III. PENDEKATAN DISAIN
3.1. Kriteria Disain Manipulator direncanakan untuk robot pemanen buah di dalam greenhouse sehingga manipulator harus mampu bergerak dan mencapai ruang tumbuh yang tersedia. Beberapa buah yang sering dibudidayakan di dalam greenhouse, yaitu melon, tomat, dan semangka. Terdapat beberapa metode penanaman yang sering dipakai dalam kegiatan budidaya tanaman buah-buahan. Untuk kegiatan lapangan pada suatu area atau petakan lahan dipersiapkan bedengan dan parit. Pembuatan bedengan dan parit dimaksudkan untuk menghindarkan tanaman dari banjir atau air tergenang. Parit atau ruang antar bedengan sering digunakan untuk jalan saat kegiatan perawatan tanaman. Tanaman biasanya ditanam di atas bedengan yang terdiri dari beberapa baris tanaman maupun satu baris tanaman tergantung kebutuhan. Menurut Prajnanta (2004) jarak tanam suatu komoditas yang sama sering digunakan jarak tanam yang berbeda tergantung hasil yang dinginkan. Pemilihan jarak tanam yang lebih sedikit luas dibanding rata-rata dapat menghasilkan buah yang lebih besar. Hal ini berpengaruh terhdap kompetisi unsur ahara dan ruang tumbuh. Umumnya petani buah melon untuk diekspor menggunakan jarak tanam 85 cm x 70 cm dengan jumlah satu baris tanam per bedengan agar dihasilkan buah melon dengan berat rata-rata 1.5 kg. Tinggi bedengan terendah untuk budidaya melon sebesar 30 cm dengan ketinggian turus 75 cm. Budidaya dalam greenhouse sering digunakan penanaman dengan menggunakan suatu wadah seperti polybag, kotak kayu, maupun pipa paralon. Penggunaan wadah tersebut dimaksudkan untuk efisiensi penggunaan air dan pupuk. Walaupun penanaman dilakukan pada suatu wadah, jarak antara tanaman satu dan lainnya umumnya mengacu pada jarak tanam yang sesuai dengan jenis komoditas yang dibudidayakan. Dalam suatu greenhouse tentunya juga disediakan jalan untuk kegiatan perawatan. Lebar jalan yang tersedia disesuaikan dengan jarak antar baris tanaman atau sesuai dengan kebutuhan kegiatan perawatan tanaman. Robot pemanen harus mampu bekerja sesuai dengan ruang yang tersedia serta mampu menjangkau target. Modifikasi dilakukan terhadap manipulator tipe silinder yang telah berhasil dibuat oleh Graha (2007). Mekanisme gerak horizontal manipulator yang digunakan untuk mendekati target berupa slider horizontal (Gambar 8). Masalah yang terjadi pada mekanisme seperti ini yaitu ketika digunakan pada greenhouse yang memiliki lebar jalan yang sempit. Ketika manipulator bergerak menjangkau target dengan jarak yang dekat terhadap sumbu manipulator, maka jarak horizontal end-effector memendek, sedangkan pada sisi lain ujung slider horizontal akan memanjang sehingga dapat mengenai tanaman atau benda lainnya yang berada di arah berlawanan target. Kelemahan lain adalah luas jangkauan koordinat bidang XY hanya menjangkau dua kuadran yaitu kuadran I (x-positif, ypositif) dan kuadran II (x-negatif,y-positif).
