7

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Sistem Pneumatik

Sistem pneumatik yang dalam bahasa Yunani ‘pneuma’ yang artinya udara

atau angin. Dengan kata lain pneumatik adalah semua sistem yang menggunakan tenaga

yang disimpan dalam bentuk udara yang dimampatkan. Pneumatik merupakan teori atau

pengetahuan tentang udara yang bergerak, keadaan-keadaan keseimbangan udara dan

syarat-syarat keseimbangan. Pneumatik menggunakan hukum-hukum aerodinamika

yang menentukan keadaan keseimbangan gas dan uap.

Pneumatik dalam pelaksanaan teknik udara mampat dalam industri merupakan

ilmu pengetahuan dari semua proses mekanik dimana udara memindahkan suatu gaya

atau gerakan. Jadi pneumatik meliputi semua komponen mesin atau peralatan, dalam

mana terjadi proses-proses pneumatik. Dalam bidang kejuruan teknik pneumatik dalam

pengertian yang lebih sempit lagi adalah teknik udara mampat (udara bertekanan).

Memang sistem elektronik mempunyai respon yang sangat cepat terhadap

sinyal control. Tetapi sistem pneumatik mempunyai daya tahan yang lebih baik. Dalam

beberapa aplikasi sistem pneumatik dapat bekerja dalam atmosfer yang tidak bisa

dilakukan oleh sistem elektronik dan sistem pneumatik juga dapat digunakan dalam

kondisi basah (Mulianto, E. Suanli, dan T. Sutanto, 2002).

8

Pneumatik dibeda-bedakan ke dalam bidang menurut tekanan kerjanya, dari

bidang tekanan sangat rendah (1,001-1,1 bar), pneumatik tekanan rendah (1,2-2,0 bar),

pneumatik tekanan menengah atau disebut juga pneumatik tekanan normal (2-8 bar) dan

pneumatik tekanan tinggi (>8 bar).

Gambar 2.1 Hukum boyle Mariotte’s Law

2.1.1 Keuntungan dan kerugian sistem pneumatik

Beberapa keuntungan dalam penggunaan atau penerapan sistem pneumatik,

antara lain:

a. Ketelitian yang tinggi dari peralatan-peralatan pneumatik yang konstruksinya

semakin baik memungkinkan suatu pengerjaan yang hampir tidak memerlukan

perawatan dalam jangka panjang.

9

b. Merupakan media/fluida kerja yang mudah didapat dan mudah diangkut udara

dimana saja tersedia dalam jumlah yang tak terhingga.

c. Udara bertekanan adalah bersih. Kalau ada kebocoran pada saluran pipa,

benda-benda kerja maupun bahan-bahan disekelilingnya tidak akan menjadi

kotor.

d. Dapat bertahan lebih baik terhadap keadaan-keadaan kerja tertentu. Udara

bersih ( tanpa uap air ) dapat digunakan sepenuhnya pada suhu-suhu yang

tinggi atau pada nilai-nilai yang rendah, jauh di bawah titik beku ( masing-

masing panas atau dingin ).

e. Aman terhadap kebakaran dan ledakan.

f. Menguntungkan karena lebih murah dibandingkan dengan dengan komponen-

komponen peralatan hidraulik. Dan Pneumatik adalah 40 sampai 50 kali lebih

murah daripada tenaga otot. Hal ini sangat penting pada mekanisasi dan

otomatisasi produksi.

g. Konstruksi yang kompak dan kokoh.

h. Memiliki beberapa tekanan kerja sesuai dengan kebutuhan pemakain (1

sampai 15 bar).

i. Dapat dibebani lebih ( tahan pembebanan lebih ) .Pada pembebanan lebih alat-

alat udara bertekanan memang akan berhenti, tetapi tidak akan mengalami

kerusakan. Alat-alat listrik terbakar pada pembebanan lebih.

Selain keuntungan adapun kerugian dalam menggunakan sistem pneumatik

adalah sebagai berikut:

10

a. Tidak mungkin untuk mewujudkan kecepatan-kecepatan torak dan pengisian

yang tetap, tergantung dari bebannya.

b. Suatu silinder pneumatik mempunyai kemampuan daya tekan yang terbatas.

c. Suatu gerakan teratur hampir tidak dapat diwujudkan apabila terjadi perubahan

beban.

2.1.2 Komponen-komponen Pneumatik

Dalam penggunakan aplikasi sistem pneumatik sangat penting untuk kita

memilih komponen-komponen yang tepat, komponen-komponen pneumatik dibagi atas

beberapa bagian (Krist, T., dan Ginting, D., 1993);

a. Sumber energi (energi supply) seperti kompresor, tangki udara (reservoir), unit

penyiapan udara (air service unit), unit penyalur udara (air distribution unit)

dan lain-lain.

b. Actuator (actuator), seperti silinder kerja tunggal, silinder kerja ganda dan lain-

lain.

c. Elemen control (control element), seperti katup jenis 5/2, 3/2, flow regulator,

dan lain-lain.

d. Elment masukan (input elments), seperti sensor, tombol, pedal, roller dan

sebagainya.

