Upload
dippo-lafitra
View
118
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Laporan Akhir Tumer - Kelompok 8 Fix
Citation preview
1
PERANCANGAN ROBOT LENGAN SEBAGAI ALAT BANTU PROSES
MELURUSKAN TULANG BELAKANG PADA OPERASI PASIEN SKOLIOSIS
TUGAS MERANCANG
KELOMPOK 8
PEMBIMBING :
Dimas Arif Fadilah 1206217181
Dippo Lafitra Bastaman 1206217225
Muhammad Yusuf Qordhawi 1206248432
Pradha Pahlevi Thamaryan 1206220245
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS INDONESIA
DEPOK
MEI 2015
2
HALAMAN PERNYATAAN
Buku Laporan Akhir Tugas Merancang dengan judul:
PERANCANGAN ROBOT LENGAN SEBAGAI ALAT BANTU PROSES
MELURUSKAN TULANG BELAKANG PADA OPERASI PASIEN SKOLIOSIS
Adalah karya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah
dinyatakan dengan benar.
Dimas Arif Fadilah Dippo Lafitra Bastaman
(1206217181) (1206217225)
Muhammad Yusuf Qordhawi Pradha Pahlevi Thamaryan
(1206248432) (1206220245)
3
HALAMAN PERSETUJUAN
Buku Laporan Akhir Tugas Merancang dengan judul :
PERANCANGAN ROBOT LENGAN SEBAGAI ALAT BANTU PROSES
MELURUSKAN TULANG BELAKANG PADA OPERASI PASIEN SKOLIOSIS
Dapat disetujui untuk penliaian akhir mata kuliah Tugas Merancang
Depok, 8 Juni 2015
Dosen Pembimbing,
Sugeng Supriyadi ST , M.S.Eng , Ph.D
NIP 198207282008121002
4
KATA PENGANTAR
Puji syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas karunia-Nya sehingga
kelompok 8 dapat menyelesaikan perancangan alat PERANCANGAN ROBOT
LENGAN SEBAGAI ALAT BANTU PROSES MELURUSKAN TULANG
BELAKANG PADA OPERASI PASIEN SKOLIOSIS. Tidak lupa kami ucapkan
terima kasih kepada Bapak Sugeng Supriyadi ST , M.S.Eng , Ph.D selaku dosen dan
pembimbing kami di mata kuliah Tugas Merancang, serta kepada orang tua dan juga
teman-teman kami atas dukungannya dalam pembuatan makalah ini.
Penulisan makalah ini bertujuan untuk memenuhi mata kuliah Tugas
Merancang serta untuk menyumbangkan ide yang berguna bagi masyarakat sebagai
calon sarjana teknik mesin.
Kami mohon maaf apabila terdapat kekurangan dalam penulisan dan
penyampaian informasi yang ingin dan kami sampaikan serta bila ada kata kata yang
kurang berkenan. Oleh karena itu, kami mohon kritik dan saran yang membangun
sehingga kami dapat membuat perancangan alat yang lebih baik di waktu mendatang.
Depok, 2015
Penyusun
5
DAFTAR ISI
Kata Pengantar ........................................................................................................... 4
Daftar Isi .................................................................................................................... 5
BAB I. Pendahuluan .................................................................................................. 6
BAB II. Metode Penulusuran Literatur ..................................................................... 8
BAB III. Pengembangan Rancangan ......................................................................... 10
BAB IV. Hasil Perancangan dan Perhitungan ........................................................... 27
BAB V. Penutup ........................................................................................................ 60
Daftar Pustaka ........................................................................................................... 61
Lampiran .................................................................................................................... 62
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELAKANG MASALAH
6
Skoliosis merupakan kelainan dimana tulang belakang membentuk lengkungan
seperti kurva berbentuk S atau C. Menurut The National Scoliosis Foundation USA,
kasus skoliosis ditemukan pada 4,5 persen populasi umum. Akibat yang dialami
pasien penderita skoliosis adalah menurunnya fungsi organ-organ tubuh hingga
70% karena mengalami penekanan oleh tulang belakang yang melengkung.
Skoliosis dikategorikan berbahaya dan membutuhkan tidakan operasi apabila
kelengkungan tulang belakang membentuk sudut 50o.. Proses operasi pasien
skoliosis dilakukan dengan metode RSCM yang dikembangkan oleh tim dokter
bedah tulang (orthopaedi) dari Rumah Sakit Cipto Mangunkusumo Jakarta Pusat.
Metode ini masih memiliki kekurangan yakni waktu operasi yang terlalu lama.
Akibatnya adalah turunnya trombosit atau kadar darah dokter dan residen
pengoperasi pasien skoliosis yang dapat menyebabkan pingsan sampai kematian
karena terlalu lama terkena hamparan sinar X-Ray. Salah satu proses operasi pasien
skoliosis yang memakan waktu lama adalah ketika meluruskan tulang belakang.
Proses ini masih dilakukan secara manual dimana proses pemasangan bolt, bender
dan pelurusan tulang belakang masih dilakukan oleh tangan dokter dan residen.
Terutama dalam hal meluruskan tulang belakang yang sangat keras, dibutuhkan
residen 2-3 orang dan dokter orthopaedi yang memimpinnya. Disamping itu
kesalahan yang dilakukan oleh residen dalam meluruskan tulang belakang dapat
berakibat kelumpuhan pasien bahkan kehilangan nyawa. (Rahyussalim,2015)
Beranjak daripada pertimbangan tersebut maka dibutuhkan alat bantu untuk
proses operasi pasien skoliosis khususnya dalam proses pelurusan tulang belakang.
Alat bantu tersebut akan mengambil peran residen dalam meluruskan tulang
belakang pasien dan dapat dikendalikan dari jauh oleh dokter orthopaedi.
Spesifikasi alat bantu tersebut haruslah smart, aman, ekonomis, dan mudah
digunakan. Berdasarkan masalah tersebut maka terdapat solusi Perancangan
Robot Lengan Berbasis Mikrokontroller sebagai Alat Bantu Proses
Meluruskan Tulang Belakang pada Operasi Pasien Skoliosis
Pembuatan simulator arm robot dirancang memiliki 2 degree of freedom
(dof) dengan menggunakan bantuan mikrokontroler Arduino Uno
sehinggamemudahkan komunikasi antara perangkat keras arm robot dengan
7
perangkat lunak yang digunakan untuk mengontrol gerakan robot. Selanjutnya
dilakukan analisa inverse kinemtic untuk mendeskripsikan orientasi dan posisi end
effector terhadap base
.
1.2 PERUMUSAN MASALAH
Beranjak dari latar belakang tersebut maka dapat ditarik beberapa rumusan yang
menjadi perhatian dalam program ini yaitu :
1. Bagaimanakah proses perancangan robot lengan berbasis
mikrokontroller ini?
2. Bagaimanakah proses kerja robot lengan berbasis mikrokontroller
sebagai penggerak bender dalam proses operasi pasien skoliosis?
3. Apa keunggulan dari robot lengan berbasis mikrokontroller ini
sehingga dapat membantu kelagsunagn proses operasi pada pasien
skoliosi?
1.3 TUJUAN DAN MANFAAT
Tujuan daripada perancangan alat ini adalah :
1. Mengetahui proses perancangan robot lengan berbasis mikrokontroller
untuk membantu proses operasi pasien skoliosis.
2. Mengetahui cara kerja robot lengan menggunakan mikrokontroller
ATmega 32 dalam membantu proses operasi pasien skoliosis.
3. Mengetahui proses manufaktur dan estimasi harga produksi robot
lengan berbasis mikrokontroller untuk membantu operasi pasien
skoliosis.
Manfaat daripada perancangan alat ini adalah:
1. Mempermudah dokter orthopaedi dalam melakukan operasi pasien
skoliosis
8
2. Mencegah dokter dan praktikan terkena hamparan X-Ray terlalu lama
ketika proses operasi pasien skoliosis.
1.4 BATASAN MASALAH Adapun batasan-batasan masalah yang dibuat agar perancangan robot dapat berjalan
baik adalah sebagai berikut:
1. Kecepatan gerakan robot lengan dibuat konstan dengan tegangan motor servo
sebesar 12-15 V, sehingga disini robot hanya diatur keakuratan saja.
2. Menggunakan mikrokontroller Arduino Uno sebagai controller pergerakan robot.
3. Lengan robot dikontrol oleh switch butto dari jauh dengan konsep PID controller
sebagai penunjang keakuratan robot.
9
2 BAB II. METODE STUDI LITERATUR
Skoliosis
Skoliosis adalah kelainan pada rangka tubuh yang berupa kelengkungan tulang
belakang. Sebanyak 75-85% kasus skoliosis merupakan idiofatik, yaitu kelainan yang
tidak diketahui penyebabnya. Sedangkan 15-25% kasus skoliosis lainnya
merupakan efek samping yang diakibatkan karena menderita kelainan tertentu,
seperti distrofi otot, sindrom Marfan, sindrom Down, dan penyakit lainnya. Berbagai
kelainan tersebut menyebabkan otot atau saraf di sekitar tulang belakang tidak berfungsi
sempurna dan menyebabkan bentuk tulang belakang menjadi melengkung.(David,
2006)
Skoliosis sendiri memiliki berbgagai macam jenis dan bentuk terutama dalam
bentuk kurva yang terbentuk dan tempat dimana kurva tersebut berada. Berikut kategori
skoliosis menurut Michael (2001)
Letak kurva skoliosis bisa di cervical, thoracal, lumbal, atau beberapa area lainnya
sedangkan bentuk kurva memiliki dua bentuk umum yakni:
Kurva C : umumnya di thoracolumbal, tidak terkompensasi, kemungkinan
karena posisi asimetri dalam waktu lama, kelemahan otot, atau sitting
balance yang tidak baik.
Kurva S : lebih sering terjadi pada scoliosis idiophatic, di thoracal kanan dan
lumbal kiri, ada kurva mayor dan kurva kompensatori, umumnya struktural.
Derajat Skoliosis
Derajat scoliosis tergantung pada besar sudutnya dan besar rotasinya. Makin berat
derajat scoliosis makin besar dampaknya pada sistem kardiopulmonal.(Michael, 2001).
Pengukuran sudut kurva dapat dilakukan dengan metode Cobb atau Risser-
Ferguson.Klasifikasi dari derajat kurva skoliosis yang diukur dapat dikategorikan
menjadi beberapa bagian yakni:
10
Scoliosis ringan : kurva kurang dari 20
Scoliosis sedang : kurva 20 40 /50 . Mulai terjadi perubahan struktural vertebra
dan costa.
