Disain dan Pengujian End-Effector Robot Pemanen Paprika (Capsicum Annum Var. Grossum)

SKRIPSI

DISAIN DAN PENGUJIAN END-EFFECTOR

ROBOT PEMANEN PAPRIKA (Capsicum annum var. grossum)

Oleh:

ICHSAN NURFITRA F14102093

2007

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DISAIN DAN PENGUJIAN END-EFFECTOR

ROBOT PEMANEN PAPRIKA (Capsicum annum var. grossum)

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh:

ICHSAN NURFITRA F14102093

2007

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

DISAIN DAN PENGUJIAN END-EFFECTOR

ROBOT PEMANEN PAPRIKA (Capsicum annum var. grossum)

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor Oleh :

ICHSAN NURFITRA F14102093

Dilahirkan di Tasikmalaya Pada tanggal : 20 Juni 1985 Tanggal lulus: Pebruari 2007

Disetujui,

Bogor, Pebruari 2007

Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr Dosen Pembimbing

Mengetahui,

Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian

Ichsan Nurfitra. F14102093. Disain dan Pengujian End-effector Robot Pemanen Paprika (Capsicum annum var. grossum). Di bawah bimbingan Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr.

RINGKASAN

Beberapa robot bioproduksi telah diciptakan dengan berbagai kemampuan yang berbeda, diantaranya robot pemanen tomat, robot pemanen mentimun, robot pemanen stroberi, robot penanam bunga potong, dan masih banyak yang lain. Salah satu jenis robot bioproduksi yang belum dikembangkan adalah robot pemanen buah paprika (Capsicum annum var. grossum). Budidaya tanaman paprika menghasilkan nilai jual yang tinggi dan keuntungan yang besar dari penjualannya. Dengan demikian penerapan robotik dalam produksi paprika sangat sesuai karena hasil yang diperoleh akan sebanding dengan biaya operasional penggunaan robot bioproduksi di dalamnya.

Tujuan umum dari penelitian ini adalah merancang end-effector robot pemanen paprika serta menguji kinerja dari end-effector tersebut untuk memanen paprika. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini yaitu menguji secara bersamaan kemampuan dari end-effector dalam menjangkau, memotong, serta menjepit tangkai buah paprika.

End-effector untuk memanen paprika ini didisain untuk mampu menjalankan beberapa fungsi, yakni: menjangkau target dengan tepat, dalam hal ini benda yang menjadi target dari end-effector ini adalah tangkai buahnya; memanen buah paprika dengan cara memotong sempurna pada bagian tangkai buahnya serta menjepit pada tangkai buah yang masih tersisa pada buah sehingga buah tidak terlepas atau jatuh ke tanah; menggenggam tangkai buah tanpa menyebabkan kerusakan pada tangkai buah ataupun melukai bagian permukaan atas buah; melepaskan buah paprika dari genggamannya dan kembali ke keadaan awal sebelum pemanenan sehingga siap untuk pemanenan berikutnya. Berdasarkan kriteria di atas maka end-effector robot pemanen paprika ini terdiri dari rangka, pemotong, grip atau penjepit, sistem penggerak, dan sistem kontrol.

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya: plat aluminium, pisau stainless steel, poros aluminium, ulir standar M6, ball bearing, gir, baud, mur, ring, spons, karet, motor DC, komponen elektronika, kertas karton, benang, jarum, serta tanaman paprika. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya: peralatan bengkel seperti tang, obeng, mesin bor, mesin bubut, gerinda, dan sebagainya; peralatan elektronika seperti solder, timah, dan lain-lain, serta peralatan tulis. Pengujian terhadap kinerja dari prototipe end-effector robot pemanen paprika ini terdiri atas uji ketepatan dalam menjangkau target, penjepitan atau penggenggaman , serta pemotongan, yang dilakukan beberapa kali dari sudut yang berbeda terhadap buah serta titik-titik tertentu dalam arah mendatar, dengan menggunakan tiga jenis kemiringan yakni 0o (datar), 10o, dan 20o.

Pembuatan prototipe end-effector robot pemanen paprika ini melalui beberapa proses pengerjaan mulai dari pemotongan, penghalusan dengan gerinda, dan pengeboran untuk membuat bagian-bagiannya. Setelah itu tiap-tiap bagian disatukan dengan menggunakan baud, mur, serta lem. Khusus untuk komponen elektronika dibuat di atas plat PCB dengan cara disolder yang kemudian diletakkan di sisi atas end-effector.

Pada pengujian end-effector dengan kemiringan 0o (datar), dari 35 kali percobaan untuk 15 jenis kondisi posisi buah, end-effector berhasil memotong dan menjepit sebanyak 21 kali (60 %), sedangkan 14 lainnya (40 %) gagal. Kegagalan ini antara lain dikarenakan sebanyak 4 kali (11 %) end-effector terhalang badan buah, 2 kali (6 %) dikarenakan tangkai buah yang terlalu pendek bagi end-effector, 5 kali (14 %) dikarenakan terganjal pisau end-effector itu sendiri, dan 3 kali (9 %) dikarenakan sasaran tidak terjangkau oleh end-effector.

Dari pengujian end-effector dengan kemiringan 10o didapatkan hasil yaitu sebanyak 30 kali (85 %) end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan, sedangkan sebanyak 5 kali (15 %) gagal. Sebanyak 1 kali (3 %) kegagalan dikarenakan end-effector terhalang badan buah, 1 kali (3 %) dikarenakan tangkai buah yang terlalu pendek, dan 3 kali (9 %) dikarenakan terganjal pisau end-effector sendiri.

Pada pengujian end-effector menggunakan kemiringan 20o, sebanyak 31 kali (89 %) end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan, sedangkan sisanya sebanyak 4 kali (11 %) gagal. Namun dalam pengujian ini kegagalan seluruhnya disebabkan oleh terganjalnya pisau end-effector.

Jumlah pengujian end-effector yang tidak berhasil mempertahankan buah agar tidak terjatuh sebelum 15 menit, terbanyak diperoleh untuk pengujian menggunakan kemiringan sebesar 0o dan 20o, yakni sama sebanyak 7 kali dari 21 pengujian yang berhasil untuk kemiringan 0o, dan dari 31 pengujian yang berhasil untuk kemiringan 20o. Sedangkan untuk pengujian menggunakan kemiringan 10o, jumlah pengujian yang tidak berhasil mencapai waktu 15 menit sebanyak 6 kali dari 30 pengujian yang berhasil.

Disain end-effector robot pemanen paprika serta pembuatan prototipenya telah berhasil dibuat. Hasil terbaik pengujian prototipe end-effector robot pemanen paprika dengan menggunakan tiga jenis kemiringan (0o, 10o, dan 20o) diperoleh dari pengujian dengan kemiringan 20o. Saran untuk penelitian ini yakni dilakukannya modifikasi dari prototipe yang sudah ada untuk menyempurnakan bentuk dan kinerja yang sudah ada, misalnya dengan penambahan sensor tertentu sehingga end-effector mampu mendeteksi keberadaan targetnya serta penambahan mekanisme yang dapat mengatur kemiringan end-effector.

RIWAYAT HIDUP

Ichsan Nurfitra dilahirkan di kota Tasikmalaya pada tanggal 20 Juni 1985. Penulis adalah anak ke-2 dari pasangan Bapak Budiatman Satiawihardja dan Ibu Iis Hosiyah.

Pada tahun 1996 penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Taman Pagelaran dan pendidikan menengah pertama di SLTPN 4 Bogor pada tahun 1999. Penulis melanjutkan pendidikan menengah atas di SMUN 1 Bogor hingga tahun 2001, lalu meneruskannya di Sekolah Indonesia Kuala Lumpur hingga tahun 2002. Pada tahun itu juga penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis mengambil sub program studi Teknik Biosistem pada tahun 2004.

Selama kuliah di IPB, penulis aktif dalam organisasi dan kepanitiaan intra kampus (himpunan profesi), antara lain menjadi pengurus Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) divisi Pengembangan Sumber Daya Manusia (PSDM) pada tahun 2004 dan menjabat sebagai ketua di divisi yang sama pada tahun 2005. Penulis juga pernah tergabung dalam Tim Robotik Departemen Teknik Pertanian IPB atau Agricultural Engineering Robotics Squad IPB (AERS IPB) dan mewakili IPB dalam tim “S-he Kill 2 Girl” pada KRCI 2006.

Selama menjadi mahasiswa, penulis menjabat asisten dosen pada mata kuliah Menggambar Teknik (2004 dan 2005), Motor Bakar dan Tenaga Pertanian (2005), serta Perbengkelan (2006). Pada tahun 2005 Penulis melakukan praktek lapang di PTPN VIII Unit Kebun Tambaksari, Subang, Jawa Barat dengan judul Aspek Energi pada Proses Produksi Teh Hitam CTC di PTPN VIII Tambaksari, Subang, Jawa Barat.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat, nikmat, dan karunia yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul “Disain dan Pengujian End-effector Robot Pemanen Paprika (Capsicum annum var. grossum)”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan S1 pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Adapun skripsi ini tidak akan dapat terselesaikan tanpa keterlibatan berbagai pihak yang telah memberikan bantuan kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan dan rasa terima kasih kepada:

1. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama kegiatan penelitian dan penyusunan skripsi ini.

2. Dr. Ir. Suroso, M.Agr selaku dosen penguji yang telah memberikan arahan dan saran dalam penyusunan skripsi ini.

3. Ir. Mad Yamin, MT selaku dosen penguji yang telah memberikan arahan dan saran dalam penyusunan skripsi ini.

4. Ibu, Bapak, Kakak, serta Adikku yang telah memberikan dukungan, baik moriil maupun materiil hingga terselesaikannya skripsi ini.

5. Projek Due-Like IPB Batch III tahun 2006 atas bantuan dananya.

6. Pak Parma, Pak Harto, Pak Yaden, serta Firman yang telah membantu penulis selama pelaksanaan penelitian.

7. Simplicity Band (Basuki, Windi, Gumilang) dan manajer (Delly) yang telah memberikan penyegaran (refreshing) lewat bermusik selama pelaksanaan penelitian.

8. Ergo crew yang telah manjadi tempat bernaung dan melepaskan kepenatan selama melaksanakan penelitian.

10.Tim Robotik AERS IPB yang telah memberikan ilmu serta pengalaman yang sangat berharga.

11.Pihak-pihak yang luput dari ingatan dan tidak dapat penulis sebutkan. Allah SWT akan selalu mengingat kebaikan hamba-Nya.