11

a. Sumber energi (Energi Supply)

Pada sistem pneumatik sumber energi didapatkan dari udara, dalam penelitian

ini nantinya didapatkan dari kompressor. Kompressor berfungsi untuk menampung

udara yang ada sehingga udara tersebut nantinya dapat digunakan untuk sumber energi

sistem pneumatik.

Prinsip kerja dari sumber energi pada sistem pneumatik adalah udara

dimampatkan sehingga udara yang ada berkumpul dan mempunyai energi untuk

menggerakan sistem pneumatik. Energi inilah yang digunakan pada sistem pneumatik

tersebut.

Komponen-komponen yang digunakan untuk mendapatkan udara mampat

antara lain, kompresor (air compressor) sebagai penghasil udara mampat, tangki udara

(reservoir) sebagia penyimpan udara, unit persiapan udara (air service unit) untuk

mmpersiapkan udara mampat, dan unit penyalur udara (air distribution unit) untuk

menyalurkan udara mampat kepada komponen-komponen pneumatik

b. Aktuator (actuator)

Aktuator merupakan salah satu output sistem, dalam hal ini adalah sistem

pneumatik. Pada penelitian ini nantinya akan menggunakan beberapa komponen-

komponen sistem pneumatik, seperti:

a. Silinder pneumatik kerja ganda (Double Acting Cylinder)

12

Pada silinder tipe ini pergerakan maju dan mundurnya di atur dengan sumber

angin yang di mampatkan pada lubang bagian depan atau belakangnya.

b. Katup pneumatik (Valves)

Katup pneumatik adalah sebagai komponen pengatur secara mekanik dari

pergerakan silinder baik kondisi torak maju maupun mundur.

b.1 Silinder kerja ganda (double acting cylinder)

Silinder kerja ganda (double acting cylinder) memiliki lubang untuk

memasukan dan mengeluarkan angin pada kedua ujungnya.

Bila sumber angin dimasukkan melalui lubang dibagian belakang silinder maka torak

akan bergerak maju dan angin akan keluar melalui lubang bagian depan silinder.

Kondisi ini biasa dikatakan dengan kondisi extend.

Demikian sebaliknya jika sumber angin dimasukan melalui lubang depan silinder maka

torak akan bergerak mundur dan angin akan keluar melalui lubang bagian belakang

silinder. Kondisi ini biasa dikatakan dengan kondisi retract.

13

Gambar 2.2 Ilustrasi cara kerja silinder kerja ganda

c. Elemen kontrol (control element)

Elemen kontrol merupakan komponen pneumatik yang digunakan untuk

mengendalikan aliran udara yang masuk dan keluar, tekanan atau tingkat aliran (flow

rate) dari udara mampat yang akan disalurkan kepada komponen-komponen pneumatik

lain sebagai input atau pada aktuator. Elemen Kontrol dapat dibagi menjadi beberapa

kategori, yaitu:

a. Katup satu arah (non-return valves).

b. Katup control aliran (flow control valves).

c. Katup control tekanan (pressure control valves).

Katup satu arah (non-return valves) merupakan suatu komponen pneumatik

yang berfungsi untuk melewatkan sinyal pneumetik dari satu isi dan menghambat sinyal

yang datang dari sisi yang lain.

14

Katup kontrol aliran (flow control valves)merupakan komponen pneumatik

yang berfungsi untuk mengatur besarnya volume udara mampat yang ingin dialirkan

baik satu arah maupun dua arah, sehingga kecepatan (speed) silinder dapat diatur sesuai

kebutuhan. Dilihat dari arah aliaran katup pengontrol aliran dibedakan menjadi dua

jenis, yaitu throttle valve (2 arah) dan one-way flow control (1 arah).

Katup control tekanan (pressure control valves) merupakan komponen

pneumetik yng berfungsi untuk memanipulasi tekanan udara mampat dan juga

komponen ini dapat bekerja dengan udara mampat yang telah dimanipulasi.

Katup tipe 5/2 merupakan katup yang memiliki 5 lubang dan 2 pergerakan

secara mekanik yaitu gerakan mekanik yang menentukan silinder dalam kondisi maju

atau silinder dalam kondisi mundur.

