Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan Rancang Bangun Unit Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan ATMega 128
MODIFIKASI PENGENDALI TRAKTOR OTOMATIS DAN RANCANG
BANGUN UNIT PENGENDALI OTOMATIS TUAS TRANSMISI MAJU
MUNDUR MENGGUNAKAN ATMEGA 128
MUHAMMAD SIGIT GUNAWAN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifikasi Pengendali
Traktor Otomatis dan Rancang Bangun Unit Pengendali Tuas Transmisi Maju Mundur Menggunakan ATMega 128 adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2013
Muhammad Sigit Gunawan
NIM F14090083
.
ABSTRAK
MUHAMMAD SIGIT GUNAWAN. Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan
Rancang Bangun Unit Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan
ATMega 128. Dibimbing oleh I DEWA MADE SUBRATA.
Otomatisasi sistem pengendalian traktor atau yang biasa disebut otomasi
traktor adalah pengendalian traktor yang semua kegiatan operator dikendalikan
secara otomatis oleh sistem. Pengembangan otomasi traktor juga mencakup salah
satu tujuan precision farming yaitu tepat lokasi. Smart Tractor merupakan salah
satu pengembangan otomasi traktor. Untuk memperkecil radius putar yang besar
saat berbelok traktor dilengkapi rem kanan-kiri yang dapat dikendalikan secara
terpisah. Modifikasi pengedalian rem dan transmisi maju-mundur untuk
meningkatkan kemampuan traktor untuk bergerak. Modifikasi rangkaian
elektronika dilakukan pada ATMega 8535 yang memiliki 20 pin I/O menjadi
ATMega 128. Modifikasi dan pengujian traktor mengikuti kaidah umum rancang
bangun. Ketiga unit mekanisme yang dibuat digerakkan menggunakan motor
listrik DC. Daya yang dibutuhkan oleh tuas transmisi, pedal rem kanan dan kiri
adalah 31.6 Watt, 13.78 Watt, dan 12 Watt. Uji kinerja otomasi pengendali rem
kanan dan kiri menghasilkan radius putar sebesar 1.5 m dan 1.4 m.
Kata kunci: ATMega 128, Otomasi, Traktor
ABSTRACT
MUHAMMAD SIGIT GUNAWAN. Modification of Automatic Controlled
Tractor and Design of Handle Foward-Reverse Transmision Unit Control Using
Microcontroler ATMega 128. Supervised by I DEWA MADE SUBRATA.
Automatic controling system on tractor as known as autonomous tractor is
all operating control by it self without operator command. Development of
automous tractor is also covered by one purpose of precision farming that is
appropriate in place. Smart Tractor is one of the development of automous tractor.
To reduce turning radius, stractor has two brakes right and left that controlled
separetely.. Modification of brake and transmision automatic control are built to
increase the factor ability to operate. Electronic control has been modified on
ATMega 8535 which had 20 pins I/O became ATMega 128. Proces of the
modification is based on the common rate of designing model. Mechanism that
was built is operated by using DC electric motor. Power that is needed by
transmission handle, left brake pedal and right brake pedal, are 31.6 Watt, 13.78
Watt, dan 12 Watt. The result of right and left brake controller testing are produce
1.5 m and 1.4 m turning radius.
Keywords:
ATMega
128,
Autonomous,
Tractor
MODIFIKASI PENGENDALI TRAKTOR OTOMATIS DAN RANCANG
BANGUN UNIT PENGENDALI OTOMATIS TUAS TRANSMISI MAJU
MUNDUR MENGGUNAKAN ATMEGA 128
MUHAMMAD SIGIT GUNAWAN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi: Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan Rancang Bangun Unit
Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan ATMega
128
: Muhammad Sigit Gunawan
Nama
: F14090083
NIM
Disetujui oleh
Dr Ir I Dewa Made Subrata, MAgr
Pembimbing
Tanggal Lulus:
f1 -SDEC 2013
Judul Skripsi : Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan Rancang Bangun Unit
Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan ATMega
128
Nama
: Muhammad Sigit Gunawan
NIM
: F14090083
Disetujui oleh
Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Febuari 2013 ini
Otomatisasi Traktor, dengan judul Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan
Rancang Bangun Unit Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan
ATMega 128.
Terima kasih penulis ucapkan kepada bapak Dr. Ir. I Dewa Made Subrata,
M.Agr selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran, kemudian kepada
bapak Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan,M.Agr dan Dr. Liyantono, S.T.P,
M.Agr, selaku penguji dan pemberi saran pada skripsi ini. Ungkapan terima kasih
juga penulis sampaikan untuk kedua orang tua saya, Bapak (Idi,S.P) dan Ibu
(Sartini), serta kedua adik saya Muhammad Adhi Prasetio dan Ninid Handriatni
Siskartika atas semua doa dan kasih sayangnya. Tidak lupa juga penulis ucapkan
terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu selama penelitian, Bapak
Wana, Mas Firman, Mas Darma, Mas Safrudin dan Bapak Joko selaku teknisi lab.
lapangan Siswadhi Supardjo dan lab. Instrumentasi dan Kontrol, kemudian
ucapan terima kasih kepada Heri Heriyanto, M. Nafis Rahman, Nopri Suryanto,
M. Hasan A, Andreas G, Setia Trianto, kak Cecep SR, kak Setya Permana,
Awanis, Eti Supriati, Syukrio Idaman, Setya Agung dan teman-teman Orion 46
atas bantuan dan semangatnya selama penelitian dan penyusunan skripsi.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2013
Muhammad Sigit Gunawan
F14090083
DAFTAR ISI
PRAKATA
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
METODE
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Masalah
Pengukuran Gaya Awal
Perancangan Sistem Kendali Otomatis
Pembuatan Sistem Kendali Otomatis Rem dan Transmisi
Uji Fungsional
Uji Kinerja
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
RIWAYAT HIDUP
vi
vii
vii
viii
ix
1
1
2
3
3
3
7
7
8
9
17
19
22
26
26
27
27
40
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
H
asil uji kecepatan gerakan unit pengendali Smart Tractor EF453T
19
U
ji Keberhasilan posisi unit pengendali transmisi, unit rem kanan dan kiri di
laboratorium
20
U
ji waktu perpindahan dari maju - mundur unit transmisi
22
U
ji radius putar unit rem kanan dan unit rem kiri
23
U
ji keberhasilan posisi unit pengendali transmisi, rem kanan dan kiri di
lapang
24
U
ji Keberhasilan posisi rem kanan dan kiri di lapang dengan limit switch
diturunkan
24
7.
ji radius putar unit rem kanan dan unit rem kiri pengereman penuh
8.
U
25
U
ji radius putar unit rem kanan dan unit rem kiri pengereman penuh tanpa
pully
26
9.
U
ji keberhasilan posisi rem di lapang dengan modifikasi pengecilan
diameter pully (rem kanan) dan tanpa pully (rem kiri)
26
DAFTAR GAMBAR
1.
iagram alir penelitian
2.
ola pengolahan lahan yang dilakukan pada penelitian sebelumnya
3.
urvei lapang pada pengolahan lahan menggunakan Smart Tractor
4.
nit pengendali rem sebelum dimodifikasi
5.
engukuran gaya untuk menggerakkan tuas transmisi
6.
engukuran gaya untuk menggerakkan pedal rem
7.
iagram bebas tuas transmisi maju-mundur
8.
udut-sudut yang terbentuk pada mekanisme empat batang hubung
9.
roses simulasi perhitungan menggunakan Excel dan Macro VB
10.
iagram benda bebas unit pengendali tuas rem kanan
11.
iagram benda bebas unit pengendali tuas rem kiri
12.
nit pengendali tuas transmisi maju-mundur
13.
onsep rancangan modifikasi pedal rem kanan
14.
onsep rancangan modifikasi pedal rem kiri
15.
emrograman mikrokontroler menggunakan Code Vision AVR
16.
angkaian elektronik sistem pengendalian awal dan modifikasi
17.
nit pengendali transmisi maju-mundur
18.
nit pengendali rem kanan dan kiri
D
6
P
7
S
7
U
8
P
9
P
9
D
10
S
11
P
11
D
13
D
14
U
15
K
16
K
16
P
18
R
18
U
19
U
19
19.
asil kalibrasi dan validasi unit pengendali kemudi
20.
asil kalibrasi dan validasi unit pengendali akselerasi
21.
asil kalibrasi dan validasi unit pengendali implemen
22.
engujian radius putar awal unit pengendali rem kanan
23.
engujian unit pengendali rem kanan dengan penurunan limit switch
H
21
H
21
H
22
P
23
P
25
DAFTAR LAMPIRAN
1.
iagram awal sistem pengendali Smart Tractor EF 453T
2.
iagram modifikasi sistem pengendali Smart Tractor EF 453T
3.
ambaran modifikasi dan rancang bangun yang dilakukan
4.
asil simulasi empat batang hubung crank and rocker
5.
ontoh perhitungan pada simulasi lengan R2 posisi 900
6.
asil simulasi keragaman kecepatan putar
7.
ambar orthogonal unit pengendali tuas transmisi
8.
ambar orthogonal unit pengendali rem kanan
9.
ambar orthogonal unit pengendali rem kiri
10.
erhitungan dan analisis ulang pengendali rem kanan
11.
erhitungan dan analisis ulang pengendali rem kiri
D
29
D
30
G
31
H
32
C
33
H
34
G
35
G
36
G
37
P
38
P
39
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Traktor adalah suatu mesin traksi yang dirancang dan dinyatakan sebagai
penyedia tenaga bagi peralatan pertanian dan perlengkapan usaha tani (Sembiring
N.dkk, 1998). Menurut SNI 7416 traktor roda empat merupakan mesin berdaya
gerak sendiri berupa motor diesel, beroda empat (ban karet atau ditambah roda
sangkar dari baja) yang mempunyai tiga titik gandeng, berfungsi untuk menarik,
menggerakkan, mengangkat, mendorong alat dan mesin pertanian dan juga
sebagai sumber daya penggerak. Tenaga yang dihasilkan oleh traktor relatif
konstan dan mampu bekerja secara terus-menerus. Hal ini bertolak belakang
dengan kemampuan manusia dan hewan yang mempunyai batas ketahanan
terhadap waktu dan terus menurun kemampuannya dalam melakukan kerja.
Penggunaan traktor dalam proses produksi pertanian sangat berkaitan
dengan kemampuan operator yang tidak lain adalah manusia. Kemampuan
manusia yang satu dan lainnya yang tidak serupa serta faktor alamiah manusia
seperti kelelahan dan kondisi psikis yang mudah berubah berdampak negatif pada
traktor yang digunakan. Otomatisasi sistem pengendalian traktor atau yang biasa
disebut autonomous traktor adalah pengendalian otomatis pada semua kegiatan
operasi pengendalian traktor dan sistem jalur yang terkoordinasi dengan GPS.
Otomatisasi traktor memudahkan operator karena operator hanya bertugas
mengawasi sistem dan tidak bekerja penuh pada pengoprasian traktor.
Otomatisasi pengendalian traktor adalah salah satu usaha dalam precision
farming untuk meningkatkan produktifitas pertanian. Otomasi traktor juga
mencakup salah satu tujuan dari precision farming yaitu tepat lokasi. Tepat lokasi
pengolahan dilakukan dengan adanya lintasan di lahan yang terkoordinasi dengan
GPS sehingga mengurangi losses atau overlaping. Losses mengakibatkan
berkurangnya hasil produksi dari titik optimalnya yang disebabkan oleh adanya
lahan yang tidak terolah. Overlaping mengakibatkan bertambahnya biaya yang
dikeluarkan dari biaya yang seharusnya dimana overlaping disebabkan adanya
pengulangan pengolahan pada beberapa titik pengolahan. Losses dan overlaping
terjadi karena tidak adanya sebuah jalur yang tepat bagi operator serta kondisi
lahan yang tidak rata mengakibatkan operator tidak mengetahui jika lintasan yang
dilalui kurang tepat.
Penelitian otomatisasi traktor telah banyak dilakukan baik di Indonesia
maupun di luar negeri. Beberapa hasil dari penelitian yang dilakukan di Indonesia
masih diperlukan adanya modifikasi atau perbaikan untuk mencapai kesempurnan
rancangan. Kegiatan penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari penelitian
sebelumnya dengan judul pengembangan sistem kemudi otomatis pada traktor
pertanian menggunakan navigasi GPS (Desrial et. al., 2010), rancang bangun
sistem kontrol otomatis untuk kemudi, kopling dan akselerator pada traktor
pertanian (Desrial et. al., 2011), pengembangan metoda deteksi rintangan
menggunakan kamera CCD untuk traktor tanpa awak (Ahmad et. al., 2011),
modifikasi sistem pengendalian kemudi traktor, tuas kopling, dan tuas akselerasi
traktor roda empat menggunakan mikrokontroller DT-51 (Sumarno, 2012) dan
2
rancang bangun sistem kemudi otomatis traktor pertanian berbasis GPS (Rahman,
2013). Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, Smart Tractor dapat
melakukan operasi di lapangan tanpa bantuan operator, dimana sudah dilengkapi
sistem kemudi yang cukup untuk melakukan kegiatan akselerasi, belok, berhenti,
operasi implemen, serta penambahan sistem navigasi GPS (Global Positioning
System) dalam pengoperasiannya. Akan tetapi pengujian lapangan yang dilakukan
oleh Rahman pada tahun 2012, rem kanan dan kiri tidak difungsikan maka
digunakan pola overlapping alternation. Pola ini untuk traktor yang memiliki
turning radius yang sangat besar. Penggunaan implemen pada umumnya diangkat
saat berbelok untuk menghindari patahnya tiga titik gandeng, meskipun garu dan
bajak rotari dapat dioperasikan ketika berbelok tetapi hanya untuk berbelok 900.
Oleh karena itu dibutuhkan sebuah pengendali otomatis untuk mengendalikan tuas
transmisi maju-mundur dan pengendali otomatis rem kanan dan kiri.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah memodifikasi sistem pengendalian
otomatis pedal rem dan merancang bangun tuas transmisi maju-mundur traktor
roda empat. Mengintegrasikan ke dalam sistem yang sudah ada dan melakukan uji
fungsional sistem yang dibuat.
