PERANCANGAN STRUKTUR RANGKA LENGAN ROBOT MEKANIK PEMINDAH BAHAN TIPE CARTESIAN COORDINATE
Ilham Vega Prayuda 1 , Budi Hartono 1 , Edi Sutoyo 1
1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Ibn Khladun Bogor Email : ilhamvegaprayuda@gmail.com

## ABSTRACT
This study describes the design of skeletal structure of mechanical robot arm of cartesian coordinate material type with area of 60 x 50 cm using 2 main axis that is X axis and Y axis. This study aims to determine the movement system, frame construction, welded joints.  Based on the design results, the driving force using the stepper motor OMHT17-275 for the driving force on the X axis that has a torque of 0.249 Nm, stepper motor OM5014-075 for the motor on Y axis which has a torque of 0.235 Nm. The stresses occurring in the lead screw are the compressive stress of 3.9 MPa, the bending stress of 0.028 MPa, and the shear stress of 3.3 MPa. The amount of stress that occurs in the lead screw is still below the yield strength of the material, so the lead screw is quite safe.  Analyze on linear rod Y axis with S45C material get load 51,993 N caused  stress 0,00245 MPa < material stres permit 29,419 MPa, and deflection 0,052 mm < software simulation result 0,072 mm, so material is considered safe. Analysis on linear rod X-axis with S45C material got 14,715 N caused  stress  0.000721 MPa  <  material  stres  permit 29,419 MPa, and curve or buckling force on Y axis was 10,322 kg. The stress  value that occurs < the stress of the material permit, therefore the design able to withstand the load occur. From the calculation of the tensile stress of 1.83 MPa < welding stress allowable 53.75 MPa, so the welding is considered safe. The shear stress value that occurs at 1.83 MPa <  stress  allowable 47.37 MPa, so  the welding is considered safe.
Keywords : robot arm, cartesian coordinate, lead screw, linear rod, alloweble stress.

## 1.  PENDAHULUAN
Perkembangan ilmu pengetahuan dan penemuan suatu sistem robot pemindah bahan dengan sistem robotik terus mendorong teknologi industri yang semakin maju. Hal ini terlihat jelas dengan semakin banyak sistem robot pemindah bahan yang membantu pekerjaan manusia dalam mengerjakan pekerjaan yang sulit. Kebutuhan terhadap kualitas peningkatan produktivitas produksi lebih efisien sangat diharapkan, untuk menunjang peningkatan produktivitas produksi lebih efisien dari hal tersebut banyak kalangan yang menggunakan sistem lengan robot pemindah bahan[1].  Aplikasi lengan robot pemindah bahan telah berkembang luas untuk membantu pengaplikasian dalam dunia industri yang membutuhkan kecepatan, ketelitian, dan tingkat kesulitan tinggi yang belum tentu bisa manusia kerjakan. Sudah banyak saat ini perusahaan hingga mahasiswa yang membuat robot walaupun hanya berukuran kecil untuk membuat inovasi dalam pengaplikasian sistem
otomatis di  masa yang akan datang. Penelitian yang biasa di lakukan saat ini adalah sistem lengan robot yang dapat diaplikasikan dalam dunia industri seperti wellding, milling, drilling, grinding dan masih banyak pengaplikasian dalam pengindustrian[2].
Perancangan ini menguraikan tentang perancangan struktur rangka lengan robot mekanik pemindah bahan tipe cartesian coordinate dengan luas area 60 x 50 cm dengan penggerak menggunakan 2 sumbu utama yaitu sumbu X dan sumbu Y. Untuk merancang pergerakan lengan robot pemindah bahan sehingga end-effector yang dipasang pada ujung bebasnya mampu bergerak ke arah benda yang akan di pindahkan. Pada perancangan struktur rangka robot mekanik pemindah bahan memiliki bagian utama untuk perancangan lengan robot seperti sistem penggerak, kontruksi rangka, dan sambungan las[3].
Tujuan dari penelitian ini sebagai berikut : Mendapatkan hasil dari perancangan struktur rangka lengan robot mekanik pemindah bahan
dengan massa benda 100 gram. Menganalisa kemampuan pergerakan lengan robot dalam mengangkat dan memindahkan benda dari titik koordinat dengan 2 sumbu X dan Y.

