Robotic adaptive gripper.

฀

INTISARI

Dalam dunia industri banyak yang menggunakan perangkat robot, terutama lengan robot untuk mengambil berbagai macam material. Dalam hal ini ฀ripper mempunyai peranan yang sangat penting sebagai end effector yang akan mencengkram material yang akan digenggam. Maka dari itu gripper harus dapat menggengam segala bentuk material dengan baik sehingga tidak perlu mengganti-ganti ฀ripper untuk menyesuaikan bentuk material. Pada penelitian ini, adaptif ฀ripper untuk robot merupakan alat yang sesuai untuk menggenggam material dengan bentuk yang bervariasi.

Sistem adaptif gripper untuk robot ini berbasis mikrokontroler Arduino Uno dengan dua buah potensiometer untuk mengendalikannya. Alat ini juga dilengkapi dengan sensor yang terdapat di kedua sisi rahang gripper yang berfungsi untuk mengetahui bahwa material sudah tercekam dengan baik atau belum. Gerakkan potensiometer untuk membuka dan menutup rahang gripper dan untuk memutar gripper.

Hasil akhir dari pembuatan gripper adaptif untuk robot ini dapat digunakan untuk menggengam benda padat dengan berbagai macam bentuk seperti kotak, tabung, bola, prisma segitiga dan menggengam diameter dalam. Namun gripper tidak dapat digunakan pada material spons. Gripper ini juga dapat mengangkat material dengan beban maksimal 600 gram dengan tingkat keberhasilan pencekaman gripper yaitu ฀0%.

฀BSTR฀ST

In the world of industry, many of them are using a robotic device, especially a robotic arm that used for handling the material. In this case gripper has an important role as an end effector that will holding the material. So that, the gripper must be can hold many shape of material well, so no need to change the gripper to adjust to the material shape anymore. In this research, robotic adaptive gripper is a device that suitable for holding the material with the varied material shape.

This robotic adaptive gripper system is based on Arduino Uno microcontroller with two potensiometers to control the gripper. This device is also equipped with sensors on both sides of the gripper jaws that functionate to dettect the material was gripped well or not. Turn the potensiometer to open or close the gripper jaws and to twist the gripper.

The final result of making this robotic adaptive gripper can be used to hold a hard material with many kind of shape like a square, cylindrical, ball, triangular prism and holding inside diameter. But this gripper can not be used to gripp the sponge material. This gripper also can lift up the material with maximum load is 600 gram with successfull gripping percentage is ฀0%.

i

TUGAS AKHIR

GRIPPER ADAPTIF UNTUK ROBOT

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Oleh:

ROBERTUS BELLARMINO SOMA ADI NUGROHO

NIM : 135114060

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

ii

FINAL PROJECT

ROBOTIC ADAPTIVE GRIPPER

Presented as Partial Fullfillment of Requirements

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Electrical Engineering Study Program

By:

ROBERTUS BELLARMINO SOMA ADI NUGROHO

NIM : 135114060

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

vi

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP

MOTTO

“Success belongs only to those who are willing to

work harder

than anyone else”

Dengan ini kupersembahkan karyaku ini untuk..

Tuhanku Yesus Kristus,

Kedua orang tua yang selalu mendukung serta mendoakan ku,

Bapak Djoko Untoro Suwarno,S.Si.,M.T. Selaku Dosen Pembimbing

Teman-temanku seperjuangan,

Dan semua orang yang mengasihiku

viii

INTISARI

Dalam dunia industri banyak yang menggunakan perangkat robot, terutama lengan robot untuk mengambil berbagai macam material. Dalam hal ini gripper mempunyai peranan yang sangat penting sebagai end effector yang akan mencengkram material yang akan digenggam. Maka dari itu gripper harus dapat menggengam segala bentuk material dengan baik sehingga tidak perlu mengganti-ganti gripper untuk menyesuaikan bentuk material. Pada penelitian ini, adaptif gripper untuk robot merupakan alat yang sesuai untuk menggenggam material dengan bentuk yang bervariasi.

Sistem adaptif gripper untuk robot ini berbasis mikrokontroler Arduino Uno dengan dua buah potensiometer untuk mengendalikannya. Alat ini juga dilengkapi dengan sensor yang terdapat di kedua sisi rahang gripper yang berfungsi untuk mengetahui bahwa material sudah tercekam dengan baik atau belum. Gerakkan potensiometer untuk membuka dan menutup rahang gripper dan untuk memutar gripper.

Hasil akhir dari pembuatan gripper adaptif untuk robot ini dapat digunakan untuk menggengam benda padat dengan berbagai macam bentuk seperti kotak, tabung, bola, prisma segitiga dan menggengam diameter dalam. Namun gripper tidak dapat digunakan pada material spons. Gripper ini juga dapat mengangkat material dengan beban maksimal 600 gram dengan tingkat keberhasilan pencekaman gripper yaitu 80%.

ix

ABSTRACT

In the world of industry, many of them are using a robotic device, especially a robotic arm that used for handling the material. In this case gripper has an important role as an end effector that will holding the material. So that, the gripper must be can hold many shape of material well, so no need to change the gripper to adjust to the material shape anymore. In this research, robotic adaptive gripper is a device that suitable for holding the material with the varied material shape.

This robotic adaptive gripper system is based on Arduino Uno microcontroller with two potensiometers to control the gripper. This device is also equipped with sensors on both sides of the gripper jaws that functionate to dettect the material was gripped well or not. Turn the potensiometer to open or close the gripper jaws and to twist the gripper.

The final result of making this robotic adaptive gripper can be used to hold a hard material with many kind of shape like a square, cylindrical, ball, triangular prism and holding inside diameter. But this gripper can not be used to gripp the sponge material. This gripper also can lift up the material with maximum load is 600 gram with successfull gripping percentage is 80%.

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTTO HIDUP ... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJAN KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vii

INTISARI ... viii

ABSTRACT ... ix

KATA PENGANTAR ... x

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiv

DAFTAR TABEL ... xvi

DAFTAR PERSAMAAN xvii

DAFTAR LAMPIRAN ... xviii

BAB I PENDAHULUAN 1.1. LatarBelakang ... 1

1.2. TujuanPenelitian ... 2

1.3. Manfaat ... 2

1.4. BatasanMasalah ... 2

1.5. MetodologiPenelitian ... 3

BAB II DASAR TEORI 2.1. Griper ... 4

2.2. Motor Servo ... 5

2.2.1. Prinsip Kerja...…..... 6

2.2.2. Pengendalian Motor Servo ... 6

2.3. Mikrokontroler AVR-ATmega328P... 9

xii

2.3.2. Konfigurasi Pin ATmega328P ... 11

2.4. Arduino...14

2.5. Sensor Benda (Proximity Touch Sensor)...16

2.6. Potensiometer...17

2.5.1. Prinsip kerja potensiometer ... 17

2.5.2. Jenis-jenis potensiometer ... 18

2.5.3. Fungsi Potensiometer ... 18

BAB III PERANCANGAN PENELITIAN 3.1. Perancangan Sistem ... 20

3.2. Perancangan Sistem Hardware ... 21

3.2.1. Rancangan Gripper ... 21

3.2.2. Rancangan Penggerak... 23

3.2.3. Rancangan Sensor ... 26

3.3. Perancangan Sistem Software ... 27

3.3.1. Flowchart Utama ... 27

3.4. Cara Pengujian Gripper ... 29

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Hasil Perancangan Perangkat Mekanik ... 31

4.1.1. Hasil Perancangan Mekanik Sensor ... 34

4.1.2. Susunan Mekanik Penggerak Gripper ... 36

4.2. Hasil Perancangan Perangkat Elektrik ... 40

4.2.1 Arduino Uno ... 40

4.2.2 Power Supply ... 41

4.2.3 Analisis Elektrikal ... 42

4.3. Hasil Perancangan Perangkat Lunak ... 43

4.3.1. Inisialisasi ... 43

4.3.2. Pembacaan Potensiometer ... 43

4.3.3. Pembacaan Sensor ... 44

xiii

4.4.1. Cara Pengoperasian Alat ... 44

4.4.2. Cara Kerja Sistem ... 45

4.5. Pengujian Gripper Secara Keseluruhan ... 45

4.5.1. Pengujian Gerakan Gripper ... 45

4.5.2. Pengujian Sensor ... 46

4.5.3. Pengujian Gripper Dengan Berbagai Bentuk Material ... 47

4.5.4. Pengujian Beban Maksimal... 52

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1. Kesimpulan ... 55

5.2. Saran ... 55

DAFTAR PUSTAKA ... 57

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Macam-macam bentuk gripper ... 4

