Penjelasan Diagram Blok:

BAB III
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ROBOT
3.1
Umum
Dalam bab ini akan dibahas mengenai pembuatan dan perancangan robot.
Dalam proses perancangan ada 3 tahapan yaitu perancangan mekanik, elektrik dan
program. Adapun sistem pergerakan robot ini dibuat dan dirancang sesuai dengan
blok diagram. Maka secara sistem keseluruhan rangkaian simulasi robot berbasis
arduino yang dikontrol oleh sebuah android adalah seperti pada Gambar 3.1.
Baterai Lippo
12 V
Data =
12V =
5V =
Regulator 5V
Bluetooh
Modul
Android
Arduino
UNO
Motor
Vakum
Relay
Wireless
Motor Driver
L298
Motor
Kanan
Input
Proses
Gambar 3.1 Blok Diagram
28
Motor
Kiri
Output
29
Penjelasan Blok Diagram:
Untuk
menggerakan
atau
menjalankan
robot
tersebut,
penulis
menggunakan sistem kendali dengan android. Komunikasi antara sistem kendali
dengan robot menggunakan Bluetooth.
Dalam robot tersebut terdapat tiga buah motor dc yang memiliki fungsi
berbeda, dua motor DC utama digunakan untuk sistem penggerak robot. Dimana
kedua motor DC ini diatur kecepatan dan arah putarnya menggunakan Driver
Motor. Sedangkan motor DC lainnya digunakan sebagai Vacuum yang
disambungkan dengan relay 1 chanel yang berfungsi sebagai saklar (Switch).
3.2
Perancangan Mekanik
Untuk mendapatkan hasil perencanaan dan perancangan mekanik yang
baik diperlukan beberapa tahap. Adapun tahap-tahap tersebut adalah sebagai
berikut.
3.2.1
Desain Mekanik
Dalam proses pembuatan suatu alat / robot desain mekanik sangatlah
penting. Dengan mendesain terlebih dahulu penulis dapat menentukan bentuk
serta ukuran robot sesuai dengan yang diinginkan, selain itu juga untuk
mengurangi tingkat kesalahan yang nantinya terjadi apabila dalam pembuatan
mekanik tidak diperhitungkan terlebih dahulu. Dalam tahapan ini penulis
menggunakan software desain AutoCAD. Selain mudah dalam penggunaan,
software ini juga bisa mendesain secara 3 dimensi.
30
Gambar 3.2 Desain Mekanik pada AutoCAD 3D
Pada gambar diatas desain tersebut menggunakan aplikasi AutoCAD, pada
tahapan tersebut sudah mulai menentukan ukuran sesuai dengan yang penulis
inginkan, yang nanti nya akan di aplikasikan pada bentuk aslinya.
3.2.2 Pemilihan Bahan Material
Setelah pendesainan pada AutoCAD selesai, kemudian penulis memilih
bahan yang sekiranya cocok dalam pembuatan robot ini. Bahan yang dipilih
penulis untuk mmbuat kerangka robot adalah acrilyc. Acrilyc mempunyai banyak
kelebihan dilihat dari sifat bahannya tersebut. Selain itu dalam pembuatan juga
lebih memudahkan penulis untuk merealisasikan desain yang telah dibuat.
Adapun bahan lain yang digunakan untuk membuat tabung penyedot debu adalah
paralon.barulah membuat atau merealisasikann satu persatu bagian dari robot itu
sendiri sesuai dengan bentuk serta ukuran yang telah ditentukan.
3.2.2.1 kerangka Robot
Kerangka robot adalah bentuk dasar pada suatu robot dimana yang
nantinya akan diletakkan komponen-komponen di atasnya. Bahan yang digunakan
penulis untuk membuat kerangka robot ini adalah akrilik. Dimana akrilik ini
dipotong secara manual dengan menggunakan gergaji besi sesuai dengan bentuk
31
desain dan ukuran yang sudah ditentukan.
Gambar 3.3 Kerangka Robot
3.2.2.2 Tabung Penyedot Debu (Vacuum)
Setelah pembuatan kerangka robot, penulis melanjutkan membuat sistem
penyedot debu (Vacuum) pada robot. Dalam pembuatan penyedot debu ini penulis
menggunakan paralon sebagai bahan utamanya, yang kemudian menempatkan
motor dc yang sudah dipasang propeller di bagian tengah paralon.
