p-ISSN : 2460-3562 / e-ISSN : 2620-8989

## Desain dan Implementasi Mekanisme Smart Forklift pada AGV Berbasis Raspberry Pi 4 Model B
Phoa Marcellino Siva a1 , Florentinus Budi Setiawan a2 , Slamet Riyadi a3 , Leonardus Heru Pratomo a4 a Program Studi Teknik Elektro, Universitas Katolik Soegijapranata Jl. Pawiyatan Luhur Sel. IV, Gajahmungkur, Semarang
1 phoamarcellino@gmail.com
2 fbudis@yahoo.com
3 tu.elektro@unika.ac.id

## Abstrak
Automatic Guided Vehicle (AGV) pallet truck merupakan salah satu jenis AGV yang banyak digunakan di industri. AGV  jenis  ini  merupakan  kombinasi  AGV  dengan  mekanisme forklift .  Mekanisme forklift digunakan  untuk mengangkat dan membawa barang dari satu titik ke titik yang lainnya. Seiring dengan berkembangnya teknologi yang  disertai  dengan  revolusi  industri  4.0  maka  kegiatan  tersebut  dapat  dilakukan  secara  otomatis  dengan menggunakan  robot  seperti  AGV pallet  truck .  Pada  dasarnya,  mekanisme  kerja  dari  AGV pallet  truck sama seperti forklift pada umumnya, hanya saja AGV pallet truck sudah beroperasi secara otomatis. Motor DC ( Direct Current )  banyak  digunakan  sebagai  motor  penggerak  untuk  proses  naik  turun  dalam  mekanisme forklift pada AGV pallet truck . Motor DC dipilih karena memiliki torka yang besar untuk pengangkatan beban. Namun, motor DC juga memiliki beberapa kelemahan seperti biaya perawatannya yang mahal dan tingkat kepresisiannya masih kurang  akurat.  Pada  penelitian  ini  diusulkan  mekanisme smart  forklift untuk  AGV pallet  truck yang menggunakan motor stepper dengan tingkat kepresisian tinggi dan torka yang dimiliki juga tidak kalah dengan motor  DC.  Mekanisme smart  forklift diperlengkapi  sensor  jarak  untuk  mengukur  ketinggian forklift dan  jarak antara AGV dengan palet serta raspberry pi 4 model B sebagai controller .
Kata kunci: AGV, forklift, mekanisme, raspberry pi

## Desaign and Implementation Smart forklift Mechanism on AGV Based on Raspberry Pi 4 B Model

## Abstract
Automatic Guided Vehicle (AGV) pallet truck is widely used in industry. This kind of AGV is such a combination of  the  ordinary  AGV  used  with  forklift  mechanism.  The  forklift  mechanism  is  employed  for  lifting  or  carrying things  from  one  place  to  another  place.  As  the  technology  have  been  developed  along  with  the  industry revolution 4.0 therefore the activity could be done automatically by using a robot like AGV pallet truck. Basically, the  work  principle  of  AGV  pallet  truck  is  similar  with  the  ordinary  forklift  whereas  the  AGV  pallet  truck  is automatically operated. DC motor (Direct Current) is applied as the driving force for up lifting and down lifting process  in  forklift  mechanism  of  AGV  pallet  truck.  DC  motor  is  chosen  since  it  has  large  torque  which  is advantageous for lifting loads. Unfortunately, DC motor also owns some disadvantages such as high maintenance fee and less precision. This study proposes a smart forklift mechanism for AGV pallet truck that utilizes a stepper motor with an excellent precision and has large torque similar with DC motor. This smart forklift mechanism is equipped  with  a  proximity  sensor  for  measuring  the  height  of  forklift  and  the  distance  between  AGV  and  the pallet also using raspberry pi 4 as the controller.
Keywords: AGV; forklift; mechanism; raspberry pi