Gambar 2.2. Motor servo standar ... 5

Gambar 2.3. Diagram blok motor servo ... 6

Gambar 2.4. Pin dan pengkabelan pada motor servo... 7

Gambar 2.5. Pulsa kendali motor servo ... 8

Gambar 2.6. Dimensi motor servo standar yang digunakan dalam rancangan ini ... 9

Gambar 2.7. Konfigurasi pin mikrokontroller ATMega 328P ... 11

Gambar 2.8. Diagram blok mikrokontroller ATMega328P ... 14

Gambar 2.9. Tampilan IDE Arduino ... 15

Gambar 2.10. Contoh sensor sentuh ... 16

Gambar 2.11 Struktur internal potensiometer beserta bentuk dan simbolnya ... 17

Gambar 2.12. Jenis-jenis Potensiometer : Potensiometer Rotary, Slider dan Trimmer ... 18

Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Perancangan... 20

Gambar 3.2. Desain rancangan adaptif gripper ... 21

Gambar 3.3. Dimensi (ukuran) dari rancangan gripper yang akan dibuat. Gambar (a) tampilan gripper dari atas, gambar (b) tampilan gripper dari depan dan gambar (c) tampilan gripper pada posisi terbuka maksimal ... 22

Gambar 3.4. Pola-pola gerakan gripper saat menggenggam benda dengan bentuk yang beragam ... 23

Gambar 3.5. Sudut 0o motor servo saat gripper pada posisi minimal (warna kuning) .... 24

Gambar 3.6. Posisi sudut 49,9o motor servo pada saat gripper pada posisi membuka maksimal (warna hijau) ... 24

Gambar 3.7. Pergerakan motor servo twist pada posisi 90o ... 25

Gambar 3.8. Pergerakan motor servo twist pada posisi 0o ... 25

Gambar 3.9. Pergerakan motor servo twist pada posisi 180o ... 25

Gambar 3.10. Desain rancangan sensor sentuh menggunakan tembaga ... 26

Gambar 3.11. Rangakaian sensor sentuh ... 26

Gambar 3.12. Peletakan sensor pada rahang gripper ... 27

xv

Gambar 3.14. Flowchart utama ... 28

Gambar 3.15. Flowchart subsistem dari pengolahan data ... 29

Gambar 4.1. Hasil perancangan kontruksi mekanik ... 31

Gambar 4.2. Gripper pada posisi terbuka maksimal ... 32

Gambar 4.3. Gripper pada posisi menutup ... 33

Gambar 4.4. Controller box ... 33

Gambar 4.5. Sensor tekan yang terletak pada permukaan rahang gripper ... 34

Gambar 4.6. Tembaga yang diletakkan pada permukaan rahang gripper ... 35

Gambar 4.7. Pelapisan permukaan area kerja dengan karet ... 35

Gambar 4.8. Pemasangan konstruksi roda gigi ... 36

Gambar 4.9. Rancangan awal roda gigi ... 36

Gambar 4.10.Rancangan baru roda gigi ... 36

Gambar 4.11.Posisi stopper link penggerak ... 37

Gambar 4.12.Titik tekanan pada ujung rahang ... 37

Gambar 4.13.Titik tekanan dibawah join ... 38

Gambar 4.14.Posisi pegas pada gripper ... 38

Gambar 4.15.Titik tekanan pada sisi luar rahang ... 38

Gambar 4.16.Motor servo bagian bawah yang dilepas ... 39

Gambar 4.17.Gripper yang hanya berfungsi membuka dan menutup saja ... 39

Gambar 4.18.Hasil perancangan perangkat keras elektrik ... 40

Gambar 4.19.Board Arduino Uno yang digunakan ... 41

Gambar 4.20.Power Supply yang digunakan ... 41

Gambar 4.21.Terminal kabel yang untuk mendistribusikan sumber tegangan ... 42

Gambar 4.22.Inisialisasi pada program arduino ... 43

Gambar 4.23.Program pembacaan potensiometer ... 43

Gambar 4.24.Program pembacaan sensor ... 44

Gambar 4.25.Gripper membuka maksimal mencapai 12cm ... 45

Gambar 4.26.Cara pengujian tekanan sensor ... 46

Gambar 4.27.Gripper adaptif menggenggam material berbentuk kotak ... 48

Gambar 4.28.Gripper adaptif menggenggam material berbentuk silinder ... 49

xvi

Gambar 4.30.Gripper Adaptif menggenggam material berbentuk bola ... 50

Gambar 4.31.Gripper Adaptif menggenggam material berbentuk pipa dengan mencekam

diameter dalam ... 50

Gambar 4.32.Gripper adaptif menggenggam material plat ... 51

Gambar 4.33.Motor servo bergerak 50o untuk membuka dan menutup gripper ... 53 Gambar 4.34.Cara pencekaman untuk menguji beban maksimal pencekaman gripper ... 54

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Fungsi Khusus Port B ... 12

Tabel 2.2. Fungsi Khusus Port C ... 12

Tabel 2.3. Fungsi Khusus Port D ... 13

Tabel 4.1. Keterangan bagian-bagian mekanik alat... 32

Tabel 4.2. Keterangan bagian-bagian elektrik alat ... 40

Tabel 4.3. Daftar pin-pin yang digunakan pada Arduino ... 41

Tabel 4.4. Tabel pengukuran arus motor servo ... 42

Tabel 4.5. Hasil pengujian gerakan gripper ... 45

Tabel 4.6. Hasil pengujian sensor ... 47

Tabel 4.7. Hasil pengujian gripper untuk mencekam berbagai macam bentuk material . 48 Tabel 4.8. Hasil pengujian pengulangan tingkat keberhasilan gripper ... 51

xvii

DAFTAR PERSAMAAN

xviii

DAFTAR LAMPIRAN

L1. Program Keseluruhan ... L1

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1.

Latar Belakang

Pada saat ini di dunia industri sudah tidak asing lagi dengan proses otomasi.

Hampir seluruh proses produksi dalam sebuah industri-industri besar telah menggunakan

proses otomasi. Hal ini dikarenakan dalam suatu proses produksi sering kali membutuhkan

tingkat kepresisian yang tinggi, resiko yang besar dan dengan kecepatan yang tinggi pula.

Sedangkan manuisia memililki kelemahan dalam hal kecepatan dan kepresisian ketika

kekutan fisiknya sudah menurun sehingga akan mengurangi kualitas pekerjaannya.

Salah satu alat yang digunakan dalam proses otomasi adalah lengan robot. Lengan

robot biasa digunakan untuk mengambil dan meletakkan benda pada posisi yang telah

ditentukan. Dan dalam hal ini Gripper merupakan sebuah end effector dari sebuah lengan

robot. Gripper berguna untuk menggenggam material yang akan diambil. Sedangakan

material yang ada biasanya akan sangat beragam, dari segi bentuk, bahan dan ukuran.

Sehingga terkadang tak jarang dalam proses produksi dilakukan pergantian gripper karena

adanya pergantian bentuk material.

Salah satu jenis gripper yang sedang berkembang di dunia industri saat ini adalah

jenis adaptif gripper. Adaptif gripper merupakan gripper yang rahang cekamnya telah

dirancang secara mekanis sehingga dapat menyesuaikan dengan bentuk benda yang akan

digenggam. Rahang cekam inilah yang bersentuhan langsung dengan benda yang akan

digenggam dan berfungsi sebagai penggenggam benda tersebut. Dengan ini benda dapat

digenggam lebih erat.

Maka dari itu dengan adanya adaptif gripper diharapkan dapat mengatasi berbagai

macam bentuk material yang beragam tersebut. Dengan adaptif gripper, sebuah proses

produksi dapat berjalan dengan efektif karena tidak perlu mengganti bentuk gripper jika

bentuk material berbeda-beda. Karena adaptif gripper didesain sedemikian rupa sehingga

1.2.

Tujuan

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk membuat kontroler dari adaptif gripper yang

dirancang agar gripper ini dapat digunakan untuk menggenggam tidak hanya satu bentuk

benda tetapi berbagai macam bentuk benda seperti kotak, sindris, pipa, plat, bulat, prisma

segita dan tak beraturan yang dilengkapi sensor untuk medeteksi benda dan dapat

menggenggam dengan baik dan tidak terlepas.

1.3.

Manfaat

Bagi masyarakat umum :

1. Memperoleh gripper yang dapat digunakan untuk menggenggam benda dengan

bentuk yang beragam.