Penulis menyadari bahwasanya masih terdapat kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun dari para pembaca skripsi ini akan sangat membantu penulis untuk dapat berkarya dengan lebih baik di kemudian hari. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Bogor, Januari 2007

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

I. PENDAHULUAN ... 1

A. LATAR BELAKANG ... 1

B. TUJUAN ... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5

A. PAPRIKA ... 5

B. ROBOT BIOPRODUKSI ... 7

C. END-EFFECTOR ... 10

III. METODE PENELITIAN... 14

A. WAKTU DAN TEMPAT ... 14

B. BAHAN DAN ALAT ... 14

C. PEMBUATAN PROTOTIPE ... 15

D. PENGUJIAN PROTOTIPE ... 15

IV. PENDEKATAN DISAIN ... 20

A. KRITERIA DISAIN ... 20

B. DISAIN FUNGSIONAL ... 20

C. DISAIN STRUKTURAL ... 22

V. ANALISIS TEKNIK ... 30

A. PENGGENGGAMAN END-EFFECTOR ... 30

B. PEGAS PADA GRIP ... 33

VI. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 36

A. PEMBUATAN PROTOTIPE ... 36

B. PENGUJIAN PROTOTIPE ... 42

VII. KESIMPULAN DAN SARAN ... 49

A. KESIMPULAN ... 49

B. SARAN ... 49

DAFTAR PUSTAKA ... 50

SKRIPSI

DISAIN DAN PENGUJIAN END-EFFECTOR

ROBOT PEMANEN PAPRIKA (Capsicum annum var. grossum)

Oleh:

ICHSAN NURFITRA F14102093

2007

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

DISAIN DAN PENGUJIAN END-EFFECTOR

ROBOT PEMANEN PAPRIKA (Capsicum annum var. grossum)

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor

Oleh:

ICHSAN NURFITRA F14102093

2007

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN INSTITUT PERTANIAN BOGOR

INSTITUT PERTANIAN BOGOR FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

DISAIN DAN PENGUJIAN END-EFFECTOR

ROBOT PEMANEN PAPRIKA (Capsicum annum var. grossum)

SKRIPSI

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN

Pada Departemen Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian

Institut Pertanian Bogor Oleh :

ICHSAN NURFITRA F14102093

Dilahirkan di Tasikmalaya Pada tanggal : 20 Juni 1985 Tanggal lulus: Pebruari 2007

Disetujui,

Bogor, Pebruari 2007

Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr Dosen Pembimbing

Mengetahui,

Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS Ketua Departemen Teknik Pertanian

Ichsan Nurfitra. F14102093. Disain dan Pengujian End-effector Robot Pemanen Paprika (Capsicum annum var. grossum). Di bawah bimbingan Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr.

RINGKASAN

Beberapa robot bioproduksi telah diciptakan dengan berbagai kemampuan yang berbeda, diantaranya robot pemanen tomat, robot pemanen mentimun, robot pemanen stroberi, robot penanam bunga potong, dan masih banyak yang lain. Salah satu jenis robot bioproduksi yang belum dikembangkan adalah robot pemanen buah paprika (Capsicum annum var. grossum). Budidaya tanaman paprika menghasilkan nilai jual yang tinggi dan keuntungan yang besar dari penjualannya. Dengan demikian penerapan robotik dalam produksi paprika sangat sesuai karena hasil yang diperoleh akan sebanding dengan biaya operasional penggunaan robot bioproduksi di dalamnya.

Tujuan umum dari penelitian ini adalah merancang end-effector robot pemanen paprika serta menguji kinerja dari end-effector tersebut untuk memanen paprika. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini yaitu menguji secara bersamaan kemampuan dari end-effector dalam menjangkau, memotong, serta menjepit tangkai buah paprika.

End-effector untuk memanen paprika ini didisain untuk mampu menjalankan beberapa fungsi, yakni: menjangkau target dengan tepat, dalam hal ini benda yang menjadi target dari end-effector ini adalah tangkai buahnya; memanen buah paprika dengan cara memotong sempurna pada bagian tangkai buahnya serta menjepit pada tangkai buah yang masih tersisa pada buah sehingga buah tidak terlepas atau jatuh ke tanah; menggenggam tangkai buah tanpa menyebabkan kerusakan pada tangkai buah ataupun melukai bagian permukaan atas buah; melepaskan buah paprika dari genggamannya dan kembali ke keadaan awal sebelum pemanenan sehingga siap untuk pemanenan berikutnya. Berdasarkan kriteria di atas maka end-effector robot pemanen paprika ini terdiri dari rangka, pemotong, grip atau penjepit, sistem penggerak, dan sistem kontrol.

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya: plat aluminium, pisau stainless steel, poros aluminium, ulir standar M6, ball bearing, gir, baud, mur, ring, spons, karet, motor DC, komponen elektronika, kertas karton, benang, jarum, serta tanaman paprika. Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya: peralatan bengkel seperti tang, obeng, mesin bor, mesin bubut, gerinda, dan sebagainya; peralatan elektronika seperti solder, timah, dan lain-lain, serta peralatan tulis. Pengujian terhadap kinerja dari prototipe end-effector robot pemanen paprika ini terdiri atas uji ketepatan dalam menjangkau target, penjepitan atau penggenggaman , serta pemotongan, yang dilakukan beberapa kali dari sudut yang berbeda terhadap buah serta titik-titik tertentu dalam arah mendatar, dengan menggunakan tiga jenis kemiringan yakni 0o (datar), 10o, dan 20o.

Pembuatan prototipe end-effector robot pemanen paprika ini melalui beberapa proses pengerjaan mulai dari pemotongan, penghalusan dengan gerinda, dan pengeboran untuk membuat bagian-bagiannya. Setelah itu tiap-tiap bagian disatukan dengan menggunakan baud, mur, serta lem. Khusus untuk komponen elektronika dibuat di atas plat PCB dengan cara disolder yang kemudian diletakkan di sisi atas end-effector.

Pada pengujian end-effector dengan kemiringan 0o (datar), dari 35 kali percobaan untuk 15 jenis kondisi posisi buah, end-effector berhasil memotong dan menjepit sebanyak 21 kali (60 %), sedangkan 14 lainnya (40 %) gagal. Kegagalan ini antara lain dikarenakan sebanyak 4 kali (11 %) end-effector terhalang badan buah, 2 kali (6 %) dikarenakan tangkai buah yang terlalu pendek bagi end-effector, 5 kali (14 %) dikarenakan terganjal pisau end-effector itu sendiri, dan 3 kali (9 %) dikarenakan sasaran tidak terjangkau oleh end-effector.

Dari pengujian end-effector dengan kemiringan 10o didapatkan hasil yaitu sebanyak 30 kali (85 %) end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan, sedangkan sebanyak 5 kali (15 %) gagal. Sebanyak 1 kali (3 %) kegagalan dikarenakan end-effector terhalang badan buah, 1 kali (3 %) dikarenakan tangkai buah yang terlalu pendek, dan 3 kali (9 %) dikarenakan terganjal pisau end-effector sendiri.

Pada pengujian end-effector menggunakan kemiringan 20o, sebanyak 31 kali (89 %) end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan, sedangkan sisanya sebanyak 4 kali (11 %) gagal. Namun dalam pengujian ini kegagalan seluruhnya disebabkan oleh terganjalnya pisau end-effector.

Jumlah pengujian end-effector yang tidak berhasil mempertahankan buah agar tidak terjatuh sebelum 15 menit, terbanyak diperoleh untuk pengujian menggunakan kemiringan sebesar 0o dan 20o, yakni sama sebanyak 7 kali dari 21 pengujian yang berhasil untuk kemiringan 0o, dan dari 31 pengujian yang berhasil untuk kemiringan 20o. Sedangkan untuk pengujian menggunakan kemiringan 10o, jumlah pengujian yang tidak berhasil mencapai waktu 15 menit sebanyak 6 kali dari 30 pengujian yang berhasil.

Disain end-effector robot pemanen paprika serta pembuatan prototipenya telah berhasil dibuat. Hasil terbaik pengujian prototipe end-effector robot pemanen paprika dengan menggunakan tiga jenis kemiringan (0o, 10o, dan 20o) diperoleh dari pengujian dengan kemiringan 20o. Saran untuk penelitian ini yakni dilakukannya modifikasi dari prototipe yang sudah ada untuk menyempurnakan bentuk dan kinerja yang sudah ada, misalnya dengan penambahan sensor tertentu sehingga end-effector mampu mendeteksi keberadaan targetnya serta penambahan mekanisme yang dapat mengatur kemiringan end-effector.

RIWAYAT HIDUP

Ichsan Nurfitra dilahirkan di kota Tasikmalaya pada tanggal 20 Juni 1985. Penulis adalah anak ke-2 dari pasangan Bapak Budiatman Satiawihardja dan Ibu Iis Hosiyah.

Pada tahun 1996 penulis menyelesaikan pendidikan dasar di SDN Taman Pagelaran dan pendidikan menengah pertama di SLTPN 4 Bogor pada tahun 1999. Penulis melanjutkan pendidikan menengah atas di SMUN 1 Bogor hingga tahun 2001, lalu meneruskannya di Sekolah Indonesia Kuala Lumpur hingga tahun 2002. Pada tahun itu juga penulis diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian. Penulis mengambil sub program studi Teknik Biosistem pada tahun 2004.

Selama kuliah di IPB, penulis aktif dalam organisasi dan kepanitiaan intra kampus (himpunan profesi), antara lain menjadi pengurus Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian (HIMATETA) divisi Pengembangan Sumber Daya Manusia (PSDM) pada tahun 2004 dan menjabat sebagai ketua di divisi yang sama pada tahun 2005. Penulis juga pernah tergabung dalam Tim Robotik Departemen Teknik Pertanian IPB atau Agricultural Engineering Robotics Squad IPB (AERS IPB) dan mewakili IPB dalam tim “S-he Kill 2 Girl” pada KRCI 2006.

Selama menjadi mahasiswa, penulis menjabat asisten dosen pada mata kuliah Menggambar Teknik (2004 dan 2005), Motor Bakar dan Tenaga Pertanian (2005), serta Perbengkelan (2006). Pada tahun 2005 Penulis melakukan praktek lapang di PTPN VIII Unit Kebun Tambaksari, Subang, Jawa Barat dengan judul Aspek Energi pada Proses Produksi Teh Hitam CTC di PTPN VIII Tambaksari, Subang, Jawa Barat.

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, segala puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat, nikmat, dan karunia yang telah diberikan-Nya kepada penulis, sehingga penulis mampu menyelesaikan skripsi yang berjudul “Disain dan Pengujian End-effector Robot Pemanen Paprika (Capsicum annum var. grossum)”. Skripsi ini merupakan salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan S1 pada Departemen Teknik Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

Adapun skripsi ini tidak akan dapat terselesaikan tanpa keterlibatan berbagai pihak yang telah memberikan bantuan kepada penulis selama penyusunan skripsi ini. Untuk itu penulis ingin menyampaikan ucapan dan rasa terima kasih kepada:

1. Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama kegiatan penelitian dan penyusunan skripsi ini.

2. Dr. Ir. Suroso, M.Agr selaku dosen penguji yang telah memberikan arahan dan saran dalam penyusunan skripsi ini.

3. Ir. Mad Yamin, MT selaku dosen penguji yang telah memberikan arahan dan saran dalam penyusunan skripsi ini.

4. Ibu, Bapak, Kakak, serta Adikku yang telah memberikan dukungan, baik moriil maupun materiil hingga terselesaikannya skripsi ini.

5. Projek Due-Like IPB Batch III tahun 2006 atas bantuan dananya.

6. Pak Parma, Pak Harto, Pak Yaden, serta Firman yang telah membantu penulis selama pelaksanaan penelitian.

7. Simplicity Band (Basuki, Windi, Gumilang) dan manajer (Delly) yang telah memberikan penyegaran (refreshing) lewat bermusik selama pelaksanaan penelitian.

8. Ergo crew yang telah manjadi tempat bernaung dan melepaskan kepenatan selama melaksanakan penelitian.

10.Tim Robotik AERS IPB yang telah memberikan ilmu serta pengalaman yang sangat berharga.

11.Pihak-pihak yang luput dari ingatan dan tidak dapat penulis sebutkan. Allah SWT akan selalu mengingat kebaikan hamba-Nya.

