7robot lengan lentur flexible

SAINTEK

Halaman
89- 165

YOGYAKARTA ISSN:1,4L2-399L

:NEL,r,ANa^iln€ck

J U R N A L P E N E L T T T A N\ ) @

Penerbit:
LembagaPenelitiandan PengabdiankepadaMasyarakat
UniversitasNegeriYogyakarta
PemimpinUmum/PenanggungJawab:
KetuaLembagaPenelitiandan PengabdiankepadaMasyarakat
UniversitasNegeriYogyakarta
Redaksi:
PenanggungJawab
Ketua
Sekretaris

AnggotaRedaksi

Prof.Dr.Anik Ghufron
Prof. Dr. Sri Atun
M.Si
RetnoArianingrum,
1. WardanSuryanto,Ed.D
2. Dr. Dr. BM. Wara Kushartanti
3. Dr. Heru Kuswanto
4. RetnaHidayah,Ph.D
, . P d . ,M . T
5 . A g u sB u d i m a nM
6. Dr. Sri Handayani
7 . M . K h a i r u d i nP, h . D .
8. Dr. RatnaWardani
9. Dr. MutiaraNugraheni
'. 1. Poni Pujiati,S.Si.
Sekretariat
S.E.
2. NovieRahmawati,

RiniAstuti,S.lP.
Settingdan TataLetak
:
:
.
:

Alamat RedaksilTataUsaha:
LembagaPenelitiandan PengabdiankepadaMasyarakat(LPPM)
UniversitasNegeriYogyakarta
Yogyakafta55281
Gg. Guru, KampusKarangmalang,
Telepon(0274) 586168 pesawat242, 262, Fax. (0274) 518617
ian/lemIit
Website: http://www.uny.ac.id/penelitian-dan-pengabd
lppm@uny.ac.id
Email:lppm.uny@gmail.com
JurnalPenelitianSaintekmerupakanlanjutandari JurnalPenelitianlptek
dan Humaniora
Frekuensiterbit:setiapbulanAprildan Oktober

PENEL,T,AN
T,RNAL
Safi ntg
Votume20, Nomor2, Oktober2015 ISSN:1412-3991

k
DAFTARISI

Daftar Isi
Robot Lengan Lentur Dua-Link SebagaiAlternatif Upaya Peningkatan
EfisiensiEnergiRobotPembawaBarang
Moh. Khairudin
g9 - 99
Potensi Jamu Inggu Sebagai Antibakten Penyebab Infeksi Saluran
PernapasanAtas
NunungSulistyanidanArdina Nugrahani
100 - 106
Pengujian Keausan Komponen Mekanik dengan Teknik Aktivasi
LapisanTipis

Silakhuddin

107 - 113

Optimasi KonsentrasiNatrium HidroksidapadaSintesis2,6-815(3' ,4' Dimetoksibenzilidin)SikloheksanonmelaluiReaksi CIaisen-Schmid
Nurul Khotimah Putri Pertiwi, Sri Handayani, C. Budimarwanti, dan
VhnartoHaryadi

n4 - U

Aplikasi Pencarian Kamar dalam Sistem Reservasi Hotel dengan
Antarmuka B ahasaSehari-hari
Hermawan Sulistyantodan Nurgiyatna
l2Z - 130
PengaruhUkuran Bulir dan JenisFluida PengisiRuangPori PasirBesi
terhadapSuseptibilitasMagnetiknya
Sangaji Hasmi Maharani lpa

I3l - 137

Optimalisasi Metode Clamping SebagaiUpaya Mereduksi Distorsi
Pengelasan
padaPlatBaja KarbonRendah
HeriWbowo
l3g - l4g
PemanfaatanGliserolHasil SampingPembuatanBiodieseldari Minyak
JelantahSebagaiBahanSintesisGliserolAsetat
Nelly Fadliyani dan SriAtun

l4g - 156

PemanfaatanProbiotik Bakteri Asam Laktat dari SaluranPeniernaan
lkan Terhadap Pertumbuhan dan Kadar Kolesterol Daging Ayam
Broiler
Astuti
157- 165

ROBOT LENGAN LENTUR DUA.LINK SEBAGAI ALTERI\ATIF
UPAYA PENIi\GKATAN EFISIENSI ENERGI ROBOT PEMBAWA BARANG
(TWO.LINK FLEXIBLE MANIPALATOR AS AN ALTERNATIVE

IN IMPROVING ENERGY EFFICIENCY OF MANIPULATOR ROBOT)
Moh Khairudin
Fakultas Teknik Universitas Negeri yogyakarta
Jl Colombo No.1 Yogyakarta
e-maiI: moh_khairudin@uny.ac.id