Bagi pendidikan :

1. Sebagai media pembelajaran untuk mempelajari motor servo.

2. Sebagai media pembelajaran untuk mengenalkan cara pemrograman sederhana

tentang mikrokontroler arduino.

1.4.

Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian adaptif gripper ini adalah:

a. Dimensi adaptif gripper 208mm × 150mm × 84mm.

b. Ukuran benda yang dapat dicekam maksimal 12cm

c. Menggunakan mikrokontroler AVR berbasis Arduino.

d. Menggunakan sensor tekanan yang terletak di sisi rahang yang bersentuhan

dengan benda kerja.

e. Menggunakan 2 motor Servo sebagai penggerak untuk membuka atau menutup

rahang cekam dan untuk memutar gripper.

f. Menggunakan potensiometer sebagai pengatur untuk membuka atau menutup

rahang cekam dan untuk memutar gripper.

g. Menggunakan sensor benda berupa proximity touch sensor.

h. Beban yang dapat diangkat mencapai 1kg.

j. Benda yang dapat digenggam adalah benda dengan bentuk kotak, bulat, plat,

prisma segitiga dan tak beraturan.

1.5.

Metodologi Penelitian

Metodologi penelitian dalam membuat adaptif gripper dengan kontroler AVR berbasis

Arduino ini menggunakan beberapa metode sebagai berikut:

a. Study literatur berupa pengumpulan referensi dari buku-buku maupun dari

internet yang berhubungan dengan mekanisme gripper, motor servo dan

mikrokontroler AVR berbasis Arduino.

b. Membuat perancangan perangkat keras mekanik menggunakan software Solid

Work. Perancangan ini bertujuan unutk mendapatkan model yang maksimal

dari adaptif gripper yang akan dibuat.

c. Pembuatan hardware gripper.

d. Uji coba gerak manual gripper.

Uji coba secara manual gerak memutar dan menggenggam pada gripper.

e. Perancangan dan pembuatan program.

Merancang dan membuat program menggunakan software aplikasi Arduino.

f. Proses pengujian dan pengambilan data.

Teknik pengambilan data dan pengujian dilakukan dengan cara menguji

keseluruhan sistem dengan menggabungkan antara rangkaian kendali dengan

sensor. Pengujian dilakukan untuk mengetahui kemampuan gripper dalam

mengangkat dan memindahkan benda dengan variasi bahan, ukuran dan bentuk

yang beragam.

g. Analisa dan kesimpulan hasil perancangan.

Analisa data dilakukan untuk mengetahui apakah gripper sudah bekerja dengan

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1.

Gripper

Gambar 2.1. Macam-macam bentuk gripper [10]

Gripper adalah link aktif antara peralatan pengndali (seperti lengan robot) dan

benda kerja atau secara lebih pengertian umum antara organ penggenggam ( biasanya jari

gripper ) dan objek untuk diperoleh. Fungsi dari gripper tergantung pada aplikasi tertentu

dan meliputi:

- Perawatan sementara posisi dan orientasi benda kerja yang pasti.

- Penahan statis ( beban ) , dinamis ( gerak , akselerasi atau deselerasi ) atau

proses spesifik momen dan gaya.

- Penentuan dan perubahan posisi dan orientasi dari objek relatif terhadap

peralatan pengendali berdasarkan sumbu pergelangan tangan.

- Operasi teknikal yang spesifik yang dilakukan dengan , atau dalam

hubungannya dengan gripper.

Gripper tidak hanya diperlukan untuk digunakan dengan robot industri : mereka

adalah komponen yang universal dalam otomatisasi . Gripper dapat beroperasi dengan :

- Robot Industri ( penanganan dan manipulasi objek)

- Hard Automotion (perakitan, microassembling, permesinan dan packaging)

- NC Machines (tool change) dan mesin dengan tujuan tertentu.

- Hand-guided manipulators (remote prehension, medical, aerospace, nautical).

- Perangkat benda kerja menara di teknologi manufaktur

- Tali dan rantai pengangakat alat ( peralatan pembawa beban ).

Bentuk-bentuk gripper biasanya disesuaikan dengan kebutuhan sesuai dengan

benda yang akan digenggam seperti pada gambar 2.1. Fungsi dari gripper dapat dilihat dari

bentuk rahang dari gripper. Jika rahang berbentuk lurus digunakan untuk benda dengan

permukaan yang rata, jika rahang gripper berbentuk setengah lingkarang atau menyudut

pada permukaan rahangnya maka gripper digunakan untuk benda dengan permukaan yang

silindris. Jika bentuk benda berbeda – beda maka bentuk rahang gripper harus disesuaikan dengan bentuk bendanya.

2.2.

Motor Servo

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem umpan balik tertutup di mana

posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam

motor servo.[1] Motor servo merupakan salah satu jenis motor DC. Berbeda dengan motor

stepper, motor servo beroperasi secara close loop. Poros motor dihubungkan dengan

rangkaian kendali, sehingga jika putaran poros belum sampai pada posisi yang

diperintahkan maka rangkaian kendali akan terus mengoreksi posisi hingga mencapai

posisi yang diperintahkan. Motor servo banyak digunakan pada peranti R/C (remote

control) seperti mobil, pesawat, helikopter, dan kapal, serta sebagai aktuator robot maupun

penggerak pada kamera. Seperti pada gambar 2.2 dibawah ini merupakan contoh motor

servo standar.

2.2.1.

Prinsip Kerja

Seperti namanya, servo motor adalah sebuah servo. Lebih khusus lagi adalah servo

loop tertutup yang menggunakan umpan balik posisi untuk mengontrol gerakan dan posisi

akhir. Masukan kontrolnya adalah beberapa sinyal, baik analog atau digital, yang mewakili

posisi yang diperintahkan untuk poros output. Motor dipasangkan dengan beberapa jenis

encoder untuk memberikan posisi dan kecepatan umpan balik. Dalam kasus yang paling

sederhana, hanya posisi yang diukur. Posisi diukur dari output dibandingkan dengan posisi

perintah, input eksternal ke kontroler. Jika posisi keluaran berbeda dari yang diperlukan,

sinyal error yang dihasilkan yang kemudian menyebabkan motor berputar pada kedua

arah, y\ang diperlukan untuk membawa poros output ke posisi yang sesuai. Sebagai

pendekatan posisi, sinyal error tereduksi menjadi nol dan motor berhenti. Pada motor

servo sangat sederhana hanya menggunakan posisi penginderaan melalui potensiometer

dan bang-bang kontrol motor mereka, motor selalu berputar pada kecepatan penuh (atau

dihentikan). Jenis motor servo tidak banyak digunakan dalam kontrol gerak industri, tetapi

mereka membentuk dasar dari servo yang sederhana dan murah yang digunakan untuk

radio kontrol model. Motor servo lebih canggih mengukur baik posisi dan juga kecepatan

poros output. Mereka juga dapat mengontrol kecepatan motor mereka, daripada selalu

berjalan dengan kecepatan penuh. Kedua perangkat tambahan, biasanya dalam kombinasi

dengan algoritma kontrol PID, memungkinkan motor servo yang akan dibawa keposisinya

memerintahkan lebih cepatdan lebih tepat, dengan overshoot rendah.

2.2.2.

Pengendalian Motor Servo

Motor Servo terdiri dari beberapa bagian utama: motor dan gearbox, sensor posisi,

error amplifier dan motor driver serta sirkuit yang mendekode posisi yang diminta. Motor driver adalah salah satu perangkat umum yang digunakan untuk kendali motor DC. Driver

motor ini yang nantinya bertugas mengendalikan arah putaran maupun kecepatan motor

DC yang akan dikendalikan. [1] Gambar 2.3 berikut ini merupakan diagram blok motor

servo.0

Gambar 2.4. Pin dan pengkabelan pada motor servo [1]

Motor servo memiliki 3 kabel, yaitu kabel power, ground dan kendali seperti pada

gambar 2.4. [2] Tipe motor servo menentukan kapasitas motor untuk menanggung beban.

Operasional dari motor servo dikendalikan oleh pulsa selebar kurang lebih 20ms yang

mana lebar pulsa antara 0,5ms dan 2ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum.

Berdasarkan gambar 2.5 bisa dilihat, bila diberikan pulsa dengan besar 1,5ms

mencapai gerakan 90º, maka bila kita berikan data kurang dari 1,5ms maka posisi

mendekati 0º dan bila diberi data lebih dari 1,5ms maka posisi mendekati 180º.

Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya diberikan

sinyal PWM dengan frekuensi 50 Hz. Dimana pada saat sinyal dengan frekuensi 50 Hz

tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1,5 ms, maka rotor dari motor akan berhenti

tepat di tengah-tengah (sudut 0°/ netral). Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang

diberikan kurang dari 1,5 ms, maka rotor akan berputar ke berlawanan arah jarum jam

(Counter Clock wise, CCW) dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap

besarnya Ton duty cycle, dan akan bertahan diposisi tersebut. Dan sebaliknya, jika Ton

duty cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1,5 ms, maka rotor akan berputar searah

jarum jam (Clock Wise, CW) dengan membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya

[image:30.595.86.516.73.534.2]

Gambar 2.5. Pulsa kendali motor servo [2]

Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motor servo akan bergerak

atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan, dan berhenti pada posisi tersebut dan

akan tetap bertahan pada posisi tersebut. Jika ada kekuatan eksternal yang mencoba

memutar atau mengubah posisi tersebut, maka motor servo akan mencoba menahan atau

melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang dimilikinya (rating torsi servo). Namun

motor servo tidak akan mempertahankan posisinya untuk selamanya, sinyal PWM harus

diulang setiap 20 ms untuk menginstruksikan agar posisi poros motor servo tetap bertahan

pada posisinya.

Berikut ini adalah data-data dari motor servo yang akan digunakan, yaitu motor

Power : 4.8V 6V

Speed : 0.18sec/60degree 0.16sec/60degree Torque : 9.0kg.cm/125.21oz.in 10.2kg.cm/141.9oz.in Weight: 56g(1.41oz)

Size: 40.8 x 20.1 x 38.0mm

- Standard analog metal gears servo 2BB - Operating Voltage:4.8-6Volts

- Interface: (like JR) - Wire length: 30cm - Rotation 180°

[image:31.595.84.523.109.605.2]

Pulse Width: 500-2500 µs

Gambar 2.6. Dimensi motor servo standar yang digunakan dalam rancangan ini[8]

2.3.

Mikrokontroler AVR-ATmega328P

AVR–ATMega328P, mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai

arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses eksekusi

data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set Computer).[3]

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard’s Risc processor) 8 bit, bertenaga rendah dengan

teknologi CMOS berkinerja tinggi yang dilengkapi dengan dengan ADC internal,

EEPROM internal, SRAM internal, memori flash, Timer/Counter, PWM (Pulse Width

Modulation), analog comparator, dan lain-lain. Sehingga dengan fasilitas yang lengkap ini

memungkinkan kita belajar mikrokontroler keluarga AVR dengan lebih mudah dan efisien,

Instruksi – instruksi dalam memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal,

dimana pada saat satu instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil dari memori

program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi – instruksi dapat dieksekusi dalam

setiap satu siklus clock. 32 x 8-bit register serba guna digunakan untuk mendukung operasi

pada ALU ( Arithmatic Logic unit ) yang dapat dilakukan dalam satu siklus. 6 dari register

serbaguna ini dapat digunakan sebagai 3 buah register pointer 16-bit pada mode

pengalamatan tidak langsung untuk mengambil data pada ruang memori data.

Ketiga register pointer 16-bit ini disebut dengan register X ( gabungan R26 dan

R27 ), register Y ( gabungan R28 dan R29 ), dan register Z ( gabungan R30 dan R31 ).

Hampir semua instruksi AVR memiliki format 16-bit. Setiap alamat memori program

terdiri dari instruksi 16-bit atau 32-bit.

Selain register serba guna di atas, terdapat register lain yang terpetakan dengan

teknik memory mapped I/O selebar 64 byte. Beberapa register ini digunakan untuk fungsi

khusus antara lain sebagai register control Timer/ Counter, Interupsi, ADC, USART, SPI,

EEPROM, dan fungsi I/O lainnya. Register – register ini menempati memori pada alamat

0x20h – 0x5Fh.[4]

2.3.1. Fitur

Fitur-fitur yang dimiliki oleh mikrokontroler ATMega328P seperti yang terangkum

dalam ATMega328P datasheet adalah sebagai berikut [4] :

1. Saluran I/O (input-output) sebanyak 28 buah,yaituport A, port B, port C, dan

port D.

2. ADC internal sebanyak 6 saluran.

3. 6 saluran PWM.

4. Eksekusi single clock cycle sampai dengan 131 instruksi.

5. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.

6. CPU yang terdiri atas 28 buah register.

7. SRAM sebesar 2 Kb.

8. EEPROM sebesar 1 Kb yang dapat diprogram saat operasi.

9. Memori Flash sebesar 32 Kb dengan kemampuan Read While Write.

10. Kemampuan me-reset ketika program berjalan

11. Port antarmuka SPI

13. External dan internal interrupt source.

14. Antarmuka komparator analog.

15. 6 sleep mode.

16. Voltasi ketika pengoperasian sebesar 1,8 – 5,5 V.

17. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal

20MHz.

18. Mendukung Programming lock untuk keamanan software.

19. Real Time Counter dengan Separasi Oscillator.

[image:33.595.85.512.196.677.2]

2.3.2. Konfigurasi Pin ATmega328P

Gambar 2.7. Konfigurasi pin mikrokontroller ATMega 328 P [4]

1. VCC

Sumber tegangan masukan digital.

2. GND

Ground.

3. AREF

Pin referensi analog untuk converter A/D.

4. AVCC

pin tegangan suplai untuk Converter A / D, PC3: 0, dan ADC7: 6. Perlu eksternal

terhubung ke VCC, bahkan jika ADC tidak digunakan. Jika ADC digunakan, maka

harus dihubungkan ke VCC melalui low-pass filter. Perhatikan bahwa PC6 ... 4

menggunakan tegangan suplai digital, VCC.

5. Port B (PB7:0) XTAL1/XTAL2/TOSC1/TOSC2

Port B (portB0...portB5) merupakan jalur data 8 bit yang dapat difungsikan sebagai

[image:34.595.87.529.75.767.2]

Tabel 2.1. Fungsi Khusus Port B

Port Pin Fungsi Alternatif

PB7 XTAL2 (chip clock oscillator pin 2), TOSC2 (timer oscillator pin 2),

PCINT7 (pin change interrupt 7)

PB6 XTAL1 (chip clock oscillator pin 1 or external clock input), TOSC1

(timer oscillator pin 1), PCINT6 (pin change interrupt 6)

PB5 SCK (SPI bus master clock input), PCINT5 (pin change interrupt 5)

PB4 MISO (SPI bus master clock input/slave output), PCINT4 (pin change

interrupt4)

PB3 MOSI (SPI bus masteroutput?slave input), OCS2A (timer/counter2

output compare match A output), PCINT3 (pin change interrupt 3)

PB2 SS (SPI bus master slave select), OC1B (timer/counter1 output

compare match B output), PCINT2 (pin change interrupt 2)

PB1 OC1A (timer/counter1 output compare match A output), PCINT1 (pin

change interrupt 1)

PB0 ICP1 (timer/counter1 input capture input),CLKO (divided system

clock output), PCINT0 (pin change interrupt 0)

6. Port C (PC5:0)

Port C (portC0...portC5) merupakan jalur data 7 bit yang dapat difungsikan sebagai

input/ouput digital.

Tabel 2.2. Fungsi Khusus Port C

Port Pin Fungsi Alternatif

PC6 RESET (reset pin), PCINT 14 (pin change interrupt 14)

PC5 ADC5 (ADC input channel 5), SCL (2-wire serial bus clock line),

PCINT 13 (pin change interrrupt 13)

PC4 ADC4 (ADC input channel 4), SDA (2-wire serial bus data

input/output line), PCINT 12 (pin change interrupt 12)

PC3 ADC3 (ADC input channel 3), PCINT 11 (pin change interrupt 11)

PC2 ADC2 (ADC input channel 2), PCINT 10 (pin change interrupt 10)

PC1 ADC1 (ADC input channel 1), PCINT 9 (pin change interrupt 9)

7. Port D (PD7:0)

Port D (portD0...PortD7) merupakan jalur data 8 bit yang masing-masing pin juga

[image:35.595.85.531.125.694.2]

dapat difungsikan sebagai input/output.

