BAB I

PENDAHULUAN

I. 1 Latar Belakang Masalah

Dalam era globalisasi, Indonesia mengalami era baru yaitu otomatisasi dan

robotisasi, yang dimasa orde baru hal ini tidak boleh dilakukan karena alasan

pengangguran. Tetapi sejak 1998, sudah dijumpai penggunaan robot-robot

industri pada industri manufaktur.

Perkembangan robot tidak lepas dari perkembangan pada bidang lain,

misalnya teknologi computer media online, servo mekanisme, dll. Robot adalah

perlengkapan yang berfungsi untuk menggantikan atau membantu pekerjaan

manusia yang berat dan teliti.

Dari buku “Robotic An Introduction” karya Douglas R. Malcolm Jr. telah

dijelaskan bahwa robot industri dapat dibagi menjadi tiga tingkatan, yang masing-

masing memiliki karakteristik unik, yaitu :

1. Low-Technology Robots

Robot teknologi rendah ini memiliki karakteristik sebagai berikut

Robot ini memliki dua sampai empat axes dengan menggunakan controller

non-servo, arah gerakan axes umumnya berupa gerakan turun naik dan pada

axes terakhirnya memliki gerakan berputar /rotating gripper. Untuk

pembebanan maksimum pada end effector mempunyai interval antara 3 sampai

13.6 kg.Siklus waktu setiap gerakan dari suatu posisi ke posisi tertentu adalah

sangat penting dalam operasi robot yang tergantung dari payload dan panjang

lengan manipulator, siklus waktu dari robot ini adaqlah sangat tinggi antara 5

sampai 10 detik. Repeatability atau akurasi dari manipulator terhadap ketepatan

posisi dari suatu titik, mempunyai repeatability tinggi yaitu 0.05 sampai 0.025

mm.Untuk actuation atau penggerak xesnya menggunakan motor listrik.

2. Medium-Technology Robots

Robot teknologi sedang ini memliki karakteristik sebagai berikut :

Seperti halnya pada robot teknologi menengah, robot ini biasanya digunakan

untuk mengambil , menempatkan suatu benda dan untuk pembebanan suatu

1

mesin.Untuk jumlah axesnya, terdapat axes tambahan yaitu wrist axis / axis

putar yang dihubungkan pada end effector dari robot. Axis yang ditambahkan

bis berjumlah dua atau tiga axis. Jumlah axes dasar dari robot ini berjumlah

tiga axis dan ditambahkan lagi tiga axis wrist yang dinamakan roll axis, bend

axis, yaw axis berupa gerakan berputar. Jadi jumlah axis total dari robot ini

berjumlah lima sampai enam axis. Untuk payload, robot ini memiliki angka

yang lebih besar dari robot teknologi rendah, payload berkisar antara 68 sampai

150 kg. Gerakan dari robot mmeliki siklus waktu yang lebih besar dari robot

teknologi rendah. Setiap gerakan yang menjangkau 25 sampai 65 cm

mengambil waktu satu detik, untuk gerakan putar waktu untuk satu detik

menjangkau gerakan 150 cm. Untuk repeatability karena tambahan axis maka

tingkat akurasi tidak sebaik robot teknologi rendah, mengambil akurasi /

repeatability sekitar 0.2 sampai 1.3 mm. Untuk actuation menggunakan dua

tipe motor yitu hydraulic dan listrik untuk payload yang lebih tinggi. Sistem

controller mengunakan dasar microprocessor yaitu 8-bits atau 16 bits

3. High Technology Robots

Robot teknologi tinggi ini biasdanya dipakai dalam industri untuk pengambilan

bahan, pengecatan, mengelas titik, mengelas bunga api, dan berbagai macam

pengerjaan yang memungkinkan pengerjaan dengan robot. Karakteristik dari

robot ini sebagai berikut :

Robot teknologi tinggi memiliki 6 sampai 9 derjat kebebasan / axis. Untuk

pembebanan / payload hamper sama dengan robot teknologi menengah yaitu 68

sampai 150 kg. Siklus waktunya hamper sama denga robot teknologi menengah

yang membedakannya adalah siklus waktu dari masing-masing axis.