Gambar 3.4 Tabung Penyedot Debu (Vacuum)
3.3 Perancangan Elektrik
Dalam pembuatan sebuah robot tentunya tidak terlepas dari adanya
ssistem elektrikal. Oleh karena itu untuk mendapatkan system elektrikal sesuai
32
kebutuhan maka perlu dilakukan perancangan. Adapun perancangan disini adalah
pembuatan regulator, pembuatan motor driver, pembuatan relay, pemasangan
motor DC, pemasangan baterai, serta komponen komponen pendukung lainya
seperti kabel saklar, dll. Berikut adalah blok diagram sistem elektrikal pada robot
penyedot debu.
Gambar 3.5 Blok Diagram elektrikal
3.3.1 Pembuatan Regulator
Perancangan-perancangan manual pada pembuatan rangkaian dengan
menggunakan bantuan perangkat lunak “ISIS proteus” sebagai langkah awal atau
simulasi sebelum dilakukan rancangan diatas PCB (Printed Circuit Board) dan
pengujian dalam bentuk rangkaian.
Pada perancangan ini dimulai dari pemilihan beberapa komponen
penyusun regulator seperti IC 7805, IC 7809, yang digunakan sebagai pemotong
tegangan, kapasitor elektrolit sebagai penyimpan tegangan sementara serta
penstabil keluaran, diode sebagai pencegah arus balik (feed back), fuse yang
digunakan sebagai proteksi ketika adanya hubung singkat yang melebihi arus
tamping pada diode dan resistor, serta led sebagai dua omponen indikator.
33
Gambar 3.6 Simulasi Regulator 5V pada “ISIS-Proteus”
Tegangan awal yang berasal dari baterai sebesar 12 volt yang kemudian
ditampung sementara pada kapasitor elektrolit sebelum melewati 7805 untuk
dipotong menjadi 5 volt dan keluarannya diperhalus oleh kapasitor elektrolit.
Selain penggunaan IC 7805, pada rangkaian regulator ini digunakan juga
IC 7809, sesuai jenis nya IC 7809 ini memotong tegangan menjadi 9 volt yang
dan keluarannya diperhalus dengan kapasitor elektrolit.
Sebagai proteksi pada regulator ini menggunakan peranan dari diode yang
dapat menahan arus balik dengan besar arus tertentu saat terjadi gangguan seperti
hubung
singkat.
Pemilihan
diode
yang
digunakan
dilihat
berdasarkan
kemungkinan arus balik yang besarnya melebihi besar sumber arus dengan
toleransi sekecil mungkin. Selain diode proteksi pada regulator ini ada juga
penggunaan fuse pada titik awal keluaran baterai sebagai proteksi terakhir saat
terjadi gangguan sepert hubung singkat.
Sedangkan untuk keluaran yang sebesar 5 volt menggunakan indikator
berupa led yang sebelumnya tegangannya telah dibagi oleh resistor, karena led
tidak dapat menerima tegangan sebesar 5 volt yang akan mengakibatkan
kerusakan pada led itu sendiri.
34
Setelah simulasi pada ISIS Proteus berikutnya adalah tahap pembuatan
jalur rangkaian sebelum dicetak di atas lembaran PCB (Printed Circuit Board).
Gambar 3.7 Regulator 5V pada perangkat lunak “ARES”
Kemudian dari jalur rangkaian tersebut dicetak pada lembar transparan
sebagai perantara untuk mencetak jalur pada papan PCB (Printed Circuit Board).
Gambar 3.8 Rangkaian Regulator 5V pada Lembar Transparan
Setelah itu menggosoknya menggunakan setrika di atas papan PCB
(Printed Circuit Board) dengan sendirinya akan memindahkan jalur ke papan
PCB. Terakhir setelah jalur menempel pada papan PCB, papan PCB tersebut di
aduk pada larutan flerit clorit dengan tujuan untuk menghilangkan bagian
tembaga yang tidak diperlukan dan menyisakan tembaga yang merupakan jalur
dari rangkaian. Pada tahap inilah akan didapatkan sebuah rangkaian yang siap
untuk di bor sebelum penempatan komponen-komponen yang diperlukan seperti,
kapasitor, IC(Integrated Circuit) 7805, resistor, indikator berupa LED(Light
Emitting Diode) dan beberapa terminal block dipasang.
35
Gambar 3.9 Regulator 5 volt
Regulator disini dibuat dimaksudkan untuk membatasi tegangan.
