SJME KINEMATIKA Vol.8 No.2, 1 Desember 2023, pp 168-175 https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika

## RANCANG BANGUN MINI VACUUM CLEANER ROBOT DENGAN TRICYCLE DRIVE BERBASIS ARDUINO UNO

## DEVELOPMENT OF A MINI VACUUM CLEANER ROBOT UTILIZING A TRICYCLE DRIVE BASED ON ARDUINO UNO
Ikhwan Taufik 1) , Herru Santosa Budiono 2) , Fuad Hilmy 3) , Rochmad Eko Prasetyaning Utomo 4) 1,2,3 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Tidar, Magelang, Indonesia
4 Program Studi Teknik Mesin , Politeknik Negeri Banyuwangi, Banyuwangi, Indonesia email: ikhwantaufik26@untidar.ac.id 1) *, herru.santosa@untidar.ac.id 2) , fuadhilmy@untidar.ac.id 3) ,
rochmad@poliwangi.ac.id 4)
Received: 13 November 2023 Accepted: 25 Desember 2023 Published: 25 Desember 2023

## Abstrak
Teknologi robot telah merambah berbagai sektor, tak terkecuali rumah tangga. Salah  satu  contoh  inovasi  robot  untuk  kebutuhan  rumah  tangga  adalah  robot penyedot  debu.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengoptimalkan  penggunaan sensor, sekaligus mengusung differential drive menggunakan platform tricycle , terdiri dari satu caster wheel dan dua differential wheel . Uji coba dilakukan di ruang berukuran 150 cm × 130 cm dengan rintangan seperti kursi berkaki empat, serpihan kerupuk, kulit kuaci, potongan kertas kecil, dan sejumput debu (terigu). Hasilnya,  robot  mampu  bernavigasi  dengan  cukup  lancar  dan  optimal  walau hanya  dengan  menggunakan  sebuah  sensor  ultrasonik  HC-SR04.  Meski demikian, tantangan yang lebih kompleks dalam rumah tangga, seperti terjebak di gulungan karpet, menangani sampah atau kotoran yang beraneka ragam, atau bergerak di ruang sempit, masih  menjadi hal yang belum sepenuhnya diatasi oleh robot ini.
Kata Kunci: robot, arduino, vacuum cleaner , tricycle

## Abstract
Robot  technology  has  penetrated  various  sectors,  including  households.  One example of robotic innovation for household needs is the vacuum cleaner robot. This research aims to optimize sensor usage while implementing a differential drive system using a tricycle platform consisting of one caster wheel and two differential wheels. Testing was conducted in a space measuring 150 cm × 130 cm with obstacles such as a four-legged chair, cracker crumbs, sunflower seed husks, small pieces of paper, and a handful of dust (flour). The results showed that the robot could navigate quite smoothly and optimally even only using an HC-SR04  ultrasonic  sensor.  However,  more  complex  challenges  within households, such as getting stuck in carpet rolls, handling various types of trash or debris, or moving in narrow spaces, are still aspects that this robot has not fully addressed.
Keywords: robot, arduino, vacuum cleaner, tricycle DOI: 10.20527/sjmekinematika.v8i2.279
How to cite : Taufik, I., Budiono, H. S., Hilmy, F., & Utomo, R. E. P., “Rancang Bangun Mini Vacuum Cleaner  Robot dengan Tricycle  Drive Berbasis  Arduino  Uno”. Scientific  Journal  of  Mechanical Engineering Kinematika , 8(2), 168-175, 2023.

## PENDAHULUAN
Dalam  era  perkembangan  teknologi  saat  ini,  robot  merupakan  salah  satu  elemen penting  yang  digunakan  untuk  mempermudah  manusia  dalam  menyelesaikan pekerjaannya[1,2]. Hal ini juga banyak diaplikasikan di berbagai bidang. Salah satu contoh sederhananya  adalah  di  bidang  rumah  tangga.  Saat  ini  banyak  peralatan  rumah  tangga ataupun pekerjaan rumah tangga yang sudah digantikan dengan robot atau sistem otomatis sejenisnya.
