Rancang Bangun Alat Pembatik Otomatis Menggunakan Robot Kartesian

Rancang Bangun Alat Pembatik Otomatis Menggunakan Robot Kartesian Adiatma Arif Prabowo, Dr. Ir. Djoko Purwanto, M.Eng., Rudy Dikairono, ST.,M.Sc.

Jurusan Teknik Elektro FTI - ITS Abstrak—Batik adalah salah satu kebudayaan di Indonesia yang perlu kita jaga dan lestarikan. Seiring dengan teknologi yang semakin maju dan berkembang pesat, diharapkan semakin berkembang pula kemajuan dalam melindungi kebudayaan bangsa agar kelestariannya dapat terjaga. Robot kartesian adalah salah satu inovasi di bidang teknologi. Dalam tugas akhir ini, robot yang terdiri dari lengan sumbu X, Y dan Z ini dapat difungsikan sebagai penggambar pola sederhana yang merupakan pola dasar dari teknik membatik. Dalam menggambar batik biasanya masih menggunakan teknik manual, dengan memanfaatkan cara kerja robot kartesian diharapkan dapat membantu dan mempermudah pengerjaan dalam teknik membatik. Robot kartesian ini menggunakan motor stepper sebagai penggerak sumbu X, Y dan Z. Sedangkan canting yang akan dipergunakan adalah canting elektronik yang dilengkapi dengan pengontrol suhu. Dengan tambahan canting elektronik, keluaran lilin batik dari setiap suhu yang dijadikan set poin (700C-1300C) menghasilkan lebar gambar lilin batik pada kain yaitu 0.5-1 milimeter di setiap kenaikan 100C. Dari hasil tersebut didapatkan nilai set poin yang sesuai antara gerak robot dan keluaran lilin batik dari canting elektronik pada suhu 900C-1000C. Dengan tambahan pemanas suhu pada canting elektronik, diharapkan robot kartesian ini nantinya dapat menggambar pola batik pada kain. Kata Kunci : Batik, Sensor Suhu, Robot Kartesian, Canting Elektronik

I. PENDAHULUAN Pada zaman sekarang ini, sudah banyak kita ketahui tentang hal-hal yang bekerja secara otomatis dan hampir setiap hari kita tidak terlepas dari hal itu. Hal-hal yang bersifat otomatis ini sudah sering dilakukan dalam hal perkembangan teknologi. Dalam setiap perkembangannya, teknologi dengan prinsip otomatis selalu digunakan untuk membantu pekerjaan yang berat. Saat ini penerapan sistem yang bekerja secara otomatis dalam hal pengendalian juga sudah diterapkan pada dunia perindustrian. Teknologi robot adalah salah satu bentuk sistem yang bekerja secara otomatis dan dapat diprogram untuk

bekerja sesuai dengan keinginan serta kebutuhan dari penggunanya. Banyak sekali jenis robot yang telah kita ketahui, dan salah satunya adalah robot penggambar atau juga disebut dengan robot plotter. Robot plotter ini bekerja dengan mengikuti pola gambar yang telah ditentukan terlebih dahulu. Pola gambar yang akan diterapkan ini kemudian dikonversi sehingga dapat memberikan sebuah perintah yang dapat diterjemahkan oleh robot plotter melalui bahasa mesin. Di Gedung Pusat Robotika ITS terdapat sebuah robot plotter yang menggunakan computer base juga dilengkapi dengan tiga buah motor stepper sebagai penggerak lengan kartesian. Robot plotter kartesian penggambar pola ini akan dimodifikasi dengan menambahkan canting yang berisikan malam batik yang biasa dipergunakan untuk membatik. Suhu pada canting ini akan dikontrol sehingga dapat menjaga cairan malam agar tidak cepat membeku pada saat dipergunakan untuk meggambar pola. Jadi, diharapkan robot ini nantinya dapat menggambar pola sederhana tanpa mengalami kemacetan pada aliran cairan malam batiknya. II.

