SISTEM PENGGERAK JARI-JARI TANGAN ROBOT DENGAN …repository.usd.ac.id/36448/2/155114002_full.pdf · FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2019 PLAGIAT

TUGAS AKHIR

SISTEM PENGGERAK JARI-JARI TANGAN ROBOT

DENGAN KONTROL SARUNG TANGAN NIRKABEL

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat

memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh :

GERARDO HARSEL

NIM : 155114002

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2019

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

FINAL PROJECT

ROBOTIC FINGERS WITH WIRELESS GLOVE

CONTROL

In a partial fulfilment of therequirements

for the degree of Sarjana Teknik

Departement of Electrical Engineering

Faculty of Science and Technology, Sanata Dharma University

GERARDO HARSEL

NIM : 155114002

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2019





vi

HALAMAN PERSEMBAHAN

MOTTO :

“If You Can’t Stop Thinking About It … Do it !”



viii

INTISARI

Belakangan ini robot sudah banyak berkembang, mulai dari robot yang

menggunakan roda hingga berkaki. Bahkan dahulu gerak robot bisa di katakan masih

terbatas dan masih banyak robot yang belum dapat dikendalikan secara nirkabel tetapi saat

ini robot dapat bergerak ke segala arah dan sudah banyak robot yang dikembangkan menjadi

robot yang dapat di kendaliakan secara nirkabel.

Teknologi wireless merupakan teknologi yang menarik dalam perancangan robot jari

tangan ini. Robot jari tangan merupakan sebuah robot berbentuk tangan menusia, dimana

memiliki lima jari yang menyerupai dan fungsi dari jari tangan manusia.sensor flex

merupakan sensor yang berbentuk kawat lentur yang apabila ditekuk akan memunculkan

perubahan resistansi, perubahan resistansi yang menghasilkan tegangan yang bervariasi

yang akan diolah menjadi sebuah perintah kemotor servo. Motor servo digunakan sebagai

penggerak robot jari tangan dari ibu jari, jari telunjuk, jari tengah, jari manis, dan jari

kelingking. Sedangkan pusat pengolahan data antara perintah sensor flex dengan motor servo

diolah oleh mikrokontroler arduino nano. Pengontrolan robot jari tangan ini akan dilakukan

secara wireless menggunakan modul nRF24L01.

Berdasarkan hasil penelitian, sensor flex dapat mengatur posisi sudut dari motor

servo dari 0° sampai 180° dengan posisi kelengkungan dari sensor flex, semakin melengkung

sensor flex maka sudut motor servo semakin menuju kearah 180°. Sensor flex sudah dapat

mengontrol gerakan motor servo pada prototipe tangan sehingga gerakan jari tangan

pengguna sudah dapat sesuai dengan gerakan prototipe robot jari tangan. Kedua

mikrokontroler arduino nano dapat berkomunikasi dengan baik hingga jarak 41 meter.

Kata kunci : Sensor flex, nRF24L01, robot jari tangan, sarung tangan, wireless


ix

ABSTRACT

Lately, many robots have developed, ranging from robots that use wheels to legs.

Even the robot's motion can be said to be still limited and there are still many robots that

cannot be controlled wirelessly but now robots can move in all directions and many robots

have been developed into robots that can be controlled wirelessly.

Wireless technology is an interesting technology in the design of this finger robot.

The finger robot is a human shaped hand robot, which has five fingers that resemble and

function of a human finger. Flex sensor is a sensor in the form of a flexible wire which when

bent will bring up a change in resistance, a change in resistance that produces a varying

voltage which will be processed into a servo motor command. Servo motors are used as

robotic fingers from the thumb, index finger, middle finger, ring finger, and little finger. The

data processing center between the flex sensor command and the servo motor is processed

by the arduino nano. The controlling of this finger robot work wirelessly using the

nRF24L01 module.

Based on the results of the research, the flex sensor can adjust the angular position

of the servo motor from 0 ° to 180 ° with the curvature position of the flex sensor, more

curved the flex sensor the angular servo motor is heading towards 180 °. The flex sensor can

already control the movement of the servo motor on the prototype of the hand so that the

movement of the user's fingers can be in accordance with the movement of the prototype of

the finger robot. Both arduino nano microcontrollers can communicate well up to a distance

of 41 meters.

Keyword: flex sensor, nRF24L01, robotic fingers, glove, wireless


x

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat rahmat

kasih-Nya yang telah dilimpahkan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir

yang berjudul Sistem Penggerak Jari-Jari Tangan Robot Dengan Kontrol Sarung Tangan

Nirkabel.

Tugas Akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan untuk memperoleh gelar

Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulisan Tugas Akhir ini tidak lepas dari campur

tangan dan bantuan dari banyaknya pihak, baik secara langsung maupun tidak langsung.

Penulis menyadari bahwa banyak pihak yang telah memberi dukungan, semangat,

bimbingan dan arahan serta bantuan materil. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis

ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai setiap langkahku.

2. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc.,Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Petrus Setyo Prabowo, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Elektro, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, serta selaku

dosen penguji tugas akhir.

4. Bapak Dr.Iswanjono, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang selalu

memberikan masukan dan dorongan, kepada penulis untuk berkembang dan

berproses, selalu sabar dan meluangkan waktunya untuk bimbingan sehingga tugas

akhir dapat diselesaikan dengan hasil yang memuaskan.

5. Bapak Dr. Ir. Linggo Sumarno, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang

selalu memberikan masukan dan dorongan, kepada penulis untuk berkembang dan

berproses selama berkuliah sehingga bisa sampai ditahap sekarang ini.

6. Bapak Djoko Untoro Suwarno,S.Si.,M.T., selaku dosen penguji tugas akhir yang

telah memberi masukan, bimbingan serta saran untuk menyempurnakan penulisan

tugas akhir ini.

7. Bapak Ir. Tjendro, M.Kom., selaku dosen penguji tugas akhir yang telah memberi

masukan, bimbingan serta saran untuk menyempurnakan penulisan tugas akhir ini.



xii

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL (BAHASA INDONESIA) ................................................................ i

HALAMAN SAMPUL (BAHASA INGGRIS) .................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ............................................................................................. iii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................................. iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN KARYA .............................................................. v

HALAMAN PERSEMBAHAN ........................................................................................... vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK

KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................................................... vii

INTISARI ........................................................................................................................... viii

ABSTRACT ......................................................................................................................... ix

KATA PENGANTAR ........................................................................................................... x

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... xiv

DAFTAR TABEL .............................................................................................................. xvi

BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 1

1.1 Latar Belakang ........................................................................................................ 1

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian ............................................................................... 2

1.3 Batasan Masalah ..................................................................................................... 2

1.4 Metodologi Penelitian ............................................................................................. 3

BAB II DASAR TEORI ..................................................................................................... 5

2.1 Mikrokontroler ........................................................................................................ 5

2.1.1. Arduino Nano .............................................................................................................. 5

2.1.2. Konfigurasi Pin Arduino Nano .................................................................................... 6

2.1.3. Perangkat Lunak Arduino ............................................................................................ 7

2.2 Sensor Flex ............................................................................................................. 8

2.3 Modul nRF24L01 ................................................................................................. 11

2.4 Motor Servo .......................................................................................................... 15

2.4.1. Pengendalian Motor Servo ........................................................................................ 16

2.5 PWM (Pulse Width Modulation) .......................................................................... 17

2.6 Serial Peripheral Interface ( SPI ) ......................................................................... 18

BAB III PERANCANGAN PENELITIAN ...................................................................... 22


xiii

3.1 Diagram Blok ........................................................................................................ 22

3.2 Perancangan Perangkat Keras ............................................................................... 23

3.2.1. Perancangan Prototipe Tangan Robot ....................................................................... 23

3.2.2. Perancangan Sarung Tangan ..................................................................................... 24

3.2.3. Gerakan Tangan ......................................................................................................... 25

3.2.4. Perancangan Sensor Flex ........................................................................................... 26

3.2.5. Perancangan Rangkaian Servo .................................................................................. 29

3.2.6. Perancangan Rangkaian Modul nRF24L01 ............................................................... 30

3.3 Perancangan Perangkat Lunak .............................................................................. 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................................... 33

4.1 Sistem Perangkat Keras ........................................................................................ 33

4.1.1. Implementasi Alat ..................................................................................................... 33

4.1.2. Perubahan Rancangan Penggunaan Power Supply ................................................... 35

4.1.3. Perubahan Rancangan Letak Rangkaian Pada Prototipe Tangan .............................. 35

4.1.4. Rangkaian Sarung Tangan ......................................................................................... 36

4.1.5. Rangkaian Penggerak Robot Jari Tangan .................................................................. 37

4.2 Sistem Penggerak Motor Servo ............................................................................ 37

4.2.1. Pengujian Nilai ADC Sensor Flex Terhadap Nilai PWM Motor Servo ..................... 37

4.2.2. Pengujian Nilai Sudut Sensor Flex Terhadap Nilai Sudut Robot Jari Tangan .......... 42

4.2.3. Pengujian Terhadap Nilai Sudut Saat Menggenggam Objek .................................... 45

4.3 Sistem Komunikasi Nrf24l01 ............................................................................... 48

4.3.1. Pengujian Jarak Komunikasi Antar Mikrokontroler ................................................. 48

4.4 Sistem Perangkat Lunak ....................................................................................... 50

4.4.1. Program Pembaca Sensor Flex .................................................................................. 50

4.4.2. Sistem Pengiriman dan Penerimaan Data .................................................................. 51

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................... 54

5.1 Kesimpulan ........................................................................................................... 54

5.2 Saran ..................................................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................................... 55

LAMPIRAN ........................................................................................................................ 68


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. 1 Blok Diagram ................................................................................................... 3

Gambar 2. 1. Arduino Nano .................................................................................................. 6

Gambar 2. 2. Tampilan IDE Arduino .................................................................................... 7

Gambar 2. 3. Rangkaian Pembagi Tegangan Sensor Flex .................................................... 9

Gambar 2. 4. Sensor Flex .................................................................................................... 11

Gambar 2. 5. Modul Wireless nRF24L01 ........................................................................... 11

Gambar 2. 6. channel modul nRF24L01 ............................................................................. 13

Gambar 2. 7.Operasi read SPI ............................................................................................. 13

Gambar 2. 8. Operasi write SPI ........................................................................................... 14

Gambar 2. 9. Contoh pengalamatan pipe pada MultiCeiver ............................................... 14

Gambar 2. 10. Bagian-Bagian Motor Servo ........................................................................ 16

Gambar 2. 11. Gerakan Motor Servo .................................................................................. 16

Gambar 2. 12. Sinyal PWM................................................................................................. 17

Gambar 2. 13. Sinyal PWM dan Persamaan Vout PWM .................................................... 17

Gambar 2. 14.Duty Cycle dan Resolusi PWM .................................................................... 18

Gambar 2. 15.Ilustrasi kerja protokol SPI ........................................................................... 19

Gambar 2. 16. Komunikasi master-slave pada SPI ............................................................. 20

Gambar 2. 17. Diagram pewaktuan pemindahan data dengan Clock Phase (CPHA) =0 .... 21

Gambar 2. 18. Diagram pewaktuan pemindahan data dengan Clock Phase (CPHA) =1 .... 21

Gambar 3. 1. Blok Diagram................................................................................................. 22

Gambar 3. 2. Ilustrasi Perancangan Prototipe Tangan Robot.............................................. 23

Gambar 3. 3 Ilustrasi Perancangan Prototipe Tangan Robot (Tampak Samping) .............. 24

Gambar 3. 4. Ilustrasi Perancangan Sarung Tangan ............................................................ 25

Gambar 3. 5. Posisi Jari-Jari Tangan Membuka .................................................................. 25