Beberapa  contoh  robot  atau  sistem  otomatis  sejenisnya  yang  difungsikan  sebagai pengganti peralatan rumah tangga ataupun pekerjaan rumah tangga misalnya robot pelayan, robot  pembatu/asisten  rumah  tangga,  mesin  cuci  cerdas  otomatis,  dan  lain-lain.  Robot pembersih telah mendapat perhatian besar dalam penelitian robotika karena efektivitasnya dalam  membantu  manusia  dalam  aplikasi  pembersihan  lantai  di  rumah,  hotel,  restoran, kantor,  rumah  sakit,  bengkel,  gudang,  dan  universitas  dan  lain  lain[3].  Banyak  yang berlomba-lomba mengembangkan robot, walau hanya untuk kebutuhan atau ruang lingkup kecil (rumah tangga). Banyak peralatan rumah tangga yang dulunya manual, sekarang sudah beralih menjadi serba otomatis[4]. Contoh perkembangan teknologi robot untuk kebutuhan rumah tangga adalah robot penghisap/pembersih debu ( vacuum cleaner robot ).
Vacuum cleaner robot dibuat dengan tujuan agar dapat membersihkan ruangan dari debu-debu atau kotoran kecil bahkan hingga ke sudut ruangan. Hal ini tentu sejalan dengan salah satu tujuan dasar dibuatnya suatu robot, yaitu untuk menggantikan pekerjaan manusia yang berulang-ulang dan membosankan. Salah satu contoh adalah pekerjaan membersihkan lantai.  Pembersihan  lantai  biasanya  merupakan  tugas  yang  monoton,  membosankan,  dan berulang-ulang sehingga merupakan kandidat yang jelas untuk penerapan robotika[5].
Mini vacuum cleaner robot sejatinya sudah banyak dikembangkan oleh peneliti. Salah satunya adalah pengembangan robot penyedot debu yang ringkas dan efisien untuk potensi penggunaan  di  kantor  dan  rumah  yang  dikembangkan  oleh  Asafa  dkk.  Robot  tersebut berbentuk  cakram,  dilengkapi  dengan  teknologi  penyedot  debu,  serta  dikendalikan  oleh mikrokontroler Arduino Mega. Mekanisme robot tersebut menggunakan differential drive konfigurasi tricycle .  Robot  yang  dikembangkan  menggunakan  empat  sensor  ultrasonik (model  HC-SRO4).  Sensor  ultrasonik  tersebut  dilengkapi  dengan  sonar  yang  dirancang untuk menentukan jarak ke suatu objek. Selain itu juga dapat mendeteksi jangkauan non- kontak yang sangat baik (2 - 400 cm) dengan akurasi tinggi. Pengoperasiannya juga tidak terpengaruh oleh sinar matahari atau material hitam[6].
Ada pula penelitian yang bertujuan untuk merancang dan mengimplementasikan robot penyedot  debu  berbiaya  rendah  dan  berkinerja  tinggi  yang  dapat  dikendalikan  oleh smartphone Android  dengan  komponen  mekanik  dan  elektronik  yang  murah  dan  mudah diakses. Robot yang dirancang juga menggunakan mekanisme differential drive konfigurasi tricycle . Namun, sensor yang digunakan berupa tiga sensor ultrasonik (model HC-SRO4) dan  dua  sensor  infra  merah  (model  KY-032).  Pengendalian  robot  dari  jarak  jauh  bisa dilakukan dengan menggunakan koneksi Bluetooth antara mikrokontroler Raspberry Pi dan smartphone Android[7].
Rapa  dkk.[8]  juga  mendesain  dan  membangun  robot vacuum  cleaner dengan memanfaatkan empat sensor ultrasonik (model HC-SRO4) untuk mendeteksi benda-benda dalam  jarak  25  cm.  Perancangan  robotnya  memungkinkan  untuk  memilah  debu  untuk disedot atau dibiarkan tidak disedot robot.
Dengan  perancangan  yang  berbeda,  Wijaya  dan  Juliadi  [9]  membangun  robot pembersih lantai menggunakan Arduino Nano dengan sistem pengendali berbasis Android. Berbeda dengan vacuum cleaner robot, konstruksi untuk mengambil kotoran pada robot ini menggunakan lengan robot dengan empat motor servo. Lengan robot dapat memindahkan objek ke tempat yang telah disediakan.