Dikarenakan ada beberapa komponen yang hanya memerlukan tegangan kecil
yaitu 5 volt atau yang biasa disebut dengan “vcc”. Untuk mendapatkan tegangan
tersebut dibutuhkan suatu IC(integrated circuit) pembatas tegangan. Pada badan
komponen biasanya tertera nilai daripada suatu IC(integrated circuit) tersebut.
Pada umumnya nilai tersebut adalah 78xx untuk nilai positif dan 79xx untuk nilai
negativnya. Kode “xx” diatas disesuaikan dengan nilai pembatasan tegangan yang
dapat dilakukan oleh IC tersebut. Sebagai missal 7805 untuk pembatasan
tegangan 5 volt, kemudian ada juga 7809 untuk tegangan 9volt begitupula
seterusnya seperti 7812,7818,7824 dan lain –lain. Dibawah ini adalah
IC(integrated circuit) yang digunakan pada rangkain regulator untuk robot ini.
Gambar 3.10 IC LM7805
36
Dalam penggunaan IC(integrated circuit) tersebut penulis memasang pada
sebuah rangkain regulator. IC(integrated circuit) tersebut dapat langsung
digunakan dengan input DC(Direct current) diatas 5 volt ataupun dengan
dilengkapi komponen- komponen pendukung seperti kapasitor , resistor maupun
LED(Light Emitting Diode). Kapasitor penulis gunakan untuk mendapatkan
tegangan DC(Direct current) yang stabil. Resistor digunakan untuk mengurangi
tegangan yang biasanya untuk menyesuaikan kebutuhan tegangan LED(Light
Emitting Diode). LED(Light Emitting Diode) disini penulis gunakan sebagai
indicator untuk mengetahui ada tidaknya tegangan tanpa harus dilakukkan
pengukuran. Indikator ini berupa cahaya sehingga mata kita akan lebih peka
dalam mengetahui adanya tegangan output.
3.3.2 Pembuatan Motor Driver
Motor DC tidak dapat dikendalikan secara langsung oleh mikrokontroler,
karena kebutuhan arus listrik yang besar pada motor DC sedangkan arus keluaran
pada mikro sangat kecil. Motor driver merupakan pilihan alternatif yang
digunakan untuk mengendalikan motor DC pada robot ini yang notabene untuk
grakanya menggunakan roda. Ada beberapa motor driver yang sering digunakan
pada aplikasi robotika, yaitu menggunakan rangkaian H-Bridge transistor, HBridge Mosfet, dan IC driver motor. Pada kali ini penulis akan coba membuat
tentang rangkaian IC driver motor L298.
Kecepatan motor DC dapat diatur dengan beberapa cara, yaitu dengan
mengatur fluks medan, dengan mengatur tahanan jangkar, dan dengan mengatur
tegangan sumber. Cara yang ketiga ini merupakan pengaturan yang sering
digunakan karena penggunaannya yang relatif mudah. Pengaturan tegangan
37
sumber biasanya menggunakan metode PWM (Pulse Width Modulation).
Selanjutnya penulis akan membuat driver motor. Driver motor yang
mudah digunakan yaitu menggunakan IC driver motor DC seperti L293D atau
L298N. IC driver motor yang penulis gunakan yaitu L298 hal ini dikarenakan
kemampuan IC tersebut yang lebih baik dibandingkan IC L293D. Berikut adalah
gambar IC driver motor L298.
Gambar 3.11 IC Driver motor L298
L298 aadalah driver motor berbasis H-Bridge, mampu menangani beban
hingga 4A pada tegangan 6V – 46V. Dalam chip terdapat dua rangkaian HBridge. Selain itu driver ini mampu mengendalikan 2 motor sekaligus dengan
arus beban 2 A. berikut gambar rangkaian driver motor L298.
Perancangan awal dalam pembuatan motor driver ini menggunakan ISIS
Proteus, pada perancangan ini merupakan sistem minimum yang penulis gunakan
sebagai actuator penggerak robot dalam bentuk dua buah roda. Pada motor driver
L298 ini terdapat 6 masukan untuk tiga buah motor yang masing-masingnya dua
pasang masukan sebagai pengendali arah dan satu masukan untuk nilai kecepatan
dengan maksimumm 8 bit.
