Penggunaan Persamaan Trigonometri Pemodelan Kinematika Dalam Sistem Robotik

Modul Bluetooth HC-05 Arduino Mega 2560 RC-Servo Sendi 1 RC-Servo Sendi 2 RC-Servo Sendi 3 RC-Servo Sendi 4 SO Android BT Servo Controller Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem 3.2. Perancangan Perangkat Keras Hardware 3.2.1. Desain Lengan Robot Gambar 3.2. merupakan gambar keseluruhan design 3D lengan robot menulis kata berbasis mikrokontroler arduino. Lengan robot ini disusun dengan 5 bagian utama sebagai aktuator yang akan digerakkan dengan motor RC servo. Kelima bagian utama ini disebut sebagai penghubung atau link, yang meliputi : 1. Base bagian dasar 2. Shoulder bagian bahu 3. Elbow bagian siku 4. Pitch bagian pergelangan 5. End-Effector bagian ujung yang diberi spidol Sedangkan bagian yang berperan sebagai penggerak sendi berdasarkan gerakkan motor RC servo disebut sebagai joint. Gambar 3.2. Tampilan Desain Gambar 3D Lengan Robot Menulis Kata Gambar 3.3. merupakan design 3D bagian dasar base yang berbentuk lingkaran berdiameter 25cm. Bagian ini terhubung dengan sebuah as yang memanjang ke bawah dan mempunyai roda gigi. Roda gigi pada as berhubungan dengan roda gigi pada sebuah motor RC servo yang digunakan sebagai penggerak. Base bergerak secara rotasi dan dapat menyebabkan perubahan posisi pada lengan-lengan penghubung yang lain. Gambar 3.3. Bagian Base dan Penggeraknya Gambar 3.4. merupakan dimensi dari lengan robot dimana bagian shoulder memiliki panjang lengan 18cm dan bergerak secara rotasi dengan 2 buah motor RC servo. Bagian elbow memiliki panjang lengan 12cm dan bergerak secara rotasi dengan sebuah motor RC servo. Bagian pitch memiliki panjang lengan 5cm dan bergerak secara rotasi dengan sebuah motor RC servo. Bagian end-effector adalah bagian yang digunakan untuk mencekam spidol. Panjang end-effector sampai pada ujung spidol memiliki panjang 10cm. Total keseluruhan panjang lengan robot dari pangkal shoulder sampai pada ujung spidol adalah 45cm. Besarnya dimensi berupa panjang yang dimiliki oleh keseluruhan penghubung link menentukan kemampuan sebagai jangkauan lengan robot ketika melakukan gerakkan. Gambar 3.4. Dimensi Lengan Robot Bagian yang berperan sebagai penggerak adalah sendi joint terhubung langsung dengan motor RC servo. Gerakkan yang terjadi pada joint di setiap bagian pangkal dari link adalah rotasi. Gerakkan secara rotasi menyebabkan adanya perbedaan besarnya sudut- sudut yang terjadi pada setiap penghubung link dari titik acuan awal yaitu pada bagian pangkal dari bahu shoulder. a b Gambar 3.5. a Desain 3D End-Effector Lengan Robot. b Desain 3D Whiteboard Gambar 3.5.a adalah desain 3D end-effector dari prototipe lengan robot yang akan dibuat. Berfungsi sebagai tempat menaruh spidol yang akan digunakan untuk menulis. Bagian ini akan ditempelkan pada bagian ujung dari lengan 3 pada lengan robot dengan bantuan 2 buah baut untuk mengunci end-effector dengan lengan 3. Gambar 3.5.b adalah desain dari whiteboard yang akan digabung dengan meja. Lengan robot menulis kata ini menggunakan motor RC servo sebanyak 5 buah. Pemilihan motor RC servo yang digunakan pada setiap joint berdasarkan pada kemampuan yang harus dimiliki setiap joint untuk mengangkat beban. Beban