Scoliosis berat : lebih dari 40 /50 . Berkaitan dengan rotasi vertebra yang lebih
besar, sering disertai nyeri, penyakit sendi degeneratif, dan pada sudut lebih dari 60
- 70 terjadi gangguan fungsi kardiopulmonal bahkan menurunnya harapan hidup
Proses Operasi Pasien Skoliosis
To achieve safe correction, to restore balance, to stop progression and to reach
good quality of life are the main goals of scoliosis surgery Prof Subroto Sapardan
menjelaskan ketika dalam acara meet the expert pada Spinal Surgery Update 2009
bahwa To achieve safe correction, to restore balance, to stop progression and to reach
good quality of life are the main goals of scoliosis surgery
Menurut Prof Subroto Sapardan dalam Meet the Expert Spinal Surgery Update
2009, tujuan utama daripada operasi skoliosis adalah untuk mendapatkan koreksi tulang
belakang yang aman, untuk mengembalikan keseimbangan, menghentikan Berdasarkan
data dan penjelasan yang diberikan oleh mitra yakni Dr.dr. Rahyussalim,Sp.OT (K)
seorang ahli bedah spinal dari tim dokter orthopaedi RSCM, maka didapatkan langkah-
langkah dalam melakukan proses operasi pasien skoliosis. Fasilitas yang disediakan
untuk operasi koreksi skoliosis berat dilengkapi dengan Intra-Operative Neuron
Monitoring, pemantauan fungsi saraf selama operasi dan Autologous Transfusion, yang
memungkinkan transfusi darah nirdonor (orthoui-rscm.org). Pertama dilakukan
pengukuran derajat kemiringan menggunakan metode Cobb agar mengetahui letak kurva
skoliosis. Setelah itu dilakukan pembelahan lateral pada daerah yang mengalami kurva
tersebut dan dilakukan penjepitan pada bagian otot agar bagian kurva terlihat jelas.
Berikutnya dilakukan pengeboran pada tulang belakang yang memiliki kurva, proses ini
dilakukan menggunakan X-Ray agar mengetahui letak saraf dan pembuluh darah.
Setelah itu dipasanglah bolt pada lubang tersebut yang nantinya bolt tersebut akan
dipasangkan pedipat untuk mempermudah meluruskan tulang. Setelah pediguard
terpasang maka bagian tersulitnya adalah meluruskan tulang belakang tersebut dengan
11
gerakan mendorong atau menarik yang masih dilakukan oleh residen. Proses ini banyak
mengalami kesalahan karena sifat residen yang cenderung tidak berhati-hati. Setelah
lurus, residen menahan posisi tersebut sampai dipasangkan pin utnutk menahan tulang
belakang. Proses ini memerlukan waktu lama akibatnya hamparan X-Ray yang terus
menerus akan berakibat pada turunnya trombosit pada dokter orthopaedi dan residen.
Hamparan Sinar X
Sinar-X atau Sinar Rntgen adalah salah satu bentuk dari radiasi
elektromagnetik dengan panjang gelombang berkisar antara 10nanometer ke
100 pikometer (sama dengan frekuensi dalam rentang 30 petahertz - 30 exahertz) dan
memiliki energi dalam rentang 100eV - 100 V. Sinar-X umumnya digunakan dalam
diagnosis gambar medis dan Kristalografi sinar-X. Sinar-X adalah bentuk dari radiasi
ion dan dapat berbahaya.
Robotika
Menurut Siregar (2012:7), robotika adalah ilmu pengetahuan dan teknologi mengenai
robot, perancangannya, pembuatannya, dan penerapannya. Robotika adalah ilmu antar
disiplin yang memanfaatkan teknik mesin, teknik elektro, komputer sains, biologi dan
banyak disiplin lainnya.
Bahasa pemrograman Basic Compiler AVR
Menurut Putra (2010:14), Bascom AVR sendiri adalah salah satu tool untuk
pengembangan / pembuatan program untuk kemudian ditanamkan dan dijalankan pada
mikrokontroler terutama mikrokontroler keluarga AVR Bahasa pemrograman basic
banyak digunakan untuk aplikasi mikrokontroler karena kompatibel dengan
mikrokontroler jenis AVR dan didukung dengan compiler pemrograman berupa
software BASCOM AVR. Bascom AVR juga bisa disebut sebagai IDE (Integrated
Development Environment) yaitu lingkungan kerja yang terintegrasi, karena disamping
tugas utamanya meng-compile kode program menjadi file hex / bahasa mesin, Bascom
AVR juga memiliki kemampuan / fitur lain yang berguna sekali seperti monitoring
12
komunikasi serial dan untuk menanamkan program yang sudah di compile ke
mikrokontroler.
Khazama AVR Program
Menurut Winoto (2008:63), Khazama AVR ialah sebuah software yang biasa digunakan
oleh para pecinta elektronik mikrokontroler untuk mendownload program yang telah
dibuat, misalnya program yang dibuat pada Bascom AVR, AVR Studio atau masih
banyak lagi untuk ditransfer pada rangkaian elektronik yang menggunakan
mikrokontroller. Data yang diunduh oleh program ini biasanya dari software pembuat
program berbentuk file hex.
Proteus
Menurut Rangkuti (2011:23), proteus adalah sebuah software untuk mendesain PCB
yang juga dilengkapi dengan simulasi PSpice pada level skematik sebelum rangkaian
skematik di upgrade ke PCB sehingga sebelum PCB nya di cetak kita akan tahu apakah
PCB yang akan kita cetak sudah benar atau tidak. Proteus mengkombinasikan program
ISIS untuk membuat skematik yang kita buat. Software ini bagus digunakan untuk
desain rangkaian mikrokontroller.
Mikrokontroller
Menurut Winoto (2008:3), mikrokontroller adalah sebuah sistem mikroposessor dimana
didalammnya sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock dan peralatan internal
lainnya yang sudah saling terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik
pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Mikorokontroller yang
penulis gunakan disini ialah mikrokontroller ATMega 16. Menurut Arifianto
(2011:177), ATMega 16 adalah mikrokontroler RISC ( Reduce Instruction Set
Compute) 8 bit berdasarkan arsitektur Harvard. Seperti mikroprosesor pada umumnya,
secara internal mikrokontroler ATMega 16 terdiri atas unit-unit fungsionalnya 3
Arithmetic and Logical Unit (ALU), himpunan register kerja, register dan decoder
instruksi, dan pewaktu beserta komponen kendali lainnya . Berbeda dengan
mikroprosesor, mikrokontroler menyediakan memori dalam serpih yang sama dengan
prosesornya (in-chip). Mikrokontroller ini menggunakan arsitektur Harvard yang
13
memisahkan memori program dari memori data, baik bus alamat maupun bus data,
sehingga pengaksesan program dan data dapat dilakukan secara bersamaan (concurrent).
Asitektur RISC dengan throughput mencapai 16 MIPs pada frekuensi 16Mhz.
Catu Daya (Power Supply)
Menurut Arifianto (2011:288), Power Supply adalah adalah suatu hardware komponen
elektronika yang mempunyai fungsi sebagai supplier arus listrik dengan terlebih dahulu
merubah tegangannya dari AC jadi DC. Pada dasarnya pencatu daya bukanlah sebuah
alat yang menghasilkan energi listrik saja, namun ada beberapa pencatu daya yang
menghasilkan energi mekanik, dan energi yang lain, secara garis besar daya listrik
dibagi menjadi dua macam, yaitu pencatu daya tak distabilkan dan pencatu daya
distabilkan.
Button
Button disini ialah tombol saklar. Menurut Arifianto (2011:154), saklar pada teknik
elektronika mempunyai definisi sama, yakni saklar elektronik ialah suatu
alat/komponen elektronik yang dapat memutus atau menyambung arus/tegangan listrik
lemah atau suatu alat/komponen elektronika yang dapat digunakan untuk memindahkan
aliran arus/tegangan listrik (rendah/lemah) dari satu konduktor ke konduktor lain. Saklar
yang beroperasi dengan cara ditekan, dan bisa melakukan dua fungsi berbeda, yakni
menutup sirkuit bila ditekan. Jika tekanan dilepaskan atau terjadi tekanan berikutnya,
maka akan menormalkan kembali tombol ke posisi semula dan sirkuit kembali ke status
semula. Saklar mikro sangat kecil, biasanya dipasang pada suatu lengan yang tertekan
karena dipegang membuat klik saklar sehingga sirkuit menutup. Contohnya adalah
seperti yang digunakan sebagai saklar catu daya (power supply) komputer. Dan juga
tipe saklar yang digunakan di dinding rumah.
Potensiometer
Menurut Arifianto (2011:219), Potensiometer ialah resistor tiga terminal dengan
sambungan geser yang membentuk pembagi tegangan dapat disetel. Jika hanya dua
terminal yang digunakan salah satu terminal tetap dan terminal geser, potensiometer
berperan sebagai resistor variabel atau rheostat. Potensiometer biasanya digunakan
14
untuk mengendalikan peranti elektronika seperti pengendali suara pada penguat.
Potensiometer yang dioperasikan oleh suatu mekanisme dapat digunakan sebagai
transduser, misalnya sebagai sensor joystick.. Potensiometer digunakan untuk menyetel
taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada piranti audio), dan sebagai
pengendali masukan untuk sirkuit elektronik. Sebagai contoh, sebuah peredup lampu
menggunakan potensiometer untuk mengendalikan pensaklaran sebuah TRIAC , jadi
secara tidak langsung mengendalikan kecerahan lampu. Potensiometer yang digunakan
sebagai pengendali volume kadang-kadang dilengkapi dengan 4 sakelar yang
terintegrasi, sehingga potensiometer membuka saklar saat penyapu berada pada posisi
terendah.
Servo
Menurut Rangkuti (2011:98), motor servo ialah motor yang mampu bekerja dua arah
(searah jarum jam dan berlawanan arah jarum jam) dimana arah pergerakan sudut
rotornya dapat dikendalikan. Motor servo mempunyai keluaran shaft (poros). Poros ini
dapat ditempatkan pada posisi sudut spesifik dengan mengirimkan sinyal kode pada
saluran kontrol motor servo. Selama sinyal kode ada di saluran kontrol, servo akan tetap
berada di posisi sudut poros. Bila sinyal kode berubah, posisi sudut poros berubah.
Aplikasi servo banyak ditemui pada radio control pesawat terbang model
(aeromodelling), mobil radio control, boneka mainan, dan tentunya robot.
Kapasitor
Menurut Arifianto (2011:158), kapasitor merupakan komponen pasif yang sering
digunakan pada sistem yang berfungsi sebagai filter dan penyimpan energi listrik. Jika
kapasitor diberikan tegangan DC, energi listrik disimpan dalam tiap elektrodanya.
Selama kapasitor melakukan pengisian, arus mengalir, aliran arus tersebut akan berhenti
saat kapasitor penuh. Umumnya kapasitor digunakan untuk menyimpan muatan listrik,
sebagai penyaring frekuensi pada rangkaian audio, filter pada rangkaian catu daya, dan
pembangkit frekuensi.
Resistor
15
Menurut Arifianto (2011:226), resistor adalah komponen elektronika dua pin/kaki yang
didesain untuk menahan arus listrik dengan menurunkan tegangan di antara kedua
salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya. Resistor dapat diumpamakan dengan
sebuah papan yang digunakan untuk menahan aliran air yang deras di parit kecil.