38
Gambar 3.12 Simulasi Motor Driver pada ISIS Proteus
Berdasarkan perancangan awal pada ISIS Prtoteus diatas, motor driver
dirancang untuk “motor A” dan “motor B” yang keduanya mempunya masukan
baik arah maupun kecepatan untuk masing-masing motor. Untuk “motor A”
dikendalikan dengan dua buah masukan sebagai pengendali arah yaitu “arah A
motor A” dan “arah B motor A”yang keduanya harus saling berlawanan untuk
menghasilkan arah putaran. Selain itu pada motor A dibutuhkan juga sebuah
masukan untuk kecepatan putar motor yaitu “kecepatan motor A”. Adapun
maksud dari logika masukan “arah A motor A” dan “arah B motor A” yang
berbeda atau berlawanan adalah untuk memberikan keadaan rising dan volling,
karena apabila keadaannya sama maka tidak aka nada awal untuk akhir. Karena
pada perancangan motor ini menggunakan prinsip H-Bridge yang mempunyai dua
keadaan berbeda, yaitu adanya awal dan akhir sebagai arah putar (adanya beda
potensial).
Sama seperti hal nya motor A, motor B pun demikian. Pada motor B
dikendalikan dengan dua buah masukan sebagai pengendali arah yaitu “arah A
motor B” dan “arah B motor B” yang keduanya harus saling berlawanan untuk
menghasilkan arah putaran. Selain itu pada motor B dibutuhkan juga sebuah
39
masukan untuk kecepatan putar motor yaitu “kecepatan motor B”.
Baik motor A mapun motor B menggunakan 4 diode yang dirangkai
menyerupai huruf H (H-Bridge) yang masing-masing dua diantaranya terhubung
pada motor adalah berguna untuk mencegah adanya arus balik (feed back) yang
dapat merusak IC L298.
Perancangan
kedua,
merupakan
perancangan
elektrik
yang
menghubungkan motor driver dengan motor penggerak sesuai dengan sistem
minimum. Selain itu juga menghubungkan motor driver dengan Arduino sebagai
sistem kontrol serta menghubungkan sumber tegangan yang berasal dari regulator
maupun baterai untuk suplai tegangan.
Pada perancangan elektrik motor driver diatas terdapat dua buah supply
yang berbeda besar tegangannya, satu 5 volt dari regulator sedangkan satunya
berasal dari baterai sebesar 12 volt. Hal ini ditujukan untuk mengaktifkan motor
driver serta menggerakkan 2 buah motor penggerak, dengan 5 volt sebagai
tegangan pengaktif motor driver sedangkan 12 volt ssebagai suplai kedua motor
penggerak yang seolah-olah terangkai parallel.
Gambar 3.13 Motor Driver L298
3.3.3 Perancangan Modul Relay
Pada robot penghisap debu modul ini digunakan untuk mengontrol gerak
motor DC (Direct Current) yang terhubung dengan propeller. Propeller sendiri
40
digunakan untuk penghisap debu dengan harapan dapat menghisap debu / kotoran
saat propeller ini berputar. Berdasarkan kebutuhan arus yang besar untuk
menghasilkan hisapan angin pada propeller mendasari digunakannya relay karena
kemampuannya yang dapat menampung arus yang cukup besar.
Penggunaan relay disesuaikan dengan dua keadaan umum yang ada pada
relay yaitu NO (normally Open) dan NC (Normally Close). Sehingga dengan
memanfaatkan keadaan salah satunya yaitu NO (Normally Open) maka
perancangan relay ini akan memberikan prinsip kerja seperti saklar dengan cukup
memberikan tegangan 5V pada elemen untuk menutupnya “terhubung pada
beban” yaitu motor DC (Direct Current).
Gambar 3.14 Modul Relay
3.4 Pemrograman
Pemrograman robot pada umumnya dilakukan pada tahap akhir, setelah
perancangan mekanik dan elektrik terselesaikan. Karena dalam proses
pemrograman pada umumya programer melakukkan dengan cara uji coba.
Sehingga untuk melakukkanya komponen perangkat robot harus dapat
dioprasikan. Pemrograman adalah memasukkan suatu informasi atau kode-kode
(coding) kedalam suatu mikrokontroler. Dimana diharapkan suatu robot dapat
41
beroperasi sesuai dengan kemauan pemiliknya atau perencanaan awal sebelum
suatu robot dibuat. Begitu pula dengan robot ular ini, diharapkan robot ini dapat
beroperasi secara otomatis tanpa kendali pemilikknya. Sehingga robot ini
mempunyai kemandirian yang tinggi akan tugasnya.
