BAGIAN DUA : INFORMASI LENGKAP MENGENAI ROBOT 1. Nama Tim : Robot “ CETE 88 ” 2. Robot : Jumlah Robot (a) Robot Manual
1 Unit
(b) Robot Otomatis
3 Unit
Pada bagian kedua ini akan di jelaskan deskripsi dari : -
Robot Manual
-
Robot Otomatis
-
Strategi, dan
-
Sketsa robot manual dan robot otomatis
1
1. Robot Manual Penjelasan tentang mesin manual akan diuraikan menjadi beberapa sub bab seperti berikut : - Dimensi / Ukuran Robot saat start - Struktur dan bahan - Bagaimana mengambil objek dan mengidentifikasi struktur - Sistem kendali robot (a) Dimensi / Ukuran Robot saat start Tinggi
: 1400 mm
Lebar
:
950 mm
Panjang
:
950 mm
Berat
:
± 20 kg
Kecepatan :
1,5 m/s
Kapasitas : 1 block (b) Struktur dan bahan - Aluminium - Acrylic - Plastik - Karet - Besi - Baja
2
(c) Bagaimana mengambil objek dan mengidentifikasi struktur
Gambar 1. Robot manual membawa blok Pada gambar di atas menunjukkan bahwa mesin manual hanya memiliki sebuah lengan yang berfungsi untuk mengambil dan membawa block yang telah tersusun di stock zone. Sedangkan untuk pengambilan block dengan lengan tersebut dilakukan secara bertahap, disamping itu gerakan dari lengan di bantu oleh tiang lengan yang dapat bergerak maju-mundur, atasbawah sehingga lengan dapat bergerak, maju-mundur dan atas-bawah. (d) Sistem Kendali Robot Mesin manual dikontrol menggunakan joystick yang dihubungkan dengan kabel sepanjang 2,5 m, jenis computer interface cable, yang berfungsi untuk : 1. Mengerakkan mesin manual maju atau mundur (driver motor CCW & CW ) . 2. Gerakan dari lengan mengambil dan memasang balok, yaitu dengan menggunakan empat buah motor, CCW & CW . 3. Pengaturan arah dan kecepatan dari mesin manual, yaitu dengan menggunakan analog to digital konverter ( ADC ) yang ada pada mikrokontroller ATMega 16.
3
Joystick
Kecepatan dan arah laju mesin manual
ADC internal Mikrokontroler
Limit Switch
ATMega 16
Driver motor
Kecepatan dan arah lengan pengambil balok
Pushbutton
Gambar 2. Diagram control mesin manual
Prinsip kerja dari blok diagram metode kontrol mesin manual Sebagai
input
untuk
mikrokontroller
adalah
push
button
dan
Potensiometer yang dipasang pada joystik yang dihubungkan dengan PIN ADC internal ATMEGA 16 yang berfungsi untuk mengubah data analog dari potensiometer menjadi data digital. Data digital tersebut akan diolah untuk mengontrol arah dan gerakan laju mesin manual ( motor roda kiri dan motor roda kanan ). Disamping itu, mikrokontroler juga digunakan untuk mengkontrol kecepatan dan arah lengan pengambil
builder block.
Konfigurasi sistem dari kontrol (driver) motor yang digunakan driver S11-3AEMF-HBRIDGE berfungsi sebagai switching dan pengaturan kecepatan putaran motor. (e) Mikrokontroller AVR ATMega 16 AVR ATMega 16 berperan sebagai controller utama. Mikrokontroller ini menjadi pusat dari system robot otomatis yang didalamnya bisa menerima data dari input (sensor) dan mengirim data yang sudah diproses ke output (actuator). Dalam pemrogramannya mikrokontroller ini menggunakan bahasa C.