Tabel 2.3. Fungsi Khusus Port D

Port Pin Fungsi Alternatif

PD7 AIN1 (analog comparator negative input), PCINT 23 (pin change

interrupt 23)

PD6 AIN0 (analog comparator positive input), OC0A (timer/counter0

output compare match A output), PCINT 22 (pin change interrupt 22)

PD5 T1 (timer/counter 1 external counter input), OC0B (timer/counter0

output compare match B output), PCINT 21 (pin change interrupt 21)

PD4 XCK (USART external clock input/output), T0 (timer/counter 0

external counter input), PCINT20 (pin change interrupt 20)

PD3 INT1 (external interrupt 1 input), OC2B (timer/counter2 output

compare match B output), PCINT19 (pin change interrupt 19)

PD2 INT0 (external interrupt 0 input), PCINT18 (pin change interrupt 18)

PD1 TXD (USART output pin), PCINT17 (pin change interrupt 17)

PD0 RXD (USART input pin), PCINT16 (pin change interrupt 16)

8. PC6/RESET

Jika RSTDISBL Fuse diprogram, PC6 digunakan sebagai I / O pin. Perhatikan

bahwa karakteristik listrik dari PC6 berbeda dari pin lain Port C. Jika RSTDISBL

Fuse adalah tidak dapat diprogram, PC6 digunakan sebagai masukan ulang. Low

level pada pin ini selama lebih dari panjang pulsa minimum akan menghasilkan

reset, bahkan jika jam tidak berjalan.

9. ADC7:6 (TQFP and QFN/MLF Package Only)

Dalam paket TQFP dan QFN/MLF, ADC7:6 melayani sebagai analog input untuk

converter A/D. Pin-pin ini ditenagai dari supply analog dan berperan sebagai 10-bit

[image:36.595.83.511.68.580.2]

Gambar 2.8. Diagram blok mikrokontroller ATMega328P[4]

2.4. Arduino

Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang bersifat

open source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi ia adalah

kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment

(IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis

program, meng-compile menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memori

mikrokontroler. Arduino Uno dapat diprogram dengan perangkat lunak Arduino . Pada

ATMega328 di Arduino terdapat bootloader yang memungkinkan untuk

meng-upload kode baru untuk itu tanpa menggunakan programmer hardware eksternal.[6] Pada

[image:37.595.88.528.68.606.2]

Gambar 2.9. Tampilan IDE Arduino

IDE Arduino adalah software yang sangat canggih ditulis dengan menggunakan

Java. IDE Arduino terdiri dari:

1. Editor program, sebuah window yang memungkinkan pengguna menulis dan

mengeditprogram Arduino dalam bahasa C.

2. Compiler, sebuah modul yang mengubah kode program (bahasa Processing)

menjadi kode biner. Bagaimanapun sebuah mikrokontroler tidak akan bisa

memahami bahasaProcessing. Yang bisa dipahami oleh mikrokontroler adalah

kode biner. Itulah sebabnya compiler diperlukan dalam hal ini.

3. Uploader, sebuah modul yang memuat kode biner dari komputer ke dalam

memory didalam papan Arduino.

Sebuah kode program Arduino umumnya disebut dengan istilah sketch. Kata“sketch”

digunakan secara bergantian dengan “kode program” dimana keduanya memiliki arti yang sama.

Arduino memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan platform elektronik

lainnya. Beberapa keunggulan tersebut antara lain:

1. Modul Arduino adalah sebuah platform elektronik yang open source yang berbasis

pada kemudahan dan fleksibilitas penggunaan hardware dan software. Artinya

pembaca dapat mengunduh software dan gambar rangkaian Arduino tanpa harus

membayar kepada pembuat Arduino.

2. IDE Arduino merupakan multiplatform yang dapat dijalankan di berbagai sistem

3. Modul Arduino mudah digunakan sebagai sebuah platform komputasi fisik yang

sederhana serta menerapkan bahasa pemrograman processing.

4. Modul Arduino merupakan platform interaktif karena dapat mengambil masukan

dari berbagai tombol atau sensor, mampu mengendalikan berbagai lampu, motor,

dan output fisik lainnya.

5. Modul Arduino dapat berdiri sendiri, atau dapat melakukan komunikasi dengan

software yang berjalan di komputer seperti Flash, Processing, dan Max MSP.

6. Pemrograman Arduino menggunakan kabel yang terhubung dengan port Universal

Serial Bus (USB), bukan port serial. Fitur ini sangat berguna karena banyak

komputer sekarang ini tidak memiliki port serial.

7. Biaya yang dibutuhkan untuk membeli modul Arduino cukup murah, sehingga

tidak terlalu menakutkan untuk membuat kesalahan.

8. Proyek Arduino ini dikembangkan dalam dunia pendidikan, sehingga bagi pemula

akan lebih cepat dan mudah untuk mempelajarinya.

9. Memiliki begitu banyak pengguna dan komunitas di internet yang dapat membantu

setiap kesulitan yang dihadapi.

2.5. Sensor Benda (Proximity Touch Sensor)

Sensor benda yang digunakan adalah sensor sentuh yang akan dirancang sendiri

menggunakan aluminium foil / tambaga yang didekatkan kedua sisinya secara berhadapan.

Satu sisi aluminium foil dihubungkan ke Vcc dan satu sisi lainnya dihubungkan ke Gnd.

Jika kedua sisi besentuhan maka listrik akan mengalir dari sisi satu ke sisi yang lainnya.

Sensor ini bersifat seperti saklar, jika sensor ini tersentuh benda kerja hingga sisi-sisi

alumiun foil bersentuhan maka sensor akan aktif dan akan memberi sinyal ke

mikrokontroler bahwa sensor telah mendeteksi benda kerja. Gambar 2.10 berikut adalah

contoh sensor sentuh.

2.6. Potensiometer

Potensiometer adalah salah satu jenis resistor yang nilai resistansinya dapat diatur

sesuai dengan kebutuhan rangkaian elektronika ataupun kebutuhan pemakainya.

Potensiometer merupakan keluarga resistor yang tergolong dalam kategori variable

resistor. Secara struktur, potensiometer terdiri dari 3 kaki terminal dengan sebuah shaft

atau tuas yang berfungsi sebagai pengaturnya.[5] Pada dasarnya bagian-bagian penting

dalam komponen potensiometer adalah :

1. Penyapu atau disebut juga dengan wiper

2. Elemen resistif

3. Terminal

Gambar 2.11 berikut menunjukan struktur internal potensiometer beserta bentuk dan

simbolnya.[5]

Gambar 2.11. Struktur internal potensiometer beserta bentuk dan simbolnya.[5]

2.6.1. Prinsip Kerja Potensiometer

Sebuah potensiometer (POT) terdiri dari sebuah elemen resistif yang membentuk

jalur (track) dengan terminal di kedua ujungnya. Sedangkan terminal lainnya (biasanya

berada di tengah) adalah penyapu (wiper) yang dipergunakan untuk menentukan

pergerakan pada jalur elemen resistif (resistive). Pergerakan penyapu (wiper) pada jalur

elemen resistif inilah yang mengatur naik-turunnya nilai resistansi sebuah potensiometer.

Elemen resistif pada potensiometer umumnya terbuat dari bahan campuran Metal (logam)

resistif-nya, potensiometer dapat digolongkan menjadi 2 jenis yaitu potensiometer linear (linear

potentiometer) dan potensiometer logaritmik (logarithmic potentiometer).[5]

2.6.2. Jenis-jenis Potensiometer

Berdasarkan bentuknya, potensiometer dapat dibagi menjadi 3 macam, yaitu :

1. Potensiometer Slider, yaitu potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur

dengan cara menggeserkan Wiper-nya dari kiri ke kanan atau dari bawah ke atas

sesuai dengan pemasangannya. Biasanya menggunakan ibu jari untuk menggeser

wiper-nya.

2. Potensiometer Rotary, yaitu potensiometer yang nilai resistansinya dapat diatur

dengan cara memutarkan Wiper-nya sepanjang lintasan yang melingkar. Biasanya

menggunakan ibu jari untuk memutar wiper tersebut. Oleh karena itu,

potensiometer rotary sering disebut juga dengan Thumbwheel Potentiometer.

3. Potensiometer Trimmer, yaitu potensiometer yang bentuknya kecil dan harus

menggunakan alat khusus seperti obeng (screwdriver) untuk memutarnya.

Potensiometer trimmer ini biasanya dipasangkan di PCB dan jarang dilakukan

pengaturannya.[5]

Gambar 2.12. Jenis-jenis Potensiometer : Potensiometer Rotary, Slider dan

Trimmer.[5]

2.6.3. Fungsi Potensiometer

Dengan kemampuan yang dapat mengubah resistansi atau hambatan, potensiometer

sering digunakan dalam rangkaian atau peralatan elektronika dengan fungsi-fungsi sebagai

1. Sebagai pengatur volume pada berbagai peralatan audio/video seperti amplifier,

tape mobil, DVD Player.