## I. P ENDAHULUAN
Revolusi  industri  4.0  semakin  berkembang  dengan pesat.  Efektivitas  dan  efisiensi  yang  tinggi  inilah  yang ditawarkan revolusi industri 4.0 [1]. Di Indonesia, revolusi industri  4.0  juga  sudah  merambat  ke  berbagai  sektor, terutama  dibidang  industri.  Dengan  adanya  revolusi industri  4.0  yang  dimana  semua  serba  otomatis,
digitalisasi,  dan  cepat  maka  pemenuhan  logistik  di lingkungan industri pun juga tidak luput dari revolusi ini. AGV  yang  merupakan  singkatan  dari  Automated  Guided Vehicle merupakan salah satu terobosan untuk membantu bagian logistik dalam beroperasi  [2]. AGV sejak pertama kali  diciptakan  banyak  digunakan  untuk  keperluan pengantaran  barang  dari  satu  bagian  ke  bagian  lainnya dengan  cepat  dan  terarah[2]–[4].  Sehingga  dengan  begitu
para  operator  maupun  pekerja  tidak  perlu  bolak  balik hanya  untuk  mengantar  suatu  berkas  ataupun  barang. AGV  terbagi  menjadi  beberpa  kategori  salah  satunya adalah  jenis  pallet  truck  [2]. AGV  kategori  tersebut  telah mengadopsi  sistem  forklift  pada  umumnya  dalam membwa dan memindahkan barang.
Mekanisme AGV pallet truck yang banyak dikembangkan rata – rata banyak menggunakan motor dc yang  digunakan  sebagai  penggerak  utamanya  dalam proses  pengangkatan  atau  pun  penurunan  [5],  [6]. Menggunakan  motor  dc  sebab  motor  dc  memiliki  torka yang  besar  sehingga  mampu  mengangkat  beban  yang berat  [7],  [8].  Namun,  motor  dc  memiliki  beberapa kelemahan seperti perawatannya yang dimana pada motor dc  terdapat  sikat  dan  komutator  yang  saling  bergesekan dan  menghasilkan  endapan  karbon  didalam  motor  dc. Selain  itu  jika  ingin  bergerak  untuk  lebih  presisi  butuh pengolahan  yang  ekstra  untuk  mengendalikan  motor  dc. Motor  stepper  merupakan  sebuah  terobosan  dalam  motor elektrik  karena  memiliki  torka  yang  besar  dan  tingkat kepresisianyang tinggi [9], [10].
Pada penelitian ini diusulkan mekanisme smart forklift untuk  AGV pallet  truck yang  berbasis  raspberry  pi  4 model B. Raspberry pi mampu digunakan sebagai sebuah mikrokontroller  juga  sebab  memiliki  GPIO  yang berjumlah  40  pin  lebih  banyak  daripada  arduino  Mega 2560.  Raspberry  pi  juga  memiliki clock  speed dan RAMyang  lebih  besar  dari  Arduino  Mega  juga  memiliki fitur yang lebih lengkap [11].

## II. M ETODOLOGI
Alur  penelitian  yang  dilakukan  ditunjukkan  pada diagram alir berikut pada gambar 1.

## Gambar 1  Diagram Alir Alur Penelitian
Berdasarkan  diagram  alir  tersebut  penelitian  ini  dibagi menjadi 4 tahap yakni:
1)  Persiapan  : Pada  tahap  persiapan  yang  dilakukan antara  lain  melakukan  tinjauan  pustaka  seputar  AGV, forklift,  dan  raspberry  pi.  Setelah  itu  mulai  menentukan skema  kerja  prototipe  yang  akan  dibuat  dan  menentukan bahan–bahan yag dibutuhkan.
2)  Perencanaan  Prototipe :  Setelah  melakukan peninjauan  pustaka  atau  sumber  referensi  yang  terkait dengan  penelitian  maka  dilakukanlah  tahap  perancangan hardware  mengenai  bagaimana  skema  kerja  prototipe yang akan dibuat. Pada prototipe kali ini komponen utama yang digunakan antara lain :
a. Motor  stepper  sebagai  penggerak  mekanisme forklift.
b. Lead screw sebagai poros putar.
c. Motor dc sebagai roda penggerak
d. Sensor  ultrasonik  yang  berfungsi  sebagai  sensor jarak  untuk  mendeteksi  ketinggian  dan  jarak antara AGV dengan palet
Wujud  dari  prototipe  yang  telah  dirancang  dan  sistem mekanisme tersebut dapat dilihat pada gambar 2.
Gambar 2 Prototipe mekanisme forklift a) tampak depan, b) tampak samping
3)  Perancangan  Software: Pada  tahap  ini  dilakukan pemetaan  lebih  lengkap  mengenai  bagaimana  proses urutan  kerja  dari  mekanisme  forklift.  Alur  software  yang dirancang  disesuaikan  dengan  kebutuhan  dan  juga disesuaikan  dengan  alur  kerja  dari  AGV  yang  dibuat. Diagram  alir  dari  perancangan  software  yang  ada  dapat dilihat pada gambar 3.