Gambar 3. 6. gerakan Jari- Jari Tangan Menggenggam Objek ........................................... 26

Gambar 3. 7. Rangkaian Skematik Sensor Flex Dengan Arduino Nano ............................. 27

Gambar 3. 8. Grafik nilai ADC terhadap sudut ................................................................... 28

Gambar 3. 9. Rangkaian Skematik Motor Servo Dengan Arduino Nano ........................... 29

Gambar 3. 10. Rangkaian Skematik Modul nRF24L01 Dengan Arduino Nano (Rx) ........ 30

Gambar 3. 11. Flowchart Program Pada Sensor Sarung Tangan ........................................ 31

Gambar 3. 12. Flowchart Program Pada Penggerak Robot Jari Tangan ............................. 32

Gambar 4. 1. Bentuk Fisik Bagian Prototipe Jari Tangan Robot Tampak Belakang .......... 34

Gambar 4. 2. Bentuk Fisik Bagian Prototipe Jari Tangan Robot Tampak Depan ............... 34

Gambar 4. 3. Bentuk Fisik Bagian Sarung Tangan ............................................................. 34

Gambar 4. 4. Power Supply 5V, 6A .................................................................................... 35

Gambar 4. 5. Rancangan Letak Rangakaian........................................................................ 36

Gambar 4. 6. Rangakaian Sarung Tangan ........................................................................... 36

Gambar 4. 7. Rangkaian Penggerak Robot Jari Tangan ...................................................... 37

Gambar 4. 8. Posisi Tangan Belum Menggenggam ............................................................ 45

Gambar 4. 9. Posisi Tangan Saat Menggenggam Objek 4,5 cm ......................................... 46

Gambar 4. 10. Posisi Tangan Saat Menggenggam Objek 5,5 cm ....................................... 47

Gambar 4. 11. Posisi Tangan Saat Menggenggam Objek 6,5 cm ....................................... 47

Gambar 4. 12. Program Pembaca Sensor Flex .................................................................... 50

Gambar 4. 13. Program Penginisialisasian Variabel ........................................................... 51


xv

Gambar 4. 14. Deklarasi Alamat Node nRFf24L01 ............................................................ 52

Gambar 4. 15. Pengaturan nRF24L01 Sebagai Pengirim .................................................... 52

Gambar 4. 16. Pengaturan nRF24L01 Sebagai Penerima ................................................... 52

Gambar 4. 17. Program untuk Memasukan Data Sudut ke Dalam Paket Data .................. 53

Gambar 4. 18. Program Pengiriman Paket Data .................................................................. 53

Gambar 4. 19. Program Penerima Paket Data ..................................................................... 53


xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 2. 1. Keterangan fungsi tombol pada Arduino ............................................................ 8

Tabel 2. 2. Pin-Pin Modul nRF24L01 ................................................................................. 12

Tabel 3. 1. Keterangan nama-nama Komponen .................................................................. 24

Tabel 3. 2. Tabel Pengukuran Nilai ADC Terhadap Posisi Sensor Flex Pada Jari ............. 28

Tabel 3. 3. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Nano dengan Motor Servo ............ 29

Tabel 3. 4. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Nano (Rx) dengan Modul nRF24L01

............................................................................................................................................. 30

Tabel 4. 1. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Ibu Jari .............. 38

Tabel 4. 2. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Jari Telunjuk ..... 39

Tabel 4. 3. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Jari Tengah ....... 40

Tabel 4. 4. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Jari manis ......... 40

Tabel 4. 5. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Jari kelingking .. 41

Tabel 4. 6. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Ibu Jari ..................................................................... 43

Tabel 4. 7. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Jari Telunjuk ............................................................ 43

Tabel 4. 8. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Jari Tengah .............................................................. 43

Tabel 4. 9. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Jari Manis ................................................................ 44

Tabel 4. 10. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Jari Kelingking ...................................................... 44

Tabel 4. 11. Sudut Motor Servo Saat Tidak Menggenggam ............................................................ 45

Tabel 4. 12. Sudut Motor Servo Saat Menggenggam Objek diameter 4,5 cm ................................. 46



Tabel 4. 15. Data Hasil Pengujian Kedua Jarak Komunikasi Antar Mikrokontroler ....................... 49


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Belakangan ini banyak robot yang diciptakan dengan tujuan membantu kerja

manusia hingga dapat meringankan pekerjaan manusia. Robot tersebut dapat digunakan

untuk perkerjaan ringan maupun berat hingga yang berbahaya. Robot-robot tersebut di

lengkapi dengan sensor-sensor dan kecerdasan buatan sehingga robot tersebut dapat di

gunakan susuai dengan apa yang di inginkan.

Jenis robot saat ini sudah banyak berkembang, mulai dari robot yang menggunakan

roda hingga berkaki. Bahkan dahulu gerak robot bisa di katakan masih terbatas dan masih

banyak robot yang belum dapat dikendalikan secara nirkabel tetapi saat ini robot dapat

bergerak ke segala arah dan sudah banyak robot yang dikembangkan menjadi robot yang

dapat di kendaliakan secara nirkabel.

Sebelumnya sudah ada penelitian yang dibuat oleh Heru Andra Padillah dan Arif

Gunawan yang berjudul “Kontrol Wireless Bionik Robot Jari Tangan Menggunakan

Arduino”[1]. Penelitian yang dilakukan oleh Heru Andra Padillah dan Arif Gunawan,

Pengontrolan bionic robot jari tangan dilakukan secara wireless menggunakan modul KYL

500L, dimana modul KYL 500L berperan sebagai pemancar dan penerima agar perangkat

pengontrol dapat berkomunikasi secara wireless dengan perangkat yang akan di

kontrol. Flex Sensor merupakan sensor yang berbentuk kawat lentur apabila di tekuk akan

memunculkan perubahan resistansi, perubahan resistensi yang menghasilkan tegangan yang

bervariasi yang akan di olah menjadi sebuah perintah ke motor servo. Motor servo adalah

motor dc yang mampu bekerja dua arah. Dimana arah pergerakan motornya dapat diatur

sesuai keinginan dan kebutuhan pengguna. Pada penelitian Heru Andra Padillah dan Arif

Gunawan, bionik robot jari tangan ini memanfaatkan motor servo sebagai penggerak jari

dari setiap jari


2

tangan robot. Sedangkan sebagai pusat pengolahan data antara perintah flex Sensor dengan

motor servo diolah oleh mikrokontroler arduino uno.

Berdasarkan referensi di atas, maka pada tugas akhir ini akan dibuat ulang prototipe

jari-jari robot tangan. Yang membedakan dengan penelitian Heru Andra Padillah dan Arif

Gunawan adalah modul wireless dan mikrokontroler yang digunakan pada penelitian adalah

modul nrf24l01 dan arduino nano. Ditugas akhir ini modul yang digunakan adalah nrf24l01

karena modul nrf24l01 dapat mengirim data secara kontinyu sehingga sinyal lebih stabil dan

memiliki dimensi yang lebih kecil dari pada modul KYL 500L sehingga mudah untuk

ditempatkan di sarung tangan. Mikrokontroler arduino nano dipilih karena memiliki dimensi

yang lebih kecil daripada arduino nano sehingga dapat ditempatkan dengan mudah di

prototipe robot tangan.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah membuat sistem kendali jari-jari robot tangan secara

nirkabel.

Manfaat dari penelitian ini adalah:

1. Sebagai sarana pembelajaran mengenai komunikasi wireless antara dua buah

mikrokontroler.

2. Sebagai sarana pembelajaran tentang robotika prototipe jari-jari tangan robot.

1.3 Batasan Masalah

Agar tugas akhir ini bisa sesuai pada tujuan dan untuk menghindari kompleksnya

permasalahan yang muncul, maka diperlukan adanya batasan-batasan masalah yang sesuai

dengan judul tugas akhir ini. Adapun batasan masalah adalah :

1. Menggunakan dua buah Arduino nano

2. Komunikasi wireless menggunakan dua buah modul nrf24l01

3. Menggunakan lima buah motor servo sebagai penggerak jari-jari

4. Menggunakan lima sensor flex yang befungsi sebagai pengontrol gerakan jari-

jari

5. Mampu berkomunikasi dengan baik dengan jarak kurang lebih dua meter


3

1.4 Metodologi Penelitian

Berdasarkan tujuan yang ingin dicapai maka metode-metode yang digunakan dalam

penyusunan tugas akhir ini adalah:

1. Studi literature dan referensi, yaitu dengan mempelajari dan membaca tentang

hal-hal yang berkaitan dengan mikrokontroler (Arduino), sensor flex dan

komunikasi wireless antar mikrokontroler (Arduino) yang digunakan dalam

perancangan tugas akhir ini.

2. Perancangan hardware dan software. Penentuan hardware dan perancangan

software bertujuan untuk menentukan komponen-komponen apa saja yang akan

digunakan dengan mempertimbangkan factor-faktor permasalahan dan kebutuhan

yang dihadapi.

Gambar 1. 1 Blok Diagram

Pembutan sistem hardware, meliputi pembuatan dan perencanaan tata letak

mikrokontroler (arduino), sensor flex, motor servo, modul nRF24L01 dan juga

perancangan bentuk prototipe tangan robot.

3. Pembuatan sistem software, proses ini bertujuan agar alat dapat bekerja sesuai

dengan yang diinginkan. Pembuatan software menggunakan bahasa pemrograman

arduino.

4. Proses pengujian dan pengambilan data. Pengambilan data dilakukan dengan

menguji semua sistem apakah telah sesuai dengan yang diinginkan, serta

mengambil data gerakan antara sarung tangan dan jari-jari robot apakah telah

sesuai, dan pengujian komunikasi antara mikrokontroler (arduino).


4

5. Analisis dan penyimpulan hasil percobaan. Proses ini dilakukan untuk

menentukan apakah berhasil atau tidaknya percobaan yang telah dilakukan

dengan mempertimbangkan hasil apakah alat telah bekerja sesuai dengan yang

diinginkan, meliputi kesesuaian gerakan antara sarung tangan dan jari-jari tangan.


5

BAB II

DASAR TEORI

Bab ini menjelaskan tentang dasar-dasar teori dan informasi mengenai komponen-

komponen yang akan digunakan dalam pembuatan instrumen seperti Arduino, Sensor Flex

dan Modul nRF24L01 serta hal-hal yang berkaitan dengan instrumen.

2.1 Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu sistem komputer.

Meskipun mempunyai bentuk yang kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer

mainframe, mikrokontroler dibangun dari elemen elemen yang sama.

Seperti komputer pada umumnya, mikrokontroler adalah alat yang bekerja

mengerjakan instruksi-instruksi yang diberikan kepadanya. Intinya adalah bagian terpenting

dari suatu sistem terkomputerisasi adalah program yang dibuat oleh seorang programmer.

Program bertugas memberikan instruksi kepada komputer untuk melakukan jalinan yang

Panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang lebih kompleks yang

diinginkan oleh programmer[2].

Arduino adalah salah satu dari mikrokontroler. Arduino adalah sebuah platform

elektronik yang open source. Arduino yang akan digunakan dalam penelitian ini adalah

arduino Nano.

2.1.1. Arduino Nano

Arduino merupakan sebuah platform dari physical computing yang bersifat open

source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi kombinasi dari

hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment (IDE) yang

canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program,

mengkompilasi menjadi kode biner dan meng-upload ke dalam memory mikrokontroler.

Arduino Nano adalah salah satu papan pengembangan mikrokontroler yang berukuran kecil,

lengkap dan mendukung penggunaan breadboard. Arduino Nano diciptakan dengan basis

mikrokontroler ATmega328 (untuk Arduino Nano versi 3.x) atau ATmega 168 (untuk

Arduino versi 2.x). Arduino Nano tidak menyertakan colokan DC berjenis Barrel Jack, dan


6

dihubungkan ke komputer menggunakan port USB Mini-B. Arduino Nano dirancang dan

diproduksi oleh perusahaan Gravitech [3].