Dengan adanya tahanan papan ini, maka arus air menjadi terhambat alirannya. Makin
besar papan yang dipergunakan untuk menahan air parit, makin kecilair yang mengalir.
Begitu pula peran resistor dalam elektronika, makin besar resistansi (nilai tahanan),
makin kecil arus dan tegangan listrik yang melaluinya.
Dioda
Menurut Arifianto (2011:2), dioda adalah komponen elektro yang memiliki dua saluran
aktif, anoda dan katoda, tapi terkadang memiliki tiga saluran dimana saluran yang
satunya hanya berfungsi sebagai pemanas, dimana arus listrik dapat mengalir di
dalamnya dan biasanya digunakan karena sifatnya yang memungkinkan arus mengalir
hanya satu arah, melawan arus yang lain.
16
3 BAB III. PENGEMBANGAN RANCANGAN
3.1 DIAGRAM ALIR PERANCANGAN
MULAI
Bertukar pikiran dengan mitra
lalu menganalisa kebutuhan
mitra (dokter pelaku operasi
pasien skoliosis)
BELUM SESUAI SELESA
I
Menganalisa kesesuaian
hasil dari alat yang telah
jadi terhadap kebutuhan
dari mitra
SESUAI
Pembuatan
alat/prototype sesuai
dengan rancangan yang
telah dibuat sebelumnya
Kebutuhan mitra dianalisa
dengan cara
menggunakan metode
studi literatur
Membuat rancangan atau
prototype dari hasil analisa
studi literatur dan hasil analisa
kebutuhan mitra yang telah
dilakukan
Mengkaji penyebab tidak
sesuainya analisa yang
diperoleh dengan
melakukan beberapa
perubahan yang
diperlukan
17
3.2 KOMPONEN KOMPONEN PADA LENGAN ROBOT
3.2.1 Lengan Robot
Lengan robot ini kami rancang menggunakan simulasi Autodesk Inventor.
Berikut adalah spesifikasi lengan robot tersebut :
1. Memiliki panjang, lebar dan tinggi sebesar 1 m x 0,6 m x 1 m
2. Memiliki 2 Degree of Freedom
3. Dilapisi kulit berbahan plastic agar memiliki estetika yang baik dan
melindungi kerangka robot
4. Menggunakan dua motor servo di setiap persendian dan satu servo untuk
memutar gripper
5. Bevel gear untuk mengatur gerakan pada gripper robot
6. Mampu mendorong atau menarik beban maksimal 50 N dengan
kecepatan konstan
18
Gambar 1. Tampilan lengan robot secara menyeluruh
Gambar 2. Tampilan robot secara menyeluruh tanpa kulit
19
Gambar 4. Tampilan gerakan gripper saat menutup dan membuka beserta bevel gear
3.2.2 Motor Servo
Penggunaan motor servo untuk bidang robotika didasarkan pada beberapa alasan.
Pertama adalah motor servo memiliki putaran yang lambat dan torsi yang kuat ( berkat
adanya sistim gear ). Hal ini sesuai dengan bidang robotika jika dibandingkan dengan
motor dc biasa yang memiliki putaran cepat namun torsi rendah. Poros Motor dc yang
dihubungkan langsung dengan roda, tidak akan kuat untuk menggerakkan robot,
demikian juga dengan motor stepper. Kedua jenis motor ini harus dihubungkan terlebih
dulu dengan sistim gear agar dapat dipergunakan. Namun poros servo dapat
dihubungkan langsung dengan roda. Kedua, sistim kontrol untuk motor servo relatif
sedikit ( diperlukan hanya 1 jalur data saja ). Hal ini tentu berbeda misalnya jika kita
menggunakan motor stepper yang memerlukan jalur kontrol lebih dari 1 jalur. Oleh
karena itu tantangannya adalah bagaimana mengontrol motor servo yang hanya
menggunakan 1 jalur tersebut. Oleh karena hanya digunakan 1 jalur data untuk
mengontrol motor servo, maka digunakan teknik PWM ( Pulse Width Modulation =
Modulasi Lebar Pulsa )
.Servo dikendalikan dengan Pulse Width Modulation. Sinyal yang dikirim oleh
sinyal input ini terdiri dari sinyal minimum, maksimum, dan laju pengulangan. Sudut
putar dari servo akan ditentukan oleh panjang pulse yang diberikan sinyal PWM. Servo
20
mendeteksi pulse setiap 20 ms. Panjang pulse akan menentukan seberapa jauh motor
berputar. Contohnya, pulse dengan panjang 1,5 ms akan membuat motor berputar pada
posisi 900
(titik netral). Pulse harus diberikan secara terus menerus untuk membuat
servo tetap berada di posisinya.
Gambar 5. Pulse input pada sebuah motor servo
Ketika pulse dikirim ke servo sebesar kurang dari 1,5 ms servo akan berputar
berlawanan arah jarum jam dan menahan porosnya untuk berada dalam posisi beberapa
derajat dari titik netral. Ketika pulse yang dikirim sebesar lebih dari 1,5 ms servo akan
berputar sebaliknya.
Gambar 6. Hubungan antara pulse dan putaran servo.
Servo yang kami gunakan menggunakan algoritma PID pada sistem kontrolnya.
Pada system ini servo menyalurkan arus yang dimodelkan sebagia fungsi linier G(s).
pada bentuk paling dasarnya servo menerima perintah voltase yang merepresentasikan
arus yang diinginkan. Servo motor dimodelkan sebagai lump inertia, J, viscous damping,
b, dan konstanta torque Kt. Lump inertia terdiri dari servo motor dan beban inersia.
21
Selain itu juga diasumsikan bahwa beban dikopel secara rigid sehingga rigidity torsional
menggerakkan resonansi natural diatas nilai bandwidth servo controller. Asumsi ini
memungkinkan kita untuk memodelkan total inersia system sebagai jumlah dari motor
dan beban inersia untuk frekuensi yang dapat kita control.
Posisi actual motor (s) diukur dengan menggunakan encoder atau resolver yang
langsung dikopel ke shaft motor. Eksternal torque disturbance pada shaft Td
ditambahkan pada torque yang dihasilkan oleh arus motor sehingga dapat mencukupi
untuk mengakselerasi total inersia. Didekat servo drive dan blok motor terdapat servo
kontroler yang berfungsi menyatukan nilai posisi loop. Servo kontroler dasar pada
umumnya terdiri dari trajektori generator dan PID control. Trajektori generator
menyediakan set point posisi. PID control mengatur error posisi dan torque yang
diskalakan oleh konstanta torque, Kt. Pada PID control terdapat gain yang digunakan
untuk mengatur nilai torque yaitu Kp, Ki, Kd. Ketiga erro ini bergerak pada error posisi
yang didefinisikan sebagai selisih dari posisi yang diset oleh trajektori generator dengan
posisi yang dihasilkan oleh motor. Output dari PID control adalah signal torque yang
memiliki persamaan matematika
Gambar 7. PID control servo dan diagram blok sistem
22
Servo yang akan kami gunakan ada dua jenis, berikut adalah spesifikasi dan
penjelasan mengenai servo tersebut :
1. Direct Drive Servo Motor
Untuk perancangan lengan robot ini, semakin besar torsi akan semakin
memudahkan pengguna robot ini karena akan membutuhkan gaya yang cukup besar
untuk menggerakkan bender. Motor servo pertama adalah yang akan menanggung
beban dua batang lengan robot dan beban yang akan ditanggung oleh robot tersebut.
Hasil perhitungan torsi yang dibutuhkan oleh beban yang akan ditanggung,
mengarahkan kami untuk menggunakan motor servo Direct Drive, produk dari sebuah
industri motor servo MOOG.
Gambar 8. Tampilan motor servo yang tersambung dengan batang lengan
Selain memiliki torsi yang tinggi, motor servo ini memiliki reliability yang
tinggi, noise yang rendah, dan efisiensi yang tinggi. Berikut adalah spesifikasi dari
motor servo tersebut :
23
Gambar 9. Tampak samping dan depan serta tabel spesifikasi motor servo Direct
Drive.
Dari tabel spesifikasi diatas, motor servo yang kami gunakan adalah motor servo
S ukuran 290 x 290. Servo ini memiliki kebutuhan voltase sebesar 220 V
24
1. Servo Dynamixel MX 106
Servo berikutnya adalah servo yang akan menanggung beban satu batang lengan
sehingga torsi yang dibutuhkan akan lebih ringan daripada motor servo sebelumnya.
Kami memilih untuk menggunakan motor Servo Dynamixel MX 106. Servo ini
merupakan servo yang memiliki torsi yang paling tinggi diantara jenis motor servo yang
berukuran kecil.
Gambar 10. Chart kemampuan torsi dan rpm servo.
Gambar 11. Motor Servo Dynamixel MX 106 (Sumber: Alibaba.com)
25
Spesifikasi motor servo Dynamixel MX 106 :
Motor : Maxon
Kontrol Algoritma : PID Control
Derajat Putar : 0 360
Berat : 153 g
Dimensi : 40,2 mm x 65,1 mm x 46 mm
Torque : 10 Nm (14,8 V , 6,3 A)
Rpm : 55 rpm (14,8 V)
Gambar 12. Tampilan sendi robot menggunakan dua servo (Dimas, 2015)
3.2.3 Mikrokontroler ATMEGA16
Mikrokontroler ATMEGA16 adalah sistem microprocessor yang kami gunakan
sebagai sistem kontrol rangkaian yang diperlukan untuk perancangan robot lengan ini.
Mikrokontroler ATMEGA16 merupakan salah satu jenis mikrokontroler AVR (Alf and
Vegards Risc Processor) buatan Atmel berbasis arsitektur RISC (Reduced Instruction
Set Computer). Jenis mikrokontroler AVR memiliki beberapa keunggulan dibandingkan
dengan mikrokontroler lain, keunggulannya yaitu AVR memiliki kecepatan eksekusi
program yang lebih cepat karena sebagai besar intruksi dieksekusi dalam satu siklus
clock, dibandingkan dengan jenis mikrokontroler MCS51 membutuhkan 12 siklus clock
26
untuk mengeksekusi satu program. Selain itu kelebihan mikrokontroler AVR adalah
POS (Power On Reset), yaitu tidak perlu tombol reset dari luar karena hanya cukup
dengan mematikan power supply maka secara otomatis AVR akan melakukan reset.
Berikut adalah tabel yang memperjelas perbandingan antara jenis mikrokontroler
AVR dengan MCS51.
Tabel 1. Perbandingan antara mikrokontroller AVR dengan MCS51
(Dippo, 2015)
No AVR MCS51
1 Reduced Instruction Set Computer
(instruksi dieksekusi dalam satu siklus
clock)
Complex Instruction Set Computer
(instruksi dieksekusi dalam 12 siklus
clock)
2 Reset tidak perlu menggunakan tombol
reset dari luar.
Reset membutuhkan tombol reset dari
luar.