10
Pada mekanisme slider horizontal perlu dilakukan modifikasi dengan mekanisme kombinasi dua batang besi (seperti pada hubungan lengan atas dan lengan bawah manusia). Jarak jangkauan target terhadap sumbu horizontal ditentukan oleh besar sudut yang terbentuk oleh dua buah plat besi. Mekanisme seperti ini diharapkan dapat mengurangi kebutuhan ruang gerak manipulator dan jangkauan koordinat yang lebih luas saat beroperasi di dalam greenhouse. Selain mekanisme slider horizontal makanisme lain tetap menggunakan rancangan yang telah dibuat oleh Graha (2007). Pemodifikasian lain yang juga dilakukan adalah pada sistem interface. Sistem interface yang digunakan oleh Graha (2007) dan Saleh (2008) yaitu PPI 8255 dihubungkan ke komputer melalui slot ISA komputer. Kesulitan dari metode tersebut adalah bahwa tidak tersedianya slot ISA pada komputer-komputer keluaran terbaru sehingga sistem interface PPI 8255 dalam penelitian ini perlu diganti dengan menggunakan NI-DAQmx model usb 6009 yang terhubung pada USB komputer dengan menggunakan program LabView untuk pemrograman algoritma pengendalian manipulator.
3.2. Rancangan Fungsional Manipulator yang dibuat berfungsi untuk menjangkau benda dalam ruang tiga dimensi sesuai dengan koordinat yang diinginkan. Karena merupakan robot pemanen maka benda disini merupakan buah yang masih terdapat dipohonya, sehingga ujung manipulator ini nantinya akan dipasangi dengan end-effector untuk memanen buah tersebut. Untuk mendukung fungsi tersebut maka diperlukan komponen-komponen lain yang saling berkaitan agar manipulator yang dibuat dapat bekerja sesuai dengan fungsinya. Komponen-komponen tersebut beserta fungsinya antara lain: 1.
Dudukan bawah Dudukan bawah berfungsi sebagai tempat menompang seluruh bagian manipulator.
Dudukan bawah terdiri dari komponen dengan fungsi masing-masing antara lain: a.
Roda bebas (caster) Roda bebas (caster) berfungsi untuk mempermudah dalam pemindahan
manipulator (portable). b.
Plat beton Plat beton berfungsi sebagai dudukan dari gearbox, sehingga boleh dikatakan
plat besi ini menopang seluruh bagian manipulator. 2.
Joint putar horizontal 1 (joint 1) Joint putar horizontal 1 befungsi memutar manipulator pada sumbu putar atau titik
poros pada bidang datar horizontal. Bidang datar horizontal mencakup koordinat x da y juga koordinat –x dan y. Sehingga titik poros putar joint 1manipulator merupakan titik acuan yaitu koordinat (0,0). Komponen yang menyusun joint sudut antara lain:
11
a.
Gearbox Gearbox berfungsi untuk merubah arah putaran poros dari arah mendatar
menjadi tegak lurus terhadap sumber putaran. Gearbox juga berfungsi sebagai sumbu putar atau titik poros dari manipulator. Gearbox juga mereduksi putaran yang dihasilkan oleh motor stepper dengan perbandingan 1 : 10. b.
Motor stepper Motor stepper berfungsi sebagai acutuator pada joint 1 yang memutar
manipulator pada sumbu putar atau titik poros pada bidang datar horizontal. c.
Dudukan motor stepper Dudukan motor stepper berfungsi untuk menahan motor stepper sehingga dapat
menyalurkan daya ke gearbox. d.
Kopel Kopel berfungsi menghubungkan poros motor stepper yang berdiameter 8 mm
dengan poros gearbox yang berdiameter 10 mm. e.
Plat poros besi Plat poros besi berfungsi menggabungkan poros output dari gearbox dengan plat
dudukan dari link vertikal. 3.
Link vertikal Link vertikal berfungs sebagai duduka dari link horizontal. Link vertikal menopang link
horizontal yang bekerja naik atau turun untuk menjangkau koordinat dalam arah vertikal (koordinat z). Komponen-komponen penyusun link vertikal antara lain: a.
Plat dudukan Plat dudukan terdapat dibagian atas maupun bagian bawah dari link vertikal. Plat
dudukan ini berfungsi sebagai dudukan bearing (penopang ulir) dan plat siku (penopang slider vertikal). b.
Plat siku Plat siku berfungsi sebagai penumpu dari slider vertikal.
c.