2.1.2. Konfigurasi Pin Arduino Nano[3]

Gambar 2. 1. Arduino Nano

Arduino Nano memiliki 30 pin. Berikut adalah konfigurasi pin Arduino Nano

berdasarkan gambar 2.1. yaitu:

1 Serial TX (1) adalah pin yang berfungsi sebagai pengirim TTL

data serial.

2 Serial RX (0) adalah pin yang berfungsi sebagai penerima TTL

data serial.

3 RESET merupakan jalur LOW, untuk menghidupkan ulang

mikrokontroler.

4 GND adalah pin ground untuk catu daya digital.

5-15 D2-D12 adalah pin digital.

16 D13 pin digital yang terhubung dengan LED, akan menyala jika

HIGH value.

17 3V3 keluaran sebesar 3,3 Volt.

18 AREF merupakan referensi tegangan untuk input analog.


7

19-26 A0-A7 adalah pin analog yang setiap pin tersedia 1024 nilai yang

berbeda, dapat diukur/diatur dari 0-5V dan memungkinkan untuk

mengubah batas nilai tertinggi/terendah.

27 External Power Supply sebesar 5V.

28 RESET unutk menghidupkan ulang mikrokontroler.

29 GND adalah pin ground.

30 VIN merupakan pin yang berfungsi sebagai pin masukan catu daya

digital.

2.1.3. Perangkat Lunak Arduino

Area pemrograman Arduino dikenal dengan Integrated Development Environment

(IDE)[4]. Area pemrograman yang digunakan untuk menulis baris program dan

mengunggahnya kedalam board Arduino, disamping itu juga dibuat lebih mudah dan dapat

berjalan pada beberapa sistem operasi seperti windows, macintosh, dan Linux[5]. gambar

2.2. dan table 2.1

Gambar 2. 2. Tampilan IDE Arduino


8

Tabel 2. 1. Keterangan fungsi tombol pada Arduino[9]

No. Tombol Nama Fungsi

1 Verify Menguji apakah ada kesalahan pada

program atau sketch. Apabila sketch sudah

benar, maka sketch tersebut akan

dikompilasi. Kompilasi adalah proses

mengubah kode program ke dalam kode

mesin.

2 Upload Mengirim kode mesin hasil kompilasi ke

board Arduino

3 New Membuat sketch yang baru

4 Open Membuka sketch yang sudah ada

Save Menyimpan sketch

6

Serial

Monitor

Menampilkan data yang dikirim dan

diterima melalui komunikasi serial.

IDE Arduino membutuhkan beberapa pengaturan yang digunakan untuk

mendeteksi board Arduino yang sudah dihubungkan ke komputer. Beberapa pengaturan

tersebut adalah mengatur jenis board yang digunakan sesuai dengan board yang terpasang

dan mengatur jalur komunikasi dara melalui perintah serial port. Pengaturan tersebut

terdapat di pull down menu tools[6].

2.2 Sensor Flex

Flex Sensor adalah sensor lengkung yang fleksibel secara fisik sehingga dapat

mengikuti pergerakan jari manusia. Range resistansi sebuah Flex Sensor berkisar 10 KΩ –

40 KΩ .[7] Sensor flex berfungsi untuk mendeteksi kelengkungan pada sensor ketika

ditekan. Sensor flex memiliki prinsip kerja sama seperti potensiometer. Sensor flex memiliki

2 kaki pin, dengan bentuk fisik tipis memanjang dan lentur. Sensor ini memiliki output

berupa resistansi. Dua pin kaki tersebut, jika salah satu pin diberikan tegangan sebesar +5 V

maka pin yang lainnya sebagai output serta tegangan 0 Volt. Prinsip kerja sensor flex ini

mirip dengan variabel resistor. Sensor flex memberikan resistansi kepada mikrokontroler


9

melalui rangkaian pembagi tegangan. Output resistansi ini akan diberikan tegangan yang

nantinya akan dibaca oleh mikrokontroler.

Mikrokontroler mengkonversi data menggunakan ADC (analog to digital converter),

dimana data masukkannya didapat dari tegangan yang sudah terkena resistansi.

Rangkaiannya dapat dilihat pada gambar 2.3. [8] Rangkaian sensor flex menggunakan

rangkaian pembagi tegangan yang berfungsi untuk membagi tegangan arduino (5V) dengan

tegangan output sensor flex ke data (pin analog input arduino).

Gambar 2. 3. Rangkaian Pembagi Tegangan Sensor Flex

Persamaan Menghitung Tegangan Sensor Flex & Nilai ADC Sensor Flex :

V2 = Vcc x (𝑅𝑓𝑙𝑒𝑥

𝑅1+𝑅𝑓𝑙𝑒𝑥) ( 2. 1 )

Persamaan Menghitung Nilai ADC Sensor Flex :

Data ADC = 𝑉𝑖𝑛𝐴𝑛𝑎𝑙𝑜𝑔

5 𝑉𝑜𝑙𝑡 x 1024 ( 2. 2 )


10

Keterangan:

V2 = Nilai tegangan sensor flex (Volt)

Vin = Tegangan catu mikrokontroler (Volt)

Rflex = Nilai Resistansi sensor flex (Ω)

R1 = Nilai Resistansi pembagi tegangan (Ω)

VinAnalog = Nilai tegangan sensor flex (Volt)

5 Volt = Tegangan sumber atau Vcc

Perhitungan pada sensor flex mengacu pada persamaan pada Tabel 2.2 adalah sebagai

berikut:

Vcc = 5 Volt

R2= 10 K Ω

• Kondisi ketika sensor flex lurus, berdasarkan datasheet.

R1 = 10 KΩ (berdasarkan hambatan datar sensor flex pada datasheet)

V2 = 5 Volt x (10 K Ω

10 K Ω+10 K Ω)

V2 = 2,5 Volt

Hambatan sensor fleksibel ini berubah ketika bantalan logam berada diluar tekukan.

Spesifikasi:

• Cakupan suhu : -35ºC sampai +80ºC

• Toleransi hambatan : ±30%

• Cakupan hambatan tekukan : 60K Ohm

• Nilai power : 0,5 Watt dst. 1 Watt sampai batas maksimal

• Resistansi flat 10Kohm ± 30%

• Rentang lengkungan kontur antara 45 KOhm – 125 Kohm


11

Gambar 2. 4. Sensor Flex

2.3 Modul nRF24L01

Module Wireless nRF24L01 merupakan modul komunikasi jarak jauh yang

menggunakan frekuensi pita gelombang radio 2.4-2.5 GHz ISM (Industrial Scientific and

Medical). nRF24L01 memiliki kecepatan sampai 2Mbps dengan pilihan opsi date rate 250

Kbps, 1 Mbps, dan 2 Mbps. Transceiver terdiri dari synthesizer frekuensi terintegrasi,

kekuatan amplifier, osilator kristal, demodulator, modulator dan Enhanced ShockBurst ™

mesin protokol. Output daya, saluran frekuensi, dan setup protokol yang mudah diprogram

melalui antarmuka SPI. Konsumsi arus yang digunakan sangat rendah, hanya 9.0mA pada

daya output -6dBm dan 12.3mA dalam mode RX. Built-in Power Down dan mode standby

membuat penghematan daya dengan mudah realisasi [9].

Gambar 2. 5. Modul Wireless nRF24L01


12

Tabel 2. 2. Pin-Pin Modul nRF24L01

Nomor

Pin Nama Pin Singkatan Keterangan

1 Ground GND Koneksi system ke Ground

2 Power Vcc Daya modul menggunakan 3.3V

3 Chip Enable CE Digunakan untuk mengaktifkan

komunikasi SPI

4 Chip Select Not CSN

Untuk menjaga agar pulsa clock

tetap tinggi, karena jika rendah

akan menonaktifkan SPI

5 Serial Clock SCK Menyediakan pulsa clock dengan

komunikasi SPI

6 Master Out Slave In MOSI

Terhubung dengan pin MOSI

dari MCU, untuk menerima data

dari MCU

7 Master In Slave Out MISO

Terhubung ke MISO dari pin

MCU, berfungsi sebagai modul

pengirim data dari MCU

8 Interrupt IRQ Pin rendah aktif, digunakan saat

interupsi diperlukan

Ketika CSN diatur low, maka kondisi ini menandakan bahwa siap mengambil intruksi.

Setiap intruksi baru harus dimulai dengan transisi high ke low pada CSN. Pada paralel

intruksi SPI word diterapkan pada pin MOSI, Status register bergeser secara serial melalui

pin MISO. Perintah SPI untuk pemindahan data serial seperti berikut :

1. <Command word: MSBit to LSBit (one byte)>

2. <Data bytes: LSByte to MSByte, MSBit in each byte first>

Modul nRF24L01 dapat dikonfigurasikan dalam mode power down, standby, rx dan tx.

Ketika VDD mencapai tegangan 1.9V atau lebih modul akan masuk kedalam status daya

saat reset dan tetap berada dikondisi reset hingga memasuki mode power down.

Modul transceiver nRF24L01 dapat berkomunikasi lewat empat pin SPI. Parameter

seperti frekuensi channel sebanyak 125 channel, dan data rate (250kbps,1Mbps, dan

2Mbps) dapat dikonfigurasikan melalui SPI interface.


13

Modul transceiver mentransmisikan dan menerima data pada frekuensi tertentu yang

disebut channel. Agar dua atau lebih modul dapat saling berkomunikasi, modul harus berada

pada saluran yang sama. Frekuensi yang dapat digunakan antara 2400 hingga 2525 MHz.

setiap channel memiliki bandwidth kurang dari 1MHz. Sehingga banyak channel yang

tersedia adalah 125 channel dengan jarak antar channel sebesar 1 MHz, jadi modul ini dapat

menggunakan 125 channel berbeda pada satu modul komunikasi.

Gambar 2. 6. channel modul nRF24L01

Proses writing dapat berakhir sebelum semua byte dalam register multi-byte telah

ditulis. Dalam hal ini MSByte yang tidak tertulis akan tetap tidak berubah. Misalnya LSByte

dari RX_ADDR_P0 dapat dimodifikasi dengan satu byte ke regiter RX_ADDR_P0. Isi dari

status regiter akan selalu terbaca ke MISO setelah trasisi high ke low pada CSN.

Gambar 2. 7.Operasi read SPI


14

Gambar 2. 8. Operasi write SPI

Keterangan :

Cn : SPI instruksi bit

Sn : Status register bit

Dn : Data bit (LSByte ke MSByte, MSBit disetiap byte pertama)

Operasi SPI pada gambar 2.7 dan 2.8. Modul harus berada dalam salah satu kondisi

standby mode atau power down sebelum melakukan proses penulisan ke konfigurasi register.

Gambar 2. 9. Contoh pengalamatan pipe pada MultiCeiver

Fitur Multiceiver merupakan fitur yang digunakan dalam mode tx dan rx yang berisi

serangkaian enam pipe data paralel dengan masing-masing alamat berbeda. Pipe data adalah

logical channel dalam channel fisik RF. Setiap pipe data memiliki alamat yang berbeda.


15

Modul yang dikonfigurasikan sebagai PRX (primary receiver) dapat menerima data yang

ditujukan keenam pipe data yang berada dalam satu channel frekuensi.