3 Bahasa pemrograman yang digunakan
AVR adalah Bahasa C sehingga lebih
mudah dipelajari
Bahasa pemrograman yang digunakan
MCS51 adalah bahasa assembly yang
rumit dibandingkan bahasa C
4 Memori relative lebih besar. Memori relative lebih kecil.
5 Memiliki fitur-fitur tambahan seperti
PWM, XTAL, dll
Memerlukan beberapa perangkat
eksternal. Contoh : EEPROM eksternal.
Mikrokontroler ATMEGA16 ini memiliki spesifikasi sebagai berikut :
1. Kecepatan rata rata 1 MIPS / MHz
2. 131 perintah dengan satu clock cycle
3. Tegangan operasi 2,7 5,5 V
Dengan spesifikasi tersebut mikrokontroler ATMEGA16 dapat memungkinkan
kami untuk mendapatkan konsumsi daya yang sedikit dan kecepatan pemrosesan yang
optimal.
27
3.2.4 Switch Button
Switch button adalah tombol tekan yang mengendalikan sebuah aspek dari
proses mesin atau atau alat elektronik. Prinsip kerjanya sederhana, dengan cara
menekan tombol swtich button akan memulai proses tertentu sesuai dengan rangkaian
listriknya.
3.3 PRINSIP KERJA
Prinsip kerja pada robot ini dibuat secara efektif dapat membantu dokter dalam
proses operasi tulang belakang. Prinsip kerja robot ini terdiri dari beberapa bagian:
3.3.1 Tata Letak
Pada operasi tulang belakang dokter dan residen selalu berada di samping pasien,
demikian juga dengan robot yang kami rancang untuk dapat beroperasi harus berada di
samping pasien sehingga penempatan robot berdasarkan posisi dokter dan pasien adalah
seperti ilustrasi dibawah ini
Pasien
Dokter dan Residen
Robot Lengan
28
3.3.2 Prinsip dan Simulasi Gerakan
Tulang belakang pasien penderita penyakit scoliosis terdapat kelengkungan
yang membentuk kurva S atau C seperti terlihat pada gambar dibawah ini.
Gambar 13. Tampak depan tulang belakang pada penderita scoliosis dengan
menggunakan x-ray. Sumber : Wikipedia.org
Metode yang dilakukan dokter orthopaedi meluruskan tulang belakang yang
melekung ini terdiri dalam beberapa langkah, yaitu :
1. Menusukkan beberapa pasang screw ke bagian diantara ruas ruas
belakang agar ketika screw ini digerakkan, tulang belakang akan
mengikuti arah gaya yang dialami screw ini.
2. Menghubungkan setiap pasang screw dengan mengguanakan rod. Rod
ini berfungsi untuk menghubungkan screw dengan pemberi gaya untuk
meluruskan tulang belakang tersebut.
29
3. Setelah rod terpasang dengan baik, rod digerakkan dengan bender. Arah
gerak bender sesuai dengan arah yang diperlukan untuk meluruskan
tulang belakang.
Berikut disertakan ilustrasi metode operasi tulang belakang.
Gambar 14. Ilustrasi gerakan saat meluruskan tulang belakang
30
Prinsip kerja robot lengan yang kami rancang menyesuaikan prinsip kerja
operasi pasien scoliosis secara manual, yaitu menggerakkan bender dengan arah gaya
tertentu.
Skema gerakan robot telah kami simulasikan menggunakan software Autodesk
Inventor, yaitu gerakan mendorong dan menarik.
Gambar 15. Skema robot lengan saat menggerakkan bender dengan gerakan dorong dan
tarik.
3.3.3 Prinsip dan simulasi sistem kontrol
Gerakan lengan robot dikendalikan dengan sistem kontrol dengan
mikrokontroler ATMEGA16 sebagai microprocessornya. Rangkaian dari sistem kontrol
tersebut kami simulasikan menggunakan software Proteus. Berikut adalah hasil simulasi
rangkaian sistem kontrol beserta komponen-komponennya.
31
Gambar 16. Rangkaian komponen sistem kontrol menggunakan simulasi Proteus.
Rangkaian sistem kontrol yang kami buat berdasarkan alat yang kami gunakan
seperti motor servo, mikrokontroler ATMEGA16, switch button, dan komponen
pendukung lainnya. Berikut adalah penjelasan mengenai rangkaian komponen dalam
simulasi Proteus.
Motor Servo
Gambar 17. Motor servo dalam simulasi rangkaian sistem kontrol
Motor servo memiliki tiga pin dimana pin pin tersebut terhubung ke power
supply, ground, dan mikrokontroler. Motor servo akan menerima sinyal PWM dari
mikrokontroler untuk dapat bergerak sesuai dengan panjang pulse sinyal tersebut.
32
Switch Button
Gambar 18. Switch Button dalam simulasi rangkaian sistem kontrol
Switch Button dalam rangkaian sistem kontrol ini berperan sebagai manipulator
gerak lengan robot. Dengan menggunakan lima switch button, kami dapat
memanipulasi rangkaian sistem kontrol untuk mengatur putaran servo, empat untuk
gerakan pada batang lengan, satu untuk gerakan pada gripper. Empat switch button
untuk gerakan lengan masing masing memiliki gerakan yang berbeda beda diatur
berdasarkan kebutuhannya, diantaranya gerakan maju, mundur, keatas, dan kebawah.
Satu switch button dipergunakan untuk mengatur gerakan gripper membuka dan
menutup untuk menggenggam atau melepas bender pada saat operasi.
33
4 BAB IV : PERKEMBANGAN PERANCANGAN DAN HASIL PERHITUNGAN
4.1 PERKEMBANGAN PERANCANGAN
Dalam melakukan perancangan yang pertama dilakukan adalah menentukan
spesifikasi yang sesuai daripada kebutuhan mitra, lalu melakukan perancangan dengan
material yang sesuai dengan kebutuhan agar tidak overdesign
4.1.1 Analisis FMEA (Failure Mode Effect Analysis)
Tabel 2. FMEA robot lengan
Failure
Mode
Failure
Effect
S Failure
Causes
O Present
Detection
System
D Prior
RPN
Recomended Action
Torsi
rendah
Motor tidak
mengangkat
beban
8 Spesifikasi
motor tidak
sesuai dengan
yang
dibutuhkan
1 Deteksi
visual
2 16 Mengganti Motor
Penggunaan
berlebihan
5 3 120 Cek kondisi Motor
Beban
berlebihan
6 3 144 Cek kondisi beban
posisi
output
tidak
sesuai
dengan
input
Gerakan
tangan tidak
terkendali
6 Koding salah 2 Deteksi
visual
4 48 Perbaiki koding dan
lakukan simulasi
terlebih dahulu
Error pada
alat kontrol
4 5 120 Perbaiki, atau ganti
alat kontrol
34
Lengan
bengkok
Lengan tidak
mampu
menahan
beban
8 Pemilihan
material yang
tidak tepat
1 Deteksi
visual
1 8 Memilih material
yang tepat
Vibration Kemampuan
mengangkat
beban
menurun
7 Sambungan
yang tidak
cukup
kencang
6 Deteksi
suara
1 48 Perbaiki, atau ganti
sambungan
4.2 HASIL PERHITUNGAN
4.2.1 Analisis stress menggunakan Autodesk Inventor
Untuk mengetahui apakah rancangan kami dapat bekerja tanpa mengalami
kegagalan, kami menggunakan Autodesk Inventor untuk dapat mengetahui distribusi
stress yang terjadi sehingga akan dapat disimpulkan apakah rancangan kami akan
mengalami gagal atau tidak dengan beban tertentu. Hasil simulasi Autodesk Inventor
menunjukkan distribusi dan nilai maksimum dari beberapa jenis stress dan displacement.
Untuk menjalankan simulasi, pertama rancangan tersebut harus diberikan beban
terlebih dahulu. Beban tersebut disertakan besar, letak dan arahnya. Rancangan robot
lengan kami, harus dapat menanggung beban sebesar 50 N untuk dapat menggerakkan
bender meluruskan tulang belakang. Berikut adalah tampilan simulasi Autodesk
Inventor saat menarik beban.
35
Gambar 19. Simulasi Autodesk Inventor saat pemberian beban pada robot
lengan
Setelah pemberian beban, rancangan harus diberikan bidang constraint sebagai
bidang yang memilki kecenderungan untuk menahan rancangan tetap berada pada
posisinya. Sehingga kami menetapkan bidang constraint kami pada sistem stay dibawah
dudukan robot lengan.
36
Gambar 20. Pemberian bidang constraint pada ujung rod sistem stay pada
dudukan lengan robot.
Simulasi dapat dijalankan setelah memberikan gaya dan constraint pada
rancangan kami. Berikut adalah tampilan dari hasil simulasi analisis stress Autodesk
Inventor.
Von mises Stress
37
Gambar 21. Hasil analisa Von Misses stress menggunakan Autodesk Inventor
2013
Von mises stress dapat memberikan informasi apakah rancangan kami akan
mengalami kegagalan atau tidak dengan membandingkan nilai maksimumnya dengan
strength material yang dipakai. Jika nilai strength lebih besar dari nilai von mises stress,
maka rancangan yang kami buat tidak akan mengalami kegagalan.
1st Principal Stress
Gambar 22. Hasil analisa 1st principal stress menggunakan Autodesk Inventor 2013
38
1st Principal stress adalah nilai dari tensile strength maksimum yang terjadi pada
rancangan kami yang diakibatkan oleh pembebanan.
3rd Principal Stress
Gambar 23.Hasil analisa 3rd
principal stress menggunakan Autodesk Inventor 2013
3rd principal stress adalah nilai dari compressive stress maksimum yang terjadi
pada rancangan kami yang diakibatkan oleh pembebanan.
Displacement
39
Gambar 24. Hasil analisa displacement menggunakan Autodesk Inventor 2013
Displacement adalah perubahan panjang dari ukuran semula ke ukuran yang
bertambah panjang atau bertambah pendek akibat dari pembebanan. Pada rancangan
kami displacement maksimum yang terjadi sebesar 0,025 mm. Displacement maksimum
yang terjadi relative kecil dan tidak mengakibatkan kegagalan pada rancangan kami.
4.2.2 Perhitungan Inverse Kinematik pada lengan robot
Sistem gerak pada rancangan robot lengan kami berdasarkan pada prinsip gerak
inverse kinematic. Dengan memberikan input tujuan jarak dengan koordinat xy akan
didapatkan sudut yang di setiap persendian agar mencapai jarak tersebut. Perhitungan
tersebut berdasarkan pada rumus cosinus.
