ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638 | Vol. 8 | No. 3 | Halaman 561 - 574
DOI : http://dx.doi.org/10.26760/elkomika.v8i3.561

## Kinematika dan Antarmuka Robot SCARA Serpent
AFRIZAL MAYUB 1 , IVAN SYAHRONI 2 , FAHMIZAL 2 , MUHAMMAD ARROFIQ 2
1 Pascasarjana S2 Pendidikan IPA FKIP, Universitas Bengkulu, Indonesia 2 Teknik Elektro dan Informatika Sekolah Vokasi Universitas Gadjah Mada, Indonesia Email: afrizalmayub@unib.ac.id
Received 24 Maret 2020 | Revised 14 April 2020 | Accepted 29 April 2020

## ABSTRAK
Penelitian  ini  menyajikan  kendali  pergerakan  posisi  dari  robot  SCARA  Serpent menggunakan  persamaan  kinematika  dan  antarmuka  berbasis  Processing  IDE. Antarmuka  bertujuan  untuk  memudahkan  dalam  pengendalian  robot  SCARA Serpent  dan  mendapatkan  data  koordinat  objek.  Data  ini  digunakan  sebagai masukan persamaan kinematika balik untuk menentukan besar sudut tiap joint. Untuk  mendapatkan  hasil  pergerakan  robot  SCARA  Serpent  yang  baik,  kendali Proporsional, Integral, Differensial (PID) diterapkan dalam mengendalikan posisi setiap  joint-nya.  Pada  pengujian,  robot  SCARA  Serpent  diuiji  dengan  tiga pengujian,  yaitu  pengujian  sudut  joint,  pengujian  koordinat  end-effector,  dan pengujian kendali PID. Dari hasil pengujian, sistem dapat berjalan dengan baik. Hasil parameter kendali PID diperoleh dengan tuning secara eksperimental dengan parameter Kp=5.5, Ki=0.001 dan Kd=10 untuk sudut joint shoulder pada robot SCARA Serpent menuju error steady state bernilai nol.
Kata kunci : SCARA Serpent, Kinematika, Antarmuka, Kendali PID.

## ABSTRACT
This paper presents position control of the SCARA Serpent robot using kinematics equations  and  Processing  IDE-based  interfaces.  The  interface  aims  to  make  it easier in controlling the SCARA Serpent robot and to get object coordinate data. This data are used as input to the reverse kinematics equation to determine the angle  of  each  joint.  To  get  good  SCARA  Serpent  robot  movement  results, Proportional, Integral, Differential (PID) control is applied in controlling the position of each joint. In the testing, the SCARA Serpent robot is tested with three tests, namely joint angle testing, end-effector coordinate testing, and PID control testing. From  the  test  results,  the  system  can  run  well.  The  results  of  the  PID  control parameters were obtained by experimental tuning with parameters Kp = 5.5, Ki = 0.001 and Kd = 10 for the joint shoulder angle of the SCARA Serpent robot towards zero steady state error.
Keywords : SCARA Serpent, Kinematics, Interface, PID Controller.

