LENGAN ROBOT PEMINDAH BARANG DENGAN PENGENDALI JOYSTICK

LENGAN ROBOT PEMINDAH BARANG DENGAN PENGENDALI JOYSTICK

Dhudhik Arief H.,Rizky Wahyu K., Yusi Kusuma A.

Program Studi Teknik Elektronika,Jurusan Teknik Elektro,Politeknik Negeri Semarang

Jl.Prof.Soedarto,SH Tembalang,Semarang 50275

e-mail : ariefdhudik@gmail.com, rizkywahyu_kurniawan@yahoo.com ; yusikusumaa@gmail.com ;

ABSTRAK

Paper ini menjelaskan perancangan dan pembuatan lengan robot pemindah barang dengan pengendali joystick. Pada proyek ini digunakan beberapa obyek. Penentuan posisi obyek dilakukan dengan pembacaan joystick modul, dimana hasil pembacaan joystick akan langsung terlihat pada pergerakan lengan robot. Sistem kendali robot terdiri dari mikrokontroler ARM NUC 120 sebagai pengolah data dan antarmuka komputer dengan system mekanisme robot. Sebagai penggerak digunakan motor servo dengan pengendalian proporsional dengan metode PWM. Pada perancangan Lengan Robot Pemindah Barang Dengan Pengendali Joystik ini,  difungsikan sebagai sistem gerak yang berfungsi untuk memegang, mengambil, mengangkat, memindahkan objek dari satu posisi ke posisi yang lain.  Untuk melakukan pengambilan objek, lengan robot ini dilengkapi dengan griper (pemegang). Prinsip kerja gerak lengan robot ini menggunakan prinsip pengendalian dengan 2 buah modul joystick, dimana setiap joystick memiliki 3 arah pergerakan X,Y,Z.  Untuk joystick yang pertama arah X(vertikal) difungsikan untuk menggerakan ‘shoulder servo’ yang bergerak vertikal , arah Y (horisontal) difungsikan untuk menggerakan ‘base servo’ yang bergerak horisontal , sedangkan Z (knob) untuk membuka gripper.  Untuk joystick yang kedua arah X(vertikal) difungsikan untuk menggerakan ‘Elbow servo’ yang bergerak vertikal , arah Y (horisontal) difungsikan untuk menggerakan ‘Wrist servo’ yang bergerak vertikal , sedangkan Z (knob) untuk menutup gripper.

                                                                        ABSTRACT

This paper describes the design and manufacture of robotic arm transfer of goods with a joystick controller. In this project used several objects. Determination of the position of the object is done by reading the joystick module, where the joystick readings will be immediately visible on the movement of the robot arm. Robot control system consists of an ARM microcontroller NUC 120 as a data processor and a computer interface with the system robot mechanism. As used servo motor drive with proportional control with PWM method. In the design of Goods Movers Robot Arm With this joystick controller, functioned as a motion system that serves to hold, take, lift, move objects from one position to another. To perform object retrieval, this robot arm equipped with griper (holder). The working principle of motion of the robot arm using the principle of control with 2 joystick module, wherein each of the joystick has a 3-way movement of the X, Y, Z. For the first joystick X direction (vertical) is intended to move the 'shoulder servo' which moves vertically, the Y direction (horizontal) is intended to move the 'base servo' which moves horizontally, while Z (knob) to open the gripper. For the second joystick X direction (vertical) is intended to move the 'Elbow servo' which moves vertically, the Y direction (horizontal) is intended to move the 'Wrist servo' that move vertically, whereas Z (knob) to close the gripper.

1.     PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Teknologi mengalami suatu kemajuan yang sangat pesat pada masa sekarang ini. Teknologi yang canggih telah menggantikan peralatan-peralatan manual yang membutuhkan banyak tenaga manusia untuk dioperasikan, salah satunya yaitu penggunaan robot. Perkembangan teknologi robotika telah membuat kualitas kehidupan manusia semakin tinggi. Saat ini perkembangan teknologi robotika telah mampu meningkatkan kualitas maupun kuantitas produksi berbagai industri. Teknologi robotika juga telah menjangkau sisi hiburan dan pendidikan bagi manusia. Salah satu cara menambah tingkat kecerdasan sebuah robot adalah dengan menambah sensor pada robot tersebut.