TEORI PENUNJANG

A. Batik Pada akhir abad ke 18 menuju ke awal abad 19, di Indonesia sudah diperkirakan ada teknik membatik yang populer yaitu pada zaman kerajaan Majapahit. Pada tahun 1920-an dikenal batik cetak atau disebut juga dengan batik cap. Batik tulis yang diproduksi pada saat itu hanyalah sampai pada abad ke 20. Jenis batik menurut teknik pembuatannya ada 3 yaitu batik tulis, batik cap dan batik lukis. Warisan turun temurun kebudayaan di Indonesia salah satunya adalah Batik Jawa. Batik dari wilayah Jawa ini memiliki corak yang bermacam-macam. Berbagai macam corak yang terdapat pada batik ini menandakan maksud dan arti yang khusus. Ini merupakan warisan para nenek moyang terdahulu. Di daerah Surakarta khususnya sudah terdapat berbagai perkembangan mengenai batik. Dan batik-batik yang berasal dari daerah itu dinamakan dengan batik Surakarta.

B. Triac Ketika komponen ini dihidupkan, maka arus akan terus mengalir dari dua sisi anoda secara bergantian sampai besarnya arus yang mengalir lebih kecil dari arus genggam Triac. Dengan tegangan picu yang bernilai rendah, komponen ini dinilai pas untuk mengendalikan tegangan tinggi seperti tegangan AC.

dengan menggunakan jari tangan atau mouse. Hasil penggambaran dapat kita lihat pada tampilan screen shot layar touch screen robot plotter kartesian seperti berikut ini.

Gambar 2.1 Triac C. Sensor Suhu LM35

Gambar 3.2 Penggambaran melalui canvas robot B. Robot Kartesian

Gambar 2.2 Sensor Suhu LM35 Tampak dari gambar tersebut penampang dari sensor suhu LM35. Apabila dilihat dari penampang bawah (gambar sebelah kanan) ada tiga buah kaki pada komponen ini. Kaki yang pertama menunjukkan +Vs yaitu berguna untuk input sumber tegangan bagi sensor yang dapat berfungsi apabila diberi tegangan antara 4-30 Volt. Kaki yang kedua adalah Vout yaitu kaki dimana keluarnya data berupa tegangan dari sensor yang bernilai antara 0-1,5 Volt. Kaki yang ketiga adalah ground. Setiap kenaikan 1 derajat celcius output dari sensor akan meningkat sebesar 10 mV. Rumusnya seperti berikut :

Robot kartesian ini tidak lain adalah robot penggambar (plotter) yang berada di Laboratorium Kontrol Robot di Gedung Pusat Robotika ITS. Robot ini terdiri dari Layar Touch Screen, Computer Base yang dilengkapi dengan software untuk menggambar, keyboard dan mouse yang digunakan untuk sarana menggambar, lengan kartesian yang digerakkan oleh tiga buah motor stepper dengan seri ASM98AC untuk gerakan X, Y dan Z, serta dudukan untuk pena/spidol. Dudukan pena/spidol inilah yang akan digantikan fungsinya dengan canting elektronik. Robot ini bergerak pada sumbu yang telah ditentukan yaitu sumbu X, sumbu Y dan sumbu Z seperti gambar berikut ini :

VLM35 = Suhu*10 mV

III. PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT

Gambar 3.3 Sumbu Pergerakan Robot C. Canting Elektronik Canting elektronik ini terdiri dari beberapa bagian perancangan diantaranya adalah sebagai berikut : 1. Sensor Suhu LM35

Gambar 3.1 Desain Blok Sistem A. Gambar Gambar yang dimaksudkan dalam hal ini adalah pola dasar yang akan dibentuk oleh canvas robot kartesian. Gambar ini didesain sendiri oleh orang yang akan membatik dengan cara menggambar pola langsung pada layar touch screen robot penggambar

Gambar 3.4 Sensor Suhu LM35 Kenaikan pada setiap satu derajat celsius suhu yang terukur, diwakilkan dengan tegangan analog