## 1. PENDAHULUAN
Perkembangan teknologi serta ilmu pengetahuan dari masa ke masa semakin berkembang. Perkembangan  ini  berjalan  seiring  dengan  penelitian-penelitian  di  berbagai  disiplin  ilmu khususnya  dalam  bidang  otomasi.  Hal  ini  dapat  dilihat  dari  banyaknya  penggunaan  sistem otomasi  dalam  dunia  industri  seperti  penggunaan  robot  dalam  menyelesaikan  pekerjaan manusia. Untuk itu, perancangan robot merupakan salah satu solusi dalam memenuhi tuntutan dan membantu kebutuhan manusia (Faris, dkk, 2012) .
Pemilihan  robot  untuk  menggantikan  pekerjaan  manusia  tidak  terlepas  dengan  berbagai kelebihannya. Salah satu kelebihannya, robot dapat melakukan suatu pekerjaan yang sama dan berulang tanpa merasakan lelah seperti halnya manusia. Pekerjaan ini dapat ditemukan dalam bidang industri khususnya pada bagian produksi. Robot dengan sistem lengan ( robot arm system) merupakan salah satu jenis robot yang dominan berada dalam bidang industri (Bimantaka & Harjoko, 2014) .
Selective Compilance Assembly Robot Arm atau biasa dikenal dengan robot SCARA merupakan salah satu jenis dari robot lengan yang umumnya sering digunakan di dalam dunia industri (Mandal, 2016) . Robot  SCARA terdiri dari base,  lengan  shoulder, lengan  elbow  dan  end- effector. Posisi end-effector pada robot SCARA berada pada sebuah koordinat kartesian ( 𝑥, 𝑦 ). Pengembangan  dari  robot  lengan  saat  ini  telah berkembang  pesat.  Beberapa  robot  lengan memiliki  beberapa  fitur  kecerdasan  seperti  ditambahkannya  sebuah  kamera  sehingga pergerakan dari robot bergantung pada warna atau bentuk dari setiap objek (Vijayalaxmi, dkk, 2013) .
Robot SCARA memiliki banyak jenis, robot SCARA Serpent merupakan jenis yang dibahas pada penelitian ini. Robot SCARA Serpent didesain oleh Richard Becker pada pertengahan tahun 1980  setelah  keluar  dari  perusahaan  lamanya.  Richard  kemudian  mendirikan  sebuah perusahaan dengan nama “Cybernetic Applications” yang merupakan perusahaan pada bidang robot  manufaktur (Fazakerley  &  BeebControl,  2018) .  Robot  SCARA  Serpent  dirancang untuk  memindahkan  sebuah  objek  menuju  titik  koordinat  yang  sudah  ditentukan.  Untuk mencapai sebuah koordinat, sebuah robot memerlukan sebuah perhitungan kinematika balik yang membuat titik koordinat tersebut dapat diubah menjadi sebuah nilai sudut untuk setiap joint-nya.  Setiap joint pada robot nantinya bergerak sesuai dengan besaran sudut joint yang sudah ditentukan (Setiawan, dkk, 2015) . Untuk mendapatkan sebuah respon, umumnya setiap robot mempunyai sebuah sistem umpan balik yang berfungsi untuk membandingkan nilai  yang  terukur  dengan  nilai  yang  ditentukan.  Pada  robot  SCARA  Serpent,  umpan  balik menggunakan  sensor  potensiometer  yang  diletakkan  pada  setiap joint  pada  robot (Az Uchrowi, dkk, 2019) .
Penelitian  terkait  robot  SCARA  telah  banyak  dilakukan  oleh  beberapa  peneliti  seperti  pada (Shariatee, dkk, 2014) . Pada makalah ini peneliti merancang sebuah desain robot SCARA yang  memiliki  spesifikasi  sejajar  dengan  robot  industri  pada  negaranya,  Iran.  Peneliti merancang  desain  mekanik,  elektronik,  sistem  kontrol  dengan  biaya  seminimal  mungkin. Robot SCARA tersebut menggunakan kontrol kendali PID, dengan tingkat kesalahan yang kecil serta  dapat  menghasilkan  pergerakan  dengan  tingkat  presisi  kurang  lebih  0.01  mm  dan melakukan pergerakan 8.5 m/s pada bidang xy.
Berbeda  dengan  makalah  pada (Zhang &  Zhang,  2019) yang  melakukan  simulasi  robot SCARA  menggunakan  SimMechanics  yang  terdapat  pada  aplikasi  Matlab.  Simulasi  yang dilakukan  peneliti  meliputi  dari  pergerakan  kinematika  maju  yang  dilakukan  menggunakan parameter DH. SimMechanics pada penelitian tersebut digunakan untuk merancang diagram
blok  dari  sistem  serta  menyimulasikan  untuk  mengubah  perpindahan,  kecepatan,  dan akselerasi dari setiap joint. Selain itu, Robot SCARA dapat dikembangkan lebih jauh seperti yang  dilakukan  pada (Pillajo  & Sierra, 2013) .  Pada  makalah  ini,  peneliti  menambahkan sebuah  sensor  Kinect  untuk  merekam  pergerakan  dari  sebuah  tangan.  Robot  SCARA  pada makalah ini, melakukan pergerakan sesuai dengan pergerakan tangan secara langsung. Hal ini menunjukkan bahwa, robot SCARA dapat dikembangkan beraneka ragam.
Sedangkan pada makalah ini, disajikan kendali pergerakan posisi dari robot SCARA Serpent menggunakan  persamaan  kinematika  dan  antarmuka  berbasis  Processing  IDE.  Antarmuka bertujuan untuk memudahkan dalam mengendalikan robot SCARA Serpent dan mendapatkan data  koordinat  objek.  Selain  itu,  implementasi  Kendali  PID  digunakan  untuk  membuat pergerakan  menjadi stabil dan  membuat  posisi dari end-effector  dari robot  SCARA Serpent menjadi lebih cepat dan tepat saat menuju titik yang telah ditentukan. Susunan pada makalah ini  disusun  menjadi  empat  bagian.  Pada bagian  2  perancangan  kinematika  dan  antarmuka Robot  SCARA  Serpent  dijelaskan.  Prosedur  pengujian  dan  pembahasan  sistem  disajikan  di bagian 3 beserta data eksperimen. Dan bagian 4 adalah kesimpulan dari makalah ini.