Gambar diatas menunjukan node pusat, PRX ditugaskan untuk dilewati data pipe rx

yang sudah dialamatkan, ( ada juga alamat tx yang ditugaskan ke pusat node. Alamat rx dan

tx ditugaskan untuk mengantarkan data pada pipe ke pusat node. Alamat rx dan tx yang

ditugaskan ke pusat node sebagai berikut :

1. Addr Data Pipe 0 (PRX_ADDR_P0): 0x7878787878

2. Addr Data Pipe 1 (PRX_ADDR_P1): 0xB3B4B5B6F1

3. Addr Data Pipe 2 (PRX_ADDR_P2): 0xB3B4B5B6CD

4. Addr Data Pipe 3 (PRX_ADDR_P3): 0xB3B4B5B6A3

5. Addr Data Pipe 4 (PRX_ADDR_P4): 0xB3B4B5B60F

6. Addr Data Pipe 5 (PRX_ADDR_P5): 0xB3B4B5B605

2.4 Motor Servo

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback dimana posisi dari

motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo.

Motor terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potentiometer dan rangkaian kontrol.

Potentiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut

dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal

kabel motor[11].

Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak

kontinyu seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk beberapa

keperluan tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak kontinyu. Pada robot,

motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau bagian-bagian lain yang

mempunyai gerakan terbatas. Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah,

yaitu searah jarum jam atau clockwise (CW) dan berlawanan arah jarum jam atau

counterclockwise (CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan

hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal Pulse Width Modulation (PWM)

pada bagian pin kontrolnya. Motor servo merupakan sebuah motor DC yang memiliki

rangkaian kontrol elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut

angularnya.

Sistem mekanis pada motor servo seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.6 terdiri

dari:


16

a. 3 jalur kabel: power, ground, dan control.

b. Internal gear.

c. Potentiometer.

d. Feedback control.

Gambar 2. 10. Bagian-Bagian Motor Servo

2.4.1. Pengendalian Motor Servo

Kabel kontrol digunakan untuk mengatur sudut posisi dari batang output. Sudut

posisi ditentukan oleh durasi pulsa yang diberikan oleh kabel kontrol. Motor sevo

digerakkan dengan menggunakan PWM (Pulse Width Modulation). Motor sevo akan

mengecek pulsa setiap 20 milisecond. Panjang pulsa akan menentukan seberapa jauh motor

akan berputar. Contohnya, pada pulsa 1,5 milisecond akan membuat motor berputar sejauh

90° (lebih sering disebut posisi netral). Jika pulsa lebih pendek dari 1,5 milisecond, maka

motor akan berputar lebih dekat ke 0°. Jika lebih panjang dari 1,5ms, maka akan berputar

mendekati 180°.[11] Dari Gambar 2.7 dibawah, durasi pulsa menentukan sudut dari batang

output.

Gambar 2. 11. Gerakan Motor Servo


17

2.5 PWM (Pulse Width Modulation)

PWM (Pulse Width Modulation) adalah sebuah cara memanipulasi lebar sinyal yang

dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang

berbeda. Beberapa contoh aplikasi PWM, yaitu pemodulasi data untuk telekomunikasi,

pengontrolan daya atau tegangan yang masuk ke beban, regulator tegangan, audio effect dan

penguat, serta aplikasi-aplikasi lainnya. Aplikasi PWM berbasis mikrokontroler biasanya

untuk pengendalian kecepatan motor DC, pengendalian motor servo dan pengaturan nyala

terang suatu LED.

Gambar 2. 12. Sinyal PWM

Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitude dan frekuensi dasar yang tetap, namun

memiliki lebar pulsa yang bervariasi. Lebar pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitude

sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang

yang tetap namun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%).

Gambar 2. 13. Sinyal PWM dan Persamaan Vout PWM


18

PWM merupakan salah satu teknik untuk mendapatkan sinyal analog dari sebuah piranti

digital. Sebenarnya sinyal PWM dapat dibangkitkan dengan banyak cara, dapat

menggunakan metode analog dengan menggunakan rangkaian op-amp atau dengan

menggunakan metode digital. Dengan metode analog setiap perubahan PWM yang terjadi

sangat halus, sedangkan menggunakan metode digital, setiap perubahan PWM dipengaruhi

oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam

PWM tersebut. Contoh, suatu PWM memiliki resolusi 8-bit yang berarti PWM ini memiliki

variasi 27 perubahan nilai sebanyak = 256 variasi, mulai 0-255 perubahan nilai yang

mewakili duty cycle 0-100% dari keluaran PWM tersebut.[12]

Gambar 2. 14.Duty Cycle dan Resolusi PWM

2.6 Serial Peripheral Interface ( SPI )

Dalam menggunakan SD Card Shield, ada satu library yang dideklarasikan selain

library ‘SD.h’ yang memang didedikasikan untuk menangani SD Card. Library selain SD.h

itu adalah library ‘SPI.h’. Library SPI.h adalah library yang khusus bertugas menangani

komunikasi serial sinkron SPI (Serial Peripheral Interface) di arduino. Serial sinkron adalah

protocol komunikasi data secara serial namun membutuhkan jalur clock untuk sinkronisasi

antara transmitter dan receiver. Sedangkan secara khusus istilah ‘serial sinkron SPI’

ditujukan untuk tipe protokol komunikasi serial sinkron yang memiliki 3 jalur kabel yakni

MISO (Master In Slave Out). MOSI (Master Out Slave In) dan SCLK (Serial Clock). MOSI

merupakan jalur pengiriman data dari master ke slave, sedangkan MISO merupakan

kebalikannya. Biasanya ada satu tambahan pin yang digunakan untuk


19

mengaktifkan/mematikan perangkat slave SPI yang dinamakan CS (Chip Select) atau SS

(Slave Select). Pin CS/SS bersifat spesifik untuk tiap perangkat slave yang menggunakan

komunikasi SPI sehingga bisa berbeda-beda untuk masing-masing perangkat. Ilustrasi cara

kerja protokol SPI ini ditujukan pada gambar 2.15.

Gambar 2. 15.Ilustrasi kerja protokol SPI

Dalam implementasinya, SPI banyak digunakan sebagai alternative untuk berkomunikasi

dengan perangkat lain misalnya EEPROM (SPI EEPROM), sensor (barometer, tekanan, dll)

komponen elektronika (SPI digital potensiometer) atau kontroler lain ( Arduino, AVR,

MCS51, ARM, dll). Komunikasi serial data antara master dan slave pada SPI diatur melalui

4 buah pin yang terdiri dari SCLK, MOSI, MISO, dan SS. Keempat pin tersebut dijelaskan

sebagai berikut :

1. Serial Clock (SCLK) merupakan data biner yang keluar dari master ke slave yang

berfungsi sebagai clock dengan frekuensi tertentu. Clock merupakan salah satu

komponen prosedur komunikasi data SPI. Dalam beberapa perangkat, istilah yang

digunakan untuk pin ini adalah SCK.

2. Master Output Slave Input (MOSI) merupakan pin yang berfungsi sebagai jalur data

pada saat data keluar dari master dan masuk kedalam slave. Istilah lain untuk pin ini

antara lain Slave Input Master Output (SIMO), Serial Data In (SDI), Data In (DI),

dan Serial In (SI)

3. Master Input Slave Output (MISO) merupakan pin yang berfungsi sebagai jalur data

Slave Output Master Input (SOMI), Serial Data Out (SDO), Data Out (DO), dan

Serial Out (SO).

4. Slave Select (SS) merupakan pin yang berfungsi untuk mengaktifkan slave sehingga

pengiriman data hanya dapat dilakukan jika slave dalam keadaan aktif (active low).


20

Istilah lain untuk SS antara lain Chip Select (CS), nCS, nSS dan Slave Transmit

Enable (STE).

Pin SCLK, MOSI, dan SS merupakan pin dengan arah pengiriman data dari master ke slave.

Sebaliknya, MISO mempunyai arah komunikasi data dari slave ke master. Pengaturan

hubungan dari pin MISO dan MOSI harus sesuai dengan ketentuan. Ketentuan tersebut

adalah pin MISO pada master harus dihubungkan dengan pin MOSI pada slave, begitu

sebaliknya. Hal ini dilakukan untuk menghindari terjadinya kesalahan prosedur pada

pengiriman data. Istilah pin-pin SPI untuk berbagai perangkat mungkin saja mempunyai

istilah yang berbeda dengan istilah diatas tergantung pada produsen.

Gambar 2. 16. Komunikasi master-slave pada SPI

Komunikasi data SPI dimulai pada saat master mengirimkan clock melalui SCK dengan

frekuensi lebih kecil atau sama dengan frekuensi maksimum pada slave. Kemudian master

memberi logika low atau 0 pada SS untuk mengaktifkan slave sehingga pengiriman data

(berupa siklus clock) siap untuk dilakukan. Pada saat siklus clock terjadi transmisi data full

duplex terjadi dua keadaan sebagai berikut

1. Master mengirim sebuah bit pada jalur MOSI dan slave membacanya pada jalur yang

sama.

2. Slave mengirim sebuah bit pada jalur MISO dan master membacanya pada jalur yang

sama.

Transmisi dapat menghasilkan beberapa siklus clock. Jika tidak ada data yang dikirim lagi

maka master menghentikan clock tersebut dan menonaktifkan slave.


21

Gambar 2. 17. Diagram pewaktuan pemindahan data dengan Clock Phase (CPHA) =0

Gambar 2. 18. Diagram pewaktuan pemindahan data dengan Clock Phase (CPHA) =1

Diagram pewaktuan (timing diagram) SPI dimulai pada saat SS diaktifkan (low). Pada

gambar 2.17 dan 2.18 menujukkan bahwa satu siklus clock terdiri dari 8 bit data. Saat SS

aktif, MISO/MOSI mulai mengirimkan data mulai dari Most Significant Bit (MSB) data

tersebut. Pada saat clock berubah maka proses pengiriman data dilanjutkan pada bit yang

lebih rendah. Proses tersebut berlangsung sampai pengiriman data selesai dengan

mengirimkan bit Least Significant Bit (LSB) dan siklus clock berakhir serta SS kembali

dinonaktifkan (high). Saat siklus clock berakhir, biasanya slave mengirimkan interrupt ke

master yang mengindikasikan bahwa pengiriman data telah selesai dan siap untuk

melakukan pengiriman data selanjutnya. Dalam diagram pewaktuan, clock mempunyai

beberapa mode pengaturan polaritas (Clock Polarity/CPOL) dan fase (Clock/CPHA).[13]


22

BAB III

PERANCANGAN PENELITIAN

Bab ini menjelaskan tentang perancangan “Sistem Penggerak Jari-Jari Tangan Robot dengan

Kontrol Sarung Tangan Nirkabel” yang terdiri dari blok diagram dan perancangan perangkat

keras maupun perancangan perangkat lunak dari alat tersebut.

3.1 Diagram Blok

Gambar 3. 1. Blok Diagram

Bagian input yang dikendalikan oleh mikrokontroler arduino (Tx) adalah sensor flex

yang terdapat disarung tangan. Inputan data yang diambil dari sensor flex yang terdapat pada

sarung tangan diteruskan oleh mikrokontroler arduino (Tx) ke modul wireless nRF24L01

untuk dikirimkan ke modul wireless nRF24L01 yang berada pada prototipe tangan robot

untuk kemudian diterima oleh mikrokontroler arduino (Rx) dan diaplikasikan pada

keluarannya yaitu menggerakkan motor servo.

Bagian output yang dikendalikan oleh mikrokontroler arduino (Rx) adalah motor

servo yang berfungsi untuk menggerakkan jari-jari tangan robot. Diagram blok pada gambar

3.1 masih terbagi menjadi dua tahapan perancangan, yaitu perancangan perangkat keras dan

perancangan perangkat lunak. Perancangan perangkat keras berisi tentang perkiraan bentuk

serta ukuran dari alat yang akan dirancang, pemilihan komponen-komponen yang akan

digunakan disesuaikan dengan kebutuhan alat, dan pengkabelan. Perancangan perangkat


23

lunak berisi tentang pengaturan program dari alat yang akan dibuat. Program dari alat yang

akan dibuat pertama-tama adalah dalam bentuk diagram alir (flowchart) yang bertujuan

untuk mempermudah pembuatan program karena diagram alir berisi tentang urutan-urutan

proses dari alat yang akan dirancang.