2. Sebagai pengatur tegangan pada rangkaian power supply.

3. Sebagai pembagi tegangan.

4. Aplikasi switch TRIAC.

5. Digunakan sebagai joystick pada tranduser.

20

BAB III

PERANCANGAN PENELITIAN

3.1.

Perancangan Sistem

Perancangan pengendali adaptif gripper ini akan dibagi menjadi dua sistem

perancangan, yaitu perancangan sistem hardware dan perancangan sistem software.

Perancangan sistem hardware yaitu meliputi mengenai perancangan desain mekanik,

elektrik dan sensor. Perancangan sistem software akan berhubungan dengan perancangan

program yang akan digunakan untuk mengoperasikan perangkat yang akan dibuat.

Dibawah ini adalah rancangan diagram blok dari sistem pengendaligripper yang akan

dibuat.

Gambar 3.1. Diagram blok sistem perancangan

Dari gambar diagram blok sistem pada gambar 3.1, terdapat 2 potensiometer yang

digunakan sebagai masukan untuk menggerakkan motor-motor untuk menggerakkan

gripper. Setiap potensiometer akan menggerakkan 1 motor servo pada gripper. Pada

awalnya sinyal yang dihasilkan dari potensiometer akan masuk dan diolah oleh

mikrokontroler ATmega 382 P yang akan memberikan output ke 2 motor servo. Lalu

sinyal dari sensor benda juga akan masuk dan diolah oleh mikrokontroler ATmega 328 P

3.2.

Perancangan Sistem Hardware

3.2.1.

Rancangan Gripper

Gripper merupakan sebuah end effector atau ujung dari sebuah lengan robot yang

nantinya akan bersinggungan langsung dengan benda kerja yang akan digenggam oleh

robot tersebut. Maka dari itu gripper didesain sedemikian rupa sehingga dapat

menggenggam sesuai dengan benda kerja yang akan digenggam.

Gambar 3.2. Desain Rancangan Adaptif Gripper

Gambar 3.2. diatas merupakan rancangan gripper yang akan dibuat. Rancangan

gripper yang akan dibuat memilki 4 link (penghubung) pada setiap rahangnya. Link-link

tersebut dirancang agar rahang gripper dapat bergerak lebih fleksibel dan dapat mengikuti

bentuk benda yang digenggam. Material yang digunakan untuk membuat gripper ini

adalah menggunaknan bahan Acrylic, dan pada ujung rahang gripper dilapisi karet

sehingga gripper dapat menggenggam benda dengan baik dan tidak terjadi selip pada saat

menggenggam. Sensor pendeteksi benda

(a) (b)

(c)

Gambar 3.3. Dimensi (ukuran) dari rancangan gripper yang akan dibuat.

Gambar (a) tampilan gripper dari atas, gambar (b) tampilan gripper dari depan dan

gambar (c) tampilan gripper pada posisi terbuka maksimal

Gripper dirancang dengan dimensi yang cukup besar supaya gripper dapat

menggenggam benda dengan ukuran yang lebih beragam. Dari gambar 3.3 dapat dilihat

bahwa rahang gripper dapat terbuka dengan jarak maksimal ±120 mm dan dapat menutup

Dari desain yang telah dirancang dapat disimulasikan pola – pola gerakan gripper dalam

menggengam benda yang bermacam-macam bentuk dan cara penggengamannya seperti

yang ditunjukkan pada gambar 3.4 dibawah ini.

Gambar 3.4. Pola-pola gerakan gripper saat menggenggam benda dengan bentuk yang

beragam.

3.2.2.

Rancangan Penggerak

Penggerak utama dari gripper ini adalah dua buah motor servo, servo 1 untuk

membuka / menutup rahang gripper dan servo 2 untuk memutar (twist) gripper. Pada servo

rahang gripper, motor servo akan bergerak dari posisi 0o sampai dengan 49,9o untuk menggerakkan rahang gripper dari posisi rahang gripper menutup rapat sampai dengan

posisi rahang terbuka maksimal seperti ditunjukkan pada gambar 3.5 dan gambar 3.6

Gambar 3.5. Posisi sudut 0o motor servo saat gripper pada posisi minimal (warna kuning)

Gambar 3.6. Posisi sudut 49,9o motor servo pada saat gripper pada posisi membuka maksimal (warna hijau)

Gambar 3.7. Pergerakan motor servo twist pada posisi 90o

Gambar 3.8. Pergerakan motor servo twist pada posisi sudut 0o

3.2.3.

Rancangan Sensor

Rancangan Gripper yang akan dibuat ini dilengkapi dengan sensor untuk

mendeteksi apakah gripper tersebut sudah menggenggam benda atau belum. Sensor yang

digunakan pada gripper ini adalah sebuah sensor sentuh yang dipasang pada permukaan

rahang gripper yang nantinya akan bersentuhan langsung dengan benda. Sensor sentuh ini

akan mendeteksi jika sensor tersentuh benda yang digenggam.

Sensor ini menggunakan 2 buah aluminium foil yang diletakkan berdekatan sisinya

secara berhadap-hadapan namun tidak bersentuhan. Salah satu sisi aluminium foil

dihubungkan sumber tegangan dan sisi yang lainnya dihubungkan ke ground. Jika salah

satu sisi aluminium foil tersentuh benda kerja maka sisi aluminium tersebut akan tertekan

dan menempel pada sisi aluminium foil yang lainnya sehingga tegangan listrik akan

mengalir. Sensor ini berfungsi layaknya seperti sebuah saklar yang diaktifkan oleh

sentuhan atau tekanan dari benda kerja yang digenggam. Rancangan dan peletakan sensor

dapat dilihat pada gambar 3.12 dan gambar 3.13.

Gambar 3.10. Desain rancangan sensor sentuh menggunakan tembaga

Gambar 3.11. Rangkaian sensor sentuh GND

Isolator Aluminium foil / tembaga

Gambar 3.12. Peletakan sensor pada rahang gripper

Gambar 3.13 Rancangan sensor

3.3.

Perancangan Sistem Software

Perancangan perangkat lunak berisi program-program yang berfungsi sebagai

interface antara input (potensiometer) dan output (gripper).

3.3.1

Flowchart Utama

Gambar yang ditunjukkan pada Gambar 3.12 adalah flowchart utama yang

merupakan proses kerja keseluruhan mikrokontroler dalam mengolah data input dan

output. Proses dimulai dengan menghidupkan power supply, setelah mikrokontroler dalam

posisi on lalu inisialisasi I/O yaitu penulisan port I/O. Kemudian mikrokontroler

Isolator karet Sisi sensor 1

memerintahkan motor servo untuk ke posisi awal yakni pada posisi rahang gripper terbuka

maksimal. Pada posisi awal tersebut mikrokontroler membaca input dari potensiometer

yang langsung dieksekusi lewat output 2 motor servo. Pembacaan input dan eksekusi ke

output akan dilakukan secara terus menerus hingga power OFF dan sistem selesai.

Gambar 3.15. Flowchart subsistem dari pengolahan data

Gambar 3.15 diatas merupakan subsitem dari pengolahan data dari flowchart utama

pada gambar 3.14. Input data dari potensiometer diolah untuk menentukan potensiometer

mana yang diputar dan untuk menentukan mana motor servo yang bergerak dan

menentukan arah gerakannya.

3.4.

Cara Pengujian Gripper

Rancangan gripper yang telah dibuat nanti akan diuji apakah gripper tersebut dapat

berjalan sesuai dengan yang diharapkan. Maka dari itu akan dilakukan rencana pengujian

gripper dengan cara-cara berikut :

1. Gripper diuji dengan digerakkan menggunakan potensiometer, apakah rahang

dapat bergerak membuka atau menutup dan apakah gripper dapat bergerak

2. Gripper diuji untuk menggenggam benda berbentuk kotak, apakah dapat

tergenggam dengan baik dan sensor benda dapat bekerja dengan baik.

3. Gripper diuji untuk menggengam benda berbentuk pipa, apakah rahang gripper

dapat menyesuikan dengan bentuk pipa dan dapat menggengam dengan baik.

4. Gripper diuji untuk menggengam benda berbentuk bola, apakah rahang gripper

dapat menyesuikan dengan bentuk bola dan dapat menggenggam dengan baik.

