## Desain dan Analisis Model Lengan Robot untuk Memindahkan Material
Ignatius Gunawan Widodo * , Hartono , Bambang Tjahyono, Eni Safriana, Thoif Zara Amrullah Program Studi D3 Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Semarang Jl. Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah 50275 *Email: ignatius.gunawan.widodo@polines.ac.id
Diajukan: 22-07-2023; Diterima: 20-08-2023; Diterbitkan: 21-08-2023

## Abstrak
Teknologi  bidang  industri  terus  berkembang  sesuai  dengan  kebutuhan  pasar,  salah  satunya  adalah  perkembangan robot industri yang mampu bekerja secara efisien dan mampu menggantikan tenaga manusia. Penelitian ini membuat robot  yang  dapat  digerakkan  menuju  3  sumbu  yaitu  X,  Y,  dan  Z  dengan  konsep  menyerupai  lengan  manusia  agar dapat mempermudah proses pemindahan barang dari satu tempat ke tempat yang lain. Pada beberapa industri proses pemindahan barang masih menggunakan tenaga manusia atau manual, sedangkan perintah yang dilakukan tergolong banyak dan berulang. Hal tersebut mendorong pembuatan lengan robot agar dapat mengurangi peran manusia dalam proses pemindahan barang sehingga lebih efisien. Tujuan  penelitian ini adalah  membuat  model lengan robot untuk simulasi  pemindahan  material  berupa  lembaran  material.  Metode  penelitian  adalah  Research  and  Develompment (R&D) dengan membuat produk  kemudian menguji produk yang dihasilkan.  Hasil dari pembuatan lengan robot ini adalah mampu memindahkan material berupa lembaran material ( sheet metal ) yang mempunyai permukaan rata dan bersih agar dapat dicekam oleh suction cup.
Kata kunci : Lengan robot; pemindah barang; transfer dies; suction cup

## Abstract
Industrial technology continues to develop according to market needs, one of which is the development of industrial robots that are able to work efficiently and are able to replace human labor. This research makes a robot that can be moved towards 3 axes namely X, Y, and Z with a concept resembling a human arm in order to facilitate the process of  moving  goods  from  one  place  to  another.  In  some  industries  the  process  of  moving  goods  still  uses  human  or manual  labor,  while  the  orders  made  are  quite  large  and  repetitive.  This  encourages  the  manufacture  of  robotic arms in order to reduce the human role in the process of moving goods so that it is more efficient. The purpose of this  research  is  to  make  a  robotic  arm  model  for  simulating  material  transfer  in  the  form  of  sheet  material.  The research method is Research and Development (R&D) by making products and then testing the resulting products. The result of making this robotic arm is being able to move material in the form of sheet metal which has a flat and clean surface so that it can be gripped by the suction cup .
Keyword: Robot arm; goods mover; transfer dies; suction cup