Repeatabilty robot ini memiliki akurasi antara 0,4 sampai 1 mm. Penggeraknya

menggunakan tipe penggerak hydraulic dan motor listrik. Sistem controller

menggunakan 16-bi microprocessor, dengan komponen tambahan berupa

sensor, vision system, off-line programming, dan alat lain yang menmbah

kemampuan robot ini.

Dalam perancangan robot industri harus memenuhi beberapa syarat.

Persyaratan robot industri menurut Isaac Asimov yaitu :

1. Robot tidak boleh melukai makhluk

2

2. Robot harus patuh pada perintah

3. Robot harus dapat melindungi diri sendiri

Pada tulisan ini akan ditinjau satu jenis robot yaitu robot industri buatan

Yaskawa Motoman seri EA 1900 N. Robot ini merupakan tipe Vertical

Articulated (robot dengan struktur tegak) yang mempunyai enam derajat

kebebasan ( 6 axes ) dimana pada end effector dapat dipasang perlengkapan untuk

mengelas dengan bunga api ( arc welding ) dan untuk controller menggunakan

seri NX 100.

Gambar 1.1 Robot Motoman EA 1900N & Controller NX 100

I. 2 Tujuan Penulisan

1. Memenuhi tugas dari mata kuliah robot industri

2. Menambah ilmu dan pengetahuan tentang robot industri dalam aplikasi

kenyataannya disamping dasar teori dari buku penunjang

I. 3 Metode Penulisan

Pengerjaan makalah ini menggunakan metode pencarian dan pengumpulan

data mengenai jenis robot motoman EA1900N di situs internet dari Yaskawa

Motoman Company yaitu www. Motoman.com.

3

I. 4 Rumusan dan Batasan Masalah.

Sudut pandang makalah ini dititikberatkan pada pembahasan mengenai

bagian-bagian robot EA1900N itu sendiri diman terdiri dari pembahasan :

1. Struktur robot ( ukuran, jangkauan, working area )

2. Sistem penggerak robot ( motor penggerak yang dipakai, transmisi, dsb. )

3. Spesifikasi robot ( repedibility, payload, dll. )

4. End Effector yang bisa dipasang

4

Bab II

Struktur, Jangkauan, dan Working Area

2.1 Struktur Robot

Robot Motoman seri EA1900N merupakan vertical articulated robot yang

memiliki 6 derajat kebebasan pada masing-masing axis / joint. Untuk 3 axis utama

terdiri dari S atau θ pada waist atau sweep, L atau W axis pada lengan bawah /

shoulder, U axis pada elbow / lengan atas. Sedangkan axis tambahannya terdiri

dari tiga axis yaitu roll axis / R axis pada wrist, B axis atau pitch axis pada yaw,

terakhir T axis / roll axis pada wrist tempat end effector dari robot ini.

Berikut ini akan dijabarkan interval maximum dari gerakan masing-masing axis /

joint dan ukuran dari dari masing-masing appendage ( panjang lengan yang

digerakkan oleh axis / joint ) yaitu :

1. S axis ( sweep / waist )

memiliki ukuran tinggi lengan 505 mm dan jangkauan gerakan maksimum ±

180º dan diameter waist 260 mm

2. L axis ( lower arm / shoulder )

memliki panjang lengan 160 mm dan jangkauan sudut gerakan maksimum

sebesar + 155º / -110º

3. U axis ( upper arm / elbow )

memiliki ukuran tinggi lengan 220 mm dan jangkauan gerakan maksimum +

255º / -165º

4. R axis ( wrist roll )

memiliki panjang 970 mm ( merupakan gabungan panjang elbow upper arm

dengan lengan wrist roll ini ) dan jangkauan gerakan maksimum ± 150º

5. B axis ( pitch / yaw )

memiliki ukuran panjang 122 dan jangkauan gerakan maksimum + 180º / -45º

6. T axis ( Wrist twist / end effector )

memliki ukuran tinggi 78 mm, diameter wrist 56 mm dan jangkauan gerakan

maksimum ± 200º

5

2.2 Jangkauan dan Working Area

Gambar 2.1 Working Area EA 1900 N

Robot Motoman seri EA1900N memiliki jangkauan horizontal sebesar

1904 mm kearah depan, 1604 mm arah horizontal ke belakang. Sedangkan

jangkauan maksimum yang akan dicapai lengan robot arah vertical sebesar 3418

mm.