## 2.  METODE PENELITIAN
Metode penelitian ini dilakukan dengan cara penggabungan antara perancangan struktur rangka lengan robot mekanik pemindah bahan tipe cartesian coordinate dan perhitungan sistem penggerak, kontruksi rangka, sambungan las.
• Sistem penggerak
Sistem penggerak untuk pergerakan motor pada pergerakan lengan robot ini menggunakan motor stepper  yang merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Motor stepper ini berfungsi sebagai penggerak pada leadscrew dan membantu mentransmisikan pergerakan pada sumbu X dan Y.
• Menghitung Gaya Pada Sumbu X dan Sumbu Y
Gaya untuk mendorong pergerakan sumbu
X dan gaya untuk mendorong pergerakan sumbu Y.
Menghitung gaya pada sumbu X : 𝐹 = 𝑚 × g × µ ........................................(1) di mana :
𝑚 = massa benda [kg] g = percepatan gravitasi [m/s 2 ] µ = koefesien gesek = 0,3 Menghitung gaya pada sumbu Y : 𝐹 = 𝑚 × g ...............................................(2)
di mana :
𝑚 = massa benda [kg]
g = percepatan gravitasi [m/s 2 ]
• Menghitung torsi yang dihasilkan motor
Menghitung torsi motor yang dibutuhkan pada sumbu X dengan persamaan berikut : 𝑇 = 𝐹 × 𝑟
...............................................(3) di mana :
𝐹 = gaya [N] 𝑟 = jari-jari pada lead screw [m]
Menghitung torsi motor yang dibutuhkan pada sumbu Y dengan persamaan berikut : 𝑇 = 𝐹 × 𝑟 ...............................................(4) di mana :
𝐹 = gaya  [N]
𝑟 = jari-jari pada lead screw [m]
Torsi yang dibutuhkan oleh motor sumbu X 0,249 𝑁𝑚 dan sumbu Y 0,235 𝑁𝑚 dengan penyalur tenaga 99%, sehingga torsi pada ulir dapat dihitung dengan persamaan berikut : Torsi yang dihasilkan motor sumbu X 𝑇𝑚 = 𝑇 × 1 𝜂 × 30 ................................................(5)
di mana :
𝑇 = torsi untuk mendorong [Nm] 𝜂 = efisiensi penyalur tenaga 99 % 𝑇𝑚 = torsi motor sumbu X [Nm]
Torsi yang dihasilkan motor sumbu Y
𝑇𝑚 = 𝑇 × 1 𝜂 × 30 .............................................(6)
di mana :
𝑇 = torsi untuk mendorong  [Nm]
𝜂 = efisiensi penyalur tenaga 99 % 𝑇𝑚 = torsi motor sumbu X [Nm]

## • Menghitung Tegangan Lead Screw
Perhitungan tegangan yang terjadi pada lead screw untuk  mengetahui tegangan- tegangan yang terjadi pada lead screw. Hasil perhitungan kemudian dibandingkan dengan nilai kekuatan bahan. Dengan demikian dapat diketahui kekuatan dari bahan agar tidak terjadi kegagalan.

## • Tegangan Tekan
Untuk menghitung tegangan tekan yang terjadi pada lead screw adalah dengan menggunakan persamaan berikut.
𝜏𝑡 = 𝑃 𝐴 .......................................................(7)
di mana :
𝑃 = beban yang terjadi pada lead screw [N]
𝐴 = 𝜋 4 ( 𝑑𝑟+𝑑𝑝 2 ) 2
• Tegangan Lentur
Pada lead  screw terjadi kontak antara mur dan ulir dari lead screw , agar ulir dari lead screw atau mur tidak mengalami lenturan, maka harus di hitung beban maksimal yang dapat di terima ulir dari mur atau screw . Untuk menghitung tegangan lentur pada lead screw adalah dengan menggunakan persamaan berikut.
𝜎𝑏 = 3 . 𝑃 . 𝐻 ( 𝜋 . 𝑑𝑝 . 𝑛 ) ℎ 2 .........................................(8)
di mana :
𝑃 = beban yang terjadi pada lead screw [N] 𝐻 = tinggi ulir 𝑑𝑝 = diameter pitch [m] 𝑛 = jumlah ulir

## • Tegangan Geser
Tegangan geser terjadi akibat adanya gaya dari torsi, untuk menghitung tegangan geser yang terjadi adalah dengan menggunakan persamaan berikut.
𝜏 𝐺 = 16 × 𝐹 𝜋 × 𝑑𝑟 .................................................(9)
Dari hasil perhitungan diatas maka kita dapat mengetahui tegangan geser maksimal yaitu dengan menggunakan persamaan berikut.
𝜏 𝐺 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 1 2 �𝜏 𝑡 2 + 4 × 𝜏 𝐺 2 .....................(10)
• Menghitung Beban Maksimum Pada