Selain  rancang  bangun  teknologi vacuum  cleaner  robot ,  ada  pula  artikel  yang membahas  dan  mengeksplorasi  perasaan  pemilik  terhadap vacuum  cleaner  robot dan persepsi kecerdasan serta hak pilihan mereka. Hal yang dibahas adalah kemampuan vacuum cleaner robot untuk membantu tugas pembersihan, antropomorfisasi, dan visibilitasnya di rumah.  Artikel  ini  juga  memperkenalkan  konsep  “ Leaky  Home ”  dan  membahas kekhawatiran  dan  sikap  terhadap  implikasi  pengawasan  dari vacuum  cleaner  robot [10]. Hampir  mirip  namun  sedikit  berbeda,  ada  pula  penelitian  tentang  pengalaman  pengguna perilaku robot penyedot debu. Wawancara dilakukan untuk memperoleh kepribadian robot penyedot debu yang diinginkan untuk masa depan[11].
Peneliti menangkap peluang untuk melakukan penelitian rancang bangun mini vacuum cleaner  robot dengan  tujuan  untuk  mengoptimalkan  penggunaan  sensor,  sekaligus mengusung differential drive menggunakan platform tricycle , terdiri dari satu caster wheel dan  dua differential  wheel .  Efektifitas  waktu  penyedotan  atau  pembersihan  juga diperhitungkan.  Tantangan-tantangan  tersebut  dipertimbangkan  dengan  cermat  saat merancang mini  vacuum  cleaner  robot yang  dijelaskan  dalam  artikel  ini.  Hal  ini  cukup penting  mengingat  adanya  gap  penelitian  yang  belum  membahas  efisiensi  penggunaan jumlah sensor.

## METODE PENELITIAN
Penelitian ini dapat dikelompokkan menjadi tiga kegiatan utama, yaitu: perancangan hardware atau  perangkat  keras,  perancangan software atau  pemrograman,  dan  uji  coba robot.  Perangkat  keras  yang  berfungsi  sebagai  “otak”  atau  pusat  kendali  pemrograman adalah  Arduino  Uno  R3.  Ini  merupakan board mikrokontroler open  source berdasarkan Microchip ATmega328P dan dikembangkan oleh Arduino.cc. Board ini dilengkapi dengan set pin input/output digital dan analog yang dapat dihubungkan ke berbagai board ekspansi dan sirkuit lainnya[12]. Perangkat keras ini adalah perangkat serbaguna dan dapat diprogram yang berfungsi sebagai otak robot. Ia mengontrol semua komponen lainnya, termasuk motor DC  dan  sensor  ultrasonik[13].  Untuk  memprogram  perangkat  tersebut,  dibutuhkan  kabel USB to printer .
Komponen  utama  lainnya  yang  tidak  kalah  penting  adalah L293D  motor  driver module .  Sebelum  ke  motor  DC,  perintah  program  yang  ada  pada  Arduino  Uno  R3  akan dilewatkan L293D motor driver module . Komponen tersebut dapat mengatur arah putar dan disediakan  pin  untuk  input  yang  berasal  dari Pulse  Width  Modulation (PWM)  untuk mengatur kecepatan motor DC. Pada robot ini terdapat dua motor DC. Masing-masing motor DC  mempunyai gear  box yang  terhubung  ke  roda  ( wheel ).  Oleh  karena  itu,  kedua  roda tersebut bisa bergerak sendiri-sendiri ( differential wheel ). Selain kedua roda tersebut, ada juga satu roda gila ( caster wheels ) yang dipasang pada bagian depan sehingga membentuk platform tricycle . Adanya caster wheels tersebut memungkinkan robot bisa bergerak lebih fleksibel ke segala arah.
Selain itu, komponen utama sebagai  penyedot  debu dan kotoran adalah  kipas ( fan ) komputer.  Kipas  ini  diletakkan  di  bagian  tengah  robot  dan  dihubungkan  dengan  kotak penyimpan debu yang terhisap. Kotak tersebut juga didesain portable sehingga jika sudah banyak debu yang terhisap, kotak dapat dibersihkan dengan mudah.