Abstrak
Pemodelandinamis dan karakterisasipada robot lengan lentur ffiexible) dua-link (RLDL)
sebagai alternatif robot lengan yang lebih ringan sehinggalebih efisien dalam konsumsi
energi listrik dibandingkan dengan robot lengan biasa. RLDL ini menggabungkanfungsi
redamanstruktur, inersiapadapenghubunglengan,danbebanlenganyang bergerakpada arah
horizontal. Pengembanganmodel dinarnik sistem menggunakanrnetodemodus kombinasi
Euler-Lagrangedan metode modus yang diasumsikan.Berbekal model yang dikembangkan
selanjutnyadilakukan simulasi untuk meneliti model dinamik dan respon sistem padahub
dan titik akhir dari kedua link yang disajikan dan dianalisis dalam fungsi waktu dan fungsi
frekuensi. Berdasarkan hasil pengujian didapatkan bahwa dengan input bang-bang yang
relatif kecil 0.15 volt dapat menggerakkanlengan satu 550dan lengan dua 1220.Hasil ini
menunjukan penggunaanenergi yang lebih efesien bila dibandingkan dengan robot lengan
biasa yang memerlukan input besaruntuk mendapatkangerakanlengan yang besar.
Kata kunci: efisiensi energi, pemodelan,robot lengan lentur

Abstruct
The dynamic model and characterization of a two-linkflexible manipulator as an alternative
for manipulator robot to achieve the fficiency on consuming electrical energt comparing
with rigid manipulator.A planar two-linkflexible manipulator was combinedwith structural
damping, hub inertia and payload that moving horizontally. A dynamic model system was
developed using the combination of Euler-Lagrange and assumedmotle methods. Armed
with the developed model, then some simulations were done to examine the dynamic model
and the responseof the systemon the hub and the endpoint of both link that werepresented
and analyzed infunctiotn of time andfrequency. The results show that the bang-bang input
of 0.15 volt canmove the link-l on 550 and link-2 on 1220respectively.It means that the
dynamic model uses more fficient energl compared with rigid manipulator robot which
required bigger input for moving.
Keyw ords: energ)/ ffic i ency,fiexib Ie manipul ator, modeling

PENDAHULUAN

lengan biasa (lengan kaku). Robot lengan

Robotlenganlenturffiexible)memiliki

lentur (flexible) membutuhkan material pe-

beberapakeunggulandibandingkanrobot

nyusunyanglebih sedikit(tipis),lebih ringan,

B9

Jurnal Penelitian Saintek,Vol.20, Nomor 2, Oktober2015
lebih hemat dan efisien dalam konsumsi
sumber energi, memerlukan aktuator yang

berurutan seperti urituk mengambil beban,

lebih kecil dibandingkanrobot lenganbiasa,

atau sepanjanglintasan yang direncanakan

jugu lebih dapat dikemudikan dan diairgkut.

untuk tempat beban.Investigasi sebelumnya

Hal ini menjadikan pada robot lengan lentur

telah menunjukkan bahwa perilaku dinamik

(fl exi bIe) terdapat penguranganrugifi nansial

robot lengan lentur secara signifikan di-

sehingga lebih murah secara operasional,

pengaruhi oleh variasi muatan (Tokhi,

akantetapi mempunyai keku atandayaangkut

Mohamed, &

yang samauntuk spesifikasiyang samapada

keunggulan pada robot

panjang lengan yang sama. Robot lengan
lentur (flexible) merupakanjenis robot yang

ffiexible) terkait dengan ringannya body
robot yang tidak harus diabaikan, maka

banyak digunakan seperti pada pemindahan

perlu dikembangkan model yang akurat

barang sederhana,kerja robot industri pada

sertaefisien sebagaibahan untuk menyusun

skala mikro, pemeliharaanperalatan nuklir

strategisistemkendali yang cocok.

dan jenis robotika ruang angkasa(Dwivedy
& Eberhard,2006).

rnemindahbarangke lokasi yang ditentukan

Shaheed, 2001). Apabila
lengan lentur

Tujuan utama pada pemodelan RLDL
adalah untuk mendapatkan model yang

Berdasarkanpada sifat-sifat kelenturan

akurat mewakili karakteristik sistem yang

sistem dan dinarnika yang nonlinear serta

sebenarnya.Pemodelanrobot lengan lentur

kompleksitas sistem maka akan diperoleh
karakteristik sistem. Permasalahanmuncul

ffiexible) satu-/ink telah banyak dipaparkan.
Berbagai pendekatan telah dikembangkan,

karena kurangnya penginderaan, getaran

model yang utama dapat diklasiflkasikan

yang disebabkan kelenturan sistem, posisi

menjadi dua kategori yaitu pendekatan

yang tidak akurat serta kesulitan dalam

analisisnumeric dan metode modus diasum-

memperoleh model yang akurat untuk robot

sikan.Metode analisisnumeric yang diguna-

lengan lentur dua-link (RLDL) (Martins, er

kan termasuk metode beda hingga dan

a|,2003).

metodeelemenhingga. Metode beda hingga

Kompleksitas masalahmeningkat pada

dan metode elemen hingga telah digunakan

dengan adanya beberapa faktor

dalam memperoleh karakteristik dinamik

lain seperti penghubung antara kedua link

robot lengan lentur (flexible) satu-/ink yang

yang harus dipertimbangkan dalam pe-

menggabungkansistemredaman, hub inersia

modelannya.Selainitu, kompleksitasini me-

danpayload (Aoustin, et al., 1994).