## 2. PERANCANGAN SISTEM

## 2.1 Kinematika
Kinematika pada robot lengan SCARA Serpent terbagi menjadi dua jenis yaitu kinematika balik ( inverse  kinematic)  dan  kinematika  maju  (forward  kinematic).  Kinematika  balik  digunakan untuk mendapatkan nilai sudut pada setiap joint jika diketahui posisi ( 𝑥, 𝑦 ). Sedangkan untuk kinematika maju digunakan untuk mendapatkan posisi ( 𝑥, 𝑦 ) jika diketahui besar nilai pada setiap joint (Prabantara & Harjoko, 2013) . Penjelasan terkait pergerakan kinematika dapat digambarkan melalui sebuah blog diagram yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Blok Diagram Sistem Keseluruhan

## 2.1.1 Kinematika Maju
Dalam kinematika maju terdapat beberapa metode untuk memudahkan dalam mencari sebuah posisi  akhir.  Salah  satu metode yang umum digunakan adalah  metode Denavit-Hartenberg (DH). Metode DH merupakan metode yang menggabungkan proses perhitungan rotasi dan translasi menjadi sebuah matriks dengan menyertakan nilai sudut putar dan jarak sendi dari sebuah lengan robot yang didapat dari konfigurasi pada setiap robot (Dharmawan & Lina, 2017) .
Metode DH mempunyai empat buah aturan terkait penulisan dari matriks robot, empat aturan tersebut yaitu pertama, sumbu 𝑧 harus menjadi sumbu rotasi atau translasi dari sebuah joint. Kedua, sumbu 𝑥 harus tegak lurus dari sumbu 𝑧 frame sebelumnya. Ketiga, sumbu 𝑥 harus memotong  atau  menyilang  dari  sumbu 𝑧 frame  sebelumnya.  Keempat,  sumbu 𝑦 harus digambarkan sesuai dengan aturan tangan kanan setelah sumbu 𝑥 dan sumbu 𝑧 setiap frame digambarkan. Gambar 2 merupakan struktur dari konﬁgurasi SCARA Serpent, sedangkan Tabel 1 merupakan spesifikasi robot SCARA Serpent dan Tabel 2 merupakan tabel konfigurasi DH robot SCARA Serpent.
(a)
(b)
Gambar 2. (a) Bentuk Fisik Robot SCARA Serpent; (b) Konfigurasi Robot SCARA Serpent
Pada  konfigurasi  robot  SCARA  Serpent  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  2  terdapat  lengan shoulder  (LS).  Lengan  shoulder  berporos  pada  sebuah  base yang  memiliki  tinggi  500  mm. Lengan shoulder dalam pergerakannya akan membuat nilai sudut yang ditandai dengan 𝜃 . Lengan elbow  (LE)  berporos  pada  ujung  lengan  shoulder  yang  pergerakannya  membentuk sebuah sudut yang ditandai dengan 𝜃 . Sedangkan untuk end-effector (D1) yang berporos pada ujung dari lengan elbow akan membentuk sebuah sudut yang ditandai dengan 𝜃 . Selain itu, end-effector  juga  memiliki  pergerakan  secara  vertikal,  D1  merupakan  jarak  dari pergerakan end-effector dan D2 merupakan jarak end-effector dengan permukaan saat kondisi end-effector sedang dalam posisi awal.
Tabel 1. Spesifikasi Robot SCARA Serpent Keterangan Nilai Panjang lengan base (LB) 500 mm Panjang lengan shoulder (LS) 360 mm Panjang lengan elbow (LE) 290 mm Pergerakan end-effector (D1) 90 mm Jarak end-effector dengan permukaan (D2) 250 mm

