Simulasi Robot Lengan Menggunakan Simulink Multibody

Robot — merupakan salah satu instrumen mekanika yang diberikan kontrol secara elektronik dan logika, robot diciptakan oleh manusia dengan tujuan untuk dapat membantu tugas fisik dan menyelesaikan sebuah pekerjaan.

Salah satunya perkembangan yang terjadi dalam bidang robotik adalah lengan robot. Robot lengan atau yang biasa disebut dengan arm robot banyak digunakan dalam bidang industri untuk memindahkan benda atau melakukan suatu perintah kompleks. Desain mekanika pada robot lengan dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki kekuatan dan ketahanan yang baik untuk mengangkat beban yang berat. Robot yang diteliti kali ini merupakan robot lengan yang menyerupai lengan manusia yang dilengkapi dengan empat DOF (Degree off Freedom). Robot ini dibuat untuk melakukan perintah pengeboran atau bisa disebut dengan Drilling Arm Robot. Robot ini dapat bergerak maju dan juga mundur dengan pengaturan derajat kebebasan. Artikel ini dipublikasikan untuk membantu mengulas lebih dalam mengenai robot lengan, yang lengkap dengan kontrol, perhitungan, dan simulasi menggunakan simscape multibody.

Apa itu Arm Robot?

Robot lengan merupakan robot yang tersusun dari rigid bodies (benda-benda kaku) dan link (lengan) yang satu sama lain terhubung oleh joint (sendi). Pangkal lengan dapat dipasang pada kerangka dasar. Sedangkan end-effector (ujung lengan) dapat dihubungkan dengan alat tertentu sesuai dengan fungsi robot lengan. Robot lengan memiliki bentu menyerupai lengan manusia yang berfungsi sebagai manipulator lengan yang dapat diberikan suatu sistem kontrol sehingga dapat bergerak sesuai fungsi dan target yang akan dicapai.

Gambar 1. Referensi Desain Arm Robot

Gambar 1. merupakan salah satu referensi desain robot lengan yang akan disimulasikan pada software Matlab yaitu Simscape Multibody.

Desain Arm Robot Menggunakan Aplikasi Solidworks

Referensi robot lengan yang ditampilkann pada Gambar 1. diwujudkan dalam tahap desain dengan menggunakan aplikasi solidworks. Pada tahap desain ini, penulis mencari referensi menggunakan platform Grabcad, dimana pada platform tersebut tersedia begitu banyak referensi desain computer aided design (CAD) sesuai dengan kebutuhan pengguna. Dengan menggunakan referensi desain arm robot yang diperoleh dari Grabcad, dilakukan assembly masing — masing bagian dari arm robot untuk mendapatkan wujud keseluruhan dari desain instrumen. Bagian — bagian dari arm robot tersebut adalah :

• Base Part (Bagian Pondasi Robot)

Gambar 2. Base Arm Robot

Bagian base pada arm robot merupakan bagian yang menjadi pusat rotasi robot lengan dimana pada umumnya base robot lengan memiliki rentang derajat rotasi antara 180–360 derajat. Bagian ini merupakan bagian yang memungkinkan robot untuk melakukan pergerakan yang fleksibel untuk melakukan satu aktivitas menuju aktivitas lainnya. Base robot lengan biasanya dipasang secara fix dengan menggunakan pengunci berupa nut, sehingga robot dapat bergerak dengan stabil tanpa adanya guncangan yang diakibatkan karena bagian pondasi yang longgar.

• Link 1 (Lengan Pangkal)

Gambar 3. Lengan Pangkal

Lengan Pangkal (link 1) adalah bagian kedua setelah base, dimana apabila dihubungkan dengan pusat rotasi, maka bagian pangkal inilah yang berotasi untuk mobilitas arm robot. Bagian Lengan Pangkal merupakan bangian yang dihubungkan dengan lengan penghubung robot lengan, yang didesain untuk mampu melakukan rotasi (revolution joint) dan juga pusat pergerakan lengan penghubung dengan pitch joint. Gerakan pada lengan pangkal ini dibantu dengan servo yang memiliki derajat kebebasan sampai dengan 180 derajat, namun pada kenyataannya, gerakan servo yang digunakan pada lengan pangkal ini tidak semata — mata sebesar 180 derajat, namun disesuaikan dengan kebutuhan dari pengguna.

• Link 2 (Lengan Penghubung)

Gambar 3. Lengan Penghubung

Bagian Lengan Penghubung merupakan bagian yang berperan untuk menjadi penggerak sekaligus penghubung antara lengan rotasi (lengan pangkal) dengan end effector. Panjang dari lengan penghubung ini disesuaikan dengan kebutuhan pengguna dan juga identifikasi gerakan robot yang diinginkan. Lengan Penghubug ini memiliki 2 sumbu gerakan yaitu pitch pada masing — masing ujung nya. Terdapat 2 derajat kebebasan yang bekerja pada lengan ini, pada bagian revolute joint, lengan bergerak dengan derajat kebebasan sebesar 90 derajat, sedangkan pada joint dengan tool joint derajat kebebasan yang bekerja sebesar kurang lebih 270 derajat.

• Link 3 ( Lengan Gerak Penghubung Lengan Kerja)

Gambar 4. Lengan Kerja

Lengan kerja merupakan salah satu bagian pada robot lengan yang paling fleksibel, karena lengan ini terhubung dengan lengan penghubung yang memiliki gerak derajat kebebasan sampai dengan 270 derajat. Pada salah satu ujungnya, lengan ini terhubung pada bagian end effector, dimana gerakan pada sendi ini diperkirakan hanya mencapai 90 derajat saja.

