SISTEM PENGENDALI LENGAN ROBOT DENGAN

INTERFACING JAVA BERBASIS

ATMEGA8535

Naskah Publikasi

Diajukan oleh :

Masykuri Syaifullah 07.01.2263

JURUSAN TEKNIK INFORMATIKA

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER

AMIKOM YOGYAKARTA

2010

 

 

 

 

SISTEM PENGENDALI LENGAN ROBOT DENGAN

INTERFACING JAVA BERBASIS

ATMEGA8535

Masykuri Syaifullah

Jurusan D3 Teknik Informatika

STMIK AMIKOM YOGYAKARTA

ROBOT ARM CONTROL SYSTEM WITH JAVA

INTERFACING BASED ATMEGA8535

ABSTRACT

Humans currently confronted with machines, robots and electronic equipment is increasingly sophisticated and complex it takes a special ability to control it. Therefore, an interfacing that is used to control the equipment with ease badly needed by humans. In this final project will describe on the application that was built to control a robot arm based ATMega8535 using JAVATM programming language that can run on various platforms including mobile phones.

The shooting went system consists of two units of interdependent systems and can’t be walked alone desktop applications and the system is a robotic arm. On this desktop application running on the java virtual machine on a computer that has a DB-9 serial connector, then this application will pass data through cables connected to this connector and a robotic arm. so that the robot has become the second system will move in accordance with commands sent within the data by users.

The results of this project showed that the control of robots, especially robotic arm with interfacing using java is much more effective and easier. because users only need to use a mouse or keyboard to run it and also because the controlling application built using java language so this application can run without having to think about compatibility of a specific operating system already installed java runtime environment. In future development side of controlling the application may be passed in the Internet network so that it can be used, although from a very far distance, anywhere and can be used with mobile devices though.

Keywords - JNI, JAVA, Robot Arm, ATMega8535, Serial communication

 

 

1. Pendahuluan

Perkembangan industri menuntut penggunaan alat bantu yang dapat

mengoptimal-kan sumber-sumber daya (resources) yang ada agar dapat bersaing

di pasar bebas. Robot merupakan salah satu alat bantu yang dalam kondisi tertentu

sangat diperlukan dalam industri. Terdapat kondisi-kondisi tertentu dalam industri

yang tidak mungkin ditangani oleh manusia seperti kebutuhan akan akurasi yang

tinggi, tenaga yang besar, kecepatan yang tinggi atau resiko yang tinggi. Keadaan-

keadaan ini dapat diatasi dengan penggunaan robot.

Pada teknologi robot saat ini, permasalahan interfacing untuk mengontrol

robot dapat menjadi suatu permasalahan tersendiri. Sedangkan kita dihadapkan

dengan perkembangan teknologi yang begitu cepat. Hal ini juga didukung dengan

adanya bahasa tingkat tinggi berorientasi objek, multiplatform dan kita dapat

menggunakannya dengan gratis dan legal. Perkembangan ini memicu kebutuhan

akan penerapan teknologi JAVAtm ini disegala bidang termasuk dibidang

teknologi robot.

Implementasi nyata dari perkembangan robot di dunia industri adalah

lengan robot yang memiliki banyak fungsi, diantaranya lengan robot pengelas,

lengan pemindah barang yang dapat di setting dari jarak jauh. Dengan adanya

lengan robot ini pekerjaan yang memerlukan tingkat kesulitan yang tinggi di dunia

industri dapat ditangani.

Pada proyek tugas akhir ini penulis akan membuat suatu aplikasi desktop

yang akan mengendalikan sebuah lengan robot. Antara lengan robot dan aplikasi

desktop akan terhubung dengan sebuah konektor yang mempergunakan

 

 

komunikasi serial untuk mengirimkan datanya, sehingga robot tadi bergerak

sesuai dengan perintah yang kita kirimkan. Dalam kesempatan ini proyek tugas

akhir ini akan di beri judul “ Sistem Pengendali Lengan Robot dengan Interfacing

Java Berbasis ATMega8535”.