## 1. Pendahuluan
Kemajuan  teknologi  dunia  industri  4.0  sudah  banyak  memberikan  kemudahan  dan  keuntungan  kepada  perusahaan dalam proses produksi. Sebagai contoh adalah proses pemindahan sheet metal dengan berbagai ukuran (kecil, sedang, besar) dilakukan secara berulang di PT Mekar Armada Jaya, yang sebagian besar masih menggunakan tenaga manusia ( manual ). Pekerjaan ini akan terasa berat apabila beban yang diangkut cukup berat dan hanya mengandalkan dua tangan saja [1]. Robot  merupakan  salah  satu  alat  bantu  yang  dalam kondisi  tertentu  sangat  diperlukan  dalam  industri [2]. Fungsi utama dari robot dalam dunia industri saat ini adalah menggantikan tugas manusia karena dapat melakukan pekerjaan  yang  berat,  presisi,  cepat,  dan  aman  [3].  Robot  pemindah  barang  dapat  memindahkan  barang  dari  tempat pengambilan  barang  ke  tempat  penyimpanan  barang  secara  terus  menerus  dan  berulang,  sehingga  membuat  proses pemindahan barang dapat berjalan terus [4]. Penggunaan robot lengan sangat sering pada dunia industri. Lengan robot, didesain  dan  dibuat  oleh  manusia  dengan  tujuan  untuk  menggantikan  posisi  manusia  dalam  mengerjakan  pekerjaan yang  berat  dan  berulang-ulang  [5].  Robot  dapat  diprogram  untuk  melakukan  gerakan  sesuai  dengan  referensi  yang didapat dari sensor-sensor yang dimilikinya [6].
Desain  dan  analisa  lengan  robot  ini  diharapkan  dapat  memberikan  kontribusi  positif  bagi  perusahaan  untuk meningkatkan  efisiensi  sehingga  berdampak  bagi  peningkatan  pendapatan  dan  biaya  produksi  lebih  rendah.  Lengan robot adalah sebuah manipulator dengan tiga atau lebih sumbu, yang dikontrol secara otomatis, yang dapat diprogram ulang dengan banyak tujuan.   Manipulator adalah suatu struktur  mekanik  yang terdiri atas beberapa badan yang kaku ( link ), yang dihubungkan dengan sendi ( joint ) [7].  Sebuah robot manipulator dirancang sedemikian rupa – menyerupai lengan  manusia  yang  mempunyai  sifat  fleksibel  supaya  mudah  digunakan  untuk  melakukan  sebuah  pekerjaan  dengan cepat, presisi serta tingkat efisiensi yang lebih baik [8].
Gambar 1.1 . Model Lengan Robot
Lengan robot didesain meniru lengan manusia secara umum seperti adanya sendi dan efektor ujung (jepit, isap, atau magnet) untuk mengangkat benda [9].  Robot memerlukan sensor untuk menentukan posisi lengan, dan controller yang menyimpan  program  untuk  mengatur  proses  gerakkan  lengan  robot,  serta actuator sebagai  penggeraknya  [10].
Keterbaruan  penelitian  ini  adalah  lengan  robot  mampu  memindahkan  barang  berupa  lembaran  material  ( sheet metal ) dengan berbagai ukurn. Tujuan penelitian ini adalah membuat model lengan robot untuk simulasi pemindahan material berupa lembaran material yang memiliki berbagai ukuran guna menggantikan tenaga manusia.

## 2. Material dan metodologi
Komponen  -  komponen  yang  digunakan  dalam  proses  perancangan  model  lengan  robot  ini  meliputi  komponen utama  rangka  ( body )  dibuat  dengan  menggunakan  3D  print.  3D  Printing  atau  dikenal  juga  sebagai  Additive  Layer Manufacturing adalah proses membuat objek pada 3 dimensi atau bentuk apapun dari model digital [11]. Motor stepper berfungsi  sebagai  motor  penggerak  untuk  sumbu  Z, Lead  screw berfungsi  untuk  mengubah  gerakan  rotasi  ke  gerak translasi , Suction Cup berfungsi  untuk  mengangkat sheet  metal menggunakan hisapan tekanan  udara.  System control menggunakan Arduino  Uno .  Arduino  Uno  adalah  salah  satu  development  kit  mikrokontroler  yang  berbasis  pada ATmega28 [12]. Arduino Uno memiliki 14 pin digital input/output , 6 analog input , sebuah resonator keramik 16 MHz, koneksi USB, pin power input , ICSP header , dan sebuah tombol rest . Sedangkan untuk mengendalikan motor stepper bipolar .  Motor  stepper  adalah  perangkat  elektromekanis  yang  bekerja  dengan  mengubah  pulsa  elektronis  menjadi gerakan mekanis diskrit [13]. Terdapat lima pilihan mikro step pada driver A4988 yaitu full-step, half-step, a quarter- step, eight-step dan sixteenth-step . Terdapat potensi untuk mengatur arus keluaran dengan tegangan nominal 3 hingga 5.5  V  DC.  Arus  maksimum  2 ampere diperlukan heat  sink ( pendingin )  dan  tanpa heat  sink untuk  arus  1 ampere .
Komponen CNC Shield merupakan modul pengaman yang dikoneksikan dengan Arduino untuk membaca g-code , agar CNC Shield bekerja perlu meng instal grbl pada Arduino [14]. CNC Shield memerlukan tegangan 8-36 volt DC sebagai daya untuk stepper motor.
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  adalah  Research  and  Develompment  (R&D),  dimana  menghasilkan suatu produk yang kemudian di uji tingkat keefektifannya [15]. Alur penelitian tersaji pada Gambar 1.