40
Gambar 25. Analisis Inverse Kinematik
4.2.3 Perhitungan Torsi motor servo pada lengan robot.
L1
L2
1
2
X
180 -2
41
Gambar 26. Identifikasi batang lengan dan motor servo
Berikut adalah perhitungan pada torsi minimum yang harus dimiliki oleh robot
melalui gaya yang diperlukan untuk menggerakan bender, sehingga kami dapat
memastikan apakah motor servo yang kami pakai dapat menanggung beban dari gaya
tersebut dan beban dari robot itu sendiri.
a. Batang lengan 1
T1
W1
F1
L1
Batang Lengan 1
Batang Lengan 2
T1 (Motor Servo 1)
T2 (Motor Servo 2)
42
Diketahui :
Satu motor servo MX 106 memiliki torsi sebesar 10,6 Nm. Lengan robot yang kami
rancang memiliki dua servo di setiap sendinya, maka total torsi yang dimiliki lengan
robot kami di setiap sendi adalah sebesar :
T1 = 10,6 + 10,6 = 21,2 Nm
L1 = 0,5 m
W1 = 24 N
Maka,
b. Batang lengan 2
T2
W2 W1 F1
L3
L2
L4
L5
Diketahui :
Motor servo Direct Drive dengan torsi sebesar 370 Nm.
T2 = 370 Nm W1 = 24 N
L5 = 1 m W2 = 17 N
L4 = 0,75 m
L2 = 0,5 m
L3 = 0,25 m
c
43
Gaya minimum yang diperlukan untuk menggerakkan bender meluruskan tulang
belakang adalah sebesar 50 N, sehingga perhitungan kami menunjukkan robot lengan
dapat memenuhi kriteria yang diperlukan.
4.2.4 Perhitungan diagram gaya normal, geser, dan momen.
Analisa gaya yang kami lakukan menggunakan autodesk forceeffect sehingga
akan memperlihatkan besarnya Momen dan Shear grafik dari lengan. Setelah
melakukan perhitungan analisa gaya maka akan dilakukan pencarian terhadap Bending
Momen terbesar sehingga didapatkan tekananan tertinggi yang akan didapatkan profil
dari rangka lengan robot. Maka daripada itu dilakukan analisa pada titik kritis yang
dapat terjadi yakni ketika lengan 1 berada pada 0 derajat normal dan lengan 2 berada
pada 45 derajat garis normal. Berikut analisa yang dihasilkan menggunakan autodesk
force effect terhadap free body grafik menghasilkan grafik gaya normal, grafik momen
dan persamaan kesetimbangan gaya.
44
45
Gambar 27. Free body grafik, grafik gaya normal, grafik momen, dan persamaan gaya
lengan satu ketika menarik dengan sudut 0 derajat pada garis normal
46
Gambar 28. Freebody grafik, grafik gaya normal, grafik momen dan persamaan gaya
pada lengan satu ketika mendorong dengan sudut 0 derajat pada garis normal
47
Gambar 29. Freebody grafik, grafik gaya normal, grafik momen dan persamaan gaya
pada lengan dua ketika menarik dengan sudut 45 derajat pada garis normal
(Yusuf, 2015)
48
49
Gambar 30. Freebody grafik, grafik gaya normal, grafik momen dan persamaan gaya
pada lengan dua ketika mendorong dengan sudut 45 derajat pada garis normal
Berdasarkan perhitungan diatas menggunakan analisa pada grafik gaya normal
dan momen maka didapatkan nilai N terbesar 218.328 N dan nilai momen terbesar
103.8 Nm.
Dimana: F= gaya normal terbesar (N) untuk kasus ini sebesar 218.328 N
A=cross sectional area(m2) utuk kasus ini sebesar 10
-5 m
2
M=Momen terbesar(Nm) sebesar 103.8 Nm
y=defleksi yang diperbolehkan(m) sebesar 5x10-4
m
I=momen inersia pada y axis (m4) untuk balok sebesar l
4/2=0.03125 m
4
=21.825 MPa+166.08MPa=187.905 MPa
Langkah berikutnya adalah menentukan Safety Factor agar desain yang digunakan aman
dan tidak overdesign. Berdasarkan Khurmi(2005) untuk jenis beban static dan dinamik
maka safety factor yang diberikan adalah 1.4-1.6
Maka material yang dipilih haruslah memiliki Tensile strength sebesar stress pada
desain dikali safety factor
Lalu mencari material yang memiliki tensile stress mendekati nilai diatas
50
Tabel 3. Mechanical properties Aluminium alloy
(sumber: www.azom.com/article.aspx?ArticleID=2863)
Alloy Temper
Proof
Stress
0.20%
(MPa)
Tensile
Strength
(MPa)
Shear
Strength
(MPa)
Elongation
A5 (%)
Elongation
A50 (%)
Hardness
Brinell
HB
Hardness
Vickers
HV
Fatigue
Endur.
Limit
(MPa)
AA1050A
H2 85 100 60 12
30 30
H4 105 115 70 10 9 35 36 70
H6 120 130 80 7
39
H8 140 150 85 6 5 43 44 100
H9 170 180
3 48 51
0 35 80 50 42 38 21 20 50
AA2011
T3 290 365 220 15 15 95 100 250
T4 270 350 210 18 18 90 95 250
T6 300 395 235 12 12 110 115 250
T8 315 420 250 13 12 115 120 250
AA3103
H2 115 135 80 11 11 40 40
H4 140 155 90 9 9 45 46 130
H6 160 175 100 8 6 50 50
H8 180 200 110 6 6 55 55 150
H9 210 240 125 4 3 65 70
0 45 105 70 29 25 29 29 100
AA5083
H2 240 330 185 17 16 90 95 280
H4 275 360 200 16 14 100 105 280
H6 305 380 210 10 9 105 110
H8 335 400 220 9 8 110 115
H9 370 420 230 5 5 115 120
51
0 145 300 175 23 22 70 75 250
AA5251
H2 165 210 125 14 14 60 65
H4 190 230 135 13 12 65 70 230
H6 215 255 145 9 8 70 75
H8 240 280 155 8 7 80 80 250
H9 270 310 165 5 4 90 90
0 80 180 115 26 25 45 46 200
AA5754
H2 185 245 150 15 14 70 75
H4 215 270 160 14 12 75 80 250
H6 245 290 170 10 9 80 85
H8 270 315 180 9 8 90 90 280
H9 300 340 190 5 4 95 100
0 100 215 140 25 24 55 55 220
AA6063
0 50 100 70 27 26 25 85 110
T1 90 150 95 26 24 45 45 150
T4 90 160 110 21 21 50 50 150
T5 175 215 135 14 13 60 65 150
T6 210 245 150 14 12 75 80 150
T8 240 260 155
9 80 85
AA6082
0 60 130 85 27 26 35 35 120
T1 170 260 155 24 24 70 75 200
T4 170 260 170 19 19 70 75 200
T5 275 325 195 11 11 90 95 210
T6 310 340 210 11 11 95 100 210
AA6262 T6 240 290
8
T9 330 360
3
AA7075 0 105 225 150
17 60 65 230
52
T6 505 570 350 10 10 150 160 300
T7 435 505 305 13 12 140 150 300
Berdasarkan tabel diatas maka material yang dipilih adalah Aluminium Alloy AA5083
karena memiliki tensile strength sebesar 310 Mpa dan tidak perlu dilakukan tempering
pada surface treatment.
Berikut tabel yang akan menjelaskan komposisi kimia dari AA5083
Tabel 4.Chemical composition for aluminium alloy 5083
(Sumber: www.azom.com/article.aspx?ArticleID=2804)
Element % Present
Si 0.4
Fe 0.4
Cu 0.1
Mn 0.4-1.0
Mg 4.0-4.9
Zn 0.25
Ti 0.15
Cr 0.05-0.25
Al Balance
4.2.5 Perhitungan pada baut
53
Gambar 31. Baut pada persendian lengan robot.
Spesifikasi : A193/A320 Grade B8M
Material and treatment : AA7075 T7
Tensile stress due to stretching of bolt
P = Permissible stress Cross-sectional area at bottom of the thread
= 517.1 x 6.78 = 3505.4 kN
Torsional shear stress caused by the frictional resistance of the threads during its
tightening
= 16T/(dc)3
= 16 x 117/ (2.764 x 10-3)3
= 28233.328432 pa = 28233 MPa
T = Torque applied, and
T = 117 (m=20kg)
T = 66 (m=10kg)
d c = Minor or core diameter of the thread.
54
Shear stress across for screw
s= P/ x dc x b x n
= 3505.4 /3.14x0.15x1.67x2.850 = 1563.7 kN/mm2
Shear stress across for nut
n= P/ x d x b x n
= 3505.4 /3.14x0.15x1.67x3.500= 1273.3 kN/mm2
b = Width of the thread section at the root.
d = Major diameter
Compression or crushing stress on threads
c= P/ x ((d)2- (dc)
2 x n
= 3505.4 /3.14x1.67x(3.52-2.85
2)= 161.9 kN/mm
2
d = Major diameter,
dc = Minor diameter, and
n = Number of threads in engagement = 1/0.6 = 1.67
Perhitungan shaft key
55
Gambar 32. Shaft yang tersambung pada motor servo
d = Diameter shaft = 50,75
l = panjang key = 0,01 m
w = tebal key
= shear stress material (Alumunium) = 150 MPa
56
4.2.6 Perhitungan screw pada stay
Gambar 33. Dudukan dan sistem stay
Tensile stress
57
Gambar 34. Hasil simulasi stress pada stay.
Tensile stress minimum yang dapat ditanggung oleh stay adalah sebesar 1,5
MPa. Sementara itu, tensile stress yang terjadi pada stay adalah sebesar 0,11 MPa.
Maka dari itu dapat disimpulkan desain kami tidak akan mengalami kegagalan akibat
tensile stress.
Shear stress
58
Shear stress minimum yang dapat ditanggung oleh stay adalah sebesar 0,75 MPa.
Sementara itu, shear stress yang terjadi pada stay akibat pembebanan adalah sebesar
0,11 MPa. Maka dari itu dapat disimpulkan desain kami tidak akan mengalami
kegagalan akibat tensile stress.
Self-Aligned Ball Bearing untuk gripper
LH=5x100x10=5000 hours
L = 60 N LH=60N x 5000=18 x106 rev
Tabel 5. Nilai X dan Y untuk bearing dengan beban dinamis (sumber: Khurmi,2005)
Wr=250 N; Wa=25 N Wa/Wr=0,1
Maka X=1 Y=1.3 untuk self aligning ball bearing karna Wa/Wr
59
W=X.V.Wr+Y.Wa=250+52.5=302.5 N
Tabel 6. Nilai service factor untuk tipe load pada radial ball bearing
(Sumber:Khurmi, 2005)
Karna Ks=1 maka W=302.5 N
Menggunakan self aligning ball bearing dengan nomer 200 dengan R=10mm
60
Tabel 7.Nilai kapasitas dinamis dan statis radial ball bearing dalam berbagai tipe
(Sumber:Khurmi,2005)
Single row deep grove ball bearing untuk persendian robot
Wr=250 N; Wa=75 N
LH = 5x100x10 = 5000 hours
L = 60 N LH=60N x 5000=18 x106 rev
C0 = f0.i.Z.D2 cos
i = Number of rows of balls in any one bearing,
Z = Number of ball per row,
61
D = Diameter of balls, in mm,
o= Nominal angle of contact i.e. the nominal angle between the line of
action of the ball load and a plane perpendicular to the axis of bearing,
and
f0 = A factor depending upon the type of bearing.