2. Landasan Teori

Dasar teori dari “Sistem Pengandali Lengan Robot dengan Interfacing Java

Berbasis ATMega8535”.

2.1 Dasar Teori

2.1.1 Derajat Kebebasan

Derajat kebebasan merupakan istilah yang sangat penting untuk dipahami.

Derajat kebebasan adalah sambungan pada lengan, dapat dibengkokkan, diputar

maupun digeser. Jumlah derajat kebebasan dapat diketahui dari banyaknya

aktuator dari lengan robot. Derajat kebebasan digunakan untuk mengetahui

bagaimana robot nanti akan bergerak, tingkat kerumitan algoritma kendali, jumlah

motor dan encoder dari robot yang dibuat.

2.1.2 Kaidah Denavit-Hartenberg

Kaidah Denavit-Hartenberg merupakan aturan yang digunakan dalam

perancangan robotika yang di perkenalkan oleh Jaques Denavit dan Ricard S

Hartenberg. Aturan tersebut menyatakan hanya terdapat dua gerakan yang

mungkin terjadi yaitu bergeser dan berputar serta hanya terdapat 3 sumbu yang

dapat terjadi yaitu sumbu x, y dan z

 

 

2.1.3 Ruang Kerja Robot

Ruang kerja robot atau ruang jangkauan robot adalah semua tempat yang

dapat dijangkau oleh end effector. Hal ini tergantung pada sudut derajat

kebebasanya dan panjang jangkauan lengan, ruang kerja ini sangat tergantung dari

konfigurasi dari robot yang dibuat.

Berikut ini merupakan tipe-tipe robot berdasarkan ruang kerjanya:

a. Robot Lengan Gantry Cartesian

b. Robot Lengan Silinder

c. Robot Lengan Spherical

d. Robot Lengan Scara

e. Robot Lengan Artikulasi

f. Robot Lengan Paralel

2.1.4 Komunikasi Serial

Dalam dunia telekomunikasi dan computer komunikasi serial adalah suatu

proses pengiriman data secara sequential atau satu persatu melalui kanal

informasi. Komunikasi ini mempunyai kecepatan transfer data yang rendah tetapi

cocok untuk komunikasi jarak jauh.

Komunikasi serial mempunyai parameter yang harus ditentukan yaitu :

1. Baud Rate atau kecepatan transmisi data.

2. Data bit.

3. Parity bit yang terdiri dari even dan odd parity bit biasanya untuk error

detection

4. Stopbit

 

 

Gambar 2.1 Format Pada Komunikasi Data Serial

2.1.5 Servo

MotorServo atau Servo adalah motor kecil yang dengan rangkaian

elektronik yang memantau dan mengontrol posisi putaran secara presisi,

rangkaian elektronik ini digunakan untuk menerima panjang pulsa yang berbeda

kemudia menterjemahkannya kemudian mengirimkan perintah mekanik pada

motor di lokasi sudut yang diinginkan.

2.1.6 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah piranti elektronik berupa IC (Integrated

Circuit) yang memiliki kemampuan manipulasi data (informasi) berdasarkan

suatu urutan instruksi (program) yang dibuat oleh programmer.

2.1.6.1 ATMega8535

Mikrokontroler tipe ATMega8535 termasuk dalam keluarga megaAVR

merupakan suatu mikrokomputer dengan lebar bus data 8 bit berbasis RISC (

Reduced Instruction Set Computing ) dengan kecepatan maksimal 16 MHz yang

menggunakan konsumsi daya rendah.

2.1.7 Bahasa Basic

BASIC adalah singkatan dari Beginners All-puporse Symbolic Instruction Code

yang merupakan salah satu bahasa pemrograman tingkat tinggi. Secara harfiah,

Basic memiliki arti “kode instruksi simbolis semua tujuan yang dapat digunakan

oleh para pemula”. Memang, istilah “Bahasa BASIC” disini juga bisa diartikan

sebagai bahasa untuk pemula,akan tetapi hal tesebut kurang tepat, mengingat

BASIC banyak digunakan oleh para programmer ahli. Basic dikembangkan oleh

 

 

John Gorge Kemeny dan Thomas Eugene Kurtz yang berasal dari Dartmounth

College pada tahun 1963.