## Lead Screw
Untuk menghitung beban maksimum yang bisa diangkat oleh lead screw yaitu dengan menggunakan persamaan berikut :
𝑊𝑚𝑎𝑥 = 𝐴𝑥 𝜎𝑦 � 1 − 𝜎𝑦 4 . 𝐶 . 𝜋 2 . 𝐸 � 𝐿 𝐾 � 2 � ......(11)
di mana : 𝜎𝑦 = Yield Streng  [Mpa] 𝐿 = Panjang Screw [m] 𝐾 = Sudut girasi
𝐾 = � 𝑑𝑝 4 𝐸 = Modulus elastisitas [Gpa] 𝐴 = Luas penampang [m 2 ] 𝐶 = Faktor penyangga = 4
Karena bahan termasuk pada golongan steel dan beban yang terjadi termasuk pada kategori jenis bahan yang statis atau live load, maka faktor keamanan yang digunakan adalah 8, maka beban maksimal yang diijinkan pada lead screw adalah :
𝑊 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝑊 𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑎𝑓𝑒𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 .............................(12)
• Kontruksi Rangka
Kontruksi rangka adalah penentuan akhir ukuran yang dibutuhkan dan semuan perincian elemen, batang dan sambungan-sambungan yang membentuk struktur sebagai satu keseluruhan dimana ketentuan konstruksi sesungguhnya dapat dikerjakan. Suatu alat harus dirancang sedemikian rupa sehingga mampu  menahan tegangan maksimum yang
berkaitan dengan beban yang terjadi, baik dalam lentur maupun geser. [4]
• Menghitung Kekuatan Linear Rod
Material yang digunakan adalah S45C dengan tegangan lentur 339 𝑀𝑃𝑎 , tegangan tarik 𝜎 𝑡 = 449 𝑀𝑃𝑎 , modulus elastisitas 2 × 10 5 𝑀𝑃𝑎 , panjang 500 𝑚𝑚 , menopang rangka sumbu Y dengan berat massa 5,3 𝑘𝑔 .
• Menghitung Beban Pada Linear Rod
Untuk pengujian beban pada linear rod diambil dari berat total masing-masing sumbu penggerak. Perhitungan beban yang terjadi pada linear rod dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
𝑃 = 𝑚 × g .............................................(13) di mana :
𝑃 = beban [N] 𝑚 = massa benda [kg] g = percepatan gravitasi [m/s 2 ]
• Menghitung  tegangan batang sumbu

## X dan sumbu Y
Menghitung tegangan batang dengan persamaan
𝜎 = 𝑃 𝐴 ......................................................(14)
di mana :
𝑃 = Beban [N]
𝐴 = Luas penampang  [m 2 ]
Menghitung tegangan ijin batang:
𝜎 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝜎 𝑡 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑓 .......................................(15) • Defleksi
Defleksi merupakan peristiwa melengkungnya suatu batang yang ditumpu akibat adanya beban yang bekerja pada batang tersebut, beban yang dimaksud dapat berupa beban dari luar ataupun daridalam karena pengaruh berat batang sendiri[9].
Gambar 1.  Batang Yang Mengalami
Defleksi[9]
𝛿 = 𝑃𝐿 3 384𝐸𝐼 (mm) .......................................(16)
• Menghitung Gaya Lekukan / Buckling

## Pada Linear Rod Sumbu Y
Untuk menghitung gaya lekukan pada sumbu Y menggunakan persamaan berikut: 𝑃𝑐𝑟 = 4 𝜋 2 . 𝐸 . 𝐼 ....................................(17) di mana : 𝑃𝑐𝑟 = Beban kritis / gaya buckling ( kg ) 𝐸 = Modulus elastisitas bahan S45C
𝐼 = momen inersia ( cm 4 )

## 2.3   Sambungan Las
Sambungan las adalah suatu proses penyambungan logam melalui pemanasan. Panas dapat diperoleh dari tenaga listrik maupun gas. Proses pengelasan dengan tenaga listrik disebut las busur listrik, sedang kan dengan gas disebut las gas.[10]
• Menghitung Kekuatan Sambungan Las Ditinjau Dari Logam Las
a. Menghitung Tegangan Tarik
𝜎 𝑡 = 𝐹 𝐴 .....................................................(18)
maka :
𝜎 𝑡 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝜎 𝑡 𝑙𝑎𝑠𝑎𝑛
𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑎𝑚𝑎𝑛𝑎𝑛 .......................(19)
b. Menghitung Tegangan Geser
𝜎 𝑔 = 𝐹 𝐴 .................................................. (20)
maka :
𝜎 𝑔 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝜎 𝑔 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑚 𝑙𝑎𝑠
𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑎𝑚𝑎𝑛𝑎𝑛 ..................... (21)
Tahapan yang dilakukan dalam perancangan adalah:
1. Membuat desain perancangan struktur rangka lengan robot mekanik pemindah bahan tipe cartesian coordinate .
2. Menyiapkan alat dan bahan.
3. Proses perancangan lengan robot tipe cartesian coordinate .
4. Pengujian  dan perhitungan sistem penggerak, kontruksi rangka dan
sambungan las.
Gambar 2. Diagram Alir Penelitian