3
METODE
Penelitian dilaksanakan dari bulan Febuari 2013 sampai Oktober 2013 di
Laboratorium Instrumentasi Kontrol dan Laboratorium Lapangan Siswadhi
Supardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Alat
Bahan
Solder
Toolbox
Bor Tangan
Multimeter
Las Listrik
Gerinda
Timbangan Pegas
Tachometer
Mikrokontroler ATMega 128
Komponen Elektronik
Komputer/ netbook
Besi Behel
Accumulator
Motor Listrik DC 12 Volt
Inverter 12 – 24 Volt
Nylon
Bahan Logam
Limit switch
H-Bridge
Traktor Roda Empat
Besi Pipa
Prosedur Penelitian
Kegiatan penilitian ini terdiri dari tahapan meliputi perancangan dan
perhitungan teknis, modifikasi Secara umum, prosedur penelitian mengikuti
kaidah umum rancang bangun. Tahapan penelitian meliputi:
1. Identifikasi masalah dan kebutuhan yang diperlukan agar modifikasi
pengendalian traktor otomatis dan rancang bangun unit pengendali otomatis
tuas transmisi maju-mundur dapat dilakukan. Traktor otomatis yang dimiliki
oleh Departemen Teknik Mesin dan Biosistem lebih dikenal dengan sebutan
Smart Tractor EF453T. Smart tractor ini dapat melakukan pengendalian secara
otomatis pada pedal rem, pedal akselerasi, tuas transmisi, roda kemudi, pedal
kopling. Smart tractor ini memiliki permasalahan yaitu traktor tidak dapat
bergerak mundur secara otomatis serta radius putar yang cukup besar.
Berdasarkan permasalahan tersebut, maka dirumuskan beberapa alternatif
solusi yang mungkin.
2. Pengukuran gaya awal dilakukan untuk mengetahui kebutuhan gaya serta
untuk menggerakkan masing-masing unit mekanisme. Gaya yang dibutuhkan
untuk menggerakkan transmisi sebesar 137.2 N, pedal rem kiri dibutuhkan
gaya sebesar 44.15 N dan untuk menggerakkan pedal rem kanan sebesar 39.24
N.
3. Pada tahap perancangan sistem pengendali otomatis, terdiri dari beberapa
tahapan yaitu rancangan fungsional dan struktural, analisis teknik dan
perancangan rangkaian elektronika untuk mengatasi masalah yang telah
diidentifikasi. Tahapan analisis teknik pada umumnya merupakan tahapan
perhitungan untuk mengetahui ukuran, gaya yang bekerja serta daya yang
diperlukan. Tahapan ini selain melakukan perhitungan juga melakukan tahapan
simulasi perhitungan untuk menganalisa mekanisme batang penghubung empat
4
batang lengan berayun. Simulasi menggunakan software Microsoft
Visual Basic. Persamaan yang digunakan pada analisa teknik
a. Menghitung torsi
F=mxg
T=Fxr
b. Menghitung daya yang diperlukan
ω = 2π x
P=Txω
P=Fxrxω
n=
(rps)
P=
c. Menghitung diameter puli penggerak
Putaran motor (rps) =
Keliling lingkaran =
Excel dan
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
Menghit
d.
ung daya motor yang diperlukan
Phitung (Watt) =
P (Watt) = Phitung x nilai safety factor
e.
ung prosentase keberhasilan
Keberhasilan (%) =
f.
(12)
(13)
Menghit
(14)
Rumus
perhitungan dalam empat batang hubung
s2 =
y=
x=
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
4. Pembuatan dan modifikasi mekatronika pengendalian traktor otomatis
mencakup pembuatan sistem mekanik pada unit pengendali tuas transmisi dan
pemisahan unit pengendali pedal rem, memodifikasi sistem kerja unit kopling
dan rangkaian elektronika serta membuat pemrograman sistem pada
mikrokontroller. Diagram alir sistem pengendali pada penelitian yang
dilakukan oleh Rahman pada tahun 2013 dapat dilihat pada Lampiran 1. Dalam
proses modifikasi rancangan, tidak semua bagian diganti melainkan
pengoptimalan penggunaan bahan yang ada untuk memperkecil biaya
5
pembuatan, diagram alir unit yang dimodifikasi dan dibuat dapat dilihat pada
Lampiran 2 dan Lampiran 3. Pemrograman dilakukan dengan menggunakan
bahasa pemrograman C. Program yang ditulis dengan menggunakan aplikasi
Code Vision AVR, yang kemudian mengunduhnya kedalam chip
mikrokontroler. Unit yang telah dibangun dan dimodifikasi kemudian
dirangkaikan pada Smart Tractor. Adapun gambaran modifikasi dan rancang
bangun yang dilakukan dapat dilihat pada Lampiran 3.
5. Pengujian fungsional dilakukan untuk mengetahui kesesuaian fungsi unit
pengendali dengan yang diharapkan. Tahapan uji fungsional meliputi uji
kalibrasi, validasi, keberhasilan dan waktu yang dibutuhkan oleh unit. Hasil uji
fungsional menentukan kelayakan sistem mekatronika yang dibangun untuk
diuji kinerjanya. Jika hasil uji fungsional menunjukkan bahwa sistem
mekatronika belum siap, maka penelitian kembali pada tahap perancangan
sistem.
6. Pada tahap uji kinerja, sistem mekatronika yang dibangun diuji secara lengkap.
Pengujian dilakukan untuk mengetahui terintegrasinya sistem keseluruhan
sistem yang ada. Pada tahap uji kinerja dilakukan uji Keberhasilan lapang,
waktu operasi dari maju ke mundur atau sebaliknya serta uji radius putar untuk
mengetahui apakah modifikasi berhasil dilakukan. Jika hasil uji kinerja belum
selesai maka sistem perlu dimodifikasi ulang untuk diuji kinerjanya atau
kembali ke tahap perancangan sistem.
7. Evaluasi adalah tahap dimana dilakukan pengolahan data hasil pengujian untuk
mengetahui kinerja sistem kontrol yang telah dibuat, meliputi ketepatan
pembacaan dan gerakan mekanisme. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada
Gambar 1
Identifikasi masalah
Pengukuran gaya awal
Modifikasi
Perancangan sistem kendali otomatis
Pembuatan mekanisme
sistem pengendali
Tidak
Pembuatan rangkaian elektronika
sistem pengendali
Uji Fungsional
Ya
Uji Kinerja
Tidak
Ya
Selesai
6
Gambar 1 Diagram alir penelitian
7
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Masalah
Tahapan identifikasi masalah bertujuan untuk mengetahui masalah serta
kebutuhan yang diperlukan dalam penelitian. Studi pustaka dan survei lapang
dilakukan untuk mengetahui masalah serta hal-hal yang diperlukan dalam
penelitian. Bagian Berdasarkan studi pustaka, masalah yang trerdapat pada smart
traktor diantaranya radius putar yang cukup besar dikarenakan pedal rem kanan
dan kiri masih dalam satu unit pengendali. Besarnya radius putar mengakibatkan
penelitian yang dilakukan Rahman 2013 menggunakan pola overlapping
alternation yang yang dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Pola pengolahan lahan yang dilakukan pada penelitian sebelumnya
Berdasarkan survei di lapang, diketahui traktor otomatis ini tidak dapat melakukan
gerakan mundur secara otomatis, sehingga traktor tidak dapat mengolah sudut
lahan yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Survei lapang pada pengolahan lahan menggunakan Smart Tractor
Penambahan ketiga unit pengendali tersebut harus mampu digerakkan operator
secara manual maupun secara otomatis. Unit yang dibuat atau dimodifikasi dapat
diintegrasikan dengan sistem yang sudah ada.
Rem pada traktor berfungsi mengurangi kecepatan traktor saat
dioperasikan bersamaan dan mengurangi jari-jari putar traktor saat berbelok
apabila dioperasikan salah satunya saja. Jari-jari putar (radius putar) merupakan
jari-jari lingkaran terkecil roda terluar traktor tegak lurus dari putaran traktor
(Charles 1967). Unit pengendali rem Smart Traktor Yanmar EF453T hanya dapat
mengendalikan rem kanan dan kiri secara bersamaan yang dapat dilihat pada
8
Gambar 4. Oleh karena itu diperlukan adanya modifikasi pemisahan unit
pengendali rem.
Lengan
Penggerak Pedal
Rem
Plat
Penghubung
Rem
Pully
Pedal Rem
Gambar 4 Unit pengendali rem sebelum dimodifikasi
Untuk mengintegrasikan unit yang telah dibuat pada penelitian
sebelumnya dengan tiga unit yang baru, diperlukan modifikasi pada unit-unit
sebelumnya agar keseluruhan sistem dapat berjalan dengan baik. Unit-unit yang
perlu dimodifikasi antara lain unit pengendali kopling, unit rangkaian elektronika,
unit sensor tambahan dan kalibrasi serta validasi dari semua unit. Unit kopling
diperlukan adanya perbaikan karena dalam pengoprasian transmisi, unit
pengendali kopling digunakan terus menerus. Modifikasi pada unit kopling karena
pengoprasiannya membutuhkan tegangan 24 Volt dan arus 7 Ampere. Tegangan
alternator yang dihasilkan hanya 12 Volt sehingga tidak dapat mengisi daya kedua
accu. Keluaran dari inverter memiliki ground yang berbeda dengan rangkaian
lain. Diperlukan adanya rangkaian polarity switch yang memiliki ground berbeda
dengan ground rangkaian lain.
Penggantian unit rangkaian elektronika yang digunakan yaitu
mikrokontroler 8535. Mikrokontroler ini hanya memiliki 16 pin I/O sedangkan
untuk unit rem, transmisi, sensor tambahan dan unit-unit yang sudah ada
diperlukan 30 pin untuk kontroler. Sensor tambahan yang digunakan meliputi
sensor kopling dan sensor transmisi, sensor ini sangat diperlukan terkait
kerusakan fatal yang terjadi ketika salah satu unit(kopling atau transmisi)
mengalami kegagalan fungsi yang mengakibatkan kerusakan gearbox.
Berdasarkan masalah yang terjadi, pengendalian mekanisme tuas transmisi
serta pedal rem kanan dan kiri sangat diperlukan. Hal ini bertujuan untuk
meningkatkan kemampuan traktor dalam berbelok maupun mundur serta
mengerjakan pola pengolahan yang beragam.
Pengukuran Gaya Awal
Pengukuran gaya awal diperlukan untuk menentukan spesifikasi yang
diperlukan pada proses perancangan. Pengukuran gaya awal pada tiga komponen
aktuator yang dikendalikan menggunakan timbangan pegas. Pengukuran yang
dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme dapat dilihat pada Gambar 5.
Timbangan
Pegas
9
Gambar 5 Pengukuran gaya untuk menggerakkan tuas transmisi
Gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan tuas transmisi dari posisi
netral ke posisi maju adalah sebesar 14 kgf atau setara dengan 137.2 N. Gaya
yang cukup besar ini karena diambil dari lengan yang terhubung dengan poros
untuk menggerakkan transmisi. Selain itu, mekanisme tuas transmisi manual
masih terhubung dengan lengan tersebut sehingga menambah besar gaya yang
dibutuhkan. Hal ini dikarenakan pengendalian otomatis pada tuas transmisi selain
dapat digerakkan secara otomatis juga dapat digerakkan secara manual.
Pengukuran gaya pada tuas transmisi dapat dilihat pada Gambar 3.
Pengukuran gaya pada pedal rem juga dilakukan untuk mengetahui gaya
yang diperlukan dalam menekan rem kanan dan kiri. Pengukuran dapat dilihat
pada Gambar 6.
Timbangan
Pegas
Gambar 6 Pengukuran gaya untuk menggerakkan pedal rem
Gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal rem kanan adalah
sebesar 4 kgf atau setara dengan 39.24 N dan besar gaya yang dibutuhkan untuk
menggerakkan pedal rem kiri sebesar 4.5 kgf atau setara dengan 44.15 N.
Terdapat perbedaan besar gaya yang didapat pada mekanisme rem kanan dan kiri
yang disebabkan oleh adanya perbedaan mekanisme penyaluran gaya yang
digunakan untuk menggerakkan rem kanan dan kiri. Gaya gesek yang dihasilkan
poros horisontal yang digerakkan oleh pedal rem kiri sebelum terhubung dengan
join rem kiri mengakibatkan rem kiri lebih berat dibandingkan rem kanan.
Perancangan Sistem Kendali Otomatis
Proses perancangan merupakan proses yang penting dalam rancang
bangun. Proses ini dilakukan perhitungan serta penentuan spesifikasi unit
pengendali yang dibangun. Tahapan perancangan meliputi rancangan fungsional,
analisis teknik, rancangan struktural serta rancangan sistem kendali
Rancangan Fungsional
Perancangan dilakukan berdasarkan aspek fungsional dari masing-masing
mekanisme yang dibuat. Mekanisme yang dibuat adalah unit pengendali transmisi
dan memodifikasi unit pengendali rem menjadi unit pengendali rem kanan dan
kiri.
Unit pengendali transmisi berfungsi untuk mengendalikan pergerakan
transmisi sesuai dengan yang diperintahkan. Pengendalian transmisi dilakukan
agar traktor mampu bergerak maju, mundur serta menetralkan transmisi ketika
traktor selesai beroperasi.
Unit pengendali rem kanan berfungsi untuk mengendalikan pedal rem kanan
agar bergerak sesuai dengan yang diperintahkan. Pengendalian rem kanan
10
dilakukan agar traktor dapat menghentikan putaran roda kanan belakang saat rem
kanan dioperasikan sehingga memperkecil radius putar pada saat traktor berbelok
ke kanan.
Unit pengendali rem kiri berfungsi untuk mengendalikan pedal rem kiri agar
bergerak sesuai dengan yang diperintahkan. Pengendalian rem kiri dilakukan agar
traktor dapat menghentikan putaran roda kiri belakang saat rem kiri dioperasikan
sehingga memperkecil radius putar pada saat traktor berbelok ke kiri.
Analisis Teknik
Analisis teknik diperlukan pada proses perancangan untuk menentukan
spesifikasi yang dibutuhkan bagi masing-masing unit pengendali. Analisis teknik
meliputi perhitungan kebutuhan daya motor penggerak dan ukuran optimum unit
yang dibuat karena keterbatasan ruang dan daya yang tersedia.
