PROPOSAL PROYEK UNIVERSITAS NASIONAL DAN

PROPOSAL PROYEK
UNIVERSITAS NASIONAL
Diajukan oleh :

Yulio Ramadhan – 143112700550006
Agus Supriadi – 143112700550001
Muhammad Putra Rasuanta – 143112700550032
Sabto Septratama – 143112700550013
Luqman Saputra – 143112700550008

Fakultas :

Teknik dan Sanins

Jurusan :

Teknik Fisika

2017

PROPOSAL PROYEK

RANCANG BANGUN ROBOT LENGAN DENGAN
SENSOR PHOTODIODA
1. Pendahuluan
A.

Latar Belakang
Pada zaman modern ini, teknologi sangat berkembang dengan sangat pesat.

Perkembangan ini sangat berpengaruh pada sector industry di Indonesia. Dari perkembangan
teknologi yang pesat ini setiap industry menuntut pengoptimalan proses produksi. Salah satu alat
yang dapat mengoptimalkan proses produksi adalah robot.
Robot merupakan suatu mesin yang fleksibel dan tidak kenal lelah. Oleh karena itu robot
dapat diandalkan dalam mengoptimalkan proses produksi. Pekerjaan yang dikerjakan oleh robot
selau sama dan rapi dibandingkan oleh manusia. Selain itu pekerjaan yang dilakukan oleh robot
tidak akan berdampak parah seperti human error.
Salah satu robot yang umum digunakan sebagai proses produksi adalah robot lengan.
Umumnya robot lengan digunakan untuk mengambil dan meletakan barang. Robot lengan dapat
diandalkan dalam mengangkat benda-benda dari yang ringan hingga yang berat karena sistem
robot lengan umumnya memiliki struktur mekanik yang tersusun dari beberapa batang kaku

sebagai struktur utama yang berfungsi sebagai alat gerak pasif dari robot lengan. Batang kaku
tersebut biasanya terbuat dari logam, plastik, maupun bahan lain yang kuat.
Pada umumnya robot lengan untuk mengoptimalkan produksi industry sangatlah mahal
dan tidak terjangkau. Dengan harga yang mahal maka tidak bisa semua industry menggunakan
robot lengan. Oleh karena itu, selain sebagai prasyarat untuk lulus dalam matakuliah Robotika
Industri pembuatan dibutuhkan robot yang murah agar dapat digunakan oleh industry kecil.

B.

Rumusan Masalah
Pada tugas kuliah kali ini akan dibuat robot lengan untuk membantu kegiatan

memindahkan barang dengan harga terjangkau dan dimensi yang kecil. Sehingga dapat digunakan
untuk Home industry. Robot yang akan dibuat menggunakan kendali joystick untuk menggerakan
dan memindahkan barang. Sebagai pengendalinya akan menggunakan open source Arduino Uno
dan motor servo sebagai penggerak.

C.

Tujuan

a. Rancang bangun robot lengan dengan kendali potensiometer dengan harga terjangkau
b. Sebagai prasyarat matakuliah Robotika Industri

D.

Ruang Lingkup
a. Pengendali yang digunakan adalah microcontroller Arduino Uno R3
b. Robot lengan dikendalikan menggunakan perintah dari potensiometer.
c. Link dibuat menggunakan gagang es krim

2. Studi Literatur
A. Sistematika Robot Lengan
System robot lengan umumnya memiliki struktur mekanik yang tersusun dari beberapa
batang kaku sebagai struktur utama yang berfungsi sebagai alat gerak pasif dari robot lengan.
Batang kaku tersebut biasanya terbuat dari logam, plastik, maupun bahan lain yang disebut dengan
link. Antara link satu dengan yang lainnya dihubungkan dengan persendian yang disebut joint.
Umumnya Prismatic Joint dan Flat Joint dapat menghasilkan Degree of Freedom (DOF) atau
derajat kebebasan [1]. Derajat kebebasan adalah jumlah arah yang independen dimana motor
penggerak (actuator) dari sebuah robot dapat bergerak dan menghasilkan gerakan berputar. DOF
dapat dihitung tiap sendi dan tidak termasuk sebagai end effector. Sedangkan end effector adalah

peranti yang terpasang pada lengan robot untuk melaksanakan fungsi-fungsi tertentu.

B. Kinematika Robot Lengan
Kinematika robot terdiri dari dua pergerakan yaitu rotasi dan translasi. Gerakan rotasi
adalah gerakan berputar pada sebuah sumbu yang tetap, gerakan ini dapat berputar pada sumbu

x, y dan z. Sedangkan gerakan translasi adalah gerakan pergeseran sumbu koordinat pada jarak
tertentu dari sumbu koordinat semula.