Gambar 2.3 Ilustrasi Cara kerja katup 5/2

Rincian kondisi gambar pertama pada gambar 2.2 yaitu lubang 1 sebagai

sumber angin masuk dari kompresor menuju lubang 2 untuk kemudian dialirkan ke

lubang silinder bagian depan yang menyebabkan silinder bergerak mundur yang

15

mengakibatkan angin keluar melalui lubang silinder bagian belakang dan masuk ke

lubang katup 4 kemudian dikeluarkan melalui lubang 5, dan lubang 3 dimampatkan.

Rincian kondisi gambar kedua pada gambar 2.2 yaitu lubang 1 sebagai sumber angin

masuk dari kompresor menuju lubang 4 untuk kemudian dialirkan ke lubang silinder

bagian belakang yang menyebabkan silinder bergerak maju yang mengakibatkan angin

keluar melalui lubang silinder bagian depan dan masuk ke lubang katup 2 kemudian

dikeluarkan melalui lubang 3, dan lubang 5 dimampatkan.

d. Elemen masukan (input element)

Element masukkan adalah komponen-komponen yang menghasilkan suatu

besaran atau sinyal yang diberikan kepada sistem sebagai masukkan untuk menjalankan

sistem kepada langkah sistem berikutnya. Elemen-elemen pada pneumatik terdiri dari

switch dan sensor. Seperti tombol, tuas pedal, roller, dan sebagainya.

Sensor yang digunakan dalam pneumatik terdiri dari:

Sensor Proximity adalah sensor yang aktif tanpa kontak langsung dengan

aktuator yang terdiri dari:

• Sensor Kapasitif mendeteksi ada atau tidaknya suatu benda.

Simbolnya dapat dilihat pada gambar di bawah ini:

16

Gambar 2.4 Sensor Kapasitif

• Sensor Induktif mendeteksi benda yang terbuat dari logam.

Simbolnya dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.5 Sensor Induktif

• Sensor Optik untuk mendeteksi warna suatu benda berdasarkan

pantulan yang dihasilkan. Untuk benda yang berwarna hitam maka

pantulan yang dihasilkan hampir tidak ada sedangkan benda lain

dilihat berdasarkan terang gelapnya. Simbolnya dapat dilihat pada

gambar dibawah ini:

17

Gambar 2.6 Sensor Optik

• Sensor Magnetik untuk mendeteksi benda yang memiliki unsur

magnetik.

Sensor Non Proximity adalah sensor yang berhubungan langsung dengan

aktuator. Salah satu contoh sensor Non Proximity yaitu Roller Switch. Sensor

ini mendeteksi penekanan pada roller tersebut (sama seperti saklar biasa).

Simbolnya seperti pada gambar dibawah ini:

Gambar 2.7 Roller Switch

2.1.3 Symbol dan standarisasi dalam pneumatik

Pada pneumatik telah ditetapkan standar lambang-lambang bagan untuk unsur

hubungan antar komponen pneumatik, sehingga hubungan-hubungan yang direncanakan

18

menjadi jelas. Lambang-lambang hubungan ini ditetapkan dalam ISO 1219-1976

mengenai “Circuit symbol for fluidic equipment and sistem”.

Setiap penomoran dan pemberian huruf pada setiap komponen mengikuti

ketentuan DIN ISO 5599-3. Selain itu terdapat ketentuan keamanan sistem pneumatik

yang diatur dalam ketentuan VDI 3229 mengenai “Technical Design Guidelines for

Machine Tools and other Production Equipment”. (Lihat lampiran simbol-simbol

standar pnematik).

Komponen pneumatik dan simbolnya Berupa: Sumber energi, katup dan

berbagai port serta mekanismenya Pengkondisi fluida, Sambungan fluida.

19

20

Gambar 2.8 Daftar Simbol Pneumatik

2.1.4 Penerapan-penerapan Sistem Pneumatik

Penerapan sistem pneumatik digunakan sebagai penggerak berbagai mesin

perkakas, peralatan dan alat mesin-mesin produksi khusus. Dalam perusahan-perusahan

21

pembangunan misalnya untuk penggetar beton, mesin getar (mesin-mesin tumbuk jalan).

Alat pendobrak pneumatik.

Dalam perusahaan pertambangan sebagai pembor batu pneumatik, penggeser

batu pneumatik (buldozer). Dalam dunia transportasi sebagai rem-rem untuk lokomotif,

sinyal-sinyal dan pintu simpangan kereta api pneumatik.

Sedangkan dalam dunia industri seperti pengemasan, stempel barang,

embossing, pemutar pendorong, dan sebagainya.Sistem pneumatik umumnya banyak

digunakan sebagai sistem automasi.

2.2 PLC(Programmable Logic Kontroller)

Salah satu jenis sistem kontrol dapat di aplikasikan ke berbagai bidang adalah

Programmable Logic Controller (PLC). Transisi dari sistem kontrol yang sudah ada

sebelumnya yaitu sistem kontrol berbasiskan relay dan juga kemudahan troubleshooting

sistem merupakan faktor-faktor yang membuat PLC sering digunakan.