Unit pengendali transmisi
Unit pengendali transmisi digerakkan menggunakan motor DC dimana
lengan poros transmisi diperpanjang dan dihubungkan mekanisme batang
penghubung empat batang lengan berayun yang bertujuan untuk menurunkan
gaya. Selain itu, mekanisme batang penghubung empat mempunyai kelebihan
dimana mekanisme dapat digerakkan ke arah yang berlawanan. Perubahan arah
gerakan ini berfungsi untuk mengembalikan posisi tuas transmisi baik dari maju
ke mundur maupun sebaliknya. Perpanjangan tuas poros transmisi (R4) yang pada
awalnya 5 cm dirancang menjadi 27 cm, Panjang lengan R2 13 cm dan R3 29 cm
merupakan panjang maksimum terhadap ruang yang tersedia dan tidak
mengganggu kerja operator maupun mekanisme lainnya. Menurut pengukuran
yang dilakukan jarak antara poros lengan R2 dengan R4 yang merupakan lengan
semu (R1) yaitu 32 dengan sudut kemiringan
250. Pergerakan lengan R4 dari
posisi netral ke posisi maju ataupun mundur membentuk sudut 150 terhadap posisi
netral yaitu 900 yang dapat dilihat pada Gambar 7.
R3
Netral
Mundur
F
R2
150
150
T
m
\
R4
Maju
Motor DC
R1
Ttr
Gambar 7 Diagram bebas tuas transmisi maju-mundur
Untuk mengetahui seberapa besar pergerakan lengan R1 agar lengan R4
dapat bergerak sesuai yang di rancang, maka perlu diketahui sudut-sudut yang
terjadi pada mekanisme empat batang hubung. Sudut-sudut yang terbentuk pada
mekanisme empat batang hubung dapat dilihat pada Gambar 8.
11
B
R3
A
R4
R2
y
s
O2
R1
x
O4
Gambar 8 Sudut-sudut yang terbentuk pada mekanisme empat batang hubung
Setelah diketahui sudut yang terbentuk, maka dilakukan tahapan simulasi
menggunakan software microsoft excel yang dilengkapi dengan macro visual
basic. Hal ini dilakukan dikarenakan untuk mengetahui sudut yang diperlukan
lengan R2 untuk menggerakkan lengan R4 tepat pada posisi maju, netral atau
mundur. Selain itu, kecepatan lengan R4 dan keragaman percepatan perlu
diketahui untuk mempermudah proses pengendalian serta program yang dibuat.
Hasil dari simulasi perhitungan pada software dapat dilihat pada Lampiran 4 dan
contoh perhitungan pada simulasi dapat dilihat pada Lampiran 5. Proses simulasi
dan program visual basic dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Proses simulasi perhitungan menggunakan Excel dan Macro VB
Berdasarkan hasil simulasi, didapatkan hubungan sudut antara lengan R4
dan R2. Sudut rancangan lengan R4 dan lengan R2 pada posisi tuas transmisi netral
sebesar 900. Sudut yang dibentuk lengan R4 pada saat tuas transmisi di gerakkan
dari posisi netral ke posisi maju atau mundur sebesar 150. Untuk menggerakkan
tuas transmisi (R4) dari posisi netral (900) ke posisi maju, maka lengan R2
12
bergerak ke posisi 57.40 atau bergerak sebesar -32.60 dari posisi netral 900,
sedangkan ke posisi mundur lengan R2 bergerak ke posisi 122.50 atau bergerak
sebesar sebesar 32.50 dari posisi netral (900). Keragaman kecepatan putar yang
dapat dilihat pada Lampiran 6, kecepatan putar pada lengan R4
berkisar dari
0.25 rps atau 0.26 rps pada posisi transmisi maju atau mundur hingga 0.29 rps
pada posisi netral. Perbedaan yang tidak signifikan ini menyebabkan program
pada mikrokontroler untuk menggerakkan tuas transmisi ke kanan dan ke kiri
dapat di sesuaikan. Gaya yang diperlukan untuk menggerakkan tuas transmisi
berdasarkan pengukuran gaya awal dari posisi netral ke maju atau netral ke
mundur adalah 14 kgf setara dengan 137.2 N pada tuas yang belum di perpanjang
yaitu 5 cm. Sistem pentransmisian daya yang baik adalah dimana daya yang
dihasilkan oleh sumber penggerak (Pm) yaitu motor DC dapat ditransmisikan
seluruhnya ke poros transmisi (Ptr), sehingga untuk menggerakkan unit ini
dibutuhkan daya motor DC sebesar:
T=RxF
T4 = Rawal x Fawal
T4 = 0.05 x 137.2
T4 = 6.86 Nm
Untuk mengetahui torsi terbesar pada motor DC, maka diperlukan nilai
pada sudut
terkecil dari simulasi yang dilakukan yaitu pada sudut 900. Nilai
0
sebesar 0.6 rps atau 1.57 rad/s,
90 sebesar 0.29 rps atau 1.82 rad/s dengan
maka daya yang diperlukan untuk menggerakkan tuas transmisi sebesar.
Pm = Ptr
P=
T2 = 3.31 Nm
P = 3.31 x 3.77
P = 12.49 Watt
Untuk menambah keamanan dan antisipasi kerusakan motor DC maka
diasumsikan motor memiliki effisiensi sebesar 70% dan nilai safety factor sebesar
2, maka daya motor yang digunakan adalah sebesar:
P=
Berdasarkan ketersediaan motor DC di pasaran, motor yang digunakan
adalah motor dengan daya 50 Watt.
Unit Pengendali Pedal Rem Kanan
Unit pengendali pedal rem kanan digerakkan menggunakan motor DC
dengan bantuan batang penggerak yang dihubungkan ke pedal rem. Diagram
benda bebas unit pengendali rem kanan dapat dilihat pada Gambar 10.
13
L
Y
Pedal
Rem
Lengan
perpanjangan
F’
Kawat sling
r
ɷ
α
Motor DC 12 V
F
Gambar 10 Diagram benda bebas unit pengendali tuas rem kanan
Panjang lengan L didesain 38 cm dan sudut α yang terbentuk adalah 110,
sehingga panjang Y dapat dihitung dengan persamaan:
Y = L x Sin(α) = 38 x Sin(11) = 7.3 cm
Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal rem
dari kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain 0.6 second, dan
kecepatan putar motor sebesar 0.6 rps, sehingga jari-jari r dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
r
= 3.2 cm
Berdasarkan hasil pengukuran, gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal
rem adalah sebesar 4 kgf = 39.24 N, maka torsi yang dibutuhkan pada motor DC
penggerak dihitung berdasarkan persamaan:
= 40 N
F
T = F x r = 40 x 0.032 = 1.28 Nm
Daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70 % adalah sebesar:
= 6.89 Watt
P
14
Nilai safety factor yang digunakan adalah 2 sehingga besarnya daya motor
yang dibutuhkan dihitung menggunakan persamaan:
P = P x sf = 6.89 x 2 = 13.78 Watt
Berdasarkan nilai daya yang didapat dan mempertimbangkan motor DC
yang sebelumnya telah digunakan maka motor DC 30 watt pada rancangan
sebelumnya masih dapat digunakan.
Unit pengendali pedal rem kiri
Unit pengendali pedal rem kiri digerakkan menggunakan motor DC dengan
bantuan batang penggerak yang dihubungkan ke pedal rem. Diagram benda bebas
unit pengendali rem kanan dapat dilihat pada Gambar 11.
Y
L
Pedal
Rem
Lengan
perpanjangan
F’
Kawat
sling
α
r
Motor DC 12 V
ɷ
F
Gambar 11 Diagram benda bebas unit pengendali tuas rem kiri
Panjang lengan L didesain 27 cm dan sudut α yang terbentuk adalah 110,
sehingga panjang Y dapat dihitung dengan persamaan:
Y = L x Sin(α) = 27 x Sin(11) = 5.4 cm
Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal rem
dari kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain 0.6 second agar serupa
dengan desain rem kanan dan kecepatan putar motor sebesar 0.5 rps, sehingga
jari-jari r dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
r
= 2.8 cm
Berdasarkan hasil pengukuran, gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal
rem adalah sebesar 4.5 kgf = 44.15 N, maka torsi yang dibutuhkan pada motor DC
penggerak dihitung berdasarkan persamaan:
15
F
= 45 N
T = F x r = 45 x 0.028 = 1.3 Nm
Daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70 % adalah sebesar:
= 5.8 Watt
P
Nilai safety factor yang digunakan adalah 2 sehingga besarnya daya motor
yang dibutuhkan dihitung menggunakan persamaan:
P = P x sf = 5.8 x 2 = 12 Watt
Berdasarkan ketersediaan di pasaran, motor yang digunakan adalah motor
dengan daya 30 watt.
Rancangan Struktural
Dalam perancangan, pemilihan bentuk dan penentuan bahan yang
digunakan merupakan proses yang sangat penting sehingga sesuai untuk
dirangkaikan pada traktor Yanmar EF 453T. Unit pengendali juga dirancang agar
tidak mengganggu pengoperasian unit-unit yang dikendalikan jika dioperasikan
secara manual.
Unit pengendali transmisi dirancang agar mampu menggerakkan tuas
transmisi maju-mundur layaknya dikendalikan oleh operator. Unit digerakkan
oleh motor DC 50 Watt. Putaran motor DC ditransmisikan ke tuas yang berada di
bawah operator menggunakan sistem mekanisme batang penghubung empat
batang lengan berayun (crank and rocker). Ketiga lengan dan rangka mekanisme
terbuat dari plat baja yang dipotong sesuai dengan ukuran. Unit pengendali
transmisi dilengkapi dengan sensor kopling sehimgga unit ini berfungsi hanya saat
posisi pedal kopling terinjak. Secara umum unit pengendalian transmisi majumundur dapat dilihat pada Gambar 12 dan gambar ortogonal rancangan dapat
Lengan poros
motor DC (R2)
Motor DC 12 V
Poros putar
transmisi
Lengan poros tuas
transmisi (R4)
Lengan
penghubung R2 dan
R4 (R3)
Limit Switch
Rangka
mekanisme
Pengencang ke
lengan poros
transmisi
dilihat di Lampiran 7.
Gambar 12 Unit pengendali tuas transmisi maju-mundur
Pengendalian rem kanan dilakukan menggunakan motor DC 30 Watt.
Pedal rem dihubungkan dengan batang penggerak yang berfungsi memudahkan
pengendalian serta menurunkan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal
rem. Batang penggerak yang digunakan berupa besi pipa berdiameter 25 mm,
16
ketebalan 3 mm dan panjang 48 cm. Pada ujung batang penggerak dipasang kawat
sling baja berdiameter 1 mm yang berhubungan dengan puli berdiameter 6.4 cm
berbahan dasar plastik Nylon. Batang penggerak dibengkokan 900 sepanjang 10
cm agar posisi kawat sling sejajar dengan puli yang terhubung dengan motor DC
30 watt. Secara umum unit pengendali pedal rem kanan dapat dilihat pada Gambar
13 dan gambar ortogonal rancangan dapat dilihat di Lampiran 8.
Lantai pijakan
kaki operator
Pedal rem
kanan
Lengan
pemanjangan
Pully
Motor DC 12 V
Kawat Sling
Gambar 13 Konsep rancangan modifikasi pedal rem kanan
Pengendalian rem kiri dirancang menyerupai unit pengendali rem kanan.
Namun, batang penggerak yang digunakan pada rem kiri merupakan pipa
berdiameter 30 mm ketebalan 2 mm dan panjang 20 cm serta puli yang
digunakan berdiameter 7 cm. Secara umum unit pengendali pedal rem kanan
dapat dilihat pada Gambar 14 dan gambar ortogonal rancangan dapat dilihat di
Lampiran 9.
Pedal rem
kiri
Lantai pijakan
kaki operator
Lengan
pemanjangan
Plat penghubung
rem kanan dan kiri
Motor DC 12 V
Kawat Sling
Pully
Gambar 14 Konsep rancangan modifikasi pedal rem kiri
Rancangan Sistem Kendali
Unit pengendali transmisi
Pada perancangan sistem unit pengendali transmisi, motor DC digerakkan
dengan tipe kontrol on-off dengan sistem loop tertutup yang diperintahkan oleh
mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. H-Bridge merupakan modul yang
digunakan untuk mengubah arah putaran motor DC dengan mengubah polaritas
output sesuai dengan yang diperintahkan. Terdapat sensor yang diletakkan pada
unit kopling, sensor ini berfungsi untuk mengecek posisi kopling dimana saat
17
kopling tidak tertekan maka unit transmisi tidak akan bergerak. Penentuan posisi
maju, netral dan mundur ditentukan menggunakan delay command oleh
mikrokontroler yaitu untuk setiap satu gerakan dari mundur ke netral, netral ke
maju atau sebaliknya menggunakan delay command 200 ms, sehingga untuk
menggerakkan tuas transmisi dari posisi maju ke mundur menggunakan delay
command 600 ms. Pengaman unit pengendali transmisi menggunakan dua
perangkat limit switch. Perangkat limit switch yang dilengkapi dioda digunakan
sebagai pengaman ketika tuas transmisi berada pada titik maksimum maju atau
mundur lengan R1 menyentuh limit switch sehingga arus yang dialirkan terputus.
Perangkat limit switch lainnya berfungsi sebagai sensor pengecek, saat tuas
transmisi belum mencapai titik maksimum penggantian tranmisi maka kopling
tidak akan terangkat.
Unit pengendali rem kanan
Rancangan sistem pengendali rem kanan menggunakan motor DC sebagai
sumber penggerak. Motor DC dikendalikan dengan tipe kontrol on-off dengan
sistem loop terbuka, yang berarti tidak ada sensor yang menjadi umpan balik ke
sistem. Motor DC dikendalikan oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge
dimana perintah yang diberikan secara terus menerus baik dalam proses naik
maupun turun. Hal ini dilakukan untuk melakukan koreksi ke posisi yang
diperintahkan ketika mekanisme kembali terangkat akibat adanya faktor dari luar
maupun pegas dari rem. Untuk menghindari kerusakan unit, perangkat limit
switch digunakan pada mekanisme ini sebagai pengaman agar mekanisme
berhenti ketika posisi maksimum (bawah) dan minimum (atas).
Unit pengendali rem kiri
Rancangan sisitem pengendali rem kiri serupa dengan pengendalian rem
kanan yaitu kontrol on-off dengan sistem loop terbuka. Motor DC dikendalikan
oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. Perangkat limit switch
digunakan sebagai pengaman mekanisme untuk menghidari kerusakan unit.