Penulis menyadari bahwasanya masih terdapat kekurangan dalam penyusunan skripsi ini. Oleh karena itu, saran dan kritik yang membangun dari para pembaca skripsi ini akan sangat membantu penulis untuk dapat berkarya dengan lebih baik di kemudian hari. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak.

Bogor, Januari 2007

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR TABEL ... v

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

I. PENDAHULUAN ... 1

A. LATAR BELAKANG ... 1

B. TUJUAN ... 4

II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5

A. PAPRIKA ... 5

B. ROBOT BIOPRODUKSI ... 7

C. END-EFFECTOR ... 10

III. METODE PENELITIAN... 14

A. WAKTU DAN TEMPAT ... 14

B. BAHAN DAN ALAT ... 14

C. PEMBUATAN PROTOTIPE ... 15

D. PENGUJIAN PROTOTIPE ... 15

IV. PENDEKATAN DISAIN ... 20

A. KRITERIA DISAIN ... 20

B. DISAIN FUNGSIONAL ... 20

C. DISAIN STRUKTURAL ... 22

V. ANALISIS TEKNIK ... 30

A. PENGGENGGAMAN END-EFFECTOR ... 30

B. PEGAS PADA GRIP ... 33

VI. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 36

A. PEMBUATAN PROTOTIPE ... 36

B. PENGUJIAN PROTOTIPE ... 42

VII. KESIMPULAN DAN SARAN ... 49

A. KESIMPULAN ... 49

B. SARAN ... 49

DAFTAR PUSTAKA ... 50

DAFTAR TABEL

Halaman Tabel 1. Ekspor paprika Indonesia ke Taiwan ... 2 Tabel 2. Perkembangan usaha pertanian paprika di Kabupaten Bandung

selama kurun waktu 5 tahun ... 2 Tabel 3. Perkembangan harga paprika tahun 2000-2005 ... 3 Tabel 4. Komponen end-effector beserta bahan penyusunnya ... 48

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 1. Tipe buah paprika ... 5 Gambar 2. Tiga paprika yang umum dijumpai di pasaran ... 6 Gambar 3. Budidaya tanaman paprika dalam greenhouse ... 6 Gambar 4. Bagian dari robot untuk kultur jaringan bunga Krisan: (a) Bagian

pemotong; (b) Bagian penanam ... 7 Gambar 5. Robot untuk kultur jaringan bunga Krisan ... 8 Gambar 6. Robot pemanen tomat dan tomat cherry ... 8 Gambar 7. Robot pemanen stroberi ... 9 Gambar 8. Robot pemanen anggur ... 9 Gambar 9. Robot pemanen mentimun ... 10 Gambar 10. Sketsa end-effector robot pemanen jeruk summer ... 11 Gambar 11. End-effector robot pemanen tomat dan tomat cherry: (a) Untuk

tomat besar; (b) Untuk tomat cherry ... 12 Gambar 12. Sketsa end-effector robot pemanen stroberi ... 12 Gambar 13. Sketsa end-effector robot pemanen mentimun ... 13 Gambar 14. Sketsa end-effector robot pemanen cabai merah ... 13 Gambar 15. Posisi horisontal pengujian prototipe end-effector robot

pemanen paprika ... 16 Gambar 16. Posisi vertikal pengujian prototipe end-effector robot pemanen

Paprika ... 16 Gambar 17. Jarak antar baris tanaman dan jarak antar tanaman pada satu

bedengan dalam greenhouse (Prihmantoro dan Indriani, 2003) . 17 Gambar 18. Penempatan posisi buah saat pengujian ... 18 Gambar 19. Diagram alir untuk satu kali proses pengujian kinerja prototipe

end-effector robot pemanen paprika ... 19 Gambar 20. End-effector robot pemanen paprika ... 22 Gambar 21. Rangka dan bagian-bagiannya ... 23 Gambar 22. Pemotong pada rangka dan bagian-bagiannya ... 24 Gambar 23. Grip pada rangka beserta bagian-bagiannya ... 24

Gambar 24. Dasar perencanaan ketebalan ujung end-effector ... 25 Gambar 25. Sistem penggerak pada rangka beserta bagian-bagiannya ... 26 Gambar 26. Motor DC ... 27 Gambar 27. Sistem kendali pada rangka beserta bagian-bagiannya ... 27 Gambar 28. Rangkaian pengendali motor DC dua arah ... 28 Gambar 29. Rangkaian pengendali putaran motor ... 29 Gambar 30. Skema analisis torsi dan gaya dorong ulir ... 32 Gambar 31. End-effector robot pemanen paprika yang telah dibuat dan

bagian-bagiannya ... 36 Gambar 32. Bentuk akhir rangka ... 37 Gambar 33. Pemotong: (a) Sebelum disatukan dengan rangka; (b) Setelah

disatukan dengan rangka ... 37 Gambar 34. Bentuk akhir batang grip ... 38 Gambar 35. Grip yang telah digabungkan dengan rangka, pemotong, rel,

dan ulir ... 39 Gambar 36. Poros penghubung poros motor dengan gir ... 40 Gambar 37. Sistem penggerak yang telah digabung bersama rangka,

pemotong, dan grip ... 41 Gambar 38. Rangkain elektronika pengendali perputaran motor ... 41 Gambar 39. Proses pengujian end-effector robot pemanen paprika ... 42 Gambar 40. Beberapa penyebab kegagalan saat pemanenan: (a) Badan buah

membumbung; (b) Tangkai buah terlalu pendek; (c) Pisau yang mengganjal ... 43 Gambar 41. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 0o ... 44 Gambar 42. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 10o ... 44 Gambar 43. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 20o ... 45 Gambar 44. Grafik hubungan antara bobot buah paprika terhadap lamanya

buah tidak terjatuh ... 46 Gambar 45. Grafik hubungan antara diameter tangkai buah paprika terhadap

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman Lampiran 1. Data hasil pengukuran kekerasan tangkai buah paprika ... 52 Lampiran 2. Dokumentasi pengujian end-effector robot pemanen paprika ... 53 Lampiran 3. Bentuk paprika hasil pemanenan menggunakan end-effector ... 54 Lampiran 4. Data pengujian end-effector dengan kemiringan 0o ... 55 Lampiran 5. Data pengujian end-effector dengan kemiringan 10o ... 57 Lampiran 6. Data pengujian end-effector dengan kemiringan 20o ... 59 Lampiran 7. Gambar isometri end-effector robot pemanen paprika ... 61 Lampiran 8. Gambar orthogonal end-effector robot pemanen paprika ... 62

I. PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Robotik merupakan salah satu teknologi dalam bidang mekatronika yang telah cukup lama dikenal. Robotik adalah ilmu yang mempelajari rancang bangun suatu mesin yang bekerja secara otomatis yang disebut dengan robot, yang mampu melakukan suatu pekerjaan yang biasa dilakukan oleh manusia secara monoton maupun berulang tanpa mangalami kelelahan, serta memiliki tingkat akurasi tinggi dalam melakukan pekerjaannya. Dengan demikian teknologi robotik ini pun menjalar ke bidang-bidang lainnya termasuk bidang pertanian, yang melahirkan penggunaan robot bioproduksi.

Beberapa alasan mengapa robot bioproduksi perlu dikembangkan diantaranya adalah (Kondo dan Ting, 1998):

1. Meskipun banyak pekerjaan dalam bidang pertanian telah termekanisasi, akan tetapi masih banyak tugas yang riskan, berat, serta monoton sehingga tidak layak bagi manusia, namun memerlukan kecerdasan manusia untuk dapat menjalankannya.

2. Ketersediaan tenaga kerja bidang pertanian semakin menurun di berbagai negara.

3. Penurunan jumlah tenaga kerja bidang pertanian meningkatkan upah kerja untuk produksi yang berkesinambungan.

4. Permintaan pasar mengenai mutu produk menjadi faktor yang sangat penting dalam bioproduksi.

Beberapa robot bioproduksi telah diciptakan dengan berbagai kemampuan yang berbeda, diantaranya robot pemanen tomat, robot pemanen mentimun, robot pemanen stroberi, robot penanam bunga potong, dan masih banyak yang lain. Penelitian dan pengembangan di beberapa perguran tinggi dan lembaga penelitian baik di dalam maupun luar negeri terus dilakukan untuk menghasilkan robot-robot bioproduksi lainnya sesuai dengan bidang pekerjaan yang diinginkan. Salah satu jenis robot bioproduksi yang belum dikembangkan adalah robot pemanen buah paprika (Capsicum annum var. grossum).

Paprika merupakan komoditas pertanian yang diekspor dan dikonsumsi oleh hampir semua kalangan masyarakat termasuk di Indonesia. Ekspor paprika Indonesia telah mencapai beberapa negara seperti Taiwan dan Singapura. Pada tahun 2003 hingga pertengahan Agustus ekspor paprika ke Taiwan mencapai Rp 1.5 milyar dengan volume ekspor sebanyak 155 995 kg (www.tempointeraktif.com, 2003). Pada Tabel 1 berikut disajikan data ekspor paprika Indonesia ke Taiwan.

Tabel 1. Ekspor paprika Indonesia ke Taiwan

Tahun Volume (kg) Nilai (milyar Rp)

2001 105 124 0.97

2002 190 055 1.78

2003* 155 955 1.50

Keterangan: *sampai bulan Agustus Sumber: www.tempointeraktif.com

Data produksi paprika secara nasional belum tersedia. Namun ada kecenderungan penurunan produksi di beberapa wilayah di Indonesia. Berdasarkan informasi dari www.bi.go.id (2006), untuk Kabupaten Bandung, luas areal tanam dan produksi paprika dari tahun 2000 sampai 2004 mengalami penurunan dari 24.3 Ha dengan produksi 1200 ton menjadi 17.8 Ha dengan produksi 890 ton (Tabel 2). Penurunan ini disebabkan banyaknya pengusaha paprika yang beralih usaha ke sektor lain yang kini sedang berkembang seperti bidang makanan dan minuman.

Tabel 2. Perkembangan usaha pertanian paprika di Kabupaten Bandung selama kurun waktu 5 tahun

Tahun Luas areal tanam (Ha) Luas panen (Ha) Produksi (ton)

2000 24.3 24.3 1200

2001 24.3 24.3 1200

2002 21.0 21.0 1050

2003 20.0 20.0 1050

2004 17.8 17.8 890

Sumber: ASPERIKA dalam www.bi.go.id

Budidaya tanaman paprika menghasilkan nilai jual yang tinggi dan keuntungan yang besar dari penjualannya. Hal ini dapat dilihat dari kecenderungan peningkatan harga paprika tiap tahunnya (Tabel 3). Dengan demikian penerapan robotik dalam produksi paprika cukup sesuai karena nilai jual paprika yang relatif stabil sehingga penggunaan robot bioproduksi dirasa cukup memadai.

Tabel 3. Perkembangan harga paprika tahun 2000-2005 Harga (Rp/kg)

Jenis

Paprika 2000 2001 2002 2003 2004 2005

Hijau 5000-6000 6000-7000 6000-8000 7000-8000 7000-8000 7500- 10 000 Kuning

7000-8000 8000-9000 8000-9000 9000- 10 000 8000- 11 000 8000- 12 000 Merah

8000-9000 9000- 10 000 9000- 10 000 10 000- 11 000 11 000- 12 000 9000- 13 000 Sumber: ASPERIKA dalam www.bi.go.id

Oleh karena itu, dari beberapa pertimbangan di atas maka diperlukan juga partisipasi dalam pengembangan robot bioproduksi di Indonesia. Melalui penelitian disain dan pengujian end-effector robot pemanen paprika ini diharapkan mampu memberikan kontribusi dalam pengembangan teknologi robotik khususnya di Indonesia.