4
3 (a)
3 (b) Gambar 3 (a). Rangkaian mikrokontroller ATMega 16 3 (b). Rangkaian circuit mikrokontroller ATMega 16
(f) Motor Driver Pada mesin manual untuk mempermudah pengontrolan gerak atau putaran
motor,
maka
driver
yang
digunakan
jenis
S11-3A-EMF-
HBRBRIDGE dengan spesifikasi : Tabel 1 : Karakteristik Driver Motor Nilai
Minimum
Maximum
Satuan
Tegangan
12
27.5
V
Arus
0
3
A
Tegangan Kontrol
4.5
5.5
V
PWM Frekuensi
0
500
Hz
Gambar 4. Rangkaian motor driver
5
(g) Penggerak Untuk memperoleh torsi yang besar dengan kecepatan tinggi maka mesin manual menggunakan penggerak motor DC seri AXH dengan spesifikasi sebagai berikut : Tabel 2. Spesifikasi motor DC AXH Spesifikasi
AXH 5100KC-A
Tegangan kerja (V)
24
Arus (A)
6
Torsi (N,m)
56
Torsi Start (Nm)
71
Kecepatan (rpm)
3000
Gambar 5. Motor DC Seri AXH (h) Gripper Gripper adalah aktuator lengan robot yang
berfungsi seperti tangan
yaitu mengambil, mengangkat dan meletakan sebuah benda. Konstruksi gripper disain ukurannya disesuaikan dengan bentuk dan ukuran benda yang akan dipindahkan. Aktuator penggerak umumnya digunakan motor servo untuk kepresisian posisi. Bila digunakan motor DC dibutuhkan sensor posisi (encoder atau potensiometer) dan wormgear untuk mengunci posisi. Berikut ini adalah contoh gripper yang akan di pakai.
6
2. Robot Otomatis (a) Dimensi / Ukuran Robot saat start Mesin Otomatis I Tinggi
: 1400 mm
Lebar
: 950 mm
Panjang
: 950 mm
Berat
: ± 20 kg
Kecepatan
: 2 m/s
Kapasitas
: 4 balok
Mesin Otomatis II Tinggi
: 1400 mm
Lebar
: 950 mm
Panjang
: 950 mm
Berat
: ± 20 kg
Kecepatan
: 2 m/s
Kapasitas
: 4 balok
Mesin Otomatis III Tinggi
: 750 mm
Lebar
: 950 mm
Panjang
: 950 mm
Berat
: ±10 kg
Kecepatan
: 1,5 m/s
Kapasitas
: 2 kubus
(b) Struktur dan bahan -
Aluminium
-
Acrylic
-
Plastik
-
Karet
-
Besi
-
Baja
(c) Bagaimana mengambil objek dan mengidentifikasi struktur Mesin Otomatis I
7
mesin otomatis I memiliki empat buah lengan, lengan yang berfungsi untuk membawa empat buah block warna menuju susunan pyramid, yang mana lengan tersebut mempunyai karet yang digunakan sebagai perekat sehingga block tidak mudah jatuh. Lengan dari mesin otomatis I mempunyai kemampuan gerakan buka -tutup dan tiang lengan yang dapat bergerak maju-mundur dan mempunyai tiyang lengan yang bisa naik turun sehingga mudah mengambil dan menaruh block di bawah dan di atas. Mesin Otomatis II mesin otomatis II memiliki empat buah lengan, lengan yang berfungsi untuk membawa tiga buah block warna dan satu goldenblock menuju susunan pyramid, yang mana lengan tersebut mempunyai karet yang digunakan sebagai perekat sehingga block tidak mudah jatuh. Lengan dari mesin otomatis II mempunyai kemampuan gerakan buka-tutup dan tiang lengan yang dapat bergerak maju-mundur dan mempunyai tiyang lengan yang bisa naik turun sehingga mudah mengambil dan menaruh block di bawah dan di atas. Mesin Otomatis III mesin otomatis III memiliki dua buah lengan, lengan yang berfungsi untuk membawa satu buah block warna dan golden block menuju susunan pyramid, yang mana lengan tersebut mempunyai karet yang digunakan sebagai perekat sehingga block tidak mudah jatuh. Lengan dari mesin otomatis I mempunyai kemampuan gerakan buka-tutup dan tiang lengan yang dapat bergerak maju-mundur dan mempunyai tiyang lengan yang bisa naik turun sehingga mudah mengambil dan menaruh block di bawah dan di atas.
8
(d) Sistem Kendali Robot MikroKontroller ATMega 16
Kompa s
Kecepatan dan arah laju mesin otomatis
Rotary Encoder E6A2-CS 3E
MikroKontroller ATMega 162
Counter Sensor
Driver motor
Sensor Gari s
Sensor warna TCS 230
Kecepatan dan arah lengan memasang balok
MikroKontroller ATTiny 2313
Sensor Ultra sonic
Gambar 7. Blok Diagram Sistem Kontrol Mesin Otomatis (e) Mikrokontroller 1. ATTiny2313 Berperan sebagai controller pembantu agar mengurangi kerja dari mikrokontroller utama dan mempermudah dalam pembagian kerja. Mikrokontroller ini dikhususkan menangani sensor ultrasonic. Hal ini dikarenakan kedua sensor ini bekerja secara terus -menerus dalam mendeteksi adanya objek sehingga tidak mungkin jika tugas ini dibebankan
kepada
controller
utama.