Untuk robot yang mempunyai koordinat articulate, working area atau work

envelopes membentuk tear-shaped area bila ditinjau dari tampak samping.

Sedangkan pada robot EA 1900N, karena robot ini mampu dipasang pada bidang

diatas lantai dan jangkauan gerakan tiap axes mampu menjangkau sudut yang

lebih besar dari robot articulated pada umumnya maka area kerja yang dapat

dibentuk oleh lengan-lengan robot adalah membentuk area bulan sabit yang

hamper menjangkau area berbentuk lingkaran bila dilihat dari tampak samping.

Untuk arah vertical ke atas dan bawah mampu menjangkau jarak sebesar 3418

mm dan arah horizontal menjangkau jarak sebesar 1904 mm ke depan, 1604 mm

sebesar arah ke belakang.

Untuk working area bila dilihat dari tampak atas robot, membentuk area

lingkaran penuh dengan lubang di titik pusatnya tempat struktuir robot diletakkan.

6

Jari-jari lingkaran luarnya sebesar jangkauan horizontal arah depan yaitu 1904

mm. Sedangkan jari-jari lingkaran dalam sebesar 518 mm. Robot ini mampu

membentuk area lingkaran penuh disebabkan karena sudut jangkauan yang

mampu dibentuk oleh S-axis atau waist axis sebesar ±180º.

Untuk gambaran lebih lengkap working area dari robot Motoman EA1900N dapat

dilihat pada gambar diatas.

7

BAB 3

Sistem Penggerak Robot

3.1 Motor Penggerak

Robot Motoman EA1900N mengunakan motor penggerak elektrik berupa

AC servo motor untuk menggerakkan lengan-lengan tiap axis dari manipulator

yang dihubungkan dengan sistem transmisi untuk mengurangi kecepatan putar

dari motor. Untuk tiap-tiap axis dipasang satu motor listrik lengkap dengan sistem

transmisi kecuali untuk axis B dan T menggunakan satu motor yang dihubungkan

dengan sistem transmisi belt dan bevel gear.

Untuk motor AC Servo biasanya terdiri dari empat komponen yang menjadi satu

kesatuan yaitu komponen motor, sirkuit sistem servo, gear sets, dan casingnya.

Dapat dilihat seperti gambar berikut

Gambar 3.1 Komponen Motor AC Servo

8

3.1.1 Motor AC

Gambar 3.2 Motor AC Servo

Penggunaan motor AC pada robot memiliki beberapa keuntungan

dibandingkan dengan motor DC diantaranya suplai daya listrik dapat langsung

dihubungkan dengan sistem transmisi listrik langsung dari suatu pabrik industri

karena arus yang bekerja bolak-balik sebaliknya motor DC memerlukan pengubah

daya dari AC ke DC, ukuran motor AC jauh lebih kecil dibanding motor Dc

sehingga sesuai untuk perancangan suatu robot, untuk daya input yang sama,

Tidak diperlukan komutator atau brush dan perawatan motor AC lebih minimum

dari motor DC.