Bantalan Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban, sehinggga
putaran atau gerakan bolak-baliknya dpaat berlangsung secara halus, aman, dan panjang umur (Sularso dan Suga, 1987). Bantalan pada rancangan ini berfungsi sebagai komponen yang menumpu poros ulir. d.
Slider vertikal Slider vertikal berfungsi sebagai track (lintasan) bagi gerakan naik dan turunnya
link horizontal. e.
Ulir Ulir berfungsi sebagai sistem tranmisi pendorong turun atau naik bagi joint
horizontal. Putaran dari ulir ini yang dapat menyebabkan joint horizontal dapat bergerak naik atau turun.
12
4.
Joint translasi vertikal (joint 3) Joint translasi vertikal berfungsi memutar poros ulir, sehingga dudukan dari link
horizontal dapat bergerak naik dan turun. Joint tranlasi vertikal menggerakan link horizontal naik dan turun untuk menjangkau koordinat dalam arah vertikal (koordinat z). Joint 3 terdiri dari: a.
Motor servo DC Motor servo DC berfungsi sebagai actuator pada joint 3 yang memutar poros
berulir melalui worm-gear. Motor servo DC sudah dilengkapi encoder dan brake (rem). Encoder befungsi untuk mengetahui sudut putar dari motor servo DC, sehingga pergerakan joint horizontal dalam arah vertikal dapat diketahui atau diukur. Rem berfungsi untuk menghentikan, mengatur dan mencegah putaran yang tidak dikehendaki pada putaran motor servo DC. b.
Dudukan motor servo DC Dudukan motor servo DC berfungsi untuk menahan motor servo sehingga dapat
menyalurkan dayanya ke worm-gear. c.
Worm-gear Worm-gear berfungsi mereduksi putaran dari motor servo DC untuk disalurkan
ke poros berulir. 5.
Link horizontal Link horisontal berfungsi menjangkau koordinat dari sasaran r melalui sudut tertentu
yang terbentuk dari dua buah plat besi. Koordinat r merupakan jarak mendatar tertentu diukur dari link vertikal (sumbu z). Titik pangkal link horisontal berada pada link vertikal serta ujungnya merupakan tempat dudukan end-effector. Komponen penyusun link horisontal antara lain : a.
Kotak segiempat Kotak segiempat berfungsi sebagai penghubung antara link vertikal dengan link
horisontal. b.
Plat besi Plat besi digunakan dua buah yang berfungsi sebagai penentu jarak mendatar
end-effector dari link vertikal. Jarak ini ditentukan oleh besar sudut yang terbentuk antara dua batang tersebut. 6.
Joint putar horizontal 2 (joint 2) Joint putar ini berfungsi untuk memutar salah satu plat besi agar terbentuk sudut tertentu. a.
Motor DC berfungsi sebagai aktuator pada joint2.
b.
Pembaca sudut berfungsi untuk mengetahui besar sudut yang terbentuk antara dua palt besi.
13
7.
Sistem kendali a.
Power supply Power supply berfungsi memberikan catu daya bagi rangkaian-rangkaian
elektronika penunjang dan motor-motor penggerak pada manipulator. b.
Rankaian pengendali motor DC Rangkaian pengendali motor DC berfungsi mengendalikan motor on-off dan
arah putaran motor. Rangkaian ini dilengkapi limit switch untuk keamanan dan titik acuan. 8.
Sistem interface Interface berfungsi sebagai penghubung antara komputer (controler) dengan rangkaian
luar seperti rangkaian pengendali motor dan pembaca pulsa encoder. 9.
Kontroller Kontroller berfungsi sebagai pengendali seluruh kinerja dari manipulator.