2

dari sensor suhu sebesar 10 milivolt (mV). Tegangan keluaran dari sensor ini dapat dikuatkan dengan rangkaian penguat untuk dapat dibaca skalanya. Dalam kasus ini, tegangan output dari sensor LM35 diumpankan ke rangkaian op-amp 741 untuk dikuatkan sebesar 3x penguatan. Hal ini bertujuan agar nilai tegangan yang kecil berkisar antara 0-1.5 vdc dapat dibaca oleh rangkaian mikrokontroler sebagai data ADC (Analog to Digital Converter). 2.

Rangkaian Op-Amp

Rangkaian penguat ini memiliki masukan yang dibuat melalui input non-inverting. Dengan demikian tegangan keluaran dari rangkaian ini akan sefasa dengan tegangan masukannya. Rangkaian ini terdiri dari Ri sebesar 1 kΩ dan Rf sebesar 2 kΩ dan IC LM741 dengan jenis penguatan non-inverting berfungsi untuk menguatkan tegangan output dari sensor suhu LM35 dengan tiga kali penguatan yaitu dari range tegangan output yang semula 0 – 1.5 vdc menjadi 0 – 4.5 vdc. Tegangan keluaran yang telah dikuatkan dari rangkaian op amp ini akan menjadi data masukan untuk ADC pada modul mikrokontroler.

Gambar 3.6 Zero Crossing Detector 4.

Mikrokontroler

Mikrokontroler yang digunakan adalah jenis AVR ATMega16. Mikrokontroler ini berfungsi untuk membaca dan mengkonversi data yang dikeluarkan oleh sensor suhu. Data itu berwujud tegangan analog yang selalu berubah-ubah seiring dengan perubahan suhu yang terukur dari sensor. Supaya dapat dibaca oleh mikrokontroler, maka data yang berupa analog tersebut harus diubah ke dalam data digital terlebih dahulu dengan cara menggunakan fitur ADC internal yang ada pada mikrokontroler. Dengan menggunakan fitur ini, pembacaan data dari sensor suhu akan lebih mudah dibaca dengan menentukan fungsi ADC internal yang akan digunakan pada setting 10 bit.

Gambar 3.5 Rangkaian Op-Amp 3.

Gambar 3.7 Modul Mikrokontroler

Zero Crossing Detector

Perancangan zero crossing detector ini menggunakan jenis non-inverting. Cara kerja dari rangkaian ini adalah membandingkan sinyal tegangan pada input (+) dengan tegangan referensi pada input (-) dari op-amp LM741. Pada input (+) diberikan tegangan AC 3V dari trafo step down 500mA dengan frekuensi 50 Hz, dan pada bagian input (-) dihubungkan dengan ground. Output sinyal dari LM741 menjadi input bagi optocoupler 4N25. Kemudian keluaran dari optocoupler di pull-up dengan tegangan 5 volt dc. Output dari rangkaian ini adalah gelombang persegi yang berfungsi sebagai trigger bagi triac pada rangkaian dimmer.

5.

Dimmer

Rangkaian ini dipergunakan sebagai driver untuk pemanas (heater) pada canting elektronik.

Gambar 3.8 Dimmer

3

6.

Canting

IV. PENGUJIAN ALAT A. Pengujian Sensor Suhu Sensor suhu diuji untuk mendapatkan karakteristik tegangan output. Pengujian dilakukan dengan menggunakan beban Heater. Tegangan keluaran sensor diukur menggunakan program pada mikrokontroler dengan rumus : 𝐃𝐚𝐭𝐚 𝐀𝐃𝐂 × 𝐕𝐫𝐞𝐟 𝟏𝟎𝟐𝟑

𝐕𝐨𝐮𝐭 = Gambar 3.9 Canting elektronik pada robot Canting ini dibentuk dari wadah berbahan aluminium yang dililit dengan elemen pemanas. Ujung canting berbahan kuningan. Dengan ujung yang diberi sebuah logam runcing sebagai mata canting, logam ini berjenis tembaga yang diambil dari potongan kabel NYM. Proses pembentukan mata canting ini yaitu dengan menggerenda dan dibentuk runcing. 7.

