PERANCANGAN PERANGKAT GERAK OTOMATIS DUA
DERAJAT KEBEBASAN TELESKOP BAMBERG
OBSERVATORIUM BOSSCHA LEMBANG BANDUNG
TUGAS SARJANA
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Oleh
Riri Prastity
13103145
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2008
Tugas Sarjana
Judul
Perancangan Perangkat Gerak Otomatis Dua Derajat Kebebasan Teleskop Refractor Bamberg
di Observatorium Bosscha
Riri Prastity
Program Studi Teknik Mesin 13103145
Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung
Abstrak
Teleskop refractor Bamberg merupakan salah satu teleskop dengan dua derajat kebebasan yang dimiliki oleh Observatorium Bosscha ITB. Teleskop ini mempunyai jarak titik fokus 7 m dan menggunakan sistem mekanik murni sebagai penggerak.
Teleskop ini memerlukan waktu set-up yang relatif lama dalam penggunaannya untuk memperoleh posisi yang diinginkan dalam koordinat ekuatorial. Untuk itu diperlukan penggerak otomatis yang dapat mempersingkat waktu set-up sekaligus mempermudah kontrol posisi secara otomatis.
Pada tugas sarjana ini dilakukan perancangan perangkat gerak otomatis teleskop dengan dua derajat kebebasan, yaitu kebutuhan gerak dalam arah deklinasi dan sudut jam. Berdasarkan prinsip kinematika, dilakukan perhitungan gaya-gaya statik yang terjadi pada dua rancangan perangkat gerak. Dari perolehan gaya maksimum, dipilih rancangan yang paling sesuai dengan kondisi pembebanan. Kemudian dipilih komponen perangkat gerak, dengan mengacu pada katalog yang berisi spesifikasi DC servomotor dan leadscrew.
Dalam gerak arah deklinasi pada rentang 25˚ - 120˚, didapatkan hasil perhitungan dari analisa statik kebutuhan torsi yaitu 1, 23 Nm. DC servomotor yang sesuai dengan kebutuhan torsi yaitu produk yaskawa SGMAH-08A. Besarnya beban yang mampu ditahan oleh SGMAH-08A ini yaitu 2,39 Nm. Kebutuhan torsi pada gerak dalam arah sudut jam torsi yang dibutuhkan yaitu 1,81 Nm. Untuk itu dipilih aktuator yang sama dengan aktuator yang digunakan dalam arah deklinasi.Alternatif perangkat gerak arah deklinasi yang ditawarkan yaitu perangkat gerak antena parabola TD GEOTRACK 18. Perangkat ini mampu menggerakkan beban sampai 120 kgf, sehingga dapat memenuhi kondisi operasi teleskop.
Rancangan perangkat gerak otomatis memenuhi kriteria gerak sistem teleskop. Keseluruhan hasil rancangan dapat mengatasi beban yang terjadi selama kondisi operasi sehingga layak diaplikasikan.
Final Project
Title
Design of Automated Driving Apparatus Two Degree of Freedom Bamberg Refractor Telescope
in Bosscha Observatory
Riri Prastity
Major Mechanical Engineering 13103145
Faculty of Mechanical and Aeronautical Engineering Bandung Institute of Technology
Abstract
Bamberg refractor telescope is one of two degree of freedom telescopes owned by Bosscha Observatory-ITB. This 7 m focal length telescope are using pure mechanical system to drive its position.
In order to achieve a certain position in equatorial coordinate system, Bamberg telescope consumes relatively long time in set-up. For a daily use, this time consuming activities could become a problem. For this problem, design of automated driving apparatus is a need. By applying automated driving apparatus, set-up time will be shorten and telescope control will be more practical.
In this final project, design of automated driving apparatus include driving telescope in two degree of freedom. Based on kinematics principle, static force of driving apparatus calculated. From the calculated maximum static force, the most effective construction of two designs is selected. Then, the suitable component for driving apparatus is selected. Selection of driving apparatus’ component, DC servomotor and leadscrew, referred to manufacturer catalog.
In telescope workspace’s range declination direction is 25˚ - 120˚, torque needed by the telescope system from static force calculation is 1.23 Nm. A suitable actuator with this condition is a product of yaskawa DC servomotor, SGMAH-08A. This actuator can handle torque up to 2.39 Nm. Torque needed in hour angle direction is 1.81 Nm. To fulfill this torque, a same suitable actuator is selected, yaskawa DC servomotor SGMAH-08A.
Alternative component choice for automated driving apparatus is satellite antenna driver, one of the suitable choice is TD GEOTRACK 18. This apparatus is capable to drive load up to 120 kgf, which is suitable for telescope operational condition. The conclusion is automated driving apparatus design fulfill the movement criteria. Furthermore, design result is applicable in Bamberg telescope system.