## Gambar 1. Alur Penelitian
Gambar 2 merupakan gambar hasil desain lengan robot yang telah dibuat dengan menggunakan persamaan dan perhitungan yang sesuai dengan kebutuhan. Perhitungan beban pada lengan vakum kit untuk massa dan beban adalah 395 g dan 4 N. Beban pada lengan 2  dengan massa dan beban sebesar 890 g dan 9N. sedangkan pada lengan 1 massa dan beban yang dihasilkan sebesar 344 g dan 4N. Z-Axiz Mount memiliki massa 880 g dan beban sebesar 9N.
Potensi dan masalah Pengumpulan data Desain produk Revisi Uji coba produk Analisa data Menyusun laporan ya Tidak

## 3. Hasil dan pembahasan
Dari  hasil  desain  model  lengan  robot  yang  kemudian  dilakukan  analisis  diperoleh  hasil  pengujian  gerakan  lengan robot  sebagaimana  pada  Tabel  1,  dan  dalam  bentuk  grafik  sebagaimana  pada  Gambar  3.  Gambar  3    menunjukkan perbandingan  waktu  yang dibutuhkan untuk  memindahkan  material dengan beban  yang  berbeda. Perbandingan  waktu tidak terlalu signifikan, bahkan cenderung konstan meskipun beban material semakin berat.
Tabel 1. Hasil Uji Coba Axis dan Beban Terhadap Kecepatan
AXIS BEBAN KAPASITAS/JAM Waktu untuk pemindahan 5X Waktu untuk pemindahan 10X Waktu untuk pemindahan 15X 3 axis 100 gr 5 x 60 = 300 1 menit 2 menit 3 detik 3 menit 6 detik 2 axis 4 x 60 = 240 1 menit 4 detik 2 menit 8 detik 3 menit 12 detik 3 axis 200 gr 5 x 60 = 300 1 menit 1 detik 2 menit 4 detik 3 menit 7 detik 2 axis 4 x 60 = 240 1 menit 5 detik 2 menit 9 detik 3 menit 14 detik 3 axis 300 gr 5 x 60 = 300 1 menit 2 detik 2 menit 5 detik 3 menit 8 detik 2 axis 4 x 60 = 240 1 menit 6 detik 2 menit 11 detik 3 menit 16 detik 3 axis 400 gr 5 x 60 = 300 1 menit 3 detik 2 menit 6 detik 3 menit 9 detik 2 axis 4 x 60 = 240 1 menit 7 detik 2 menit 13 detik 3 menit 19 detik
Gambar 3. Grafik Pengaruh Beban Terhadap Waktu Pemindahan
Gambar  4  menunjukkan  pengaruh  axis  terhadap  waktu  yang  diperlukan  untuk  memindahkan  material.  Terlihat bahwa waktu yang dibutuhkan untuk memindahkan material dengan menggunakan pergerakan 3 axis akan lebih singkat dibandingkan penggunaan 2 axis.
Data pada Tabel 1 menunjukkan bahwa berat beban tidak telalu berpengaruh, sedangkan axis berpengaruh terhadap kecepatan.  Saat  menggunakan 3 axis, lengan  robot dapat  melakukan 300 siklus per jam  dengan rata-rata setiap  siklus 12,6  detik.  Saat  menggunakan  2  axis,  lengan  robot  dapat  melakukan  240  siklus  per  jam  dengan  rata-rata  13,1 detik setiap  siklus.  Hal  tersebut  terjadi  karena  saat  menggunakan  3  axis,  jarak  tempuh  lengan  robot  lebih  pendek  sehingga dapat melakukan efisiensi pergerakan untuk mempersingkat waktu, sedangkan pergerakan 2 axis memiliki lebih banyak step sehingga jarak tempuh pemindahan material semakin panjang dan lama.
Table 2. Hasil Uji Coba Kecepatan Lengan Robot Terhadap Jumlah Produksi
No Speed Pengujian Jumlah Produksi Keterangan 1. 30% 1 3 3 siklus dengan 3 kali pemindahan material 2 3 3 3 Rata-rata 3 2. 60% 1
4
4 siklus dengan 4 kali pemindahan material 2 4 3 4 Rata-rata 4 3. 90% 1
5
5 siklus dengan 5 kali pemindahan material 2 5 3 5 Rata-rata 5
Tabel  2  menunjukkan  hasil  pengujian  pada  percobaan  pertama  dengan  kapasitas  kecepatan  30%  mampu memindahkan sebanyak 180 material per jam, percobaan kedua dengan kapasitas kecepatan 60% mampu memindahkan sebanyak  240  material  per  jam,  dan  pada  percobaan  ketiga  dengan  kapasitas  kecepatan  90%  mampu  memindahkan sebanyak 300 material per jam.
Semakin  besar  kecepatan  motor  yang  diatur  pada  lengan  robot  maka  akan  semakin  banyak  jumlah  siklus  yang dilakukan. Lengan robot dapat memindahkan material dengan konstan (tetap) dibuktikan pada tiga kali percobaan pada masing-masing  kecepatan  menunjukkan  angka  yang  sama  setiap  diuji.  Speed  90%  adalah  tingkat  kecepatan  stepper motor  terbaik  untuk  melakukan  sebuah  siklus,  karena  apabila  kecepatan  diatur  pada  tingkat  maksimal  (speed  100%) rawan terjadi error.
0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 Ju m lah Siklu s PERCOBAAN speed 30% speed 60%
speed 90%