dapat berupa berat lengan link. Kemampuan motor untuk berputar dengan suatu beban merupakan gaya putar yang disebut torsi torque. Berikut ini perkiraan berat lengan penghubung link pada perancangan lengan robot: Tabel 3.1. Tabel Perkiraan Berat Lengan dan Beban yang Diangkat Lengan NO. Lengan Penghubung link Perkiraan Berat setiap lengan Beban yang diangkat setiap lengan 1. End-Effector 200gr 200gr 2. Pitch 120gr 320gr 3. Elbow 200gr 520gr 4. Shoulder 500gr 1020gr 5. Base 200gr 200gr Pada tabel 3.1. untuk perkiraan berat setiap lengan merupakan total berat dari material lengan dan motor RC servo yang menempel pada lengan. Sedangkan pada kolom beban yang diangkat setiap lengan merupakan penjumlahan berat dari keseluruhan beban yang harus diangkat oleh setiap lengan. Perancangan mekanik untuk desain lengan robot menulis kata menggunakan material aluminium karena ringan dan mudah dikerjakan. Pada tabel 3.1. bagian base diasumsikan memiliki berat yang ringan walaupun terletak paling dasar karena bagian base tidak terbebani oleh berat keseluruhan dari prototype lengan robot karena seluruh lengan robot sudah ditopang oleh empat buah tiang penyangga.Pada perancangan mekanik motor RC servo yang digunakan hanya untuk memutar bagian base yang memiliki torsi yang tidak terlalu besar yaitu diperkirakan sebesar 10 kgf.cm. Pada bagian pitch beban yang harus diangkat adalah 320gram karena bagian pitch selain mengangkat lengannya sendiri juga harus mengangkat seluruh bagian end-effector. Bagian pitch memiliki panjang 5 cm dan bagian end-effector sampai ujung spidol memiliki panjang 10 cm, sehingga panjang lengan yang harus diangkat adalah 15 cm. Berikut adalah perhitungan untuk merancang torsi pada bagian pitch : m = 320gram = 0,32 kg r = 15 cm F = m x a = 0,32 kg x 10 ms 2 = 3,2 N = 3,2 Kg ms 2 3,2 N x 0,102 = 0,3264 Kg τ = F × r = 0,3264 Kg × 15 cm = 4,896 Kg.cm Pada bagian elbow beban yang harus diangkat adalah 520 gram, sedangkan panjang lengan yang harus diangkat motor RC servo adalah 27 cm yang dihitung dari panjang lengan elbow, panjang lengan pitch dan panjang end-effector. Kebutuhan torsi motor RC servo pada perancangan lengan robot : m = 520gram = 0,52 kg r = 27 cm F = m x a = 0,52 kg x 10 ms 2 = 5,2 N = 5,2 Kg ms 2 5,2 N x 0,102 = 0,5304 Kg τ = F × r = 0,5304 Kg × 27 cm = 14,3208 Kg.cm Pada bagian shoulder beban yang harus diangkat adalah 1020 gram, sedangkan panjang lengan yang harus diangkat motor RC servo adalah 45 cm yang dihitung dari panjang lengan shoulder, panjang lengan elbow, panjang lengan pitch dan panjang end- effector. Kebutuhan torsi motor RC servo pada perancangan lengan robot : m = 1020 gram = 1,020 kg r = 45 cm F = m x a = 1,020 kg x 10 ms 2 = 10,20 N = 10,20 Kg ms 2 10,20 N x 0,102 = 1,0404 Kg τ = F × r = 1,0404 Kg × 45 cm = 46,818 Kg.cm Berdasarkan perhitungan kebutuhan torsi pada bagian shoulder memang menunjukkan torsi yang dibutuhkan sangat besar. Hal tersebut akan membuat kesulitan tersendiri dalam mencari motor RC servo dengan torsi yang sangat besar. Oleh sebab itu, pada bagian shoulder perancangan menggunakan 2 buah motor RC servo dengan torsi lebih besar dari 23,409 Kg.cm 46,818 Kg.cm : 2 = 23,409 Kg.cm yang akan dipasang pada shoulder 1 dan shoulder 2.