Kata Pengantar
Segala puji atas ke-Maha Besar-an Allah SWT, karena sesungguhnya seluruh ilmu yang ada di alam semesta hanya milik-Nya, dan kita manusia hanya mengetahui sangat sedikit dari setetes ilmu dari samudera ilmu-Nya. Sekaligus juga penulis mengucapkan syukur yang tak terhingga, karena dengan kehendak-Nya penelitian tugas akhir ini dapat diselesaikan.
Penelitian tugas sarjana ini merupakan manifestasi dari rasa ingin tahu penulis tentang teknologi kontrol dan otomasi. Mudah-mudahan hasil rancangan ini dapat diaplikasikan dan memberi manfaat bagi penelitian astronomi di Observatorium Bosscha.
Seperti halnya penelitian lainnya, maka penelitian ini pun tidak luput dari ketidaksempurnaan. Oleh karena itu, penulis mohon maaf sebesar-besarnya apabila kesalahan itu tidak berkenan. Sekaligus juga penulis berharap adanya masukan yang sifatnya positif dan membangun bagi penelitian ini pada akhirnya.
Terakhir, penulis tidak ingin berpanjang kata lagi, hanya mengucapkan selamat membaca, semoga pembaca sekalian dapat mengambil pelajaran di dalamnya.
Bandung, Februari 2008
Penulis
Ucapan Terima Kasih
Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh.
Puji syukur ke hadirat Allah SWT karena atas rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini sebagai syarat kelulusan dari pendidikan sarjana Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Mesin dan Dirgantara Institut Teknologi Bandung.
Sekaligus pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberi dukungan baik moral maupun material dalam menyelesaikan penelitian tugas sarjana ini. Ucapan terima kasih tersebut penulis ucapkan kepada:
1. Syamsul Bakhri, SH dan Tuti Khairani, orangtua yang memberi kasih sayang dan kepercayaan yang tidak terbatas.
2. Bapak Ir Indrawanto, Ph.D, selaku dosen pembimbing yang telah memberikan bimbingannya dan kesempatannya kepada penulis.
3. Bapak Kemas Rifian, selaku dosen wali yang telah memberikan bimbingan selama penulis menjalankan pendidikan sarjana.
4. Dosen-dosen program studi yang telah memberikan ilmu dan menjadi inspirasi bagi penulis.
5. Staff dan teknisi Observatorium Bosscha, Bu Elyani, Pak Asep, Pak Budi, dan yang lainnya yang telah memberi bantuan selama pengambilan data teleskop Bamberg.
6. Staff dan teknisi Teknik Mesin, Pak Suryana, Mbak Listi, Pak Edi, Pak Eko, Kang Asep, dan yang lainnya yang telah memberi bantuan dalam keseharian penulis.
7. Tresnaningsih, Faiza, dan Astrid, yang telah menjadi teman sejati yang akan ada kapanpun dibutuhkan.
8. Rekan Laboratorium Teknik Produksi, Arif, Djoko, Faqih, Be-el, dan yang lainnya yang telah menjadi teman diskusi dan melepas ketegangan selama proses penulisan tugas sarjana ini.
9. Rekan angkatan 2003, Moncos, Sandy, Putra, Yudi, Taurino, atas bantuan dan persahabatan yang tak dapat ditukar oleh apapun.
Penulis hanya berharap ketidakmampuan penulis dalam membalas jasa yang telah diberikan, digantikan balasan yang baik oleh Allah SWT. Akhir kata semoga persaudaraan kita semua dikekalkan, Amin.
Wassalamuailakum warahmatullahi wabarakatuh.