## 3.  HASIL DAN BAHASAN

## • Sistem penggerak
Sistem penggerak untuk pergerakan motor pada pergerakan lengan robot ini menggunakan motor stepper  yang  merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah sebagai sumber tenaganya. Motor stepper ini berfungsi sebagai penggerak pada leadscrew dan membantu mentransmisikan pergerakan pada sumbu X dan Y.
• Menghitung Gaya Pada Sumbu X dan Sumbu Y Gaya untuk mendorong pergerakan sumbu
X dan gaya untuk mendorong pergerakan sumbu Y. Menghitung gaya dengan menggunakan persamaan berikut :

## Gambar 3 Rangka Lengan Robot Tipe Cartesian Coordinate
a. Menghitung gaya pada sumbu X : 𝐹 = 𝑚 × g × 𝜇 𝐹 = 5,3 kg × 9,81 m/s 2 × 0,3

## 𝐹 = 15,597 N
b. Menghitung gaya pada sumbu Y :
𝐹 = 𝑚 × g 𝐹 = 1,4 kg × 9,81 m/s 2

## 𝐹 = 14,715 N
Jadi, hasil gaya dorong yang di perlukan untuk mendorong pergerakan sumbu X 15,597 N harus lebih besar dari pergerakan sumbu Y 14,715 N, Karena beban terbesar berada pada sumbu X.
• Menghitung Torsi Yang Dihasilkan Motor
Menghitung torsi motor yang dibutuhkan pada sumbu X dengan persamaan berikut :
𝑇 = 𝐹 × 𝑟 𝑇 = 15,597 𝑁 × 0,016 𝑚
𝑇 = 0,249 𝑁𝑚
Menghitung torsi motor yang dibutuhkan pada sumbu Y dengan persamaan berikut :
𝑇 = 𝐹 × 𝑟 𝑇 = 14,715 𝑁 × 0,016 𝑚

## 𝑇 = 0,235 𝑁𝑚
Torsi yang dibutuhkan oleh motor sumbu X 0,249 𝑁𝑚 dan sumbu Y 0,235 𝑁𝑚 dengan penyalur tenaga 99%, sehingga torsi pada ulir dapat dihitung dengan persamaan berikut : 1. Torsi yang dihasilkan motor sumbu X
𝑇𝑚 = 𝑇 × 1 𝜂 × 30
𝑇 = 𝑇𝑚 × 𝜂 × 30 𝑇 = 0,249 𝑁𝑚 × 99% × 30 𝑇 = 7,39 𝑁𝑚
2. Torsi yang dihasilkan motor sumbu Y
𝑇𝑚 = 𝑇 × 1 𝜂 × 30 𝑇 = 𝑇𝑚 × 𝜂 × 30 𝑇 = 0,235 𝑁𝑚 × 99% × 30
𝑇 = 6,979 𝑁𝑚
Jadi, dapat di simpulkan untuk pemilihan motor dapat dilihat pada tabel 4.1 telah di dapat motor stepper OMHT17-275 untuk motor penggerak pada sumbu X yang memiliki torsi 0,249 𝑁𝑚 , motor stepper OM5014-075 untuk motor penggerak pada sumbu Y yang memiliki torsi 0,235 𝑁𝑚 .
• Perhitungan Pada Lead Screw
• Menghitung gaya tangensial Lead Screw
Gambar 4 Gaya tangensial pada screw [5]
Gambar gaya tangensial pada screw resultan gaya pada lead screw terjadi akibat adanya beban yang bekerja pada lead  screw . Sebelum menghitung gaya tangensial pada lead screw maka kita harus mengetahui dulu sudut helix pada leadscrew dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut.
tan 𝑎 =
0,004 𝑚
3,14 × 0,014 𝑚 tan 𝑎 = 0,090 = 5,14 𝑜
• Menghitung Tegangan Lead Screw
• Tegangan Tekan
Untuk menghitung tegangan tekan yang terjadi pada lead screw adalah dengan menggunakan persamaan berikut.
𝜏𝑡 = 𝑃
𝐴 𝜏𝑡 = 51,993 𝑁 0,000132 𝑚
2 𝜏𝑡 = 3,9  × 10 5 𝑁 / 𝑚 2 = 3,9 𝑀𝑃𝑎
• Tegangan Lentur Pada lead screw terjadi kontak antara mur dan ulir dari lead screw, agar ulir dari lead screw atau mur tidak mengalami lenturan, maka harus di hitung beban maksimal yang dapat di terima ulir dari mur atau screw. Untuk menghitung tegangan lentur pada lead screw
adalah dengan menggunakan persamaan berikut.
𝜎𝑏 = 3. 𝑃 . 𝐻 ( 𝜋 . 𝑑𝑝 . 𝑛 ) ℎ 2
𝜎𝑏 = 3 × 51,993 × ( 0,5 × 0,004 ) ( 3,14 × 0,014 𝑚 × 12,5)( 0,5 × 0,004 )
𝜎𝑏 = 0,31 𝑁 / 𝑚𝑚 0,0011 𝑚 3 𝜎𝑏 = 281, 81 𝑁 / 𝑚 2 = 0,028 𝑀𝑃𝑎