3.2 Perancangan Perangkat Keras

Dalam perancangan perangkat keras ini terdiri dari beberapa tahapan karena

perangkat keras terdiri dari dua bagian. Bagian yang pertama adalah pembuatan

perancangan prototipe tangan robot. Dan bagian kedua adalah perancangan pembuatan

model dan bagian sarung tangan.

3.2.1.Perancangan Prototipe Tangan Robot

Pada prototipe tangan robot terdapat motor servo yang berjumalah lima berfungsi

untuk menggerakkan jari. Selain itu terdapat arduino sebagai pusat pengolahan data

diprototipe tangan robot dan terdapat battery holder serta baterai. Dan terdapat modul

wireless nRF24L01.

Gambar 3. 2. Ilustrasi Perancangan Prototipe Tangan Robot

1

2 3 4


24

Tabel 3. 1. Keterangan nama-nama Komponen

Gambar 3. 3 Ilustrasi Perancangan Prototipe Tangan Robot (Tampak Samping)

3.2.2. Perancangan Sarung Tangan

Pada bagian ini sarung tangan terdapat beberapa koponen meliputi sensor flex, modul

komunikasi nRF24L01 dan arduino nano. Ukuran sarung tangan dari ujung jari tengah

sampai pergelangan tangan adalah 19 cm sedangkan lebar sarung tangan adalah 10 cm.

Rencana alat pada bagian sarung tangan dapat dilihat pada gambar 3.4.

No. nama keterangan

1 Motor servo Penggerak jari

2 Battery holder Sumber tegangan motor servo dan arduino

3 Arduino nano Pusat pengolahan data

4 Modul nRF24L01 Modul wireless


25

Gambar 3. 4. Ilustrasi Perancangan Sarung Tangan

3.2.3. Gerakan Tangan

Gerakan tangan yang dapat dilakukan oleh robot jari tangan adalah gerakan

membuka jari-jari tangan dan menggenggam objek, disini objek yang digunakan adalah

gelas. Gerakan ini akan diatur oleh sebuah servo yang telah diatur letak pemasangannya.

Gambar 3. 5. Posisi Jari-Jari Tangan Membuka


26

Gambar 3. 6. gerakan Jari- Jari Tangan Menggenggam Objek

3.2.4. Perancangan Sensor Flex

Rangkaian sensor flex memiliki dua kaki. Salah satu kaki pin diberikan tegangan +5

Volt, sedangkan kaki pin lainnya terhubung pada output data yang dapat dihubungkan ke

salah satu pin A0, A1, A2, A3, A4 maupun A5, resistor 10KΩ, serta tegangan 0 Volt. Sensor

flex memberikan resistansi kepada mikrkontroler melalui rangkaian pembagi tegangan.

Tegangan keluaran arduino yang digunakan sebesar 5 V akan melewati rangkaian

pembagi tegangan sehingga tegangan keluaran arduino akan dibagi menjadi tegangan output

yang sebanding dengan resistansi yang dihasilkan sensor flex. Fungsinya adalah untuk

membagi tegangan keluaran arduino dengan tegangan output sensor flex ke data (pin analog

input arduino). Tegangan output sensor flex ke data (pin analog input arduino) dapat

bervariasi dengan menggunakan prinsip pembagi tegangan yaitu besarnya resistansi sensor

flex yang terukur dibagi dengan resistor pembagi tegangan yang dijumlahkan dengan

resistansi sensor flex yang terukur, lalu dikalikan tegangan keluaran arduino sebesar 5 Volt.

Pembagi tegangan adalah resistor 10 KΩ karena menyesuaikan dengan hambatan

datar sensor flex yang tertera di datasheet yang terdapat pada bagian lampiran. Sensor flex

memiliki dua kaki pin yaitu resistor pembagi tegangan yang terhubung dengan data masukan

pin analog arduino dan diberikan tegangan vcc, sedangkan kaki pin yang lain sebagai

tegangan output yang terhubung dengan ground. Rangkaian sensor flex dihubungkan dengan


27

kabel yang akan di hubungkan pada pin analog arduino uno, ground dan vcc. Mikrokontroler

mengkonversi data menggunakan ADC, dimana data masukannya didapat dari tegangan

yang sudah terkena resistansi.

Gambar 3. 7. Rangkaian Skematik Sensor Flex Dengan Arduino Nano

Pada Gambar 3.7. adalah konfigurasi rangkaian untuk sensor flex pada

mikrokontroler Tx (Arduino Nano). Keluaran sensor flex akan masuk melalui pin A0 pada

mikrokontoler. Pengujian sensor flex dilakukan dengan cara menekuk sensor agar

menghasilkan nilai output. Nilai output yang dihasilkan dari proses menekuk sensor flex

tersebut adalah nilai analog yang kemudian akan diubah menjadi nilai ADC.

Saat dilakukan percobaan, didapatkan nilai ADC dari sensor flex yang

diperlihatkan pada Tabel 3.2.


28

Tabel 3. 2. Tabel Pengukuran Nilai ADC Terhadap Posisi Sensor Flex Pada Jari

sudut Nilai adc Tegangan

Sensor

Rflex

0° 610 2.978 V 14.691,35 Ω

10° 625 3.051 V 15.641,02 Ω

30° 634 3.095 V 16.246,71 Ω

50° 643 3.139 V 16.809,65 Ω

70° 652 3.183 V 17.472,52 Ω

90° 660 3.222 V 18.089,88 Ω

110° 669 3.266 V 18.818,44 Ω

130° 678 3.310 V 19.585,79 Ω

150° 687 3.354 V 20.303,03 Ω

170° 696 3.398 V 21.152,64 Ω

180° 720 3.515 V 23.670,03 Ω

Gambar 3. 8. Grafik nilai ADC terhadap sudut

Nilai-nilai ADC yang didapatkan dari hasil percobaan diatas akan digunakan sebagai

nilai pembanding dengan nilai PWM pada putaran motor agar diperoeh kesesuaian gerakan

sensor flex dan kecepatan putaran motor. Apabila sensor flex dalam keadaan datar dan tidak

ditekuk maka memiliki nilai ADC ±610 yang berarti motor dalam kedaan diam atau tidak

berputar. Apabila sensor flex dalam keadaan agak ditekuk dan memiliki nilai ADC ±660

maka motor akan berputar dengan kecepatan yang tidak terlalu kencang. Dan apabila sensor

flex dalam keadaan ditekuk dan memiliki nilai ADC ±720 maka motor akan berputar dengan

kecepatan maksimal.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

610 625 634 643 652 660 669 678 687 696 720

sud

ut

Nilai ADC

Nilai ADC terhadap sudut

Nilai ADC terhadap sudut


29

3.2.5. Perancangan Rangkaian Servo

Motor servo pada perancangan ini digunakan sebagai keluaran dari sensor flex.

Perputaran servo 1, servo 2, servo 3, servo 4 dan servo 5 akan diatur sesuai dengan gerakan

dari sensor flex. Setiap motor servo dihubungkan ke arduino Nano yang konfigurasi pinnya

sesuai dengan Tabel 3.3 dibawah.

Gambar 3. 9. Rangkaian Skematik Motor Servo Dengan Arduino Nano

Tabel 3. 3. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Nano dengan Motor Servo

No. Pin Arduino Uno Pin Servo Motor

1. 5 Volt 5 Volt

2. GND GND

3. D3 Servo 1

4. D5 Servo 2

5. D6 Servo 3

6. D9 Servo 4

7. D10 Servo 5


30

3.2.6. Perancangan Rangkaian Modul nRF24L01

Modul nRF24L01 berfungsi sebagai modul komunikasi yang berfungsi untuk

mengirim dan menerima data dari mikrokontroler Tx ke mikrokontroler Rx. Modul

nRF24L01 ini terpasang di masing-masing arduino. konfigurasi pemasangan pin modul

nRF24L01 pada arduino nano dapat dilihat pada Tabel 3.8. Program pengiriman data dari

arduino tx dan arduino rx dapat dilihat di gambar 3.11.

Gambar 3. 10. Rangkaian Skematik Modul nRF24L01 Dengan Arduino Nano (Rx)

Tabel 3. 4. Tabel Konfigurasi Hubungan Pin Arduino Nano (Rx) dengan Modul nRF24L01

No. Pin Arduino Nano Pin Modul nRF24L01

1. 3,3 Volt VCC

2. GND GND

3. D7 CE

4. D8 CS

5. D13 SCK

6. D11 MOSI

7. D12 MISO

Program untuk pengiriman data dari modul nRF24L01 arduino tx ke modul

nRF24L01 arduino rx pada tahap ini nilai yang dikirim sensor flex berupa tegangan analog


31

kemudian diubah kedalam bentuk data digital. Kemudian data tersebut disampaikan ke

modul nRF24L01 untuk dikirim receiver. Pengelamatan dilakukan untuk mengenali modul

pengirim dan penerima, untuk modul pengirim diberi pengenal ‘N’,’O’,’D’,’E’,’A’ dan

untuk modul penerima diberi pengenal ‘N’,’O’,’D’,’E’,’G’. Kemudian data-data sensor

flex dibagi menjadi lima dengan nama flex0, flex1, flex2, flex3, flex4, untuk membedakan

alamat pengiriman data. Setelah data diambil maka data akan dikirim sebagai paket data ke

modul receiver.

3.3 Perancangan Perangkat Lunak

Tahap ini adalah tahap pemograman perangkat, dimana hal-hal yang dijelasakan

bagaimana flowchart atau diagram alir dari keseluruhan pengendali yang akan dibuat.

Gambar 3. 11. Flowchart Program Pada Sensor Sarung Tangan


32

Gambar 3. 12. Flowchart Program Pada Penggerak Robot Jari Tangan

Pertama instrument akan menerima masukan dari nilai yang dikirim dari sensor flex

berupa tegangan analog kemudia diubah kedalam bentuk data digital. Data-data dari sensor

kemudian akan dikirimkan oleh mikrokontroler transmitter ke mikrokontroler receiver. Data

sensor flex yang dikirim berupa nilai ADC. Mikrokontroler receiver kemudian akan

menerima data dari mikrokontroler transmitter yang kemudian akan diproses oleh

mikrokontroler receiver. Kemudian terjadi proses perubahan data digital dan data di olah

sehingga menghasilkan keluaran data PWM yang kemudian di kirim ke motor servo dan di

eksekusi kedalam bentuk pergerakan robot jari tangan.


33

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini akan menjelaskan tentang implementasi perancangan penelitian dan

hasil uji coba alat beserta pembahasannya untuk mengetahui kesesuaian Gerakan antara

perancangan dengan penelitian. Hasil dan pembahasan meliputi data hasil uji alat dapat

menggenggam objek benda dengan diameter tertentu, hasil pengujian sensor flex terhadap

sudut motor servo, hasil uji prototipe tangan yang dapat mengikuti gerak tangan, dan data

hasil pengujian jarak komunikasi antara mikrokontroler.