2.1.8 Bahasa JAVA

Java merupakan bahasa pemrograman yang dapat dijalankan di berbagai

komputer termasuk telepon genggam. Bahasa java dikembangkan oleh Sun

Microsystem dan mulai di terbitkan pada tahun 1995. Salah satu kelebihan dari

bahasa java yaitu dapat dijalankan diberbagai operating sistem, ini dimungkinkan

apabila JRE (java runtime environment) atau yang biasa disebut JVM (java virtual

machine) sudah terinstal pada operating sistem tersebut.

3. GAMBARAN UMUM

Sistem pengendali lengan robot adalah sebuah sistem yang dibuat dengan

menggunakan bahasa JAVATM. Sistem ini kemudian digunakan untuk

mengendalikan sebuah robot lengan melalui perantara sebuah konektor serial.

Robot dibuat dengan actuator berupa motor servo yang dapat dikendalikan

besaran sudutnya. Motor servo ini di kendalikan secara langsung oleh sistem

kendali yang menggunkan mikrokontroller ATMega8535 yang mendapat data

berupa instruksi pergerakan motor servo.

Gambar 3.1 Rancangan Seluruh Sistem

 

 

3.1 Perancangan Sistem

Sistem yang di bangun terdiri dari dua sub unit sistem, yaitu robot lengan

dan aplikasi java.

3.1.1 Robot Lengan

3.1.1.1 Elektronis

Sistem perangkat keras dibagi menjadi tiga buah proses, yaitu input,

proses dan output.

3.1.1.1.1 Input

Data yang digunakan tidak didapat dari sensor, akan tetapi data yang

digunakan untuk menggerakan lengan robot didapat dari computer yang diterima

oleh PORTD.0 melewati rangkain shift RS-232 trlebih dahulu.

3.1.1.1.2 Proses

Mikrokontroller produk ATMEL dengan seri ATmega8535 menjadi

komponen utama pada rangkaian kendali lengan robot ini. Didalam

mikrokontroller ini tertanam program yang dibuat untuk mengendalikan semua

gerak dari lengan robot. Agar mikrokontroller ini dapat dipergunakan dengan baik

maka perlu dibuat minimum sistem. Minimum sistem merupakan rangkaian

sederhana yang dibutuhkan oleh mikrokontroller agar bisa berjalan dengan baik.

3.1.1.1.3 Output

Hasil output terdiri dari data yang dikirimkan kepada komputer melalui

PORTD.1 yang kemudian dikonversi oleh rangkaian komunikasi pada gambar3.1

diatas. Selain data yang dilewatkan pada port komunikasi, hasil output juga di

 

 

keluarkan pada PORTA.0-7. Pada PORTA.0-7 kemudian di hubungkan pada

motorservo yang berfungsi sebagai penggerak utama dari lengan robot ini.

3.1.1.1.4 Catu Daya

Rangkaian power supply dirancang sebagai penyuplai tegangan pada

mikrokontroler yang membutuhkan tegangan +5V. Perancangan power supply

merupakan salah satu perancangan yang sangat vital karena diposisikan sebagai

“sumber” bagi tiap – tiap komponen. Komponen pengendali mikrokontroler

membutuhkan tegangan yang stabil sebesar +5V.

3.1.1.2 Mekanis

Rancangan lengan robot yang di pakai pada tugas akhir ini adalah

rancangan robot artikulasi, rancangan ini dipilih karena pada rancangan robot

artikulasi sudut yang dapat di ekplorasi oleh end effector sangat luas, selain itu

rancangan lengan robot artikulasilah yang memiliki struktur menyerupai lengan

manusia.

Lengan robot yang akan dibuat memiliki lima derajat kebebasan. Desain

derajat kebebasan ini di simbolkan dengan lingkaran besar dengan titik ditengah

atau dengan symbol segitiga saling behadapan untuk setiap derajat kebebasan.

