Robot Line Follower

ROBOT LINE FOLLOWER

·         Latar belakang dibuatnya robot tesebut adalah seiring perkembangan teknologi yang semakin maju, teknologi robot merupakan alat yang dapat digunakan sebagai alat bantu manusia yang memiliki beberapa kelebihan. Kelebihan tersebut salah satunya adalah dapat digunakan pada tempat-tempat yang tidak memungkinkan atau berbahaya bagi manusia. Sebuah laboratorium riset kimia adalah contoh tempat yang kadang tidak memungkinkan manusia berada di tempat itu karena bahaya gas beracun atau radioaktif. Contoh lainnya yaitu pada industri pembuatan disk yang perlu beroperasi pada ruangan steril dan industri perakitan elektronik. Oleh karena itu dalam pelaksanaan kerjanya, diperlukan adanya batasan jarak antara manusia itu sendiri terhadap obyek yang akan dikerjakan. Robot line follower, adalah sebuah robot yang bisa bergerak mengikuti garis tebal berwarna hitam.

·         Tujuan dibuatnya robot tesebut awalnya adalah untuk ajang kompetisi untuk diperlombakan pada perlombaan atau kontes-kontes robot yang diselenggarakan oleh suatu pihak. Namun tidak menutup kemungkinan jika suatu hari nanti prinsip robot seperti ini dapat digunakan untuk kepentingan manusia atau membantu manusia.

·         Prinsip kerja dan cara kerja robot ini adalah memanfaatkan sifat cahaya yang akan dipantulkan jika mengenai benda berwarna terang dan akan diserap jika mengenai benda berwarna gelap. Sebagai sumber cahaya kita gunakan LED (Light Emiting Diode) yang akan memancarkan cahaya merah dan untuk menangkap pantulan cahaya LED kita gunakan photodiode. Jika sensor berada diatas garis hitam maka photodioda akan menerima sedikit sekali cahaya pantulan. Tetapi jika sensor berada diatas garis putih maka photodioda akan menerima banyak cahaya pantulan.

Sifat dari photodioda adalah jika semakin banyak cahaya yang diterima, maka nilai resistansi diodanya semakin kecil. Dengan melakukan sedikit modifikasi, maka besaran resistansi tersebut dapat diubah menjadi tegangan. Sehingga jika sensor berada diatas garis hitam, maka tegangan keluaran sensor akan kecil, demikian pula sebaliknya. Agar dapat dibaca oleh mikrokontroler, maka tegangan sensor harus disesuaikan dengan level tegangan TTL yaitu 0 – 1 volt untuk logika 0 dan 3 – 5 volt untuk logika 1. Pada robot line tracker, sedikitnya diperlukan 2 buah sensor proximity yang disusun agar keduanya berada tepat diatas garis hitam.

·         Sistem kendali yang digunakan adalah sistem kendali dengan prinsip loop tertutup. Berikut contoh skema dari sistem kendali yang digunakan.

·         Sensor yang digunakan adalah sensor proximity dimana Prinsip kerjanya memanfaatkan sifat cahaya yang akan dipantulkan jika mengenai benda berwarna terang dan akan diserap jika mengenai benda berwarna gelap.

·         Sistem penggerak yang digunakan adalah motor yang diberi daya dari baterei dan kemudian motor terhubung dengan roda. Prinsip kerja dari sistem penggerak yang digunakan adalah dimana Driver yang adalah rangkaian yang tersusun dari transistor yang digunakan untuk menggerakkan motor DC. Dimana komponen utamanya adalah transistor yang dipasang sesuai karakteristiknya.

Pada saat input A berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya transistor 1 dan 4 on karena basis terbias, sehingga motor berputar. Sehingga saat input A berlogika 1 maka input B akan berlogika 0, jadi transistor 2 dan 3 akan off.

Pada saat input B berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada rangkaian, akibatnya transistor 2 dan 3 on karena basis terbias, sehingga motor berputar tapi dengan arah yang berlawanan. Dengan salah satu contoh sistem penggeraknya adalah pada gambar berikut.