B. TUJUAN

Tujuan umum dari penelitian ini adalah merancang end-effector robot pemanen paprika serta menguji kinerja dari end-effector tersebut untuk memanen paprika. Sedangkan tujuan khusus dari penelitian ini yaitu menguji secara bersamaan kemampuan dari end-effector dalam menjangkau, memotong, serta menjepit tangkai buah paprika.

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. PAPRIKA

Tanaman paprika termasuk ke dalam famili Solanaceae karena mempunyai bentuk bunga seperti terompet. Berbeda dengan tanaman cabai lainnya seperti cabai besar, cabai keriting, atau cabai rawit, tanaman paprika tumbuh lebih kompak dan rimbun. Daun umumnya berukuran lebih besar dan berwarna hijau gelap. Bentuk buah paprika mirip cabai besar atau tomat, tetapi lebih bulat, pendek, dan tampak seperti genta dengan permukaan bergelombang besar atau bersegi-segi yang jelas (Prihmantoro dan Indriani, 2003).

Dilihat dari bentuknya ada 7 macam bentuk buah paprika (Gambar 1). Dari ketujuh bentuk tersebut, lima diantaranya mempunyai bentuk umum buah paprika, seperti genta atau bel. Dua bentuk lainnya seperti cabai besar yaitu panjang dengan ujung langsing (Prihmantoro dan Indriani, 2003).

Gambar 1. Tipe buah paprika.

Berdasarkan warnanya, ada 3 warna paprika yang umum dijumpai, yaitu, hijau, merah, dan kuning (Gambar 2). Sebenarnya ada juga paprika ungu, tetapi parika ini kurang dikenal di Indonesia (Prihmantoro dan Indriani, 2003).

Gambar 2. Tiga paprika yang umum dijumpai di pasaran.

Tanaman paprika memiliki ketinggian antara 60 – 70 cm. Ukuran buah tiap jenis bervariasi dalam hal panjang dan diameter. Panjang buah terkecil sebesar 9 cm, dimiliki oleh varietas Beauty Bell, dan panjang terbesar dapat mencapai 18 cm yang dimiliki oleh varietas Jumbo Sweet. Diameter paprika dari semua varietas yang ada berkisar antara 3.7 – 11 cm. Bobot buahnya pun bervariasi antara 30 – 200 gram (Prihmantoro dan Indriani, 2003).

Tanaman paprika dapat dibudidayakan pada lahan terbuka maupun di dalam greenhouse. Gambar 3 menunjukkan budidaya tanaman paprika dalam greenhouse.

B. ROBOT BIOPRODUKSI

Definisi untuk robot bioproduksi, bagaimanapun, belumlah jelas di kalangan professional yang berhubungan dengan bidang ini. Dengan demikian pengertian mengenai apa yang dimaksud dengan robot bioproduksi masih menjadi subjek diskusi (Kondo dan Ting, 1998).

Monta et al. (1995) telah berhasil menciptakan robot bioproduksi untuk kultur jaringan bunga krisan. Robot ini terdiri dari dua bagian, yaitu bagian pertama yang berfungsi memotong daun dari tray kultur jaringan (Gambar 4 (a)), dan bagian kedua yang terdiri manipulator lengkap dengan kamera dan end-effector untuk menyeleksi daun yang baik dan mananam kembali daun baik yang diinginkan atau digunakan sebagai transplan (Gambar 4 (b)). Sistem robot ini dapat dilihat pada Gambar 5.

(a)

(b)

Gambar 4. Bagian dari robot untuk kegiatan kultur jaringan bunga Krisan: (a) Bagian pemotong; (b) Bagian penanam.

Gambar 5. Robot untuk kultur jaringan bunga Krisan.

Gambar 6 menunjukkan robot pemanen tomat dan tomat cherry. Robot ini terdiri dari 4 komponen: manipulator, end-effector, sensor visual, dan travelling device. Manipulator dengan tujuh derajat bebas atau DOF (Degree of Freedom) digunakan untuk memanen tomat dengan ukuran lebih besar dan tomat cherry. Manipulator ini mempunyai manipulatability tinggi ketika menemui rintangan dalam pemanenan. Panjang dari lengan atas dan lengan depan masing-masing 250 mm dan 200 mm, sedangkan panjang langkah dari prismatic joint-nya adalah 200 mm pada arah horisontal dan 300 mm pada arah vertikal (Kondo et al.,1993).

Satou et al. (1996) telah menciptakan robot pemanen stroberi untuk pembudidayaan dalam greenhouse. Robot ini dapat dilihat pada Gambar 7.

Gambar 7. Robot pemanen stroberi.

Pada Gambar 8 dapat dilihat bentuk dari robot pemanen anggur. Robot ini memiliki manipulator koordinat polar dengan lima derajat bebas. Ujung bebas dari manipulator ini dapat digerakkan pada bidang horisontal di bawah kisi-kisi di mana buah anggur menggantung dengan kecepatan konstan di bawah pengendalian CP control. Panjang lengan robot ini 1.6 m, dan panjang langkahnya 1 m. Massa robot ini mencapai 200 kg dan travelling device tipe crawler digunakan untuk perpindahan robot (Kondo, 1995).

Gambar 9 menunjukkan robot pemanen mentimun. Manipulator yang digunakan adalah articulate manipulator dengan 6 derajat bebas dengan kemampuan untuk bekerja pada terali yang dibuat menanjak khusus untuk tujuan pemanenan menggunakan robot. Robot ini menggunakan kamera TV monochrome dengan penyaring bauran panjang gelombang 850 nm, yang digunakan untuk mengenal buah dari pantulan spektral (Kondo et al, 1994).

Gambar 9. Robot pemanen mentimun.

C. END-EFFECTOR

End-effector adalah sebuah piranti (device) yang terpasang pada pergelangan lengan robot dan memungkinkan robot multiguna melakukan tugas spesifik (Groover et al., 1986). End-effector kadangkala disebut sebagai tangan robotik, karena memainkan peranan yang serupa dengan tangan manusia pada ujung manipulator. Namun mekanismenya sangat berbeda dengan tangan manusia, sehingga tidak selalu dapat disebut tangan. Berkaitan dengan penelitian pada robot bioproduksi, objek yang ditangani oleh end-effector sangat beragam, seperti buah, benih, bibit, daun, ranting, bahan kimia, hewan, dan sebagainya (Kondo, 1998).

Fujiura et al. (1990) dalam Kondo et al. (1998) mendisain end-effector untuk memanen jeruk summer yang menggunakan sistem gunting. Sketsa disain end-effector ini dapat dilihat pada Gambar 10.

Gambar 10. Sketsa end-effector robot pemanen jeruk summer.

End-effector untuk memanen tomat (Gambar 11 (a)) dan untuk memanen tomat cherry (Gambar 11 (b)) telah dikembangkan oleh Kondo et al. (1993). End-effector untuk memanen tomat memiliki dua grip dengan pad pengisap. Pad pengisap ini mampu menyedot buah secara pneumatic untuk memisahkan buah dari tangkainya pada saat pad bergerak mundur. Hal ini didasarkan pada posisi buah yang mengumpul dan tangkai buahnya saling berdekatan. Dan untuk end-effector pemanen tomat cherry menggunakan pengisap pneumatic yang dihubungkan dengan blower. End-effector ini dilengkapi dengan photo-interupter untuk menentukan posisi yang tepat dari buah. Buah yang telah dipanen kemudian disalurkan ke dalam wadah melalui selang.

(a) (b)

Gambar 11. End-effector robot pemanen tomat dan tomat cherry: (a) Untuk tomat besar; (b) Untuk tomat cherry

Robot untuk memanen buah stoberi menggunakan end-effector dengan pengisap pneumatic untuk menarik buah ke dalam end-effector yang dilengkapi dengan 3 buah photo-interupter (Gambar 12). Pada saat buah mencapai posisi yang tepat, wrist joint berputar, lalu tangkai buah diposisikan untuk dipotong dengan pisau pemotong yang dikendalikan dengan actuator berbentuk kumparan dan kawat (Satou et al, 1996).

Kondo et al. (1996) juga telah menciptakan end-effector untuk memanen mentimun, yang terdiri dari pendeteksi tangkai buah, pisau pemotong dan grip. Sketsa dari end-effector ini dapat dilihat pada Gambar 13.

Gambar 13. Sketsa end-effector robot pemanen mentimun.

Selain beberapa penemuan di atas terdapat juga end-effector yang dibuat oleh Wardhana (2001) untuk memanen cabai merah (Gambar 14). End-effector ini menggunakan mekanisme potong dan membiarkan hasil panen jatuh ke tanah.

III. METODE PENELITIAN

A. WAKTU DAN TEMPAT

Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Juli 2006 sampai dengan bulan Oktober 2006, bertempat di bengkel bersama Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor.

B. BAHAN DAN ALAT

Beberapa bahan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya: 1. Plat Aluminium (12 mm, 4 mm).

2. Pisau stainless steel (2 mm). 3. Ulir standar (diameter 6 mm).

4. Ball bearing (diameter dalam 6 mm, diameter luar 13 mm). 5. Baud, mur, dan ring sebagai pengencang.

6. Spons (4 mm).

7. Karet ban dalam sepeda. 8. Motor DC Büehler 25.5 Volt. 9. Komponen elektronika, diantaranya:

a. IC (L 298 Multiwatt 15, 7410). b. Plat PCB.

c. Beberapa jenis kapasitor, resistor, dan transistor. 10.Tanaman dan buah paprika.

Tanaman dan buah paprika diperoleh dari Dian Farm, Cugenang, Cianjur. Buah yang digunakan berasal dari tanaman yang berumur 6 bulan dan merupakan hasil panen kedua. Buah dipetik beserta seluruh bagian tangkai buahnya sehingga dapat digunakan untuk pengujian. Buah masih berwarna hijau dan berumur sekitar 30 hari setelah berbunga (30 SBM). Varietas yang digunakan adalah varietas Edison.

Sedangkan beberapa peralatan yang digunakan yaitu:

1. Peralatan perbengkelan, diantaranya: mesin bubut, mesin bor duduk, mesin gergaji, mesin gerinda duduk, mesin scrap, gerinda tangan, jangka sorong, klem, tang, serta obeng.

2. Peralatan elektronika, antara lain: solder, kawat timah, pasta, solder sucker, multitester, dan project board.

3. Peralatan tulis seperti pensil, jangka, penggaris, busur derajat, penghapus, dan kertas karton.

4. Benang, jarum, slider dan tripod.

C. PEMBUATAN PROTOTIPE

Pembuatan prototipe end-effector robot pemanen paprika didasarkan pada kriteria disain, disain fungsional serta disain struktural yang telah direncanakan. Proses pembuatan prototipe diawali dengan identifikasi permasalahan dan analisis kebutuhan dalam pembuatan prototipe, yang diikuti dengan pembuatan model sebelum akhirnya prototipe dibuat.

D. PENGUJIAN PROTOTIPE

Pengujian terhadap kinerja end-effector didahului oleh uji kemampuan memotong serta menjepitnya, yakni dengan cara menempatkan langsung bagian paprika yang akan dipotong (dalam hal ini tangkai buah) di dalam area pemotongan pada end-effector. Hasil pengujian tersebut menjadi referensi untuk dilakukannya modifikasi terhadap prototipe.