RLDL

narnbah masalah ketika RLDL membawa

Hasil investigasi menunjukkan bahwa

beban. Secarapraktis, sebuahrobot diperlu-

metode elemen hingga dapat digunakan

kan untuk melakukan tugas tunggal atau

untuk mendapatkan representasi model

90

Robot Lengan Lentur Dua-Link (Khairudin, M.)
yang baik pada sistem robot lengan lentur

Namun, kompleksitas sangat berbedajauh

(flexible) satu-link (Tokhi, Mohamed, &

dengan proses pemodelan dibandingkan
dengan kasus robot lengan lentur
ffiexibte)
satu-link Yang & Sadler ( 1990) relah

Shaheed,20Al).
Metode modus yang diasumsikan
(assumed mode method, AMM)

yaitu

dengan mendapatkan mode perkiraan

mengembangkan model elemen hingga
untuk menggambarkanlenturan (deflection)

dan menyelesaikanpersamaandiferensial

RLDL.

parsial untuk karakteristik dinamik sistem.

Sebuah model dinamik RLDL juga

Biasanyapersamaandiferensialdapatdiper-

telah dikembangkanmenggunakanmetode

oleh dengan merepresentasikanlenturan
(deflection) pada robot lengan lentur se-

elemen hingga memanfaatkan matriks
inersia(Usoro,Nadira, & Mahil, 19g6).De

bagai penjumlahan mode. Setiap mode

Luca & Siciliano(1991)telahmemanfaatkan

diasumsikanmenjadi hasil pada dua fungsi,
yaitu satu sebagai fungsi jarak sepanjang

AMM untuk memperoleh model dinamik
RLDL yang membatasi kasus RLDL tanpa

lengan dan yang kedua sebagai koordinat

efek torsi.

yang tergantungpada waktu.
Sebelumnya studi memanfaatkanpendekatan AMM

untuk pemodelan robot

lengan lentur ffiexible) satu-tink telah
menunjukkan bahwa mode pertama cukup
untuk

mengidentifikasi dinamika robot

Model robot lenganlentur (flexible) satuIink yang dapat lebih mudah diadaptasikan
untuk peilgembangan model RLDL telah
dipaparkan oleh Morris & Madani ( 1996)
telah menunjukkan adanyakeakuratan link_
satu bagi model link berikutnya. Model
dinamik RLDL
dapat dikembangkan

lengan lentur ffiexible). Hasil yang relatif
mendekati sama antarateoridan eksperimen

dengan adanya istilah deformasi geser.

juga telah dipaparkan (Martins, €t al.,
2003). Selainitu, beberapametodelain juga

Subudhi & Morris (2002) juga menyajikan
pendekatan sistematis untuk menurunkan

telah dipelajari untuk memodelkan robot

model dinamik untuk manipulator n-link.

lengan lentur (flexible) satu-link, seperti

Subudhi melakukan transformasi, matriks

menggunakan algoritma particle sworm

dua-homogenyang digunakan untuk menggambarkangerakan lengan biasa (kaku) dan

optimisation (Alam & Tokhi, 2007) dan
juga dengan prinsip Hamilton dan metode
Galerkin (Pratiher & Dwivedy, 2007).
Metode yang hampir sama untuk pemodelan robot lengan lentur (flexible) satulink, metode elemenhingga dan AMM juga
telah digunakan untuk pernodelanRLDL.

lengan lentur (flexibte). Teknik pemodelan
untuk menghubungkan RLDL berdasarkan
metode koordinat titik absolut juga telah
dikembangkan(Tian, et al.,Z00g).
Penelitianini rnenyajikanpenyelidikan
pernodelandinarnik dan karaktcrisasiRLDL