Konsep Denavit-Hartenberg dan Penggunaan DH Parameters

Manipulator mekanik terdiri dari sejumlah bagian tubuh yang dinamakan link dan joint.Joint digunakan untuk menghubungkan setiap link-link yang ada. Setiap joint mewakili satu derajat kebebasan. Untuk mendeskripsikan hubungan translasional dan rotasional antara link-linkyang berdekatan digunakanlah konsep Denavit dan Hartenberg sebagai sebuah metode matriks yang secara sistematis membangun sebuah sistem koordinat dari masing-masing link.

Berdasarkan Andreas Bischo et al(1999.p20-21) Dalam mencari sebuah transformasi dari sebuah ujung alat hingga basis dari sebuah manipulator, ditentukan frame dari link-link dan mendapatkan teknik yang sistematikal, yang dapat menjabarkan kinematika dari sebuah robot dengan n derajat kebebasan dalam cara yang unik.

Notasi ini mendeskripsikan parameter hubungan antara satu sendi/lengan dengan sendi/lengan yang lain, Guna memodelkan lengan robot berjenis articulated robot, digunakan notasi Denavit- Hartenberg. Notasi ini mendeskripsikan parameter hubungan antara satu sendi/lengan dengan sendi/lengan yang lain, terdiri dari 4 parameter (ai, αi, di, θi ). Notasi ini ditulis pada sistem koordinat XYZ. Gambar 1 menunjukkan notasi Denavit-Hartenberg yang digunakan dalam paper ini.

Gambar 1. Notasi Denavit-Hartenberg

ai = jarak dari Z i ke Z i+1 diukur sepanjang X i

αi = sudut antara Z i dan Z i+1 diukur seputar X i

di = jarak dari X i−1 ke X i diukur sepanjang Z i

θi = sudut antara X i−1 ke X i diukur seputar Z i

Dengan notasi tersebut, posisi sebuah sendi yang terdapat pada ujung akhir sebuah lengan dapat dihitung berdasarkan posisi sendi ujung awal lengan, sudut sendi, dan panjang lengan. Karena sebuah sendi menghubungkan antara sebuah lengan dengan lengan lainnya, maka posisiend effector, yang pada simulator ini dimodelkan dengan sebuah gripper, dapat ditentukan.

•       Denavit-Hartenberg (D-H) digunakan untuk menggambarkan hubungan link dari robot dimana link diasumsikan berbentuk benda tegar (rigid body)

•       Setiap link_i memiliki sebuah kerangka koordinat (KK_i).

•       Setiap KK ditentukan berdasarkan kaidah [K.S. Fu et.al] :

–      Arah sumbu Z_i berimpit dengan sumbu pergerakan dari joint i+1

–      Arah sumbu X_i

o  Sejajar Z_i-1 X Z_i (Cross product).

o  Apabila Z_i-1 dan Z_i paralel, maka arah sumbu X_i sejajar dengan garis tegak lurus bersama antara Z _i-1 dengan Z_i.

–      Sumbu Y_i-1 mengikuti aturan tangan kanan

–      Titik pusat KK_i     

o  Pada titik potong antara sumbu Z _i-1 dengan Z_i di sumbu Z_i

o  Titik potong  garis tegak lurus bersama antara Z _i-1 dengan Z_i

Perhatikan sumbu Z adalah sumbu Joint

•           Terdapat 4 parameter :

     LINK PARAMETER (Lokasi relatif   2 buah sumbu di dalam Ruang)

–      a_i (link length); Jarak dari titik potong antara sumbu Z_i-1 dengan sumbu X_i menuju titik pusat KK_i sepanjang sumbu X_i (atau jarak terpendek antara sumbu Z_i-1 dengan sumbu Z_i )

–      Jarak dari sumbu Z_i-1 ke sumbu  Z _i  sepanjang garis tegak lurus bersama (common perpendicular)

o  Common perpendicular adalah jarak terpendek dua buah garis dalam ruang.

o  Common perpendicular tidak selalu terletak di dalam link.

o  Jika sumbu Z_I-1 dan Sumbu Z_i berpotongan a_i = 0

o  Tidak didefinisikan untuk Joint Prismatic, a_i = 0

–      α_i (link twist); Sudut dari sumbu Z_i-1 menuju sumbu Z_i terhadap sumbu X_i(menggunakan aturan tangan kanan)