## Gambar 3 Diagram Alir Software Mekanisme Forklift
4)  Implementasi  Software  ke  Hardware: Tahap implementasi  merupakan  tahap  penggabungan  antara software dengan hardware. Secara lengkap hubungan dari semua  komponen  utama  penyusun  mekanisme  forklift dengan rangkaian kontrolnya ditunjukkan pada gambar 7.
(a)
(b)
Gambar 4 Skema Rangkaian Kontrol

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pengujian  dilakukan  untuk  mngetahui  mekanisme forklift dapat berjalan dengan baik dan pembacaan sensor jarak  HC-SR04  dapat  berfungsi  dengan  baik  sehingga proses  naik  turun  dari  mekanisme  forklift  dapat berjalandengan  baik  dan  forklift.  Motor  stepper  yang digunakan  ialah  motor  stepper  Nema17  seri  17HS2408 jenis bipolar denganstep angle sebesar 1.8. Step angle ini digunakan untuk mengetahui berapa step yang diperlukan untuk  satu  putaran.  Formula  untuk  menghitungnya ditunjukkan  pada  persamaan  (1).  SPR  merupakan singkatan  dari  Step  per  Revolution  dan  angka  360  itu didapatkan dari total sudut satu lingkaran.

## (1)
Sensor  HC  –  SR04  merupakan  sensor  jarak  yang berbasis ultrasonik. Sensor ini digunakan pada mekanisme forklift  ini  untuk  mengukur  kepresisian  ketinggian  saat proses  lifting  dan  untuk  mengukur  jarak  AGV  dengan palet.  Penghitungan  waktu  pada  sensor  HC  –  SR04 menggunakan  persamaan  (2).  Yang  dimana  sensor melakukan  pembacaan  selisih  waktu  yang  ditempuh  saat memancarkan  dan  menaerima  hasil  pantulan  frekuensi yang  dipancarkan.  Hasil  pembacaan  sensor  HC  –  SR04 dapat dilihat pada tabel 1.

## (2)
Tabel  1  menunjukkan  hasil  pembacaan  pada  HC  – SR04  yang  dimana  mulai  menunjukkan  pergesaran  atau selisih  jarak  dari  sebenarnya  pada  jarak  25cm  ke  atas. Namun,  Pergeseran  yang  terjadi  hanya  beberapa  angka dibelakang  koma  sehingga  bisa  ditoleransi.  Sensor  HC  – SR04  ini  digunakan  untuk  mengukur  ketinggian  forklift dan  mendeteksi  jarak  AGV  terhadap  pallet  sehingga  saat proses pengambilan dan pengangkatan pallet tidak terjadi tubrukan.  Kenaikan  ketinggian  dari  forklift  saat mengangkat  juga  disesuaikan  dengan  jalur  yang  ada  dan sensor HC – SR04 inilah yang mnegontrol ketinggian saat proses  pengangkatan  agar  tidak  sampai  pucuk  ataupun keluar jalur.
TABEL I PENGUJIAN PEMBACAAN SENSOR HC - SR04
Jarak (cm) Pembacaan Sensor HC – SR04 (cm) Error (%) 5 5 0 10 10 0 15 15 0 20 20,02 0,1 25 25,03 0,3
Hasil  dari  pengujian  setelah  penggabungan  antara motor stepper dengan sensor HC – SR04 ditunjukkan pada tabel  1  berikut.  Data  pada  tabel  2  tersebut  menunjukkan bahwa setiap satu putaran baik naik atau turun akan selisih 1cm  dari  posisi  semula,  demikian  pula  untuk  putaran- putaran selanjutnya.
TABEL II
PENGUJIAN KENAIKAN KETINGGIAN SETIAP PUTARAN SPR Kenaikkan per SPR 200 1 cm 400 2 cm 500 2,5 cm 600 3 cm 800 4 cm 1000 5,3 cm
Implementasi  dari  mekanisnme  smart  forklift  dibagi menjadi  tiga  buah  batas  yakni  batas  netral,  batas  bawah, dan  batas  atas.  Setiap  setelah  melakukan  proses pengangkatan maupun pengambilan forklift  akan kembali ke  posisi  batas  netral  yakni  dengan  ketinggian  13  cm. Sedangkan untuk batas atas dan bawah masing – masing 8 cm  dan  17  cm.  Untuk  mengeahui  berapa  jumlah  putaran yang  dibutuhkan  dapat  menggunakan  persamaan  (3)  dari data yang ditunjukkan tabel 2.