Untuk  navigasi,  robot  ini  dilengkapi  dengan  sensor  ultrasonik  HC-SR04  yang merupakan  sensor  ultrasonik  siap  pakai,  satu  alat  yang  berfungsi  sebagai  pengirim,
penerima, dan pengontrol gelombang ultrasonik. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur jarak benda dari 2cm - 4m dengan akurasi 3mm [14]. Sensor ini berfungsi sebagai pendeteksi jika  ada  benda  atau  penghalang  di  depannya  dengan  cara  memancarkan  gelombang ultrasonik, lalu terpantul oleh benda di depannya, kemudian diterima kembali gelombang pantulannya.  Robot  akan  diprogram  sedemikian  rupa  sehingga  jika  ada  benda  atau penghalang  yang  terbaca  oleh  sensor  ultrasonik  HC-SR04,  maka  robot  tidak  akan menabraknya melainkan mencari jalan lain dengan cara mundur, berbelok, dan memutar.
Sementara itu, untuk merancang perangkat keras sebuah mini vacuum cleaner robot , alat  utama  yang  digunakan  berupa solder , solder  attractor ,  timah solder (tenol), cutter , screw  driver , glue  gun , glue  gun  stick ,  multitester,  dan  Laptop  ter- install Arduino  IDE. Dengan  peralatan-peralatan  tersebut,  perangkat  keras  bisa  dirakit  untuk  selanjutnya  bisa diprogram. Namun, penempatan komponen-komponen robot juga ditentukan berdasarkan desain yang telah dibuat.
Desain rancangan penempatan komponen robot diilustrasikan seperti pada Gambar 1. Ini  merupakan  rancangan  penempatan  komponen  robot  sebelum  dilakukan wiring (pengkabelan). Hanya komponen Arduino Uno R3 saja yang tidak terlihat pada Gambar 1 karena penempatannya berada di bawah komponen L293D motor driver module .
Gambar 1. Rancangan penempatan komponen robot
Setelah  perancangan hardware dilakukan,  langkah  selanjutmya  dilakukan perancangan software supaya  kontroler  dapat  melakukan  perintah  untuk  menjalankan beberapa kompenen elektronik yang digunakan sesuai dengan rancangan desain yang telah dibuat[15].  Perancangan software dilakukan  dengan  menggunakan  aplikasi  Arduino  IDE yang  merupakan compiler dari  bawaan  mikrokontroler  Arduino.  Jenis  mikrokontroler Arduino  dipilih  karena  harga  relatif  murah,  dapat  diprogram  ulang  ( programmable )  dan bersifat open source [16].
Selanjutnya, robot diletakkan dan diaktifkan di ruang uji coba, seperti Gambar 2, yang berukuran 150 cm × 130 cm dengan pengaturan terdapat satu kursi berkaki empat sebagai rintangan. Parameter pengaturan yang sama meliputi layout ruang uji coba, jenis kotoran, jumlah kotoran, sebaran/penempatan kotoran, serta waktu uji coba. Jenis kotoran sebagai
sampel uji coba berupa serpihan kerupuk, kulit kuaci, potongan kertas kecil, dan sejumput debu (terigu). Masing-masing robot diuji coba dengan kondisi eksisting semirip mungkin.

## Gambar 2. Pengaturan ruang uji coba

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Dalam  konstruksi  sistem mini  vacuum  cleaner  robot ,  komponen-komponen elektronika dirangkai secara efisien, sebagaimana tergambar pada Gambar 3. Board Arduino Uno R3 berfungsi sebagai kontroler utama yang terhubung dengan modul pengendali motor L293D. L293D merupakan Integrated Circuit (IC) Driver Motor yang memiliki kemampuan untuk menggerakkan motor DC ke kedua arah secara simultan. Hal ini berarti bahwa dua motor  DC  yang  digunakan  pada mini  vacuum  cleaner  robot dapat  dikendalikan  secara bersamaan  melalui  satu  unit  IC  L293D.  Integrasi  ini  memberikan  keuntungan  signifikan dalam mengoptimalkan pengendalian, memungkinkan robot untuk bergerak maju, mundur, dan  berbelok  dengan  presisi,  mengoptimalkan  kinerja  pembersihan  secara  keseluruhan. Apalagi dikombinasikan dengan sebuah caster wheel (roda gila) di bagian depan. Sistem elektronik dari mini vacuum cleaner robot secara menyeluruh diintegrasikan ke dalam platform tricycle . Ini melibatkan penyatuan dan penyesuaian rangkaian elektronik, termasuk board Arduino Uno R3 sebagai kontroler utama yang terhubung dengan L293D motor driver module . Integrasi ini memastikan bahwa fungsi elektronik dan kendali robot secara efisien tergabung dalam platform tricycle . Selain itu juga memberikan kemampuan yang optimal untuk navigasi robot.