Penerapannya meliputi berbagai jenis industri mulai dari industri rokok,

otomotif, petrokimia, kertas, bahkan sampai pada industri tambang, misalnya pada

pengendalian turbin gas dan unit industri lanjutan hasil pertambangan. Kemudahan

transisi dari sistem kontrol sebelumnya (misalnya dari sistem kontrol berbasis relay

mekanis) dan kemudahan trouble-shooting dalam konfigurasi sistem merupakan dua

faktor utama yang mendorong populernya PLC ini

22

NEMA (The National electrical Manufacturers Association)

mendefinisikan PLC sebagai piranti elektronika digital yang menggunakan memori

yang bisa diprogram sebagai penyimpan internal dari sekumpulan instruksi dengan

mengimplementasikan fungsi-fungsi tertentu, seperti logika, sekuensial, pewaktuan,

perhitungan, dan aritmetika, untuk mengendalikan berbagai jenis mesin ataupun proses

melalui modul I/O digital dan atau analog. (http://www.elektroindonesia.com/elektro/

instrum11.html)

2.2.1 Pengertian dan sejarah perkembangan PLC

Pengertian PLC adalah suatu sistem yang dapat bertindak sebagai manipulator,

eksekutor, atau memonitor keadaan proses yang cepat, dengan instruksi data yang

programmable dan dapat menyimpan instruksi data yang sudah jadi. PLC menerima

inputan dan menghasilkan output berupa sinyal-sinyal listrik untuk mengendalikan

sistem melalui suatu proses. Pemrosesan pada PLC sifatnya bertahap atau sekuensial

(sequential process), yaitu berjalan secara bertahap menuju kondisi akhir yang

diharapkan, artinya sub proses tertentu baru bisa dieksekusi setelah sub proses

sebelumnya sudah selesai di eksekusi.

Teknologi PLC pertama kali diperkenalkan pada kisaran tahun 1968-1970

dengan tujuan sebagai alternatif sistem kontrol relay yang rumit. Pada tahun 1980-an

saat microprocessor mudah didapatkan, dengan memori yang murah, fitur input dan

output yang fleksibel generasi PLC modern dimulai (http://www.control-system-

23

principles.co.uk). Pada tahun 1990-an pemakaian PLC semakin meluas beriringan

dengan meluasnya penjualan Personal Computer (webb dan reis, 1995).

Sekarang aplikasi PLC terhadap microcomputer semakin sering temukan

karena merupakan instrumen yang berguna, dengan banyak fungsi dan fitur. Saat ini jika

PLC yang berkualitas rendah dapat mengontrol stasiun mesin otomatis dan banyak

reaktor kimia dengan skala menengah, maka PLC yang besar dan berkualitas baik dapat

mengontrol satu pabrik dengan sistem otomatisasi yang menyeluruh.

2.2.2 Bagian – bagian PLC

Pada dasarnya PLC terdiri empat unit utama yaitu:

1. Program memory adalah instruksi tempat penyimpanan kontrol logic yang

sekuensial.

2. Data memory adalah tempat penyimpanan status switch,nilai terakhir dari data

dan data lain yang sedang bekerja.

3. Output devices adalah bagian hardware atau sotware driver untuk actuator dari

proses industrial, seperti switch solenoid, motor dan valve.

4. Input devices adalah bagian hardware atau sotware driver untuk sensor dari

proses industrial, seperti switch status sensor dan detektor proximity.

Skematik dari suatu sistem berbasiskan PLC dapat dilihat pada gambar

dibawah ini.

24

Gambar 2.9 Skematik dari suatu sistem berbasiskan PLC (Mulianto, E. Suanli, dan T.

Sutanto, 2002)

a. Processor

Processor dari PLC berfungsi untuk menyimpan dan menjalankan

program, bagian memori processor khusus digunakan untuk menyimpan

instruksi – instruksi user program. Arah aliran informasi dalam mengambil

instruksi dari memori user program ke dalam CPU adalah sebagai berikut:

1. Mengambil informasi I/O dari image dan data numerik dari variabel data

memori.

2. Menjalankan instruksi.

3. Pembuatan keputusan logic mengenai keadaan yang sebenarnya dari

output dan muncul dalam output image table.

Blok diagram dari suatu processor pada PLC dapat dilihat pada

gambar dibawah ini.

25

Gambar 2.10. Blok diagram processor pada PLC (Candra, 2006)

b. Input / Output

Modul masukan (input) mempunyai fungsi untuk menerima sinyal

dari unit pengindera, dan memberikan pengaturan sinyal, terminasi, isolasi,

maupun indikator keadaan sinyal masukan. Sinyal-sinyal dari

piranti pengindra akan di-scan dan keadaannya akan dikomunikasikan melalui

modul antar muka dalam PLC.

