Perancangan dan Realisasi Robot Peniru Gerakan Jari Tangan
Disusun Oleh:
Rendy (0922072)
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha
Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email : rendyming@gmail.com
ABSTRAK
Kebutuhan akan sarana untuk pemindahan benda yang berbahaya dan
berisiko tinggi menjadi ide Tugas Akhir dalam merealisasikan robot peniru
gerakan jari tangan yang dapat menjadi peran pengganti tangan manusia dalam
memindahkan benda berbahaya sehingga dapat menekan resiko dari kegiatan
tersebut.
Pada Tugas Akhir ini digunakan kombinasi sensor accelerometer
ADXL345 dan sensor magnetometer HMC5883L untuk mendeteksi posisi
pergelangan tangan dan tiga buah flex sensor untuk mendeteksi posisi jari tangan.
Dari hasil pembacaan masing – masing sensor akan menggerakkan jari tangan
robot dan pergelangan tangan robot secara wireless menggunakan bluetooth. Hasil
pembacaan sensor akan diolah dan ditampilkan pada komputer.
Berdasarkan percobaan yang dilakukan dalam Tugas Akhir ini, Robot
dapat memindahkan benda dengan beban maksimum 52 gram dengan jarak
perpindahan maksimal 22 cm. Dari percobaan yang telah dilakukan terdapat
selisih waktu antara gerakan tangan dan robot tangan berkisar dari 0,51 hingga
1,06 detik dikarenakan kecepatan motor servo tidak secepat pergerakkan jari
tangan.
Kata Kunci : flex sensor, sensor accelerometer, magnetometer, motor servo,
ii
Universitas Kristen Maranatha
Design and Realization of Robotic Arm Motion Impersonator
By: Rendy (0922072)
Major of Electrical Engineering, Faculty of Technique, Maranatha Christian University
Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia
Email : rendyming@gmail.com
ABSTRACT
The need of removing dangerous and high risk objects become an idea of
Final Project in realizing robotic arm motion impersonator.Robotic arm motion
impersonator could be the role of surrogate human hand in moving the dangerous
objects, so that could reduce the risk of that activity.
In this Final Project, the combination of accelerometer ADXL345 sensor
and magnetometer HMC5883L sensor were used to detect the position of wrist.
Three pieces of flex sensor were also used to detect the position of fingers. The
readings of each sensor will move the robot’s fingers and wrist wirelessly by
using bluetooth. The readings of sensors will be processed and displayed on the
computer.
Based on the experiments conducted in this Final Project, robot is able to
move the objects with maximum load of 52 grams and the maxmimum distance of
moving objects is 22 cm. Based on the experiments conducted, there is a time
difference between fingers motion and robot’s hand about 0.51 until 1.06 second
because the servo motor is not as fast as finger movement.
Key Words : flex sensor, accelerometersensor, magnetometer, motor servo,
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ...i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ...iv
DAFTAR TABEL ...vi
DAFTAR GAMBAR ... vii
BAB I PENDAHULUAN I.1 LATAR BELAKANG MASALAH ... 1
I.2 RUMUSAN MASALAH ... 2
I.3 TUJUAN ... 2
I.4 BATASAN MASALAH ... 2
I.5 SISTEMATIKA PENULISAN ... 2
BAB II LANDASAN TEORI II.1 PERKEMBANGAN TEKNOLOGI ROBOT TANGAN ... 4
II.2 FLEX SENSOR ... 9
II.3 ACCELEROMETER ... 12
II.4 MAGNETOMETER ... 14
II.5 MOTOR SERVO ... 15
II.5.1 SERVO SHIELD ... 16
II.6 PENGONTROL MIKRO ARDUINO ... 17
II.6.1 DFRDUINO UNO V3.0 ... 17
II.6.2 ATMEGA328 ... 18
II.7 BLUETOOTH ... 20