Pengujian terhadap kinerja dari prototipe end-effector robot pemanen paprika ini dilakukan dengan mengarahkan end-effector untuk menjangkau target (tangkai buah paprika), melakukan pemotongan, serta menjepit atau menggenggam target, yang dilakukan dalam satu proses. Pengujian dilakukan beberapa kali dari satu titik tetap terhadap tiga posisi tanaman yang sebaris dalam arah horisontal (Gambar 15). Pergerakan end-effector dari titik pengujian terhadap target dilakukan secara manual dengan menggunakan slider dan tripod. Ketinggian ujung end-effector selalu disesuaikan agar sama dengan ketinggian tangkai buah paprika yang menjadi target (Gambar 16).

Gambar 15. Posisi horisontal pengujian prototipe end-effector robot pemanen paprika.

Gambar 16. Posisi vertikal pengujian prototipe end-effector robot pemanen paprika. h Slider Tripod End-effector Tanaman paprika Keterangan:

= sudut kemiringan end-effector (o)

h = ketinggian tangkai buah dan ujung end-effector 40 cm Arah pemanenan Posisi robot Posisi tanaman 55 cm B

A C

x 2

3

4

5 1

2

3

4

5 1

2 3

4 5

Keterangan:

A, B, C = posisi tanaman 1, 2..., 5 = arah hadap buah

= 45o

x = titik pengujian

Jarak antara titik pengujian dengan baris tanaman, serta jarak antar tanaman ditentukan berdasarkan asumsi robot bergerak dalam greenhouse. Jarak antara titik pengujian terhadap baris tanaman ditentukan dari jarak antar bedengan dalam greenhouse yang berkisar antara 70 – 80 cm dan lebar bedengan dalam greenhouse yang berkisar antara 80 – 90 cm. Dalam satu bedengan terdapat dua baris tanaman dengan jarak antar baris berkisar antara 40 – 45 cm (Gambar 17).

Gambar 17. Jarak antar baris tanaman dan jarak antar tanaman pada satu bedengan dalam greenhouse (Prihmantoro dan Indriani, 2003).

Lebar bedengan dipilih sebesar 80 cm dan jarak antar baris tanaman dipilih sebesar 40 cm, sehingga terdapat jarak dari baris tanaman terhadap tepi bedengan sebesar 20 cm. Dengan memilih jarak antar bedengan 70 cm, maka jarak titik pengujian terhadap baris tanaman adalah sebesar 55 cm. Robot diasumsikan berjalan tepat di tengah jalur antar bedengan. Jarak antar tanaman ditentukan dari lebar jarak tanam paprika dalam greenhouse yang berkisar antara 35 – 40 cm. Jarak tanam yang dipilih untuk pengujian adalah jarak tanam terbesar, yakni sebesar 40 cm.

Posisi buah paprika pada batang tanaman saat pengujian dibuat semirip mungkin dengan keadaan sebenarnya. Tangkai buah paprika diikat pada batang tanaman menggunakan kabel kawat hingga ujung tangkai buah menempel pada batang tanaman. Ujung tangkai buah ditempatkan pada bagian batang tanaman yang pernah menjadi titik tumbuh buah. Cara penempatan buah paprika untuk pengujian dapat dilihat pada Gambar 18.

Gambar 18. Penempatan posisi buah saat pengujian.

Pada pengujian ini digunakan tiga jenis kemiringan end-effector pada ujung slider, yaitu 0o (datar), 10o, dan 20o. Tiga jenis kemiringan ini dipilih berdasarkan kemiringan yang masih memungkinkan end-effector untuk dapat menjangkau target melalui pergerakan horisontal slider. Banyaknya pengujian pada tiap kemiringan adalah 3 kali untuk masing-masing arah hadap buah, sehingga ada 35 kali pengujian untuk satu jenis kemiringan.

Tahapan untuk setiap satu kali pengujian dapat dilihat pada diagram alir proses pengujian yang terdapat pada Gambar 18. Tahapan ini berlaku untuk semua jenis kemiringan end-effector dalam pengujian. Hasil pengujian kinerja ini dicatat dalam bentuk tabel dan diplotkan ke dalam bentuk grafik.

Gambar 19. Diagram alir untuk satu kali proses pengujian kinerja prototipe end-effector robot pemanen paprika.

End-effector diarahkan menuju target menggunakan slider hingga tangkai buah berada di dalam bidang potong end-effector

Mulai

Target terjangkau?

Mekanisme pemotongan dan penjepitan end-effector dijalankan

Target terpotong

Target terjepit?

Hitung waktu hingga buah terjatuh

15 Menit

Dihentikan

Target terjangkau (Ya/Tidak) Target terpotong (Ya/Tidak) Target terjepit (Ya/Tidak) Lama buah tidak terjatuh

Selesai

T

T

T

< Y

Y

IV. PENDEKATAN DISAIN

A. KRITERIA DISAIN

Disain dari end-effector robot pemanen paprika ini dibentuk dengan mempertimbangkan beberapa fungsi yang diharapkan mampu untuk dilakukan sesuai dengan struktur komoditas yang akan dipanen, dalam hal ini paprika. Beberapa hal yang menjadi pertimbangan dalam mendisain end-effector robot pemanen paprika ini diantaranya:

1. End-effector harus mampu memanen buah paprika pada bagian tangkai buahnya, tanpa merusak tanaman serta buah paprika tersebut. Buah yang mengalami kerusakan akan mengurangi kualitas penampakan serta akan lebih mudah mengalami kebusukan, sehingga nilai jualnya akan turun. 2. Sedapat mungkin buah paprika yang dipetik tidak terlepas dari

end-effector atau terjatuh ke tanah demi menghindari kerusakan fisik pada buah akibat benturan.

3. End-effector diharapkan mampu menjangkau targetnya tidak hanya dari satu arah, namun juga dari arah yang lain dengan error tertentu.

4. Massa dari end-effector diusahakan seringan mungkin, sehingga akan mampu ditopang oleh ujung manipulator.

5. Dimensi yang tidak terlalu besar, sehingga diharapkan end-effector mampu untuk menjangkau buah yang berada di bagian dalam baris tanaman. 6. Konstruksi sederhana sehingga tidak memerlukan banyak sistem

pergerakan yang nantinya akan berpengaruh pada massa dan dimensi end-effector itu sendiri.

B. DISAIN FUNGSIONAL

Berdasarkan kriteria disain di atas, maka end-effector untuk memanen paprika ini didisain agar mampu menjalankan beberapa fungsi, yakni:

a. Menjangkau target dengan tepat, dalam hal ini benda yang menjadi target dari end-effector ini adalah tangkai buahnya.

b. Memanen buah paprika dengan cara memotong sempurna pada bagian tangkai buahnya serta menjepit pada tangkai buah yang masih tersisa pada buah sehingga buah tidak terlepas atau jatuh ke tanah.

c. Menggenggam tangkai buah tanpa menyebabkan kerusakan pada tangkai buah ataupun melukai bagian permukaan atas buah.

d. Melepaskan buah paprika dari genggamannya dan kembali ke keadaan awal sebelum pemanenan sehingga siap untuk pemanenan berikutnya.

Berdasarkan fungsi-fungsi tersebut, maka disain end-effector robot pemanen ini terdiri dari beberapa bagian dengan fungsinya masing-masing. Bagian-bagian tersebut antara lain:

a. Rangka

Rangka merupakan tempat bertumpunya end-effector pada ujung manipulator, selain itu juga berfungsi menopang bagian-bagian yang lain. b. Pemotong

Pemotong berfungsi melakukan pemotongan tangkai buah paprika yang akan dipanen.

c. Grip atau penjepit

Grip berfungsi mengarahkan target ke arah pisau pada saat proses pemotongan sewaktu memanen, serta sekaligus menjepit target tanpa merusaknya setelah pemotongan selesai sehingga buah paprika yang telah berhasil dipanen tidak terjatuh.

d. Sistem penggerak

Fungsi dari sistem penggerak yaitu memberikan pergerakan untuk membuka ataupun menutup grip. Karena pada disain end-effector ini proses pemotongan saat memanen dan proses penjepitan untuk menopang hasil panen dilakukan secara bersamaan, maka sistem penggerak ini juga mendukung kedua proses tersebut.

e. Sistem kendali atau kontrol

Sistem kendali bertugas mengatur waktu dan arah membuka dan menutupnya grip saat proses pemanenan. Selain itu juga untuk mengatur seberapa besar pergerakan dari grip tersebut.

C. DISAIN STRUKTURAL

Secara keseluruhan disain end-effector robot pemanen paprika dapat dilihat pada Gambar 20. Struktur setiap bagian dari end-effector tersebut dijabarkan sebagai berikut:

Gambar 20. End-effector robot pemanen paprika.

a. Rangka

Rangka terbuat dari plat aluminium setebal 4 mm dengan ukuran 22 cm x 10 cm. Pada bagian depan terdapat dua balok yang berdiri tegak di kedua sisi, terbuat dari plat aluminium setebal 12 mm dengan ukuran 6 cm x 2 cm. Keduanya berfungsi sebagai penyangga ulir dan rel untuk pergerakan grip sehingga terdapat lubang-lubang untuk dudukan bearing penyangga ulir serta rel. Pada lubang untuk ulir, separuh kedalamannya berdiameter 6.5 mm dan sisanya berdiameter 13 mm. Posisi lubang berdiameter 13 mm saling berhadapan dan berfungsi sebagai dudukan bearing. Di kedua sisi lubang untuk ulir terdapat lubang sedalam 6 mm dengan diameter 4 mm sebagai dudukan rel. Khusus untuk penyangga yang berada di sisi kiri sekaligus berfungsi sebagai dudukan pisau. Bentuk rangka ini dapat dilihar pada Gambar 21.

Gambar 21. Rangka dan bagian-bagiannya.

b. Pemotong

Pemotong terbuat dari pisau stainless steel dengan ketebalan 2 mm, dengan ujung yang meruncing untuk memperbesar daya jangkau end-effector. Mata pisau menghadap ke dalam dan posisi pisau dibuat menyudut ke bagian dalam sebesar 60o. Hal ini dimaksudkan agar pisau yang diam dapat menghasilkan gerakan memotong yang serupa dengan gerak menyayat dari pisau ketika memotong.

Posisi pisau secara vertikal berada di atas bagian grip yang diam. Ujung pisau dan ujung grip yang diam bertemu pada satu titik, sehingga proses pemotongan baru dimulai setelah tangkai buah terjepit tepat di tengah di antara kedua grip. Bentuk dan posisi pisau pada end-effector robot pemanen paprika dapat dilihat pada Gambar 22.

Bearing

Dudukan ulir dan rel

Gambar 22. Pemotong pada rangka dan bagian-bagiannya.

c. Grip atau penjepit

Konstruksi grip (Gambar 23) didasarkan pada prinsip kerja dari klem. Grip tediri dari dua bagian berbentuk batang yang terletak sejajar dan ditopang oleh dua poros yang berfungsi sebagai rel. Batang yang satu diam dan ditopang oleh sebuah pegas tekan, sedangkan batang yang lain merupakan bagian yang bergerak secara linier dengan mekanisme pergerakan mendekati dan menjauhi bagian yang lain dan akan menekannya jika keduanya bertemu. Pegas tekan berfungsi memberikan efek penjepitan pada saat proses pemotongan tangkai buah berlangsung.