Dalam mendesain dan menentukan banyaknya derajat kebebasan end effector

tidak perlu didefinisikan, karena end effector memiliki tingkat kompleksitasannya

sendiri dan disarankan didesain secara terpisah dari desain utama dari lengan

robot.

 

 

Gambar 3.2 Rancangan Derajat Kebebasan Lengan

3.1.3 Perangkat Lunak

3.1.3.1 Aplikasi Mikrokontroller

Berikut adalah skema perancangan program dari pengendali lengan robot

yang ditanamkan pada mirkokontroler ATMEGA8535. Dimana program akan

dibuat menggunakan BascomAVR

Gambar 3.3 State Machine Diagram Sistem pada Mikrokontroller

 

 

Perangkat lunak yang di tanam di mikrokontroller memiliki pola kerja

seperti diagram diatas. Data yang dikirim kemikrokontroller adalah arah gerak dan

data kode pin(channel) dari mikrokontoller yang terpasang motor servo. Sehingga

motor servo tersebut hanya akan bergerak sesuai dengan arah gerak dan

chanelnya.

3.3.2 Perancangan Aplikasi Desktop

3.3.2.1 Aplikasi Desktop

Berikut ini adalah rancangan desain antar muka dari aplikasi desktop yang

digunakan untuk mengendalikan lengan robot.

Gambar 3.4 Rancangan Desain Antar Muka Kendali Utama

Tampilan diatas digunakan untuk menggerakkan semua aktifitas dari

lengan robot. Diatas ada combobox yang digunakan untuk memilih jalur

komunikasi yang serial yang akan kita gunakan, dan dibawahnya terdapat status

dari aplikasi apakah sedang terhubung atau tidak sserta tombol kendali utama

yang digunakan untuk menggerakkan robot.

 

 

Gambar 3.5 Rancangan Desain Antar Muka Port Setting

Digunakan untuk mengubah konfigurasi settingan dari komunikasi

serial.dengan adanya aplikasi ini user tidak perlu mengubahnya dengan mengubah

baris kode, melainkan hanya dengan melakukan clik. Kemudian ada sebuah form

lagi yaitu menu help yang digunakan pengguna untuk mengetahu bagaimana

mengoperasikan aplikasi yang telah dibuat. berikut ini disertakan rancangan class

diagram dari aplikasi java :

Gambar 3.6 Rancangan Desain Class Diagram

 

 

4. PEMBAHASAN

4.1 Elektronik keseluruhan

Rangkaian keseluruhan terdapat rangkaian mikrokontroler yang hanya

dapat di aliri tegangan sebesar +5 volt. Akan tetapi dengan rangkaian power

supply kita dapat memberinya tegangan +12 volt. Dalam rangkaian kendali lengan

robot ini ada 19 buah pin mikrokontroller yang digunakan dari 40 pin yang

tersedia. Dengan 8 buah dari PORTA dari PINA.0 hingga PINA.7, 2 buah PIN

untuk komunikasi USART yang tedapat pada PORTD di PIND.0 dan PIND.1, 5

buah pin yang digunakan untuk mendownload program, 2 buah pin untuk external

clock, dan 2 buah pin yang digunakan untuk mensuplai catu daya pada rangkaian

dan mikrokontroller sebagai pusat kendalinya.

Didalam rangkaian elektronik ini ada tiga buah blok rangkaian yang sangat

penting, yaitu blok rangkaian shift-232 yang digunakan sebagai output atau pun

input yang berada di PORTD.0 dan PORTD.1, kemudian blok proses yang berisi

minimum sistem agar mikrokontroller ATMega8535 dapat berjalan dengan baik

dan rangkaian yang terakhir yaitu rangkaian output yang menggunakan motor

servo.

Gambar 4.1 Rangkaian Mainboard

 

 

Gambar 4.2 Skema Rangkaian Elektronis Keseluruhan

4.1 Mekanik Keseluruhan

Pada bagian ini adalah menampilkan keseluruhan dari rancangan mekanik

yang dibuat berdasarkan tipe robot lengan artikulasi.