## Tabel 2. Spesifikasi Robot SCARA Serpent
Link 𝒂 𝒊 𝜶 𝒊 𝒅 𝒊 𝜽 𝒊 1 LS 0 0 𝜃 2 LE 𝜋 0 𝜃 3 0 0 D1 0 4 0 0 D2 𝜃
Dari  paramater  DH  yang  ditunjukkan  pada  Tabel  2  maka  didapatkan  nilai  untuk ditransformasikan ke dalam bentuk matriks DH seperti yang ditunjukkan pada Persamaan (1). Nantinya ke empat buah nilai yang dihasilkan oleh setiap joint digabungkan ke dalam satu bentuk matriks yang menghasilkan persamaan untuk mencari koordinat 𝑥, 𝑦, dan 𝑧 . Selanjutnya panjang lengan shoulder (LS), lengan elbow (LE), dan panjang naik end-effector dimasukkan ke dalam persamaan tersebut.
𝐴 = 𝑐𝑜𝑠𝜃 −𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑎 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑠𝑖𝑛𝜃 𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑐𝑜𝑠𝜃 −𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑎 𝑠𝑖𝑛𝜃 0 𝑠𝑖𝑛𝛼 𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑑 0 0 0 1 (1)
Keempat buah nilai dari setiap joint yang sudah ditransformasikan ke dalam bentuk matriks ditunjukkan  pada  Persamaan  (2),  (3),  (4),  (5).  Keempat  buah  matriks  tersebut  kemudian digabungkan  menjadi  satu  buah  matriks  seperti  yang  ditunjukkan  pada  Persamaan  (6). C direpresentasikan sebagai 𝑐𝑜𝑠 dan S direpresentasikan sebagai 𝑠𝑖𝑛 .
𝐴 = 𝐶 −𝑆 0 𝑎 𝐶
𝑆
𝐶 0 𝑎 𝑆 0 0 1 0
0 0 0 1
(2) 𝐴 = 𝐶 𝑆 0 𝑎 𝐶 𝑆 −𝐶 0 𝑎 𝑆 0 0 −1 0
0 0 0 1 (3)
𝐴 = 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 𝑑 0 0 0 1
(4) 𝐴 = 𝐶 −𝑆 0 0
𝑆 𝐶 0 0 0 0 1 𝑑 0 0 0 1
(5) 𝑇 = 𝐴 . . . 𝐴 =
𝐶 𝐶 𝑆 𝑆 −𝐶 𝑆 + 𝑆 𝐶 0 𝑎 𝐶 + 𝑎 𝐶 𝑆 𝐶 − 𝐶 𝑆 −𝑆 𝑆 − 𝐶 𝐶 0 𝑎 𝑆 + 𝑎 𝑆 0 0 −1 −𝑑 −𝑑 0 0 0 1 (6)
Dengan menggunakan Persamaan (6) memungkinkan untuk menghitung nilai dari koordinat 𝑥, 𝑦 dan 𝑧 . Nilai koordinat dari 𝑥 dapat ditentukan melalui Persamaan (7). Nilai koordinat 𝑦 dapat  ditentukan  melalui  Persaamaan  (8).  Dan  Nilai  koordinat 𝑧 dapat  ditentukan  melalui Persamaan (9).
𝑥 = 𝑎 𝐶 + 𝑎 𝐶 (7) 𝑦 = 𝑎 𝑆 + 𝑎 𝑆 (8) 𝑧 = −𝑑 −𝑑 (9)