## • Tegangan Geser
Tegangan geser terjadi akibat adanya gaya dari torsi, untuk menghitung tegangan geser yang terjadi adalah dengan menggunakan persamaan berikut.
𝜏 𝐺 =
16 × 0,094 𝑁𝑚
3,14 × ( 0,012 ) 3
𝜏 𝐺 = 1,50 𝑁𝑚
0,000452 = 3,3 × 10 5 𝑁 / 𝑚 2 = 3,3 𝑀𝑃𝑎
Dari hasil perhitungan diatas maka kita dapat mengetahui tegangan geser maksimal yaitu dengan menggunakan persamaan berikut.
𝜏 𝐺 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 1 2 �𝜏 𝑡 2 + 4 × 𝜏 𝐺 2
𝜏 𝐺 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 1 2 � 3,9 2 + 4 × 3,3 2 𝜏 𝐺 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 1 2 � 15,21 + 43,56
𝜏 𝐺 𝑚𝑎𝑘𝑠 = 1

## 2 � 58,77 = 3,8 𝑀𝑃𝑎
Tegangan yang terjadi pada lead screw , tegangan tekan yang terjadi sebesar 3,9  MPa, tegangan lentur sebesar 0,028 MPa, dan tegangan geser yang terjadi sebesar 3,3 MPa. Besarnya  tegangan yang terjadi pada lead screw masih dibawah titik yield strength dari bahan, maka lead screw cukup aman.
• Menghitung Beban Maksimum Pada Lead Screw Untuk menghitung beban maksimum yang bisa diangkat oleh lead screw yaitu dengan menggunakan persamaan berikut :
𝑊𝑚𝑎𝑥 = 𝐴𝑥 𝜎𝑦 � 1 − 𝜎𝑦 4. 𝐶 . 𝜋 2 . 𝐸 � 𝐿 𝐾� 2 �
di mana : 𝜎𝑦 = Yield Streng  =  710 Mpa 𝐿 = Panjang Screw = 0,6 m

## 𝐾 = Sudut girasi
𝐾 = � 𝑑𝑝 4 = � 0 , 014 4 = 0,0035
𝐸 = Modulus elastisitas = 210 Gpa 𝐴 = Luas penampang = 0,000132 m 2
𝐶 = Faktor penyangga = 4
maka :
𝑊 𝑚𝑎𝑥 = 𝐴𝑥 𝜎𝑦 � 1 − 𝜎𝑦
4. 𝐶 . 𝜋 2 . 𝐸 � 𝐿 𝐾� 2 �
𝑊 𝑚𝑎𝑥
= 0,000132 𝑚 2 . 710
× 10 6 𝑁 / 𝑚 2 � 1 − 710 × 10 6 𝑁 / 𝑚 2 4.4. 3,14 2 . 210 × 10 11 � 0,6 𝑚 0,0035 𝑚� 2 �
𝑊 𝑚𝑎𝑥 = 93720 𝑁 � 1 − 710 33128256 × 45981,36 �
𝑊 𝑚𝑎𝑥 = 93720 𝑁 [1 − 0,638] 𝑊 𝑚𝑎𝑥 = 33926,6 𝑁
Karena bahan termasuk pada golongan steel dan beban yang terjadi termasuk pada kategori jenis bahan yang statis atau live load, maka faktor keamanan yang digunakan adalah 8, maka beban maksimal yang diijinkan pada lead screw adalah :
𝑊 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝑊 𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑎𝑓𝑒𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 = 33926,6 8 = 4240,8 𝑁
= 0,0048 m 2
• Perancangan Kontruksi Rangka
Perancangan adalah penentuan akhir ukuran yang dibutuhkan dan semuan perincian elemen, batang dan sambungan-sambungan yang membentuk struktur sebagai satu keseluruhan dimana ketentuan konstruksi sesungguhnya dapat dikerjakan. Suatu alat harus dirancang sedemikian rupa sehingga mampu  menahan tegangan maksimum yang berkaitan  dengan beban yang terjadi, baik dalam lentur maupun geser. [6]
• Menghitung Kekuatan Linear Rod Material yang digunakan adalah S45C
dengan tegangan lentur 339 𝑀𝑃𝑎 , tegangan tarik 𝜎 𝑡 = 449 𝑀𝑃𝑎 , modulus elastisitas
2 × 10 5 𝑀𝑃𝑎 , panjang 500 𝑚𝑚 , menopang rangka sumbu Y dengan berat massa 5,3 𝑘𝑔 .
• Menghitung Beban Pada Linear Rod
Untuk pengujian beban pada linear rod
diambil dari berat total masing-masing sumbu penggerak. Perhitungan beban yang terjadi pada linear rod dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
𝑃 = 𝑚 × g di mana :
𝑃 = beban 𝑚 = massa benda
g = percepatan gravitasi
Gambar 4 Rangka Lengan Robot Tipe Cartesian Coordinate
Untuk beban sumbu X beban yang terjadi terdapat dari berat sumbu Y perhitungan beban yang terjadi pada linear rod dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
𝑃 = 𝑚 × g
𝑃 = 5,3 kg × 9,81 m/s 2
𝑃 = 51,993 N Berdasarkan beban pada sumbu Y beban yang terjadi terdapat dari berat dudukan Y dan beban yang diangkat. Perhitungan beban yang terjadi pada linear rod dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut
𝑃 = 𝑚 × g 𝑃 = 1,5 kg × 9,81 m/s 2

