Kontrol Lengan Robot 4 Servo Dengan Gestur Tangan

Kontrol Lengan Robot 4 Servo Dengan Gestur Tangan

Arnidya Kusumaningrum¹,  Fowel Berliant Risakota², Muhammad Choiril Atho’³, Sena Ekacandra Ardiansyah⁴

Samuel Beta⁵

Email : ¹arnidyaak@gmail.com, ²fowelrisakota66@gmail.com, ³choiriel61@gmail.com, ⁴senafd7@gmail.com,

⁵sambetak2@gmail.com

Jurusan Teknik Elektro, Program Studi D3 Teknik Elektronika
Politeknik Negeri Semarang

Jln. Prof. H. Sudarto, S.H., Tembalang, Semarang, Jawa Tengah, Indonesia. 50275.

Telp. (024)7473417, Website :www.polines.ac.id, email : sekretariat@polines.ac.id

Abstrak - Penggunaan lengan robot dapat menggantikan ataupun meringankan kerja manusia secara langsung. Namun terdapat kendala yaitu sistem user interface lengan robot yang rumit. Oleh karena itu dibutuhkan user interface lengan robot yang mudah untuk dioperasikan. Untuk itu pada proyek ini dibuatlah sistem kendali lengan robot yang memiliki Natural User Interface yang mudah untuk dikendalikan secara nirkabel.  Lengan robot tersebut dapat dikendalikan mengikuti gestur gerakkan telapak tangan dan jari manusia. Gerakan telapak tangan dideteksi oleh sensor MPU6050. Sensor ini dapat mendeteksi perubahan posisi pada sumbu x, y dan z, sehingga lengan robot dapat bergerak sesuai dengan perubahan posisi dari telapak tangan user interface. Pergerakan gripper dideteksi oleh sensor infra red yang terpasang pada jari sarung tangan user interface, sehingga dari pergerakan jari dapat mengontrol pergerakan gripper yang ada pada lengan robot. Mikrokontroler Arduino Uno pada sarung tangan digunakan untuk mengakuisisi data sensor MPU6050 dan sensor infra red. Selanjutnya data tersebut dikirimkan secara wireless menuju Mikrokontoler Arduino Uno pada lengan robot menggunakan modul wireless NRF24L01 sehingga menggerakkan motor servo yang terhubung pada pin PWM arduino uno. Hasil dari proyek kali ini diharapkan dapat  menggantikan ataupun meringankan kerja manusia secara langsung.

Kata Kunci: Robot Arm, Gestur Tangan, NRF24L01, Motor Servo, Arduino Uno.

Absract - The use of robotic arms can replace or alleviate human work directly. But there are obstacles, namely the complicated robot arm user interface system. Therefore we need a robot arm user interface that is easy to operate. For this reason, this project has created a robot arm control system that has a Natural User Interface that is easy to control wirelessly. The robot arm can be controlled following the movements of the palms and fingers of humans. Palm movements are detected by the MPU6050 sensor. This sensor can detect changes in position on the x, y and z axes, so that the robot arm can move according to changes in the position of the palm of the user interface. Gripper movement is detected by an IR sensor mounted on the finger of the user interface gloves, so that finger movement can control the movement of the gripper on the robot arm. Arduino Uno microcontroller on the glove is used to acquire MPU6050 sensor data and IR sensor. Then the data is transmitted wirelessly to the Arduino Uno Microcontoller on the robot arm using the NRF24L01 wireless module so that the servo motor is connected to the arduino uno PWM pin. The results of this project are expected to replace or alleviate human work directly.

Keyword: Robot Arm, Hand gesture, NRF24L01, Servo Motor, Arduino Uno.

I.        PENDAHULUAN

Penggunaan robot dalam kehidupan sehari-hari terus meningkat karena memiliki beberapa kelebihan. Robot memiliki tingkat ketelitian dan produktifitas kerja yang tinggi sehingga dapat meningkatkan volume produksi di suatu industri. Robot dapat bekerja dalam operasi-operasi yang dianggap beresiko tinggi bagi manusia. Selain itu, robot mampu menjalankan proses secara terus menerus yang tidak mampu dilakukan manusia.

Lengan robot adalah salah satu bentuk produksi dalam bidang robotika. Lengan robot dirancang menyerupai tangan manusia. Lengan robot dilengkapi dengan aktuator dan memiliki 3 Degree of Freedom (DOF). Bagian ujung lengan robot bisa berupa perangkat pengelasan, gripper, peralatan mesin, atau peralatan lain yang sesuai dengan fungsi penggunaan lengan robot tersebut. Namun terdapat kendala yaitu sistem user interface lengan robot yang rumit. Oleh karena itu dibutuhkan user interface lengan robot yang mudah untuk dioperasikan. Lengan robot dapat berinteraksi dengan manusia salah satunya dengan hand gesture recognition interface. Dengan interface ini manusia dapat mengendalikan lengan robot melalui gerakkan tangan.