## 2.1.2 Kinematika Balik
Kinematika  balik  merupakan  perhitungan  untuk  mencari  variabel  sudut  ( joint)  robot  dalam menentukan  posisi  dan  orientasi  dari end-effector.  Penyelesaian  kinematika  balik  ini  dapat diselesaikan  dengan  menggunakan  hukum Pythagoras  dan  aturan  cosinus.  Penyelesaian kinematika dalam robot SCARA Serpent diselesaikan menggunakan satu sisi, yaitu sisi atas ( top view) dari struktur robot lengan. Dengan begitu, nilai  sudut joint shoulder dan sudut joint elbow  dapat  ditemukan (Oktama,  dkk,  2018) .  Gambar  3  merupakan  gambaran  untuk mendapatkan sebuah persamaan untuk menghasilkan nilai sudut pada setiap joint.
(a) (b)
Gambar 3. (a) Diagram Kartesian Robot SCARA Serpent; (b) Diagram Kartesian Tampak Atas Robot SCARA Serpent
Dilihat pada Gambar 3, 𝑙 merupakan panjang lengan shoulder dan 𝑙 merupakan panjang lengan dari elbow. 𝜃 merupakan sudut dari shoulder dan 𝜃 merupakan sudut dari elbow. Dengan  menggunakan  hukum 𝑐𝑜𝑠𝑖𝑛𝑢𝑠 ,  didapatkan  sebuah  persamaan  seperti  Persamaan (10). Pada Persamaan (10) terdapat fungsi 𝑐𝑜𝑠 yang dapat diubah sesuai dengan prinsip dari hukum 𝑐𝑜𝑠𝑖𝑛𝑢𝑠 menjadi seperti pada Persamaan (11).
(𝑥 + 𝑦 ) = 𝑙 + 𝑙 − 2𝑙 𝑙 𝑐𝑜𝑠(180 − 𝜃 ) (10) (𝑥 + 𝑦 ) = 𝑙 + 𝑙 − 2𝑙 𝑙 𝑐𝑜𝑠(𝜃 ) (11)
Inti dari perhitungan ini adalah mencari sebuah nilai dari 𝜃 maka jika dilihat dari Persamaan (11) untuk lebih memudahkannya, persamaan menjadi seperti pada Persamaan (12). Pada Persamaan (12), nilai dari 𝜃 dapat diketahui dengan melanjutkan persamaan menjadi seperti Persamaan (13). Nilai dari 𝜃 atau sudut dari elbow dapat diketahui dengan cara memasukkan nilai dari koordinat 𝑥, 𝑦 serta nilai dari 𝑙 dan 𝑙 . Nilai 𝑥, 𝑦 merupakan posisi akhir dari end- effector.  Sedangkan  dalam  menentukan  sudut  shoulder  yang  ditandai  dengan  simbol 𝜃 menggunakan persamaan 𝑐𝑜𝑠𝑖𝑛𝑢𝑠 yang dituliskan pada Persamaan (14).
cos(𝜃 ) = 𝑥 + 𝑦 − 𝑙 − 𝑙 2𝑙 𝑙 (12)
𝜃 = 𝑐𝑜𝑠 𝑥 + 𝑦 − 𝑙 − 𝑙 2𝑙 𝑙 (13) sin(𝛽) 𝑙 = sin( 𝛾)
𝑥 + 𝑦 ;  𝛼 =   tan 𝑦 𝑥 (14)
Pada  Persamaan  (14)  beberapa  nilai  dapat  diubah  sesuai  dengan  hukum 𝑐𝑜𝑠𝑖𝑛𝑢𝑠 seperti 𝑠𝑖𝑛(𝛾) = 𝑠𝑖𝑛(180 − 𝜃 ) = 𝑠𝑖𝑛 (𝜃 ) dengan  mengubah 𝑠𝑖𝑛 (𝛾) menjadi 𝑠𝑖𝑛 (𝜃 ) maka persamaan menjadi seperti yang ditunjukkan pada Persamaan (15). Jika dilihat pada Gambar 3  maka  besar  sudut shoulder  yang  ditandakan  dengan 𝜃 yang  artinya 𝜃 = 𝛽 + 𝛼 dapat diseleaikan seperti Persamaan (16).
𝛽 = 𝑠𝑖𝑛 𝑙 𝑠𝑖𝑛 (𝜃 ) 𝑥 + 𝑦 (15) 𝜃 = sin 𝑙 sin (𝜃 ) 𝑥 + 𝑦 + tan 𝑦 𝑥 (16)
Dengan  Persamaan  (16)  besar  sudut shoulder  dapat  diketahui  dengan  memasukkan  nilai panjang elbow, sudut elbow, dan juga posisi koordinat 𝑥, 𝑦 dari posisi end-efffector.

## 2.2 Sistem Keseluruhan
Perancangan sistem keseluruhan merupakan gabungan dari perancangan perangkat keras dan perangkat lunak yang diintegrasikan sesuai dengan blok diagram sistem. Perangkat keras pada sistem  terdiri  dari  dari  segi  mekanis  dan  segi  elektronis.  Sedangkan  perangkat  lunak merupakan  perancangan  antarmuka  untuk  mengendalikan  robot  SCARA  Serpent  secara keseluhan.  Gambar 4 merupakan rancangan sistem secara keseluruhan.

## Gambar 4. Perancangan Sistem Keseluruhan Robot SCARA Serpent
Robot SCARA Serpent yang digunakan pada penelitian ini memiliki lengan sholder, elbow, dan satu buah end-effector yang menggunakan pneumatic sebagai penggeraknya. Jika dilihat pada
Gambar 4, sistem keseluruhan terdapat tiga komponen utama untuk mendukung kinerja dari sistem. Komponen tersebut yaitu, objek, antarmuka, dan box panel. Objek merupakan target dari robot SCARA Serpent yang memiliki tinggi 150 mm dan berdiameter 50 mm. Objek ini ditempatkan pada koordinat tertentu dan robot SCARA Serpent akan menuju posisi tersebut dengan antarmuka Processing IDE sebagai pemberi nilai koordinatnya. Antarmuka berfungsi sebagai pengendali dari robot SCARA Serpent seperti memberikan nilai koordinat dari objek dan melakukan perhitungan kinematika untuk mendapatkan nilai sudut setiap joint. Gambar 5 merupakan antarmuka dari Robot SCARA Serpent.