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Sensor Suhu

Pola Batik di Kain

Pola batik ini adalah output dari sistem yang merupakan hasil dari penggambaran dengan robot plotter kartesian dengan mata canting elektronik. Pola batik ini merupakan tahapan awal dalam teknik membatik tulis yang sebenarnya. Pola ini dalam teknik membatik dinamakan penutupan sketsa batik dengan malam atau disebut juga dengan teknik sawut. 8.

Berikut ini tabel hasil pengujian sensor suhu :

Flowchart

Suhu (oC)

ADC

Vout (V)

26.5

182

0.889540

31.6

216

1.055718

36.6

249

1.217008

41.5

285

1.392961

46.8

316

1.544477

51.6

350

1.710654

56.3

384

1.876832

61.5

419

2.047898

66.6

456

2.228739

71.5

485

2.370478

Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Set Point dengan Sensor Suhu Set Poin 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110

ADC

Thermometer

LM35

179 207 240 268 296 325 358 391 418 459 492 532 557 592 611 638 670

30 35 40 45 50 56 60 67 69 76 80 85 91 97 100 105 110

29.5 34.1 39.5 44.1 48.7 57.3 58.9 64.7 68.7 75.6 81.5 86.9 91.0 97.5 100.9 105.5 110.3

% Error 1.69 2.63 1.27 2.04 2.67 4.01 1.87 0.46 1.89 0.79 1.84 2.18 1.09 2.56 0.89 0.47 0.27

Tegangan keluaran sensor diukur menggunakan program pada mikrokontroler dengan rumus : Gambar 3.10 Flowchart

4

%𝐄𝐫𝐫𝐨𝐫 =

|𝐒𝐞𝐭 𝐏𝐨𝐢𝐧 − 𝐀𝐜𝐭𝐮𝐚𝐥| × 𝟏𝟎𝟎% 𝐀𝐜𝐭𝐮𝐚𝐥

Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Ketebalan Malam pada Kain

Dari data di atas, dapat dihitung persen error rata-rata yaitu : 𝟐𝟖. 𝟔𝟐 %𝐄𝐫𝐫𝐨𝐫 𝐑𝐚𝐭𝐚−𝐑𝐚𝐭𝐚 = × 𝟏𝟎𝟎% = 𝟏. 𝟔𝟖% 𝟏𝟕 B. Pengujian Heater Pengujian dilakukan dengan kelipatan 10 derajat pada setiap pengukurannya sampai dengan pengujian ke tujuh yaitu pada set poin suhu 120 derajat celcius. Pengujian ketujuh dilakukan pada set poin suhu 120 derajat celcius

Gambar 4.1 Pengujian Set Poin Suhu 1200C

Gambar 4.2 Hasil Keluaran dan Kecairan Suhu 1200C C. Pengujian Performa Canting Elektronik Dari pengujian yang telah dilakukan dengan parameter suhu (700C-1300C, jarak (25 cm) dan waktu tempuh (1-5 detik) ternyata terdapat perbedaan pada ketebalan keluaran malam. Kemudian dilakukan pengukuran pada ketebalan keluaran malam pada kain dengan menggunakan penggaris dengan satuan dalam milimeter (mm) didapatkan hasil sebagai berikut ini.