Pembuatan Sistem Kendali Otomatis Rem dan Transmisi
Proses pembuatan sistem kendali baik mekanik maupun elektronik
dilakukan berdasarkan rancangan yang telah dibuat. Pemrograman sistem pada
mikrokontroler dilakukan menggunakan Code Vision AVR. Hal ini dilakukan
berdasarkan kemudahan dalam pembuatan dikarenakan lengkapnya library yang
terdapat pada Software tersebut serta bahasa pemrograman yang digunakan
berbasis bahasa pemrograman C (Rahman, 2013). Pemrograman menggunakan
bahasa C karena bahasa C merupakan bahasa pemrograman tingkat tinggi, yang
powerfull, fleksibel, portable dan memudahkan desainer, sehingga dapat
dijalankan pada beberapa sistem operasi yang berbeda. File yang telah dibuat
kemudian di-compile dan didownload ke chip mikrokontroler. Pemrograman
menggunakan Code Vision AVR dapat dilihat pada Gambar 13.
18
Gambar 15 Pemrograman mikrokontroler menggunakan Code Vision AVR
Rangkaian elektronik yang digunakan dibuat dalam 1 kotak kontrol agar
memudahkan perangkaian. Rangkaian tersebut meliputi: mikrokontroler,
rangkaian power supply, rangkaian H-Bridge, rangkaian polarity switch untuk
kopling penurun tegangan output encoder, rangkaian sensor, rangkaian pendingin,
inverter 12-24 Volt dan LCD. Perubahan susunan rangkaian yang digunakan dapat
dilihat pada Gambar 16.
Mikrokontroler
H-Bridge
Penurun Tegangan
Encoder
Inverter 12–24 Volt
LCD
(a)
Awal
(b)
Dimodifikasi
Gambar 16 Rangkaian elektronik sistem pengendalian awal dan modifikasi
Sumber tenaga listrik yang digunakan dalam sistem kontrol adalah satu
buah accu yang terdapat pada traktor. Penurunan jumlah penggunaan accu dalam
pengendalian kopling karena adanya rangkaian inverter 12-24 Volt, sehingga
penggunaan kopling tidak terkendala daya accu yang tidak terisi oleh alternator.
Keluaran dari inverter merupakan listrik DC dengan tegangan 24 Volt dan arus
maksimum 15 Ampere dan dilengkapi fuse warning yang berfungsi untuk
mengamankan motor DC dari kelebihan beban, arus pendek atau daya dari aki
menurun.
Unit kopling dan transmisi dilengkapi dengan sistem sensor yang saling
terkait Sensor transmisi dan sensor kopling menggunakan limit switch dan unit
pengendali transmisi maju-mundur dapat dilihat pada Gambar 17.
19
Motor DC
Lengan Penghubung
R2 dan R4 (R3)
Lengan
Motor DC
(R2)
Lengan poros tuas
transmisi (R4)
Limit switch
Poros Transmisi
Sensor Unit
Transmisi
Gambar 17 Unit pengendali transmisi maju-mundur
Unit pengendali pedal rem kiri dan pedal rem kanan dibuat berdasarkan rancangan
Kawat
sling
Lengan
Penggerak Pedal
Rem Kiri
Pully Rem
Kiri
Lengan
Penggerak Pedal
Rem Kanan
Pully Rem
Kanan
yang telah dibuat. Kedua unit pengendali ini dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Unit pengendali rem kanan dan kiri
Uji Fungsional
Uji fungsional dilakukan untuk mengetahui apakah tiap mekanisme yang
dibuat dapat bekerja dengan baik. Uji fungsional ini dilakukan dengan
menghitung kecepatan gerakan pada tiap unit untuk bekerja, melakukan kalibrasi
dan validasi pada tiap unit pengendalian. Uji kecepatan gerakan setiap unit dapat
dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil uji kecepatan dan waktu gerakan unit pengendali
Waktu (s)
Unit Pengendali
Transmisi
Akselerasi
Pergerakan
Netral – Mundur
Netral – Maju
Maju – Mundur
1000 – 2500
2500 – 1000
A
0.3
0.3
0.6
0.5
0.5
B
0.2
0.2
0.4
0.5
0.5
Kecepatan
(cm/s)
A
B
5.0
5.0
5.0
6.0
6.0
6.5
6.5
6.5
5.6
6.0
20
Rem Kiri
Rem kanan
Kemudi
Kopling
Implemen
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Tengah – Kanan
Tengah – Kiri
Kanan – Kiri
Bawah – Atas
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Atas – Bawah
0.3
0.3
0.3
0.3
1.8
1.8
3.6
1.0
1.5
2.5
2.0
0.5
0.5
0.4
0.2
1.5
1.4
3.0
1.4
1.8
2.7
2.3
40.0
40.0
66.7
66.7
75.0
75.0
75.0
26.0
17.3
5.6
7.0
44.4
44.4
48.8
87.0
88.2
94.4
89.1
18.1
14.8
5.3
6.0
Keterangan:
Pengambilan data berdasarkan pengoperasian rata-rata secara manual oleh operator
B
Pengambilan data dilakukan saat traktor dalam keadaan diangkat (kondisi statis)
A
Berdasarkan Tabel 1 dapat diketahui dimana adanya perbedaan antara
kecepatan perancangan dan kecepatan uji. Pembuatan unit mekanisme didasarkan
pada percobaan manual yang sebelumnya dilakukan. Namun, perbedaan
kecepatan pergerakan dikarenakan adanya perbedaan tingkat Keberhasilan
ukuran, perbedaan kecepatan motor DC yang digunakan. Kecepatan perancangan
tidak selalu lebih cepat dari kecepatan uji, hal ini dapat dilihat pada steer dan
transmisi. Semakin cepat pergerakan unit maka semakin banyak dan baik perintah
yang dapat diberikan pada unit tersebut.
Selain uji kecepatan gerakan uji fungsional juga dilakukan dengan menguji
Keberhasilan posisi. Uji ini dilakukan untuk mengetahui adanya kegagalan fungsi
dari unit pada saat unit bekerja. Uji Keberhasilan dilakukan dengan memberikan
perintah kepada unit pengendali kemudian unit pengendali mngerjakan perintah
sesuai yang diberikan. Hasil uji Keberhasilan dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Uji Keberhasilan posisi unit pengendali transmisi, unit rem kanan dan kiri
di laboratorium
Unit
Parameter Uji
Unit Transmisi
Unit Rem Kiri
Unit Rem Kanan
Keberhasilan posisi
Status
Netral-Maju
Netral-Mundur
Maju-Mundur
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Keberhasilan
(%)
100
100
100
100
100
100
100
Berdasarkan hasil uji Keberhasilan diketahui Keberhasilan posisi dari
ketiga sistem yang diuji mencapai 100%. Hal ini mengindikasikan sistem berjalan
dengan baik tanpa adanya kegagalan fungsi sistem.
Proses kalibrasi dan validasi ulang dilakukan untuk mengetahui
21
kesesuaian nilai sensor terhadap posisi mekanisme yang digerakkan. Kalibrasi
dilakukan dengan mengukur nilai yang dibentuk oleh mekanisme disesuaikan
dengan nilai sensor yang diperoleh. Validasi dilakukan dengan mengukur
kesesuaian nilai yang dibentuk oleh mekanisme dengan interval nilai sensor yang
diberikan melalui mikrokontroler. Grafik kalibrasi dan validasi yang telah
dilakukan pada steer dapat dilihat pada Gambar 19.
(a) Kalibrasi
(b) Validasi
Gambar 19 Hasil kalibrasi dan validasi unit pengendali kemudi
Berdasarkan grafik diketahui kalibrasi ulang yang dilakukan pada unit
pengendali kemudi mendapatkan nilai regresi sebesar 0.9997. Nilai regresi
mendekati angka 1 mengindikasikan kesesuaian sudut yang dibuat oleh kemudi
dengan pembacaan nilai encoder. Dalam grafik kalibrasi terdapat garis horisontal
traktor lurus yang merupakan nilai encoder keluaran pada saat traktor berjalan
lurus. Berdasarkan grafik validasi, encoder yang digunakan masih berfungsi
dengan baik karena kelinierannya dalam pembacaan sudut, hal ini dibuktikan
dengan nilai regresi pada validasi sebesar 0.9997.
Kalibrasi dan validasi juga dilakukan pada pedal akselerasi dan tuas
implemen yang dapat dilihat pada Gambar 20 dan 21.
(a) Kalibrasi
(b) Validasi
Gambar 20 Hasil kalibrasi dan validasi unit pengendali akselerasi
22
(a) Kalibrasi
(b) Validasi
Gambar 21 Hasil kalibrasi dan validasi unit pengendali implemen
Berdasarkan grafik kalibrasi yang dilakukan pada unit pengendali implemen dan
akselerasi mendapatkan persamaan polinomial. Hal ini dapat mengindikasikan
potensio linier 10K yang digunakan, jumlah keluaran hambatan dan jumlah
putaran tidak linier. Namun, hasil validasi dari kedua unit tersebut membuktikan
dimana R koreksi mendekati angka 1 sehingga potensio linier 10K layak
digunakan untuk mengatur unit pengendali.
Uji Kinerja
Uji kinerja dilakukan untuk mengetahui kinerja mekanisme dengan unit lain
serta mengetahui adanya kegagalan fungsi dilapang. Uji kinerja dilakukan dengan
menggerakkan traktor maju kemudian mundur untuk mengetahui kinerja unit
pengendali tranmisi dan integrasi dengan unit pengendali lainnya. Uji kinerja
dilakukan dua kali yaitu dengan menggerakkan traktor secara manual dan
autonomous maju – mundur. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja
unit pengendali tuas transmisi dengan unit lainnya seperti pedal akselerasi dan
kopling. Hasil pengujian traktor maju – mundur disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3 Uji waktu perpindahan dari maju - mundur unit transmisi
Unit
Unit
Transmisi
Parameter
Uji
Waktu
Perpindahan
dari Maju ke
Mundur
Manual
Waktu
(s)
3.46
Autonomous
3.76
Status
Waktu yang dihasilkan pergerakan traktor secara autonomous dan manual
tidak berbeda jauh. Hal ini mengindikasikan kecepatan sistem bekerja hampir
serupa saat traktor dikendalikan manual oleh operator. Uji kinerja juga dilakukan
dengan menggerakkan traktor berbelok ke kanan dan berbelok kekiri. Uji ini
dilakukan untuk mengetahui kinerja rem kanan dan kiri yang telah dimodifikasi
dengan melihat besar radius putar. Semakin besar radius putar mengindikasikan
tidak berfungsinya rem kanan atau kiri. Uji ini dilakukan dengan mengoperasikan
traktor secara autonomous dan manual. Contoh pengujian unit pengendali rem
kanan dapat dilihat pada Gambar 22 dan hasil pengujiannnya disajikan pada Tabel
4.
23
R
R
(a) Manual
(b) Autonomous
Gambar 22 Pengujian radius putar awal unit pengendali rem kanan
Tabel 4 Uji radius putar unit rem kanan dan unit rem kiri
Unit
Parameter Uji
Status
Radius putar
Manual
Autonomous
Manual
Autonomous
Unit Rem Kiri
Unit Rem Kanan
Jari-jari
(m)
1.3
3.2
1.3
3.5
24
Tabel 5 Uji keberhasilan posisi unit pengendali transmisi, rem kanan dan kiri di
lapang
Unit
Parameter Uji
Status
Unit Transmisi
Netral-Maju
Netral-Mundur
Maju-Mundur
Unit Rem Kiri
Keberhasilan posisi Atas – Bawah
Bawah – Atas
Unit Rem Kanan
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Keberhasilan
(%)
100
100
100
100
100
100
100
Berdasarkan hasil uji kinerja dapat diketahui unit pengendali transmisi dapat
bekerja dengan baik meskipun ada pengaruh eksternal dari sistem seperti getaran
engine dan lahan yang tidak rata. Berbeda halnya dengan unit pengendali rem
kanan dan kiri, radius putar yang dihasilkan autonomous berbeda jauh dengan
radius putar secara manual. Radius putar manual berbelok ke kiri 1.3 m sedangkan
radius putar autonomous berbelok ke kiri adalah 3.5 m. Untuk radius putar manual
berbelok ke kanan 1.3 sedangkan radius putar uji kinerja berbelok ke kanan adalah
3.9 m. Selisih radius putar antara uji autonomous dan uji manual dikarenakan
kampas rem belum menekan piringan rem secara penuh. Hal ini tidak diketahui
pada saat uji fungsional karena uji fungsional dilakukan pada saat traktor diangkat
sehingga tidak ada gaya dorongan dari roda lain. Dorongan dari roda lain
mengakibatkan roda yang direm ikut berputar sehingga radius putar menjadi
besar.
Untuk menambah pengereman maka dilakukan penurunan limit switch ke
posisi penekanan rem maksimum. Dilakukan uji keberhasilan untuk mengetahui
kinerja dari unit pengendali rem yang menggunakan rancangan pully dan motor
sebelumnya. Hasil uji Keberhasilan unit pengendali rem kanan dan kiri dengan
penurunan posisi limit siwtch dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6 Uji Keberhasilan posisi rem kanan dan kiri di lapang dengan limit switch
diturunkan
Unit
Parameter Uji
Unit Rem Kiri
Unit Rem Kanan
Keberhasilan posisi
Status
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Keberhasilan
(%)
50
100
50
100
Nilai keberhasilan yang diperoleh pada kedua rem tidak mencapai 100%
dikarenakan rem kembali terangkat setelah menekan limit switch dan motor DC
berhenti berputar. Rem yang terangkat mengakibatkan limit switch tidak tertekan
25
sehingga motor kembali berputar menekan limit switch. Hal tersebut terjadi
berulang kali yang berakibat rem belum maksimum digunakan pada saat berbelok
sehingga radius putar yang dihasilkan masih jauh dari radius putar manual. Hasil
uji radius putar dapat dilihat pada Gambar 23 dan T
BANGUN UNIT PENGENDALI OTOMATIS TUAS TRANSMISI MAJU
MUNDUR MENGGUNAKAN ATMEGA 128
MUHAMMAD SIGIT GUNAWAN
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER
INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Modifikasi Pengendali
Traktor Otomatis dan Rancang Bangun Unit Pengendali Tuas Transmisi Maju Mundur Menggunakan ATMega 128 adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Desember 2013
Muhammad Sigit Gunawan
NIM F14090083
.
ABSTRAK
MUHAMMAD SIGIT GUNAWAN. Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan
Rancang Bangun Unit Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan
ATMega 128. Dibimbing oleh I DEWA MADE SUBRATA.