Hand gesture recognition adalah salah satu jenis dari Natural Language User Interface (NLUI). Natural Language User Interface adalah pendekatan baru interaksi antara manusia dan mesin dengan metode atau cara yang alami. Kata ‘alami’ memiliki arti bahwa seseorang dapat melakukan suatu kegiatan secara langsung. Hal ini dapat direalisasikan dengan mengadopsi kebiasaan dan tingkah laku yang melekat secara alamiah pada manusia dan memanfaatkannya sebagai metode input untuk mengoperasikan sistem. Pada penelitian ini dirancang dan diimplementasikan sebuah sistem kendali lengan robot yang memiliki user interface berbasis Natural User Interface yang mudah untuk dikendalikan. Lengan robot yang dapat dikendalikan mengikuti gestur gerakkan telapak tangan dan jari manusia dengan menggunakan sensor gestur MPU 6050 dan sensor infra red.

II.       TINJAUAN PUSTAKA

2.1      Robot Lengan

Gambar 2.1 Lengan robot 4 servo

Robot lengan merupakan bagian atau anggota badan robot selain sistem roda atau kaki. Bagian tangan ini dikenal sebagai manipulator yaitu sistem gerak yang berfungsi untuk memanipulasi (memegang, mengambil, mengangkat, memindah, atau mengolah) obyek. Pada robot industri fungsi mengolah ini dapat berupa perputaran (memasang mur-baut, mengebor/drilling, milling, dll. Pada robot manipulator capit memiliki derajat kebebasan terdiri dari 4 DOF yaitu dudukan untuk berputar, lengan sebelah kanan untuk memajukan lengan, lengan sebelah kiri untuk mengangkat lengan dan baian depan untuk mencapit.

2.2      Arduino Uno

Gambar 2.2 Arduino uno

Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328. Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya. 

2.3      Sensor Accelerometer & Gyro MPU6050

Gambar 2.3 Sensor Accelerometer & Gyro MPU6050

Modul sensor ini memadukan fungsi giroskop dan akselerometer dalam satu sirkuit terpadu (IC/ integrated circuit). Pada fungsi giroskop memiliki sumbu X, Y, Z begitupun pada fungsi akselerometer memiliki sumbu X, Y, Z, dengan digabungkannya akselerometer dan giroskop dalam satu sirkut terpadu menyebabkan pendeteksian gerakan menjadi lebih akurat.

2.4      Motor Servo

Gambar 2.4 Motor servo

Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di set-up atau di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. Motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer. Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo. Penggunaan sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo.

Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di industri, selain itu juga digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada mobil mainan radio kontrol, robot, pesawat, dan lain sebagainya. Ada dua jenis motor servo, yaitu motor servo AC dan DC. Motor servo AC lebih dapat menangani arus yang tinggi atau beban berat, sehingga sering diaplikasikan pada mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil.

2.5      Sensor Infra Red

Gambar 2.5 Sensor infra red

Infra red (IR) detektor atau sensor infra merah adalah komponen elektronika yang dapat mengidentifikasi cahaya infra merah (infra red, IR). Sensor infra merah atau detektor infra merah saat ini ada yang dibuat khusus dalam satu modul dan dinamakan sebagai IR Detector Photomodules. IR Detector Photomodules merupakan sebuah chip detektor inframerah digital yang di dalamnya terdapat fotodiode dan penguat (amplifier).

Bentuk dan Konfigurasi Pin IR Detector Photomodules TSOP. Konfigurasi pin infra red (IR) receiver atau penerima infra merah tipe TSOP adalah output (Out), Vs (VCC +5 volt DC), dan Ground (GND). Sensor penerima inframerah TSOP ( TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules ) memiliki fitur-fitur utama yaitu fotodiode dan penguat dalam satu chip, keluaran aktif rendah, konsumsi daya rendah, dan mendukung logika TTL dan CMOS. Detektor infra merah atau sensor inframerah jenis TSOP (TEMIC Semiconductors Optoelectronics Photomodules) adalah penerima inframerah yang telah dilengkapi filter frekuensi 30-56 kHz, sehingga penerima langsung mengubah frekuensi tersebut menjadi logika 0 dan 1. Jika detektor inframerah (TSOP) menerima frekuensi carrier tersebut, maka pin keluarannya akan berlogika 0. Sebaliknya, jika tidak menerima frekuensi carrier tersebut, maka keluaran detektor inframerah (TSOP) akan berlogika 1.