4.1 Sistem Perangkat Keras

4.1.1. Implementasi Alat

Implementasi alat menunjukkan bentuk fisik dari prototipe jari tangan robot tampak

depan dan belakang. Prototipe jari tangan robot ini memiliki 3 ruas disetiap jari-jari tangan

robot ini. Panjang setiap ruas jari tangan robot adalah 3 cm. panjang keseluruhan tangan 39

cm dan tinggi penyangga 12 cm. Rangkaian yang berfungsi sebagai penerima berada di

belakang prototipe tangan yang terdiri dari arduino nano dan modul nRF24L01 serta adaptor

5 V dengan arus 5 A. Bagian depan tangan terdapat 5 buah motor servo yang berfungsi

menggerakkan jari-jari tangan robot dengan benang. Gambar 4.3 menunjukan bentuk fisik

dari bagian sarung tangan sebagai bagian pengirim intruksi pergerakan jari robot. Sarung

tangan terdiri atas 5 buah sensor flex yang berada pada jari-jari di sarung tangan tersebut

modul nRF24L01, arduino nano dan baterai. Sensor flex berfungsi mengatur sudut-sudut

pada motor servo yang berada di prototipe jari tangan robot. Terdapat beberapa perubahan

pada letak robot jari tangan maupun sarung tangan. Pada Bab III dapat dilihat penempatan

komponen seperti arduino nano, motor servo, dan holder baterai terdapat pada bagian depan

robot jari tangan, saat implementasi alat ternyata penempatan kelima motor servo dibagian

depan membuat bagian depan penuh sehingga penempatan rangkaian penerima dipindahkan

pada bagian depan. Bagian sarung tangan ditambahkan rangkaian untuk menempatkan

arduino nano, modul nRF24l01 dan saklar on/off. Gambar bentuk fisik prototipe robot jari

tangan dapat dilihat pada Gambar 4.1 dan gambar 4.2


34

Gambar 4. 1. Bentuk Fisik Bagian Prototipe Jari Tangan Robot Tampak Belakang

Gambar 4. 2. Bentuk Fisik Bagian Prototipe Jari Tangan Robot Tampak Depan

Gambar 4. 3. Bentuk Fisik Bagian Sarung Tangan


35

4.1.2. Perubahan Rancangan Penggunaan Power Supply

Pada Bab III telah dirancang sumber tegangan yang digunakan pada arduino nano

dan motor servo adalah dua buah baterai sebesar 3.7 V yang disusun seri. Rancangan tersebut

diubah menjadi menggunakan power supply 5V, 6A untuk menghindari kehabisan daya saat

mengambil data dan saat uji coba alat. Posisi power supply ini ditempatkan pada bagian

belakang robot jari tangan karena pada bagian depan robot jari tangan susah penuh

ditempatkan oleh kelima motor servo. Arus sebesar 6 A pilih agar mampu menggerakan

kelima motor servo dengan baik, karena satu motor servo memerlukan arus sebesar 500mA

sampai 900mA saat bergerak sedangkan tegangan 5 V dipilih karena tegangan yang

diperlukan saat motor servo beroperasi adalah 4.8 V.

Gambar 4. 4. Power Supply 5V, 6A

4.1.3. Perubahan Rancangan Letak Rangkaian Pada Prototipe Tangan

Sebelumnya letak posisi dari motor servo, arduino nano dan modul nRF24L01 telah

dirancang pada bab III namun setelah diaplikasikan posisi penempatan dari kelima motor

servo sudah membuat penuh pada bagian depan dari prototipe tangan sehingga dibuat

rangkaian untuk meletakan arduino nano, modul nRF24L01, serta ditambahkan juga sakelar

on/off untuk menyalakan dan mematikan rangkaia. Rangkaian diletakkan pada bagian

belakang dari prototipe karena bagian depan tidak cukup untuk diletakkan rangkaian.

Power Supply


36

Gambar 4. 5. Rancangan Letak Rangakaian

4.1.4. Rangkaian Sarung Tangan

Pada rangkaian sarung tangan yang mengalami perubahan adalah dibuatnya

rangkaian untuk meletakkan arduino nano, modul nRF24L01, holder baterai dan

ditambahkan pula sakelar on/off untuk menyalakan dan mematikan rangkaian. Perubahan

dilakukan untuk mempermudah penempatan dari komponen-komponen. Modul nRF24L01

dipasang menggunakan jumper karena jika dipasang langsung pada rangkaian modul

nRF24L01 bertabrakan dengan arduino nano. Ukuran dari rangkaian pada sarung tangan

adalah 7,5 cm x7,5 cm (panjang x lebar).

Gambar 4. 6. Rangakaian Sarung Tangan

Motor Servo

Rangkaian mikrokontoler

penerima

nRF24L01

Baterai

Sakelar

on/off

Arduino

nano

Sensor

Flex


37

4.1.5. Rangkaian Penggerak Robot Jari Tangan

Rangakaian penggerak robot jari tangan terdiri dari arduino nano, modul nRF24L01, sakelar

on/off, lima buah servo, dan power supply 5V 6A. Power supply 5 volt mendapatkan

tegangan input dari 220 volt yang diubah oleh power supply menjadi tegangan output 5 volt.

Tegangan output ini kemudian digunakan sebagai sumber daya oleh arduino nano dan lima

buah motor servo.

Gambar 4. 7. Rangkaian Penggerak Robot Jari Tangan

4.2 Sistem Penggerak Motor Servo

Gerakan motor servo diatur oleh kelengkungan pada sensor flex. Posisi sudut motor

servo adalah dari 0° sampai 180°. Pada saat posisi sensor flex lurus motor servo akan bernilai

0° dan jika sensor flex semakin melengkung maka posisi sudut dari motor servo akan

semakin menuju ke 180°. Semakin besar sudut dari motor servo maka semakin besar juga

nilai ADC sensor flex begitu juga sebaliknya semakin kecil sudut motor servo maka semakin

kecil pula nilai ADC sensor flex.

4.2.1. Pengujian Nilai ADC Sensor Flex Terhadap Nilai PWM Motor

Servo

Pengujian nilai ADC sensor flex terhadap nilai PWM motor servo dilakukan dengan

melihat nilai ADC yang dikeluarkan sensor flex dengan sudut motor servo (PMW) pada serial

Arduino

Nano

Power

Supply nRF24L01

Sakelar

on/off

Kabel keluaran

ke motor servo


38

monitor. Pengujian dilakukan dari sudut motor servo bernilai 0° atau posisi awal dari jari

paad robot jari tangan sampai bernilai 180° atau posisi jari saat menekuk penuh. Nilai sudut

ini dapat dilihat pada serial monitor arduino. Setelah menentukan sudut-sudut yang akan

diambil datanya selanjutnya adalah melihat nilai ADC sensor flex yang muncul pada serial

monitor, contohnya pada saat mengambil nilai sudut motor servo bernilai 90° yang pertama

dilihat adalah sudut dari motor servo yang muncul pada serial monitor apakah sudah 90°

atau belum, untuk mendapatkan sudut yang diinginkan dilakukan dengan menekuk sensor

flex dengan perlahan hingga nilai pada serial monitor didapatkan nilai yang diinginkan,

setelah didapatkan sudut 90° selanjutnya adalah melihat nilai ADC yang keluar dari sensor

flex. Pengambilan data dilakukan pada kelima buah jari yaitu ibu jari, jari telunjuk, jari

tengah, jari manis dan jari kelingking. Masing-masing data sudut motor servo yang yang

diambil adalah dari 0° sampai 180° dengan jarak antar setiap sudut adalah 10°.

Tabel 4. 1. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Ibu Jari

PWM (sudut motor servo) ADC (sensor flex)

0° 620

10° 625

20° 629

30° 634

40° 638

50° 643

60° 647

70° 652

80° 656

90° 660

100° 665

110° 669

120° 674

130° 678

140° 683


39

Tabel 4.1.(Lanjutan) Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo

Ibu Jari

150° 687

160° 692

170° 696

180° 700

Tabel 4. 2. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Jari

Telunjuk


0° 590

10° 598

20° 606

30° 614

40° 621

50° 629

60° 637

70° 645

80° 653

90° 660

100° 668

110° 676

120° 684

130° 692

140° 699

150° 707

160° 715

170° 723

180° 730


40

Tabel 4. 3. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Jari Tengah


0° 675

10° 684

20° 693

30° 701

40° 710

50° 719

60° 727

70° 736

80° 744

90° 753

100° 762

110° 770

120° 779

130° 787

140° 796

150° 805

160° 813

170° 822

180° 830

Tabel 4. 4. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Jari manis


0° 590

10° 598

20° 606

30° 614

40° 622

50° 629


41

Tabel 4.4. (Lanjutan) Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo

Jari manis

60° 637

70° 645

80° 653

90° 660

100° 668

110° 676

120° 684

130° 692

140° 699

150° 707

160° 715

170° 723

180° 730

Tabel 4. 5. Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo Jari

kelingking


0° 610

10° 618

20° 625

30° 632

40° 639

50° 646

60° 653

70° 660

80° 667

90° 674

100° 682

110° 689


42

Tabel 4.5. (Lanjutan) Data Hasil Pengujian Nilai ADC Terhadap Nilai PWM Motor Servo

Jari kelingking

120° 690

130° 703

140° 710

150° 717

160° 724

170° 731

180° 738

Pada Tabel di atas dapat dilihat nilai-nilai awal dan akhir sensor flex yang berada

disarung tangan, nilai ADC sensor flex ibu jari mulai dari 620-700 untuk sudut motor servo

dari 0-180. Nilai ADC sensor flex jari telujuk mulai dari 590-730 untuk sudut motor servo

dari 0-180. Nilai ADC sensor flex jari tengah mulai dari 575-830 untuk sudut motor servo

dari 0-180. Nilai ADC sensor flex jari manis mulai dari 590-730 untuk sudut motor servo

dari 0-180. Nilai ADC sensor flex jari kelingking mulai dari 610-738 untuk sudut motor servo

dari 0-180.

Dari hasil data yang diperoleh tersebut menunjukkan bahwa nilai ADC sensor flex

setiap jari memiliki nilai ADC yang berbeda-beda. Hal ini karena posisi lurus dan menekuk

pada setiap jari berbeda beda. Dan kesesuian gerakan antara gerakan sensor flex dengan

sudut motor servo sudah cukup sesuai.

4.2.2. Pengujian Nilai Sudut Sensor Flex Terhadap Nilai Sudut Robot

Jari Tangan

Pengujian nilai sudut sensor flex terhadap nilai sudut robot jari tangan dilakukan

dengan melihat kesesuian sudut sensor flex dengan sudut robot jari tangan. Pengujian

dilakukan dengan mengukur sudut pada sensor flex dan robot jari tangan dari posisi lurus

(awal) sampai posisi melengkung penuh menggunakan busur derajat. Pengambilan data

sudut pada sarung tangan dilakukan dengan menempatkan busur derajat pada jari-jari yang

akan diukur sudutnya, posisi busur derajat ditempatkan pada bagian tengah tangan sampai

ujung jari, setelah itu data sudut diambil dari posisi lurus sampai melengkung penuh. Nilai

sudut diambil dari nilai pada ujung jari terhadap busur derajat. Pengambilan data pada sudut


43

robot jari tangan dilakukan dengan menempatkan busur derajat pada jari-jari tangan robot

yang akan diambil data sudutnya, penempatan busur derajat ditempatkan pada posisi tengah

bagian robot jari tangan hingga ujung jari yang akan diukur sudutnya. Nilai sudut yang

diambil adalah nilai pada ujung jari terhadap busur derajat.