Motor AC bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromgnetik, Stator

motor sebagai kutub magnet bila dialiri arus listrik akan berubah sifat sebagai

magnet menghasilkan medan magnet, karena pengaruh medan magnet ini akan

menginduksi konduktor rotor menhasilkan arus induksi yang selanjutnya

menghasilkan medan magnet pada rotor dengan kutub berbeda dari stator,

sehingga perbedaan kutub menhasilkan torsi pada poros rotor. Untuk gambar

proses dapat dilihat seperti gambar dibawah ini

9

Gambar 3.3 Proses Induksi pada Motor AC Induksi

Stator dari motor AC induksi tidak bergerak, untuk menghasilkan gerakan, medan

magnet di stator harus bergerak. Metode yang digunakan untuk memutar medan

magnet stator digambarkan seperti gambar dibawah ini

Gambar 3.4 Metode Memutar Medan Magnet Stator

10

Motor AC Induksi mempunyai dua bentuk tipe diantaranya : Motor Squirrel Cage

( sangkar tupai ) dan Motor Lilitan Kawat ( wire wound ). Perbedaan mencolok

dari dua tipe motor ini adalah pada motor sangkar tupai, desain rotor berbentuk

sangkar tupai dimana konduktor dibuat dari bahan alumunium atau dengan

tembaga. Namun pada motor Wire-wound rotornya berupa lilitan kawat sebagai

konduktornya. Ketika Wire Wound distart, rotornya memiliki resistensi yang tiggi

sehingga menghasilkan torsi start tinggi. Tahanan rotor yang besar disebabkan

tahanan lilitan yang dihubungkan dengan slip ring, ketika kecepatan sudah

mencapai kecepatan yang sesuai, nilai tahanan variable akan berkurang. Motor

wire wound memiliki beberapa keuntungan bila digunakan menggerakkan

manipulator diantaranya mempunyai akselerasi yang smooth untuk pembebanan

yang rendah, tidak terjadi overheating pada motor, torsi start tinggi yang akan

mempermudah pengerakkan beban awal. Untuk mempermudah prinsip kerja

motor sangkar tupai dan motor wire wound dapat dilihat seperti gambar dibawah

ini

3.1.2 Sistem Servo Motor

Pada sistem robot teknologi medium dan teknologi tinggi, untuk

meletakkan manipulator pada end effector pada lokasi titik tertentu haruslah

dibuat sangat akurat. Dengan demikian dibutuhkan mekanisme penggerak yang

mempunyai sistem control terhadap posisi dan kecepatan axis untuk

ditransmisikan ke kontroler. Sistem control motor ini dinamakan sistem servo.

Sistem servo yang digunakan pada motor ada dua yaitu sistem loop terbuka dan

loop tertutup. Khusus untuk robotik digunakan sistem loop tertutup karena sistem

ini menyediakan feedback untuk posisi manipulator yang akurat.

11

Gambar 3.5 Sistem Servo Close Loop

Gambar diatas mengilustrasikan loop servo untuk mengukur kecepatan dan posisi

dari sebuah axis. Input dari sistem servo datang dari kontroler, data posisi yang

telah siap diprogram, dikirim ke komparator input posisi lalu amplifier

meningkatkan kekuatan signal dari komparator posisi dan dikirim ke komparator

kecepatan. Pada komparator ini, signal kecepatan feedback dari axis telah

disiapkan dengan program kecepatan. Jika ada perbedaan kecepatan antara

program kecepatan dan kecepatan actual maka servo akan menyesuaikan

kecepatan. Dari komparator kecepatan, data-data tersebut dibawa ke amplifier

untuk ditingkatkan kondisi signal lalu dibawa ke kontrol mekanisme servo. Servo

ini berupa kontrol elektronik atau hydraulic servo valve sebagai contoh SCR,

Mikroprocessor. Pulsa-pulsa dari servo control dimasukkan ke motor untuk

memutar axis.

Dua komponen feedback digunakan pada operasi servo gambar diatas.

Komponen tersebut berupa transducer yang mengkonvert/mengubah bentuk suatu

enrgi menjadi bentuk energi yang lain. Tachometer generator mengkonvert

kecepatan actuator menjadi pulsa elektrik, operasi ini memberikan feedback

kecepatan. Untuk pengukuran posisi digunakan absolute encoder yang

mengkonvert posisi angular ke signal posisi feedback berupa electric pulsa. Kedua

macam pulsa ini akan dibandimgkan dengan data program input. Bila ada

perbedaan/error akan disesuaikan sistem servo.

12

Gambar 3.6 Feedback

Transducer yang digunakan untuk menentukan ketepatan posisi pada robot

motoman EA1900N adalah optical encoder yaitu absolute encoder dengan output

10 bit. Enkoder dibuat dari empat dasar komponen yaitu light source, disk, sensor,

conditioning elektronik. Komponen disk akan diletakkan pada poros motor listrik.