The value of factor ( f0 ) for bearings made of hardened steel are taken as follows :
f0 = 3.33, for self-aligning ball bearings
= 12.3, for radial contact and angular contact groove ball bearings
Wr=250 N; Wa=75 N Wa/Wr=0,3
Maka X=0.56 Y=2 untuk self aligning ball bearing karna Wa/Wr>e
V=1 (mengalami 1 gaya saja)
W=X.V.Wr+Y.Wa=0.56x1x250+2x75=290 N
Menggunakan bearing bernomer 200, untuk single row deep grove ball bearing
Karena beban static maka K=1 sehingga Co=290 N
D2=C/( f0xZx i)
D= 1.98
Sehingga setiap ball bearing yang ada akan memiliki ball berdiameter 2 mm, jumlah
ball per baris 1 dan jumlah ball pada bearing berjumlah 6 buah.
62
4.2.7 Perhitungan power supply
Dynamixel mx-106
Stall Torque
o 8.0N.m (at 11.1V, 4.8A),
o 8.4N.m (at 12V, 5.2A)
o 10.0N.m (at 14.8V, 6.3A)
Power (T=10.0N.m) = V.I
= 14.8V x 6.3A
= 93.24 W
Power (T=8.4N.m) = V.I
= 12V x 5.2A
= 62.4 W
Power (T=8.0N.m) = V.I
= 11.1V x 4.8A
= 53.28 W
Direct drive servo motor
Power = 26kW
Total Power = (3 x dynamixel power) + Direct drive servo motor power
= (3 x 93.24) + 26000
63
= 26279.72 W
Total Power = (3 x dynamixel power) + Direct drive servo motor power
= (3 x 93.24) + 26000
= 26187.2 W
Total Power = (3 x dynamixel power) + Direct drive servo motor power
= (3 x 93.24) + 26000
= 26159.84 W
Perhitungan Bevel gear
Material : Grey Cast Iron
e = 84 Mpa
o = 105 Mpa
es = 630 Mpa
y' = 0.154-
= 0.116
L = (
)
(
)
= 5
Static load on gear
Ws = e.b. m.y'
64
= 84 x 19.5 x 3.14 x 3 x 0.116 x
= 1104.3
Tangential load on gear
WT = o.Cv.b. m.y'
= 105 x
x 19.5 x 3.14 x 3 x 0.116 x
= 71.4 N
Cv =
T EP = T P .sec P1 = 24 sec 45 = 33.94
T EG = T G .sec P2 = 24 sec 45 = 33.94
Q =
=
= 1
K = es
(
)
K = 630 20
(
) = 2.3
Maximum or limiting load for wear
Ww =
=
cos = 4566.7 N
65
Karena Ww > WT, maka dari itu design memenuhi perhitungan keausan
Proses Manufaktur
Batang Lengan Satu dan Dua
Karena memiliki dimensi yang serupa maka proses manufaktur daripada rangka lengan
satu dan dua dilakukan secara bersamaan. Proses manufaktur yang diperlukan adalah
melakukan pembuatan pada cetakan untuk casting dan penempatan riser yang baik agar
proses pengecoran Aluminium Alloy AA5083 dapat berlangsung secara baik tidak ada
turbulensi atau shrinkage pada permukaan. Setelah itu dilakukan proses machining demi
mendapatkan produk as-cast yang baik dan dimensi juga toleransi yang sesuai.
Proses manufaktur berupa casting dipilih karena pada AA5083 kandungan Silika kedua
tertinggi dengan 0.4% sedangkan Magnesium terbesar dengan 4-4.6% sehingga
memiliki sifat casting yang baik, untuk campuran magnesium yang banyak akan
menambah mechanical properties dari AA5083 dan machinability yang baik sehingga
setelah didapatkan produk as-cast proses machining akan berjalan lebih mudah.
Berikut adalah proses pengecoran AA5083
A. Proses Melting (Peleburan)
Proses peleburan ini menggunakan dapur furnace dengan bahan baker gas. Pada
saat peleburan tidak menggunakan alumunium ingot seluruhnya. Akan tetapi
mengunakan perbandingan antara alumunium ingot dan scrap. Perbandingannya yaitu
60% untuk alumunium ingot dan 40% untuk scrap. Yang dimaksud dengan scrap adalah
produk NG dan runner dari hasil proses die casting injection.
Alumunium ingot dilebur hingga suhu 720 0C, penunjukan skala temperature
menggunakan thermocouple. Pada saat alumunium sudah mencair danmencapai suhu
720 0C 10 0C dilakukan proses fluxing. Proses fluxing adalah proses pembersihan
kotoran yang terdapat dalam alumunium cair, dan berguna juga untuk mengangkat
udara/turbulence yang terjebak didalamnya. Flux hanya digunakan sebanyak 0.2%
66
0.4% dari berat aluminum cairnya. Kemudian didiamkan terlebih dahulu selama
minimal 5 10 menit.
Pada saat proses peleburan yang terlalu panas/terlalu lama kadar magnesiumnya akan
berkurang. Dikarenakan magnesium dapat terbakar pada suhu tinggi. Oleh karena itu
sebelum alumunium cair dikirim ke mesin die casting dicek terlebih dahulu kadar
kandungan bahannya kembali dalam bentuk test piece.
Jika kadar kandungan magnesium berkurang maka ditambahkan magnesium murni
kedalam alumunium cair dan dilakukan pengecekan kembali.
Gambar 35. Proses melting AA5083 batangan dalam furnace
B. Pouring and Supply
Alumunium cair didistribusikan ke mesin die casting menggunakan ladle transport.
Ladle transport adalah sebuah crucible kecil dengan kapasitas 100kg, yang dapat
diangkat dengan forklift pada saat pendistribusian. Untuk menjaga agar suhu
alumunium cair tidak turun secara drastis saat distribusikan, maka ladle transport
dipanaskan terlebih dahulu selama minimal 15 menit menggunakan burner.
Dari ladle transport alumunium cair dimasukkan kedalam holding funace. Dalam
holding furnace alumunium cair distabilkan panasnya pada suhu pencetakan, yaitu pada
suhu 680 0C 10 0C. Pada ini alumunium cair akan terlihat putih kemerahan.
67
Sedangkan suhu pada proses melting 720 0C 10 0C dikarenakan pada saat
pendristribusikan suhu alumunium cair akan mengalami penurunan.
Gambar 36. Proses pouring pada AA5830 dari furnace (Sumber:Alibaba.com)
C . Casting Injection
Proses pencetakan menggunakan mesin die casting dan menggunakan mould/dies yang
terbuat dari baja carbon yang mengalami proses hardening dengan HRC 55 2 dan
selanjutnya mengalami proses nitriding jika dimensi part yang dihasilkan sudah sesuai
dengan gambar produk. Dalam pembuatan dimensi dies dibuat lebih besar dari gambar
produknya, karena akan ada perubahan ukuran.
Bagianbagian dari mould diantaranya adalah:
1. Central cooling, yang berguna untuk masuknya air pendingin dan tempat
pencabangan pendingin dies
2. Mould Base, tempat dipasangnya cavity dies
3. Over Flow, dibuat untuk mencegah terjadinya keropos pada part dan tempat
pembuangan kotoran alumunium
4. Cavity Move, tempat adanya profil part yang terbuka saat proses injection
5. Pin Ejector, pin pendorong part saat proses injection
68
6. Runner Gate, jalan masuknya alumunium saat proses injection menuju profil part
7. Sprue Bush, jalan masuknya alumunium saat proses injection menuju runner gate
8. Cavity Fix, tempat adanya profil part yang tidak bergerak saat proses injection
Dalam proses casting injection digunakan beberapa alat keselamatan kerja, diantaranya
adalah masker, cooton gloves, helmt, safety shoes, baju safety, dll. Untuk menghasilkan
produk yang sesuai dengan permintaan customer ada beberapa parameter/setingan
mesin yang harus diperhatikan diantaranya adalah low speed, hight speed, intensifier,
fast start, die open, acc pressure, dan biscuit size. Low speed merupakan pengaturan
kecepatan saat piston bergerak pada rongga plunger sleeve untuk mengumpulkan
alumunium cair. Agar tidak terjadi turbulence/udara terjebak kecepatan gerak piston
tidak boleh lebih dari 0.5 m/s. Hight speed merupakan pengaturan kecepatan piston
pada saat bergerak dengan cepat, agar alumunium cair dapat didistribusikan pada setiap
rongga dies tanpa terjadi pembekuan sepanjang fast start yang telah ditentukan. Hight
speed tidak boleh terlalu tinggi karena mempercepat timbulnya crack pada dies. Die
open adalah parameter waktu untuk proses membukanya dies,tapi dies tidak boleh
terlalu cepat dibuka karena produk akan rusak pada saat didorong oleh pin ejector dan
dies tidak boleh dibuka terlalu lama karena produk akan mengecil dengan extreme.
Mengecilnya dimensi produk dikarenakan turunnya suhu dan part akan susah didorong
keluar oleh pin ejector dan bahkan part menempel pada dies.
Visual produk hasil casting injection tidak boleh over heating, cold shot, flow line,
under cut, crack, keropos dll. Over heating adalah visual permukaan produk yang
mengkilap pada beberapa sisi saja, yang ditimbulkan karena pendingnan dies yang
kurang sempurna. Cold shot adalah visual permukaan produk yang profilnya belum
terbentuk dengan sempurna, yang disebabkan karena suhu dies yang belum panas atau
turunnya suhu alumunium cair pada holding furnace. Sedangkan crack adalah timbulnya
retakan pada produk yang biasa disebabkan karena umur dies yang sudah habis atau
karena ada kesalahan dalam proses casting injection. Keropos adalah rongga-rongga
kecil pada dalam part, yang dapat dilihat menggunakan colour check.
69
Untuk dimensi produk casting yang dinyatakan OK dibagi dalam dua bagian, yaitu
dimensi yang langsung terbentuk dari proses casting injection dan dimensi yang akan
mengalami proses finishing atau machining.
Gambar 37. Proses casting injection pada die casting menggunakan AA5083
D. Proses Finishing
Proses finishing menggunakan beberapa alat dan mesin pembantu diantaranya adalah
kikir, mesin buffing, mesin belt sander. Proses finishing adalah proses menghilangkan
burry dan perbaikan visual permukaan produk.
Proses finishing terdiri dari proses burrytory, belt sander, buffing, wire brush.
Proses burrytory adalah pembersihan burry pada
permukaan atau sekeliling part yang akan mengganggu
pada proses selanjutnya.
Molten AA5083
70
Proses belt sander adalah proses menghilangkan runner gate dan burry yang tidak bisa
dihilangkan pada proses sebelumnya
Proses wire brush adalah proses menghilangkan cacat proses injection yaitu flow line,
cold shoot, under cut dll
Proses buffing adalah proses menghilangkan cacat proses injection yang tidak dapat
hilang dengan proses wire brush, dan hanya bisa untuk permukaan yang lebar saja
Proses rotery adalah proses menghilangkan cacat proses injection yang tidak dapat
hilang dengan proses wire brush, dan dilakuakn pada profil-profil yang tidak terjangkau
oleh proses buffing
E. Proses Machining
Produk yang telah selesai pada proses finishing dilanjutkan pada proses machining.