Dalam
pemrogramannya
mikrokontroller ini menggunakan bahasa C.
8 (a)
8 (b)
Gambar 8(a). Rangkaian Mikrokontroller ATTiny2313 8(b).Rangkaian circuit Mikrokontroller ATTiny2313
9
2. AVR ATMega 16 AVR ATMega 16 berperan sebagai controller utama. Mikrokontroller ini menjadi pusat dari system robot otomatis yang didalamnya bisa menerima data dari input (sensor) dan mengirim data yang sudah diproses ke output (actuator). Dalam pemrogramannya mikrokontroller ini menggunakan bahasa C.
9 (b)
9 (a)
Gambar 9 (a). Rangkaian mikrokontroller ATMega 16 9 (b). Rangkaian circuit mikrokontroller ATMega 16 3. ATMega 162 Mikrokontroller ATMega 162 dipilih terutama karena memiliki dua port UART, yang dibutuhkan untuk sambungan ke modul. Selain itu, ATMega 162 memiliki interface RAM eksternal, sehingga pengaksesan peripheral dengan mode memory mapped I/O bisa lebih praktis pemrogramannya.
10 (a)
10 (b)
Gambar 10 (a). Rangkaian mikrokontroller ATMega 162 10 (b).Rangkaian circuit mikrokontroller ATMega 162
10
(f) Motor Driver Pada mesin manual untuk mempermudah pengontrolan gerak atau putaran motor, maka driver yang digunakan jenis S11-3A-EMF-HBRBRIDGE dengan spesifikasi : Nilai
Minimum
Maximum
Satuan
Tegangan
12
27.5
V
Arus
0
3
A
Tegangan Kontrol
4.5
5.5
V
PWM Frekuensi
0
500
Hz
Gambar 11. Rangkaian motor driver (g) Penggerak Untuk memperoleh torsi yang besar dengan kecepatan tinggi maka mesin manualmenggunakan penggerak motor DC seri AXH dengan spesifikasi sebagai berikut : Spesifikasi
AXH 5100KC-A
Tegangan kerja (V)
24
Arus (A)
6
Torsi (N,m)
56
Torsi Start (Nm)
71
Kecepatan (rpm)
3000
Gambar 12. Motor DC Seri AXH
11
(h) Rotary Encoder Selain menggunakan counter untuk menentukan kapan harus belok mesin otomatis juga dilengkapi rotary encoder sebagai penghitung jarak yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut : Incremental rotary Pulse per resolusi 300 Tegangan kerja 5-24 Volt
Gambar 13. Rotary Encoder (i) Sensor Interface Dalam menjalankan tugasnya mengambil dan meletakkan balok kubus di tempat yang sudah ditentukan, diperlukan beberapa sensor sebagai berikut : Ultrasonic Sensor ultrasonic digunakan sebagai sensor untuk mengukur jarak antara robot dengan block penyusun pyramid dan pyramid . Sensor ultrasonic terdiri dari dua bagian yaitu transmitter dan receiver. Pada robot otomatis, dipasang 3 buah pasang sensor ultrasonic. Sensor Ultrasonic yang dipakai adalah Ping)))Ultrasonic Range Finder seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 14. Sensor Ultrasonic
Gambar 15. Pin Konfigurasi
Gambar 16. Interfacing Ultrasonic
12
Digital Compas Pada robot ini dipasang digital compass yang berfungsi untuk mengetahui posisi robot, serta memudahkan robot dalam pergerakan dan navigasinya. Digital compass yang dipakai adalah CMPS 03 Magnetic Compass.. Gambar berikut merupakan modul CMPS 03 Magnetic Compass dan konfigurasi pin-pinnya.