## Gambar 5. Antarmuka Robot SCARA Serpent
Box panel berfungsi sebagai tempat dari keseluruhan sistem elektronis. Sistem elektronis pada robot  SCARA  Serpent  terdiri  dari  PCB  utama,  transformator, driver  motor  serta  valve pneumatic.  Gambaran  dari  sistem  elektronis  pada  robot  SCARA  Serpent  ditunjukkan  pada Gambar 6.
(a)
(b)
Gambar 6. (a) Sistem Elektronis Robot SCARA Serpent; (b) Desain PCB Sistem Utama

## 3. PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN
Pengujian yang dilakukan terdiri dari pengujian sub-sistem dan pengujian sistem terintegrasi. Pengujian  sub-sistem  meliputi  pengujian  sudut shoulder,  sudut  elbow,  koordinat 𝑥 dan 𝑦 . Sedangkan pengujian sistem terintegrasi meliputi pengujian kendali PID.

## 3.1 Pengujian Sub-Sistem
Pengujian sub-sistem dilakukan untuk melihat respon dan karakteristik sensor dan respon pada setiap lengan robot SCARA Serpent. Respon yang dihasilkan dari setiap pengujian kemudian dibandingkan dengan nilai yang terukur untuk menentukan akurasi dan nilai kesalahan pada setiap sudut joint.
3.1.1 Pengujian Sudut
Pengujian  sudut  bertujuan  untuk  mengetahui  tingkat  akurasi  pada  masing-masing joint.
Pengujian  dilakukan  dengan  memberikan  nilai  pada  masing-masing joint  yang  kemudian diukur secara aktual . Perbedaan nilai dari yang terukur dengan yang ditentukan merupakan nilai kesalahan yang dihasilkan. Gambar 7 merupakan hasil pengujian dari sudut shoulder dan elbow.
(a) (b)
Gambar  7. (a) Pengujian Sudut Shoulder; (b) Pengujian Sudut Elbow
Hasil  dari  pengujian  sudut  yang  ditunjukkan  pada  Gambar  7  menunjukkan  beberapa perbedaan  nilai  pada  beberapa  kondisi.  Hal  ini  merupakan  besar  nilai  kesalahan  yang dihasilkan pada masing-masing joint. Terlihat bahwa pengujian joint shoulder mendapatkan hasil yang cukup baik dengan ditandai oleh nilai terukur yang tidak menyimpang dari nilai yang diberikan. Begitu juga dengan joint elbow yang terlihat bahwa nilai terukur tidak menyimpang dengan nilai yang dimasukkan. Dengan hasil kedua pengujian tersebut, pengujian sudut dapat dikatakan berjalan dengan baik karena tingkat kesalahan yang dihasilkan tidak melebihi batas toleransi.

## 3.1.2 Pengujian Koordinat
Pengujian  koordinat  bertujuan  untuk  mengetahui  tingkat  akurasi  pada end-effetor  dalam mencapai sebuah posisi. Pada pengujian ini, penggunaan kinematika balik sangat berperan karena  pengujian  dilakukan  dengan  cara  memberikan  sebuah  nilai  koordinat  ( 𝑥, 𝑦 )  kepada robot SCARA Serpent. Koordinat tersebut di dalam Processing IDE dilakukan sebuah proses perhitungan  kinematika  balik  sehingga  pergerakan  pada  masing-masing  lengan  dapat
membuat end-effector  menuju  pada  posisi  yang  diberikan.  Gambar  8  merupakan  hasil pengujian koordinat 𝑥 dan koordinat 𝑦 dari robot SCARA Serpent.
(a) (b)
Gambar 8. (a) Pengujian Koordinat x; (b) Pengujian Koordinat y
Dari pengujian koordinat yang telah ditunjukkan pada Gambar 8, terlihat bahwa pada saat telah mencapai nilai tertentu, nilai yang terukur menujukkan hasil yang sangat menyimpang. Pada pengujian koordinat 𝑥 ketika nilai yang diberikan kurang dari 34 cm, nilai 𝑥 yang terukur tetap  berada  pada  posisi  34  cm.  Hal  ini  disebabkan  karena  terbatasnya  pergerakan  yang dimiliki setiap lengan dari robot SCARA Serpent sehingga posisi tersebut tidak dapat dicapai oleh end-effector. Begitu juga dengan pengujian koordinat 𝑦 , pada koordinat 𝑦 robot hanya dapat mencapai nilai pada posisi 51 cm hingga 75 cm. Batas dari pengujian koordinat 𝑥 dan 𝑦 dapat dijadikan sebuah workspace dari robot SCARA Serpent yang dapat digambarkan seperti Gambar 9.
(a) (b)
Gambar 9. (a) Workspace Robot SCARA Serpent; (b) Dimensi Workspace Robot SCARA Serpent