II.7.1 BLUETOOTH HC-05 ... 20
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 PERANCANGAN PERANGKAT KERAS ... 23
III.1.1 PERANCANGAN ELEKTRONIKA PADA SARUNG TANGAN ... 24
v
Universitas Kristen Maranatha III.1.2 PERANCANGAN ELEKTRONIKA PADA ROBOT
TANGAN ... 28
III.2 PERANCANGAN PERANGKAT LUNAK ... 31
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS
IV.1 PENGUJIAN PERGELANGAN TANGAN ROBOT ARAH
VERTIKAL DENGAN SENSOR ACCELEROMETER
ADXL345 ... 42
IV.2 PENGUJIAN PERGELANGAN TANGAN ROBOT ARAH
HORISONTAL DENGAN SENSOR MAGNETOMETER
HMC5883L ... 43
IV.3 PENGUJIAN FLEX SENSOR UNTUK MENGGERAKKAN
JARI ROBOT ... 44
IV.4 PENGUJIAN ROBOT TANGAN UNTUK MEMINDAHKAN
BENDA ... 49
IV.4 PENGUJIAN KECEPATAN PENGIRIMAN DATA
BLUETOOTH ... 51
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1 KESIMPULAN ... 52
V.2 SARAN ... 52
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN A PROGRAM PADA PENGONTROL MIKRO A
LAMPIRAN B PROGRAM PADA PENGONTROL MIKRO B
LAMPIRAN C SHEET SENSOR ACCELEROMETER, SENSOR
MAGNETOMETER, DAN FLEX SENSOR
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Ilustrasi cara kerja Accelerometer ... 13
Tabel 2.2 Karakteristik Sensor Medan Magnet ... 15
Tabel 3.1 Nilai Output Sensor Accelerometer ... 31
Tabel 3.2 Nilai Output Sensor Magnetometer ... 32
Tabel 4.1 Data Pengamatan Sensor Accelerometer terhadap Gerakan Motor Servo ... 42
Tabel 4.2 Data Pengamatan Sensor Magnetometer terhadap Gerakan Motor Servo ... 43
Tabel 4.3 Pengujian Flex Sensor pada Ibu Jari Tangan terhadap Ibu Jari Robot ... 44
Tabel 4.4 Pengujian Flex Sensor pada Jari telunjuk Tangan terhadap Jari Telunjuk Robot ... 46
Tabel 4.5 Pengujian Flex Sensor pada Jari Tengah Tangan terhadap Jari Tengah Robot ... 47
Tabel 4.6 Kinerja Robot dalam Memindahkan Benda ... 50
vii
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Hirose Soft Gripper ... 4
Gambar 2.2 Belgrade / USC Hand ... 5
Gambar 2.3 Stanford / JPL Hand ... 5
Gambar 2.4 Utah / MIT Hand... 6
Gambar 2.5 Barrett Hand ... 6
Gambar 2.6 Gifu Hand ... 7
Gambar 2.7 DLR / HIT Hand ... 7
Gambar 2.8 Shadow Hand ... 8
Gambar 2.9 Robonaut Hand ... 8
Gambar 2.10 Flex sensor Bidirectional ... 9
Gambar 2.11 Flex sensor Bipolar ... 9
Gambar 2.12 Flex sensor Unidirection atau Unipolar ... 10
Gambar 2.13 Flex sensor Tinta Konduktif ... 11
Gambar 2.14 Flex sensor Serat Optik dengan Bagian POF yang Terkupas ... 11
Gambar 2.15 Flex sensor Berbasis Kain Konduktif... 12
Gambar 2.16 Klasifikasi Sensor Medan Magnet ... 14
Gambar 2.17 Konfigurasi Pin Motor Servo ... 15
Gambar 2.18 Servo Shield ... 16
Gambar 2.19 Pensinyalan Motor Servo ... 17
Gambar 2.20 Pengontrol Mikro DFRduino UNO R3 ... 18
Gambar 2.21 Atmega 328 ... 19
Gambar 2.22 Modul Bluetooth HC-05 ... 20
Gambar 2.23 Bluetooth Shield (kiri) dan Bluetooth Bee Standalone (kanan).... 21
Gambar 2.24 Posisi Atmega 168 pada Bluetooh Bee Standalone(kiri) dan Pin Out Bluetooth Bee Standalone(kanan) ... 22
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem ... 23
Gambar 3.2 Rangkaian Elektronika pada Sarung Tangan ... 24
Gambar 3.3 Nilai Resistansi Flex Sensor ... 25
Gambar 3.5(a) Layout PCB Tampak Atas (kiri) Tampak Bawah (kanan) ... 26
Gambar 3.5(b) Bentuk PCB yang Telah Didesain ... 26
Gambar 3.6 Rangkaian Konektor Sensor ... 27
Gambar 3.7(a) Konektivitas Sensor dan Pengontrol Mikro pada Sarung Tangan ... 27
Gambar 3.7(b) Bentuk Sarung Tangan ... 28
Gambar 3.8 Rangkaian Elektronika pada Robot Tangan ... 28