C. Motor Servo
Motor servo merupakan salah satu jenis actuator dengan system closed feedback dimana
posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor
servo. Spesifikasi motor servo terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan
rangkaian kontrol.
Potensiometer berfungsi sebagai penentu sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut motor
servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor [2].

D. Microcontroller
Microcontroller adalah sebuah sirkuit terintegrasi yang merupakan system
mikroprosesor dimana di dalamnya terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan

internal lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi dengan baik dan dikemas
menjadi satu cip yang siap pakai.
Ada banyak jenis dari microcontroller yang dapat digunakan untuk mengendalikan
gerak dari sebuah robot. Sifat dari microcontroller sama seperti sebuah computer, sehingga
sering disebut single chip microcomputer. Fungsi dari sebuah microcontroller sangat spesifik
berbeda dengan PC yang memiliki beragam fungsi. Pada proyek kali ini akan digunakan
microcontroller AT mega 360 atau lebih familiar dikenal sebagai Arduino Uno.

E. Arduino Uno R3
Arduino adalah platform dari physical computing yang bersifat open source. Arduino
adalah kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development
Environment (IDE). [3] Hardware yang digunakan pada papan Arduino adalah sebuah
mikrokontroler 8 bit dengan merek AT mega, berbagai papan Arduino menggunakan tipe AT

mega yang berbeda tergantung pada spesifikasi nya. IDE adalah software yang fungsi untuk
menulis, meng-compile menjadi kode biner, dan meng-upload sebuah program ke dalam
microcontroller.

F. Photodiode
Photodiode merupakan piranti semikonduktor dengan struktur sambungan p-n yang

dirancang untuk beroperasi bila dibiaskan dalam keadaan terbalik, untuk mendeteksi cahaya.
Ketika energy cahaya dengan panjang gelombang yang benar jatuh pada sambungan
photodiode, arus mengalir dalam sirkuit eksternal. Komponen ini kemudian akan bekerja sebagai
sensor arus, yang arusnya sebanding dengan intensitas cahaya itu. Cahaya diserap di daerah
penyambungan atau daerah intrinsik menimbulkan pasangan electron-hole yang mengalami
perubahan karakteristik elektris ketika energy cahaya melepaskan pembawa muatan dalam bahan
itu, sehingga menyebabkan berubahnya konduktivitas. Hal inilah yang menyebabkan photodiode
dapat menghasilkan tegangan/arus listrik jika terkena cahaya.

4. Diagram Alur Robot Lengan

3. Pemodelan
A. Design Robot

Rincian :
 Degree of Freedom : 3
 Joint : 4
 Link : 2

B. Kinematika Robot :

Penyelesaian invers kinematika robot menggunakan penyelesaian geometri.

Dengan menggunakan hukum cosinus :




Mencari sudut DOF 1 (𝜃𝑏 )

𝜃𝑏 = 𝑡𝑎𝑛−1

Mencari sudut DOF 2 (𝜃2 )

𝑐 2 = 𝑎2 + 𝑏 2 − 2𝑎𝑏 𝑐𝑜𝑠

(𝑥 2 + 𝑦 2 ) = 𝑙1 2 + 𝑙2 2 − 2𝑙1 𝑙2 𝑐𝑜𝑠 𝜃
cos 𝜃2 =

𝜃2 = cos


𝑦
𝑥

Mencari sudut DOF 3 (𝜃3 )

−1

𝑥 2 +𝑦 2 −𝑙1 2 −𝑙2 2
2𝑙1 𝑙1

𝑥 2 + 𝑦 2 − 𝑙1 2 − 𝑙2 2
(
)
2𝑙1 𝑙1

𝑠𝑖𝑛𝐵 𝑠𝑖𝑛𝐶
=
𝑐
𝑏

𝑠𝑖𝑛𝜃1
𝑠𝑖𝑛𝜃2
=
𝑙2
√𝑥 2 + 𝑦 2

𝜃3 = sin−1 (

(𝑙2 𝑠𝑖𝑛𝜃2 )

𝑦
) + tan−1 2 ( )
𝑥
√𝑥 2 + 𝑦 2



Mencari torsi :
𝜏 = 𝐹 𝑥 𝐿 𝑥 𝑠𝑖𝑛Ѳ

4. Hasil dan Pembahasan
a. Spesifikasi Robot
 Massa Link 1 = 57.4 x 10-3 kg
 Massa Link 2 = 12.6 x 10-3 kg
 Massa Join Base = 55 x 10-3 kg
 Massa Link keseluruhan + Join di Base = 125 x 10-3 kg
 Panjang Link 1 (L1) = 9.5 x 10-2 m
 Panjang Link 2 (L2) = 9.5 x 10-2 m
 Panjang lengan Robot (L) = 19.0 x 10-2 m
 Momen Inersia = 0.833 x 10-3
 Kecepatan DOF 1 = 60 rad/s
 Kecepatan DOF 2 = 60 rad/s
 Kecepatan DOF 3 = 60 rad/s

a. Gambar posisi Lengan Robot
POSISI BASE (tampak atas)
KETERANGAN
Titik 1
Titik 2
Titik 3