5. Gripper diuji untuk menggengam benda berbentuk prisma segitiga, apakah rahang

gripper dapat menyesuikan dengan bentuk prisma segitiga dan dapat menggenggam

dengan baik.

6. Gripper diuji untuk menggenggam pada sisi dalam dari benda yang memiliki

lubang pada benda tersebut (pipa).

7. Gripper diuji untuk menggenggam dan mengangkat benda dengan berat (berat

ditentukan) yang beragam untuk mengetahui beban maksimal yang mampu

diangkat oleh gripper.

8. Gripper diuji untuk menggenggam telur mentah, apakah dapat menggenggam telur

mentah dengan baik dan tidak pecah. Uji coba ini berguna untuk menguji gripper

apakah gripper dapat digunakan untuk menggenggam benda yang rawan pecah atau

31

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini menjelaskan dan membahas hasil perancangan dari alat Gripper adaptif yang

berbasis mikrokontroler ATmega328P. Dalam bab ini dibagi menjadi 4 bagian yaitu, hasil

perancangan pada perangkat mekanik, hasil perancangan pada perangkat elektrik, hasil

perancangan pada perangkat lunak dan pengujian gripper secara keseluruhan.

Analisis akan dilakukan pada tekanan minimal yang mampu dideteksi oleh sensor,

bentuk – bentuk benda yang mampu digenggam oleh gripper dengan baik dan beban

maksimal yang dapat diangkat oleh gripper

4.1.

Hasil Perancangan Perangkat Mekanik

Pada bagian konstruksi mekanik dari adaptif gripper berbasis mikrokontroler

ATmega328P ini secara keseluruhan sesuai dengan perancangan. Namun, ada sedikit

perubahan pada pemasangan roda gigi yang dihubungkan ke penggerak motor servo yang

terhubung dengan link penggerak gripper. Hal ini terjadi karena jika menggunakan

perancangan awal, pergerakan link tidak stabil dan tidak maksimal. Gambar 4.1. merupakan

hasil dari perancangan bagian kontruksi mekanik dari adaptif gripper. Keterangan

bagian-bagian dari alat ini ditunjukan pada tabel 4.1. Pada tabel tersebut memberikan keterangan

bagian-bagian mekanik dari adaptif gripper.

Gambar 4.1. Hasil perancangan kontruksi mekanik

1

2

3 4

5 6

7

8

[image:54.595.84.507.81.632.2]

Tabel 4.1. Keterangan bagian-bagian mekanik alat

No. Keterangan

1. Rahang cekam adaptif gripper

2. Controller Box

3. Potensiometer 1 untuk gerakan memutar gripper

4. Potensiometer 2 untuk gerakan membuka dan menutup gripper

5. Letak motor servo 1

6. Letak motor servo 2

7. Pegas

8. Sensor tekan pada rahang gripper

9. Link-link penggerak gripper

Gambar 4.2. Gripper pada posisi terbuka maksimal

Pada gambar 4.2 diatas gripper berada pada posisi terbuka maksimal. Pada posisi ini

motor servo berada pada posisi 0o. Pada saat gripper membuka maksimal seperti ini dimensi

gripper lebar maksimal mencapai 175 mm dengan tinggi 185 mm. Pada saat gripper terbuka

[image:55.595.74.522.54.660.2]

Gambar 4.3. Gripper pada posisi menutup

Jika gripper pada posisi menutup maksimal seperti yang ditunjukan pada gambar 4.3,

rahang gripper dapat menutup rapat. Pada saat gripper menutup maksimal memiliki dimensi

yang berbeda dengan pada saat gripper membuka maksimal. Dimensi pada saat gripper

menutup maksimal memiliki lebar 140 mm dengan tinggi 210 mm.

Gambar 4.4. Controller Box

Dari gambar 4.4 merupakan tampilan dari Controller Box. Controller Box atau kotak

kendali merupakan tempat dimana meletakkan seluruh komponen-komonen elektrik yang

digunakan untuk mengendalikan gripper. Pada kotak kendali ini terdapat dua potensiometer

Kedua potensiometer tersebut memiliki fungsi masing-masing. Pada potensiometer 1 (sebelah

kiri), digunakan untuk mengendalikan motor seervo yang berada dibawah yang berguna

untuk menggerakkan gripper bergerak memutar sebesar 180o searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Lalu, pada potensiometer 2 (sebelah kanan) digunakan untuk

mengendalikan motor servo yang berada disisi gripper yang berguna untuk menggerakkan

rahang gripper bergerak membuka dan menutup.

4.1.1.

Hasil Perancangan Mekanik Sensor

Gripper Adaptif ini mempunyai bagian-bagian mekanik. Dari bagian yang paling atas

pada gripper terdapat rahang gripper dimana benda akan digenggam. Pada rahang gripper ini

terdapat sensor tekan pada permukaan rahangnya seperti yang terlihat pada gambar 4.5.

[image:56.595.79.523.247.593.2]

dibawah ini.

Gambar 4.5. Sensor tekan yang terletak pada permukaan rahang gripper.

Sesnsor ini terdiri dari dua plat tembaga yang direnggangkan dan diberi pembatas

isolator berupa gabus sehingga plat 1 dengan plat 2 berjarak 1,5 mm. Sensor ini berukuran

panjang 36 mm dan lebar 22 mm. Salah satu plat tembaga ditempelkan pada permukaan

rahang gripper seperti pada gambar 4.6. Lalu plat tembaga kedua ditempelkan dihadapan plat

tembaga yang pertama dengan diberi pembatas busa supaya tidak terhubung plat tembaga

satu dengan plat tembaga yang lainnya. Karena plat tembaga yang cenderung tidak elastis,

mudah tertekuk dan bengkok, maka plat tembaga yang berada diluar yang akan

Sehingga plat tembaga tidak mudah tertekuk atau bengkok jika tertekan oleh benda

[image:57.595.77.524.110.742.2]

berkali-kali.

Gambar 4.6. Plat tembaga yang diletakkan pada permukaan rahang gripper.

Karena rahang gripper merupakan tempat bersinggungan dengan benda kerja maka

permukaan sensor yang dilapisi mika tipis tersebut dilapisi kembali dengan karet. Hal ini

dilakukan untuk mengantisipasi terjadinya selip saat proses pencekaman sehingga proses

pencekaman tidak maksimal. Pelapisan karet juga dilakukan pada seluruh area kerja yang

akan bersinggungan dengan benda kerja, seperti pada bagian atas body gripper dan juga

bagian tepi dari link/penghubung pada gripper seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7.

Dengan adanya lapisan karet tersebut proses pencekaman akan lebih maksimal dan lebih

kencang tanpa terjadi selip.

4.1.2.

Susunan Mekanik Penggerak Gripper

Pola-pola gerakan gripper yang dapat dihasilkan bervariasi sesuai dengan bentuk

benda kerja. Gerakan-gerakan tersebut dipengaruhi oleh susunan mekanik dari tiap link

gripper yang digerakkan oleh satu penggerak motor servo yang dirancang sedemikian rupa

sehingga dapat menggerakkan . Pemasangan dari servo ke link penggerak utama

dihubungkan dengan coupling yang telah disediakan dari motor servo dengan cara dibaut.

Gambar 4.8. Pemasangan konstruksi roda gigi

Untuk menggerakan kedua link penggerak utama pada rahang gripper kiri dan kanan

dihubungkan dengan roda gigi seperti tunjukkan pada gambar 4.8. Dengan demikian link

penggerak utama kiri dan kanan dapat bergerak secara simetris. Dalam pembuatan mekanik

roda gigi tersebut mengalami sedikit perubahan dari rencana perancangan awal, dikarenakan

gerakan yang dihasilkan tidak stabil. Gambar 4.9. dibawah ini adalah rancangan awal roda

gigi yang diganti dengan rancangan yang baru yang lebih stabil yang ditunjukan pada gambar

4.10.

[image:58.595.81.515.213.530.2]

Supaya gerakan gripper bisa dikontrol dengan baik maka ditambahkan stopper pada

link penggerak seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.11. Stopper ini berfungsi untuk

[image:59.595.74.522.151.755.2]

mebatasi gerakan rahang gripper supaya gerakan gripper tidak berbalik kearah sebaliknya.

Gambar 4.11. Posisi stopper link penggerak.