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan  pengujian  implementasi  dari  perancangan yang  ada  dapat  disimpulkan  bahwa  mekanisme  smart forklift  ini  dapat  berjalan  dengan  baik  dan  tingkat kepresisiannya  sendiri  sangat  bagus  karena  antara pemmbacaan  sensor  dengan  alat  ukur  digital  memiliki error mendekati 0%. Proses lifting nya dapat menyesuaikan  jarak  untuk  pengambilan  palet  di  bagian atas  maupun  pada  bagian  bawah.  Step  per  revolution (  SPR  )  dapat  diatur  sesuai  dengan  kebutuhan  dan  untuk kecepatan  putaran  sendiri  dapat  diatur  dari  SPR  tersebut dan fungsi waktunya.
D AFTAR P USTAKA
[1] D.  S.  Rosyadi,  “Revolusi  industri  4.0 :  Peluang  dan  Tantangan Bagi Alumni Universitas Terbuka,” ResearchGate, no. 2, pp. 1–10, 2018.
[2] S.  K.  Das  and  M.  K.  Pasan,  “Design  and  Methodology  of Automated Guided Vehicle-A Review,” ResearchGate, no. April, 2016.
[3] L. Schulze, S. Behling, and S. Buhrs, “Automated Guided Vehicle Systems :  a  Driver  for  Increased  Business  Performance,” ResearchGate, vol. II, pp. 19–21, 2008.
[4] T.  Ferreira  and  I.  A.  Gorlach,  “Development  of  an  automated guided  vehicle  controller  using  a  model-based  systems engineering approach,” South African J. Ind. Eng., vol. 27, no. 2, pp. 206–217, 2016, doi: 10.7166/27-2-1327.
[5] Z. Z. Moe San, A. Thike, and D. Z. Min Oo, “Electronic Forklift by Remote Control,” Int. J. Sci. Eng. Appl., vol. 8, no. 6, pp. 162– 166, 2019, doi: 10.7753/ijsea0806.1003.
[6] A.  Marianto  and  M.  Muchlas,  “Rancang  Bangun  Robot  Forklift dengan  Kendali  Smartphone  Android  Berbasis  Arduino  Mega
2560,” J. Ilm. Tek. Elektro Komput. dan Inform., vol. 3, no. 2, p. 65, 2017, doi: 10.26555/jiteki.v3i2.7483.
[7] T.  N.  Trong,  “The  control  structure  for  dc  motor  based  on  the flatness control,” Int. J. Power Electron. Drive Syst., vol. 8, no. 4, pp. 1814–1821, 2017, doi: 10.11591/ijpeds.v8i4.pp1814-1821.
[8] A.  A.  Hassan,  N.  K.  Al-Shamaa,  and  K.  K.  Abdalla, “Comparative  Study  for  DC  Motor  Speed  Control  Using  PID Controller,”  Int.  J.  Eng.  Technol.,  vol.  9,  no.  6,  pp.  4181–4192, 2017, doi: 10.21817/ijet/2017/v9i6/170906069.
[9] D.  Q.  Huy,  J.  Leuchter,  J.  Buzek,  V.  Stekly,  and  L.  T.  Bang, “Design and implementation control of interfering mobile device with stepper motor and microcontroller ATmega 16,” ICMT 2017 -  6th  Int.  Conf.  Mil.  Technol.,  pp.  666–670,  2017,  doi: 10.1109/MILTECHS.2017.7988841.
[10]  O.  Mahmood  Altaee,  A.  Ibraheem  Alnaib,  and  N.  Abed  AlBary Aljawady,  “Design  and  Realization  of  a  Stepper  Motor  Driver with  PLC,”  Al-Kitab  J.  Pure  Sci.,  vol.  2,  no.  1,  2018,  doi: 10.32441/kjps.v2i1.137.
[11]  S.  O.  Ooko,  “A  Comparison  of  Arduino  ,  Raspberry  Pi  and
ESP8266 Boards,” no. December, pp. 3–5, 2019.
[12]  Raspberry, Raspberry Pi 4 Model B, no. June. 2019.