## 3.2 Pengujian Kendali PID
Kendali PID digital merupakan bentuk lain dari kendali PID yang diprogram dan dijalankan menggunakan komputer atau mikrokontroler. Untuk dapat mengimplementasikan PID digital di komputer atau mikrokontroler, maka kendali PID analog  harus  diubah  terlebih  dahulu  ke bentuk  digital. Penurunan kendai PID digital dapat dilihat pada Persamaan (17)–(19). Bentuk
persamaan  matematis  dari  kendali  PID  disajikan  pada  Persamaan  (17) (Ogata  &  Yang, 2010).
𝑢(𝑡) = 𝐾 𝑒(𝑡) + 1 𝜏 ∫ 𝑒(𝑡) 𝑑𝑡 + 𝜏 𝑑 𝑑𝑡 𝑒(𝑡) (17)
Dengan 𝐾   = dan 𝐾 = 𝜏 , bentuk integral dan diferensial dapat ditulis dalam bentuk diskrit seperti  pada  Persamaan  (18).  Sehingga  diperoleh  dalam  bentuk  kendali  PID  diskrit  pada Persamaan (19).
∫ 𝑒(𝑡) dt ≈  T  ∑ 𝑒(𝑘) dan de( ) dt ≈ (18)
𝑢 ( ) = 𝐾 𝑒 + 𝐾 𝑇 𝑒 + 1 𝑇 𝐾 (𝑒 − 𝑒 ) (19)
Dimana 𝐾 ialah  konstanta proportional, 𝐾 ialah  konstanta  integral, 𝐾 ialah  konstanta diferensial, error ialah nilai kesalahan, dan last_error ialah nilai kesalahan sebelumnya serta Ts ialah sampling time (waktu cuplik).
Pengujian  Kendali  PID  dilakukan  untuk  mengetahui  kinerja  pengendali  PID  ketika diimplementasikan pada sebuah robot lengan SCARA Serpent. Pada pengujian ini diamati tiga buah nilai parameter kendali PID yang akan diberikan untuk mengendalikan posisi sudut joint shoulder.  Tujuan  pengujian  ini  untuk  mendapatkan  hasil  terbaik  yang  ditunjukkan  dengan pengamatan waktu yang diperlukan untuk mencapai posisi tertentu menuju setpoint atau error steady state menuju nol. Pengujian ini dilakukan dengan cara memberikan nilai 𝐾 , 𝐾 , dan 𝐾 kepada sistem secara ekperimental dan melihat respon yang diberikan oleh robot SCARA Serpent.  Terdapat  lima  jenis  variasi  parameter  kendali  PID  yang  diterapkan.  Tabel  3 merupakan hasil pengujian dari kendali PID pada sudut joint shoulder.
Tabel 3. Pengujian Kendali PID Sudut Joint Shoulder Parameter Respon
K p = 2
K i = 0.1 K d =5

## Tabel 3. Pengujian Kendali PID Sudut Joint Shoulder (Lanjutan)
K p = 5 K i = 0.1 K d =15 Kp   = 2 Ki    = 0.01
Kd   = 5
K p = 5 K i = 0.001 K d =10 K p = 5.5 K i = 0.001
K d =10
Dari hasil pengujian kendali PID seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3, terlihat bahwa respon yang dihasilkan oleh sudut joint shoulder menunjukkan respon yang berbeda-beda. Perbedaan
pada setiap respon dipengaruhi oleh tiga parameter yang diberikan kepada sistem. Setiap nilai parameter yang diberikan memberikan efek terhadap respon dari sudut joint shoulder. Pada percobaan kendali PID dengan nilai K p =2, K i =0.1, dan K d =5 terlihat bahwa respon sudut joint shoulder menghasilkan bentuk bergelombang dengan nilai terukur 20 hingga 180 derajat. Nilai ini disebabkan oleh kurang tepatnya pemberian nilai parameter kendali PID ke dalam sistem sehingga menghasilkan respon yang memiliki osilasi. Respon ini kurang baik. Nilai yang baik pada percobaan ditunjukkan pada respon dengan nilai K p =5.5, K i =0.001, dan K d =10 karena pada respon tersebut menunjukkan sudut joint shoulder dapat mencapai posisi secara cepat dan berhenti tepat sesuai dengan set point yang diberikan dan kemudian tidak mengalami osilasi dalam arti lain error steady state bernilai nol.