Pada rahang gripper terdapat beberapa titik tekanan yang dapat berpengaruh pada

pola/bentuk gerakan gripper. Jika sisi rahang dalam gripper diberi tekanan pada ujung atas

rahang gripper, maka rahang gripper akan tetap pada posisinya atau tidak bergerak. Dalam

hal ini stopper yang dipasang sangat berperan untuk menahan agar rahang gripper tidak

bergerak ke arah yang sebaliknya searah dengan arah tekanan yang diberikan pada ujung

rahang gripper seperti ditunjukkan pada gambar 4.12.

Lalu, jika sisi rahang dalam gripper diberi tekanan pada link yang berada dibawah

join pada rahang gripper, maka rahang gripper akan bergerak kebawah seperti ditunjukkan

pada gambar 4.13. Namun jika tekanan dilepaskan maka posisi rahang griper akan kembali

ke posisi semula karena gaya tarik dari pegas yang ada pada gripper tersebut. Pegas tersebut

berfungsi untuk selalu menarik rahang gripper ke posisi semula. Peletakan pegas dapat

dilihat pada gmmbar 4.14.

[image:60.595.76.521.202.748.2]

Gambar 4.13. Titik tekanan dibawah join Gambar 4.14. Posisi pegas pada gripper

Gerakan rahang gripper yang sama juga dapat terjadi jika diberikan tekanan pada sisi

rahang luar gripper bagian atas, maka rahang gripper akan bergerak ke bawah seperti yang

terlihat pada gambar 4.15 dan rahang gripper akan kembali lagi ke posisi semula jika tekanan

dilepas.

Adaptif gripper yang dibuat ini memiliki dua penggerak motor servo, satu untuk

menggerakkan rahang mebuka dan menutup dan yang satu lagi digunakan untuk memutar

gripper. Namun dalam aplikasinya nanti, motor servo yang berfungsi untuk memutar gripper

dapat dilepas seperti ditunjukkan pada gambar 4.16 dan gambar 4.17. Hal ini dikarenakan ada

kemungkinan pada lengan robot yang akan digunakan sudah memiliki fungsi untuk memutar

gripper, sehingga hanya tinggal memasang gripper yang berfungsi untuk membuka/menutup

[image:61.595.82.509.206.651.2]

saja.

Gambar 4.16. Motor servo bagian bawah yang dilepas

Gambar 4.17. Gripper yang hanya berfungsi membuka dan menutup saja

Jika motor servo bagian bawah dilepas maka penutup bagian bawah motor servo yang

dilepas tersebut harus dipindah ke bagian bawah dari gripper yang akan digunakan seperti

pada gambar 4.17. Hal ini dikarenakan penutup tersebut merupakan bagian dari gripper yang

4.2.

Hasil Perancangan Perangkat Elektrik

Pada perancangan elektrik gripper ini juga telah dibuat sesuai dengan perancangan

awal. Gripper yang dibuat menggunakan mikrokontroler ATmega328P berbasis Arduino.

Board Arduino yng digunakan adalah board Arduino Uno. Pada gambar 4.18. berikut

merupakan tampilan dari rangkaian elektrik di dalam controller box. Bagian-bagian dari

[image:62.595.88.507.211.639.2]

rangkaian elektrik tersebut akan dijelaskan pada tabel 4.2.

Gambar 4.18. Hasil perancangan perangkat keras elektrik.

Tabel 4.2. Keterangan bagian-bagian elektrik alat

No. Keterangan

1. Board Arduino Uno

2. Power Supply 5V 2A

3. Terminal kabel

4.2.1.

Arduino UNO

Gripper adaptif yang telah dibuat menggunakan mikrokontroler ATmega328P yang

ada pada board Arduino UNO sperti yang ditunjukkan pada gambar 419. Arduino uno ini

digunakan sebagai kendali utama dari sistem pergerakan gripper adaptif, dimana semua

input dan output diolah menjadi sebuah gerakan sesuai dengan yang diinginkan.

2

3

[image:63.595.79.510.66.567.2]

Gambar 4.19. Board Arduino Uno yang digunakan.

Pin-pin yang digunakan dalam pengkabelan sistem gripper adaptif ini bisa dilihat

pada tabel 4.3 dibawah ini.

Tabel 4.3. Daftar pin-pin yang digunakan pada Arduino

Alamat Pin Fungsi

Pin 9 Pin output data motor servo 2 (bawah)

Pin 10 Pin output data motor servo 1 (atas)

Pin A0 Pin input analog potensiometer 2 (untuk kendali servo 2)

Pin A1 Pin input analog potensiometer 1 (untuk kendali servo 1)

Pin A2 Pin input analog sensor 1

Pin A3 Pin input analog sensor 2

4.2.2.

Power Supply

Power supply / sumber tegangan yang digunakan dengan input 220 VAC dengan

output 5 VDC dengan arus 2 A seperti pada gambar 4.20. Dengan begitu sumber tegangan

yang digunakan sudah sesuai dengan tegangan kerja yang dibutuhkan oleh arduino dan motor

[image:63.595.224.408.639.745.2]

servo.

Keluaran dari power supply dimasukkan ke terminal kabel, yang selanjutnya dari

terminal kabel tersebut dapat didistribusikan ke komponen-komponen elektrik yang

[image:64.595.72.529.124.618.2]

membutuhkan sumber tegangan seperti pada gambar 4.21 dibawah ini.

Gambar 4.21. Terminal kabel yang untuk mendistribusikan sumber tegangan

4.2.3.

Analisis Elektrikal

Dalam hal ini akan dilakukan analisa untuk mengetahui arus pada motor servo saat

tanpa beban, dengan beban dan saat terjadi pencekaman. Maka dilakukan pengukuran pada

motor servo yang digunakan.

Tabel 4.4. Tabel pengukuran arus motor servo.

Motor Servo Arus

Saat tanpa beban 0,25 A

Saat dipasang pada beban 0,48 A

Saat mencekam benda kerja 0,85 A

Dari hasil perngukuran pada tabel 4.4 dapat diukur arus pada motor servo saat tanpa

ada beban sama sekali pada motor servo (motor servo belum terpasang pada gripper) yaitu

0,25 A. Lalu arus motor servo diukur saat terpasang pada beban (motor servo terpasang pada

gripper) menghasilkan arus sebesar 0,48 A. Lalu arus motor servo diukur saat gripper sedang

mencekam benda kerja menghasilkan arus sebesar 0,85 A. Jadi arus motor servo akan

4.3.

Hasil Perancangan Perangkat Lunak

4.3.1.

Inisialisasi

Inisialisasi ini membahas tentang pendefinisian dari fungsi dan variabel yang

digunakan dalam proses pengoperasian program. Bagian dari pembahasan inisialisasi

meliputi input sensor, potensiometer dan output motor servo. Gambar 4.22 merupakan contoh

[image:65.595.79.510.202.554.2]

inisialisasi pada program arduino.

Gambar 4.22. Inisialisasi pada program arduino.

4.3.2.

Pembacaan Potensiometer

Potensiometer yang putar akan menghasilkan nilai hambatan. Dari nilai hambatan

tersebut harus diubah/dikonversi ke sudut pergerakan motor servo yang diinginkan. Program

untuk merubah nilai potensiometer ke nilai sudut motor servo dapat dilihat pada gambar 4.23.

4.3.3.

Pembacaan Sensor

Sensor yang digunakan adalah sensor tekan yang berfungsi sebagai kontak. Berfungsi

untuk memberi info pada motor servo bahwa gripper sudah menggenggam benda dan

[image:66.595.82.519.161.767.2]

mematikan motor servo. Gambar 4.24 berikut ini adalah program untuk pembacaan sensor.

Gambar 4.24. Program pembacaan sensor

4.4.

Cara Pengoperasian Alat dan Cara Kerja Sistem

4.4.1.

Cara Pengoperasian Alat

Gripper adaptif untuk robot berbasis arduino ini memiliki dua buah potensiometer

yang digunakan untuk menggerakkan gripper untuk membuka / menutup dan untuk memutar

gripper searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Penggunaan alat akan dijelaskan

pada langkah-langkah sebagai berikut:

1. Pastikan sumber tegangan sudah terhubung dengan baik.

2. Tekan saklar on/off yang berada pada kabel power ke posisi on.

3. Gripper akan bergerak sesuai dengan kondisi terakhir dari potensiometer.

4. Putar potensiometer 1 untuk membuka dan menutup rahang gripper.

- Putar potensiomter ke kiri untuk membuka rahang gripper.

- Putar potensiomter ke kanan untuk menutup rahang gripper.

5. Untuk membuka gripper yang telah menggengam benda, putar potensiometer

samp