Bandung, Februari 2008
Penulis
Daftar Isi
Halaman Abstrak i
Kata Pengantar iii
Ucapan Terima Kasih iv
Daftar Isi vi Bab 1 Pendahuluan 1 1. 1 Latar Belakang 1 1. 2 Tujuan 3 1. 3 Batasan Masalah 3 1. 4 Metodologi Penelitian 4 1. 5 Sistematika Pembahasan 4
Bab 2 Teori Dasar dan Tinjauan Pustaka 6
2. 1 Mesin Presisi 6
2. 2 Perancangan Mesin Presisi 7
2. 3 Komponen Penyusun Perangkat Gerak 8
2. 3. 1 Leadscrew 8 2. 3. 2 Brushless DC Servomotor 13 2. 3. 3 Sensor Posisi 14 2. 3. 3. 1 Enkoder 15 2. 3. 3. 2 Reed Switch 16 2. 3. 4 Metode Mounting 17
Bab 3 Teleskop Bamberg 18
3. 1 Teleskop Refraktor 18
3. 2 Koordinat Astronomi 19
3. 2. 1 Sistem Koordinat Ekuatorial 19 3. 3 Konstruksi Teleskop Bamberg 21 3. 4 Perangkat Gerak Teleskop Saar Ini 22 3. 4. 1 Perangkat Gerak Pointing 24
3. 4. 2 Perangkat Gerak Tracking 24 Bab 4 Perancangan Perangkat Gerak Otomatis 26
4. 1 Perancangan Mekanisme Sistem Penggerak Arah Deklinasi
26
4. 1. 1 Desain 1 26
4. 1. 2 Desain 2 27
4. 1. 3 Perbandingan Dimensi Kedua Desain 28 4. 2 Analisa Statik pada Batang Penggerak Arah Deklinasi 29 4. 2. 1 Analisa Statik Desain 1 29 4. 2. 2 Analisa Statik Desain 2 32 4. 2. 3 Perhitungan Gaya Fscrew dan Kebutuhan
Torsi
32 4. 2. 4 Pemilihan Motor Penggerak Arah Deklinasi 34 4. 2. 5 Alternatif Pemilihan Aktuator dan
Komponen Penggerak
35 4. 3 Perancangan Komponen Pendukung 38 4. 4 Perangkat Gerak Arah Sudut Jam 42
4. 5 Kopling 46
Bab 5 Kesalahan Posisi dari Perangkat Gerak 47
5. 1 Kesalahan Posisi 47
5. 2 Backlash 48
5. 2. 1 Backlash pada Perangkat Pointing 48 5. 2. 2 Backlash pada Perangkat Tracking 48 5. 3 Pemasangan Alat Ukur Posisi 49
5. Perangkat Kontrol 51
Bab 6 Kesimpulan dan Saran 52
Daftar Pustaka 53
Daftar Gambar
Halaman Gambar 1.1 Bagian eye-piece dari teleskop 2 Gambar 2.1 Kategori ketepatan, keterulangan, dan kecermatan 7
Gambar 2.2 Abbe error 7
Gambar 2.3 Gaya-gaya yang terjadi pada leadscrew saat menaikkan beban dalam 3 dimensi
9
Gambar 2.4 Konstruksi ballscrew 10
Gambar 2.5 Aksesoris pelindung permukaan ballscrew 12 Gambar 2.6 Jenis-jenis servomotor yang tersedia di pasar 12 Gambar 2.7 Skema incremental encoder 14 Gambar 2.8 Optical incremental encoder dan pemasangannya 14 Gambar 2.9 Skema komponen penyusun reed switch 15 Gambar 3.1 Skema susunan teleskop refraktor 18 Gambar 3.2 Bola langit dengan sistem koordinat ekuatorial 19
Gambar 3.3 Konstruksi teleskop 21
Gambar 3.4 Mekanisme transmisi roda gigi gerak tracking 22 Gambar 3.5 Skala petunjuk posisi pointing pada sumbu putar
teleskop, posisi istirahat teleskop, kenop pengatur posisi
23
Gambar 3.6 Skala dalam arah gerak sudut jam (gerak tracking) 24 Gambar 3.7 Beban yang mengendalikan perangkat tracking 24 Gambar 3.8 Rangkaian transmisi penggerak tracking 25
Gambar 4.1 Konstruksi desain 1 27
Gambar 4.2 Konstruksi desain 2 28
Gambar 4.3 Diagram benda bebas desain 1 30 Gambar 4.4 Parameter posisi batang penggerak 30 Gambar 4.5 Resultan batang dua gaya titik B 32 Gambar 4.6. Diagram benda bebas desain 2 32
Gambar 4.7 Beban screw pada setiap sudut α 33 Gambar 4.8 Karakteristik servomotor 35 Gambar 4.9 Komponen penyusun aktuator dan leadscrew
GEOTRACK
36
Gambar 4.10 Pemasangan TD GEOTRACK 37
Gambar 4.11 Perangkat GEOTRACK membatasi panjang langkah yang dibutuhkan
37 Gambar 4.12 Pembebanan yang terjadi pada baut 38 Gambar 4.13 Posisi pemasangan pelat mounting pada konstruksi
teleskop
39 Gambar 4.14 Pembebanan pada pelat mounting 40 Gambar 4.15 Pelat mounting pada teleskop 42 Gambar 4.16 Posisi pemasangan servomotor pada perangkat gerak
tracking
43 Gambar 4.17 Rangkaian transmisi roda gigi 44 Gambar 4.18 Roda gigi cacing yang langsung terhubung ke gerakan
tracking teleskop
45 Gambar 4.19 Spesifikasi dan karakteristik torsi motor yang
digunakan
45