3.3. Rancangan Struktural
3.3.1. Rancangan Struktural Bagian yang Tidak Dimodifikasi Bagian manipulator yang tidak dimodifikasi tetap mempertahankan yang telah ada. Gambar 9 menunjukkan bagian-bagian manipulator yang tidak dimodifikasi. Beberapa bagian manipulator tersebut antara lain dudukan bawah, joint 1, link vertikal, joint 3, power suply, rangkaian pengendali motor stepper (joint 1).
Joint 3
Rel
Dudukan link horizontal
Link vertikal (ulir)
Rotational joint 1 Dudukan bawah
Gambar 9. Bagian manipultor yang tidak dimodifikasi.
14
1. Dudukan bawah a. Roda bebas (caster) Roda bebas yang digunakan memiliki tinggi 34 mm dengan diameter roda 25 mm. Roda bebas yang digunakan sebanyak 4 buah. b. Plat beton Plat beton yang digunakan mempunyai ukuran 400 mm x 400 mm dengan ketebalan 20 mm. 2. Rotational joint 1 Gearbox yang digunakan merupakan sistem tranmisi worm-gear yang mereduksi putaran dengan perbandingan 1:10. Putaran motor stepper berkurang 10 kali setelah melewati gearbox. Motor stepper yang digunakan adalah jenis motor stepper unipolar dengan torsi maksimum 1.25 Nm. 3. Link vertikal Slider vertikal yang digunakan berbentuk silinder dan memiliki ukuran 960 mm x 20 mm x 19 mm. Ulir yang digunakan merupakan ulir tenaga jenis ball screw. Ulir dipasang vertikal dan ditumpu oleh dua buah bearing. Panjang poros yang berulir yaitu 880 mm. Diameter dalam ulir 20 mm dan diameter luar 25 mm dengan sudut ulir sebesar 90°. 4. Power supply Unit ini berupa transformator dan jembatan dioda yang berfungsi untuk merubah tegangan AC menjadi DC. Tegangan yang tersedia adalah 5 V, 12 V, 24 V, dan 64 V. Tegangan 5 V, 12 V, dan 24 V menggunakan ic penstabil tegangan 78xx. Tegangan 64 V dihasilkan langsung dari output transformator. 5. Rangkaian pengendali motor stepper Rangkaian ini berupa gerbang NAND IC 74LS10, rangkaian switch transistor, dan limit switch untuk keamanan dan titik acuan. Pulsa untuk pergerakan motor steper dihasilkan oleh rangkaian pembangkit pulsa menggunakan IC 555 dengan frekuensi 5.7 kHz.
3.3.2. Rancangan Struktural Bagian yang Dimodifikasi
Rancangan kontruksi manipulator yang dimodifikasi dapat dilihat pada Gambar 10. Bagian-bagain manipulator yang baru antara lain joint 2, link horisontal, interface, kontroler, rangkaian pengendali joint 3.
15
encoder Plat besi I (terpasang pada link vertikal) Joint 2
Motor DC Plat besi II (ujung bebas) Gambar 10. Bagian modifikasi manipulator 1. Joint horizontal (Joint 2) Motor penggerak yang digunakan adalah motor DC 24 V, 30 rpm. Untuk mengetahui besar sudut perputaran joint digunakan rotational encoder dengan ketelitian 200 pulsa/putaran. Pengendali on-off dan arah putaran motor menggunan rangkaian H-bridge 30 A dengan tegangan input konstan. 2. Link horizontal Link horizontal tersusun atas dua buah plat besi yang dihubungkan yaitu plat besi I yang menempel pada joint vertikal dan plat besi II yang berada pada bagian ujung sehingga membentuk rotational joint. Kedua plat besi dihubungkan dengan joint putar yang mampu memutar horizontal. Besar sudut putar dari joint tersebut menentukan jarak jangkauan endeffector. Plat besi I memiliki ukuran 420 mm x 16 mm x 20 mm. Plat besi II memiliki ukuran 500 mm x 16 mm x 10 mm. Kedua plat besi dihubungkan dengan poros sebagai pusat rotasi. Poros penghubung tersebut memiliki diameter 14 mm dengan panjang 130 mm dari link horizontal. Jarak jangkauan maksimum mencapai 820 mm. Pada bagian atas dan bawah poros dipasang bearing sebagai penahan agar tidak terjadi bergeseran sumbu putar. 3. Interface Interface terhubung pada USB komputer dengan menggunakan NI-DAQmx model USB 6009 seperti terlihat pada gambar 11. NI-DAQ digunakan sebagai interface karena alat ini dapat dihubungkan pada USB komputer, pengontrolan digital input-output dapat dilakukan melalui kofigurasi nilai dgital 8 bit menggunakan hexadesimal maupun langsung mengirimkan atau membaca nilai logika pada titik-titik jalur digital input-output. Interface ini memiliki bentuk yang kompak dengan ukuran yang kecil sehingga lebih mudah untuk penggunaan di lapangan.