V. PENUTUP

A. Kesimpulan Berdasarkan pengujian dari keseluruhan sistem dan data-data yang didapat pada tugas akhir ini, penulis dapat menyimpulkan bahwa : 1. Robot kartesian dan Canting elektronik dapat bekerja mengalirkan malam sesuai dengan target yang diinginkan dan dapat dimanfaatkan untuk menggambar pola batik tahapan awal yaitu teknik sawut. 2. Sensor suhu dapat bekerja mendeteksi suhu pada canting elektronik dengan tingkat keberhasilan 99% 3. Kontrol heater pun juga bekerja sesuai dengan harapan yaitu dapat mengontrol suhu pada set poin yang diinginkan dengan nilai persen error rata-rata sebesar 1.68%. 4. Semakin tinggi suhu yang ditentukan sebagai set poin maka tingkat ketebalan cairan saat menggambar pada kain semakin tebal dengan ketebalan 0.5-1 mm dengan uji kenaikan suhu sebesar 100C pada set poin 700C-1300C. 5. Semakin cepat kecepatan dalam penggambaran dengan canting elektronik maka hasil penggambaran garisnya tipis, sedangkan semakin lambat kecepatan dalam penggambaran, maka hasil penggambaran garisnya tebal.

B. Saran Sistem ini mungkin bisa lebih bagus lagi jika ada input berupa pola gambar batik yang sudah jadi dan dapat dimasukkan sebagai data pada program. Pada saat dilakukan penggambaran sebaiknya dipastikan dulu tingkat kerataan alas gambar, karena hal ini sangat penting, apabila alas meja gambar miring atau tidak rata, maka proses penggambaran akan menjadi kurang maksimal. Hal ini juga meminimalisasi terjadinya kerusakan pada ujung canting elektronik pada saat digunakan untuk menggambar. Harapannya semoga penelitian ini dapat dikembangkan lebih lanjut agar kelestarian budaya batik dapat terjaga dan lebih berkembang lagi.

Gambar 4.3 Pengukuran ketebalan cairan pada kain

5

RIWAYAT HIDUP PENULIS REFERENSI [1] Wikipedia, “Batik” , Mei 2012 [2] Wikipedia,

“Triac”


http://en.

wikipedia.org/wiki/TRIAC>, Mei 2012 [3] Elektronika-dasar, “Definisi dan Prinsip Kerja Triac”
http://elektronika-dasar . com/komponen/definisi-dan-prinsipkerja-triac>, Oktober 2012 [4] Ilmu.8k, “Dasar Motor Stepper” , Oktober 2012 [5] Wikipedia, “Motor Stepper” , Oktober 2012 [6] Unhas, “Sensor Suhu”
http:// unhas. ac.id/tahir/.../suhu/Sensor%20Suhu. doc> , Oktober 2012

Penulis dilahirkan di Brebes pada tanggal 7 September 1989 dengan nama Adiatma Arif Prabowo. Putra pertama dari empat bersaudara. Selama menjadi mahasiswa, penulis sangat berkeinginan mempelajari dunia elektronika, dan keinginannya terwujud setelah memutuskan untuk melanjutkan sekolahnya di Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Riwayat Pendidikan : o Teknik Elektro ITS, angkatan 2010 o Teknik Elektro D3 Universitas Diponegoro, angkatan 2007 o Jurusan IPA SMA Negeri 1 Kudus, angkatan 2004 o SMP Negeri 1 Kudus, angkatan 2001 o SD Negeri 2 Wergu Wetan, angkatan1995 o TK PT. Pabrik Gula Rendeng Kudus

[7] ATMEL, “datasheet of ATMega16”
www.atmel.com/Images/doc2466.pdf>, Nopember 2012 [8] Texas Instruments, “LM35 Precision Centigrade Temperature Sensors”
www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf>, Nopember 2012 [9] Pujiono.2011.Rangkaian Elektronika Analog. Surabaya:Subur Makmur [10] AVRku, “Driver Beban AC Tanpa Relay”

http:// avrku.blogspot.com/2009/ 09/driver-beban-ac-tanpa-relay.html>,
Nopember 2012 [11] Andrianto, Heri.2008.Pemrograman Mikrokontroler AVR ATMEGA16 Menggunakan Bahasa C (CodeVision AVR). Bandung:Informatika [12] Ibu Tini, “Batik Tulis Tjokro Khas Bakaran Wetan Juwana”, Pati, 2012

6