Target 1
Target 2
Target 3

POSISI JOINT 1 DAN 2 (tampak samping)
TITIK 1, 2, DAN 3

TARGET 1

TARGET 2

TARGET 3

b. Perhitungan Sudut Base (𝜃𝑏 )
Target

𝜽𝒃

Panjang Lengan (m)

Titik 1

19.2 x 10-2

105

Titik 2

19.2 x 10-2

85

Titik 3

19.2 x 10-2

75

Target 1

19.2 x 10-2

30

Target 2

19.2 x 10-2

0

Target 3

19.2 x 10-2

0

c. Perhitungan Sudut Link 1 (𝜃2 )
Target
X (m)
Y (m)

𝒍𝟏 (m)

𝒍𝟐 (m)

𝜽𝟐

Titik 1

18 x 10-2

-0.6 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

37.154

Titik 2

18 x 10-2

-0.6 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

37.154

Titik 3

18 x 10-2

-0.6 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

37.154

Target 1

18.1 x 10-2

4.2 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

24.1129

Target 2

18 x 10-2

4 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

27.9134

Target 3

11.1 x 10-2

3.5 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

105.1753

𝒍𝟏 (m)

𝒍𝟐 (m)

𝜽𝟐

d. Perhitungan Sudut Link 2 (𝜃3 )
Target

𝜽𝟑

X (m)

Y (m)

Titik 1

9 x 10-2

3.3 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

37.154

Titik 2

9 x 10-2

3.3 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

37.154

-12.6798

Titik 3

9 x 10-2

3.3 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

37.154

-12.6798

Target 1

8.2 x 10-2

4.8 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

24.1129

29.4605

Target 2

9.5 x 10-2

1.6 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

27.9134

9.8235

Target 3

2.7 x 10-2

9 x 10-2

9.5 x 10-2

9.5 x 10-2

105.1753

70

-12.6798

e. Perhitungan Torque Base
𝜽𝒃

𝒄𝒐𝒔 𝜽𝒃

Massa Beban yang

Titik 1

105

-0.2588

125 x 10-3

1.22

19.0 x 10-2

-6.01 x 10-2

Titik 2

85

0.08715

125 x 10-3

1.22

19.0 x 10-2

2.02 x 10-2

Titik 3

75

0.25881

125 x 10-3

1.22

19.0 x 10-2

6.01 x 10-2

Target 1

30

0.866

125 x 10-3

1.22

19.0 x 10-2

2.01 x 10-2

Target 2

0

1

125 x 10-3

1.22

19.0 x 10-2

2.32 x 10-2

Target 3

0

1

125 x 10-3

1.22

19.0 x 10-2

2.32 x 10-2

Target

f. Perhitungan Torque Link 1 (𝜃2 )

F (N)

L (m)

di Tanggung

Torque
(Nm)

𝜽𝟐

𝒔𝒊𝒏 𝜽𝒃

Massa Beban yang

Titik 1

37.154

0.6040

57.4 x 10-3

0.56137

9.5 x 10-2

0.03221

Titik 2

37.154

0.6040

57.4 x 10-3

0.56137

9.5 x 10-2

0.03221

Titik 3

37.154

0.6040

57.4 x 10-3

0.56137

9.5 x 10-2

0.03221

Target 1

24.1129

0.4085

57.4 x 10-3

0.56137

9.5 x 10-2

0.02179

Target 2

27.9134

0.4681

57.4 x 10-3

0.56137

9.5 x 10-2

0.02496

Target 3

105.1753 0.9651

57.4 x 10-3

0.56137

9.5 x 10-2

0.05147

Massa Beban yang

F (N)

L (m)

Torque

Target

g. Perhitungan Torque Link 2 (𝜃3 )
Target

𝜽𝟑

𝒔𝒊𝒏 𝜽𝒃

F (N)

L (m)

di Tanggung

Torque
(Nm)

di Tanggung

(Nm)