               

2.6      Modul NRF24L01

Gambar 2.6 Modul NRF24L01 

Modul NRF24L01 adalah modul radio jarak jauh mendukung 2,4 GHz transmisi data nirkabel dengan konsumsi daya yang rendah. Pada modul ini memiliki tiga mode operasi yaitu mode stand by, mode RX (mode receiver), dan mode TX (mode transceiver). Modul ini menggunakan antarmuka SPI untuk berkomunikasi. Memiliki 8 pin yaitu: GND, VDD, CE, CSN, SCK, MOSI, MISO, dan IRQ. Modul nRF24L01 menggunakan GFSK modulasi. Pengguna dapat mengkonfigurasi parameter seperti frekuensi channel, keluaran daya dan kecepatan transmisi di udara. nRF24L01 mendukung kecepatan transmisi 250 kbps, 1 Mbps dan 2 Mbps.

III.      PERANCANGAN ELEKTRONIK

3.1      Komponen

    Adapun komponen yang digunakan yaitu:

    1.     Arduino Uno                                    (2 buah)

    2.     Modul Mpu6050                              (1 buah)

    3.     Modul NRF24L01                           (2 buah)

    4.     Sensor Infra Red                              (1 buah)

    5.     Motor Servo                                     (4 buah)

    6.     Socket adapter board NRF24L01    (1 buah)

3.2      Diagram Blok Sistem

Gambar 3.1 Diagram blok kontrol sarung tangan

Gambar 3.2 Diagram blok lengan robot

Cara kerja diagram blok system :

Pergerakan lengan robot dikendalikan dengan gerakan gestur tangan. Lengan robot akan bergerak ketika sensor gestur dan sensor infra red mendeteksi adanya gerakan. Dari gerakan tersebut akan dikonversi menjadi data pada arduino uno. Lalu data tersebut dikirimkan oleh modul NRF24L01 transmitter dan diterima oleh modul NRF24L01 receiver. Data yang diterima diproses arduino uno untuk menggerakkan motor servo yang ada pada lengan robot. Ketika tangan bergerak ke kanan maka lengan robot bergerak ke kanan dan ketika tangan bergerak ke kiri maka lengan robot akan bergerak ke kiri. Saat tangan bergerak ke atas maka lengan robot akan bergerak ke atas dan ke depan dan ketika tangan bergerak ke bawah makan lengan robot akan bergerak ke bawah dan ke belakang. Ketika jari telunjuk lurus maka transmitter dan receiver sensor infra red terhubung sehingga outputnya berlogik 1 dan gripper terbuka. Ketika jari telunjuk menekuk maka transmitter dan receiver sensor infra red tidak terhubung sehingga outputnya berlogik 0 dan gripper menutup/mencapit.

3.3      Diagram pengawatan

Gambar 3.3 Diagram pengawatan kontrol sarung tangan

Gambar 3.4 Diagram pengawatan lengan robot

3.4      Skematik Rangkaian

Gambar 3.5 Skematik rangkaian kontrol sarung tangan

 

Gambar 3.6 Skematik rangkaian lengan robot

3.5      Diagram Alir

Gambar 3.6 Diagram alir

IV.        PERANCANGAN MEKANIK

Pada lengan robot, mekanik lengan robot terbuat dari akrilik dan terdapat 4 motor servo sebagai penggeraknya. Untuk base dari lengan robot menggunakan kayu 15x30cm. di samping lengan robot terdapat kotak hitam ukuran X5 sebagai tempat arduino uno dan modul NRF24L01.

Pada kontrolnya menggunakan sarung tangan. Pada sarung tangan terdapat arduino uno, sensor gestur, sensor infra red, dan modul NRF24L01. Untuk sensor infra red transmitter dan receivernya terpasang pada ujung dan pangkal jari telunjuk

Gambar 4.1 Perancangan mekanik lengan robot

Gambar 4.2 Perancangan mekanik kontrol sarung tangan

Gambar 4.3 Perancangan mekanik keseluruhan

V.        HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

5.1      Hasil pengujian

Pada tahap pengujian, akan diuji 2 hal yaitu pengujian hubungan modul NRF24L01 transmitter dan NRF24L01 receiver dan pengujian dan pengujian kendali sarung tangan terhadap pergerakan lengan robot.