Pegas

Rel

Batang grip

Dudukan pisau

Pisau 60o

Masing-masing ujung batang bagian depan tampak mengecil membentuk dua buah lengkungan yang saling berhadapan satu sama lain, sehingga jika kedua batang bertemu akan terdapat celah di tengahnya. Bagian inilah yang merupakan wilayah kerja dari grip. Pada lengkung bagian dalam dilapisi spons setebal 4 mm dan karet setebal 1 mm. Fungsi spons untuk memberikan efek penjepitan yang lebih baik tanpa merusak tangkai buah paprika yang akan dipanen, sedangkan lapisan karet berguna menahan agar tidak terjadi slip pada tangkai buah sehingga hasil panen tidak terjatuh.

Kedua ujung batang grip juga dibuat menipis agar dapat menjangkau penuh target (Gambar 24), yakni setebal 5 mm dari tebal semula 12 mm. Tujuan dari penipisan ini adalah untuk memperluas daya jangkau end-effector terhadap target, yakni tangkai buah paprika. Ukuran ini merupakan tebal maksimum ujung end-effector yang masih mampu menjangkau penuh target. Hal ini berdasarkan panjang rata-rata tangkai buah sebesar 30 mm, yang berbentuk busur dengan sudut sebesar 20o. Panjang bagian yang tipis ini masing-masing 6 cm dari ujung untuk mengantisipasi diameter maksimum badan buah sebesar 11 cm.

Gambar 24. Dasar perencanaan ketebalan ujung end-effector. Ujung end-effector 20o

5 mm

Lekukan tangkai buah Batang tanaman

d. Sistem penggerak

Sistem penggerak yang dipergunakan pada end-effector ini terdiri dari motor, ulir, dan unit transmisi daya. Motor merupakan sumber tenaga untuk memutar ulir, dan penghubung antara motor penggerak dan batang berulir adalah unit transmisi daya (Gambar 25).

Gambar 25. Sistem penggerak pada rangka beserta bagian-bagiannya.

Motor yang digunakan adalah motor DC merk Büehler 25.5 V dengan torsi 0.6125 Nm (Gambar 26). Ulir yang digunakan adalah ulir standar M6 yang diameter efektifnya sebesar 5.530 mm. Unit transmisi daya menggunakan sistem “gir dan gir” dengan rasio putaran 21/40. Gir pada poros motor terbuat dari bahan teflon (polimer), berdiameter 4 cm dengan jumlah gigi 40 buah, sedangkan gir pada poros ulir berdiameter 2 cm dengan jumlah gigi 21 buah dan terbuat dari besi.

Motor Gir motor

Gir ulir Ulir

Gambar 26. Motor DC.

e. Sistem kendali

Sistem kendali pada end-effector (Gambar 27) berupa rangkaian pengendali arah putaran motor serta pengendali mulai dan berhentinya motor berputar. Untuk mengendalikan perputaran motor diperlukan rangkaian pengendali yang dapat membuat motor berputar searah jarum jam maupun sebaliknya.

Gambar 27. Sistem kendali pada rangka beserta bagian-bagiannya. Limit switch

Rangkaian elektronika pengendali motor Bodi motor

Gearbox

Arah putaran motor DC dapat diubah dengan menukar pemberian catu daya pada kutub-kutubnya. Berdasarkan hal tersebut maka perputaran dari motor dikendalikan menggunakan rangkaian H-Bridge. Komponen yang digunakan untuk mendukung hal ini adalah IC L298 Multiwatt 15 yang mengandung dua buah H-Bridge di dalamnya. Rangkaian pengendali motor DC dua arah dengan menggunakan IC L298 dapat dilihat pada Gambar 28.

Input Fungsi

Ven = 1 C = 1 ; D = 0 Berputar searah jarum jam C = 0 ; D = 1 Berputar berlawanan arah jarum jam

C = D Berhenti Ven = 0 C = X ; D = C Berhenti untuk putaran bebas

Gambar 28. Rangkaian pengendali motor DC dua arah.

Batas pergerakan dari grip diatur dengan menempatkan limit switch pada kedua ujung pergerakan tiap grip. Waktu mulai dan berhentinya motor berputar diatur dengan kontrol on-off, yakni hanya dengan memberikan sinyal berlogika 1 atau 0. Gambar 29 menunjukkan rangkaian pengendali waktu mulai dan berhentinya motor berputar.

On/Off CW/CCW Limit Switch 1 Limit Switch 2 C D

0 x x x 1 1

1 1 1 1 0 1

1 1 0 1 1 1

1 0 0 1 1 0

1 0 1 1 1 0

1 0 1 0 1 1

Gambar 29. Rangkaian pengendali putaran motor.

Nilai yang dikendalikan untuk rangkaian pada Gambar 29 di atas adalah nilai pengendali arah putaran motor, baik searah jarum jam maupun sebaliknya. Nilai pada keluaran “C” dan “D” dihubungkan dengan rangkaian pengendali motor DC dua arah pada Gambar 28 menggunakan IC 7410.

C

D Limit switch 1

Limit switch 2 cw/ccw

V. ANALISIS TEKNIK

A. PENGGENGGAMAN END-EFFECTOR

1. Gaya genggam end-effector

Besarnya gaya genggam yang dibutuhkan end-effector agar objek yang ditangani tidak terlepas dari genggaman didasarkan atas persamaan di bawah ini (Engelberger dalam Groover, et al, 1987):

nfFg = wg ……… (1)

di mana: = koefisien gesek antara permukaan jari/grip dengan objek

nf = jumlah jari

Fg = gaya genggam (N) w = berat objek (N)

g = faktor percepatan (antara 1 sampai 3)

Pada end-effector robot pemanen paprika ini, jumlah jari yang bekerja adalah 2 buah, dengan bobot rata-rata objek yang ditangani 128 gram. Koefisien gesek antara permukaan grip (dalam hal ini karet) dengan tangkai buah diambil 2 dari rentang nilai 1.0 – 4.0 (Kurtus, 2005). Faktor percepatan diambil nilai 3 untuk mengantisipasi percepatan dari gerak manipulator, sehingga persamaan (1) menjadi:

Fg =

) 2 )( 2 ( ) 3 )( 8 . 9 128 . 0 ( ×

= 0.946 N

Dari perhitungan di atas, gaya genggam yang diperlukan end-effector adalah 0.946 N. Namun dalam disain perlu dipertimbangkan faktor keamanan (safety factor). Dalam hal ini perhitungan di atas diberi tambahan faktor keamanan sebesar 2, sehingga gaya genggam yang diperlukan end-effector menjadi:

Fg = Fg sebelumnya x faktor keamanan = 0.946 x 2

= 1.882 N

2. Torsi pada ulir

Torsi pada ulir diperoleh dari perbandingan jumlah gigi pada rangkaian roda gigi menggunakan persamaan berikut:

2 1 2 1 n n T T =

... (2) di mana: T1 = torsi roda gigi penggerak/pinion (Nm)

T2 = torsi roda gigi yang digerakkan (Nm) n1 = jumlah roda gigi penggerak/pinion n2 = jumlah roda gigi yang digerakkan

Torsi motor yang terhubung dengan roda gigi besar adalah 0.6125 Nm. Perbandingan gigi yaitu 21/40 dengan roda gigi yang besar sebagai penggerak/pinion. Roda gigi kecil terhubung dengan poros ulir, sehingga persamaan (2) dituliskan:

T2 =

1 2 1 n n T × = 40 21 6125 . 0 ×

= 0.322 Nm

Jadi, torsi roda gigi kecil (yang digerakkan) adalah 0.334 Nm.

3. Gaya dorong ulir

Berdasarkan perhitungan di atas, maka gaya dorong ulir untuk menggerakkan grip dalam proses penggenggaman harus sebanding dengan gaya yang dibutuhkan untuk menggenggam objek. Pada disain end-effector robot pemanen paprika ini, ulir yang digunakan adalah ulir standar namun digunakan untuk keperluan ulir tenaga (power screw), sehingga perhitungan yang digunakan adalah perhitungan ulir tenaga. Persamaan yang digunakan untuk menghitung gaya dorong ulir adalah (Shigley dan Mischke, 2001): − + = α π α π sec sec 1

2 d fl fd Fd T m m m

di mana: T = torsi pada ulir (Nm) F = gaya dorong ulir (N) dm = diameter efektif ulir (m)

f = koefisien gesek permukaan ulir l = kisar/pitch (m)

= sudut ulir (o)

Ulir yang digunakan pada disain ini adalah ulir M6 yang memiliki diameter luar 6 mm dan diameter efektif 5.530 mm. Sudut ulir adalah 60o dan panjang kisar adalah 1 mm. Koefisien gesek antara permukaan ulir dengan ulir dalam pada grip diambil nilai 0.47 yang merupakan koefisien gesek antar aluminium dengan baja lunak pada keadaan kinetis (Kurtus, 2005). Torsi pada ulir sama dengan torsi pada roda gigi kecil yang digerakkan, sehingga persamaan (3) di atas menjadi:

× − × × + ×

= F − ₋ − ₋ o _o

60 sec ) 10 1 )( 47 . 0 ( ) 10 530 . 5 ( 60 sec ) 10 530 . 5 )( 47 . 0 ( 1 2 ) 10 530 . 5 ( 322 . 0 3 3 3 3 π π

F = 1.883 N

Jadi, gaya dorong yang dihasilkan ulir untuk menggerakkan grip adalah 1.883 N. Nilai ini sebanding dengan gaya genggam yang dibutuhkan oleh end-effector sebesar 1.882 N. Selain itu juga nilai ini tidak melebihi kekerasan tangkai buah paprika sebesar 0.714 kgf atau 7.002 N, sehingga tidak akan merusak tangkai buah tersebut.

Gambar 30. Skema analisis torsi dan gaya dorong ulir. T2

F

T1 motor

B. PEGAS PADA GRIP

Pegas yang digunakan pada disain end-effector robot pemanen paprika ini merupakan pegas yang diperoleh langsung dari pasaran dan belum terhitung kesesuaiannya sehingga perlu dihitung apakah pegas tersebut telah sesuai dengan kebutuhan atau belum. Pegas yang digunakan merupakan pegas tekan (kompresi) berdiameter rata-rata (D) 10 mm dan diameter kawat pegas (d) 1 mm. Bahan kawat pegas adalah baja tahan karat (SUS).

Beberapa informasi penunjang lainnya yaitu: Besar lendutan pegas ( ) yang direncanakan berkisar antara 15 – 16 mm; Panjang bebas (Hf) 27 mm dan panjang pada awal terpasang (Hs) 26 mm; Diasumsikan beban maksimum (Wt) yang mampu ditopang oleh pegas sebesar 2 kg; Modulus geser (G) baja tahan karat adalah 7500 kg/mm2. Berdasarkan beberapa informasi tersebut maka dianalisis kesesuaian spesifikasi pegas dengan kebutuhan.

Misalkan indeks pegas, c = D/d = 10, maka faktor tegangan Wahl (K) adalah (Sularso dan Kuga,1997):

c c

c

K 0.615

4 4 1 4 + − −

= ... (4) ) 10 ( 615 . 0 4 ) 10 ( 4 1 ) 10 ( 4 ₊ − − = K

K = 1.15

Tegangan maksimum yang terjadi di permukaan lilitan ( ) adalah:

3 8 d DW K t π

τ = ... (5)

3 1 2 10 8 15 . 1 × × × = π τ

= 59 kg/mm2

Tegangan geser maksimum ( a) kawat baja tahan karat (SUS) adalah 84 kg/mm2. Tegangan geser maksimum yang aman ( d) adalah 80% dari nilai tegangan geser maksimum, sehingga d = 0.8 x 84 = 67 kg/mm2.