## 4. Kesimpulan
Lengan  robot  yang  dihasilkan  dalam  penelitian  ini  mampu  memindahkan  material  berupa  lembaran  plat  ( sheet metal) dengan kapasitas beban maksimal 400g yang mempunyai permukaan rata dan bersih, serta menggunakan sistem pneumatic sebagai  media  pencekam.  Daya  maksimum  dari  lengan  robot,  mampu  memindahkan  material  dengan kapasitas 300 material per jam pada jarak 450 mm.

## Daftar Pustaka
[1]   Anwar,  S.,  Suripto,  H.,  Rizal,  J.,  2020,  Perancangan  Forklift  Manual  Dengan  Kapasitas  Angkat  200  kg,  Jurnal Aplikasi Teknologi (APTEK), Vol. 12, No. 01,  hal. 32.
[2]   Masykuri, S., 2010, Sistem   Pengendalian   Lengan Robot     dengan     Interfacing     Java     Berbasis ATMEGA 8535, Naskah Publikasi STMIK AMIKOM Yogyakarta.
[3]   Darmawan,  Salahuddin,  Karjadi,  2018,  Prototipe  Alat  Pemindah  barang  di  pelabuhan  berbasis  Arduino,  Jurnal ilmiah teknologi dan rekayasa, Vol. 23, No. 2, hal. 1.
[4]   Sudimanto, S., Kevin, K., 2020, Perancangan robot pemindah barang berbasis line follower, Tesla, Vol. 22, No. 1, hal. 1.
[5]   Salmon,  Bartolomius  Harpad,  “Prototype  Lengan  Robot  Berbasis  Arduino  Dengan  Menggunakan  Algoritma Kinematics “ Jurnal Ilmiah MATRIK , Vol. 22 No.2, Agustus 2020, p:208.
[6]   Erwin Sitompul dan Sodri, “Prototipe Manipulator Lengan Robot Berbasis Arduino dengan Metoda Kendali Lead- Through” Jurnal ELEMENTER Vol. 6, No. 1, Mei 2020, p: 2.
[7]   Alamsyah  Syahiidutama,  dkk,  “Implementasi  Kinematika  Robot  Lengan  Pemindah  Barang  Dua  Sendi  (2  DOF) dengan  Metode  Kinematika  Maju  Untuk  Menentukan  Koordinat  dalam  Pemindahan  Sebuah  Object”  Journal  Of Information System, Graphics, Hospitality And Technology, vol 2, no 01, 2020, P: 36.
[8]   Eka Revadiaz, dkk, “Prototype Automated Manipulator Robot Menggunakan Mikrokontroler NodeMCU ESP8266 Berbasis Internet of Things (IoT) “ JTEV (Jurnal Teknik Elektro dan Vokasional), Vol 8, No 2, 2022, p: 440
[9]   Syam, R. Seri Buku Ajar Robotika: Kinematika dan Dinamika Robot Lengan. Makassar: Universitas Hassanuddin. 2015.
[10]  William,  dkk.  “Pengendalian  Lengan  Robot  untuk  Proses  Pemindahan  Barang”,  T  E  S  L  A,  VOL.  21,  NO.  1, MARET 2019. P: 69.
[11]  Excell, Jon, The rise of additive manufacturing. The Engineer. 2013.
[12]  Arfian Habib Patonra, dkk. “Rancang Bangun Media Pembelajaran Praktik Motor Stepper” MAPLE, Vol 2, Edisi 1, Januari 2020. P: 8.
[13]  Muhammad  Syamsu  Iqbal.  “Rancang  Bangun  Alat  Uji  Motor  Stepper  Berbasis  Mikrokontroler”.  Eprints.unram, 2020, P:2.
[13]  Nugroho,  A.A.,  2020,  Pratomo,  L.H.,  Mesin  CNC  Berbasis  Arduino  Uno  R3  Dengan Hardware Dan  Simulasi Secara Real-Time Pada Desain 2D, Prosiding Seminar Nasional, Vol. 5, No. 1, hal. 42.
[15] sugiyono, Metode penelitian kuantitatif kualitatif dan R&D. alfabeta, 2011.