Modul keluaran (output) mengaktifkan berbagai macam piranti

seperti aktuator hidrolik, pneumatik, solenoid, starter motor. Fungsi modul

keluaran lainnya mencakup conditioning, terminasi dan juga pengisolasian

sinyal-sinyal yang ada. Proses aktifasi itu tentu saja dilakukan dengan

pengiriman sinyal-sinyal diskret dan analog, berdasarkan sifat PLC sendiri

yang merupakan piranti digital. (Widyanahar,1998).

26

c. Memori

Memori merupakan elemen processor yang berupa IC (integrated

circuit). Berikut tipe memori semi konduktor:

a. RAM (Random Access Memory) adalah tipe memori yang fleksibel dalam

membaca dan menulis data.

b. ROM (Read Only Memory) adalah tipe memori yang dapat dibaca

datanya tetapi tidak dapat ditulisi.

c. EPROM (Erasable Programable Only Memory) dapat diprogram secara

elektis, dan merupakan media penyimpanan yang permanen untuk ladder

diagram.

2.2.3 Keuntungan dan kerugian menggunakan PLC

Pemakaian PLC mempunyai banyak sekali keuntungan diberbagai bidang,

diantaranya dapat melakukan tiga macam tipe kontrol:

a. Kontrol sekuensial

Aplikasinya:

• Pengganti relay kontrol logic konvensional.

• Timer / pencacah.

• Mesin kontrol auto/semi-auto/manual dari berbagai proses di industri.

b. Kontrol canggih

Aplikasinya:

• Operasi aritmatika.

27

• Penanganan informasi.

• Kontrol analog pada suhu dan tekanan.

• Kontrol motor.

c. Kontrol pengawasan

Aplikasinya:

• Proses monitor dan alarm.

• Monitor dan diagnosa kesalahan.

• Jaringan otomatisasi dengan pabrik.

Keuntungan lain dalam penggunaan PLC dapat dilihat pada point-point

berikut:

a. Modifikasi lebih mudah tanpa biaya tambahan.

b. Biaya total dalam membuat suatu proyek lebih rendah dan dapat dikalkulasi

dengan akurat.

c. Fleksibilitas PLC dapat digunakan ke berbagai macam aplikasi.

d. Tingkat kehandalan yang tinggi.

e. Mudah dalam melakukan pemrograman, pemeriksaan, atau perbaikan jika

terjadi kesalahan pada program.

f. PLC yang sudah terprogram dapat dicoba secara virtual dan di evaluasi

kembali.

g. Metode pemrograman dengan logika boolean.

h. Tingkat kecepatan operasi yang tinggi dan akurat.

i. Tingkat keamanan yang tinggi.

28

j. Observasi secara visual yaitu saat operasi sedang dijalankan pada PLC dapat

langsung dilihat pada monitor.

k. Maintenance yang mudah.

l. Perangkat kontroler standar.

m. Network sistem memungkinkan kendali antar lebih dari satu PLC secara

integreted dan bisa bersifat informatif.

n. Disipasi daya yang cukup kecil dibanding dengan relay yang perlu energi

tambahan untuk menggerakannya.

PLC tidak banyak mempunyai kelemahan. Kerugian penggunaan PLC dapat

dilihat pada point berikut:

a. Getaran dan perubahan suhu yang cepat dapat memperpendek usia PLC.

b. Kesulitan dalam mengubah logika berfikir seorang pakar relay menjadi logika

berfikir programmer PLC.

2.2.4 Perangkat Pemrograman

Setiap produsen PLC menciptakan bahasa tersendiri untuk setiap model PLC,

Jadi untuk melakukan pemrograman PLC dibutuhkan modul khusus. PLC dapat

terhubung dengan PC lewat sambungan serial.

Secara umum bahasa pemrograman PLC dapat dibagi menjadi beberapa bahasa

seperti:

29

A. LDR (ladder diagram)

Jenis bahasa ini merupakan rangkaian skematis yang berbentuk

seperti tangga, dimana terdapat dua garis vertikal utama yang menunjukkan

garis daya (power line) dan terdapat serangkaian simbol yang disusun secara

horisontal. Setiap instruksi pada ladder diagram dinyatakan dalam simbol yang

mirip dengan rangkaian listrik.

Dalam pemakaian instruksi, hendaknya selalu diikuti pengisian

nomor referensi atau alamat di atasnya. Instruksi kontak dan koil adalah

komponen standar untuk melakukan pemrograman.

a. kontak adalah sebagai input device yang dapat di-set untuk switch

eksternal, flag, dan fungsi timer. Instruksi kontak dapat di-set menjadi

dua keadaan yaitu normaly open atau normaly close.

b. Instruksi koil adalah sebagai output device yang dapat di-set untuk

mengendalikan motor, solenoid, flag dan proses aktuator lainya.