Salah satu robot yang memiliki sistem gerak seperti manusia adalah lengan robot. Lengan robot tersebut dirancang agar dapat mempermudah Pemindahan barang dengan pengendali joystick.

1.2    Tujuan

Membuat  lengan robot dengan pengendali joystick untuk memindahkan barang-barang berdasarkan batasan-batasan yang telah ditentukan,menggunakan mikrokontroler ARM NUC120R2DBN sebagai kontrolnya.

1.3  Rumusan Masalah

1.       Apakah lengan robot ini dapat membantu proses pemindahan barang ?

2.  Bagaimana membuat sistem lengan  robot yang dapat mendeteksi objek kemudian memindahkan ke titik-titik yang telah ditentukan sebelumnya ?

3.       Bagaimana solusi secara elektronikanya ?

       

1.4   Pembatasan Masalah

1.       Lengan robot dapat mengangkat, memindah dan meletakkan barang berdasarkan kapasitas lebar regangan gripper dan torsi motor servo (Servo Futaba s3003).

2.        Konstruksi lengan robot terdiri dari base,shoulder,elbow,,wrist,gripper.

3.       Lengan robot yang dibangun menggunakan 5 buah servo ini akan diujikan untuk memindahkan barang menggunakan pengendali joystick dengan berat maksimal sebesar 250 gram.

4.       Modul joystick yang digunakan sebanyak 2 buah dan setiap modul joystick mempunyai 3 axis yaitu x,y,z

1.5      Metodologi

Target proyek ini menjalankan program yang dapat diimplementasikan langsung terhadap alat. Langkah -  langkah pembuatan Proyek Arm dapat didefinisikan sebagai berikut :

1.       Studi pustaka alat dan bahan

2.       Perancangan perangkat lunak dan program

3.       Implementasi program

4.       Pengujian perangkat lunak dan perangkat keras

5.       Analisa

6.       Laporan

2. Tinjauan Pustaka

a.      Motor Servo

Motor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar pulsa (Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan memutar poros motor servo ke posisi sudut 90⁰. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 0⁰ atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke arah posisi 180⁰ atau ke kanan (searah jarum jam). Lebih jelasnya perhatikan gambar dibawah ini.

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 lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms (mili detik) untuk menginstruksikan agar posisi poros motor servo tetap bertahan pada posisinya.

b.      Joystick Modul

c.       Mikrokontroller ARM NUC 120

ARM adalah prosesor dengan arsitektur set instruksi 32­bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine.

Gambar 3. Keluarga Mikroprosesor ARM

Mikroprosesor ARM mempunyai beberapa keluarga untuk menjangkau berbagai aplikasi, salah satunya adalah ARM Cortex Prosesor Embedded (ARM Cortex Embedded Processors). Prosesor­-prosesor di keluarga seri Cortex­M telah dikembangkan khusus untuk domain mikrokontroler, dimana permintaan untuk kecepatan, determinasi waktu proses, dan manajemen interrupt bersama dengan jumlah gate silikon minimum (luas silikon yang minimum menentukan harga akhir prosesor) dan konsumsi daya yang minimum sangat diminati, seperti ARM Cortex­M0 yang merupakan prosesor untuk menggantikan aplikasi mikrokontroler 8­/16­bit dengan tipe ARM NUC120.

ARM NUC120 merupakan sebuah modul mikronkontroler 32-bit berbasis ARM CortexM0.  ARM NUC 120 BOARD dilengkapi dengan program bootloader sehingga tidak membutuhkan divais programmer terpisah. NUC120 dapat beroperasi dengan kecepatan CPU sampai 48MHz. Telah dilengkapi dengan Full Speed USB 2.0 Device Controller yang sangat fleksibel dan dapat dikonfigurasi untuk berbagai aplikasi berbasis USB.