Proses tersebut adalah proses pengeboran, pengetapan, pemotongan. Mesin yang
dipakai mulai mesin manual hingga mesin auto yang menggunakan kode-kode masukan
yang sudah komputerisasi.
Setelah selesai dilakukan machining dan mendapatkan dimensi rangka lengan sesuai
toleransi maka dilakukan drilling sebagai tempat shaft dan baut dipasang.
Kulit Robot Plastik
Proses manufaktur yang dipilih adalah injection molding, plastic yang digunakan
berbahan propylene karena memiliki nilai 5 pada symbol daur ulangnya. Artinya plastic
jenis ini dapat didaur ulang dan tidak berbahaya bagi pengguna. Aspek ini diperlukan
karena chasing akan melindungi robot agar tetap higienis. Setelah dilakukan injection
molding maka dilakukan pengecatan agar estetika tetap terjaga. Berikut proses injection
molding yang digunakan dengan menggunakan mesin injeksi plastic horizontal
1. Menutup Cetakan (Mold Close).
71
Dalam 1 siklus kerja proses injeksi, diawali oleh proses Menutup Cetakan.
Istilah Mold dalam dunia Injeksi Plastik adalah cetakan untuk Proses Injeksi
Plastik. Mold itu sendiri terdiri dari 2 bagian besar yaitu sisi Core dan sisi
Cavity. Sisi Cavity diikat pada Stationery Platen Mesin Injeksi. Sedangkan
sisi Core diikat pada Moving Platen mesin, bagian inilah yang bergerak
membuka dan menutup. Pada proses menutup terbagi menjadi 4 urutan proses,
yaitu :
A. Gerakan menutup pada kecepatan perlahan dengan tekanan rendah. (Low
Mold Close Velocity & Low Mold Close Pressure). Tekanan yang dimaksud
adalah tekanan hidrolik. Posisi awal cetakan adalah terbuka penuh yang
diatur sedemikian rupa sehingga memungkinkan produk yang dihasilkan
nantinya dapat dikeluarkan atau diambil dengan mudah. Dari posisi ini
bergerak hingga posisi tertentu yang tidak terlalu jauh dari posisi terbuka
penuh tadi. Gerakan ini dimaksudkan untuk mereduksi getaran mesin yang
juga sekaligus merawat mesin itu sendiri, terutama system hidroliknya yang
rentan terhadap tekanan hidrolik yang tiba-tiba. Contoh kerusakan yang
paling ringan adalah kebocoran oli hidrolik yang dikarenakan pecahnya
selang hidrolik, belum lagi kerusakan lain yang berupa kerusakan mekanis
yang membutuhkan biaya lebih besar untuk memperbaikinya, sehingga biaya
perawatan mesin akan tinggi.
B. Gerakan menutup pada kecepatan tinggi dengan tekanan rendah. (High Mold
Close Velocity & Low Mold Close Pressure). Memulai gerakan ini pada
posisi yang tidak jauh dari posisi terbuka penuh, dimana untuk gerakan
lebih cepat sangat memungkinkan. Hal ini bertujuan untuk menghemat
waktu proses secara keseluruhan.
C. Gerakan menutup pada kecepatan perlahan dengan tekanan rendah. (Low
Mold Close Velocity & Low Mold Close Pressure). Sebelum cetakan
menutup dengan rapat, maka cetakan harus bergerak perlahan dengan
tekanan yang rendah untuk menghindari tumbukan. Hal inipun bertujuan
72
untuk menjaga kondisi cetakan dan juga kondisi mesin agar selalu dalam
performa yang baik dan dapat ber-produksi dengan lancar.
D. Menghimpit Cetakan dengan Tekanan Tinggi (High Mold Clamp). Posisi
pada proses ini harus dibuat se-limit mungkin pada posisi menutup rapat
setelah gerakan sebelumnya. Hal ini juga untuk menghindari tumbukan
karena tekanan hidrolik yang relatif tinggi untuk menghimpit cetakan.
Tekanan tinggi ini (Minimal 100 kg/cm) dibutuhkan untuk menahan proses
injeksi atau apa yang disebut Cavity Force During Injection nantinya.
(Perhitungannya dibahas terpisah).
Gambar 38.Skema proses mold close pada injection molding Polypropilene
2. Injeksi Pengisian (Fill Injection).
Setelah dipastikan Mold dihimpit dengan tekanan tinggi. Maka Unit Injeksi yang
terdiri dari Nozzle, Barrel, dan Screw dan seterusnya. Bergerak mendekati Mold
hingga Nozzle bersentuhan dengan Mold, juga dengan tekanan tinggi (Hingga
100 kg/cm). Gambar di atas menunjukkan Nozzle sudah bersentuhan dengan
Mold. Bagian Mold yang bersentuhan langsung dengan Nozzle disebut Sprue
Bush. Kemudian mesin melakukan proses injeksi pengisian, yaitu
menyuntikkan plastik cair ke dalam Mold. Pada proses ini melibatkan beberapa
parameter yang bisa kita atur sedemikian rupa mengikuti tingkat kesulitan
produk yang akan kita buat, yaitu :
A. Tekanan Pengisian (Fill Pressure). Mesin-mesin keluaran saat ini memiliki
variasi tingkat Tekanan Pengisian lebih dari 2 tingkat, dan juga diikuti dengan
variasi posisi dari tiap-tiap Tekanan Pengisian tersebut. Sehingga kita dapat
73
menentukan di posisi manakah ketika plastik cair membentuk produk
membutuhkan besaran Tekanan Pengisian sekian nilainya, dan di posisi lain
dengan masih produk yang sama membutuhkan besaran Tekanan Pengisian
sekian, dan seterusnya. Besarnya Tekanan Pengisian (Filling Pressure) yang
kita atur sekedar lebih tinggi dari Tekanan Pengisian sesungguhnya, atau sekitar
30%. Tekanan ini untuk menghadapi fluktuasi tekanan ketika Proses Pengisian
berlangsung dengan memperhatikan Pressure Gauge (alat ukur tekanan
Hidrolik) yang tersedia pada bagian unit injeksi, atau yang ditunjukkan pada
layar monitor bagi yang sudah digital. Fluktuasi tekanan ini akibat adanya
hambatan-hambatan aliran plastik cair di saat mengalir atau memasuki ruang-
ruang di dalam Mold, dan Tekanan Pengisian tidak boleh dikalahkan oleh
hambatan ini. Misalkan pada suatu mesin terdapat 3 tingkat parameter Tekanan
Pengisian yaitu : 1. PF1 dengan besaran 90 kg/cm pada posisi (PFS1) 200 mm.
B. PF2 dengan besaran 120 kg/cm pada posisi (PFS2) 150 mm. 3. PF3 dengan
besaran 100 kg/cm pada posisi (PFS3) 70 mm. 2. Kecepatan Pengisian (Fill
Velocity). Terdapat variasi tingkat kecepatan yang bisa kita atur dan dibutuhkan
untuk menghindari adanya kondisi hasil produk yang tidak diinginkan. Posisi-
posisi tingkat kecepatan inipun bisa kita atur disesuaikan dengan posisi aliran
plastik ketika membentuk produk. Pada mesin sekarang, setidaknya terdapat 5
tingkat kecepatan dengan 5 posisinya, atau bahkan lebih.. Hasil produk dari
proses ini masih belum sempurna dengan menyisakan sedikit, dan akan
disempurnakan pada proses selanjutnya. Jaminan terhadap kestabilan proses
berkelanjutan berada di bagian ini, sehingga juga menentukan kestabilan hasil
produk yang dibuat. Untuk mesin-mesin terdahulu yang hanya menyediakan 1
tingkat Tekanan Pengisian dan 1 atau 2 tingkat Kecepatan Pengisian. Hal ini
tentu saja membatasi kemampuan mesin ketika menghadapi produk dengan
tingkat kesulitan tertentu, walau proses setting parameternya relatif mudah dan
cepat.
74
Gambar 39 .Skema proses fill injection pada injection molding Polipropilene
3. Injeksi Menahan (Holding Injection)
Penyempurnaan hasil produk berada pada bagian proses ini. Sengaja harus
dibuat seperti itu agar pada proses penyempurnaan nantinya hanya akan
membutuhkan nilai yang benar-benar efisien. Pada proses ini tidak lagi melibatkan
kecepatan di dalam setting parameternya, hanya besaran tekanan yang kita atur
beserta waktu yang kita butuhkan untuk itu. Pada mesin sekarang terdapat 2 atau
lebih Tekanan Holding dengan 2 atau lebih setting waktu yang disediakan.
Misalkan : 1. PH1 dengan besaran 40 kg/cm dengan waktu (TPH1) 0.5 second. 2.
PH2 dengan besaran 30 kg/cm dengan waktu (TPH2) 1 second. 3. PH3 dengan
besaran 20 kg/cm dengan waktu (TPH3) 2 second. Ketepatan besaran Tekanan
sangat menentukan hasil produk yang dibuat, terlalu besar akan masalah. Begitu juga
bila kita buat terlalu kecil. Kebutuhan tingkat Tekanan Holding harus berdasarkan
pertimbangan kebutuhan terhadap hasil produk. Bila produknya relatif sederhana
cukup kita aktifkan 1 saja tingkat Tekanan Holding nya, dan bisa tambahkan bila
ternyata tidak cukup untuk produk yang lain. Pada mesin terdahulu hanya
menyediakan 1 saja tingkat Tekanan Holding dengan 1 tingkat waktu yang
dibutuhkan.
Gambar 40.Skema holding injection pada proses injection molding Polypropilene
75
4. Isi Ulang dan Pendinginan (Charging & Cooling).
Isi ulang (Charging) plastik cair untuk siap disuntikkan pada siklus selanjutnya,
bersamaan waktunya perhitungan waktu Pendinginan pun (Cooling) dimulai.
Parameter yang direkomendasikan adalah waktu Pendinginan (Cooling Time) harus
lebih lama dari waktu Isi Ulang (Charging Time). Bila waktu Charging yang lebih
lama, maka yang terjadi adalah tumpahan material plastik dari nozzle ketika Mold
Terbuka pada proses berikutnya. Proses Charging sendiri adalah berputarnya Screw
dengan bantuan Motor Hidrolik ke arah putaran yang telah ditentukan, sehingga
plastik pellet masuk ke dalam Barrel, digiling oleh Screw, dan sampai di depan
Torpedo sudah dalam keadaan cair dan siap untuk disuntikkan ke dalam Mold. Tentu
saja dengan bantuan suhu Barrel yang dapat kita atur sesuai spesifikasi jenis plastik
yang digunakan, yaitu pada suhu titik cair nya. Check Valve yang terbuka, seperti
pada gambar di atas. Dengan kondisi adanya aliran dari belakang Torpedo menuju
bagian depan Torpedo, dan tertutup ketika ada usaha aliran plastic cair dari depan ke
belakang Torpedo. Jadi alat ini berfungsi sebagai katup satu arah.