Otomatisasi sistem pengendalian traktor atau yang biasa disebut otomasi
traktor adalah pengendalian traktor yang semua kegiatan operator dikendalikan
secara otomatis oleh sistem. Pengembangan otomasi traktor juga mencakup salah
satu tujuan precision farming yaitu tepat lokasi. Smart Tractor merupakan salah
satu pengembangan otomasi traktor. Untuk memperkecil radius putar yang besar
saat berbelok traktor dilengkapi rem kanan-kiri yang dapat dikendalikan secara
terpisah. Modifikasi pengedalian rem dan transmisi maju-mundur untuk
meningkatkan kemampuan traktor untuk bergerak. Modifikasi rangkaian
elektronika dilakukan pada ATMega 8535 yang memiliki 20 pin I/O menjadi
ATMega 128. Modifikasi dan pengujian traktor mengikuti kaidah umum rancang
bangun. Ketiga unit mekanisme yang dibuat digerakkan menggunakan motor
listrik DC. Daya yang dibutuhkan oleh tuas transmisi, pedal rem kanan dan kiri
adalah 31.6 Watt, 13.78 Watt, dan 12 Watt. Uji kinerja otomasi pengendali rem
kanan dan kiri menghasilkan radius putar sebesar 1.5 m dan 1.4 m.
Kata kunci: ATMega 128, Otomasi, Traktor
ABSTRACT
MUHAMMAD SIGIT GUNAWAN. Modification of Automatic Controlled
Tractor and Design of Handle Foward-Reverse Transmision Unit Control Using
Microcontroler ATMega 128. Supervised by I DEWA MADE SUBRATA.
Automatic controling system on tractor as known as autonomous tractor is
all operating control by it self without operator command. Development of
automous tractor is also covered by one purpose of precision farming that is
appropriate in place. Smart Tractor is one of the development of automous tractor.
To reduce turning radius, stractor has two brakes right and left that controlled
separetely.. Modification of brake and transmision automatic control are built to
increase the factor ability to operate. Electronic control has been modified on
ATMega 8535 which had 20 pins I/O became ATMega 128. Proces of the
modification is based on the common rate of designing model. Mechanism that
was built is operated by using DC electric motor. Power that is needed by
transmission handle, left brake pedal and right brake pedal, are 31.6 Watt, 13.78
Watt, dan 12 Watt. The result of right and left brake controller testing are produce
1.5 m and 1.4 m turning radius.
Keywords:
ATMega
128,
Autonomous,
Tractor
MODIFIKASI PENGENDALI TRAKTOR OTOMATIS DAN RANCANG
BANGUN UNIT PENGENDALI OTOMATIS TUAS TRANSMISI MAJU
MUNDUR MENGGUNAKAN ATMEGA 128
MUHAMMAD SIGIT GUNAWAN
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknologi Pertanian
pada
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN DAN BIOSISTEM
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2013
Judul Skripsi: Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan Rancang Bangun Unit
Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan ATMega
128
: Muhammad Sigit Gunawan
Nama
: F14090083
NIM
Disetujui oleh
Dr Ir I Dewa Made Subrata, MAgr
Pembimbing
Tanggal Lulus:
f1 -SDEC 2013
Judul Skripsi : Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan Rancang Bangun Unit
Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan ATMega
128
Nama
: Muhammad Sigit Gunawan
NIM
: F14090083
Disetujui oleh
Dr. Ir. I Dewa Made Subrata, M.Agr
Pembimbing
Diketahui oleh
Dr. Ir. Desrial, M.Eng
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Febuari 2013 ini
Otomatisasi Traktor, dengan judul Modifikasi Pengendali Traktor Otomatis dan
Rancang Bangun Unit Pengendali Tuas Transmisi Maju - Mundur Menggunakan
ATMega 128.
Terima kasih penulis ucapkan kepada bapak Dr. Ir. I Dewa Made Subrata,
M.Agr selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran, kemudian kepada
bapak Dr. Ir. Radite Praeko Agus Setiawan,M.Agr dan Dr. Liyantono, S.T.P,
M.Agr, selaku penguji dan pemberi saran pada skripsi ini. Ungkapan terima kasih
juga penulis sampaikan untuk kedua orang tua saya, Bapak (Idi,S.P) dan Ibu
(Sartini), serta kedua adik saya Muhammad Adhi Prasetio dan Ninid Handriatni
Siskartika atas semua doa dan kasih sayangnya. Tidak lupa juga penulis ucapkan
terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu selama penelitian, Bapak
Wana, Mas Firman, Mas Darma, Mas Safrudin dan Bapak Joko selaku teknisi lab.
lapangan Siswadhi Supardjo dan lab. Instrumentasi dan Kontrol, kemudian
ucapan terima kasih kepada Heri Heriyanto, M. Nafis Rahman, Nopri Suryanto,
M. Hasan A, Andreas G, Setia Trianto, kak Cecep SR, kak Setya Permana,
Awanis, Eti Supriati, Syukrio Idaman, Setya Agung dan teman-teman Orion 46
atas bantuan dan semangatnya selama penelitian dan penyusunan skripsi.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Desember 2013
Muhammad Sigit Gunawan
F14090083
DAFTAR ISI
PRAKATA
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
DAFTAR GAMBAR
DAFTAR LAMPIRAN
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tujuan Penelitian
METODE
Alat dan Bahan
Prosedur Penelitian
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Masalah
Pengukuran Gaya Awal
Perancangan Sistem Kendali Otomatis
Pembuatan Sistem Kendali Otomatis Rem dan Transmisi
Uji Fungsional
Uji Kinerja
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran
DAFTAR PUSTAKA
RIWAYAT HIDUP
vi
vii
vii
viii
ix
1
1
2
3
3
3
7
7
8
9
17
19
22
26
26
27
27
40
DAFTAR TABEL
1.
2.
3.
4.
5.
6.
H
asil uji kecepatan gerakan unit pengendali Smart Tractor EF453T
19
U
ji Keberhasilan posisi unit pengendali transmisi, unit rem kanan dan kiri di
laboratorium
20
U
ji waktu perpindahan dari maju - mundur unit transmisi
22
U
ji radius putar unit rem kanan dan unit rem kiri
23
U
ji keberhasilan posisi unit pengendali transmisi, rem kanan dan kiri di
lapang
24
U
ji Keberhasilan posisi rem kanan dan kiri di lapang dengan limit switch
diturunkan
24
7.
ji radius putar unit rem kanan dan unit rem kiri pengereman penuh
8.
U
25
U
ji radius putar unit rem kanan dan unit rem kiri pengereman penuh tanpa
pully
26
9.
U
ji keberhasilan posisi rem di lapang dengan modifikasi pengecilan
diameter pully (rem kanan) dan tanpa pully (rem kiri)
26
DAFTAR GAMBAR
1.
iagram alir penelitian
2.
ola pengolahan lahan yang dilakukan pada penelitian sebelumnya
3.
urvei lapang pada pengolahan lahan menggunakan Smart Tractor
4.
nit pengendali rem sebelum dimodifikasi
5.
engukuran gaya untuk menggerakkan tuas transmisi
6.
engukuran gaya untuk menggerakkan pedal rem
7.
iagram bebas tuas transmisi maju-mundur
8.
udut-sudut yang terbentuk pada mekanisme empat batang hubung
9.
roses simulasi perhitungan menggunakan Excel dan Macro VB
10.
iagram benda bebas unit pengendali tuas rem kanan
11.
iagram benda bebas unit pengendali tuas rem kiri
12.
nit pengendali tuas transmisi maju-mundur
13.
onsep rancangan modifikasi pedal rem kanan
14.
onsep rancangan modifikasi pedal rem kiri
15.
emrograman mikrokontroler menggunakan Code Vision AVR
16.
angkaian elektronik sistem pengendalian awal dan modifikasi
17.
nit pengendali transmisi maju-mundur
18.
nit pengendali rem kanan dan kiri
D
6
P
7
S
7
U
8
P
9
P
9
D
10
S
11
P
11
D
13
D
14
U
15
K
16
K
16
P
18
R
18
U
19
U
19
19.
asil kalibrasi dan validasi unit pengendali kemudi
20.
asil kalibrasi dan validasi unit pengendali akselerasi
21.
asil kalibrasi dan validasi unit pengendali implemen
22.
engujian radius putar awal unit pengendali rem kanan
23.
engujian unit pengendali rem kanan dengan penurunan limit switch
H
21
H
21
H
22
P
23
P
25
DAFTAR LAMPIRAN
1.
iagram awal sistem pengendali Smart Tractor EF 453T
2.
iagram modifikasi sistem pengendali Smart Tractor EF 453T
3.
ambaran modifikasi dan rancang bangun yang dilakukan
4.
asil simulasi empat batang hubung crank and rocker
5.
ontoh perhitungan pada simulasi lengan R2 posisi 900
6.
asil simulasi keragaman kecepatan putar
7.
ambar orthogonal unit pengendali tuas transmisi
8.
ambar orthogonal unit pengendali rem kanan
9.
ambar orthogonal unit pengendali rem kiri
10.
erhitungan dan analisis ulang pengendali rem kanan
11.
erhitungan dan analisis ulang pengendali rem kiri
D
29
D
30
G
31
H
32
C
33
H
34
G
35
G
36
G
37
P
38
P
39
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Traktor adalah suatu mesin traksi yang dirancang dan dinyatakan sebagai
penyedia tenaga bagi peralatan pertanian dan perlengkapan usaha tani (Sembiring
N.dkk, 1998). Menurut SNI 7416 traktor roda empat merupakan mesin berdaya
gerak sendiri berupa motor diesel, beroda empat (ban karet atau ditambah roda
sangkar dari baja) yang mempunyai tiga titik gandeng, berfungsi untuk menarik,
menggerakkan, mengangkat, mendorong alat dan mesin pertanian dan juga
sebagai sumber daya penggerak. Tenaga yang dihasilkan oleh traktor relatif
konstan dan mampu bekerja secara terus-menerus. Hal ini bertolak belakang
dengan kemampuan manusia dan hewan yang mempunyai batas ketahanan
terhadap waktu dan terus menurun kemampuannya dalam melakukan kerja.
Penggunaan traktor dalam proses produksi pertanian sangat berkaitan
dengan kemampuan operator yang tidak lain adalah manusia. Kemampuan
manusia yang satu dan lainnya yang tidak serupa serta faktor alamiah manusia
seperti kelelahan dan kondisi psikis yang mudah berubah berdampak negatif pada
traktor yang digunakan. Otomatisasi sistem pengendalian traktor atau yang biasa
disebut autonomous traktor adalah pengendalian otomatis pada semua kegiatan
operasi pengendalian traktor dan sistem jalur yang terkoordinasi dengan GPS.
Otomatisasi traktor memudahkan operator karena operator hanya bertugas
mengawasi sistem dan tidak bekerja penuh pada pengoprasian traktor.
Otomatisasi pengendalian traktor adalah salah satu usaha dalam precision
farming untuk meningkatkan produktifitas pertanian. Otomasi traktor juga
mencakup salah satu tujuan dari precision farming yaitu tepat lokasi. Tepat lokasi
pengolahan dilakukan dengan adanya lintasan di lahan yang terkoordinasi dengan
GPS sehingga mengurangi losses atau overlaping. Losses mengakibatkan
berkurangnya hasil produksi dari titik optimalnya yang disebabkan oleh adanya
lahan yang tidak terolah. Overlaping mengakibatkan bertambahnya biaya yang
dikeluarkan dari biaya yang seharusnya dimana overlaping disebabkan adanya
pengulangan pengolahan pada beberapa titik pengolahan. Losses dan overlaping
terjadi karena tidak adanya sebuah jalur yang tepat bagi operator serta kondisi
lahan yang tidak rata mengakibatkan operator tidak mengetahui jika lintasan yang
dilalui kurang tepat.
Penelitian otomatisasi traktor telah banyak dilakukan baik di Indonesia
maupun di luar negeri. Beberapa hasil dari penelitian yang dilakukan di Indonesia
masih diperlukan adanya modifikasi atau perbaikan untuk mencapai kesempurnan
rancangan. Kegiatan penelitian ini merupakan penelitian lanjutan dari penelitian
sebelumnya dengan judul pengembangan sistem kemudi otomatis pada traktor
pertanian menggunakan navigasi GPS (Desrial et. al., 2010), rancang bangun
sistem kontrol otomatis untuk kemudi, kopling dan akselerator pada traktor
pertanian (Desrial et. al., 2011), pengembangan metoda deteksi rintangan
menggunakan kamera CCD untuk traktor tanpa awak (Ahmad et. al., 2011),
modifikasi sistem pengendalian kemudi traktor, tuas kopling, dan tuas akselerasi
traktor roda empat menggunakan mikrokontroller DT-51 (Sumarno, 2012) dan
2
rancang bangun sistem kemudi otomatis traktor pertanian berbasis GPS (Rahman,
2013). Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, Smart Tractor dapat
melakukan operasi di lapangan tanpa bantuan operator, dimana sudah dilengkapi
sistem kemudi yang cukup untuk melakukan kegiatan akselerasi, belok, berhenti,
operasi implemen, serta penambahan sistem navigasi GPS (Global Positioning
System) dalam pengoperasiannya. Akan tetapi pengujian lapangan yang dilakukan
oleh Rahman pada tahun 2012, rem kanan dan kiri tidak difungsikan maka
digunakan pola overlapping alternation. Pola ini untuk traktor yang memiliki
turning radius yang sangat besar. Penggunaan implemen pada umumnya diangkat
saat berbelok untuk menghindari patahnya tiga titik gandeng, meskipun garu dan
bajak rotari dapat dioperasikan ketika berbelok tetapi hanya untuk berbelok 900.
Oleh karena itu dibutuhkan sebuah pengendali otomatis untuk mengendalikan tuas
transmisi maju-mundur dan pengendali otomatis rem kanan dan kiri.
Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah memodifikasi sistem pengendalian
otomatis pedal rem dan merancang bangun tuas transmisi maju-mundur traktor
roda empat. Mengintegrasikan ke dalam sistem yang sudah ada dan melakukan uji
fungsional sistem yang dibuat.
