Laporan Akhir Tumer - Kelompok 8 Fix

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:



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 :



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.

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


pada lengan dua ketika menarik dengan sudut 45 derajat pada garis normal

(Yusuf, 2015)

49


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


= 12V x 5.2A

= 62.4 W


= 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


= (3 x 93.24) + 26000

= 26187.2 W


= (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

Documents

Laporan Akhir Tumer - Kelompok 8 Fix