Perancangan sederhana lengan robot geometri SCARA berbantuan IBM-PC dengan pengendalian loop terbuka melalui port pararel LPT untuk keperluan pengeboran pada pembuatan PCB

LATAR BELAKANG

Pembuatan PCB untuk memenuhi perakitan peralatan elektronika dewasa ini sangat meningkat. Salahsatu bagian dari pembuatan PCB adalah pengeboran lubang tempat komponen tersebut diletakkan. Dengan perkembangan teknologi yang sangat pesat maka dibutuhkan suatu peralatan yang dapat dikendalikan manusia , tentunya berbantuan software.

Salasatu cara untuk memenuhi kebutuhan tersebut adalah dengan menggunakan robot. Robot ini merupakan suatu mesin yang dapat diarahkan untuk mengerjakan bermacam-macam tugas dengan sedikit atau tanpa campur tangan lagi manusia. Secara ideal robot dapat diharapkan dapat melakukan tindakan-tindakan yang terprogram.

GEOMETRI ROBOT

Struktur dasar dari sebuah lengan adalah rangkaian kinematika terbuka. Berdasar pada gambaran topologi, sebuah rangkaian kinematika disebut terbuka apabila hanya mempunyai satu susunan dua persambungan dari rangkaian. Sebagai kemungkinan lain, sebuah lengan bisa menjadi rangkaian kinematika tertutup apabila susunan persambungannya berentuk loop (putaran).

Mobilitas atau gerakan lengan bergantung pada keadaan persambungan. Hubungan antara dua persambungan yang berurutan akan didapat menjadi dua bagian yaitu persambungan revolusi dan persambungan perismatik. Pada rangkaian kinematika terbuka, masing-masing persambungan revolusi atau perismatik memberikan satu derajat kebebasan atau mobilitas. Persambungan perismatik memungkinkan gerakan pada garis lurus (translasi) antara dua persambungan dan persambungan revolusi memungkinkan gerakan rotasi antara dua persambungan.

Dengan banyaknya persambungan maka akan memberikan kebebasan gerak yang berbeda atau disebut dengan derajat kebebasan. Tiga jenis derajat kebebasan X, Y dan Z dapat dibentuk dengan mengatur struktur robot dalam berbagai cara.

Salahsatu konfigurasi yang penting adalah geometri SCARA (selain Anthoropomorphic, Cartesian, Silindris dan Kutub) yang akan dirancang pada bahasan selanjutnya. Geometri SCARA dibentuk dengan dua persambungan revolusi dan satu persambungan perismatik. SCARA merupakan singkatan dari Selective Compliance Assembly Robot Arm dan geometri jenis ini cocok untuk kerja secara vertikal. Hubungan antara derajat mobilitas dan derajat kebebasan dipertahankan hanya untuk komponen arah vertikal dari kerja pada koordinat kartesian. Pengurangan ketelitian posisi pergelangan seperti jarak pergelangan dari peningkatan axis pada persendian pertama.

Gambar 2.1. Geometri lengab SCARA dengan dua persambungan revolusi.

Bentuk gambaran lingkup kerja digambarkan pada gambar 2.2. Lengan geometri SCARA cocok untuk manipulasi objek yang kecil.

Gambar 2.2. Lingkup kerja lengan robot geometri SCARA

ALAT PENGGERAK

- Motor Stepper

Bila suatu tegangan dipasang pada motor AC atau DC, maka motor akan bergerak secara terus-menerus. Dalam hal inilah letak perbedaan motor stepper, di mana pengoperasian motor jenis ini berdasarkan pulsa-pulsa listrik. Setiap kali mengirim pulsa ke prngontrol elektronik, maka motor akan bergerak selangkah, yaitu satu putaran sudut kecil. Ukuran langkah tersebut bergantung pada perancangan mjotor dan dapat sekecil 1,5 derajat atau paling besar 30 derajat. Motor akan berputar lebih cepat atau lebih lambat dengan mengirim lebih banyak atau lebih sedikit pulsa dalam setiap detiknya. Pulsa-pulsa tersebut mampu dikirim hinggga kecepatan maksimum kurang lebih 2000 pulsa per detik.