Gambar 41.Skema charging and cooling pada proses injection molding Polypropilene
5. Membuka Cetakan (Mold Open)
Pada proses ini terdapat 5 urutan kerja, yaitu :
1. Melepas Himpitan pada Cetakan (Mold Clamp Release). Yaitu dengan
mengembalikan ke tekanan normal pada system hidrolik yang bekerja untuk
menghimpit cetakan. Yang sebelumnya bertekanan tinggi.
2. Gerakan membuka pada kecepatan perlahan dengan tekanan rendah. (Low Mold
Open Velocity & Low Mold Open Pressure). Dari keadaan rapat, membuka secara
76
perlahan untuk menjaga kondisi cetakan yang rentan terhadap kerusakan akibat
gesekan yang terjadi antara sisi Core dan sisi Cavity.
3. Gerakan membuka pada kecepatan tinggi. (High Mold Open Velocity). Membuka
dengan cepat dengan posisi yang memungkinkan setelah lepas dari pergesekan antara
Core dan Cavity, hal ini juga untuk menghemat waktu proses.
4. Gerakan membuka pada kecepatan rendah. (Low Mold Open Velocity). Sebelum
posisi cetakan terbuka penuh, maka gerakan membuka cetakan harus perlahan agar
tidak terjadi overlap atau posisi terbuka yang kelebihan. Kecepatan rendah ini juga
dimasudkan agar posisi terbuka penuh adalah stabil posisinya dari satu siklus ke
siklus kerja berikutnya. Hal ini untuk mempermudah kerja Robot disaat mengambil
produk dari dalam cetakan.
5. Gerakan melepas produk dari dalam cetakan (Ejection). Ejector mendorong
produk dari sisi Core agar mudah diambil, tentu saja produk harus menempel pada
sisi Core ketika cetakan terbuka, dan bukan menempel pada sisi Cavity. Walaupun
bisa saja dibuat produk nya menempel pada sisi Cavity, tentu aja dengan
pertimbangan produk dan design cetakan yang dirancang demikian. Proses Ejection
ini pun terdapat parameter yang dapat kita atur, yaitu : Jarak, tekanan hidroliknya,
kecepatan, dan berapa kali mendorongnya. Parameter ini tentu saja tergantung
kebutuhan dan bentuk produknya.
Gambar 42 Skema proses mold open pada injection molding Polypropilene
Gripper
Proses manufaktur gripper dilakukan sama dengan proses manfaktur dari rangka lengan,
yakni dengan melakukan casting hanya saja cetakan castingnya berbeda. Pada gripper
77
dianjurkan untuk dilakukan coating dengan chromium sebesar 0.2 mm agar gripper
tahan karat karena bersentuhan langsung dengan lingkungan operasi.
Berikut adalah proses yang digunakan untuk melapisi gripper dengan krom yakni
dengan teknik electroplating
A. Butting yaitu proses penghalusan permukaan barang yang akan dilapisi. dalam
proses penghalusan tersebut menggunakan emery (amplas) yang berupa kain
120-130 kali putaran.
B. Preparasi yaitu proses inspeksi keseluruhan kondisi barang yang akan di
elektroplating. setelah inspeksi dilakukan, barang yang akan diplating
ditempatkan pada rig yang disesuaikan dengan bentuk dan dimensi barang
tersebut.
C. Degreding yaitu proses pembersihana dari kotoran, minyak, cat, ataupun lemak.
dalam proses pembersihan ini digunakan larutan NaOH (air sabun) sebagai
metalcleaner. alat yang digunakan dalam proses ini adalah bak yang terbuat dari
plat seng yang didalamnya berisi larutan NaOH yang dipanaskan selama 30-60
menit dengan suhu 60-70 derajat, dengan konsentrasi larutan 20 gr/liter-100
gr/liter. Bak yang digunakan 150x120x70 Cm. setelah pelaksanaan proses ini,
lalu dilaksanakan proses pembilasan dengan menggunakan air.
D. Pickling yaitu proses pencelupan setelah degreding ke larutan picking yang
terbuat dari asam Klorida (HCL) 32% yang berfungsi untuk menghilangkan
koral pada permukaan barang. proses ini dilakukan selama 3-5 menit lalu dibilas
dengan air sebanyak 3 kali ditempat yang berbeda.
E. Etching yaitu proses pembukaan pori-pori dengan menggunakan larutan asam
sulfat (H2SO4 10%) yang digunakan untuk mempercepat proses pelapisan
nickel chrome. proses ini dilakukan selama 3-5 menit. lalu dibilas dengan
menggunakan air yang mengalir.
F. Nickel Plating yaitu proses pelapisan logam dengan menggunakan logam
nickel sebagai pelapisnya. Tujuannya adalah untuk melindungi logam dasar dari
serangan korosi larutan elektrolit. Bahan yang digunakan adalah nickel sulfat.
benda yang akan dilapisi dicelupkan dalam larutan elektrolit selama 15 menit
dengan temperatur 55-65 derajat celcius.
78
G. Chrome Plating yaitu proses finishing pada proses elektroplating Nickel.
Fungsinya sebagai usaha untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi, aus,
dan anti gores, serta meningkatkan aspek dekoratif terhadap benda yang
dihasilkan sehingga menjadi mengkilat dan halus permukaannya. pencelupan
selama 15-60 menit pada temperatur 40-55 derajat celcius dalam larutan chromic
acid.
H. Drying yaitu proses pengeringan dari chromplating yang terdiri dari 2
cara : dengan media pencelupan air panas suhu 60 derajat celcius untuk
pembersihan dan dengan cara menganealing (mengoven) barang yang sudah
dilapisi
Bolt,Servo, Mikrokontroller dan Bevel Gear
Untuk komponen diatas kami menganjurkan untuk membelinya karena dimensi yang
sesuai sudah ada di pasaran.
Proses Assembly
Proses assembly dilakukan secara manual dimana rangka lengan yang sudah terbentuk
terlebih dahulu dipasangkan pada bantalan penjepit yang akan dipasangkan pada meja
operasi. Setelah itu dilakukan pemasangan terhadap komponen motor servo sesuai
dengan tempat yang telah disediakan. Pemasangan servo dilakukan dengan
menggunakan bolt dan shaft sebagai pengerak terhadap lengan.
Pada bagian gripper dilakukan instalasi bevel gear yang nantinya wheel ada bevel gear
akan melakukan pergerakan yang diberi supply oleh servo. Setelah itu dilakukan
pemasangan pin dan bearing pada ujung gripper agar dapat menahan pediguard
bergerak secara leluasa ketika ditarik atau didorong oleh lengan robot.
Instalasi terakhir adalah melakukan wiring kesetiap motor dan pada mikrokontroller
juga pada switch button lalu dilakukan inspeksi atau quality control.
79
BAB VI
PENUTUP
Perancangan Robot lengan pelurus tulang belakang ini bersifat merancang
produk baru bukan memodifikasi produk yang sudah ada. Dalam perancangan ini, fokus
kami adalah merancang alat yang dapat mempermudah dan mempercepat pekerjaan
menggulung karpet. Dari fokus tersebut dapat ditarik alat ini harus memiliki downtime
yang sebentar, aman, serta mudah dioperasikan. Oleh karena itu, diperlukan
pengetahuan yang luas mengenai unsur mekanikal ditambah pengalaman lapangan
mengenai penggulungan karpet.
Ketika mendesain Robot lengan pelurus tulang belakang, kami mendapat
masukan dari Sugeng Supriyadi, ST, M.S.Eng, Ph.D agar menambahkan fungsi
pembersih karpet pada alat kami, akan tetapi kami tidak memiliki waktu yang cukup
untuk merancang pembersih tersebut dan menambahkannya ke alat kami. Hal ini
dikarenakan banyaknya kegiatan kegiatan kami di semester 6 ini dan kurangannya
kami dalam mengatur waktu kami pada semester 6 ini.
Karena keterbatasan waktu dan kemampuan kami, tentunya ada kekurangan
pada perancangan Robot lengan pelurus tulang belakang ini. Jika ada pihak lain yang
ingin mengembangkan produk kami, kami akan sangat berterima kasih atas
kemauannya.
Kami sebagai tim perancang Robot lengan pelurus tulang belakang
mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang telah membantu kami dalam
merancang alat ini dan juga kepada pembaca buku perancangan Robot lengan pelurus
tulang belakang ini.
80
DAFTAR PUSTAKA
Andry, Nicolas (1743). Orthopdia : or, the art of correcting and preventing
deformities in children. Translated from the French of M. Andry. London: Printed
for A. Millar.
Arifianto, Deni. 2011. Kamus Komponen Elektronika. Jakarta Selatan: PT. Kawan
Pustaka.
David K. Wolpert (2006). Scoliosis Surgery: The Definitive Patient's Reference.
Swordfish Communications. ISBN 978-0-9741955-2-0.Page.4-6
James B. Stiehl, Werner H.Konermann, Rolf G.Haaker (2015). Navigation and Robotics
in Total Joint and Spine Surgery.Berlin. Springer
Kalpakjian, Serope dan Steven R. Schmid. 2006. Manufacturing, Engineering, and
Technology. edisi ke-5. Singapura. Prentice Hall
Kurmi, R.S. dan J.K. Gupta. 2005. A Text Book of Machine Design.edisi ke-14 Ram
Nagar-New Delhi. Eurasia Publishing House
Matthew, K. Sricharan, C. (2015) Essential of Robotic Surgery.Springer International
Publishing, Switzerland 2015
Michael Neuwirth, Kevin Osborn (2001). The Scoliosis Sourcebook. McGraw-
Hill. ISBN 978-0-7373-0321-6.Page.4-5
Nalwan, Andi. 2012. Teknik Rancang Bangun Robot. Yogyakarta: Andi.
Putra, Agfianto Eko. 2010. Pemrograman Mikrokontroller ATMEL AVR
Menggunakan BASCOM-AVR, Yogyakarta: Gava Media.
81
Rangkuti, Syahban. 2011. Mikrokontroller ATMEL AVR, Bandung: Informatika.
Siregar, Houtman P, 2012. Mekanika Robot Berkaki. Yogyakarta: Graha Ilmu.
Winoto, Ardi. 2008. Mikrokontroller ATMega 8/16/32/8535 dan Pemrogramannya
dengan Bahasa C pada WinAVR. Bandung: Informatika Bandung.
Internet :
http://www.portlandbolt.com/technical/faqs/calculating-strength/
http://www.portlandbolt.com/technical/strength-requirements-by-grade/
http://www.portlandbolt.com/technical/thread-pitch-chart/
http://www.robotshop.com/blog/en/robot-arm-torque-calculator-9712
http://support.robotis.com/en/product/dynamixel/mx_series/mx-106.htm
http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=2804
http://www.orthoui-rscm.org/
82
LAMPIRAN