 0,3 ms 1,3 ms 2,3 ms 13,02 56,42 99,80 0° 90° 180°
Saat pengambilan data motor servo HXT5010, sudut putar yang terukur menghasilkan data yang sesuai dengan lebar pulsa servo pada umumnya seperti ditunjukan gambar 3.22. Namun untuk motor servo dengan merk Futaba S3003 menghasilkan data yang berbeda dengan teori. Jika umumnya lebar pulsa servo minimum 1 ms dan maksimum 2 ms, hal ini justru berbeda dengan servo Futaba S3003. Dari hasil pengamatan yang dilakukan, ternyata lebar pulsa minimum 0,3 ms dan lebar pulsa maksimum motor servo tersebut adalah sebesar 2,3 ms dengan sudut putar maksimum sebesar 0-180°, seperti di tunjukan pada Gambar 3.23. Ini berarti setiap motor servo dengan merk yang berbeda memiliki karakteristik lebar pulsa yang berbeda juga. Motor servo dengan merk Futaba S3003 memiliki karakteristik interval waktu untuk mencapai sudut putar maksimum yang lebih pajang jika dibandingkan dengan motor servo dengan merk HXT5010. Untuk lebih detailnya Gambar 3.22 dan 3.23 menunjukan lebar pulsa dan posisi motor servo.
Gambar 3.22. Lebar Pulsa dan Posisi Motor Servo HXT5010
Gambar 3.23. Lebar Pulsa dan Posisi Motor Servo Futaba S3003 3.3.4.1 Perhitungan Torsi Motor Servo terhadap Beban
Pada perancangan robot lengan digunakan motor servo yang berbeda sebagai aktuator yaitu HXT5010 dan Futaba S3003. Kedua motor servo tersebut memiliki kataktersitik yang berbeda-beda, untuk itu perlu diketahui seberapa besar torsi yang di butuhkan untuk menggerakkan robot lengan. Dengan menggunakan persamaan 2.4 dapat di perhitungkan torsi yang diperlukan masing-masing motor servo dalam menggerakan robot lengan. Tabel 3.5 menunjukan perhitungan torsi motor servo dalam menggerakan robot lengan.
Tabel 3.5. Perhitungan Torsi Motor Servo pada Robot Lengan Motor Penggerak Torsi
Motor 1 sebagai penggerak
gripper
Beban pada gripper = 32 gr
F = m x g = 0,032 x 9,8 = 0,31 N maka τ = F r sin 0 = (0,31) (0,077) sin 90 = 0,02 N-m = 0,20 Kg-cm Motor 2 Beban = 91 gr Maka F = m x g = 0.091 x 9,8 = 0,8918 N τ = F r sin 0 = (0,8918)(0,11074) sin 5 = 0,008 N-m=0,08 kg-cm Motor 3 Beban = 106 gr Maka F = m x g = 0,106 x 9,8 = 1,0388 N τ = FR sin 0 = (1,0388)(0,16047) sin 28 = 0,074 N-m=0,79 kg-cm
Tabel 3.5. (lanjutan)Perhitungan Torsi Motor Servo pada Robot Lengan Motor 4 Beban = 182 gr Maka F = m x g = 0,182 x 9,8 = 1,7836 N Untuk 400 τ = F r sin 0 = (1,7836) (0,2168) sin 40 = 0,248 N-m= 2,52 kg-cm Untuk 800 τ = F r sin 0 = (1,7836) (0,2168) sin 80 = 0,38 N-m= 3,87 kg-cm Untuk 1200 τ = F r sin 0 = (1,7836) (0,2168) sin 120 = 0,334 N-m=3,40 kg-cm