3
METODE
Penelitian dilaksanakan dari bulan Febuari 2013 sampai Oktober 2013 di
Laboratorium Instrumentasi Kontrol dan Laboratorium Lapangan Siswadhi
Supardjo, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fakultas Teknologi
Pertanian, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Alat
Bahan
Solder
Toolbox
Bor Tangan
Multimeter
Las Listrik
Gerinda
Timbangan Pegas
Tachometer
Mikrokontroler ATMega 128
Komponen Elektronik
Komputer/ netbook
Besi Behel
Accumulator
Motor Listrik DC 12 Volt
Inverter 12 – 24 Volt
Nylon
Bahan Logam
Limit switch
H-Bridge
Traktor Roda Empat
Besi Pipa
Prosedur Penelitian
Kegiatan penilitian ini terdiri dari tahapan meliputi perancangan dan
perhitungan teknis, modifikasi Secara umum, prosedur penelitian mengikuti
kaidah umum rancang bangun. Tahapan penelitian meliputi:
1. Identifikasi masalah dan kebutuhan yang diperlukan agar modifikasi
pengendalian traktor otomatis dan rancang bangun unit pengendali otomatis
tuas transmisi maju-mundur dapat dilakukan. Traktor otomatis yang dimiliki
oleh Departemen Teknik Mesin dan Biosistem lebih dikenal dengan sebutan
Smart Tractor EF453T. Smart tractor ini dapat melakukan pengendalian secara
otomatis pada pedal rem, pedal akselerasi, tuas transmisi, roda kemudi, pedal
kopling. Smart tractor ini memiliki permasalahan yaitu traktor tidak dapat
bergerak mundur secara otomatis serta radius putar yang cukup besar.
Berdasarkan permasalahan tersebut, maka dirumuskan beberapa alternatif
solusi yang mungkin.
2. Pengukuran gaya awal dilakukan untuk mengetahui kebutuhan gaya serta
untuk menggerakkan masing-masing unit mekanisme. Gaya yang dibutuhkan
untuk menggerakkan transmisi sebesar 137.2 N, pedal rem kiri dibutuhkan
gaya sebesar 44.15 N dan untuk menggerakkan pedal rem kanan sebesar 39.24
N.
3. Pada tahap perancangan sistem pengendali otomatis, terdiri dari beberapa
tahapan yaitu rancangan fungsional dan struktural, analisis teknik dan
perancangan rangkaian elektronika untuk mengatasi masalah yang telah
diidentifikasi. Tahapan analisis teknik pada umumnya merupakan tahapan
perhitungan untuk mengetahui ukuran, gaya yang bekerja serta daya yang
diperlukan. Tahapan ini selain melakukan perhitungan juga melakukan tahapan
simulasi perhitungan untuk menganalisa mekanisme batang penghubung empat
4
batang lengan berayun. Simulasi menggunakan software Microsoft
Visual Basic. Persamaan yang digunakan pada analisa teknik
a. Menghitung torsi
F=mxg
T=Fxr
b. Menghitung daya yang diperlukan
ω = 2π x
P=Txω
P=Fxrxω
n=
(rps)
P=
c. Menghitung diameter puli penggerak
Putaran motor (rps) =
Keliling lingkaran =
Excel dan
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
Menghit
d.
ung daya motor yang diperlukan
Phitung (Watt) =
P (Watt) = Phitung x nilai safety factor
e.
ung prosentase keberhasilan
Keberhasilan (%) =
f.
(12)
(13)
Menghit
(14)
Rumus
perhitungan dalam empat batang hubung
s2 =
y=
x=
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
(22)
4. Pembuatan dan modifikasi mekatronika pengendalian traktor otomatis
mencakup pembuatan sistem mekanik pada unit pengendali tuas transmisi dan
pemisahan unit pengendali pedal rem, memodifikasi sistem kerja unit kopling
dan rangkaian elektronika serta membuat pemrograman sistem pada
mikrokontroller. Diagram alir sistem pengendali pada penelitian yang
dilakukan oleh Rahman pada tahun 2013 dapat dilihat pada Lampiran 1. Dalam
proses modifikasi rancangan, tidak semua bagian diganti melainkan
pengoptimalan penggunaan bahan yang ada untuk memperkecil biaya
5
pembuatan, diagram alir unit yang dimodifikasi dan dibuat dapat dilihat pada
Lampiran 2 dan Lampiran 3. Pemrograman dilakukan dengan menggunakan
bahasa pemrograman C. Program yang ditulis dengan menggunakan aplikasi
Code Vision AVR, yang kemudian mengunduhnya kedalam chip
mikrokontroler. Unit yang telah dibangun dan dimodifikasi kemudian
dirangkaikan pada Smart Tractor. Adapun gambaran modifikasi dan rancang
bangun yang dilakukan dapat dilihat pada Lampiran 3.
5. Pengujian fungsional dilakukan untuk mengetahui kesesuaian fungsi unit
pengendali dengan yang diharapkan. Tahapan uji fungsional meliputi uji
kalibrasi, validasi, keberhasilan dan waktu yang dibutuhkan oleh unit. Hasil uji
fungsional menentukan kelayakan sistem mekatronika yang dibangun untuk
diuji kinerjanya. Jika hasil uji fungsional menunjukkan bahwa sistem
mekatronika belum siap, maka penelitian kembali pada tahap perancangan
sistem.
6. Pada tahap uji kinerja, sistem mekatronika yang dibangun diuji secara lengkap.
Pengujian dilakukan untuk mengetahui terintegrasinya sistem keseluruhan
sistem yang ada. Pada tahap uji kinerja dilakukan uji Keberhasilan lapang,
waktu operasi dari maju ke mundur atau sebaliknya serta uji radius putar untuk
mengetahui apakah modifikasi berhasil dilakukan. Jika hasil uji kinerja belum
selesai maka sistem perlu dimodifikasi ulang untuk diuji kinerjanya atau
kembali ke tahap perancangan sistem.
7. Evaluasi adalah tahap dimana dilakukan pengolahan data hasil pengujian untuk
mengetahui kinerja sistem kontrol yang telah dibuat, meliputi ketepatan
pembacaan dan gerakan mekanisme. Diagram alir penelitian dapat dilihat pada
Gambar 1
Identifikasi masalah
Pengukuran gaya awal
Modifikasi
Perancangan sistem kendali otomatis
Pembuatan mekanisme
sistem pengendali
Tidak
Pembuatan rangkaian elektronika
sistem pengendali
Uji Fungsional
Ya
Uji Kinerja
Tidak
Ya
Selesai
6
Gambar 1 Diagram alir penelitian
7
HASIL DAN PEMBAHASAN
Identifikasi Masalah
Tahapan identifikasi masalah bertujuan untuk mengetahui masalah serta
kebutuhan yang diperlukan dalam penelitian. Studi pustaka dan survei lapang
dilakukan untuk mengetahui masalah serta hal-hal yang diperlukan dalam
penelitian. Bagian Berdasarkan studi pustaka, masalah yang trerdapat pada smart
traktor diantaranya radius putar yang cukup besar dikarenakan pedal rem kanan
dan kiri masih dalam satu unit pengendali. Besarnya radius putar mengakibatkan
penelitian yang dilakukan Rahman 2013 menggunakan pola overlapping
alternation yang yang dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Pola pengolahan lahan yang dilakukan pada penelitian sebelumnya
Berdasarkan survei di lapang, diketahui traktor otomatis ini tidak dapat melakukan
gerakan mundur secara otomatis, sehingga traktor tidak dapat mengolah sudut
lahan yang dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Survei lapang pada pengolahan lahan menggunakan Smart Tractor
Penambahan ketiga unit pengendali tersebut harus mampu digerakkan operator
secara manual maupun secara otomatis. Unit yang dibuat atau dimodifikasi dapat
diintegrasikan dengan sistem yang sudah ada.
Rem pada traktor berfungsi mengurangi kecepatan traktor saat
dioperasikan bersamaan dan mengurangi jari-jari putar traktor saat berbelok
apabila dioperasikan salah satunya saja. Jari-jari putar (radius putar) merupakan
jari-jari lingkaran terkecil roda terluar traktor tegak lurus dari putaran traktor
(Charles 1967). Unit pengendali rem Smart Traktor Yanmar EF453T hanya dapat
mengendalikan rem kanan dan kiri secara bersamaan yang dapat dilihat pada
8
Gambar 4. Oleh karena itu diperlukan adanya modifikasi pemisahan unit
pengendali rem.
Lengan
Penggerak Pedal
Rem
Plat
Penghubung
Rem
Pully
Pedal Rem
Gambar 4 Unit pengendali rem sebelum dimodifikasi
Untuk mengintegrasikan unit yang telah dibuat pada penelitian
sebelumnya dengan tiga unit yang baru, diperlukan modifikasi pada unit-unit
sebelumnya agar keseluruhan sistem dapat berjalan dengan baik. Unit-unit yang
perlu dimodifikasi antara lain unit pengendali kopling, unit rangkaian elektronika,
unit sensor tambahan dan kalibrasi serta validasi dari semua unit. Unit kopling
diperlukan adanya perbaikan karena dalam pengoprasian transmisi, unit
pengendali kopling digunakan terus menerus. Modifikasi pada unit kopling karena
pengoprasiannya membutuhkan tegangan 24 Volt dan arus 7 Ampere. Tegangan
alternator yang dihasilkan hanya 12 Volt sehingga tidak dapat mengisi daya kedua
accu. Keluaran dari inverter memiliki ground yang berbeda dengan rangkaian
lain. Diperlukan adanya rangkaian polarity switch yang memiliki ground berbeda
dengan ground rangkaian lain.
Penggantian unit rangkaian elektronika yang digunakan yaitu
mikrokontroler 8535. Mikrokontroler ini hanya memiliki 16 pin I/O sedangkan
untuk unit rem, transmisi, sensor tambahan dan unit-unit yang sudah ada
diperlukan 30 pin untuk kontroler. Sensor tambahan yang digunakan meliputi
sensor kopling dan sensor transmisi, sensor ini sangat diperlukan terkait
kerusakan fatal yang terjadi ketika salah satu unit(kopling atau transmisi)
mengalami kegagalan fungsi yang mengakibatkan kerusakan gearbox.
Berdasarkan masalah yang terjadi, pengendalian mekanisme tuas transmisi
serta pedal rem kanan dan kiri sangat diperlukan. Hal ini bertujuan untuk
meningkatkan kemampuan traktor dalam berbelok maupun mundur serta
mengerjakan pola pengolahan yang beragam.
Pengukuran Gaya Awal
Pengukuran gaya awal diperlukan untuk menentukan spesifikasi yang
diperlukan pada proses perancangan. Pengukuran gaya awal pada tiga komponen
aktuator yang dikendalikan menggunakan timbangan pegas. Pengukuran yang
dibutuhkan untuk menggerakkan mekanisme dapat dilihat pada Gambar 5.
Timbangan
Pegas
9
Gambar 5 Pengukuran gaya untuk menggerakkan tuas transmisi
Gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan tuas transmisi dari posisi
netral ke posisi maju adalah sebesar 14 kgf atau setara dengan 137.2 N. Gaya
yang cukup besar ini karena diambil dari lengan yang terhubung dengan poros
untuk menggerakkan transmisi. Selain itu, mekanisme tuas transmisi manual
masih terhubung dengan lengan tersebut sehingga menambah besar gaya yang
dibutuhkan. Hal ini dikarenakan pengendalian otomatis pada tuas transmisi selain
dapat digerakkan secara otomatis juga dapat digerakkan secara manual.
Pengukuran gaya pada tuas transmisi dapat dilihat pada Gambar 3.
Pengukuran gaya pada pedal rem juga dilakukan untuk mengetahui gaya
yang diperlukan dalam menekan rem kanan dan kiri. Pengukuran dapat dilihat
pada Gambar 6.
Timbangan
Pegas
Gambar 6 Pengukuran gaya untuk menggerakkan pedal rem
Gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal rem kanan adalah
sebesar 4 kgf atau setara dengan 39.24 N dan besar gaya yang dibutuhkan untuk
menggerakkan pedal rem kiri sebesar 4.5 kgf atau setara dengan 44.15 N.
Terdapat perbedaan besar gaya yang didapat pada mekanisme rem kanan dan kiri
yang disebabkan oleh adanya perbedaan mekanisme penyaluran gaya yang
digunakan untuk menggerakkan rem kanan dan kiri. Gaya gesek yang dihasilkan
poros horisontal yang digerakkan oleh pedal rem kiri sebelum terhubung dengan
join rem kiri mengakibatkan rem kiri lebih berat dibandingkan rem kanan.
Perancangan Sistem Kendali Otomatis
Proses perancangan merupakan proses yang penting dalam rancang
bangun. Proses ini dilakukan perhitungan serta penentuan spesifikasi unit
pengendali yang dibangun. Tahapan perancangan meliputi rancangan fungsional,
analisis teknik, rancangan struktural serta rancangan sistem kendali
Rancangan Fungsional
Perancangan dilakukan berdasarkan aspek fungsional dari masing-masing
mekanisme yang dibuat. Mekanisme yang dibuat adalah unit pengendali transmisi
dan memodifikasi unit pengendali rem menjadi unit pengendali rem kanan dan
kiri.
Unit pengendali transmisi berfungsi untuk mengendalikan pergerakan
transmisi sesuai dengan yang diperintahkan. Pengendalian transmisi dilakukan
agar traktor mampu bergerak maju, mundur serta menetralkan transmisi ketika
traktor selesai beroperasi.
Unit pengendali rem kanan berfungsi untuk mengendalikan pedal rem kanan
agar bergerak sesuai dengan yang diperintahkan. Pengendalian rem kanan
10
dilakukan agar traktor dapat menghentikan putaran roda kanan belakang saat rem
kanan dioperasikan sehingga memperkecil radius putar pada saat traktor berbelok
ke kanan.
Unit pengendali rem kiri berfungsi untuk mengendalikan pedal rem kiri agar
bergerak sesuai dengan yang diperintahkan. Pengendalian rem kiri dilakukan agar
traktor dapat menghentikan putaran roda kiri belakang saat rem kiri dioperasikan
sehingga memperkecil radius putar pada saat traktor berbelok ke kiri.
Analisis Teknik
Analisis teknik diperlukan pada proses perancangan untuk menentukan
spesifikasi yang dibutuhkan bagi masing-masing unit pengendali. Analisis teknik
meliputi perhitungan kebutuhan daya motor penggerak dan ukuran optimum unit
yang dibuat karena keterbatasan ruang dan daya yang tersedia.