• Link 4 (End Effector)

Gambar 5. End Effector

End Effector merupakan bagian kerja dari robot lengan. Bentuk dan kinerja dari End Effector beragam disesuaikan dengan kebutuhan pengguna. Macam — macam bentuk dari end effector adalah : drill arm, gripper, grind, blowtorch, paint spryer, dll.

• Hasil Assembly Arm Robot

Gambar 6. Hasil Assembly Arm Robot

Instalasi Simscape Multibody Menggunakan Command Window

Untuk melakukan simulasi sistem arm robot, perlu dilakukan export file assembly menjadi tipe file .xml, hal ini dilakukan dengan tujuan untuk mempermudah konversi sistem kerja robot lengan menjadi diagram sistem pada aplikasi simscape multibody.

Desain Robot lengan dibuat menggunakan software Solidwork dengan format file .SLDASM sedangkan untuk mengontrol gerakan robot lengan digunakan fitur simulink pada software Matlab dengan format file .xml, maka dari itu dibutuhkan perubahan format file dari .SLDASM menjadi .xml. Hal tersebut dapat dilakukan dengan bantuan Simulink Multibody, maka diperlukan penginstalan simulink multibody dengan menggunakakan syntax yang dituliskan pada command window. Sebelum Penginstallan multibody, download terlebih dahulu file multibody. Selanjutnya tuliskan syntax “install_addon(‘smlink.r2017.win64.zip” pada command window seperti gambar 7 untuk menginstall multibody.

Gambar 7. Syntax Instalasi Multibody

Langkah selanjutnya tuliskan syntax “smlink_linksw” pada command window seperti gambar 8 yang berfungsi untuk mengetahui direktori file multibody

Gambar 8. Syntax Input File Assembly

Setelah melakukan penginstallan, langkah selanjutnya yakni mengubah format file menjadi .xml. Langkah yang harus dilakukan yakni:

1. Buka file assembly pada software solidwork.
2. Tekan segitiga yang berada pada icon setting lalu pilih fitur add-ins

Selanjutnya pilih simscape multibody link tekan ok

Setelah melakukan install multibody langkah selanjutnya yang perlu dilakukan yakni import robot lengan ke Simulink untuk pengontrolan gerakan. Untuk mengimport ke dalam simulink langkah yang harus dilakukan yakni:

1. Tulis syntax “mech_import” pada command window untuk mengimport desain robot lengan.

Gambar 9. Mech Import

2. Selanjutnya tekan icon titik tiga lalu pilih file Robot.xml lalu tekan ok

Gambar 10. Direktori File

3. Akan tertampil seperti gambar di bawah yang berarti proses import berhasil.

Gambar 11. Diagram Awal Simulasi Sistem

Tambahkan komponen constant dan slider gain lalu rangkai sehingga menjadi seperti gambar 12. Komponen tersebut digunakan untuk mengontrol gerakan robot lengan.

Gambar 13. Penambahan Sistem Kontrol

Perancangan Sistem Gerak Derajat Kebebasan Menggunakan Slider Gain

Pada hasil perancangan kendali arm robot tanpa batas derajat kebebasan, sendi pada robot lengan bergerak bebas sebesar 360°. Gerakan tersebut jauh dari target yang diharapkan karena pada dasarnya robot lengan bergerak secara forward dan backward sesuai koordinat posisi x,y, dan z. Berangkat dari orientasi gerakan robot lengan tanpa batasan derajat kebebasan, diberikan perubahan dengan mengatur gerakan sendi root menggunakan slider gain.

Gambar 14. Salah Satu Hasil Import Gerakan Lengan

Terdapat dua gerakan pada simulasi robot lengan ini yakni forward dan backforward.

• Gerakan Forward

Untuk menggerakan robot lengan digunakan derajat kebebasan yang diberikan pada sendi root menggunakan slider gain. Setelah melakukan perhitungan dan percobaan didapatkan empat nilai derajat kebebasan yang dapat membuat robot lengan bergerak forward yakni:

1. Pada slider gain 1 diberi nilai=70
2. Pada slider gain 2 diberi nilai=24
3. Pada slider gain 3 diberi nilai=10
4. Pada slider gain 4 diberi nilai=18

• Gerakan Backward

Setekah melakukan perhitungan dan percobaan didapatkan empat nilai derajat kebebasan yang dapat menggerakan backward pada robot lengan. Nilai yang didapat yakni:

1. Pada slider gain 1 diberi nilai=70
2. Pada slider gain 2 diberi nilai=90
3. Pada slider gain 3 diberi nilai=80
4. Pada slider gain 4 diberi nilai=18

Dari hasil pengaturan kontrol gerakan lengan robot menggunakan slider gain, diperoleh konklusi dimana robot lengan dapat digerakan atau dikontrol dengan pemberian DOF(Degree Of Freedom) pada slider gain. Sebelum melakukan pengontrolan dibutuhkan desain robot lengan yang dapat dibuat menggunakan software solidwork yang selanjutnya diimport ke dalam simulink, namun import hanya dapat dilakukan apabila format file ialah .xml. Sehingga dibutuhkan simscape multibody untuk merubah format file tersebut. Hasil simulasi yang dilakukan telah mencapai tujuan yakni menggerakan robot lengan forward-backward dengan memberi nilai pada slider gain. Nilai yang diberikan untuk gerakan forward yakni 70, 24, 10, dan 18. Sedangkan untuk gerakan backward yakni 70, 90, 80, 18.