16
4. Kontroler Sebagai unti kontroler digunakan komputer yang dilengkapi dengan USB untuk pemasangan unit interface. Program yang digunakan untuk pengontrolan interface NI-DAQ adalah program-program yang dikembangkan oleh Nasional Instrumen, salah satunya yaitu program LabView. Komputer yang digunakan dalam penelitian ini merupakan Laptop Dual Core dengan sistem opersai Windows 7. Komputer dilengkapi dengan program LabView untuk pemrograman algoritma pengendalian manipulator. Spesifikasi NI-DAQ 6009 dapat dilihat pada Lampiran 40.
Gambar 11. Ni-DaQ usb 6009
3.4. Analisis Teknik Analisis teknik dilakukan terhadap bagian yang akan dimodifikasi yaitu pergerakan link horizontal untuk gerakan end-effector secara horizontal. Bagian-bagian lainnya mengacu pada (Graha, 2007) yang telah berhasil membuat manipulator yang akan dimodifikasi. Selain itu, modifikasi juga dilakukan terhadap sistem interface yang sebelumnya menggunakan interface yang terhubung pada slot ISA dengan pemrograman algoritma menggunakan bahasa C diganti dengan interface yang terhubung pada USB dengan menggunakan NI-DAQmx model USB 6009 dan pemrograman LabView. 1. Link horizontal Link horizontal berupa rangkaian dua buah plat besi. Besi pertama menghubungkan antara link vertikal dan motor joint horizontal (Joint 2) sedangkan plat besi kedua menghubungkan antara motor joint horizontal dan end-effector. Beban yang ditumpu plat besi pertama adalah berat motor, plat besi kedua, end-effector, dan berat plat besi itu sendiri. Beban tersebut berupa beban bending yang dapat dihitung sebagai berikut : Jika massa maksimum plat besi kedua, motor joint horizontal, dan end-effector berjumlah 10 kg. Jarak link vertikal terhadap joint horizontal (ujung plat besi kesatu) adalah
17
450 mm. Tegangan geser yang diijinkan 165 Mpa. Analisis terhadap beban bending menggunakan Persamaan 4.1.
σ=
................................................................ (4.1)
Dimana : σ = tegangan geser yang diijinkan (Pa) M = momen gaya (Nm) I
= momen inersia (m4)
c = setengah ukuran tebal penampang plat (mm) jika ukuran tebal plat besi ditentukan sebesar 10 mm, maka diperoleh :
I=
=
Dari nilai momen inersia yang diperoleh, ukuran lebar penampang plat besi yang digunakan dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan 4.2.
I=
dimana :
I
................................................................ (4.2)
= momen inersia (mm4)
b = ukuran penampang sisi horizontal (mm) h = ukuran penampang sisi vertikal (mm)
b=
= 0.016 m = 16 mm
Jadi diperoleh ukuran penampang plat besi 16 mm x10 mm agar mampu menahan beban bending dengan pembebanan 10 kg. Saat kedua plat besi membentuk sudut 900 pada plat besi kesatu akan mengalami beban puntir maksimum. Beban puntir terjadi sebagai akibat dari berat end-effector yang melalui plat besi kedua. Massa end-effector maksimum yang diijinkan yaitu 5 kg. Ukuran penampang yang telah ditentukan di atas dapat dihitung ketahanan terhadap beban puntir dengan Persamaan 4.3.