Titik 1

12.9747 0.2245

70 x 10-2

0.12323

9.5 x 10-2

0.0146

Titik 2

12.9747 0.2245

70 x 10-2

0.12323

9.5 x 10-2

0.0146

Titik 3

12.9747 0.2245

70 x 10-2

0.12323

9.5 x 10-2

0.0146

Target 1

29.4605 0.4918

70 x 10-2

0.12323

9.5 x 10-2

0.03199

Target 2

9.8235

0.1706

70 x 10-2

0.12323

9.5 x 10-2

0.0111

Target 3

110

0.9397

70 x 10-2

0.12323

9.5 x 10-2

0.06112

5. Kesimpulan
Dari perhitungan di atas dapat di simpulkan nilai torque terbesar terdapat pada
base ketika menuju Target ke tiga, kemudian untuk Torque terkecil terdapat pada
Link 1 ketika menuju target pertama. Untuk jangkauan terjauh robot pada Link 1 saat
robot meletakan benda ke target 1, sedangkan jangkauan terjauh Link 2 saat robot
meletakan benda ke Target 2.

6. Tugas Setiap Personil
Kontribusi Pengerjan (%)
Nama

Muhamamd

Pembuatan

Pembuatan Base

Lengan Robot

Robot

10

100

20

Wiring

Pembuatan

Pmbuatan

Pemerograman

Penyusunan

Pemetaan

Titik

Target

0

5

0

0

85

30

0

25

5

0

0

0

0

60

0

55

75

80

0

15

35

10

0

10

5

20

0

0

0

0

0

10

10

0

100

0

35

laporan

Putra
Rasuanta
Sabto
Septratama
Agus
Supraidi
Luqman
Saputra
Yulio
Ramadhan

Daftar Pustaka
[1] Caysar, Dina. (2014). Pengaturan Pergerakan Robot Lengan Smart Arm Robotic Ax-12a
Melalui Pendekatan Geometry Based Kinematic Menggunakan Arduino. Jurnal Din Caysar.
[2] Wardana, Gita Tri. Et al. Robot Lengan Pemindah Barang Berdasarkan Ukurannya Berbasis
Mikrokontroler
[3] Saefullah, Asep; Immaniar, Dewi; dan Juliansah, Reza Ammar. (2015). Sistem Kontrol Robot
Pemindah Barang Menggunakan Aplikasi Android Berbasis Arduino Uno. 8 (2).
[4] Wicaksono, Basilius Kristiawan. 2015. Pengendalian Robot Lengan Dengan Gamepad.
Yogyakarta

LAMPIRAN

A. Pemrograman Arduino
#include
#define IR1 2
#define IR2 3
#define IR3 4
int detection1 = HIGH;
int detection2 = HIGH;
int detection3 = HIGH;
Servo Base, Link1, Link2, Grip;

//Ambil
Base.write(105);
delay(1000);
Link1.write(20);
Link2.write(90);
delay(1000);
Grip.write(80);
delay(2000);

void setup() {
pinMode(IR1, INPUT);
pinMode(IR2, INPUT);
pinMode(IR3, INPUT);
Base.attach(6);
Link1.attach(9);
Link2.attach(10);
Grip.attach(11);
}

//Angkat
Link1.write(75);
delay(150);
Link2.write(60);
delay(2000);

void loop() {
detection1 = digitalRead(IR1);
detection2 = digitalRead(IR2);
detection3 = digitalRead(IR3);
Link1.write(75);
delay(150);
Link2.write(60);
delay(1000);
Base.write(45);
Grip.write(0);
delay(500);
//Ke Arah 1
if(detection1 == LOW){
//Angkat
Link1.write(75);
Link2.write(60);
delay(2000);

//Taro
Base.write(30);
delay(1000);
Link1.write(30);
Link2.write(80);
delay(1000);
Grip.write(0);
delay(2000);
}
delay(500);
//Ke Arah 2
if(detection2 == LOW){
//Angkat
Link1.write(90);
delay(150);
Link2.write(120);
delay(2000);
//Ambil
Base.write(85);
delay(1000);
Link1.write(20);
Link2.write(90);

delay(1000);
Link1.write(70);
Link2.write(150);
delay(1000);
Grip.write(0);
delay(2000);
}
delay(500);

delay(1000);
Grip.write(80);
delay(2000);
//Angkat
Link1.write(90);
delay(150);
Link2.write(120);
delay(2000);
//Taro
Base.write(0);
delay(1000);
Link1.write(10);
Link2.write(40);
delay(1000);
Grip.write(0);
delay(2000);
}
delay(500);
//Ke Arah 3
if(detection3 == LOW){
//Angkat
Link1.write(90);
delay(150);
Link2.write(120);
delay(2000);
//Ambil
Base.write(70);
delay(1000);
Link1.write(20);
Link2.write(90);
delay(1000);
Grip.write(80);
delay(2000);
//Angkat
Link1.write(90);
delay(150);
Link2.write(120);
delay(2000);
//Taro
Base.write(0);

}

B. Foto Robot