Platform tricycle , yang terdiri dari dua roda differential drive dan satu caster wheel di bagian  depan,  menawarkan  sejumlah  keuntungan  yang  signifikan.  Kelebihan  utamanya terletak pada kemampuan manuver yang tinggi. Dua roda differential drive memungkinkan kendaraan  untuk  berbelok  dengan  cepat  dan  presisi. Caster  wheel di  bagian  depan memberikan  stabilitas  tambahan  dan  memungkinkan  perubahan  arah  dengan  keluwesan. Kombinasi  ini  menciptakan platform yang  optimal  untuk  navigasi  dalam  ruang  terbatas, seperti  di  dalam  rumah  atau  kantor,  sembari  memastikan  kestabilan  dan  kontrol  yang diperlukan selama operasi pembersihan mini vacuum cleaner robot .
Gambar 3. Rangkaian elektronik robot
Gambar 3. Platform tricycle dari mini vacuum cleaner robot
Mini vacuum cleaner robot memiliki arah gerak yang fleksibel berkat desainnya yang terdiri dari dua roda differential drive dan satu caster wheel di bagian depan. Kombinasi dari kedua  roda  tersebut  memungkinkan  robot  untuk  dengan  mudah  berbelok  dan  mengikuti berbagai  kontur  permukaan.  Dengan  struktur  ini,  robot  dapat  mengatasi  rintangan, menjelajahi sudut-sudut rumah dengan lancar, dan membersihkan area dengan efisien tanpa kesulitan. Fleksibilitas arah gerakannya diilustrasikan seperti pada Gambar 4.
Gambar 4. (a) Arah robot maju, (b) Arah robot berputar counter clockwise , (c) Arah robot mundur, (d) Arah robot berputar clockwise
Purwarupa mini vacuum cleaner robot dibuat sesuai dengan rancangan. Selanjutnya, robot  diberi casing dan sticker yang  dibuat  secara custom seperti  yang  disajikan  pada Gambar 5. Hal tersebut dimaksudkan untuk menjaga atau melindungi komponen robot dari benturan  secara  langsung.  Selain  itu, casing dan sticker juga  memberikan  warna  dan tampilan tersendiri. Dengan kata lain, purwarupa yang dibangun telah sesuai dengan desain rancangan yang dibuat.
Gambar 5. Purwarupa mini vacuum cleaner robot

## KESIMPULAN
Mini  vacuum  cleaner telah  dirancang,  dibuat,  dan  diuji.  Bentuknya  seperti  cakram dengan casing yang dibuat custom . Mini vacuum cleaner menyedot kotoran melalui tempat sampah yang dapat dilepas. Di atasnya dipasang kipas yang berfungsi sebagai penghisap debu  dan  kotoran.  Kipas  pengisap  membantu  menciptakan  ruang  hampa  yang  menarik kotoran ke tempat sampah. Robot bernavigasi dengan roda kastor ( caster wheel ) depan dan dua  roda  belakang  (secara differential  drive ),  serta  mendeteksi  rintangan  menggunakan sensor ultrasonik.
SJME KINEMATIKA Vol.8 No.2, 1 Desember 2023, pp 168-175 https://kinematika.ulm.ac.id/index.php/kinematika
Namun, rintangan di area ruang uji coba masih terlalu mudah. Pada kenyataannya, ada banyak rintangan yang kemungkinan akan dihadapi mini vacuum cleaner saat melaksanakan tugasnya. Misal jumlah rintangan yang lebih banyak, kotoran di dalam celah sempit, terdapat karpet, dan lain sebagainya. Pengembangan selanjutnya bisa dilakukan untuk optimalisasi kinerja dari mini vacuum cleaner robot tersebut.