Gambar 4. DT-ARM NUC120

Spesifikasi             :

1.       Berbasis NUC120RD2BN dengan Flash memory APROM sebesar 64 Kbyte, 8 Kbyte SRAM, 4 Kbyte Data Flash.

2.       Memiliki kemampuan IAP (In Applicaton Programming) dan ISP (In System Programming) melalui bootloader software pada LDROM.

3.       Tersedia jalur SWD (Serial Wire Debug) yang dapat digunakan untuk debugging serta programming.

4.       Dapat diprogram langsung melalui jalur USB.

5.       Mendukung Peripheral DMA mode.

6.       Memiliki 8 channel ADC dengan resolusi 12 bit.

7.       Memiliki 4 buah timer 32 bit.

8.       Memiliki fungsi Watchdog dan RTC.

9.       Dilengkapi dengan 4 buah hardware PWM dengan resolusi 16 bit.

10.    Memiliki masing-masing 2 kanal jalur komunikasi UART, SPI, dan I²C.

11.    Memiliki 1 channel I²C.

12.    Tersedia antarmuka USB dan UART RS-485.

13.    Terdapat sensor suhu built-in dengan range -40 - 125°C  dengan resolusi 1°C. Sensor ini memiliki gain -1.76mV/°C dan offset 720 mV pada suhu 0°C.

14.    Memiliki hingga 45 jalur GPIO yang masing-masing dapat dikonfigurasi pull-up/ pull-down resistor, repeater mode, input inverter, dan open-drain mode.

15.    Terdapat 22 MHz internal osilator.

16.    Frekuensi osilator eksternal sebesar 12 MHz dan fitur PLL sampai dengan 48 MHz.

17.    Frekuensi osilator eksternal sebesar 32.768 KHz yang dapat digunakan untuk fungsi RTC dan Low Power Mode.

18.    Tersedia rangkaian reset manual.

19.    Bekerja pada tegangan 3,3 – 5,5 V.

20.    Dilengkapi dengan regulator 3,3 V dan 5 V dengan arus maksimum 800 mA

21.    Tersedia pilihan catu daya input : catu daya eksternal 6,5 – 12 VDC (via regulator), catu daya eksternal 3,3 – 5,5 VDC (tanpa melalui regulator), atau menggunakan sumber catu daya dari jalur USB.

d.      Regulator 7805

 7805 mempunyai keluaran 5 volt dan 7812 memberikan 12 volt. Keluarga 78xx adalah regulator tegangan positif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran yang relatif positif terhadap ground bersama.

3. Perancangan Alat

a.  Diagram Alir

               

                Diagram alir diatas menjelaskan tentang sub rutin jalanya proyek lengan robot pemindah barang dengan pengendali joystick, jika tombol switch ditekan, joystick 1 dan 2 siap bekerja. Untuk joystick yang pertama arah X(vertikal) difungsikan untuk menggerakan ‘shoulder servo’ yang bergerak vertikal , arah Y (horisontal) difungsikan untuk menggerakan ‘base servo’ yang bergerak horisontal , sedangkan Z (knob) untuk membuka gripper.  Untuk joystick yang kedua arah X(vertikal) difungsikan untuk menggerakan ‘Elbow servo’ yang bergerak vertikal , arah Y (horisontal) difungsikan untuk menggerakan ‘Wrist servo’ yang bergerak vertikal , sedangkan Z (knob) untuk menutup gripper.

b. Digram Blok

               

               

                Dalam diagram blok lengan robot pemindah barang dengan joystick ini memiliki 2 input yaitu switch dan joystick yang kemudian diolah oleh mikrokontroler dan keluaranya berupa gerakan motor servo.

c.  Gambar Alat

               

Lengan robot ini memiliki pergerakan sebanyak 5 DOF (Degree Of Freedom). Lengan robot dapat bergerak kesegala arah dirancang agar mampu mengikuti gerak tangan manusia yang dapat menjangkau ke beberapa sudut dimensi. Sebagai kontrol lengan robot ini memerlukan 5 buah motor servo. Penggunaan motor servo sebagai alat penggerak memberikan hasil gerakan yang halus dan memliki sudut yang hampir sama dengan gerakan lengan manusia. Fungsi dari kelima motor servo tersebut diantaranya :

Base, Shoulder, Elbow, Wrist dan Grip. Jadi kita perlu lima pin Arduino yang dihubungkan ke masing masing servo.