Komponen dasar untuk melakukan pemrograman dengan ladder diagram

dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 2.11 komponen dasar pemrograman ladder diagram

30

B. STL (Statement list)

Pada statement list instruksi pemrograman dilakukan dengan

menggunakan format teks. Berikut adalah instruksi yang terdapat pada

statement list :

Gambar 2.12 Daftar instruksi pada statement list

Kelebihan penggunaan statement list dibandingkan dengan ladder

diagram adalah:

• Pada penerapan logika dapat dengan cepat diterapkan.

• Lebih cepat digunakan untuk program dengan percabangan yang banyak.

• Pemrograman berdasarkan perintah yang sering digunakan pada bahasa

pemrograman yang lain. Dengan demikian user menjadi lebih terbiasa.

• Lebih flexible terhadap kemauan user.

C. BASIC (Beginners’s All-purpose Symbolic Instuction Code)

BASIC adalah bahasa pemrograman PLC yang bersifat prosedural

yang mudah digunakan, sangat baik jika digunakan untuk kontrol sekuensial

tetapi tidak baik untuk melakukan kontrol paralel. Bahasa BASIC

menggunakan format teks dalam pemberian instruksinya.

31

2.3 Sistem yang Dikendalikan

Objek yang digerakkan dan dikendalikan oleh sistem pneumatik serta PLC

adalah sebuah mobile robot dengan menggunakan motor sebagai penggerak. Dalam

pembuatan mobile robot tersebut ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu bagian

fisik mekanik dari robot serta intelegensia dari robot tersebut. Mekanik dari robot terdiri

dari struktur robot berikut berikut komponen pendukungnya. Sedangkan intelegensia

dari robot meliputi sistem pengendalian alat yang dipakai, algoritma pemrograman yang

diberikan pada robot, penginderaan dan sebagainya. Dalam penelitian ini, hanya akan

diteliti dan dikembangkan unsur mekanik dari robot, pergerakan khusus robot tersebut,

dalam hal ini pergerakannya adalah menaiki dan menuruni tangga, dan juga

penginderaan pada robot, berupa pendeteksi tangga dan dinding. Selain penginderaan

robot juga harus dapat memberikan respon terhadap indera tersebut, maka dibutuhkan

suatu motor pada penelitian ini.

PLC bekerja mengendalikan berbagai plant yang kita miliki. Mengingat sinyal-

sinyal yang ditanganinya bervariasi dan merupakan informasi yang memerlukan

pemrosesan saat itu juga, maka sistem yang kita miliki tentu memiliki perangkat

pendukung yang mampu mengolah secara real time dan bersifat multi tasking,. Anda

bayangkan bahwa pada suatu unit pembangkit tenaga listrik misalnya, PLC Anda harus

bekerja 24 jam untuk mengukur suhu buang dan kecepatan turbin, dan kemudian

mengatur bukaan katup yang menentukan aliran bahan bakar berdasarkan informasi

suhu buang dan kecepatan di atas., agar didapatkan putaran generator yang diinginkan!

Pada saat yang sama sistem pelumasan turbin dan sistem alarm harus bekerja baik baik

di bawah pengendalian PLC. Suatu piranti sistem operasi dan komunikasi data yang

32

andal tentu harus kita gunakan. Teknologi cabling, pemanfaatan serat optik, sistem

operasi berbasis real time dan multi tasking semacam Unix, dan fasilitas ekspansi yang

memadai untuk jaringan komputer merupakan hal yang lazim dalam instalasi PLC saat

ini.

2.3.1 Definisi Robot

Istilah “robot” berasal dari buku yang berjudul “Rossum’s Universal Robot”,

(RUR) yang ditulis pada tahun 1921 oleh Karel Capek (Lorenzo Sciaviscco and Bruno

Sicilliano, 1996), seorang yang berkebangsaan Checz. Pada bukunya dijelaskan robot

berasal dari Slav Robota yang berarti pekerja yang spesial. Kamus besar The Heritage

Dictionary mengartikan robot adalah sebuah peralatan mekanik eksternal yang dapat

mengerjakan pekerjaan manusia atau mempunyai tindakan seperti manusia. Pada tahun