Karakteristik torsi/kecepatan motor stepper tanpak pada gambar. Perhatikan bahwa grafik tersebut menggambarkan kecepatan sepanjang sumbu horizontalnya (sedang karakteristik untuk jenis motor lain adalah kecepatan sepanjang sumbu vertikalnya). Hal ini merupkan cara yang normal untuk menggambarkan karakteristik motor stepper karena torsi bergantung pada kecepatan dan begiti sebaliknya; motor stepper akan berjalan pada kecepatan yang diinginkan atau tidak berjalan tidak sama sekali. Sedangkan pada jenis motor lain, sebuah beban (torsi) akan dipasang dan karakteristik akan menunjukkan seberapa cepat motor akan bergerak degan beban sebesar itu.

Gambar 2.3. Bagan salah satu tipe motor stepper

Kembali ke gambar , kita akan mendapatkan bahwa selama bertambahnya kecepatan , torsi akan jatuh pada nilai yang sangat kecil. Sesungguhnya pada kenyataan tidaklah seburuk itu, karena dengan menaikkan tegangan catu daya maka torsi yang jatuh tersebut dapat dikompesasi.

Didalam penerapan robot, pulsa yang dibutuhkan untuk menggerakkan stepper akan dihasilkan oleh komputer. Pengaturannya seperti tanpak pada gambar. Sebuah pengontrol diperlukan untuk menghailkan pola sinyal yang benar pada tingkat daya yang tepat untuk mengoperasikan koil-koil dalam motor. Pengiriman satu pulsa dari komputer ke pengontrol akan menyebabkan motor bergerak satu langkah. Arak putaran dikendalikan melalui terminal kedua pada pengontrol, yang tanpak pada diagram sebagai gerbang (gate). Selama komputer mempertahankan tegangan pada gerbang, maka motor akan berputar searah jarum jam, tetapi bial tidak ada putaran adalah kebalikan dari jarum jam. Dengan demikian, pengendalian motor stepper melalui komputer merupakan sesuatu yang sederhana.

Kelebihan stepper adalah bahwa komputer setiap saat dapat mengetahui posisi dari tangkai motor dengan menyimpan bilangan pulsa yang dikirim ke pengontrol. Meskipn demikian, apabila bebannya berat akan timbul maslah di mana motor terus berputar meskipun ia tidak menerima pulsa. Bila hal ini terjadi, posisin tangkai akan berbeda dengan apa yang “dipikirkan” oleh komputer.

PERANTARA I/O MELALUI LPT

- Pengaksesan Melalui Port-LPT

Port pararel LPT adalah port atau terminal standar, umumnya terdiri dari 25 pin untuk proses komunikasi data antara IBM-PC dengan printer. Untuk alamat I/O dalam pengaksesan input-output data IBM-PC menyediakan antara lain 378H (atau 278H) untuk output data dan 379H (atau 279H) untuk input data. Tabel menunjukkan nomor pin, urutan bit dan statemen Pascal untuk akses I/O tersebut. Bentuk sempurna port pararel LPT terlihat pada gambar 2.4.

Gambar 3.4. Bentuk port pararel LPT

Output Data (3 x 4 bit) melalui LPT

Proses output data dari LPT yang standarnya 8-bit melalui lamat 378H, dapat dikembangkan menjadi 3 x 4 bit dengan metoda pencacah-latch. Diagram blok rangkaiannya ditunjukkan gambar ..

Data dikeluarkan pada bit-0, 1, 2, 3 dan bit-6, 5, 4 yang masing-masing memiliki bobot 64, 32, 16 dihubungkan ke masing-masing pin pengaktif latch 74L77. Algoritma untuk proses keluar data byte-B melalui latch ke-Ln dapat dilihat pada algoritma-

Akses Keluar Data 8-bit Melalui

Akses Masuk Data 4-bit Melalui

378 H

379 H

Pin

9

8

7

6

5

4

3

2

Pin

11

10

12

13

15

Bit

7

6

5

4

3

2

1

0

Bit

7

6

5

4

3

2

1

0

Tabel 2.1. Akses keluar masuk data pada port pararel LPT

Algoritma

Prosedur keluar(bil, Lm)

deklarasi konstanta

L1 = 64; L2 = 32; L3 = 16;

L = L1 + L2 + L3

mulai

port[378H] : Data + L

ulang I : 0

port[378H] : Data + L

port[378H] : L

akhir ulang I : bil

port[378H] : Data + (L-Lm)

port[378H]: Data + L

selesai

DESKRIPSI PERANCANGAN

Perancangan lengan robot ini memiliki tiga bagian yang tidak terpisahkan. Pertama lengan robot itu sendiri yang merupakan bagian terpenting yang akan dirancang, kedua IBM-PC yang dijadikan sebagai alat pengendali dengan software-nya dan yang ketiga I/O berupa port pararel LPT sebagai perantara. Seperti terlihat gambar 3.1. diagram blok di bawah.