## 𝑃 = 14,715 N
• Menghitung tegangan batang sumbu X dan sumbu Y
1. Menghitung tegangan batang sumbu X dengan persamaan
𝜎 = 𝑃 𝐴 di mana :
𝑃 = Beban pada sumbu Y 𝐴 = Luas penampang maka :
𝜎 = 𝑃 𝐴 𝜎 = 51,993 𝑁
0,20 𝑚 2 𝜎 = 259,96 𝑁 / 𝑚 2
𝜎 = 0,00254 𝑀𝑃𝑎
Menghitung tegangan ijin batang sumbu X :
𝜎 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝜎 𝑡 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑓 = 4,5 × 10 7 𝑁 𝑚 2 � 15 = 3 × 10 6 𝑁 𝑚 2
�
= 29,419 𝑀𝑃𝑎
Tegangan yang terjadi 0,00254 𝑀𝑝𝑎 < tegangan ijin bahan 29,419 𝑀𝑃𝑎 maka linear
rod dianggap aman.
2. Mencari tegangan batang sumbu Y dengan
persamaan
𝜎 = 𝑃 𝐴 di mana : 𝑃 = Beban pada sumbu X
𝐴 = Luas penampang maka :
𝜎 = 𝑃 𝐴 𝜎 = 14,715 𝑁 0,20 𝑚 2
𝜎 = 73,57 𝑁 𝑚 2 𝜎 = 0,000721 𝑀𝑃𝑎
Menghitung tegangan ijin batang sumbu Y :
𝜎 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝜎 𝑡 𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑓 = 4,5 × 10 7 𝑁 𝑚 2 � 15 = 3 × 10 6 𝑁 𝑚 2 � = 29,419 𝑀𝑃𝑎
Tegangan yang terjadi 0,000721 𝑀𝑃𝑎 < tegangan ijin bahan 29,419 𝑀𝑃𝑎 maka linear rod dianggap aman.
Linear rod sumbu Y Linear rod sumbu Y X
Y
• Defleksi
Defleksi merupakan peristiwa melengkungnya suatu batang yang ditumpu akibat adanya beban yang bekerja pada batang tersebut, beban yang dimaksud dapat berupa beban dari luar ataupun daridalam karena pengaruh berat batang sendiri[7].

## Gambar 5  Batang Yang Mengalami
Defleksi[9]
• Menghitung Defleksi Linear Rod Sumbu

## X
Setelah data-data kita peroleh kita dapat menghitung defleksi maksimal linear rod pada sumbu X dengan menggunakan persamaan.
Y max = 𝐹 . 𝐿 3 192 𝐸𝐼 = ( 51 , 993 𝑁 ) ( 500 𝑚𝑚 ) 3 192 ( 2 × 10 5 𝑁 / 𝑚 2 ) ( 3215 𝑚𝑚 4 ) = ( 51 , 993 𝑁 ) ( 125 × 10 6 𝑚𝑚 3 ) 123456 × 10 6 𝑁 / 𝑚 2 = 6499 𝑁𝑚𝑚 3 123456 𝑁𝑚𝑚 2
= 0,052 𝑚𝑚
Berdasarkan perhitungan diatas dapat dikatakan defleksi pada linear rod sumbu  X sebesar 0,052 mm < validasi simulasi sebesar 0,072 mm. Berdasarkan perhitungan simulasi dapat dilihat pada gambar dibawah ini :
Gambar 6 Hasil Perhitungan Simulasi
Dari perhitungan yang didapat, maka bisa dijadikan gambar diagram sebagai berikut :
Gambar 7 Diagram Momen Dan Defleksi
Linear Rod
• Menghitung Gaya Lekukan / Buckling