1970-an Robot Institute of America (Mulianto, E. Suanli, dan T. Sutanto, 2002)

mendefinisikan robot industri sebagai sebuah manipulator multifungsi yang dapat

diprogram ulang, yang dirancang untuk memindahkan materi, benda, alat, atau peralatan

khusus melalui gerakan dengan pemrograman variabel untuk melakukan tugas yang

bervariasi

Menurut Robotics Industry Association (1985) (Krist, T., dan Ginting, D.,

1993), robot didefinisikan sebagai suatu manipulator banyak fungsi yang dapat

diprogram ulang yang dirangcang untuk memindahkan material, komponen, perkakas,

atau piranti khusus untuk meningkatkan kinerja berbagai tugas. Robot juga didefinisikan

oleh Ron Arkin (1998) sebagai sebuah mesin yang mampu meng-ekstrak informasi dari

33

lingkungannya dan menggunakan pengetahuan tentang lingkungannya untuk beraksi

secara selamat dengan cara yang sesuai yang diinginkan oleh pemrogramnya.

Japanese Industrial Robot memberikan definisi robot menjadi enam tingkatan

(Fu et al, 1987, ppl-6), yaitu:

a. Peralatan manual (manual handling devices).

b. Peralatan mengangkat dan meletakkan (pick and place devices).

c. Manipulator yang variabelnya dapat diprogram secara berurutan

(programmable variable sequence manipulator),

d. Robot yang diajar secara manual (robot taught manually).

e. Robot yang dikendalikan dengan sebuah bahasa pemrograman (robots

controlled by a programming language).

f. Robot yang dapat beraksi terhadap lingkungannya (robots which can react to

their environment).

Seorang penulis buku fiksi ilmiah terkenal dari Rusia yang bernama Isaac

Asimov memberikan tiga aturan penting mengenai sebuah robot, yaitu:

a. Robot tidak boleh melukai manusia.

b. Robot harus patuh pada perintah yang diberikan manusia, kecuali bila perintah

tersebut melanggar hukum pertama.

c. Robot dapat harus menjaga eksistensi dirinya sendiri, kecuali bila terjadi

pelanggaran terhadap hukum pertama dan kedua.

34

Dengan melihat penjelasan-penjelasan diatas, secara umum robot harus

memiliki sebuah intelegensia yang berasal dari algoritma pemrograman yang dibuat

berdasarkan sistem pengendalian dan penginderaannya.

2.3.2 Kegunaan Robot

Sesuai dengan definisi robot pada sub bab di atas, maka terdapat banyak

kegunaan dari robot (http://www.control-system-principles.co.uk). Secara umum

kegunaan robot adalah untuk menggantikan kerja manusia yang membutuhkan ketelitian

yang tinggi atau mempunyai resiko yang sangat besar atau bahkan mengancam

keselamatan manusia.

Sebagai contoh, seseorang yang bekerja di bagian welding di sebuah industri

assembling kendaraan, akan mempunyai resiko kecelakaan kerja yang cukup tinggi.

Maka untuk mengurangi resiko kerja tersebut perlu digunakan robot yang menggantikan

kerja manusia di bidang tersebut, sehingga resiko kecelakaan kerja dapat dikurangi

bahkan dihilangkan.

Robot dapat juga berguna sebagai service robot (robot yang melayani

manusia). Salah satu contoh service robot adalah Asimo.

2.3.3 Klasifikasi Umum Robot

Berdasarkan sifat dari mobilitasnya, robot dapat diklasifikasikan kedalam 2

bagian, yaitu:

35

a. Fixed Robot, robot yang memiliki ruang kerja yang terbatas, pada base (bagian

dasar robot) diletakkan pada sebuah benda tetap seperti panel atau meja.

b. Mobile Robot, robot yang memiliki ruang kerja yang luas, pada bagian base

robot dilekatkan sebuah alat gerak seperti roda atau ban serta kaki.

• Wheeled robot, robot yang bergerak dengan menggunakan perputaran

roda atau ban.

• Walking/Legged robot, robot yang bergerak dengan menggunakan

perpindahan kaki.

2.3.4 Bagian-bagian Umum Robot

Berdasarkan buku Robot Invasion yang diciptakan oleh Dave Johnson (2002),

robot memiliki bagian-bagian penting sebagai struktur fisik dan intelegensia dari robot,

yaitu:

a. Base

Base adalah badan dari sebuah robot. Base dapat terbagi menjadi dua,

yaitu yang dapat bergerak dan tidak bergerak. Robot yang dapat bergerak

dinamakan mobile robot, sedangkan yang tidak bergerak dinamakan static

robot.

36

b. Processor

Processor adalah bagian intelegensia sebuah robot. Bagian ini yang

dapat menentukan robot menjadi lebih pintar atau membuat keputusan. Cepat

lambatnya robot mengambil keputusan didasarkan pada processor yang

digunakan oleh robot tersebut.

c. Sensor dan Aktuator

Pada sebuah robot dapat diibaratkan indera pada robot seperti mata,

telinga, hidung adalah sebuah sensor. Sensor digunakan sebagai pendeteksi

adanya suatu halangan, benda, ataupun variabel lain yang dapat mempengaruhi

cara kerja serta perilaku dari robot tersebut. Selain memiliki indera robot juga

memiliki komponen seperti otot pada manusia. Fungsi otot pada robot

digantikan oleh aktuator. Aktuator sendiri berfungsi untuk menggerakkan atau

memberikan respon terhadap sensor yang diterima oleh robot.