Gambar 3.9(a) Pemasangan Bluetooth Shield (kiri) dan Servo Shield (kanan) .. 29
Gambar 3.9(b) Pemasangan Bluetooth Shield dan Servo Shield... 29
Gambar 3.10 Bentuk Fisik Robot... 30
Gambar 3.11 Bentuk Robot Beserta Pengontrol Mikro ... 30
Gambar 3.12 Nilai Output Sensor Accelerometer dalam Grafik ... 31
Gambar 3.13 Nilai Output Sensor Magnetometer dalam Grafik...32
Gambar 3.14 Menggunakan Dua Sumbu Accelerometer untuk Mengukur Sudut Kemiringan...34
Gambar 3.15 Kuadran Rotasi 360o... 34
Gambar 3.16(a) Flowchart Utama pada pengontrol Mikro A ... 35
Gambar 3.16(b) Flowchart INISIALISASI A Pengontrol Mikro A ... 36
Gambar 3.16(c) Flowchart Bluetooth ... 37
Gambar 3.16(d) Flowchart Membaca Nilai Sensor Accelerometer ... 37
Gambar 3.16(e) Flowchart Membaca Nilai Sensor Magnetometer ... 38
Gambar 3.16(f) Flowchart Membaca Nilai Flex Sensor ... 38
Gambar 3.17(a) Flowchart Utama pada pengontrol Mikro B ... 39
Gambar 3.17(b) Flowchart INISIALISASI B Pengontrol Mikro B ... 40
Gambar 3.16(c) Flowchart Bluetooth ... 40
Gambar 3.17(d) Flowchart mengubah nilai sensor untuk menggerakkan servo ... 41
1 Universitas Kristen Maranatha
BAB I
PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan
penelitian, batasan masalah, dan sistematika penulisan.
I.1 LATAR BELAKANG MASALAH
Penggunaan perangkat keras sebagai pengganti tenaga manusia dalam
memudahkan pekerjaan, baik kegiatan beresiko tinggi seperti pemindahan bahan
kimia yang berbahaya, ataupun pemindahan barang yang mudah meledak
sehingga membutuhkan sebuah perangkat pengganti yang dapat menekan resiko
dari kegiatan tersebut. Maka timbullah sebuah gagasan perancangan serta
implementasi sebuah alat yang dapat memindahkan benda yang dikendalikan
jarak jauh yaitu robot tangan.
Permasalahan yang timbul adalah bagaimana robot tangan dapat
membantu sesuai dengan kehendak pengguna, yaitu dengan dirancang sebuah
robot untuk dapat mengikuti gerakan jari yang digerakkan oleh motor servo
melalui pengontrol mikro berdasarkan input dari flex sensor yang dipasang pada
jari tangan pengguna. Perubahan posisi jari dideteksi oleh flex sensor berdasarkan
perubahan nilai resistansi, semakin lengkung posisi jari semakin tinggi nilai
resistansi flex sensor. Posisi pergelangan tangan akan dideteksi menggunakan
sensor accelerometer dan sensor magnetometer.
I.2 RUMUSAN MASALAH
Masalah-masalah yang akan dibahas dalam tugas akhir ini adalah sebagai
berikut :
1. Bagaimana merealisasikan robot peniru gerakan jari tangan ?
2. Bagaimana mengontrol motor servo untuk menggerakkan sendi jari
robot?
3. Bagaimana mengontrol motor servo untuk menggerakkan pergelangan
BAB I PENDAHULUAN 2
I.3 TUJUAN
Tujuan Tugas Akhir ini adalah merancang dan merealisasikan robot peniru
gerakan tangan dan mengontrol motor servo untuk menggerakkan sendi jari robot
dan pergelangan tangan robot sehingga dapat memindahkan benda.
I.4 BATASAN MASALAH
Pembatasan masalah pada tugas akhir ini, yaitu:
1. Robot tangan yang akan dibuat hanya bagian pergelangan tangan,
telapak tangan dan jari tangan. Jumlah jari tangan robot yang dibuat
hanya 3 jari dan bahan yang digunakan untuk membuat robot adalah
akrilik.
2. Setiap jari tangan terdiri dari 3 motor servo sebagai penggerak,
3. Pergelangan tangan robot dapat bergerak ke arah vertikal maupun
horizontal. Jari tangan hanya dapat bergerak ke arah vertikal saja.
4. Motor servo pada jari tangan robot memiliki torsi maksimal
260gram/cm.