Tabel 4. 6. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Ibu Jari

Sudut Sensor flex Sudut Robot Jari Tangan

0° 33°

20° 60°

40° 82°

60° 95°

82° 120°

Tabel 4. 7. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Jari Telunjuk


0° 32°

20° 43°

40° 65°

60° 81°

80° 95°

100° 122°

Tabel 4. 8. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Jari Tengah


0° 32°

20° 53°

40° 81°

60° 101°

80° 110°

105° 121°


44

Tabel 4. 9. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Jari Manis


0° 32°

20° 43°

40° 62°

60° 85°

80° 95°

103° 122°

Tabel 4. 10. Data Hasil Percobaan Nilai Sudut Jari Kelingking


0° 32°

20° 41°

40° 65°

60° 82°

80° 100°

102° 122°

Data hasil percobaan di atas menunjukan nilai sudut sensor flex terhadap robot jari

tangan dari posisi awal (lurus) hingga menekuk penuh. Nilai awal sudut dari sensor flex

mulai dari 0° sedangkan nilai sudut saat menekuk penuh berbeda beda, nilai sudut saat

menekuk penuh pada ibu jari adalah 82°, jari telunjuk 100°, jari tengah 105, jari manis 103,

dan jari kelingking 102. Hal ini disebabkan karena posisi menekuk pada tangan berbeda-

beda, seperti ibu jari tidak dapat melengkung sama seperti jari telunjuk karena ibu jari

manusia hanya memiliki dua ruas jari sedangkan jari telunjuk memiliki 3 ruas jari. Nilai awal

sudut pada robot jari tangan juga berbeda-beda. Nilai awal sudut ibu jari adalah 33°,

sedangkan jari telunjuk , jari tengah, jari manis , dan jari kelingking adalah 32°. Nilai sudut

saat melengkung penuh juga berbeda-beda, nilai sudut ibu jari adalah 120° sedangakan jari

telunjuk, jari tengah, jari manis dan jari kelingking adalah 122°.

Dari hasil percobaan di atas dapat diketahui bahwa nilai sudut sensor flex dengan

robot jari tangan tidak dapat sama karena pada saat posisi awal disensor flex lurus sudut


45

bernilai 0° tetapi nilai awal pada robot jari tangan sedikit melengkung bernilai dari 32°-33°.

Posisi jari sedikit melengkung pada robot jari tangan berfungsi agar robot jari tangan dapat

menggenggam objek berdiameter kecil dengan baik.

4.2.3. Pengujian Terhadap Nilai Sudut Saat Menggenggam Objek

Pengujian menggenggam objek dilakukan dengan memberikan tiga buah objek

dengan ukuran diameter berbeda masing-masing 4,5 cm, 5,5cm dan 6,5 cm. Sudut setiap

motor servo pada prototipe bernilai 0° saat posisi tangan belum menggenggam. Objek

berukuran diameter 4,5 cm merupakan objek dengan diameter minimal yang dapat

digenggam oleh prototipe robot jari tangan, sedangkan objek dengan diameter 5,5 cm

merupakan objek dengan diameter sedang yang dapat digenggam dan objek terakir

berdiameter 6,5 cm merupakan objek dengan diameter maksimal yang dapat digenggam.

Tabel 4. 11. Sudut Motor Servo Saat Tidak Menggenggam

Jari Tangan Sudut Motor Servo ADC (sensor flex)

Ibu Jari 0° 620

Jari Telunjuk 0° 590

Jari Tengah 0° 675

Jari Manis 0° 590

Jari Kelingking 0° 610

Gambar 4. 8. Posisi Tangan Belum Menggenggam


46

Tabel 4. 12. Sudut Motor Servo Saat Menggenggam Objek diameter 4,5 cm


Ibu Jari 150° 687


Jari Tengah 171° 822

Jari Manis 158° 714


Gambar 4. 9. Posisi Tangan Saat Menggenggam Objek 4,5 cm



Ibu Jari 110° 669






47




Ibu Jari 128° 675






Dari hasil pengujian nilai sudut saat menggenggam objek dapat diketahui nilai awal

setiap sudut motor servo saat tidak menggenggam adalah bernilai 0° sedangkan nilai


48

maksimal setiap sudut motor servo untuk menggenggam adalah 180°. Dari percobaan

pertama saat menggenggam objek berdiameter 4,5 cm dapat diketahui sudut motor servo ibu

jari bernilai 150°, jari telunjuk 180°, jari tengah 171°, jari manis 158°, dan jari kelingking

180°. Untuk percobaan menggenggam objek berdiameter 5,5 cm dapat diketahui sudut

motor servo ibu jari 110°, jari telunjuk136°, jari tengah 138°, jari manis 117°, jari kelingking

149°. dan untuk percobaan menggenggam objek berdiameter 6,5 cm nilai dari sudut motor

servo ibu jari 128°, jari telunjuk 124°, jari tengah 127°, jari manis 104, dan jari kelingking

99°. Dapat dilihat semakin besar diameter objek yang digenggam maka sudut motor servo

semakin kecil. Dan pada saat menggenggam objek sudut setiap motor servo tidak selalu

sama seperti saat menggenggam objek berdiameter 4,5 cm, sudut motor servo jari telunjuk

dengan jari tengah berbeda. Hal ini berfungsi agar objek yang digenggam dapat berdiri tegak.

Dari data hasil yang diperoleh pada tiga buah objek yang digenggam diatas dapat

dilihat prototipe robot jari tangan sudah dapat menggenggam ketiga objek dengan cukup

baik. Kekurangan dari robot jari tangan ini adalah tidak sepenuhnya dapat meniru gerakan

tangan karena dapat dilihat posisi tangan saat sudut motor servo bernilai 0° tidak dapat lurus

ini berfungsi untuk memaksimalkan gerakan menggenggam.

4.3 Sistem Komunikasi nRF24l01

Komunikasi antara mikrokontroler pengirim (Tx) dan mikrokontroler penerima (Rx)

diatur oleh dua buah modul nRF24L01. Masing-masing nRF24L01 berfungsi sebagai

pengirim dan penerima. Nrf24L01 pada bagian mikrokontroler pengirim berfungsi sebagai

master yang bertugas untuk mengirim data, dan nRF24L01 pada bagian mikrokontroler

penerima berfungsi sebagai slave yang bertugas untuk menerima data.

4.3.1. Pengujian Jarak Komunikasi Antar Mikrokontroler

Pengujian jarak komunikasi antar mikrokontroler dilakukan dengan melihat apakah

data-data dari mikrokontroller pengirim (Tx) masih dapat diterima oleh mikrokontroller

penerima (Rx). Pengujian dilakukan dengan menambah jarak antara mikrokontroller

pengirim (Tx) dengan mikrokontroller penerima (Rx) dari jarak 0 meter hingga jarak

mikrokontroller sudah tidak berkomunikasi lagi (terputus) atau data-data dari

mikrokontroller pengirim (Tx) sudah tidak dapat diterima lagi oleh mikrokontroller

penerima (Rx).


49

Tabel 4. 15. Data Hasil Pengujian Kedua Jarak Komunikasi Antar Mikrokontroler

Jarak (Meter) Keterangan

1 Sarung tangan masih dapat menggerakan robot

jari tangan dengan baik











42 Sarung tangan tidak dapat menggerakan robot

jari tangan

Pada Tabel 4.10. diperoleh data komunikasi antar 49rduino pada bagian pengirim

dan penerima. Pada jarak 1 meter hingga jarak 41 meter, bagian pengirim dan penerima

masih dapat berkomunikasi dengan baik, sarung tangan masih dapat menggerakan prototipe

robot jari tangan dengan baik. Namun ketika jarak 42 meter keatas, sudah bukan merupakan

jarak yang baik untuk komunikasi antara kedua mikrokontroler karena komunikasi antar

49rduino pada bagian pengirim dan penerima sudah tidak dapat bekerja, sarung tangan mulai

tidak dapat menggerakan prototipe robot jari tangan.

Dari data hasil pengujian kedua yang diperoleh tersebut, menunjukan bahwa data-

data oleh mikrokontroller pengirim (Tx) masih dapat dikirim dan diterima dengan baik oleh

mikrokontroller penerima (Rx) dalam jarak 0 meter hingga 41 meter. Dan pada jarak 42

meter keatas sudah bukan merupakan jarak yang baik untuk komunikasi antara kedua

mikrokontroller.


50

4.4 Sistem Perangkat Lunak

4.4.1. Program Pembaca Sensor Flex

Program pembacaan sensor flex dijalankan dari pertama mikrokontroler pengirim

(Tx) dijalankan. Program melakukan pendeteksian kelengkungan sensor flex yang berada

pada sarung tangan yang kemudian di ubah menjadi sudut motor servo dari 0° sampai 180°.

Program dapat membaca nilai keluaran sensor flex sesuai dengan kelengkungan yang

dilakukan, semakin lengkung sensor flex maka nilai yang dibaca semakin besar dan nilai

keluaran pada motor servo juga semakin menuju ke 180°. Nilai sensor flex yang telah dibaca

kemudian dikonversikan menjadi nilai PWM motor servo.

Gambar 4. 12. Program Pembaca Sensor Flex

Setelah didapatkan nilai dari sensor flex, nilai tersebut kemudian dikonversikan

menjadi nilai sudut motor servo. Nilai sensor flex dibatasi dari saat sensor flex berada pada

posisi datar dan sensor flex berada pada keadaan ditekuk/melengkung penuh. Setiap sensor

flex pada sarung tangan memiliki variable sendiri yang memiliki batasan nilai berbeda-beda.

Variabel itu antara lain: sudut, sudut1, sudut2, sudut3, dan sudut4. Batasan nilai variabel

sudut mulai dari 620 sampai 700, sudut1 memiliki batasan nilai dari 590 sampai 730, sudut2

memiliki batasan nilai 675 sampai 830, sudut3 memiliki batasan nilai 590 sampai 730 dan

sudut4 memiliki batasan nilai mulai dari 610 sampai 738. Nilai-nilai sensor flex sedikit

berbeda dengan nilai yang telah dirancang pada Bab III, pada Bab III nilai sensor flex

dirancang dengan nilai rentang 610 sampai 810 dari posisi sensor flex datar sampai posisi

melengkung penuh. Hal ini disebabkan ketika sensor flex dipasang pada sarung tangan,

kondisi peletakan sensor flex mempengaruhi nilai yang terbaca karena pada posisi sensor


51

flex disarung tangan ada sensor flex yang posisi awalnya sudah sedikit melengkung karena

saat dipasang ditangan posisi tangan manusia memang sedikit melengkung sehinggga

didapat nilai awal dari variabel-variabel diatas dari 610 sampai 675 sedangkan nilai saat

melengkung penuh dari 700 sampai 830. Nilai tersebut yang kemudian dikonversi menjadi

nilai sudut motor servo.

4.4.2. Sistem Pengiriman dan Penerimaan Data

Pengiriman dan penerimaan data dilakukan ketika kedua buah mikrokontroler (Tx

dan Rx) telah menyala. Mikrokontroler pengirim (Tx) mulai mengirim data ketika

mikrokontroler penerima (Rx) telah menyala. Data yang dikirim berupa paket data, hal ini

disebabkan karena data akan tertukar-tukar ketika data tersebut diterima mikrokontroler

penerima (Rx) apabila data dikirim secara individual atau data dikirim satu-satu. Data-data

yang dikirim ada 5 buah yaitu, nilai sudut servo 1 untuk menggerakan ibu jari, nilai sudut

servo 2 untuk menggerakan jari telunjuk, nilai sudut servo 3 untuk menggerakan jari tengah,

nilai sudut servo 4 untuk menggerakan jari manis, dan nilai sudut servo 5 untuk menggerakan

jari kelingking.

Gambar 4. 13. Program Penginisialisasian Variabel

Agar mikrokontroler penerima (Rx) dapat menerima data dari mikrokontroler

pengirim (Tx), dilakukan proses pendeklarasian alamat pipe pada nRF24L01. Dalam

peneklarasian alamat pipe pada program mikrokontroler Tx dan Rx bisa menggunakan

karakter bebas agar dapat diingat dengan mudah, dalam program ini karakter yang digunakan

untuk mendeklarasikan alamat pipe nRF24L01 berjumlah 5 karakter, yang mana karakter

tersebut digunakan untuk membedakan alamat yang digunakan oleh nRFf24L01 pengirim

dan nRFf24L01 penerima. Program pendeklarasian alamat nRFf24L01 dapat di lihat pada

Gambar 4.14.