τm =
............................................................... (4.3)
18
τm = tegangan puntir yang diijinkan (Pa)
dimana :
T = torsi (Nm) C = setengah lebar penampang (m) Ip = momen inersia puntir (m4)
Sehingga diperoleh :
Ip =
=
Dari perhitungan di atas diperoleh momen inersia puntir sebesar 1.1 x 10-9 m4 yang hasilnya lebih kecil dibandingkan dengan momen inersia akibat pembebanan bending. Ukuran penampang plat besi yang telah ditentukan mampu menahan beban puntir yang terjadi. Plat besi I yang digunakan memiliki penampang 16 mm x 20 mm dengan nilai tebal dua kali lebih besar dibandingkan hasil perhitungan. Tujuannya agar lebih aman dan tidak terjadi lendutan dalam penggunaanya serta terlihat lebih kokoh. Penampang plat besi II menggunakan ukuran sesuai hasil perhitungan yaitu 16 mm x 10 mm karena beban yang terima lebih kacil dibandingkan plat besi I. 2. Poros joint 2 Motor DC penggerak joint 2 dipasang pada plat besi I dan memutarkan plat besi II dengan transmisi daya poros langsung. Tegangan kebutuhan motor adalah 24 V dengan arus sebesar 1 A maka diperoleh daya motor sebesar 24 W dengan kecepatan putar 20 rpm. Menurut Sularso dan K. Suga (1997), untuk menghitung besarnya diameter poros yang digunakan adalah dengan menentukan daya rencana Pd (kW) menggunakan persamaan 4.4. =
dimana :
............................................... (4.4)
P = daya nominal output dari motor penggerak (kW) fc = faktor koreksi diambil dari tabel faktor koreksi daya (Tabel 2)
Tabel 2. Faktor-faktor koreksi daya yang akan ditransmisikan, fc Daya yang akan ditransmisikan
Fc
Daya rata-rata yang diperlukan
1.2 – 2.0
Daya maksimum yang diperlukan
0.8 – 1.2
Daya normal
1.0 – 1.5
Untuk mengetahui meomen puntir atau disebut juga momen rencana (T) dapat digunakan persamaan sebagai berikut : =
19
Besarnya tegangan geser yang diinginkan (
) dapat dihitung dengan persamaan 4.5.
= di mana :
...................................... (4.5)
= Tegangan geser yang diijinkan (kg.mm) = Kekuatan tarik (kg/mm²) = Faktor keamanan dari faktor kelelahan puntir, harga 5.6 bahan SF dan 6.0 bahan S-C = Faktor bentuk fisik karena pengaruh konsentrasi tegangan dan kekerasan permukaan dengan harga 1.3 sampai 3.0
Dari persamaan di atas diperoleh persamaan untuk menghitung diameter poros seperti pada persamaan 4.6. ds =
=
................................ (4.6)
dimana : ds = diameter poros (mm) Kt = faktor keamanan oleh pengaruh keadaaan momen puntir, besarnya antara 1.0 sampai 3.0 Cb = faktor pengaruh beban adanya beban lentur oleh transmisi lain, besarnya antara 1.2 sampai 2.3, bila tidak ada ,
=0
daya rencana : =
=
momen puntir : = =
kg.mm
Bahan poros adalah baja difinis dingin (S35C-D), alasan pemakaian adalah poros dapat dibubut, digerinda, dan perlakuan lainnya. Bahan ini memiliki kekuatan tarik dengan
=
dan
= 53 kg/mm²,
= , maka tegangan geser yang diijinkan :
τa
=
kg/mm
Faktor koreksi untuk momen puntir adalah Kt = 1.5 dan beban dikenakan secara halus dengan faktor kelenturan Cb = 2. Dari nilai tersebut sehingga diameter poros dapat ditentukan :
=
20
=
mm
Dari hasil perhitungan diperoleh diameter poros minimal 6.8 mm. Poros yang digunakan pada hubungan rotational joint 2 berdiameter 14 mm sehingga cukup aman dalam penggunaannya.