I.5 SISTEMATIKA PENULISAN
Sistematika penulisan untuk Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan,
pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan tugas akhir.
BAB II LANDASAN TEORI
Pada bab ini dijelaskan teori-teori penunjang yang diperlukan dalam
merancang dan merealisasikan robot peniru gerakan jari tangan yaitu
berupa teori tentang flex sensor sensor accelerometer, sensor compass,
BAB I PENDAHULUAN 3
Universitas Kristen Maranatha
BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI
Pada bab ini dijelaskan tentang perancangan dan realisasi sistem kerja
robot peniru gerakan jari tangan, perancangan dan realisasi rangkaian
sensor dan pengontrol, serta algoritma pemrograman pengontrol mikro.
BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISI DATA
Pada bab ini ditampilkan data-data hasil pengamatan sensor accelerometer,
sensor magnetometer, flex sensor, dan kinerja robot peniru gerakan jari
tangan memindahkan benda.
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang simpulan-simpulan yang didapat dari keseluruhan
perancangan dan realisasi robot peniru gerakan jari tangan. Lalu bab ini
juga berisi saran yang diberikan untuk penelitian lebih lanjut oleh pihak
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini penulis akan menyatakan kesimpulan dari tugas akhir ini, serta
memberikan saran untuk dapat mengembangkan tugas akhir ini selanjutnya.
V.1 KESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat ditarik pada Tugas Akhir Perancangan dan Realisasi
Robot Peniru Gerakan jari Tangan adalah sebagai berikut:
1. Telah berhasil direalisasikan robot peniru gerakan jari tangan dengan motor
servo sebagai penggerak jari robot dan pergelangan tangan robot.
2. Robot tangan dapat memindahkan benda dengan beban maksimal 52 gram
dan jarak maksimal pemindahan benda yang dapat dilakukan oleh robot
adalah 22 cm.
3. Selisih waktu antara gerakan jari tangan dan robot tangan berkisar dari 0,51
hingga 1,06 detik yang disebabkan oleh delay dari motor servo .
V.2 SARAN
Saran yang dapat diberikan untuk pengembangan selanjutnya mengenai Tugas
Akhir ini adalah dengan penambahan Jari robot menjadi 5 jari dengan ukuran yang
mendekati ukuran jari tangan manusia dan memiliki lengan dan dapat melakukan
pemindahan benda yang memiliki berat lebih dari 52 gram dengan jarak lebih dari 22
Universitas Kristen Maranatha
DAFTAR PUSTAKA
PUSTAKA BUKU :
1. Artanto, Dian. 2012. “Interaksi Arduino dan LabVIEW”, Jakarta:Gramedia
2. Margolis, Michael. 2011. “Arduino Cookbook”, Sebastopol: O’Reilly Media
PUSTAKA INTERNET :
3. A Guide To Using IMU(Accelerometer and Gyroscope Device) in Embedded
Application (online),
( http://www.starlino.com/imu_guide.html, diakses 15 desember 2013)
4. DFRduino UNO R3 (online),
(http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&product_id=838#
.UoyjLYYwqoA, diakses 22 september 2013)
5. Ensiklopedia Wikipedia Bluetooth (online),
(http://en.wikipedia.org/wiki/Bluetooth, diakses 10 oktober 2013)
6. Flexion (online),
(http://www.sensorwiki.org/doku.php/sensors/flexion, diakses 16 september
2013)
7. Hands Overview Slideshow Slide (online),
(http://graphics.cs.cmu.edu/nsp/course/16-899/, di akses 1 November 2013)
8. HC Serial Bluetooth Products User Instructional Manual (online),
(http://www.exp-tech.de/service/datasheet/HC-Serial-Bluetooth-Products.pdf,
diakses 10 oktober 2013)
9. Renbotics Servo Shield (online),
(http://www.renbotics.com/files/RenboticsServoShieldRev1.5.pdf, diakses 16
september 2013)
10.Seeedstudio bluetooth bee standalone (online),
(http://www.seeedstudio.com/wiki/Bluetooth_Bee-Standalone, diakses 22
11.Seeedstudio bluetooth shield (online),
(http://www.seeedstudio.com/wiki/Bluetooth_Shield, diakses 22 september
2013)
12.TUGAS PENGUKURAN & INSTRUMENTASI PADA SISTEM TENAGA
EP6071 PENGUKURAN MEDAN MAGNET (online),
(http://www.scribd.com/doc/110967979/Bab-12-Pengukuran-Medan-Magnet,