17 (b)
17 (a)
Gambar 17(a). Digital Compas 17(b.) Interface Digital Compas Sensor Garis (Infra Merah) Untuk mendapatkan hasil pembacaan garis tanpa terpengaruh oleh cahaya dari luar maka digunakan sensor infra merahtipe QRB 1114c dengan spesifikasi sebagai berikut: o Jarak Minimum dari lantai 1/8 inchi o Jarak Maksimum 1/2 inchi o Tegangan kerja 5 V DC o Arus 18 mA – 29 mA o Ukuran fisik 0.75 x 1.5 x 0.25 inchi
Gambar 18. Rancangan Sensor Garis
13
Sensor Warna TCS 230
Pada artikel kali ini akan dibahas tentang sensor warna TCS230. TCS230 adalah IC pengkonversi warna cahaya ke frekuensi. Ada dua komponen utama pembentuk IC ini, yaitu photodioda dan pengkonversi arus ke frekuensi, sebgaimana bisa dilihat pada gambar 1.
Gambar 19. Sketsa fisik dan blok fungsional TCS230 Setiap warna bisa disusun dari warna dasar. Untuk cahaya, warna dasar penyusunnya adalah warna Merah, Hijau dan Biru, atau lebih dikenal dengan istilah RGB (Red-Green-Blue). Gambar di bawah memperlihatkan beberapa sampel warna dan komposisi RGB-nya terskala 8 bit. Photodiode pada IC TCS230 disusun secara array 8x8 dengan konfigurasi: 16 photodiode untuk menfilter warna merah, 16 photodiode untuk memfilter warna hijau, 16 photodiode untuk memfilter warna biru, dan 16 photodiode tanpa filter. Kelompok photodiode mana
14
yang akan dipakai bisa diatur melalui kaki selektor S2 dan S3 . Kombinasi fungsi dari S2 dan S3 bisa dilihat pada Tabel 1.
Tabel 1.
Gambar 20. Sampel warna dan komposisi RGB-nya
S2
S3
Photodiode yang aktif
0
0
Pemfilter Merah
0
1
Pemfilter Biru
1
0
Tanpa Filter
1
1
Pemfilter Hijau
Photodiode akan mengeluarkan arus yang besarnya sebanding dengan kadar warna dasar cahaya yang menimpanya. Arus ini kemudian dikonversikan menjadi sinyal kotak dengan frekuensi sebanding dengan besarnya arus. Frekuensi Output ini bisa diskala dengan mengatur kaki selektor S0 dan S1. Penskalaan Output bisa dilihat pada table 2. Tabel 2 S0
S1
Skala Frekuensi Output
0
0
Power Down
0
1
2%
1
0
20 %
1
1
100 %
Dengan demikian, program yang kita perlukan untuk mendapatkan komposisi RGB adalah program penghitung frekuensi. Ada dua cara yang biasa dilakukan untuk menghitung frekuensi. Cara pertama: Kita
15
buat sebuah timer berperiode 1 detik, dan selama periode itu kita hitung berapa kali terjadi gelombang kotak. Ilustrasinya bisa dilihat pada gambar di bawah ini.
Cara kedua: Kita hitung berapa periode satu gelombang, kemudian mencari frekuensi dengan menggunakan rumus: Ilustrasi bisa di lihat pada gambar di bawah ini.
3. Strategi Stock Zone
Posi si Start Robot 1
Gambar 21. Strategi Robot Otomatis 1. Keterangan : (panah hitam) : Arah pergerakan robot
Strategi Robot Otomatis 1 ( Penyusun Piramid “KHAFRAA”) Robot menghadap ke Piramid
16
Sensor inframerah membaca garis putih. Berjalan maju kearah Piramid Sampai persimpangan ke – 2 Belok kiri Bergerak menuju Stock Zone. Hingga membentur dan sensor foto diode memberi sinyal bahwa ada objek di depan. Sensor warna kamera mencari warna biru/emas. Jika di temukan warna biru/emas maka gripper lengan robot bergerak untuk mengambil objek yg memenuhi syarat. Mengambil 4 Block warna. Berputar balik Berjalan hingga 3 persimpangan kemudian belok kiri. Berjalan maju hingga membentur dan sensor Photodiode bahwa ada objek di depan. Memasang 2 Block warna di lapisan 1. Memasang 2 Block warna di lapisan 2. Selesai Flowchart Robot Otomatis 1.
START
Membaca garis putih
Maju
Persimpangan 2
Tidak
Ya Belok kiri
Maju
Tidak Membentur Ya
Block berwarna biru/ emas ?
17
Tidak
Ya Mengambil 4 Block w arna
Berputar balik
A
A
Maju
Persimpangan 3
Tidak
Ya Belok kiri
Maju
Tidak Menbentur Ya Memasang 2 Block warna di lapisan 1.