4. Pengujian Alat

 Pada perancangan ‘Lengan Robot Pemindah Barang Dengan Pengendali Joystik’ ini, difungsikan sebagai sistem gerak yang berfungsi untuk memegang, mengambil, mengangkat, memindahkan objek dari satu posisi ke posisi yang lain.  Untuk melakukan pengambilan objek, lengan robot ini dilengkapi dengan griper (pemegang). Prinsip kerja gerak lengan robot ini menggunakan prinsip pengendalian dengan 2 buah modul joystick, dimana setiap joystick memiliki 3 arah pergerakan X,Y,Z.  Untuk joystick yang pertama arah X(vertikal) difungsikan untuk menggerakan ‘shoulder servo’ yang bergerak vertikal , arah Y (horisontal) difungsikan untuk menggerakan ‘base servo’ yang bergerak horisontal , sedangkan Z (knob) untuk membuka gripper.  Untuk joystick yang kedua arah X(vertikal) difungsikan untuk menggerakan ‘Elbow servo’ yang bergerak vertikal , arah Y (horisontal) difungsikan untuk menggerakan ‘Wrist servo’ yang bergerak vertikal , sedangkan Z (knob) untuk menutup gripper.

5. Kesimpulan

       Robot dapat bergerak mengikuti benda dengan baik untuk arah gerakan benda mendatar. Sedangkan untuk arah gerakan vertikal, robot masih belum dapat bergerak mengikuti gerakan benda dengan baik.

Lengan robot yang dikendalikan oleh joystick dapat mengikuti benda jika jarak benda kurang dari ±10 cm dan dapat mengankat benda yang mempunyai berat maksimal  400 gram.

                                                 

DAFTAR PUSTAKA

Bendersky, D.A,  J. M Santos, 2005. “Robot Formations as an Emergent Collective Task using Target-following Behavior”.

http://tornado.dia.fi.upm.es/caepia/numeros/21/bendersky.pdf

Craig, J.J., 1986, “Introduction to Robotics Mechanics and Control”, Addison Wesley Publishing Company, Singapore.

Manji, J.F., 2005. “Robots Facilitate High-speed Welding”

http://www.roboticsonline.com/public/articles/archivedetails.cfm?id=146

Nalwan, P.A., 2003, “Panduan Praktis Teknik Antarmuka dan Pemrograman Mikroontroler AT89C51”, PT Elex Media Komputindo. Jakarta. 

Nurdinsidiq, Muh., 2004, “Pengendalian Lengan Robot ROB3 Berbasis Mikrokontroler AT89C51 Menggunakan Tranduser Ultrasonik”, Tugas Akhir S1 Teknik Elektro UGM, Yogyakarta.

Nama penulis Dhudhik Arief Hadiyanto. Penulis dilahirkan di Semarang, 22 Juni 1994. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA di SMA N 4 SEMARANG. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.12.2.04.

                                                  

Nama penulis Rizky Wahyu Kurniawan. Penulis dilahirkan di Kudus, 06 Agustus 1994. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan SMA di SMA N 2 Kudus. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.12.2.17.

Nama penulis yusi kusuma arinda. Penulis dilahirkan di semarang, 6 juni 1994. Tahun 2012 penulis telah menyelesaikan pendidikan sma di smk n 4 semarang. Pada tahun 2012 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (d3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (d3) di kampus politeknik negeri semarang (polines) dengan NIM. 3.32.12.2.20.