9T

Vol 20, Nomor 2, Oktober2015
Jurnal Penelitian Sai,ntek,
denganmenggabungkanstrukturaldamp ing
,daninersia penghubungantarlengan'Untuk

koordinat
dan*, rt, f,, f, adaiahpembatas
dinamis. 0t dan ?rsebagarposisi sudut

mendapatkanmodel yang mudah dipaharni,
digunakan gabungan Euler-Lagrange dan
teknik modusdiskritisasi untuk menurunkan
rnodeldinamik padasistemRLDL' Simulasi
model dinamik dilakukan menggunakan
Matlab dan Simulink.
Analisa pada sistem respon meliputi
responpadaposisisudut,modalperpindahan,
percepatan pada ujung titik

akhir dan

kerapatan spektral daya (PSD) percepatan
pada ujung titik akhir. Analisa dilakukan
dalam fungsi waktu dan frekuensi.Penelitian
ini dapat digunakan sebagailandasandalam
mendesain dan mengembangkan teknik
sistemkendali yang akurat untuk RLDL'

Gambar 1. SkemaRLDL
tink-l dan link-Z dan v, (*,,t) adalahvektor
perpindahan. M p adalah massa muatan
sedangkan inersia J e inersia muatan di

Robot Lengan Lentur (F lexible) Dua-Link
Gambar I menunjukkan sfrukfur sistem

ujung titik akhir link-2.

RLDL yang dilakukan dalam penyelidikan
ini. Link yang diturunkan secaraserial dan

studi ini ditunjukkan pada Tabel l. Mn

digerakkan oleh motor dan hub dengan
setiap motor pada tink-l dan link-Z' Link

di antara kedua link, Jn,adalah inersia dari

denganmemiliki panjang l, paniangdengan
massa densitas Pi per satuan panjang'

masukan, t,(t) pada setiap motor dan Gi
adalah rasio gear untuk motor k"-,. Kedua

Posisi link pertamaadalah dikopelkan pada

link dan motor dianggap memiliki dimensi

motor- 1 sedangkanmotor kedua terpasang

ukuran fisik yang sama.

Parameter fisik sistem RLDL dalam
adalahmassapadamotor keduayang terletak
motor ke-i dan penghubung antar link. Torsi

di'ujung link Pettama.
E dan I mewakili Young modulus
dan momen inersia pada kedua ujung link'

PemodelanDinamik RLDL
Bagian ini

menYajikan Pemodelan

singkat dari RLDL yang digunakan dalam

XoYo adalah pembatas koordinat inersia,
sedangkan X,Y, merupakan koordinat link

pengujian ini. Dalam paper ini, pemodelan

biasa (kaku) yang terkait dengan link ke-i

dinarnik RLDL dikembangkan berdasarkan

92

Robot LenganLentur Dua-Link (Khairudin, M.)

RLDL
Tablel. Parameter
Parameter
Symbol
Mass of link
M-LI:MLZ
p
Mass density
Gear ratio
G
EI
Flexural rigidity
Motor and hub inertia
Jh
Payload mass max
Mp

Unit
0.08
kg
2.6x103 kgm-I
10
1.77x103 Nm2
1.46x10-3 kgm2
0.1
kg
0
0.5
5 x10-3 kgm2
0
0.5
kg
Value

Payload massmin

I
Jp

Length
Payload inertia max
Payload inertia min
Mass of the centre rotor

Mh2

o
i,(r,)

metode modus kombinasi Euler-Lagrange

dimana

dan mode yang diasumsikan. Untuk me-

pada suatu titik dengan r,(x):
''
yang sesuaix o Yo.

nurunkan persamaangerak dinamika sistem,
jumlah energi yang terkait dengan sistem
RLDL harus dihitung dengan menggunakan
formulasi kinematika. Energi kinetik total
adalahsebagaiberikut.
T =Tn *7, *7,

adalah vektor kecepatan
{ :' .}
L'' @" t) )

Sebagaimanaditunjukkan dalam Gambar 1 dan formulasi kinematika, energi kinetik yang terkait dengan beban dapat ditulis
sebagaiberikut.

(l)

dimana T^, Tr, 7", dan merupakan energi kinetik (ioule) yang terkait denganmasing-

t-l

T* =lurrf.rFn*r* itr{Qn + 01il.)i' (4)
dimana
dn : I;=, oi +Z:=',D'.Qo)

masing rotor, link, dan hub. Energi kinetik

sebagaijumlah link, prime, dan dot me-

dari rotor ke-i dapatdiperolehsebagaiberikut.

rupakan

1".
TR -!G,'Joa,'
z

derivatif

pertama

berkenaan

dengan variabel ruang dan waktu. Energi
e)

potensial total U (ioule), dari sistem yang
disebabkan oleh deformasi link dengan

dimana a i adalah kecepatan sudut rotor

mengabaikan efek gravitasi dapat ditulis

tentang sumbu utama ke-i. Energi kinetik

sebagaiberikut.

dari dua-link dapatditemukansebagai:
:

I

rr.o
-n r

r' -Ea p,[
;iT,

Lr:f
u

{.*,)or,(*,}clrr
t:l

?

|
:[^''c.s,r:
E-t"
L