Unit pengendali transmisi
Unit pengendali transmisi digerakkan menggunakan motor DC dimana
lengan poros transmisi diperpanjang dan dihubungkan mekanisme batang
penghubung empat batang lengan berayun yang bertujuan untuk menurunkan
gaya. Selain itu, mekanisme batang penghubung empat mempunyai kelebihan
dimana mekanisme dapat digerakkan ke arah yang berlawanan. Perubahan arah
gerakan ini berfungsi untuk mengembalikan posisi tuas transmisi baik dari maju
ke mundur maupun sebaliknya. Perpanjangan tuas poros transmisi (R4) yang pada
awalnya 5 cm dirancang menjadi 27 cm, Panjang lengan R2 13 cm dan R3 29 cm
merupakan panjang maksimum terhadap ruang yang tersedia dan tidak
mengganggu kerja operator maupun mekanisme lainnya. Menurut pengukuran
yang dilakukan jarak antara poros lengan R2 dengan R4 yang merupakan lengan
semu (R1) yaitu 32 dengan sudut kemiringan
250. Pergerakan lengan R4 dari
posisi netral ke posisi maju ataupun mundur membentuk sudut 150 terhadap posisi
netral yaitu 900 yang dapat dilihat pada Gambar 7.
R3
Netral
Mundur
F
R2
150
150
T
m
\
R4
Maju
Motor DC
R1
Ttr
Gambar 7 Diagram bebas tuas transmisi maju-mundur
Untuk mengetahui seberapa besar pergerakan lengan R1 agar lengan R4
dapat bergerak sesuai yang di rancang, maka perlu diketahui sudut-sudut yang
terjadi pada mekanisme empat batang hubung. Sudut-sudut yang terbentuk pada
mekanisme empat batang hubung dapat dilihat pada Gambar 8.
11
B
R3
A
R4
R2
y
s
O2
R1
x
O4
Gambar 8 Sudut-sudut yang terbentuk pada mekanisme empat batang hubung
Setelah diketahui sudut yang terbentuk, maka dilakukan tahapan simulasi
menggunakan software microsoft excel yang dilengkapi dengan macro visual
basic. Hal ini dilakukan dikarenakan untuk mengetahui sudut yang diperlukan
lengan R2 untuk menggerakkan lengan R4 tepat pada posisi maju, netral atau
mundur. Selain itu, kecepatan lengan R4 dan keragaman percepatan perlu
diketahui untuk mempermudah proses pengendalian serta program yang dibuat.
Hasil dari simulasi perhitungan pada software dapat dilihat pada Lampiran 4 dan
contoh perhitungan pada simulasi dapat dilihat pada Lampiran 5. Proses simulasi
dan program visual basic dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9 Proses simulasi perhitungan menggunakan Excel dan Macro VB
Berdasarkan hasil simulasi, didapatkan hubungan sudut antara lengan R4
dan R2. Sudut rancangan lengan R4 dan lengan R2 pada posisi tuas transmisi netral
sebesar 900. Sudut yang dibentuk lengan R4 pada saat tuas transmisi di gerakkan
dari posisi netral ke posisi maju atau mundur sebesar 150. Untuk menggerakkan
tuas transmisi (R4) dari posisi netral (900) ke posisi maju, maka lengan R2
12
bergerak ke posisi 57.40 atau bergerak sebesar -32.60 dari posisi netral 900,
sedangkan ke posisi mundur lengan R2 bergerak ke posisi 122.50 atau bergerak
sebesar sebesar 32.50 dari posisi netral (900). Keragaman kecepatan putar yang
dapat dilihat pada Lampiran 6, kecepatan putar pada lengan R4
berkisar dari
0.25 rps atau 0.26 rps pada posisi transmisi maju atau mundur hingga 0.29 rps
pada posisi netral. Perbedaan yang tidak signifikan ini menyebabkan program
pada mikrokontroler untuk menggerakkan tuas transmisi ke kanan dan ke kiri
dapat di sesuaikan. Gaya yang diperlukan untuk menggerakkan tuas transmisi
berdasarkan pengukuran gaya awal dari posisi netral ke maju atau netral ke
mundur adalah 14 kgf setara dengan 137.2 N pada tuas yang belum di perpanjang
yaitu 5 cm. Sistem pentransmisian daya yang baik adalah dimana daya yang
dihasilkan oleh sumber penggerak (Pm) yaitu motor DC dapat ditransmisikan
seluruhnya ke poros transmisi (Ptr), sehingga untuk menggerakkan unit ini
dibutuhkan daya motor DC sebesar:
T=RxF
T4 = Rawal x Fawal
T4 = 0.05 x 137.2
T4 = 6.86 Nm
Untuk mengetahui torsi terbesar pada motor DC, maka diperlukan nilai
pada sudut
terkecil dari simulasi yang dilakukan yaitu pada sudut 900. Nilai
0
sebesar 0.6 rps atau 1.57 rad/s,
90 sebesar 0.29 rps atau 1.82 rad/s dengan
maka daya yang diperlukan untuk menggerakkan tuas transmisi sebesar.
Pm = Ptr
P=
T2 = 3.31 Nm
P = 3.31 x 3.77
P = 12.49 Watt
Untuk menambah keamanan dan antisipasi kerusakan motor DC maka
diasumsikan motor memiliki effisiensi sebesar 70% dan nilai safety factor sebesar
2, maka daya motor yang digunakan adalah sebesar:
P=
Berdasarkan ketersediaan motor DC di pasaran, motor yang digunakan
adalah motor dengan daya 50 Watt.
Unit Pengendali Pedal Rem Kanan
Unit pengendali pedal rem kanan digerakkan menggunakan motor DC
dengan bantuan batang penggerak yang dihubungkan ke pedal rem. Diagram
benda bebas unit pengendali rem kanan dapat dilihat pada Gambar 10.
13
L
Y
Pedal
Rem
Lengan
perpanjangan
F’
Kawat sling
r
ɷ
α
Motor DC 12 V
F
Gambar 10 Diagram benda bebas unit pengendali tuas rem kanan
Panjang lengan L didesain 38 cm dan sudut α yang terbentuk adalah 110,
sehingga panjang Y dapat dihitung dengan persamaan:
Y = L x Sin(α) = 38 x Sin(11) = 7.3 cm
Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal rem
dari kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain 0.6 second, dan
kecepatan putar motor sebesar 0.6 rps, sehingga jari-jari r dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan:
r
= 3.2 cm
Berdasarkan hasil pengukuran, gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal
rem adalah sebesar 4 kgf = 39.24 N, maka torsi yang dibutuhkan pada motor DC
penggerak dihitung berdasarkan persamaan:
= 40 N
F
T = F x r = 40 x 0.032 = 1.28 Nm
Daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70 % adalah sebesar:
= 6.89 Watt
P
14
Nilai safety factor yang digunakan adalah 2 sehingga besarnya daya motor
yang dibutuhkan dihitung menggunakan persamaan:
P = P x sf = 6.89 x 2 = 13.78 Watt
Berdasarkan nilai daya yang didapat dan mempertimbangkan motor DC
yang sebelumnya telah digunakan maka motor DC 30 watt pada rancangan
sebelumnya masih dapat digunakan.
Unit pengendali pedal rem kiri
Unit pengendali pedal rem kiri digerakkan menggunakan motor DC dengan
bantuan batang penggerak yang dihubungkan ke pedal rem. Diagram benda bebas
unit pengendali rem kanan dapat dilihat pada Gambar 11.
Y
L
Pedal
Rem
Lengan
perpanjangan
F’
Kawat
sling
α
r
Motor DC 12 V
ɷ
F
Gambar 11 Diagram benda bebas unit pengendali tuas rem kiri
Panjang lengan L didesain 27 cm dan sudut α yang terbentuk adalah 110,
sehingga panjang Y dapat dihitung dengan persamaan:
Y = L x Sin(α) = 27 x Sin(11) = 5.4 cm
Pada perancangan, waktu yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal rem
dari kondisi kosong menjadi terinjak sepenuhnya didesain 0.6 second agar serupa
dengan desain rem kanan dan kecepatan putar motor sebesar 0.5 rps, sehingga
jari-jari r dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
r
= 2.8 cm
Berdasarkan hasil pengukuran, gaya yang dibutuhkan untuk menarik pedal
rem adalah sebesar 4.5 kgf = 44.15 N, maka torsi yang dibutuhkan pada motor DC
penggerak dihitung berdasarkan persamaan:
15
F
= 45 N
T = F x r = 45 x 0.028 = 1.3 Nm
Daya motor yang digunakan dengan effisiensi motor 70 % adalah sebesar:
= 5.8 Watt
P
Nilai safety factor yang digunakan adalah 2 sehingga besarnya daya motor
yang dibutuhkan dihitung menggunakan persamaan:
P = P x sf = 5.8 x 2 = 12 Watt
Berdasarkan ketersediaan di pasaran, motor yang digunakan adalah motor
dengan daya 30 watt.
Rancangan Struktural
Dalam perancangan, pemilihan bentuk dan penentuan bahan yang
digunakan merupakan proses yang sangat penting sehingga sesuai untuk
dirangkaikan pada traktor Yanmar EF 453T. Unit pengendali juga dirancang agar
tidak mengganggu pengoperasian unit-unit yang dikendalikan jika dioperasikan
secara manual.
Unit pengendali transmisi dirancang agar mampu menggerakkan tuas
transmisi maju-mundur layaknya dikendalikan oleh operator. Unit digerakkan
oleh motor DC 50 Watt. Putaran motor DC ditransmisikan ke tuas yang berada di
bawah operator menggunakan sistem mekanisme batang penghubung empat
batang lengan berayun (crank and rocker). Ketiga lengan dan rangka mekanisme
terbuat dari plat baja yang dipotong sesuai dengan ukuran. Unit pengendali
transmisi dilengkapi dengan sensor kopling sehimgga unit ini berfungsi hanya saat
posisi pedal kopling terinjak. Secara umum unit pengendalian transmisi majumundur dapat dilihat pada Gambar 12 dan gambar ortogonal rancangan dapat
Lengan poros
motor DC (R2)
Motor DC 12 V
Poros putar
transmisi
Lengan poros tuas
transmisi (R4)
Lengan
penghubung R2 dan
R4 (R3)
Limit Switch
Rangka
mekanisme
Pengencang ke
lengan poros
transmisi
dilihat di Lampiran 7.
Gambar 12 Unit pengendali tuas transmisi maju-mundur
Pengendalian rem kanan dilakukan menggunakan motor DC 30 Watt.
Pedal rem dihubungkan dengan batang penggerak yang berfungsi memudahkan
pengendalian serta menurunkan gaya yang dibutuhkan untuk menggerakkan pedal
rem. Batang penggerak yang digunakan berupa besi pipa berdiameter 25 mm,
16
ketebalan 3 mm dan panjang 48 cm. Pada ujung batang penggerak dipasang kawat
sling baja berdiameter 1 mm yang berhubungan dengan puli berdiameter 6.4 cm
berbahan dasar plastik Nylon. Batang penggerak dibengkokan 900 sepanjang 10
cm agar posisi kawat sling sejajar dengan puli yang terhubung dengan motor DC
30 watt. Secara umum unit pengendali pedal rem kanan dapat dilihat pada Gambar
13 dan gambar ortogonal rancangan dapat dilihat di Lampiran 8.
Lantai pijakan
kaki operator
Pedal rem
kanan
Lengan
pemanjangan
Pully
Motor DC 12 V
Kawat Sling
Gambar 13 Konsep rancangan modifikasi pedal rem kanan
Pengendalian rem kiri dirancang menyerupai unit pengendali rem kanan.
Namun, batang penggerak yang digunakan pada rem kiri merupakan pipa
berdiameter 30 mm ketebalan 2 mm dan panjang 20 cm serta puli yang
digunakan berdiameter 7 cm. Secara umum unit pengendali pedal rem kanan
dapat dilihat pada Gambar 14 dan gambar ortogonal rancangan dapat dilihat di
Lampiran 9.
Pedal rem
kiri
Lantai pijakan
kaki operator
Lengan
pemanjangan
Plat penghubung
rem kanan dan kiri
Motor DC 12 V
Kawat Sling
Pully
Gambar 14 Konsep rancangan modifikasi pedal rem kiri
Rancangan Sistem Kendali
Unit pengendali transmisi
Pada perancangan sistem unit pengendali transmisi, motor DC digerakkan
dengan tipe kontrol on-off dengan sistem loop tertutup yang diperintahkan oleh
mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. H-Bridge merupakan modul yang
digunakan untuk mengubah arah putaran motor DC dengan mengubah polaritas
output sesuai dengan yang diperintahkan. Terdapat sensor yang diletakkan pada
unit kopling, sensor ini berfungsi untuk mengecek posisi kopling dimana saat
17
kopling tidak tertekan maka unit transmisi tidak akan bergerak. Penentuan posisi
maju, netral dan mundur ditentukan menggunakan delay command oleh
mikrokontroler yaitu untuk setiap satu gerakan dari mundur ke netral, netral ke
maju atau sebaliknya menggunakan delay command 200 ms, sehingga untuk
menggerakkan tuas transmisi dari posisi maju ke mundur menggunakan delay
command 600 ms. Pengaman unit pengendali transmisi menggunakan dua
perangkat limit switch. Perangkat limit switch yang dilengkapi dioda digunakan
sebagai pengaman ketika tuas transmisi berada pada titik maksimum maju atau
mundur lengan R1 menyentuh limit switch sehingga arus yang dialirkan terputus.
Perangkat limit switch lainnya berfungsi sebagai sensor pengecek, saat tuas
transmisi belum mencapai titik maksimum penggantian tranmisi maka kopling
tidak akan terangkat.
Unit pengendali rem kanan
Rancangan sistem pengendali rem kanan menggunakan motor DC sebagai
sumber penggerak. Motor DC dikendalikan dengan tipe kontrol on-off dengan
sistem loop terbuka, yang berarti tidak ada sensor yang menjadi umpan balik ke
sistem. Motor DC dikendalikan oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge
dimana perintah yang diberikan secara terus menerus baik dalam proses naik
maupun turun. Hal ini dilakukan untuk melakukan koreksi ke posisi yang
diperintahkan ketika mekanisme kembali terangkat akibat adanya faktor dari luar
maupun pegas dari rem. Untuk menghindari kerusakan unit, perangkat limit
switch digunakan pada mekanisme ini sebagai pengaman agar mekanisme
berhenti ketika posisi maksimum (bawah) dan minimum (atas).