## REFERENSI
[1]  N.  A.  Sutisna,  P.  Suwarno,  and  A.  R.  Firmansyah,  “Rancang  Bangun  Robot  Arm Berbasis Raspberry Pi Menggunakan Printer 3D,” J. Mech. Eng. Mechatronics , vol. 7, no. 2, pp. 131–146, 2022.
[2]  A. Z. Hasibuan and M. S. Asih, “Rancang Bangun Robot Vacum Cleaner Berbasis Mikrokontroler dengan Pengendali Smartphone Android,” InfoTekJar J. Nas. Inform. dan Teknol. Jar. , vol. 4, no. 1, pp. 116–120, 2019.
[3]  M.  Kukde,  S.  Nagpurkar,  A.  Dhakulkar,  and  A.  Amdare,  “Automatic  &  Manual Vacuum Cleaning Robot,” Int. Res. J. Eng. Technol. , vol. 5, no. 2, pp. 2196–2198, 2018.
[4]  I. Taufik, Sistem Mechatronics Engineering di Era Revolusi Industri 4.0 . Surabaya: CV. Jakad Media Publishing, 2020.
[5]  R. Vishaal, P. Raghavan, R. Rajesh, S. Michael, and M. R. Elara, “Design of Dual Purpose Cleaning Robot,” Procedia Comput. Sci. , vol. 133, pp. 518–525, 2018.
[6]  T.  B.  Asafa,  T.  M.  Afonja,  E.  A.  Olaniyan,  and  H.  O.  Alade,  “Development  of  a vacuum cleaner robot,” Alexandria Eng. J. , vol. 57, no. 4, pp. 2911–2920, 2018.
[7]  A. Eren and H. Doğan, “Design and implementation of a cost effective vacuum cleaner robot,” Turkish J. Eng. , vol. 6, no. 2, pp. 166–177, 2022.
[8]  C. I. Rapa, E. Dephtios, C. Mariangga, and N. Patiung, “A Design and Build A Robot Vacuum Cleaner,” J. Phys. Conf. Ser. , vol. 2394, no. 1, pp. 1–7, 2022.
[9]  A. Wijaya and D. Juliadi, “Rancang Bangun Robot Pembersih Lantai Menggunakan Arduino Nano dengan Sistem Pengendali Berbasis Android,” J. Pseudocode , vol. 8, no. 2, pp. 98–107, 2021.
[10]  K. Wellendorf, K. L. G. Søilen, and K. Veel, “Calm Surveillance in the Leaky Home: Living with a Robot Vacuum Cleaner,” J. Media Art Study Theory , vol. 3, no. 1, pp. 41–61, 2021.
[11]  B. Hendriks, B. Meerbeek, S. Boess, S. Pauws, and M. Sonneveld, “Robot vacuum cleaner personality and behavior,” Int. J. Soc. Robot. , vol. 3, no. 2, pp. 187–195, 2011.
[12]  A.  Sutar,  A.  S,  G.  D.  K,  P.  K.  K.  M,  and  D.  Raj,  “Automated  Domestic  Vacuum Cleaner Robot,” Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol. , vol. 10, no. 7, pp. 1964–1971, 2022.
[13]  M. Vijayalakshmi, M. Balu, P. Chowla, P. S. Middela, and H. Bestha, “Design and Development of a Solar-Powered Vacuum and Wet Cleaning Robot using Arduino UNO,” Int. J. Inf. Technol. Infrastruct. , vol. 12, no. 3, pp. 1–4, 2023.
[14]  P. S. F. Yudha  and R.  A. Sani,  “Implementasi  Sensor Ultrasonik Hc-Sr04 Sebagai Sensor Parkir Mobil Berbasis Arduino,” Einstein e-journal , vol. 5, no. 3, pp. 19–26, 2017.
[15]  L. Hakim, M. Hasan Basri, and H. Saravian Iskawanto, “Water Level Control System in Ornamental Fish Ponds Using SMS Gateway,” Sci. J. Mech. Eng. Kinemat. , vol. 5, no. 2, pp. 119–128, 2020.
[16]  I. Taufik and F. Hilmy, “Pelatihan Arduino kepada Remaja Musala Ka’bah dengan Tema: ‘Santri Berdikari, Mandiri Teknologi,’” J. Pengabdi. dan Peningkatan Mutu Masy. , vol. 4, no. 2, pp. 157–165, 2023.