## 4. KESIMPULAN
Makalah ini menyajikan pembahasan terkait kinematika dan antarmuka berbasis Processing IDE pada robot lengan SCARA Serpent. Untuk membuat pergerakan sudut joint pada robot lengan SCARA Serpent bergerak stabil dan membuat posisi dari end-effector dari robot SCARA Serpent menjadi lebih cepat dan tepat saat menuju titik yang telah ditentukan maka kendali PID diterapkan. Pada hasil pengujian kendali PID menunjukkan bahwa dengan nilai K p =5.5, K i =0.001, dan K d =10 membuat pergerakan sudut joint shoulder robot SCARA Serpent menjadi lebih  baik  dalam  hal  pencapaian  posisi,  akurasi,  dan  kestabilan  saat  melakukan  sebuah pergerakan.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada  Program Studi S2 Pendidikan IPA FKIP, Universitas Bengkulu  dengan  Departemen  Teknik  Elektro  dan  Informatika  Sekolah  Vokasi  Universitas Gadjah Mada atas dukungan yang telah diberikan kepada penulis untuk melakukan kolaborasi riset antar universitas.

## DAFTAR RUJUKAN
Bimantaka,  B.  N.  W.,  &  Harjoko,  A.  (2014).  Purwarupa  Robot  Lengan  Pemilah  Objek Berdasarkan Label Tulisan Secara Realtime. IJEIS ( Indonesian Journal of Electronics and Instrumentation Systems), 4(2), 135-146.
Dharmawan, A. B., & Lina, L. (2017). Penerapan Metode Denavit-Hartenberg Pada Perhitungan Inverse Kinematics Gerakan Lengan Robot. Jurnal Muara Sains, Teknologi, Kedokteran dan Ilmu Kesehatan, 1(1), 287-292.
Faris,  M.  F.,  Triwiyatno,  A.,  &  Setiawan,  I.  (2012).  Perancangan  Arm  Manipulator  4  DOF Dengan Menggunakan Pengendalian Cartesian Space-Trajectory Planning. Transient: Jurnal Ilmiah Teknik Elektro, 1(4), 151-158.
Fazakerley,  N.  (2018).  Serpent  -  a  SCARA  robot  arm.  Diakses  dari  Beep  Control: http://www.riscy.uk/beebcontrol/index.html.
Mandal, D. K. (2016). CAD/CAM, Robotics and Factories of the Future. Proceedings of the 28th International Conference on CARs & Fof 2016 (pp. 128-133). India: Springer India.
Ogata, K., & Yang, Y. (2010). Modern control engineering (Vol. 5). Upper Saddle River, NJ: Prentice hall.
Oktama, R., Maulana, R., & Setyawan, G. E. (2018). Implementasi Robot Lengan Pemindah Barang  3  DOF  Menggunakan  Metode  Inverse  Kinematics.  Jurnal  Pengembangan Teknologi Informasi Dan Ilmu Komputer, 2811-2812.
Pillajo, C., & Sierra, J. E. (2013). Human Machine Interface HMI using Kinect sensor to control a  SCARA  Robot.  In 2013  IEEE  Colombian  Conference  on  Communications  and Computing (COLCOM), (pp. 1-5). IEEE.
Prabantara, S. H., & Harjoko, A. (2013). Analisis Kinematika Balik pada Kendali Robot Lengan Dental  Light  Berbasis  Pengolahan  Citra  Digital  Berdasarkan  Isyarat  Tangan. IJEIS (Indonesian Journal of Electronics and Instrumentation Systems), 3(2), 207-218.
Setiawan, S., Firdaus, F., Rahmadya, B., & Derisma, D. (2015). Penerapan Invers Kinematika untuk Pergerakan Kaki Robot Biped. Prosiding Semnastek.
Shariatee, M., Akbarzadeh, A., Mousavi, A., & Alimardani, S. (2014, October). Design of an economical  SCARA  robot  for  industrial  applications.  In 2014  Second  RSI/ISM International  Conference  on  Robotics  and  Mechatronics  (ICRoM), (pp.  534-539). IEEE.
Uchrowi, A. Z., Lasmadi, L., & Soekarno, S. (2019). Pemodelan dan Simulasi Robot Lengan 3 DOF  Menggunakan  V-REP. Aviation  Electronics,  Information  Technology, Telecommunications, Electricals, and Controls, 1(1), 87-98.
Vijayalaxmi,  P.,  Putta,  R.,  Shinde,  G.,  &  Lohani,  P.  (2013).  Object  Detection  Using  Image Processing for an Industrial Robot. International Journal of Advanced Computational Engineering and Networking, 21-25.
Zhang,  C.,  &  Zhang,  Z.  (2019,  October).  Modelling  and  Simulation  of  SCARA  Robot  using
MATLAB/SimMechanics.  In 2019  IEEE  3rd  Advanced  Information  Management,
Communicates, Electronic and Automation Control Conference (IMCEC) (pp. 516-519). IEEE.