 

 

Gambar 4.4 Rangka Mekanik Keseluruhan

4.1 Aplikasi Mikrokontroller

Program yang download pada mikrokontroller dibuat menggunakan

bahasa basic dengan IDE BascomAVR. Alur proses dari program yang dibuat

yaitu dengan menangkap data yang dikirimkan oleh aplikasi desktop pada

komputer yang berupa derajat setiap port keluaran, kemudian data ini di olah

sehingga menjadi nilai yang digunakan untuk membangkitkan pulsa yang dapat

menstimulasi motor servo bergerak dengan sudut yang di inginkan.

4.1 Aplikasi Desktop

Sebelumnya telah disebutkan bahwa aplikasi pengontrol lengan robot ini

terdiri dari tiga buah form yang dapat digunakan. Form utama yang digunakan

sebagai antar muka kendali utama dari robot, form setting port yang digunakan

sebagai konfigurasi komunikasi yang dapat diatur sendiri oleh pengguna dan form

help and about sebagai panduan user untuk menggunkan program ini.

 

 

Gambar 4.5 Interface Utama Kendali Lengan Robot

Gambar 4.5 Interface Konfigurasi Port Serial

 

 

TABEL PERCOBAAN

Untuk mengetahui apakah besarnya sudut dengan timer yang diberikan

sesuai atau tidak maka perlu dilakukan pengujian berikut ini adalah hasil dari

pengujian besarnya nilai sudut dengan nilai timer1 yang kita berikan.

Tabel 4.1 Daftar Pengujian timer1 pada Servo

No Timer1 Value Derajat Period Pulsa

1. 58900 0 600 uSec

2. 48947 90 1500 uSec

3. 43417 180 2000 uSec

Tabel diatas menunjukkan bahwa dengan memberikan nilai timer1 berupa

sebuah angka timer1 value diatas maka dapat kita ketahui besarnya sudut dari

motor servo.

Kemudian setelah semua sistem telah disatukan maka tinggal kita uji

seluruh aplikasi, mulai dari aplikasi desktop hingga lengan robotnya. Berikut ini

adalah daftar tabel hasil pengujian seluruh sistem.

Tabel 4.2 Daftar Pengujian Keseluruhan Sistem

No Data yang dikirimkan Derajat ket

1. 180+180+180+180+180+180+180+180+# 180 sesuai

2. 090+090+090+090+090+090+090+090+# 90 sesuai

3. 045+045+045+045+045+045+045+045+# 45 sesuai

4. 000+000+000+000+000+000+000+000+# 0 sesuai

 

 

5.1 PENUTUP

5.1.1 KESIMPULAN

Setelah semua pembahasan dan penjelasan materi maupun implementasi

program di kemukakan, maka penulis menarik kesimpulan mengenai pokok

permasalahan bab-bab sebelumnya:

1. Mikrokontroler ATMega8535 dapat digunakan sebagai sistem kendali

lengan robot.

2. Penentuan mekanik tipe lengan robot yang di pakai tergantung dengan

cara kerja dari sistem yang akan dibuat.

3. Sistem dapat berjalan apabila terdapat Java Runtime Environment di

sistem operasinya.

4. Sistem dapat berjalan apabila terdapat serial konektor pada komputer.

5. Sistem dapat berjalan dengan baik apabila aplikasi Dekstop dan lengan

robot hidup dan terkoneksi.

5.1.2 SARAN

Adapun saran yang dapat di ajukan guna untuk mengembangkan dari

system kendali lengan robot yang telah dibuat yaitu:

1. Pengembangan kendali lengan robot dengan mengunakan modul berbasis

IP sehingga akan semakin banyak lengan robot yang dapat dikendalikan

oleh sebuah computer.

 

 

 

2. Pengembangan dalam aspek sensor, yaitu menggunakan sensor rotary

encoder agar besarnya sudut yang dibentuk oleh sendi setiap lengan robot

dapat di monitoring.

3. Di kembangkan dalam komunikasinya tanpa menggunakan perangkat

kabel.

4. Pengembangan aplikasi yang dapat mengendalikan robot melewati

jaringan internet.