52

Gambar 4. 14. Deklarasi Alamat Node nRFf24L01

Setelah alamat node nRF24L01 telah dideklarasi, alamat channel untuk nRF24L01

juga harus dideklarasikan. nRF24L01 memiliki 125 channel yang dapat digunakan, artinya

nRF24L01dapat berkomunikasi dengan 125 perangkat nRF24L01 lainnya. Channel yang

digunakan pada mikrokontroler pengirim(Tx) adalah channel 78, hal tersebut dapat dilihat

pada Gambar 4. 15.

Gambar 4. 15. Pengaturan nRF24L01 Sebagai Pengirim

Agar kedua nRF24L01 pada mikrokontroler Tx dan Rx dapat berkomunikasi,

channel yang digunakan juga harus sama, sehingga pada mikrokontroler penerima (Rx),

alamat channel yang digunakan juga adalah channel 78 seperti ditunjukkan pada Gambar

4.16.

Gambar 4. 16. Pengaturan nRF24L01 Sebagai Penerima

Data-data yang telah didapatkan berupa nilai sudut servo 1, nilai sudut servo 2, nilai

sudut servo 3, nilai sudut servo 4 dan nilai sudut servo 5 harus dimasukkan kedalam paket

data agar data yang dikirim hanya satu dan tidak terjadi pertukaran data atau data tertukar

pada proses pengiriman dan penerimaan data. Program memasukkan data-data tersebut

kedalam paket data dapat dilihat pada Gambar 4.17.


53

Gambar 4. 17. Program untuk Memasukan Data Sudut ke Dalam Paket Data

Setelah data dimasukkan kedalam satu paket, data kemudian akan dikirim oleh

mikrokontroler pengirim (Tx). Dan Data akan diterima oleh mikrokontroler penerima (Rx).

Pengiriman data dan penerimaan data dapat dilihat pada Gambar 4.18 dan Gambar 4.19.

Gambar 4. 18. Program Pengiriman Paket Data

Gambar 4. 19. Program Penerima Paket Data


54

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan pengujian yang telah dilakukan, didapatkan nilai-nilai keluaran sensor

flex, nilai tersebut kemudian diubah menjadi keluaran berupa gerakan motor motor servo.

Berdasarkan data-data pengujian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan:

1. Alat yang telah dibuat dapat mengubah nilai sensor flex menjadi gerakan motor servo

berupa sudut, dan gerakan sudut dari motor servo yang dihasilkan sesuai dengan

gerakan yang telah dibuat pada sensor flex.

2. Alat yang dibuat dapat menggenggam objek dengan diameter 4,5 cm – 6,5 cm.

3. Data dapat dikirim dan diterima dengan baik pada jarak sampai 41 meter

5.2 Saran

Saran yang diberikan untuk pengembangan sistem ini adalah sebagai berikut:

1. Memaksimalkan penggunaan servo pada setiap ruas-ruas jari agar gerakan dapat

lebih baik dalam menirukan gerakan tangan manusia

2. Ditambahkannya gerakan lain yaitu untuk mengangkat objek.

3. Pendesainan dan peletakan alat dapat didesain dengan lebih baik.


55

DAFTAR PUSTAKA

[1] Heru Andra Padillah, A. G. (2013). Kontrol Wireless Bionik Robot Jari Tangan

Menggunakan Arduino. Retrieved from

https://jurnal.pcr.ac.id/index.php/jae/article/view/435

[2] _____,2013, Konsep Mikrokontroler,

http://sistemkomputer.narotama.ac.id/2013/05/konsep-mikrokontroler-2/ , diakses

tanggal 19 april 2019.

[3] Senduk, S.W., 2018, Perancangan Artifical Finger Untuk Game Piano Tiles 2TM, Tugas

Akhir, Jurusan Teknik Elektro, FST, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

[4] _____,_____,Arduino Introduction, https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction ,

diakses 3 mei 2019.

[5] _____,_____,Arduino software, https://www.arduino.cc/en/main/software , diakses 3

mei 2019.

[6] KUSUMA, A. A. (2015). LENGAN ROBOT PENIRU GERAKAN MANUSIA.

repository.usd.ac.id.

[7] Muslimin, S., & Wijarnarko, Y., 2014, Penerapan Flex-Sensor Pada Lengan Robot

Berjari Pengikut Gerak Lengan Manusia Berbasis Mikrokontroler,

https://technologic.polman.astra.ac.id/index.php/firstjournal/article/view/39, diakses 25

Oktober 2018

[8] Nirwani, A.T., 2018, Simulator Kursi Roda Otomatis Dengan Sensor Flex Berbasis

Mikrokontroler, https://eprints.uny.ac.id/60223/1/Laporan_Affin_15507134002.pdf,

diakses 16 Desember 2019.

[9] Shobrina, dkk, 2018, Analisis Kinerja Pengiriman Dta Modul Transceiver NRF24l01,

Xbee Dan Wifi ESP8266 Pada Wireless Sensor Network,

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=10&ved=2ahUKE

wjAzNqC1ovfAhVbXSsKHQI_Ao8QFjAJegQIBRAC&url=http%3A%2F%2Fj-

ptiik.ub.ac.id%2Findex.php%2Fj-


https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction

https://www.arduino.cc/en/main/software

https://technologic.polman.astra.ac.id/index.php/firstjournal/article/view/39

https://eprints.uny.ac.id/60223/1/Laporan_Affin_15507134002.pdf

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=10&ved=2ahUKEwjAzNqC1ovfAhVbXSsKHQI_Ao8QFjAJegQIBRAC&url=http%3A%2F%2Fj-ptiik.ub.ac.id%2Findex.php%2Fj-ptiik%2Farticle%2Fdownload%2F1241%2F451%2F&usg=AOvVaw2YWMtcZ1DZk2Vlkm1nxraZ



56

ptiik%2Farticle%2Fdownload%2F1241%2F451%2F&usg=AOvVaw2YWMtcZ1DZk2Vlk

m1nxraZ, diakses 25 November 2019

[10] Pitowarno Endra, 2006, Desain, Kontrol, dan Kecerdasan Buatan, Andi Offset,

Yogyakarta.

[11] WIBOWO, WICAKSONO AJI,2017, ROBOTIKA BERBASIS VISI SEBAGAI

PENJEJAK DAN PENDETEKSI JARAK OBJEK DENGAN KAMERA CMUCAM 5,

http://repository.umy.ac.id/bitstream/handle/123456789/12432/BAB%202.pdf?sequence=7

&isAllowed=y,diakses 28 Juli 2019

[12] Wimpy, 2013, Jam Digital dengan Keluaran Suara, Jurusan Teknik Elekro, Universitas

Sanata Dharma, Yogyakarta




http://repository.umy.ac.id/bitstream/handle/123456789/12432/BAB%202.pdf?sequence=7&isAllowed=y

http://repository.umy.ac.id/bitstream/handle/123456789/12432/BAB%202.pdf?sequence=7&isAllowed=y

LAMPIRAN


L-1

LAMPIRAN 1

LISTING PROGRAM BAGIAN PENGIRIM

#include <SPI.h>

#include <nRF24L01.h>

#include <RF24.h>

int msg [5];

RF24 radio(7, 8);

const byte node1[5] = 'P','N','G','R','M'; //5 karakter untuk alamat modul pengirim

const byte node2[5] = 'P','N','R','M','A'; //5 karakter untuk alamat modul penerima

void setup()

Serial.begin(9600);

radio.begin();

radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);

radio.openReadingPipe(1, node2); //membaca jalur pipe antara node 1 dan node 2

radio.startListening(); //nRF24L01 mulai bekerja

radio.setChannel(78); //mengatur modul agar bekerja dalam channel 78

void loop()

radio.openWritingPipe(node1);

radio.stopListening();


L-2

int flex = analogRead(A0);

int flex1 = analogRead(A1);




int sudut = map(flex, 620, 700, 0, 180); //program mapping sensor flex 1

int sudut1 = map(flex1, 590, 730, 0, 180); // program mapping sensor flex 2




//-----------menampilkan nilai sensor flex dan sudut jari 1 -------------

// if(sudut>=0 && sudut<=255)

// Serial.print("Flex : ");

// Serial.println(flex);

// Serial.print("sudut : ");

// Serial.println(sudut);

//

// else

// int sudut = 0;

// Serial.print("Flex : ");

// Serial.println(flex);

// Serial.print("sudut : ");

// Serial.println(sudut);


L-3

//

//---------menampilkan nilai sensor flex dan sudut jari 2--------------

// if(sudut1>=0 && sudut1<=255)

// Serial.print("Flex1 : ");

// Serial.println(flex1);

// Serial.print("sudut1 : ");

// Serial.println(sudut1);

//

// else

// int sudut1 = 0;





//


// if(sudut2>=0 && sudut2<=255)





//

// else


L-4

// int sudut2 = 0;





//


// if(sudut3>=0 && sudut3<=255)





//

// else

// int sudut3 = 0;





//


// if(sudut4>=0 && sudut4<=255)



L-5




//

// else

// int sudut4 = 0;





//

msg[0] = sudut; //menginisialisasi variabel data servo 1

msg[1] = sudut1; //menginisialisasi variabel data servo 2




radio.write(msg, sizeof(msg)); //paket data yang dikirim bernama msg

delay (100);


L-6

LAMPIRAN 2

LISTING PROGRAM BAGIAN PENERIMA

#include <SPI.h>

#include <nRF24L01.h>

#include <RF24.h>

#include <Servo.h>

RF24 radio(7, 8);

const byte node1[5] = 'P','N','G','R','M';

const byte node2[5] = 'P','N','R','M','A';

Servo myServo;

Servo myServo1;

Servo myServo2;

Servo myServo3;

Servo myServo4;

int msg[5];

void setup()

Serial.begin(9600);


L-7

myServo.attach(3);

myServo1.attach(5);

myServo2.attach(6);

myServo3.attach(9);

myServo4.attach(10);

radio.begin();

radio.setPALevel(RF24_PA_MIN);

radio.openWritingPipe(node2); // NB these are swapped compared to the master

radio.openReadingPipe(1, node1); //membaca jalur pipe antara node 1 dan node 2

radio.startListening(); //modul mulai bekerja

radio.setChannel(78); //mengatur modul agar bekerja dalam channel 78

void loop()

if (radio.available())

radio.read(msg, sizeof(msg)); //Program untuk membaca paket yang telah dikirim

if( msg[0]>0)

myServo.write(msg[0]);

Serial.print("sudut : ");

Serial.println(msg[0]);//menampilkan nilai sudut jari 1


L-8

else

myServo.write(0);

if( msg[1]>0)

myServo1.write(msg[1]);

Serial.print("sudut1 : ");


else

myServo1.write(0);

if( msg[2]>0)




else

myServo2.write(0);


L-9

if( msg[3]>0)




else

myServo3.write(0);

if( msg[4]>0)




else

myServo4.write(0);

delay (100);


L-10

LAMPIRAN 3

GERAKAN SARUNG TANGAN DAN GERAKAN TANGAN

Gambar L-1 Gerakan Sarung Tangan dan Gerakan Robot Jari Tangan


L-11

LAMPIRAN 4

GERAKAN SETIAP JARI PADA SARUNG TANGAN DAN GERAKAN

ROBOT JARI

Gambar L-2 Gerakan Jari Pada Sarung Tangan dan Gerakan Robot Jari Tangan


Documents

SISTEM PENGGERAK JARI-JARI TANGAN ROBOT DENGAN …repository.usd.ac.id/36448/2/155114002_full.pdf · FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2019 PLAGIAT