Tabel 5.1 Pengujian hubungan modul NRF24L01

No	NRF24L01 transmitter	NRF24L01 receiver
1	Hello World!	Hello World!
2	Msg[0]	Msg[0]
3	Msg[1]	Msg[1]
4	Msg[2]	Msg[2]
5	Msg[3]	Msg[3]

Tabel 5.2 Pengujian gerakan lengan robot terhadap sensor gestur

No	Gerakan Tangan	Data Output Sensor	Gerakan lengan Robot
1	Kanan	X = 90°	Ke kanan
2	Kiri	X = -90°	Ke kiri
3	Atas	Y = 90°	Ke atas dan ke depan
4	Bawah	Y = -90°	Ke bawah dan kebelakang

Tabel 5.3 Pengujian gerakan lengan robot terhadap sensor infra red

No	Gerakan Jari	Data Output Sensor	Gerakan Gripper
1	Lurus	Logik 1	Membuka
2	Menekuk	Logic 0	Menutup/mencapit

Video demo alat

5.2      Analisa

Pada hasil pengujian, modul NRF24L01 dapat saling berkomunikasi dengan mengirim dan menerima pesan teks “Heloo World!” dan paket data Msg[] yang berisi data output sensor gestur (dapat dilihat pada tabel 5.1). pada tabel 5.2 sensor gestur dapat mendeteksi gerakan tangan yaitu berupa data posisi. Saat tangan bergerak ke kanan data output sensor gestur X = 90° maka lengan robot bergerak ke kanan. Saat tangan bergerak ke kiri data output sensor gestur X = -90° maka lengan robot bergerak ke kiri. Saat tangan bergerak ke atas data output sensor gestur Y = 90° maka lengan robot bergerak ke atas dan ke depan. Saat tangan bergerak ke bawah data output sensor gestur Y = -90° maka lengan robot bergerak ke bawah dan ke belakang. Pada tabel 5.3 sensor infra red digunakan untuk menggerakkan gripper. Saat jari telunjuk lurus maka transmitter dan receiver sensor infra red terhubung dan output sensor belogik 1 sehinnga gripper terbuka. Saat jari telunjuk menekuk maka transmitter dan receiver sensor infra red tidak terhubung dan output sensor belogik 0 sehinnga gripper tertutup/mencapit.

VI.      KESIMPULAN DAN SARAN

6.1      Kesimpulan

                1.     Pergerakan lengan robot dapat dikendalikan dengan gestur tangan menggunakan sensor 

                        MPU6050 dan sensor infra red dengan pemroses arduino uno

                2.     Pengontrolan lengan robot secara nirkabel menggunakan modul NRF24L01

                3.     Lengan robot bergerak pada 3 sumbu yaitu x, y, dan z

6.2      Saran

    1.     Diharapkan kedepannya proyek ini dapat dikembangkan lagi

    2.     Sebaiknya motor servo di beri driver motor agar pengontrolannya lebih baik

    3.     Sebaiknya untuk sumber daya lengan robot dan kontrol sarung tangan menggunakan 

            baterai agar lebih praktis

VII.    REFERENSI

    1.     Gita Tri Wardana, Dedy Eko Setiawan, Abdul Rahman, Nanda Prasetia,“Robot Lengan 

            Pemindah Barang Berdasarkan Ukurannya Berbasis Mikrokontroler”,Universitas 

            Sumatera Utara, 2014.

    2.     Khoirudin Fathoni,”Perancangan dan Implementasi Kendali Lengan Robot Berbasis 

            Pengenalan Gerak dengan Joystick Accelerometer” ,Universitas Telkom,2011.

    3.     Ahmad Zambarkah S S,Nur Sultan Salahuddin,Sri Poernomo Sari,”Alat Pembaca 

            Gerakan Lengan Menggunakan Accelerometer Dan Gyroscope Untuk Menggerakkan 
       Robot Lengan”,Universitas Gunadarma,2017.

LAMPIRAN
1. Jurnal
2. Program
3. Diagram Blok
4. Diagram Alir
5. Diagram Pengawatan
6. Skematik Rangkaian
7. PPT



BIODATA PENULIS

Arnidya Kusumaningrum. Penulis dilahirkan di Semarang, 12 Februari 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri Sambiroto 01, SMP Negeri  33 Semarang, dan SMA Negeri 15 Semarang. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.17.0.05.
Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui E-mail : arnidyaak@gmail.com

Fowel Berliant Risakota. Penulis dilahirkan di Jepara, 21 Juni 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri 02 Bangsri, SMP Negeri 01 Bangsri, dan SMA Negeri 15 Semarang. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.17.0.10.

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui E-mail : fowelrisakota66@gmail.com

Muhammad Choiril Atho'. Penulis dilahirkan di Kendal, 10 April 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri 01 Penjalin, SMP Negeri 02 Brangsong, dan SMA Negeri 01 Kaliwungu. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.17.0.17.

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui E-mail : choiriel61@gmail.com

Sena Ekacandra Ardiansyah. Penulis dilahirkan di Jepara, 06 April 1999. Penulis telah menempuh pendidikan formal di SD Negeri 04 Panggang, SMP Negeri 01 Jepara, dan SMA Negeri 01 Jepara. Pada tahun 2017 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru diploma (D3) di kampus Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi D3 Teknik Elektronika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM. 3.32.17.0.23.

Apabila terdapat kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa menghubungi melalui E-mail : senafd7@gmail.com