## Pada Linear Rod Sumbu Y
Untuk menghitung gaya lekukan pada sumbu Y menggunakan persamaan berikut .
𝑃𝑐𝑟 = 4 𝜋 2 . 𝐸 . 𝐼 di mana : 𝑃𝑐𝑟 = Beban kritis / gaya buckling ( kg )
𝐸 = Modulus elastisitas bahan S45C 𝐼
= momen inersia ( cm 4 )
Karena momen inersia belum kita ketahui maka kita dapat menghitungnya dengan persamaan berikut.
𝐼 = 𝜋 64 D 4 𝐼 = 3 , 14 64 ( 1,6 cm ) 4 𝐼 = ( 0,05 )( 6,55 𝑐𝑚 4 ) 𝐼 = 0,3275 𝑐𝑚 4
Setelah momen inersia kita peroleh maka kita dapat menghitung gaya buckling dengan menggunakan persamaan berikut.
𝑃𝑐𝑟 = 4 𝜋 2 . 𝐸 . 𝐼 𝐿 2 𝑃𝑐𝑟 = 4 ( 3 , 14 ) 2 .( 2 × 10 5 𝑁 / 𝑚𝑚 2 ) ( 0 , 3275 𝑐𝑚 4 ) 50 𝑐𝑚 2 𝑃𝑐𝑟 = ( 39 , 4 ) 2 .( 2 × 10 6 𝑘𝑔 / 𝑐𝑚 2 ) ( 0 , 3275 𝑐𝑚 4 ) 50 𝑐𝑚 2 𝑃𝑐𝑟 = 25807000 𝑘𝑔 / 𝑐𝑚 2 2500 𝑐𝑚 2
𝑃𝑐𝑟 = 10,322 𝑘𝑔
Berdasarkan perhitungan diatas dapat dikatakan gaya buckling pada linear rod sumbu Y adalah sebesar 10,322 kg. Perbandingan pada gaya backling < massa sumbu Y  14,715 maka kontruksi pada sumbu Y dianggap aman.

## • Menghitung Kekuatan Sambungan Las Pada Rangka
Parameter yang digunakan dalam menghitung kekuatan sambungan las adalah sebagai berikut :
1. Dimensi sambungan :
• Panjang lasan ( l ): 20 mm
• Lebar lasan ( s ) : 2 mm
2. Luas pengelasan (A) : 5,656 mm 2
3. Logam lasan : E6013
4. Tegangan Tarik elektroda : 430 N/mm 2
5. Tegangan geser elektroda : 379 N/mm 2
6. Tegangan Tarik : 365 N/mm 2
7. Tegangan lentur : 180 N/mm 2
Faktor keamanan : 8 karena beban dan bahan diam

## Gambar 8 Bagian Sambungan Las
• Menghitung Tegangan Pada Sambungan

## Las
Berdasarkan perhitungan-perhitungan diatas maka didapat bebarapa data sebagai berikut :
• Beban yang diterima oleh dudukan sumbu X adalah F = 51,993 N
• Luas area pengelasan A = 28,28 mm 2
• Menghitung Tegangan Tarik
𝜎 𝑡 = 𝐹 𝐴
= 51,993 𝑁 28,28 𝑚𝑚 2 = 1,83 𝑁 𝑚𝑚 2 � ( 𝑀𝑃𝑎 )
maka :
𝜎 𝑡 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝜎 𝑡 𝑙𝑎𝑠𝑎𝑛
𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑎𝑚𝑎𝑛𝑎𝑛
= 430 𝑁 𝑚𝑚 2 � 8 = 53,75 𝑁 𝑚𝑚 2 � ( 𝑀𝑃𝑎 )
Tegangan tarik akibat pembebanan yaitu 1,83  ( 𝑀𝑃𝑎 ) < tegangan tarik ijin lasan yaitu 53,75( 𝑀𝑃𝑎 ) , sehingga kukuatan lasa dikatakan aman.
• Menghitung Tegangan Geser
𝜎 𝑔 = 𝐹 𝐴 𝜎 𝑔 = 51,993 𝑁 28,28 𝑚𝑚 2 = 1,83 𝑁 𝑚𝑚 2 � ( 𝑀𝑃𝑎 )
maka :
𝜎 𝑔 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 𝜎 𝑔 𝑙𝑜𝑔𝑎𝑚 𝑙𝑎𝑠 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑎𝑚𝑎𝑛𝑎𝑛
𝜎 𝑔 𝑖𝑗𝑖𝑛 = 379 𝑁 𝑚𝑚 2 � 8 = 47,37 𝑁 𝑚𝑚 2 � ( 𝑀𝑃𝑎 )
Tegangan geser akibat pembebanan yaitu
1,83 ( 𝑀𝑃𝑎 ) < tegangan geser ijin lasan yaitu
47,37 ( 𝑀𝑃𝑎 ) , sehingga kekuatan las dianggap aman.