Gambar 3.1. Diagram blok pengendalian lengan robot.

Komputer yang digunakan adalah IBM-PC atau yang kompatibel. Dari komputer ini disusun pemograman yang akan mengendalikan gerak dari lengan robot tersebut. Software yang digunakan adalah Turbo Pascal v. 7.

Dari komputer data akan dikeluarkan melalui I/O yaitu port pararel LPT yang memiliki 8-bit data keluaran dan 5 bit data masukan.Data yang dikirimkan hanya berupa pulsa-pulsa untuk menggerakkan motor stepper yang mana komputer akan selalu mengetahui posisi dari motor stepper sebelumnya karena datanya selalu tersimpan maka tidak diperlukan sensor posisi. Data yang berupa pulsa-pulsa tersebut tidak perlu dirubah menjadi sinyal analog sehingga tidak diperlukan ADC. Dengan demikian sistem kendali yang dirancang adalah sistem kendali loop terbuka.

Dari I/O data akan masuk ke lengan robot yang memilki 4 buah motor penggerak. Motor pertama yang berada di posisi persambungan pertama (persambungan revolusi), motor kedua berada di posisi persambungan kedua (persambungan revolusi), motor ketiga berada pada persambungan ketiga (persambungan perismatik) dan motor keempat berada pada bagian end effector sebagai alat bor. Ketiga buah motor pertama pada bagian persendian berupa motor stepper dan yang terakhir pada end effector berupa motor DC.

PERANGKAT KERAS

Seperti yang sidah dijelaskan pada di atas, bahwa pengendalian lengan robot ini tidak perlu menggunakan ADC dan sensor posisi. Sehingga tidak terlalu susah untuk merancang perangkat keras yang akan digunakan. Pertama komputer IBM-PC sudah tersedia lengkap dengan port pararel LPT dan yang kedua adalah perancangan driver motor stepper dari I/O serta bentuk mekanik dari lengan robot.

- Driver Motor Stepper

Lengan robot yang dirancang memiliki tiga buah motor stepper dan satu buah motor DC. Untuk motor stepper membutuhkan 4-bit data pengendali gerak langkah dan motor DC membutuhkan 1-bit untuk kendali on-off. Data output yang tersedia pada port pararel LPT hanyalah 8-bit sedangkan untuk tiga motor stepper dan satu motor DC siperlukan 17-bit. Pemecahan masalah yang tepat adalah dengan menggunakan latch seperti yang terlihat pada gambar 3.2.

Gambar 3.2. Diagram blok driver motor stepper

Pembagian data dengan menggunakan latch menjadikan gerakan motor dilakukan satu persatu atau tidak secara bersamaan kecuali untuk motor ke empat. Komponen latch yang digunakan adalah IC TTL SN70L77 dan driver yang digunakan adalah relay sama seperti untuk switch pada motor ke empat.

Rangkaian lengkap untuk pembagian data ke latch danselanjutnya diteruskan ke driver ditunjukkan pada gambar 3.2.

Dari rangkaian akan dilihat apabila akan menggerakkan motor stepper pertama maka latch yang diaktipkan adalah latch pertama (aktif tinggi) dan latch kadua dan ketiga ditidak aktifkan. Begitu seterusnya untuk pengaktifan motor stepper kedua dan ketiga. Untuk motor DC hanya mengaaktifkan switch sehinnga arus akan melewati relay dan menjalankan motor.

- Lengan Robot

Perancangan lengan robot ini menggunakan kayu ringan sehingga torsi yang dihasilkan kecil. Dengan demikian beban untuk motor pada sendi pertama tidak terlalu besar. Begitu pula untuk motor pada sendi kedua. Panjang lengan maksimal 45 cm. Untuk menngerakkan motor pengebor menngunakan motor stepper ketiga yaitu dengan mengubah gerak rotasi menjadi gerak translasi.