Memasang 2 Block warna di lapisan 2.
END
18
Start Robot 2
Stock Zone
Keterangan : Gambar 22. Strategi Robot Otomatis 2. (panah hitam) : Arah pergerakan robot
Strategi Robot Otomatis 2 ( Penyusun Piramid “KHAFRAA”) Robot menghadap Stock Zone Sensor inframerah membaca garis putih Berjalan maju Hingga membentur dan foto diode member sinyal ke mikrokontrol bahwa ada objek di depan. Sensor warna mencari warna biru/emas. Jika di temukan warna biru/emas maka gripper lengan robot bergerak untuk mengambil objek yg memenuhi syarat. Mengambil 3 Block warna dan 1 Golden Block Berputar balik kembali ke Start Belok ke kanan Maju hingga membentur dan foto diode member sinyal ke mikrokontrol bahwa ada objek di depan. Memasang 1 Block warna pada lapisan 1 Memasang 1 Block warna pada lapisan 2
19
Memasang 1 Block warna pada lapisan 3. Memasang 1 Golden Block pada ujung piramida. Selesai Flowchart Robot Otomatis 2 START
Membaca garis putih
Maju ke Stock Zone
Membentur
Tidak
Ya
Tidak
A Block berwarna biru/ emas ?
Ya A Mengambil 3 Block w arna dan 1 Golden Block
Berputar balik
Maju
Tidak Start Ya Belok Kanan
Maju
Membentur
Tidak
Ya Memasang 3 Block warna dan 1 Golden Block
20
END
STOCK ZONE
POSISI START
Gambar 23. Strategi Robot Otomatis 3.
Ket :
(panah hitam) : Arah pergerakan robot
Strategi Robot Otomatis 3 ( Penyusun Piramid “MANKAURA”) Robot menghadap Stock Zone Sensor inframerah membaca garis putih Berjalan maju Hingga membentur dan Photodiode memberi sinyal ke mikrokontrol bahwa ada objek di depan. Sensor warna mencari warna biru/emas. Jika di temukan warna biru/emas maka gripper lengan robot bergerak untuk mengambil objek yg memenuhi syarat. Mengambil 1 Block warna dan 1 Golden Block Maju sampai 1 persimpangan. Belok ke kiri Maju
hingga
membentur
dan
Photodiode
memberi
sinyal
ke
mikrokontrol bahwa ada objek di depan. Memasang 1 Block warna pada lapisan 1 Memasang 1 Golden Block pada ujung piramida.
21
Flowchart Robot Otomatis 3
START
Membaca garis putih
Maju menuju stock zone
Membentur
Tidak
Ya
Block berwarna biru/ emas ?
Tidak
Ya Mengambil 1 Block w arna
A A
Maju
Membentur
Tidak
Ya
Block berwarna biru/ emas ?
Tidak
Ya Mengambil 1 Golden Block
Berputar balik
22
Maju
Tidak
Persimpangan 1 Ya Belok Kiri
Maju
Membentur
Tidak
Ya Memasang 1 Block warna
Memasang 1 Golden Block
END
4. Sketsa Robot Manual dan Robot Otomatis (a) Sketsa Robot Manual 1. Sketsa robot manual
23
Gambar 24 . Sketsa robot manual.
Gambar 25 . Sketsa tangan pejepit.
24
(b) Sketsa robot otomatis (1)
Gripper
Rotary encoder Karet Sensor warna TCS 230 Aki Kering Photodioda dan Infra Merah Motor DC Sensor Ultrasonic Tempat mekanik : Microcontrol Bagian depan robat
Driver motor Kompas digital
Gambar 26. Sketsa Robot Otomatis 1.
25
(c) Sketsa robot otomatis (2)
Karet Gripper
Rotary encoder
Tempat Microcontrol
Photodioda dan Infra Merah
Motor DC Sensor Ultrasonic Bagian depan robat
Sensor Warna TCS 230
Compas Digital
Driver Motor
Aki Kering
Gambar 27. Sketsa Robot Otomatis 2. (d) Sketsa Robot Otomatis 3
26
Aki Kering
Tempat Mekanik : 1. Microcontrol, 2. Compas Digital 3. Driver Motor
Rotary Encoder
Gripper
Sensor Warna TCS 230 Photodioda dan Infra Merah
Bagian depan robat
Sensor Ultrasonic
Motor DC Karet
Gambar 28. Sketsa Robot Otomatis 3.
27