JOINT PARAMETER

–      d_i (link offset); Jarak dari titik pusat KK i-1 menuju ke titik potong antara sumbu Z_i-1dengan sumbu X_i sepanjang sumbu Z_i-1

o  Berupa variabel untuk untuk Prismatic joint

–       θ_i (joint angle); Sudut dari sumbu X_i-1 menuju sumbu X_i terhadap sumbu Z_i-1(menggunakan aturan tangan kanan)

  

•       Setelah parameter (a, a, d, q) setiap link telah ditentukan, persamaan matriks homogen dapat dibangun untuk membentuk hubungan antar KK terdekat (adjacent), atau  hubungan KK i  dengan KK i-1, dimana i menyatakan link ke i, yang pada prinsipnya adalah membuat agar kedua KK koordinat tersebut berimpit, yaitu melalui urutan operasi

–      Putar sebesar sudut q_i terhadap sumbu Z_i-1 agar sumbu X_i-1 dengan sumbu X_isejajar/paralel 

–      Translasikan sejauh d_i sepanjang sumbu Z _i-1 agar sumbu X _i dan sumbu X_i-1  berimpit (coincidence)

–      Translasikan sejauh a_i sepanjang sumbu X_i  agar kedua titik pusat berimpit

–      Putar sebesar sudut a_i terhadap sumbu X_i agar kedua KK berimpit

  

•       Untuk joint berputar a_i, a_i dan d_i adalah konstanta, q_i variabel memenuhi hubungan : ^i-1 A_i =  T_z,d T_z,q T_x,a T_x,a

•       Bentuk Inverse

•       Untuk joint prismatic a_i, a_i dan q_i adalah konstanta, d_i variabel memenuhi hubungan : ^i-1 A_i = T_z,q T_z,d T_x,a

•       Bentuk Inverse

•       Contoh Matrik Transformasi untuk Robot PUMA dimana semua jointnya berputar

Konfigurasi Robot

 

Struktur Umum Robot

No.	Jenis Robot	Sumbu 1	Sumbu 2	Sumbu 3	Total Rotasi
1 2 3 4 5	Cartesian Cylindrical Spherical SCARA Articulated	P R R R R	P P R R R	P P P P R	0 1 2 2

 Sumber: Endra Pituwarno, (2006)

 Catatan :  P=Prismatic joint yaitu pergeseran sepanjang sumbu tertentu 
           R= Revolute joint yaitu perputaran pada sumbu tertentu.





a. Robot Kartesian

Struktur Robot ini terdiri dari tiga sumbu linier (prismatic). Masing-masing sumbu dapat bergerak kearea sumbu x-y-z. Keuntungan robot ini adalah pengontrolan posisi yang mudah dan mempunyai struktur yang lebih kokoh.

 

Gambar 2.  Konfigurasi cartesian

Sumber : Pitowarno, (2006)

Pada Gambar 2 memperlihatkan manipulator berkonfigurasi cartesian dimana secara relatif adalah yang paling kokoh untuk tugas mengangkat beban yang berat. Struktur ini banyak dipakai secara permanen pada instalasi pabrik baik untuk mengangkat dan memindah barang-barang produksi maupun untuk mengangkat peralatan-peralatan berat pabrik ketika melakukan kegiatan instalasi.

b. Robot Silindris

Struktur dasar dari robot silindris adalah terdiri dari Horisontal Arm dan Vertical Arm yang dapat berputar pada basel landasannya (lihat gambar 3). Jika dibandingkan dengan robot kartesian, robot silindris mempunyai kecepatan gerak lebih tinggi dari end effectornya, tapi kecepatan tersebut tergantung momen inersia dari beban yang dibawanya.