PERANGKAT LUNAK

Pemograman untuk mengendalikan lengan robot ini adalah dengan menggunakan alamat port 378H. Untuk perancangan program pengeboran ini menggunakan sistem otomatis. Contoh simulasi pengeboran PCB seperti pada gambar 3.4.

Gambar 3.4. Contoh PCB yang akan dibor 10 x 10.

Melihat contoh PCB yang akan dibor berati terdapat empat gerak untuk perubahan posisi. Maka program mempunyai empat buah pengulangan pemasukan data. Sudut posisi untuk satu kali gerak ditunjukkan pada gambar 3.5.

Dari empat gambar posisi tersebut dapat dilihat pada tabel 3.1.

L1

L2

Posisi

q1

q‘1

b1

b‘1

1

0o

0o

0o

0o

2

34o

79o

3

23o

53o

4

23o

53o

Tabel 3.1. Tabel posisis gerak lengan robot simulasi pengeboran PCB empat titik.

Sehingga gerak sudut untuk setiap perulangan pada masing-masing motor menjadi seperti pada tabel 3.2. yang selanjutnya akan ditransformasikan ke dalam bentuk algoritma. Sehingga lengan akan dapat berjalan sesuai dengan yang diinginkan.

m1

m1

m2

m2

Gerak

(+)

(-)

(+)

(-)

1

0o

0o

0o

0o

2

34o

79o

3

11o

26o

4

46o

59o

5

46o

59o

Tabel 3.2. Langkah gerak lengan robot pada setiap perubahan posisi.

Algoritma untuk pemasukan data telah dibahas pada bab sebelumnya. Sedangkan untuk gerak seperti di bawah :

Mulai

Ulang

For n = 1 sampai 3

Mulai

Gerakkan motor ke-1

Gerakkan motor ke-2

Gerakkan motor ke-3

Selesai

Swich on untuk menggerakkan motor ke-4

Gerakkan motor ke-1

Gerakkan motor ke-2

Selesai

Selesai

PENUTUP

Dalam perancangan lengan robot yang ada dalam pembahasan ini masih banyak yang harus dikembangkan sebagai perbaikan-perbaikan. Seperti pada penggerak atau pengubah gerak rotasi menjadi translasi. Sesungguhnya tidak semudah itu untuk memisalkan suatu gerakkan tapi haruslah teliti dalam mentransformasikanya.

Pada simulasi masih banyak ketidaktelian dalam perhitunan perubahan sudut. Karena sebetulnya perhitungan-perhitunganya terlalu rumit. Maka untuk mempermudah sebagai pemisalan cukup dengan aturan cosinus saja.

About these ads

2 Responses to Perancangan sederhana lengan robot geometri SCARA berbantuan IBM-PC dengan pengendalian loop terbuka melalui port pararel LPT untuk keperluan pengeboran pada pembuatan PCB

  1. ardona says:

    perlu dipertimbangkan kompatibilitasnya dengan data dari software pembuat pcb yang ada, dengan 3 motor penggerak, yg populer dan sudah banyak digunakan adalah dengan system cartensias dengan berbagai software yg ada. untuk design anda memang masih banyak yang harus dikerjakan, seperti menyiapkan softwarenya, converter dari data output software pembuat pcb ke software anda. banyak software yang sebenarnya udah tersedia untuk model lengan dengan 3 motor, tinggal kita bikin lengannya yg bisa murah dan handal biar laku di pasaran. untuk motor stepper sebaiknya gunakan stepper driver sehingga inputnya cuma dua Step and direction ato cw and ccw pulse, jadi bisa hemat output dari computer. kalo sukses dengan semuanya, saya yakin itu bisa memiliki nilai jual. GOOD IDEA AND Good Luck.
    ardona
    jogja

  2. Irwan Purnama says:

    Terima kasih saran nya…
    kebetulan ini tugas kuliah zaman S-1 dulu “Pengenalan Robotika”, masih menyimpan file-nya dan saya post-kan buat di share..

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Follow

Get every new post delivered to your Inbox.

%d bloggers like this: