perancangan sistem penyimpanan dan pengambilan …

ELEKTRA, Vol.3, No.1, Januari 2018, Hal. 25 – 36 ISSN: 2503-0221 25

Perancangan Sistem Penyimpanan dan Pengambilan Barang Otomatis Menggunakan Arduino Berbasis Web Database

Feri Siswoyo Hadisantoso dan Afzeri Tamsir

PERANCANGAN SISTEM PENYIMPANAN DAN PENGAMBILAN

BARANG OTOMATIS MENGGUNAKAN ARDUINO BERBASIS

WEB DATABASE

Feri Siswoyo Hadisantoso 1 dan Afzeri Tamsir2

1,2Prodi Teknik Mekatronika, Politeknik Enjinering Indorama, Purwakarta [email protected], [email protected]

Abstrak

Gudang industri merupakan tempat menyimpan hasil produksi yang pada umumnya masih menggunakan cara konvensional dalam proses penyimpanan dan pengambilan barang. Sebuah sistem dirancang untuk membuat sebuah sistem otomatis pada gudang dengan menggunakan arduino dan web untuk sistem penyimpanan dan pengambilan barang, agar proses penyimpanan dan pengambilan barang di gudang penyimpanan bisa dilakukan lebih cepat dan mudah. Pengujian yang dilakukan adalah dengan menggunakan metode pengujian 5 kali trial percobaan pada prototype dengan menyimpan barang dan mengambil barang secara terus menerus sehingga didapatkan hasil yang tepat sesuai antara program dengan sistem yang telah dirancang.

Kata kunci: ASRS; arduino; database, web

1. PENDAHULUAN Gudang di PT. Indorama Synthetics Tbk divisi Continous Plane 3 (CP3) merupakan

tempat menyimpan stok produksi POY. Karton POY disimpan dan dirapihkan pada palet, kemudian disusun pada rak yang telah disediakan dengan bantuan forklift.

Penyimpanan pada rak menggunakan forklift masih dilakukan secara manual,

penyimpanan tidak teratur sehingga ketika akan diambil sulit untuk mencarinya, pendataan

terhadap stok produksi kurang diperhatikan sehingga sering terjadi kehilangan.

Sistem yang akan dibuat adalah sebuah sistem otomatis yang diterapkan di sebuah

gudang dengan sebuah kontrol yang dapat menyimpan dan mengambil barang secara variatif

yang dapat dimonitoring dan data dapat tersimpan di database sehingga proses penyimpanan

dan pengambilan barang akan lebih mudah, cepat dan aman (Gambar 1).

Gambar 1. Sistem penyimpanan dan pengambilan barang otomatis.

Makalah dikirim 5 Desember 2017; Revisi 20 Desember 2017; Diterima 19 Januari 2018

mailto:[email protected]




Sistem ini menggunakan kontroler arduino uno dengan sistem penggerak mengunakan

motor stepper nema 23. Rak box dibuat dalam 3 susun dengan ukuran rak kecil 50 x 50 mm,

ukuran rak besar 75 x 80 mm dan rak dinamis yang berjumlah 3 slot.

2. LANDASAN TEORI 2.1. Automated Storage Retrieval System

Automated storage retrieval system (ASRS) merupakan sebuah sistem yang digunakan untuk menyimpan dan mengambil barang pada rak bersusun secara otomatis. Sistem ini diciptakan dengan tujuan mempersingkat waktu dalam proses penyimpanan dan pengambilan barang pada rak bersusun. Gambar 2 menunjukan contoh ASRS.

Gambar 2. Contoh Automated storage retrieval system.

2.2. Sistem Kontrol Sistem yang mempunyai kemampuan untuk memulai, mengatur dan memberhentikan

suatu proses untuk mendapatkan output yang sesuai dengan yang diinginkan disebut “Sistem Kontrol.” Jika sistem kontrol bekerja secara otomatis (tanpa menggunakan tenaga manusia) maka sistem tersebut dinamakan sistem kontrol otomatis. Setiap sistem kontrol mempunyai tiga elemen pokok, yaitu: input, proses, dan output. Diagram blok elemen dasar sistem kontrol seperti ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Diagram blok elemen dasar sistem kontrol. 2.3. Input

Input merupakan sinyal masukan yang umumnya dihasilkan dari sebuah sensor. Sensor ini adalah suatu alat pengubah (tranduser) yang dapat merubah kuantitas (besaran) fisik menjadi kuantitas (besaran) listrik.

Barcode scanner adalah alat yang digunakan untuk membaca kode-kode berbentuk garis-garis vertikal (disebut dengan barcode) yang terdapat pada kebanyakan produk-produk consumer good. Barcode adalah simbol berbentuk garis-garis yang menyatakan suatu kode atau string karakter, simbol tersebut dapat dibaca oleh suatu barcode scanner. Barcode scanner dan barcode ditunjukan pada Gambar 4. 2.4. Controller Controller merupakan peralatan yang digunakan untuk mengontrol operasi sebuah sistem. Pada penelitian ini digunakan Arduino Uno sebagai controller. A. Arduino Uno

Arduino Uno adalah board mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328, mempunyai 14 pin digital input dan output (beberapa diantaranya memiliki fungsi ganda). 6 pin




sebagai output PWM, 6 pin sebagai input analog yang merupakan osilator kristal 16Mhz, koneksi USB, power jack, ICSP header, dan tombol reset. Ardunio Uno dapat disuplai melalui koneksi USB atau dengan sebuah power suplai eksternal. Suplai eksternal (non-USB) dapat diperoleh dari sebuah adaptor AC ke DC atau baterai. Gambar 5 menunjukan board Arduino Uno.

Gambar 4. Barcode scanner.

Gambar 5. Board Arduino Uno.

B. Driver Motor Stepper

Motor stepper membutuhkan rangkaian driver untuk tegangan dan arus sesuai dengan kebutuhan motor. Driver motor berfungsi untuk mengendalikan arus, pulsa dan arah yang masuk pada motor stepper. Motor stepper driver sirkuit, yang hanya menggunakan 2N2222 NPN transistor dan dioda jenis 1N4001 pengoperasian transistornya digunakan sebagai saklar listrik. Gambar 6 menunjukan rangkaian driver motor stepper.

Gambar 6. Rangkaian driver motor stepper.

Driver stepper TB6600 merupakan driver dengan arus 4,5 A. Driver ini cocok digunakan

dengan motor stepper nema 23. Motor stepper nema 23 yang digunakan adalah motor stepper yang memiliki 4 wire/kabel. Gambar 7 adalah bentuk fisik driver motor stepper TB6600 dan wiringnya.

http://peralatanrobot.wordpress.com/2013/07/02/tips-membuat-rangkaian-motor-driver-stepper-sendiri




Gambar 7. Driver motor stepper TB6600.

2.5. Motor Stepper

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis. Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor. Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik. Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa.

Pada Gambar 8 berikut dapat dilihat prinsip pengendalian motor stepper. Jika seluruh saklar dalam keadaan terbuka (OFF atau berkondisi 0), maka motor berada dalam keadaan diam. Jika saklar ditutup dan dibuka secara bergiliran sebagai berikut, TA, TB, TC, TD, maka motor akan bergerak sejauh 4 langkah (4 x 1,8o) searah jarum jam. Sebaliknya, motor akan bergerak sejauh 4 langkah berlawanan dengan arah jarum jam, jika saklar ditutup dan dibuka menurut urutan TD, TC, TB, TA.

Gambar 8. Motor stepper.

Pada lapisan ini hampir semua persamaan matematika tentang pengukuran sudut atau

trigonometri digunakan. Jumlah kontribusi dari besarnya delay antara pengiriman data berikutnya tentang kondisi robot dan bola adalah karena penghitungan trigonometri yang berulang-ulang setiap siklusnya.

3. Analisis dan Perancangan Sistem 3.1. Analisi Kebutuhan

Dalam upaya merancang sistem, dibutuhkan sebuah sistem penyimpanan dan pengambilan barang yang dirancang dari fungsi dasar pergerakan lengan sesuai dengan sumbunya dengan gerakkan yang akurat. Sehingga diperoleh sistem otomasi yang bekerja sesuai program yang telah dibuat. Sistem yang dibuat harus menjadi solusi dari permasalahan yang ada saat ini yaitu kondisi gudang yang tidak teratur, barang yang susah dicari dan keterlambatan penyimpanan dan pengambilan barang. Maka dibuatlah Automated Storage Retrieving System (ASRS). 3.2. Perancangan Sistem

Untuk memudahkan dalam perancangan sistem maka terlebih dahulu harus membuat perencanaan desain sistem yang akan dibuat. Desain dibuat menggunakan software Autodesk Inventor. Gambar 9 menunjukkan desain sistem secara keseluruhan.

ASRS dibuat dengan kemampuan menyimpan dan mengambil barang pada rak, sesuai dengan titik koordinat yang disimpan di database. Dibuat perancangan sistem pada pergerakan horizontal dan Y guna menjelaskan alur dan proses yang terjadi pada sistem tersebut. Gambar 10 menujukan flow chart sistem ASRS pada pergerakan horizontal dan Y.




Gambar 9. Desain alat.

Gambar 10. Flowchart sistem ASRS.

A. Diagram Blok Device

Diagram blok device menyatakan hubungan dari satu device dengan beberapa device yang saling berkaitan dan memiliki kesatuan kerja. Diagram blok device selengkapnya ditunjukan pada Gambar 11.




Gambar 11. Diagram blok device.

B. Rancangan Slider Horizontal

Slider horizontal adalah sebuah mekanisme pergerakan ke kanan dan ke kiri yang di gerakan oleh sebuah motor stepper. Slider horizontal berfungsi untuk mencari posisi koordinat rak pada sumbu X. Digunakan 2 buah holder, 4 buah linear bearing, dan 2 buah stainless bar berdiameter 16 mm. Holder berfungsi untuk menyangga stainless bar agar tetap pada tempat yang telah di tentukan. Linear bearing meluncur diatas stainless bar, pergerakan lebih halus dan mulus. Gambar 12 menunjukan desain slider horizontal.

Gambar 12. Desain slider horizontal.

C. Rancangan Slider Vertikal

Slider Vertikal adalah sebuah mekanisme pergerakan ke atas dan ke bawah yang digerakan oleh sebuah motor stepper. Slider vertikal berfungsi untuk mencari posisi koordinat pada pergerakan vertikal dan untuk membantu pengambilan dan penyimpanan barang. Karena dalam pengambilan dan penyimpanan barang memanfaatkan pergerakan naik dan turun.

Posisi slider Vertikal ini berada di atas slider horizontal yang akan ikut bergerak ke arah horizontal. Pada slider vertikal digunakan 4 buah holder, 2 buah linear bearing, 2 buah stainless bar berdiameter 12 mm. Gambar 13 menunjukan desain slider vertikal.

Gambar 13. Desain slider vertikal.




D. Rancangan Rak Penyimpanan

Bagian ini berfungsi sebagai penyimpanan. Rak yang dibuat dalam sistem ini memiliki 3 tingkat dengan total slot 14 buah. Rak tingkat pertama dan kedua merupakan rak penyimpanan statis dan masing-masing rak memiliki ukuran tersendiri, untuk rak tingkat pertama berukuran 50 mm x 90 mm sebanyak 6 slot dan untuk rak tingkat kedua berukuran 75 mm x 90 mm sebanyak 5 slot. Gambar 14 menunjukan desain rak penyimpanan.

Gambar 14. Desain rak penyimpanan.

Rak tingkat ketiga merupakan rak yang bersifat dinamis, dimana ruas jarak rak dapat

disesuaikan dengan besar box/barang yang akan disimpan. Rak dinamis memiliki 3 slot penyimpanan. Pada alat ini digunakan box atau kotak penyimpanan sebagai contoh box yang akan diatur dan disimpan pada rak penyimpanan bervariasi. Gambar 15 menunjukan kotak penyimpanan.

Gambar 15. Kotak penyimpanan.

4. Implementasi dan Pegujian

4.1. Perancangan Sistem Setelah melakukan perancangan sistem, maka perancangan tersebut perlu

diimplementasikan ke dalam program agar dapat dilakukan pengujian terhadap sistem. A. Sistem keseluruhan

Automated storage retrieval sistem (ASRS) memiliki ukuran 1125 x 724 x 713 (mm). Rangka ASRS terbuat dari alumunium profil. Mekanisme pergerakan menggunakan linear bearing yang meluncur diatas stainless bar. Penggerak menggunakan motor stepper. Kontroler menggunakan Arduino Uno, memiliki interface dan sistem pendataan (database) yang dirancang sesuai kebutuhan (Gambar 16).




.

Gambar 16. Hasil pembuatan sistem keseluruhan.

A. Slider Horizontal

Perancangan pada horizontal dilakukan agar slider mampu bergerak ke kanan dan ke kiri. Pergerakan ini bertujuan untuk mencari posisi atau koordinat pada sumbu X. Gambar 17 menunjukan hasil pembuatan slider horizontal.

Gambar 17. Slider horizontal.

C. Slider Vertikal

Perancangan pada vertikal dilakukan agar slider mampu bergerak ke atas dan ke bawah. Pergerakan ini bertujuan untuk mencari posisi atau koordinat pada sumbu Y dan membantu saat proses pengambilan atau penyimpanan barang/box. Gambar 18 menunjukan hasil pembuatan slider vertikal.

Gambar 18. Slider vertikal.




D. Panel Kontrol

Panel kontrol berfungsi untuk menyusun modul-modul elektronika agar tersusun rapi. Panel kontrol terdiri dari Arduino Uno, 3 buah driver motor, power supply, dan breadboard. Arduino Uno merupakan controller utama dari alat ini. Gambar 19 menunjukkan kontrol panel dari sistem.

Gambar 19. Kontrol panel.

E. Interface

Interface berfungsi untuk memudahkan komunikasi antara user dengan mesin, dan sebagai media penghubung antara satu subsistem dengan subsistem yang lainnya. Pada alat ini interface dibuat dengan menggunakan visual basic 2010. Interface dibuat sesederhana mungkin agar mudah dipahami dan digunakan oleh user. Gambar 20 menunjukan hasil interface yang dibuat.

Gambar 20. Tampilan interface di PC.

4.2. Analisis Pengujian

Pengujian dilakukan pada sistem yang telah dirancang sesuai dengan kebutuhan. A. Pengujian Slider Horizontal

Hasil pengujian slider horizontal ditunjukkan pada Tabel 1 berikut ini.

Tabel 1. Hasil pengujian slider horizontal

Percobaan ke-

Titik Awal

Posisi yang dituju

Posisi Akhir

Hasil

1 0 8.2 8.2 Tepat 2 0 8.2 8.2 Tepat 3 0 8.2 8.2 Tepat 4 0 8.2 8.2 Tepat 5 0 8.2 8.2 Tepat 6 0 8.2 8.2 Tepat 7 0 8.2 8.2 Tepat




Berdasarkan Tabel 1, kemudian dibuat grafik mengenai kesalahan terhadap titik yang

dituju. Dibuat grafik yang ditunjukan Gambar 21.

Gambar 21. Grafik pengujian slider horizontal.

Dapat dilihat pada grafik bahwa tidak ada eror yang terjadi. Posisi akhir yang dituju sesuai

dengan nilai referensi. B. Pengujian Slider Vertikal

Hasil pengujian slider vertikal ditunjukkan pada Tabel 2 berikut ini.

Tabel 2. Hasil pengujian slider vertikal.

Percobaan Ke-

Posisi Awal

Posisi yang dituju

Posisi Akhir

Waktu Hasil

1 0 33.5 33.5 7.42 Tepat 2 0 33.5 33.5 7.48 Tepat 3 0 33.5 33.5 7.41 Tepat 4 0 33.5 33.5 7.44 Tepat 5 0 33.5 33.5 7.46 Tepat 6 0 33.5 33.5 7.48 Tepat 7 0 33.5 33.5 7.49 Tepat

Berdasarkan Tabel 2, dibuat grafik kesalahan terhadap titik yang dituju seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 22.

Gambar 22. Grafik pengujian slider vertikal.

Dapat dilihat pada grafik bahwa tidak ada eror yang terjadi. Posisi akhir yang dituju sesuai

dengan nilai referensi.

0

5

10

1 2 3 4 5 6 7

Po

sisi

akh

ir

Percobaan ke-

Pengujian sumbu Xpada rak 2B

nilaireferensi

eror

202326293235

1 2 3 4 5 6 7Po

sisi

akh

ir

Percobaan ke-

Pengujian sumbu Ypada rak 1

nilai referensi

eror




C. Pengujian Sistem Keseluruhan Setelah dilakukan pengujian secara manual, kemudian dilakukan pengujian secara

otomatis. Sebelumnya program telah dimasukan pada aplikasi vb yang sudah terkoneksi dengan grbl yang tertanam pada arduino. Program sudah dibuat sedemikian rupa agar alat mampu mencari, mengambil dan menyimpan box/kotak penyimpanan pada rak yang telah disediakan. Dalam memilih kecepatan slider dipertimbangkan beberapa hal, seperti: batas maksimum kecepatan motor agar tidak slip, box/kotak penyimpanan yang berada pada slider agar tidak jatuh, dan lain-lain. Tabel 3 dan 4.menunjukan hasil pengujian penyimpanan dan pengambilan ASRS.

Pada saat proses penyimpanan, sistem akan mencari rak kosong yang terdekat, setelah box tersimpan pada rak, maka database akan menyimpan barcode yang menempel pada box dan rak tersebut akan terinisiasi bahwa sudah ditempati oleh barcode tersebut. Sehingga apabila ada box lain yang akan disimpan, maka tidak akan menempati rak yang sudah terinisiasi oleh barcode tersebut. Begitupun saat proses pengambilan. Setelah barcode terbaca, apabila box tersebut tersedia, maka alat akan mencari posisi box melalui barcode, karena setiap rak memiliki inisiasi barcode masing-masing sehingga koordinat yang dikirimkan oleh database ke kontroler yang selanjutnya dikirim ke driver dan motor stepper untuk mencari posisi tidak akan tertukar.

Tabel 3. Hasil pengujian penyimpanan ASRS.

Titik rak Waktu Hasil

1A 15.43 Sukses 1B 17.02 Sukses 1C 18.10 Sukses 1D 20.10 Sukses 1E 21.11 Sukses 1F 22.65 Sukses 2A 11.84 Sukses 2B 13.51 Belum sukses 2C 15.20 Sukses 2D 16.37 Belum sukses 2E 18.30 Sukses

Tabel4. Hasil pengujian pengambilan ASRS.

Titik rak Waktu Hasil

1A 15.59 Sukses 1B 17.42 Sukses 1C 18.91 Sukses 1D 20.80 Sukses 1E 21.10 Sukses 1F 22.62 Sukses 2A 12.61 Sukses 2B 13.75 Belum sukses 2C 15.13 Sukses 2D 16.16 Sukses 2E 18.28 Sukses

5. Kesimpulan

Automated Storage Retrieving System (ASRS) telah berhasil diimplementasikan dengan baik. Berdasarkan hasil pengujian menunjukkan tidak ada error pada sistem. Ini ditunjukkan dari tujuh kali percobaan program, posisi yang dituju sesuai dengan program yang dibuat. Referensi [1] Bafna KM, Reed R Jr (1972) An Analytical approach to designed high-rise stacker crane

warehouse systems. J Ind Eng 8:8-14




[2] Chang SH, Egbelu PJ (1997) Relative pre-positioning of sorage/retrieval machines in automated sotage/retrieval system to minimize expected system response time. IEE Trans 29(4):313-322..

[3] FIRA robot soccer, http://www.fira.net/ (06-03-2014) [4] Smid, J., Obitko, M. and Sn´aˇsel V. (2004). Communicating Agents and Property-Based

Types versus Objects. In SOFSEM 2004 - Theory and Practice of Computer Science. Prague: MATFYSPRESS, Halaman: 154–163.

perancangan sistem penyimpanan dan pengambilan …

Documents