## 4. SIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian, maka dapat diambil beberapa kesimpulan dari hasil yang diperoleh sebagai berikut :
1. Perhitungan yang dilakukan pada sistem penggerak  :
a) Pada pemilihan motor telah di dapat motor stepper OMHT17-275 untuk motor
penggerak pada sumbu X yang memiliki torsi 0,249 Nm, motor stepper OM5014-
075 untuk motor penggerak pada sumbu Y yang memiliki torsi 0,235 Nm.
b) Lead screw mampu mengangkat beban maksimum yang diizinkan sebesar 4240,8 N, sehingga lead screw cukup aman.
c) Tegangan yang terjadi pada lead screw, tegangan tekan yang terjadi sebesar 3,9
MPa, tegangan lentur sebesar 0,028 Mpa, dan tegangan geser yang terjadi sebesar 3,3Mpa. Besarnya tegangan yang terjadi pada lead screw masih dibawah titik yield
Sambungan dudukan X axis dan rangka Y axis
strenght dari bahan, maka lead screw cukup aman.
2. Perhitungan yang dilakukan pada kontruksi rangka :
a) Analisa pada linear rod pada sumbu Y
dengan material S45C yang mendapat beban 51,993 N menimbulkan tegangan sebesar  0,00245 MPa <  tegangan ijin bahan sebesar 29,419 MPa, serta defleksi sebesar 0,052 mm < hasil validasi simulasi software sebesar 0,072 mm,  maka material dianggap aman. Analisa pada linear rod pada sumbu X dengan material S45C yang mendapat beban 14,715 N menimbulkan tegangan sebesar  0,000721 MPa < tegangan ijin bahan sebesar 29,419 MPa, serta gaya lekukan atau buckling pada sumbu Y adalah sebesar 10,322 kg. Besarnya nilai tegangan yang terjadi < tegangan ijin bahan, maka desain dapat dikatakan mampu menahan beban yang diberikan.
3. Perhitungan yang dilakukan untuk mendapatkan nilai kekuatan lasan. Dari perhitungan tegangan tarik yang terjadi
sebesar 1,83 MPa < dari tegangan yang diizinkan sebesar 53,75 MPa , maka pengelasan dianggap aman. Dan nilai tegangan geser yang terjadi sebesar 1,83 MPa < dari tegangan yang diizinkan sebesar 47,37 MPa, maka pengelasan dianggap aman.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1] Sutisna, S.,P., dan  Subrata, I, D.,M., 2016. “ Pengendalian Manipulator Robot Pemanen Buah Dalam Greenhouse
Menggunakan LabView”.
Aplikasi
Mekanika dan Energi.Bogor.
[2] Mujono.2009 .”Pembuatan Model Robot Untuk  Material Handling Otomatis” .
Program Studi Diploma III Mesin
Produksi Fakultas Teknik Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
[3]   Agustinus Purna Irawan. Januari
2007. ’’Mekanika teknik’’ , (statika
struktur) . Jurusan Teknik Mesins
Fakultas Teknik Universitas
Tarumanagara.
[4] E.P Popov Dan Zainul
Astamar.1984 .”Mekanika (Mechanics Of
Material)” .Jakarta : Erlangga,.
[5] Annas Andri Fatoni, 2015 “ Desain Pengujian Kinerja Lead Swcrew Jenis
Square Thread Pada Mesin Cnc Milling 3 Axis Tipe Gantry” Fakultas Teknik,Universitas Ibn Khaldun Bogor.
[6]   Graham E. 1990. “ Maintenance Welding, Prentice-Hall Inc: New Jersey ”.
[7]   Dwi Yuliaji.2016. “Optimal  Support Welding (JIG Las) Dan Pengelasan Header Box Finfan Coller Menggunakan Material Duplex S32205”. Program magister teknik mesin universitas pancasila.