Gambar 3.7 Komponen Utama Encoder

Absolute encoder memberikan 10 channel pada disk. Ketika disk diputar oleh

poros motor, cahaya dari source melewati disk menghasilkan kode digital. Kode

ini diubah menjadi output pada sirkuit Counter Parallel. Output code memberikan

informasi posisi pada kontrolel. Kode output berupa binary code, BCD code, Gray

Code. Absolute encoder menghasilkan 10 bit output signal

Gambar 3.8 Absolute Encoder

13

Kontroler robot teknologi tinggi mempunyai sistem servo dengan

menggunakan microprocessor. Sistem microprocessor menggunakan programmed

servo signal dari data posisi control untuk menggerakkan axis pada posisi yang

diinginkan. Program ini bisa berasal dari Teach Pendant atau dari Controller

memory. Untuk penjelasan lebih lengkap dapat dilihat gambar berikut

Gambar 3.9 Controller Robot dengan Microprocessor

3.2 Sistem Transmisi Drives

Pada Robot untuk mereduksi putaran tinggi ( misal untuk putaran motor

3000 rpm) dari output poros motor ke putaran rendah ( misal untuk kecepatan

sudut 1º/s yang setara dengan 1rpm )yang diperlukan oleh axis manipulator robot,

diperlukan sebuah reducer berupa sistem transmisi putaran . Masing-masing

14

motor tiap axis robot EA 1900N dilengkapi dengan sistem transmisi pengurang

putaran. Untuk teknologi terbaru dari reducer dipergunakan sistem transmisi

Harmonic Drives untuk mengurangi torsi putaran dari robot. Sedangkan pada axis

B dan T diperlukan sistem transmisi tambahan timing belt atau synchronious belt

dan bevel gear disamping harmonic drives untuk dua motor pada bagian kiri dan

kanan manipulator axis R.

3.2.1 Harmonic Drives

Dipasang pada tiap motor untuk mengurangi/mereduksi putaran output

yang tinggi. Harmonic drives dibuat dari tiga komponen yaitu flexspline, wave

generator, dan circularspline.

Gambar 3.10 Harmonic Drives

Circularspline memutar stasioner komponen lain drive. Circularspline berbentuk

komponen berdinding tebal dengan roda gigi spline didalamnya. Wave generator

berbentuk elip, sebagai komponen bantalan penyangga didalam flexspline. Ketika

wave generator dipasang didalam cylindrical flexspline yang fleksibel, flexspline

menjadi berbentuk elips. Flexypline membuat kontak dengan dengan

circularspline di dua titik yang saling berhadapan berbentuk sudut 180º dan

giginya saling kontak di dua titik tersebut. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada

gambar diatas.

Harmonic drives dihubungkan dengan berbagai actuator/poros motor ke

manipulator untuk mengurangi putaran motor ( reduction gear ) dan pengurangan

torsi. Gear Reduction dibentuk ketika wave generator diputar. Satu putaran wave

generator searah jarum jam akan memutar flexspline searah jarum jam juga.

Flexspline akan membuat kontak dengan dua titik pada circular spline demgam

15

gear ratio 2 : 1. Jadi jumlah total gear ratio harmonic drive kalau wave generator

diputar adalah bisa mencapai harga 80 : 1 sampai 320 : 1. Ratio ini tidak bisa

didapatkan oleh sistemtransmisi lainnya. Disamping ukuran dan bentuk harmonic

drives membutuhkan ruangan relative kecil sehingga cocok dipasang pada robot.

3.2.2 Sistem Transmisi B dan T axis

Gambar 3.11 Sistem Transmisi pada B dan T Axis

Karena kondisi fisik dari robot pada lengan tempat axis B, maka perlu

dipasang dua motor pada lengan yang digerakkan axis R. Dari output motor

dipasang masing-masing satu timing belt yang akan menggerakkan axis B lengkap

dengan pulinya. Untuk Axis T dipasang seperangkat bevel gear berbentuk huruf T

memberikan gerakan rotasi pada output roda gigi bevel.

Belts menyediakan memberikan biaya lebih murah untuk mentransmisikan

daya. Juga memberikan gerakan smooth dan tenang pada setiap gerakan kerjanya.