Gambar 3.  Konfigurasi silinder

Sumber : Pitowarno, (2006)

      Konfigurasi silinder mempunyai kemampuan jangkauan berbentuk ruang silinder yang lebih baik, meskipun sudut ujung lengan terhadap garis penyangga tetap. Konfigurasi ini banyak diadopsi untuk sistem gantry atau crane karena strukturnya yang kokoh untuk tugas mengangkat beban.

c. Robot Spheris/Polar

Konfigurasi struktur robot ini mirip dengan sebuah tank dimana terdiri  atas Rotary Base, Elevated Pivot, dan Telescopic Arm (lihat gambar 4). Keuntungan dari robot jenis ini adalah fleksibilitas mekanik yang lebih baik.

Gambar 4.  Konfigurasi Polar

Sumber:  Pitowarno, (2006)

Pada Gambar 4  terlihat konfigurasi polar dimana badan dapat berputar ke kiri atau kanan. Sendi pada badan dapat mengangkat atau menurunkan pangkal lengan secara polar. Lengan ujung dapat digerakkan maju-mundur secara translasi

d. Robot SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm)

Robot Assembly bisa didesain menurut koordinat kartesian, silindris maupun spheris. Pada beberapa aplikasi hanya membutuhkan sumbu gerak vertikal, misalnya robot assembly yang memasang komponen pada  PCB. Robot ini mempunyai lengan dengan dua artikulasi, sedangkan wrist mempunyaigerakan linier dan rolling. Struktur robot assembly dapat dilihat pada gambar 5.

            Gambar 5. Struktur robot SCARASmb

er  Sumber: Endra Pituwarno, (2006)

jaya.ac.id(1995)

e. Robot Artikulasi / Konfigurasi Sendi Lengan

 Robot ini terdiri dari tiga lengan yang dihubungkan dengan dua Revolute Joint. Elbow Joint  menghubungkan Force Arm dengan Upper Arm. Shoulder Joint menghubungkan Upper Arm dengan Base. Struktur robot artikulasi ini dapat dilihat pada gambar 6 dibawah ini.

Gambar 6. Konfigurasi sendi-lengan

                                                       Sumber: Pitowarno, (2006)

Konfigurasi ini yang paling populer untuk melaksanakan fungsi layaknya pekerja pabrik seperti mengangkat barang, mengelas, memasang komponen mur dan baut, dan sebagainya. Struktur lengan-sendi cocok digunakan untuk menjangkau daerah kerja yang sempit dengan sudut jangkauan yang beragam.

(sumber : http://muhnabil.wordpress.com/2012/06/28/definisi-robot-dan-jenis-jenis-robot/)

Sistem kendali Sistem kendali dapat dikatakan sebagai hubungan antara komponen yang membentuk sebuah konfigurasi sistem, yang akan menghasilkan tanggapan sistem yang diharapkan. Jadi harus ada yang dikendalikan, yang merupakan suatu sistem fisis, yang biasa disebut dengan kendalian (plant).

System Kendali Loop Terbuka

Sistem kendali loop terbuka, keluarannya tidak mempengaruhi input, atau dengan kata lain system loop terbuka keluarannya tidak dapat digunakan sebagai perbandingan umpan balik dengan inputnya.

Gambar 1. Sistem Kendali Loop Terbuka

Adapun contoh dari sistem kendali loop terbuka yaitu :
1) Mesin cuci
2) Kipas angin, dll

Sistem Kendali Loop Tertutup

Sistem kendali loop terutup seringkali disebut sistem kendali umpan balik. Pada sistem kendali loop tertutup sinyal kesalahan yang bekerja yaitu perbedaan antara sinyal input dan sinyal umpan balik diinputkan ke kontroler sedemikian rupa untuk mengurangi kesalahan dan membawa keluar sistem kenilai yang diinginkan.
Pada umumnya sistem kendali loop tertutup tahan terhadap gangguan dari luar.