3. Motor link vertikal Besarnya gaya dorong yang diperlukan untuk mendorong link horizontal dapat dihitung dengan menggunakan rumus Persamaan 4.7. =
dimana :
......................................................... (4.7)
F = gaya (N) M = massa benda (kg) g = percepatan gravitasi (m/s2)
Besar massa link horizontal dan motor penggerak joint horizontal sebesar 3 kg. Gaya grafitasi sebesar 9.8 m/s2. Sehingga besarnya gaya dorong yang diperlukan: =
=
Jadi gaya yang diperlukan untuk mendorong ke atas link horizontal, joint horizontal, dan end-effector harus lebih besar dari 29,4 N. Besarnya daya pada motor DC joint vertikal 60 Watt dan putaran motor 3000 rpm, kecepatan sudut dapat diketahui dengan Persamaan 4.8.
ω=
dimana :
π n ............................................................ (4.8)
ω = kecepatan sudut (rad/s) n = kecepatan putar (rpm)
sehingga diperoleh besar kecepatan sudut yang dihasilkan
ω=
ω = 4.14.159 rad/s
21
Torsi yang dihasilkan oleh motor DC dapat diketahui melalui Persamaan 4.9.
=
dimana :
T
= Torsi (Nm)
P
= Daya (Watt)
.................................................................... (4.9)
ω = Kecepatan sudut (rad/s)
sehingga diperoleh besar torsi yang dihasilkan oleh motor DC = =
Torsi yang dihasilkan oleh motor joint 3 sebessar 0.191 Nm. Perbandingan rasio dan worm gear yaitu 1:30 dengan efisiensi penyaluran tenaga 99%, sehingga torsi pada ulir dapat dihitung dengan menggunakan Persamanan 4.10.
Tm =
di mana
:
.....................................................................................(4.10)
Tm = torsi motor (Nm) T
= torsi untuk mendorong ulir (Nm)
η
= efisiensi penyaluran tenaga (%)
sehingga diperoleh : = = =
Gaya dorong ulir dapat diketahui dengan perhitungan tenaga ulir (power screw). Persamaan yang digunakan untuk menghitung torsi gaya dorong ulir (Shingley dan Mischke,2001) :
T=
dimana :
........................................................................(4.5)
T
= torsi pada ulir (Nm)
F
= gaya dorong ulir (N)
dm
= diameter effektif ulir (m)
f
=
koefisien gesek permukaan ulir
l
=
kisar/pitch (m)
α
=
sudut ulir (o)
22
Ulir yang digunakan dalam desain ini adalah ulir recirculating ball srews. Terdapat bola atau rol yang berputar di antara ulir dengan nut, sehingga gesekan di antaranya akan jauh lebih kecil. Gesekan yang terjadi ini diperkecil lagi dengan pemberian pelumas pada bola atau rol tersebut. Maka koefisien gesek antara ulir dengan nut sebesar 0.11 (Graha, 2007). Ulir memiliki diameter dalam 21 mm dan diameter luar 25 mm. Diameter efektif berada diantara diameter luar dan diameter dalam, sehingga diambil diameter efektif 23 mm. Sudut ulir sebesar 90o dan panjang kisar 10 mm. Berdasarkan persamaan gaya dorong ulir :
5.672 = =
Dari hasil di atas diperoleh gaya angkat yang dihasilkan ulir untuk menggerakkan link dan joint horizontal ke arah atas adalah 34.818 N. Nilai ini lebih besar dibandingkan besar berat link dan joint horizontal dengan besar 29.4 N.
23