Jenis belt yang digunakan pada robot ini adalah Synchronous belt. Belt ini

mempunyai gigi-gigi pada permukaan kontak, begitu juga dengan pulinya

mempunyai gigi-gigi. Synchronous belt menyediakan sistem transmisi dengan

grip positive, dimana arah gerakan belt bisa dirubah sesuai keperluan

Gambar 3.12 Timing / Sychronous belt

16

Untuk transmisi yang memutar T axis diperlukan bevel gear dengan input

dari B axis.

Gambar 3.13 Bevel Gear

Pada bevel gear input putaran dari dua penggerak akan berubah susunan gerakan

rotasi membentuk sudut 90º. Gear ratio dari bevel gear ini adalah 1 : 1. Pada

gambar jika dihubungkan dengan aplikasi pada robot, input dari timing belt 1

memutar gear 1 berlawanan arah jarum jam dan input timing belt 2 memutar gear

2 searah jarum jam maka output pada gear 3 akan berputar berlawanan jarum jam

dimana poros gear 3 akan dihubungkan dengan end effector dari robot. Gerakan

end effector ini bisa dibuat bolak balik

17

BAB IV

Spesifikasi Robot

4.1 Spesifikasi Umum Robot EA1900N

18

4.2 Spesifikasi Controller NX 100

19

BAB V

End Effector

End effector dari sebuah robot dibagi menjadi dua klasifikasi yaitu Gripper

(tangan) dan End-of-arm tooling. Gripper digunakan untuk memegang dan

membawa suatu bagian benda dari suatu lokasi ke lokasi lainnya, benuk dibuat

hamper mirip dengan tangan manusia. Sedangkan end of arm tooling berfungsi

untuk mengoperasikan suatu alat Bantu proses seperti arc welding, spot welding,

mngedrill, mengecat (sprays) dll.

Robot Motoman EA1900N digunakan untuk fungsi mengelas dengan

bunga api (arc welding), end of arm tooling berupa arc welding gun, yang

dipasang pada manipulator terakhir robot. Pemasangan end effector pada end

manipulator dapat menimbulkan kerusakan bila pross gerakan end effector

terhambat sesuatu, unuk mencegah kerusakan tersebut dapat dipasang alat safety

joint antara manipulator dan end effector

Gambar 5.1 Safety Joint

Safety joint dilengkapi dengan electronic switch/circuit yang dihubungkan dengan

kontoller. Ketika safety joint rusak, switch akan aktif dan mengirimkan signal ke

robot kontrolel untuk memperingatkan telah terjadi kerusakan pada penghubung

end effector dengan end manipulator

Untuk controller arc welding dapat dilihat pada gambar berikut

20

Gambar 5.2 Controller Arc Welding

Hal-hal yang perlu diperhatikan untuk kontroler robot arc welding adalah

kontroler mampu menyuplai tegangan, arus , wire feed untuk operasi arc welding,

harus bisa menyesuaikan kecepatan axis selama proses operasi, harus mempunyai

program untuk membersihkan nozzle unit arc welding, harus mampu

menyesuaikan tegangan dan arus untuk welding, harus bisa mengganti parameter

pengelasan, dan terakhir robot harus bisa menghasilkan siklus waktu siklus waktu

produksi yang efisien untuk mengelas, dimana ditunjukkan seperti gambar

dibawah ini

Gambar 5.3 Efisiensi Siklus Waktu untuk Arc Welding Robotic

Kesemuanya hal tersebut membutuhan sebuah kontroller untuk operasi mengelas

dan kontroler untuk keseluruhan operasi robot

Untuk instalasi pemasangan alat arc welding gun, Robot EA 1900N

memiliki keunggulan yaitu menggunakan kabel internal untuk mendukung fungsi

21

pengelasan yang berpengaruh terhadap peningkatan umur kabel, mempermudah

gerakan robot dalam mengelas sehingga mengefisienkan siklus waktu.

Gambar 5.4 Robot EA 1900N Gambar 5.5 End Effector Arc Welding

22

DAFTAR PUSTAKA

1. Sumber Internet, 2004, www. Motoman.com

2. Malcolm Jr., Douglas R., 1985, Robotics An Introduction, Breton Pubblishers,

California

23