Gambar 2. Sistem Kendali Loop Tertutup

Adapun contoh dari sistem kendali loop tertutup yaitu :
1) AC
2) Kulkas, dll

Bagian / Elemen Sistem Kendali

Bagian dari sistem kendali terdiri dari minimal dua bagian utama yaitu:

1. Bagian Proses (Plant)

Dimana menurut kamus Merriam Webster mendefinisikan proses sebagai operasi atau perkembangan alamiah yang berlangsung secara kontinyu yang ditandai oleh suatu deretan perubahan kecil yang berurutan dengan cara yang relatif tetap dan menuju ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu; atau suatu operasi yang sengaja dibuat, berlangsung secara kontinyu, yang terdiri dari beberap aksi atau perubahan yang dikontrol, yang diarahkan secara sistematis menuju ke suatu hasil atau keadaan akhir tertentu. Sedangkan menurut Katsuhito Ogata Plant adalah seperangkat peralatan, mungkin hanya terdiri dari bebrapa bagian mesin yang bekerja bersama-sama, yang digunakan untuk melakukan suatu operasi tertentu. Dapat diambil kesimpulan bahwa pada bagian ini (proses/plant) merupakan peralatan, perangkat, atau proses yang menghasilkan luaran (output, hasil, produk, output sinyal) karena dikendalikan oleh bagian pengendali.

2. Bagian Pengendali (Controller)

Bagian pengedali (controller) adalah merupakan peralatan, perangkat, atau proses yang menghasilkan isyarat kendali (control signal) untuk mengendalikan kendalian.

Bantalan Luncur

Bantalan Luncur

Bantalan luncur adalah suatu elemen mesin yang berfungsi untuk menumpu poros berbeban, sehingga putaran atau gerakan bolak-baliknya dapat berlangsung dengan halus dan aman. Jenis bantalan ini mampu menumpu poros dengan beban besar. Atas dasar arah beban terhadap poros maka bantalan luncur dapat diklasifikasikan sebagai berikut :

1. Bantalan Radial atau disebut jurnal bearing, dimana arah beban yang  ditumpu bantalan adalah tegak lurus terhadap sumbu poros.
2. Bantalan aksial atau disebut trust bearing, yaitu arah beban yang ditumpu bantalan adalah sejajar dengan sumbu poros.
3. Bantalan luncur khusus adalah kombinasi dari bantalan radial dan bantalan aksial.

Karena gesekannya yang besar pada saat mulai jalan, maka bantalan luncur memerlukan momen awal yang besar. Pelumasan pada bantalan ini tidak begitu sederhana, karena gesekan yang besar akan menimbulkan panas pada bantalan, sehingga memerlukan pendinginan khusus.

Arah pelumasan ada dua, yaitu:
· Radial, yaitu arah pelumasan yang tegak lurus dengan sumbu poros.
· Aksial, yaitu arah pelumasan yang sejajar dengan sumbu poros.

Gesekan kental pada umumnya terjadi antara poros dengan bantalannya. Pada waktu poros berputar, sebagian minyak pelumas yang melekat pada permukaan poros ikut terbawa berputar. Apabila kemudian celah di bawah poros menyempit menjadi lebih kecil daripada celah tempat minyak pelumas memasuki ruang bantalan, minyak pelumas yang terbawa berputar itu akan mengalir mengisi hambatan. Akibatnya, sebagian minyak pelumas akan mengalir kembali menimbulkan tekanan hidrodinamik di dalam lapisan minyak. Tekanan ini cukup kuat untuk mengangkat poros hingga menyentuh permukaan bantalan.

Cara-cara pelumasan pada bantalan luncur :

· Pelumasan tangan.
Cara ini sesuai untuk beban ringan, kecepatan rendah atau kerja yang tidak terus-menerus. Kekurangannya bahwa aliran pelumas tidak selalu tetap atau pelumasan menjadi tidak teratur.

· Pelumasan tetes.
Dari sebuah wadah, minyak diteteskan dalam jumlah yang tetap dan teratur melalui sebuah katup jarum.

· Pelumasan sumbu.
Cara ini menggunakan sumbu yang dicelupkan dalam mangkok minyak sehingga minyak terisap oleh sumbu tersebut. Pelumasan ini dipakai seperti dalam hal pelumasan tetes.

· Pelumasan percik.
Dari suatu bak penampung, minyak dipercikkan. Cara ini dipergunakan untuk melumasi torak dan silinder motor bakar torak yang berputaran tinggi.

· Pelumasan cincin.
Pelumasan ini menggunakan cincin yang digantungkan pada poros sehingga akan berputar bersamaan dengan poros sambil mengangkat minyak dari bawah.

· Pelumasan pompa.
Di sini pompa digunakan untuk mengalirkan minyak ke dalam bantalan. Pelumasan pompa sesuai untuk keadaan kerja dengan kecepatan tinggi dan besar.

· Pelumasan gravitasi.
Dari sebuah tangki yang diletakkan di atas bantalan, minyak dialirkan oleh gaya beratnya. Cari ini dipakai untuk kecepatan sedang dan tinggi pada kecepatan keliling sebesar 10 – 15.

· Pelumasan celup.
Sebagian dari bantalan dicelupkan ke dalam minyak pelumas.

Percobaan Puntiran

- Puntiran adalah suatu pembebanan yang diberikan pada suatu benda sampai mengalami pergeseran.

Tujuan Percobaan :

1.      Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan puntiran

2.      Untuk mengetahui hubungan antara momen puntir dan penambahan sudut puntir

3.      Untuk mengetahui tegangan geser dan regangan geser yang terjadi pada material

4.      Untuk membandingkan kekuatan baja dan kuningan

5.      Untuk mengetahui aplikasi dari puntiran.

Prosedur  Percobaan :

1.Menyiapkan spesimen uji

2.Melonggarkan baut penjepit specimen yang ada pada kepala lepas dan kepala tetap

3.Melepaskan pengunci alur pada kepala lepas, supaya bisa digerakkan sesuai dengan panjang specimen

4.Memilih specimen yang akan dipasang pada penjepit

5.Memasang specimen pada kepala lepas dan kepala tetap kemudian menguncinya dengan menggunakan kunci L dan selanjutnya mengunci kepal lepas agar tidak bergerak pada saat pengujian

6.Lengan torsi dan semua alat ukur di seimbangkan ( pengukuran dimulai dari angka nol )

7.Pengujian dilakukan dengan menaikkan sudut  puntir sebesar 0,5⁰ sampai mencapai 5⁰ . setelah itu, sudut puntir dinaikkan sebesar 1⁰ sampai mencapai batas proporsional yang ditandai. “Jarum” torsimeter bergerak kearah yang berlawanan . ( mencatat besarnya torsi yang terjadi pada setiap perubahan kenaikan sudut punter pada tabel pengamatan yang disediakan)

8.Mengganti specimen uji dan lakukan pengujian sesuai dengan yang telah disebutkan diatas

9.Setelah semua specimen diuji, alat dan specimen uji harus dibersihkan dan dikembalikan keasisten yang bersangkutan

Momen Inersia

Momen inersia (Satuan SI : kg m²) adalah ukuran kelembaman suatu benda untuk berotasi terhadap porosnya. Besaran ini adalah analog rotasi daripada massa. Momen inersia berperan dalam dinamika rotasi seperti massa dalam dinamika dasar, dan menentukan hubungan antara momentum sudut dan kecepatan sudut, momen gaya dan percepatan sudut, dan beberapa besaran lain. Meskipun pembahasan skalar terhadap momen inersia, pembahasan menggunakan pendekatan tensor memungkinkan analisis sistem yang lebih rumit seperti gerakan giroskopik. Lambang I dan kadang-kadang juga J biasanya digunakan untuk merujuk kepada momen inersia.

Rumus umum momen inersia:

I = M R²

Dimana :

I = momen inersia

M= massa

R= jarak dengan sumbu rotasi

a.       Modulus Elastisitas
         Modulus elastic (modulus Young) adalah perbandingan antara regangan dan tegangan mampu balik (e). Pada regangan yang paling tinggi terjadi pergeseran tetapi ini tidak mampu balik pada saat regangan ditiadakan. Regangan ini disebut regangan plastic. Pada pemakaian produk kita selalu menghindarkan terjadinya deformasi plastik sehingga perhitungan desain ini dilandaskan pada tegangan-regangan di daerah plastic (propersional), regangan elastic yang merupakan satu-satunya gejala deformasi di bawah kekuatan luluh akan naik dengan naiknya tegangan sampai terjadi deformasi di bawah kekuatan luluh. Akan naik dengan naiknya tegangan sampai terjadi deformasi plastic. Regangan itu mampu balik, sedangkan regangan plastic tidak.