Unit pengendali rem kiri
Rancangan sisitem pengendali rem kiri serupa dengan pengendalian rem
kanan yaitu kontrol on-off dengan sistem loop terbuka. Motor DC dikendalikan
oleh mikrokontroler melalui perangkat H-Bridge. Perangkat limit switch
digunakan sebagai pengaman mekanisme untuk menghidari kerusakan unit.
Pembuatan Sistem Kendali Otomatis Rem dan Transmisi
Proses pembuatan sistem kendali baik mekanik maupun elektronik
dilakukan berdasarkan rancangan yang telah dibuat. Pemrograman sistem pada
mikrokontroler dilakukan menggunakan Code Vision AVR. Hal ini dilakukan
berdasarkan kemudahan dalam pembuatan dikarenakan lengkapnya library yang
terdapat pada Software tersebut serta bahasa pemrograman yang digunakan
berbasis bahasa pemrograman C (Rahman, 2013). Pemrograman menggunakan
bahasa C karena bahasa C merupakan bahasa pemrograman tingkat tinggi, yang
powerfull, fleksibel, portable dan memudahkan desainer, sehingga dapat
dijalankan pada beberapa sistem operasi yang berbeda. File yang telah dibuat
kemudian di-compile dan didownload ke chip mikrokontroler. Pemrograman
menggunakan Code Vision AVR dapat dilihat pada Gambar 13.
18
Gambar 15 Pemrograman mikrokontroler menggunakan Code Vision AVR
Rangkaian elektronik yang digunakan dibuat dalam 1 kotak kontrol agar
memudahkan perangkaian. Rangkaian tersebut meliputi: mikrokontroler,
rangkaian power supply, rangkaian H-Bridge, rangkaian polarity switch untuk
kopling penurun tegangan output encoder, rangkaian sensor, rangkaian pendingin,
inverter 12-24 Volt dan LCD. Perubahan susunan rangkaian yang digunakan dapat
dilihat pada Gambar 16.
Mikrokontroler
H-Bridge
Penurun Tegangan
Encoder
Inverter 12–24 Volt
LCD
(a)
Awal
(b)
Dimodifikasi
Gambar 16 Rangkaian elektronik sistem pengendalian awal dan modifikasi
Sumber tenaga listrik yang digunakan dalam sistem kontrol adalah satu
buah accu yang terdapat pada traktor. Penurunan jumlah penggunaan accu dalam
pengendalian kopling karena adanya rangkaian inverter 12-24 Volt, sehingga
penggunaan kopling tidak terkendala daya accu yang tidak terisi oleh alternator.
Keluaran dari inverter merupakan listrik DC dengan tegangan 24 Volt dan arus
maksimum 15 Ampere dan dilengkapi fuse warning yang berfungsi untuk
mengamankan motor DC dari kelebihan beban, arus pendek atau daya dari aki
menurun.
Unit kopling dan transmisi dilengkapi dengan sistem sensor yang saling
terkait Sensor transmisi dan sensor kopling menggunakan limit switch dan unit
pengendali transmisi maju-mundur dapat dilihat pada Gambar 17.
19
Motor DC
Lengan Penghubung
R2 dan R4 (R3)
Lengan
Motor DC
(R2)
Lengan poros tuas
transmisi (R4)
Limit switch
Poros Transmisi
Sensor Unit
Transmisi
Gambar 17 Unit pengendali transmisi maju-mundur
Unit pengendali pedal rem kiri dan pedal rem kanan dibuat berdasarkan rancangan
Kawat
sling
Lengan
Penggerak Pedal
Rem Kiri
Pully Rem
Kiri
Lengan
Penggerak Pedal
Rem Kanan
Pully Rem
Kanan
yang telah dibuat. Kedua unit pengendali ini dapat dilihat pada Gambar 18.
Gambar 18 Unit pengendali rem kanan dan kiri
Uji Fungsional
Uji fungsional dilakukan untuk mengetahui apakah tiap mekanisme yang
dibuat dapat bekerja dengan baik. Uji fungsional ini dilakukan dengan
menghitung kecepatan gerakan pada tiap unit untuk bekerja, melakukan kalibrasi
dan validasi pada tiap unit pengendalian. Uji kecepatan gerakan setiap unit dapat
dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil uji kecepatan dan waktu gerakan unit pengendali
Waktu (s)
Unit Pengendali
Transmisi
Akselerasi
Pergerakan
Netral – Mundur
Netral – Maju
Maju – Mundur
1000 – 2500
2500 – 1000
A
0.3
0.3
0.6
0.5
0.5
B
0.2
0.2
0.4
0.5
0.5
Kecepatan
(cm/s)
A
B
5.0
5.0
5.0
6.0
6.0
6.5
6.5
6.5
5.6
6.0
20
Rem Kiri
Rem kanan
Kemudi
Kopling
Implemen
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Tengah – Kanan
Tengah – Kiri
Kanan – Kiri
Bawah – Atas
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Atas – Bawah
0.3
0.3
0.3
0.3
1.8
1.8
3.6
1.0
1.5
2.5
2.0
0.5
0.5
0.4
0.2
1.5
1.4
3.0
1.4
1.8
2.7
2.3
40.0
40.0
66.7
66.7
75.0
75.0
75.0
26.0
17.3
5.6
7.0
44.4
44.4
48.8
87.0
88.2
94.4
89.1
18.1
14.8
5.3
6.0
Keterangan:
Pengambilan data berdasarkan pengoperasian rata-rata secara manual oleh operator
B
Pengambilan data dilakukan saat traktor dalam keadaan diangkat (kondisi statis)
A
Berdasarkan Tabel 1 dapat diketahui dimana adanya perbedaan antara
kecepatan perancangan dan kecepatan uji. Pembuatan unit mekanisme didasarkan
pada percobaan manual yang sebelumnya dilakukan. Namun, perbedaan
kecepatan pergerakan dikarenakan adanya perbedaan tingkat Keberhasilan
ukuran, perbedaan kecepatan motor DC yang digunakan. Kecepatan perancangan
tidak selalu lebih cepat dari kecepatan uji, hal ini dapat dilihat pada steer dan
transmisi. Semakin cepat pergerakan unit maka semakin banyak dan baik perintah
yang dapat diberikan pada unit tersebut.
Selain uji kecepatan gerakan uji fungsional juga dilakukan dengan menguji
Keberhasilan posisi. Uji ini dilakukan untuk mengetahui adanya kegagalan fungsi
dari unit pada saat unit bekerja. Uji Keberhasilan dilakukan dengan memberikan
perintah kepada unit pengendali kemudian unit pengendali mngerjakan perintah
sesuai yang diberikan. Hasil uji Keberhasilan dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Uji Keberhasilan posisi unit pengendali transmisi, unit rem kanan dan kiri
di laboratorium
Unit
Parameter Uji
Unit Transmisi
Unit Rem Kiri
Unit Rem Kanan
Keberhasilan posisi
Status
Netral-Maju
Netral-Mundur
Maju-Mundur
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Keberhasilan
(%)
100
100
100
100
100
100
100
Berdasarkan hasil uji Keberhasilan diketahui Keberhasilan posisi dari
ketiga sistem yang diuji mencapai 100%. Hal ini mengindikasikan sistem berjalan
dengan baik tanpa adanya kegagalan fungsi sistem.
Proses kalibrasi dan validasi ulang dilakukan untuk mengetahui
21
kesesuaian nilai sensor terhadap posisi mekanisme yang digerakkan. Kalibrasi
dilakukan dengan mengukur nilai yang dibentuk oleh mekanisme disesuaikan
dengan nilai sensor yang diperoleh. Validasi dilakukan dengan mengukur
kesesuaian nilai yang dibentuk oleh mekanisme dengan interval nilai sensor yang
diberikan melalui mikrokontroler. Grafik kalibrasi dan validasi yang telah
dilakukan pada steer dapat dilihat pada Gambar 19.
(a) Kalibrasi
(b) Validasi
Gambar 19 Hasil kalibrasi dan validasi unit pengendali kemudi
Berdasarkan grafik diketahui kalibrasi ulang yang dilakukan pada unit
pengendali kemudi mendapatkan nilai regresi sebesar 0.9997. Nilai regresi
mendekati angka 1 mengindikasikan kesesuaian sudut yang dibuat oleh kemudi
dengan pembacaan nilai encoder. Dalam grafik kalibrasi terdapat garis horisontal
traktor lurus yang merupakan nilai encoder keluaran pada saat traktor berjalan
lurus. Berdasarkan grafik validasi, encoder yang digunakan masih berfungsi
dengan baik karena kelinierannya dalam pembacaan sudut, hal ini dibuktikan
dengan nilai regresi pada validasi sebesar 0.9997.
Kalibrasi dan validasi juga dilakukan pada pedal akselerasi dan tuas
implemen yang dapat dilihat pada Gambar 20 dan 21.
(a) Kalibrasi
(b) Validasi
Gambar 20 Hasil kalibrasi dan validasi unit pengendali akselerasi
22
(a) Kalibrasi
(b) Validasi
Gambar 21 Hasil kalibrasi dan validasi unit pengendali implemen
Berdasarkan grafik kalibrasi yang dilakukan pada unit pengendali implemen dan
akselerasi mendapatkan persamaan polinomial. Hal ini dapat mengindikasikan
potensio linier 10K yang digunakan, jumlah keluaran hambatan dan jumlah
putaran tidak linier. Namun, hasil validasi dari kedua unit tersebut membuktikan
dimana R koreksi mendekati angka 1 sehingga potensio linier 10K layak
digunakan untuk mengatur unit pengendali.
Uji Kinerja
Uji kinerja dilakukan untuk mengetahui kinerja mekanisme dengan unit lain
serta mengetahui adanya kegagalan fungsi dilapang. Uji kinerja dilakukan dengan
menggerakkan traktor maju kemudian mundur untuk mengetahui kinerja unit
pengendali tranmisi dan integrasi dengan unit pengendali lainnya. Uji kinerja
dilakukan dua kali yaitu dengan menggerakkan traktor secara manual dan
autonomous maju – mundur. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja
unit pengendali tuas transmisi dengan unit lainnya seperti pedal akselerasi dan
kopling. Hasil pengujian traktor maju – mundur disajikan pada Tabel 3.
Tabel 3 Uji waktu perpindahan dari maju - mundur unit transmisi
Unit
Unit
Transmisi
Parameter
Uji
Waktu
Perpindahan
dari Maju ke
Mundur
Manual
Waktu
(s)
3.46
Autonomous
3.76
Status
Waktu yang dihasilkan pergerakan traktor secara autonomous dan manual
tidak berbeda jauh. Hal ini mengindikasikan kecepatan sistem bekerja hampir
serupa saat traktor dikendalikan manual oleh operator. Uji kinerja juga dilakukan
dengan menggerakkan traktor berbelok ke kanan dan berbelok kekiri. Uji ini
dilakukan untuk mengetahui kinerja rem kanan dan kiri yang telah dimodifikasi
dengan melihat besar radius putar. Semakin besar radius putar mengindikasikan
tidak berfungsinya rem kanan atau kiri. Uji ini dilakukan dengan mengoperasikan
traktor secara autonomous dan manual. Contoh pengujian unit pengendali rem
kanan dapat dilihat pada Gambar 22 dan hasil pengujiannnya disajikan pada Tabel
4.
23
R
R
(a) Manual
(b) Autonomous
Gambar 22 Pengujian radius putar awal unit pengendali rem kanan
Tabel 4 Uji radius putar unit rem kanan dan unit rem kiri
Unit
Parameter Uji
Status
Radius putar
Manual
Autonomous
Manual
Autonomous
Unit Rem Kiri
Unit Rem Kanan
Jari-jari
(m)
1.3
3.2
1.3
3.5
24
Tabel 5 Uji keberhasilan posisi unit pengendali transmisi, rem kanan dan kiri di
lapang
Unit
Parameter Uji
Status
Unit Transmisi
Netral-Maju
Netral-Mundur
Maju-Mundur
Unit Rem Kiri
Keberhasilan posisi Atas – Bawah
Bawah – Atas
Unit Rem Kanan
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Keberhasilan
(%)
100
100
100
100
100
100
100
Berdasarkan hasil uji kinerja dapat diketahui unit pengendali transmisi dapat
bekerja dengan baik meskipun ada pengaruh eksternal dari sistem seperti getaran
engine dan lahan yang tidak rata. Berbeda halnya dengan unit pengendali rem
kanan dan kiri, radius putar yang dihasilkan autonomous berbeda jauh dengan
radius putar secara manual. Radius putar manual berbelok ke kiri 1.3 m sedangkan
radius putar autonomous berbelok ke kiri adalah 3.5 m. Untuk radius putar manual
berbelok ke kanan 1.3 sedangkan radius putar uji kinerja berbelok ke kanan adalah
3.9 m. Selisih radius putar antara uji autonomous dan uji manual dikarenakan
kampas rem belum menekan piringan rem secara penuh. Hal ini tidak diketahui
pada saat uji fungsional karena uji fungsional dilakukan pada saat traktor diangkat
sehingga tidak ada gaya dorongan dari roda lain. Dorongan dari roda lain
mengakibatkan roda yang direm ikut berputar sehingga radius putar menjadi
besar.
Untuk menambah pengereman maka dilakukan penurunan limit switch ke
posisi penekanan rem maksimum. Dilakukan uji keberhasilan untuk mengetahui
kinerja dari unit pengendali rem yang menggunakan rancangan pully dan motor
sebelumnya. Hasil uji Keberhasilan unit pengendali rem kanan dan kiri dengan
penurunan posisi limit siwtch dapat dilihat pada Tabel 6.
Tabel 6 Uji Keberhasilan posisi rem kanan dan kiri di lapang dengan limit switch
diturunkan
Unit
Parameter Uji
Unit Rem Kiri
Unit Rem Kanan
Keberhasilan posisi
Status
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Atas – Bawah
Bawah – Atas
Keberhasilan
(%)
50
100
50
100
Nilai keberhasilan yang diperoleh pada kedua rem tidak mencapai 100%
dikarenakan rem kembali terangkat setelah menekan limit switch dan motor DC
berhenti berputar. Rem yang terangkat mengakibatkan limit switch tidak tertekan
25
sehingga motor kembali berputar menekan limit switch. Hal tersebut terjadi
berulang kali yang berakibat rem belum maksimum digunakan pada saat berbelok
sehingga radius putar yang dihasilkan masih jauh dari radius putar manual. Hasil
uji radius putar dapat dilihat pada Gambar 23 dan T