Dengan memanfaatkan suatu mikrokontroler Arduino Uno. Robot ini
diprogram sedemikian rupa sehingga menjadi suatu robot yang dengan kecerdasan
yang mandiri. Dalam proses pemrograman terlebiih dahulu penulis melakukkan
pemrograman tiap- tiap perangkat penunjang robot. Dalam arti pemrograman
keseluruhan robot dilakukkan setelah dilakukan pemrograman perangkat
penunjangnya.
3.4.1 Pemrograman Motor DC pada motor driver L298
Dengan menggunakan motor driver kita akan lebih mudah dalam
menggerakkan ataupun mengontrol putaran motor DC. Karena dengan adanya
motor driver akan memudahkan dalam proses pemrograman yaitu cukup dengan
memberikan kode biner 1 (high) atau 0 (low) pada eneable motor driver sehingga
dengan cara itu kita akan dapat menggerakkan ataupun menghentikkan motor
dengan pemrograman. Kemudian untuk mengontrol gerak putaran motor baik
dalam kecepatan maupun arah putar kita perlu memasukkan pulsa pada kedua pin
motor driver. Dengan cara mencacah tegangan menjadi kode bit analog yang
terdapat pada mikrokontroler Arduino ini. Sehingga akan menghadirkan tegangan
yang beragam.
Berikut adalah kode bit dari PWM (Pulse widh Modulation) untuk
mengatur kecepatan motor.
42
Gambar 3.15 Pulse widh modulation
Dengan mengatur pulsa tersebut kita akan dapat mngendalikan kecepatan
motor brgitu pula untuk menentukan arah putaran motor
Gambar 3.16 Pemograman Motor DC Dengan Motor Driver L298
Untuk menggerakan satu buah motor dc, ic L298 membutuhkan 3 pin
pengontrol. Ketiga pin itu adalah, dua buah pin untuk arah putaran motor, dan sati
pin untuk kecepatan motor. Program diatas menjelaskan fungsi untuk
menggerakan satu buah motor. Dengan fungsi program ini penulis dapat dengan
mudah mengontrol satuh buah motor karena hanya mengisi nilai pwm (kecepatan)
dan arah motor.
3.4.3 Pemrograman Bluetooth HC-06
Pada Tugas Akhir ini komunikasi bluetooth digunakan untuk komunikasi
dua arah antara robot dengan telepon genggam. Penggunaan komunikasi bluetooth
43
untuk kedua perangkat ini kurang lebih sama. Pada telepon genggam untuk
memulai suatu koneksi, maka pertama yang harus dilakukan adalah mengaktifkan
fasilitas bluetooth terlebih dahulu. Kemudian dilanjutkan dengan pencarian
(inquiry) sinyal bluetooth dari perangkat lain. Apabila telepon genggam berada
dalam jangkauan pancaran sinyal bluetooth oleh perangkat lain dan perangkat
tersebut memiliki layanan (service) yang diinginkan, maka dapat dibangun
koneksi ke perangkat tersebut. Berikut adalah gambar pemrograman Bluetooth
HC-06.
Gambar 3.17 Pemrograman Bluetooth HC-06
3.5 Eclipse Software (ADT Software)
Aplikasi yang digunakan untuk sistem kendali robot menggunakan
program yang dibuat pada software eclipse. Terdapat 3 bagian penting dalam
program eclipse yaitu file yang berkestensi .java pada folder src, file yang
berkestensi .xml pada folder layout dan android manifest (sebagai pendukung
module seperti launcher, koneksi Bluetooth dan lainnya). R.java adalah file
penghubung antara file yang yang berekstensi .java (pada folder src) dengan file
44
yang berekstensi .xml (pada folder layout). R.java yang terdapat pada folder gen.
apabila R.java tidak ada maka aplikasi yang dibuat tidak akan berjalan karena
penghubung antara file .java dengan file.xml tidak ada. Semua interface yang
telah dibuat pada folder .xml akan dipanggil pada file .java.
Pada program sistem kendali ini dibuat beberapa buah file .java yaitu;
ActivityMain.java, yang kemudian memanggil file main.xml sebagai menu utama
yang ditampilkan sebagai berikut.
Gambar 3.18 Program ActivityMain.java
File ActivityMain.java akan memanggil file activitymain.xml sebagai
interfacenya. Seperti yang ditunjukan pada gambar 3.18 dibawah ini.
45
Gambar 3.19 Program Activitymain.xml