Dibandingkan antara : d 59 kg/mm2 < 67 kg/mm2, baik. Selanjutnya ditentukan jumlah lilitan (n) dari persamaan:

W nD t 4 3 8 =

7500 1 2 10 8 16 4 3 × × × = n

n = 7.5 n’ = 7.5

Dihitung besarnya lendutan yang terjadi yang diturunkan dari persamaan (6):

= Wt x n/n’= 16 x 7.5/7.5 = 16 mm (15-16) mm, baik. Konstanta pegas dihitung menggunakan persamaan:

3 4

8nD Gd

k= ... (7) atau disubstitusikan ke persamaan (6) sehingga:

δt W

k= ... (8)

16 2

=

k

k = 0.125 kg/mm2

Kemudian dihitung beban pada awal terpasang (Wo), lendutan efektif ( o), dan panjang pegas pada lendutan maksimum (Hl)

- Wo = (Hf – Hs) x k ………. (9) = (27 – 26) x 0.125

= 0.125 kg

- o = – (Hf – Hs) ………. (10) = 16 – (27 – 26)

= 15 mm

- Hl = Hs - o ………. (11) = 26 – 15

= 11 mm

Jumlah lilitan mati untuk masing-masing ujung diambil 1. Dengan demikian panjang pegas pada saat mampat (Hc) adalah:

Hc = (n + 1.5)d ... (12) Hc = (7.5 + 1.5)1 = 9 mm

Dibandingkan antara Hl : Hc 11 mm > 9 mm, baik.

5 . 1 + − = n H H

C s c

s ... (13)

5 . 1 5 . 7 9 26 + − = s C

Cs = 1.9 mm serta, 5 . 1 + − = n H H

C l c

l ... (14)

5 . 1 5 . 7 9 11 + − = l C

Cl = 0.2 mm

Selanjutnya diidentifikasi apakah pegas akan mengalami tekukan atau tidak dengan membandingkan nilai Hf/D. Jika nilainya lebih kecil dari 5 (Hf/D < 5) maka tidak akan terjadi tekukan.

Hf/D = 27/10 = 2.7 2.7 < 5, tidak akan terjadi tekukan

Hasil akhir yang diperoleh yaitu: d = 1 mm; bahan pegas baja tahan karat (SUS); n = 7.5; o = 15 mm; Hc = 9 mm, Wo = 0.125 kg. Dengan demikian pegas yang digunakan telah sesuai dengan kebutuhan.

VI. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. PEMBUATAN PROTOTIPE

Pembuatan bagian-bagian prototipe end-effector robot pemanen paprika (Gambar 31) melalui beberapa proses sebagai berikut:

Gambar 31. End-effector robot pemanen paprika yang telah dibuat dan bagian-bagiannya.

1. Rangka

Proses pembuatan rangka dimulai dari pemotongan plat aluminium setebal 4 mm menjadi persegi panjang dengan ukuran 22 cm x 10 cm. Pemotongan plat menggunakan mesin gergaji serta gerinda potong, kemudian keempat sisinya diperhalus dengan menggunakan mesin scrap.

Bagian penopang ulir dan rel untuk pergerakan grip dibuat dari plat aluminium setebal 12 mm yang dipotong menjadi 2 bagian berukuran 6 cm x 1.5 cm dengan menggunakan mesin gergaji. Selanjutnya dibuat lubang untuk ulir dan rel dibuat dengan cara dibor. Lubang untuk ulir dibor dengan mata bor M6.5 dan M13, sedangkan lubang untuk rel dibor dengan mata bor M4. Kedua bagian penopang ditempatkan tegak di kedua sisi bagian depan dengan cara dibaut. Bentuk akhir dari rangka dapat dilihat pada Gambar 32.

Penggerak

Grip Pemotong Rangkaian

pengendali perputaran motor

Rangka

Gambar 32. Bentuk akhir rangka.

2. Pemotong

Bagian pemotong dibuat dari pisau dapur setebal 2 mm berbahan stainless steel. Pisau dipotong miring sehingga pisau dapat membentuk sudut 60o. Panjang bagian yang dipotong disesuaikan dengan panjang yang dibutuhkan sehingga posisi akhir ujung pisau tidak melebihi ujung grip. Pemotongan dilakukan dengan menggunakan gerinda potong.

Untuk dudukan pisau pada end-effector, plat stainless steel setebal 2 mm dipotong menjadi ukuran 6.5 cm x 1.5 cm. Dudukan pisau ini ditempatkan di atas salah satu bagian penopang pada rangka dan dibaut bersama. Pisau ditempatkan pada dudukannya dengan cara dilubangi dengan bor dan dibaut. Gambar 33 menunjukkan bentuk akhir dari pemotong.

(a) (b)

Gambar 33. Pemotong: (a) Sebelum disatukan dengan rangka; (b) Setelah disatukan dengan rangka.

Penopang ulir dan rel

Dudukan bearing

Dudukan rel

Lubang untuk ulir

3. Grip atau penjepit

Grip merupakan bagian tersulit dalam pembuatannya karena memerlukan kehati-hatian. Pembuatan grip dimulai dengan memotong plat aluminium setebal 12 mm menjadi dua persegi panjang berukuran 15 cm x 1.5 cm sehingga dihasilkan dua buah balok. Kedua ujung balok kemudian dibentuk dengan menggunakan gerinda tangan dan dihaluskan dengan menggunakan kikir hingga didapat bentuk ujung yang melekuk ke dalam dengan ketebalan 5 mm dan panjang 27 mm. Kedua ujung grip yang semula masih setebal 12 mm ditipiskan dengan menggunakan mesin scrap hingga setebal 5 mm dengan panjang bagian yang tipis sebesar 6 cm.

Bagian dalam lekukan pada ujung grip kemudian diberi lapisan spons setebal 4 mm, diikuti pemberian karet setebal 1 mm. Lapisan spons dan karet ini dipasang dengan cara dilem menggunakan power glue. Sebagai langkah akhir dibuat lubang untuk ulir dan rel mengikuti pola bagian penopang pada rangka. Posisi lubang disesuaikan sehingga end-effector tidak terlalu panjang. Lubang untuk ulir pada bagian grip yang bergerak dibuat membentuk ulir dalam dengan cara ditap menggunakan mata tap M6 x 0.5, sedangkan lubang untuk ulir pada bagian grip yang diam dibuat lebih besar dari diameter luar ulir, yakni dibor dengan mata bor M7. Bentuk akhir batang grip dapat dilihat pada Gambar 34.

Grip kemudian digabungkan bersama-sama dengan rangka dan pemotong beserta rel dan ulir (Gambar 35). Pegas tekan ditempatkan pada sisi luar bagian grip yang diam dan bertumpu pada poros ulir. Ulir yang merupakan bagian dari sistem penggerak, ditempatkan terlebih dulu dari bagian-bagian lain pada sistem penggerak untuk dapat menopang pegas.

Gambar 35. Grip yang telah digabungkan dengan rangka, pemotong, rel, dan ulir.

4. Sistem penggerak

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, sistem penggerak terdiri atas ulir, 2 buah gir, serta motor. Semuanya merupakan hasil pembelian dalam bentuk jadi. Yang dibuat untuk sistem penggerak adalah poros penghubung ulir dan poros motor dengan girnya masing-masing, serta dudukan motor. Khusus untuk ulir hanya mengalami pengerjaan pemotongan sesuai panjang kebutuhan, yakni 12 cm. Bahan untuk poros penghubung, baik antara ulir dengan girnya maupun antara poros motor dengan girnya, berasal dari bahan yang sama yakni poros aluminium berdiameter 13 mm.

Pada pembuatan poros penghubung antara ulir dengan girnya, poros aluminium dipotong sepanjang 2 cm. Ujung yang satu dibor tengah porosnya sebesar 6 mm (sesuai diameter ulir) dengan kedalaman 1 cm, sedangkan ujung yang lainnya dibubut sepanjang 5 mm hingga berdiameter 12 mm. Pada ujung yang terhubung dengan ulir dibuat lubang

pada sisi poros yang ditap menggunakan mata tap M3 x 0.5 sebagai dudukan baut pengencang. Ujung yang dibubut dibuat tepat dengan lubang diameter dalam gir sehingga terbentuk sambungan pas dengan cara dipukul masuk menggunakan palu.

Untuk poros penghubung antara poros motor dengan girnya, poros aluminium dipotong sepanjang 3 cm. Ujung yang satu dibor tengahnya sebesar 5 mm (sesuai diameter poros motor) dengan kedalaman 2 cm. Pada ujung yang terhubung dengan poros motor ini dibuat lubang pada sisi poros penghubung yang ditap menggunakan mata tap M3 x 0.5 sebagai dudukan baut pengencang. Ujung yang lainnya dibubut sepanjang 12 mm hingga berdiameter 8 mm. Setelah itu ujung yang telah dibubut ini digerinda mengikuti bentuk ujung diameter dalam gir yang unik.

Gambar 36. Poros penghubung poros motor dengan gir.

Dudukan motor dibuat dari plat aluminium setebal 4 mm yang dipotong menjadi persegi panjang berukuran 7 cm x 3.8 cm, kemudian ditekuk pada posisi 4 cm dari salah satu ujung. Bagian penopang dibuatkan lubang untuk poros motor dan baut penyangga. Lubang untuk poros motor dibor sebesar 12 mm dan untuk baut panyangga dibor sebesar 3 mm. Sistem penggerak yang telah digabungkan dengan rangka, pemotong, dan grip, dapat dilihat pada Gambar 37.

Gambar 37. Sistem penggerak yang telah digabung bersama rangka, pemotong, dan grip.

5. Sistem kendali

Sistem kendali terdiri dari rangkaian elektronika pengendali perputaran motor dan dua buah limit switch. Rangkaian elektronika dibuat di atas plat PCB sesuai dengan skema yang terdapat pada disain struktural. Limit switch dipasang di kedua sisi batas pergerakan grip dengan menggunakan plat strip setebal 1 mm sebagai dudukan limit switch. Pembuatannya disesuaikan dengan bentuk dari limit switch serta ketinggian limit switch yang diperlukan utuk dapat menghentikan pergerakan grip. Dudukan ini dipasang pada rangka dengan cara dibaut. Gambar 38 menunjukkan rangkaian elektronika pengendali perputaran motor.

Gambar 38. Rangkain elektronika pengendali perputaran motor. Motor

B. PENGUJIAN PROTOTIPE

Sebelum diuji dengan menggunakan tiga jenis kemiringan, yakni 0o (datar), 10o, dan 20o, prototipe end-effector robot pemanen paprika ini diuji terlebih dahulu kemampuannya dalam memotong serta menjepit tangkai buah paprika. Pengujian ini dilakukan beberapa kali dengan sampel acak dan tidak seragam.

Pada pengujian awal tersebut, end-effector mampu memotong namun tidak mampu menahan buah paprika agar tidak terjatuh. Hal ini disebabkan permukaan spons yang terlalu licin bagi tangkai buah, sehingga tangkai buah tidak dapat tergenggam dengan baik, yang pada akhirnya buah paprika langsung terjatuh. Namun setelah dilakukan modifikasi dengan pemberian lapisan karet pada bagian dalam grip/penjepit end-effector, maka tangkai buah dapat tergenggam dengan baik dan buah tidak terjatuh. Dengan demikian pengujian end-effector dengan menggunakan tiga jenis kemiringan dapat dilakukan.

Gambar 39. Proses pengujian end-effector robot pemanen paprika.

Ukuran keberhasilan dari pengujian end-effector robot pemanen paprika ini ditentukan berdasarkan pada mampu tidaknya end-effector memotong sasaran, yakni tangkai buah, serta menjepitnya dengan baik sehingga buah paprika tidak terjatuh. Setelah end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan maka end-effector ditarik mundur dan dilakukan penghitungan waktu lamanya penjepitan hingga buah paprika terjatuh. Apabila sampai dengan 15 menit buah paprika tidak terjatuh maka penghitungan pun dihentikan. Hal ini didasarkan pertimbangan buah tidak mengalami goncangan

setelah proses pemanenan, dan diasumsikan dalam rentang waktu tersebut manipulator dan end-effector robot telah bergerak menempatkan hasil panen ke tempat penampungan sementara hasil panen.

Pada pengujian end-effector dengan kemiringan 0o (datar), dari 35 kali percobaan untuk 15 jenis kondisi posisi buah, end-effector berhasil memotong dan menjepit sebanyak 21 kali (60 %), sedangkan 14 lainnya (40 %) gagal. Kegagalan ini antara lain dikarenakan sebanyak 4 kali (11 %) end-effector terhalang badan buah yang membumbung, 2 kali (6 %) dikarenakan tangkai buah yang terlalu pendek bagi end-effector, 5 kali (14 %) dikarenakan terganjal pisau end-effector itu sendiri, dan 3 kali (9 %) dikarenakan sasaran tidak terjangkau oleh end-effector. Beberapa penyebab kegagalan tersebut dapat dilihat pada Gambar 40. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 0o dapat dilihat pada Gambar 41.

(a) (b)

(c)

Gambar 40. Beberapa penyebab kegagalan saat pemanenan: (a) Badan buah membumbung; (b) Tangkai buah terlalu pendek; (c) Pisau yang mengganjal.

60%

11% 6%

14%

9% 40%

Berhasil

Gagal akibat terhalang badan buah Gagal akibat tangkai terlalu pendek Gagal akibat terganjal pisau Gagal akibat tidak terjangkau

Gambar 41. Grafik hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 0o.

Dari pengujian end-effector dengan kemiringan 10o didapatkan hasil yaitu sebanyak 30 kali (85 %) end-effector berhasil melakukan pemotongan dan penjepitan, sedangkan sebanyak 5 kali (15 %) gagal. Sebanyak 1 kali (3 %) kegagalan dikarenakan end-effector terhalang badan buah, 1 kali (3 %) dikarenakan tangkai buah yang terlalu pendek, dan 3 kali (9 %) dikarenakan terganjal pisau end-effector sendiri. Hasil pengujian end-effector dengan kemiringan 10o ini digambarkan ke dalam grafik yang tertera pada Gambar 42.

85%

3% 3%

9%

14%

Berhasil

Gagal akibat terhalang badan buah Gagal akibat tangkai terlalu pendek Gagal akibat terganjal pisau

1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 A1 133.1 142.7 101.2 0.810 0.810 0.810 0.810 1.090 1.090 1.010 1.063 0.855 0.835 0.900 0.863 2 A2 135.1 126.9 112.0 0.830 1.000 0.975 0.935 0.940 0.895 1.035 0.957 0.830 1.020 0.950 0.933 3 A3 130.1 118.1 136.6 0.860 0.985 1.040 0.962 0.930 1.020 1.040 0.997 1.000 1.025 1.145 1.057 4 A4 170.8 140.2 131.2 1.130 0.910 1.030 1.023 0.755 0.860 0.800 0.805 0.940 1.070 1.000 1.003 5 A5 85.9 106.6 104.2 0.750 0.750 0.810 0.770 0.840 0.890 0.880 0.870 0.850 0.900 0.940 0.897 6 B1 101.8 123.5 126.4 0.850 0.880 0.990 0.907 0.890 0.920 0.865 0.892 0.915 0.930 0.900 0.915 7 B2 101.4 123.0 134.8 0.780 0.930 0.870 0.860 0.970 1.050 1.030 1.017 0.890 0.965 0.900 0.918 8 B3 101.6 96.1 117.7 0.820 0.870 0.795 0.828 0.860 0.910 0.840 0.870 0.765 0.970 1.030 0.922 9 B4 143.1 126.4 104.3 0.910 1.030 0.940 0.960 0.960 0.980 1.110 1.017 0.750 0.770 0.785 0.768 10 B5 133.1 126.1 108.6 0.900 0.860 0.990 0.917 0.830 1.060 1.000 0.963 0.820 0.950 0.900 0.890 11 C1 126.2 120.3 130.1 0.800 0.980 0.930 0.903 0.890 1.095 1.040 1.008 0.925 0.940 0.900 0.922 12 C2 115.7 98.1 118.7 0.910 1.030 1.050 0.997 0.800 0.890 0.960 0.883 0.940 0.845 0.990 0.925 13 C3 140.5 111.0 137.2 1.020 1.080 1.135 1.078 0.925 0.900 0.850 0.892 0.940 1.025 0.970 0.978 14 C4 144.7 119.3 131.3 0.870 1.040 0.900 0.937 0.875 0.965 0.890 0.910 0.860 0.940 0.860 0.887 15 C5 98.4 129.4 119.3 0.820 0.940 0.915 0.892 0.880 0.920 0.940 0.913 0.810 0.760 0.915 0.828

58

Lampiran 5. Data pengujian

end-effector

dengan kemiringan 10

o

(Lanjutan).

Terjangkau Terpotong Terjepit *

Keterangan No Posisi Tanaman

1 2 3 1 2 3 1 2 3

1 2 3

1 A1 v v v v v v 12'41"35 5'32"51 15'28"36 terjatuh terjatuh dihentikan

2 A2 v v v v v v 15'09"07 15'09"36 15'08"65 dihentikan dihentikan dihentikan 3 A3 v v v v v v 15'08"06 15'08"94 15'04"24 dihentikan dihentikan dihentikan 4 A4 v v v v v v 15'07"71 15'10"30 15'13"40 dihentikan dihentikan dihentikan 5 A5 v v v v v v 15'06"26 15'06"69 15'09"36 dihentikan dihentikan dihentikan

6 B1 v v v v v v 15'10"37 3'06"30 15'09"52 dihentikan terjatuh dihentikan

7 B2 v v v v v v 15'06"16 2'51"02 15'12"58 dihentikan terjatuh dihentikan

8 B3 v v v v v v 15'10"34 15'07"91 15'08"83 dihentikan dihentikan dihentikan

9 B4 v v v v v v 15'07"64 3'31"07 15'11"91 dihentikan terjatuh dihentikan

10 B5 x x v x x v - - 15'24"91 terganjal pisau tangkai terlalu pendek dihentikan

11 C1 v v v v v v 15'13"10 15'00"85 15'20"38 dihentikan dihentikan dihentikan 12 C2 v v v v v v 15'04"54 15'38"83 15'02"28 dihentikan dihentikan dihentikan 13 C3 v v v v v v 15'06"15 15'04"95 15'10"45 dihentikan dihentikan dihentikan

14 C4 v v v v v v 15'01"76 5'50"39 15'05"38 dihentikan terjatuh dihentikan

15 C5 x x x x x x - - - terganjal pisau terganjal pisau terhalang badan buah

1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 2 3 Rataan 1 A1 126.8 124.8 108.7 0.890 1.080 0.995 0.988 0.790 1.035 0.950 0.925 0.870 0.930 0.940 0.913 2 A2 131.2 109.2 134.9 0.805 0.830 0.855 0.830 0.820 0.870 0.910 0.867 0.880 0.965 0.870 0.905 3 A3 103.3 104.6 130.2 0.750 0.870 0.800 0.807 0.780 0.990 0.920 0.897 0.800 0.980 0.875 0.885 4 A4 122.6 135.5 162.1 0.860 0.895 0.960 0.905 0.930 1.050 0.980 0.987 0.855 1.090 1.070 1.005 5 A5 131.1 158.4 117.1 0.910 1.035 0.955 0.967 0.880 1.090 0.900 0.957 0.780 0.880 0.830 0.830 6 B1 131.1 113.6 125.1 0.880 1.000 0.970 0.950 0.710 0.910 0.800 0.807 0.800 1.000 1.080 0.960 7 B2 145.1 121.4 118.6 0.900 1.100 0.940 0.980 0.870 0.870 0.810 0.850 0.890 0.960 0.860 0.903 8 B3 133.2 129.2 148.1 0.875 1.040 0.965 0.960 0.850 1.010 0.890 0.917 1.035 1.040 1.050 1.042 9 B4 142.7 136.3 166.0 0.995 1.080 0.900 0.992 0.880 0.905 1.000 0.928 0.950 1.145 1.055 1.050 10 B5 112.2 115.7 167.7 0.840 0.910 1.010 0.920 0.820 1.095 0.865 0.927 0.885 1.110 0.985 0.993 11 C1 121.1 122.1 140.3 0.900 0.960 1.010 0.957 0.855 0.960 0.910 0.908 0.840 0.920 0.930 0.897 12 C2 146.3 159.1 186.3 1.020 1.105 1.140 1.088 0.950 1.000 0.995 0.982 0.965 1.370 1.255 1.197 13 C3 167.3 134.5 133.1 1.025 1.145 0.990 1.053 0.910 0.900 1.035 0.948 0.890 0.975 1.000 0.955 14 C4 97.5 105.0 123.3 0.795 0.890 0.785 0.823 0.795 0.850 0.870 0.838 0.810 1.030 0.830 0.890 15 C5 109.2 131.6 128.7 0.780 0.920 0.830 0.843 0.790 0.910 0.800 0.833 0.840 0.840 0.795 0.825

60

Lampiran 6. Data pengujian

end-effector

dengan kemiringan 20

o

(Lanjutan).

Terjangkau Terpotong Terjepit *

Keterangan No Posisi Tanaman

1 2 3 1 2 3 1 2 3

1 2 3

1 A1 v v v v v v 3"50 20"70 7'28"93 terjatuh terjatuh terjatuh

2 A2 v v v v v v 15'00"82 15'14"39 15'24"87 dihentikan dihentikan dihentikan 3 A3 v v v v v v 15'36"87 15'28"23 15'35"91 dihentikan dihentikan dihentikan 4 A4 v v v v v v 15'10"97 15'44"97 15'40"36 dihentikan dihentikan dihentikan 5 A5 v v v v v v 15'26"06 15'12"41 15'36"68 dihentikan dihentikan dihentikan 6 B1 v v v v v v 15'13"48 15'11"58 16'10"92 dihentikan dihentikan dihentikan 7 B2 v v v v v v 15'51"45 15'04"36 15'11"41 dihentikan dihentikan dihentikan 8 B3 v v v v v v 15'09"28 15'26"37 15'16"40 dihentikan dihentikan dihentikan 9 B4 v v v v v v 15'08"12 7'05"48 15'05"25 dihentikan dihentikan dihentikan 10 B5 v v v v v v 15'09"42 9'17"51 11'05"95 dihentikan dihentikan dihentikan 11 C1 v v v v v v 15'07"72 15'18"23 15'10"71 dihentikan dihentikan dihentikan 12 C2 v v v v v v 15'11"98 15'24"14 15'28"66 dihentikan dihentikan dihentikan 13 C3 v v v v v v 2'06"71 15'14"20 15'37"44 dihentikan dihentikan dihentikan 14 C4 v x v v x v 15'35"47 - 15'09"28 dihentikan terganjal pisau dihentikan

15 C5 x x x x x x - - - terganjal pisau terganjal pisau terganjal pisau