2.3.5 Struktur Mekanika Robot

Mekanika adalah suatu ilmu yang menggambarkan dan memperhitungkan

kondisi benda yang diam atau bergerak karena pengaruh gaya yang beraksi pada benda.

Pada umumnya mekanika dibagi menjadi tiga bagian besar, yaitu mekanika benda tegar,

mekanika benda berubah-ubah, dan mekanika fluida. Sedangkan mekanika benda tegar

akan terbagi lagi menjadi statika (berhubungan dengan benda diam) dan dinamika

(berhubungan dengan benda bergerak).

37

Penelitian ini dibatasi hanya akan menjelaskan mekanika benda tegar statika.

Sifat statis dari sebuah robot merupakan perhitungan keseimbangan dari struktur robot

tersebut dalam berbagai postur.

Dalam melakukan perancangan struktur robot pada penelitian ini, terdapat

unsur mekanik dan unsur pneumatik. Letak dari komponen mekanik maupun pneumatik

akan mempengaruhi keseimbangan statis dari strukur robot tersebut.

2.3.6 Definisi Motor

Motor DC (Direct Current) atau motor arus (http://www.bexi.co.id) searah

termasuk dalam kategori jenis motor yang paling banyak digunakan baik dalam

lingkungan industri maupun elektronik. Motor DC memiliki 2 jenis, yaitu motor DC

brushed dan motor DC brushless. Motor DC brushed akan menghasilkan kecepatan

langsung dari sumber energy DC yang diaplikasikan pada motor.

Keuntungan menggunakan motor DC brushed adalah torsi yang besar, daya

tahannya baik dan mudah untuk mengontrol kecepatan motor. Kerugian dari motor DC

brushed adalah perawatan tinggi dan waktu penggunaan hanya sebentar apabila

menggunakan aplikasi yang berat dan kecepatannya lebih lambat dibandingkan motor

brushless. Motor DC brushless merupakan suatu solusi dari kelemahan yang

ditimbulkan motor DC brushed. Tipe motor DC ini mempunyai keuntungan dari motor

DC brushless, termasuk daya pakai yang lama, perawatan yang mudah, dan efisiensi

yang baik. Kerugian menggunakan motor DC brushless adalah torsi yang dihasilkan

lebih kecil dan pengaturan kontrol kecepatan yang lebih rumit.

38

Pada penelitian ini hanya dibatasi dengan menggunakan motor DC tipe

brushed karena pada aplikasinya motor brushed memiliki torsi yang besar sehingga

mampu menggerakkan robot dari satu tempat ke tempat yang lain dengan beban yang

ada. Motor DC brushed ini juga nantinya akan digunakan untuk mengatur kecepatan

pergerakan mobile robot dalam menaiki dan menuruni tangga.

2.4 Analisa Stabilitas dan Keseimbangan

Analisia kestabilan adalah kajian atas proses perkembangan suatu sistem yaitu

seberapa jauh perkembangan sistem yang dimodelkan menyimpang dari titik

keseimbangan yang akan dicapainya (http://www.tutor.com. my/tutor

/daily/eharian_04.asp?h=40318&e= STPM&s= EKO&ft=FTN). Analisa ini dibutuhkan

untuk menjaga agar sistem ini tetap seimbang dalam melakukan pergerakan. Sistem

memperoleh keadaan keseimbangan bila jumlah momen yang terdapat pada sistem

tersebut adalah nol.

Apabila tidak seimbang akan mengakibatkan sistem akan terjatuh. Hal ini

harus dihindarkan agar sistem dapat berjalan sebagaimana mestinya. Untuk menghindari

hal ini, maka ada berbagai macam cara, salah satunya adalah dengan memberi beban

tambahan pada sistem sehingga mendapatkan keseimbangan. Berikut adalah gambarang

tentang stabilitas dan keseimbangan.

39

Gambar 2.13 Ilustrasi titik keseimbangan

Pada gambar diatas dapat dijelaskan bahwa gambar bagian A adalah gambar

posisi ideal keseimbangan. Sedangkan pada bagian B apabila bagian kanan tidak diberi

beban yang sesuai, maka sistem akan terjatuh. Dengan pertimbangan gambar diataslah

tercetus ide menerapkan sistem pemindah beban pada sistem ini agar keseimbangan

dapat dicapai.