Rancang Bangun Manipulator Tipe Kartesian untuk Perekaman Gambar Tanaman secara Otomatis dalam Greenhouse
Abstract
Meningkatnya populasi penduduk Indonesia mendorong sektor pertanian
untuk meningkatkan produktivitas industri pertanian, salah satu cara untuk
mengatasinya adalah pengoptimalan penggunaan sumber daya untuk mendapatkan
hasil maksimal atau biasa disebut pertanian presisi. Pertanian presisi dapat
dilakukan dengan sistem monitoring tanaman secara tepat dan akurat. Teknologi
yang sesuai untuk sistem ini adalah plant phenotyping, namun pengembangan
teknologi ini masih sedikit dilakukan di Indonesia dan salah satu penyebabnya
adalah dataset masih diambil secara manual dengan jumlah terbatas. Tujuan
penelitian ini adalah merancang bangun manipulator kartesian untuk merekam
gambar tanaman hidroponik secara otomatis di dalam greenhouse. Tahapan
penelitian terdiri dari perancangan fungsional dan struktural, desain 3D, analisis
desain, pabrikasi prototipe, uji fungsional dan struktural, dan uji kinerja.
Mekanisme robot adalah bekerja otomatis dan mampu menangkap dan
menyimpan gambar sesuai posisi penangkapan gambar. Struktural robot dibuat
menyesuaikan bak apung hidroponik. Desain 3D dianalisis menggunakan
SolidWorks dengan mensimulasikan beban gaya untuk mengetahui tingkat
keamanan manipulator. Berdasarkan analisis desain yang dilakukan pada rangka
manipulator didapatkan tegangan von mises maksimum sebesar 13,783 MPa,
displacement maksimum sebesar 1,081 mm, dan safety factors minimum sebesar
6,869 sehingga rangka dikategorikan aman secara teknis. Raspberry dijadikan
sebagai otak utama robot untuk menggerakkan end-effector dengan motor stepper
Nema 17HS4401 yang diatur oleh driver A4988. Berikutnya manipulator robot
diuji fungsional dan kinerjanya, hasil menunjukkan bahwa step delay 0,0010 detik
menghasilkan performa kerja paling baik dengan error posisi -0,076cm pada
sumbu Y dan -0,380cm pada sumbu X, slip pulley rata-rata 0,576%, kecepatan
gerak translasi 8,965 cm/detik, sudut kemiringan 88,22°, dan performa
sinkronisasi paling baik. Manipulator robot kartesian berhasil dibuat dengan
kemampuan bekerja otomatis dan mampu menangkap gambar tanaman pada 15
posisi dengan webcam yang digerakkan oleh motor stepper. The increasing population of Indonesia's population encourages the
agricultural sector to increase the productivity of the agricultural industry, one
way to overcome this is to optimize the use of resources to get maximum results
or precision agriculture. Precision agriculture can be done with a precise and
accurate plant monitoring system. The technology for this system is plant
phenotyping, but the development of this technology is still minimum in
Indonesia and one of the reasons is the dataset for training still taken manually
with a limited amount. The purpose of this research is to build a Cartesian
manipulator to automatically record images of hydroponic plants inside
greenhouse. The research stages consisted of functional and structural design, 3D
design, design analysis, prototype fabrication, functional and structural tests, and
performance tests. The robot mechanism works automatically and is capable of
capturing and storing images according to the position of the image capture. The
robotic structure is made according to the hydroponic floating tub. The 3D design
is analyzed using SolidWorks by simulating force loads to determine the safety
level of the manipulator. Based on the design analysis carried out on the
manipulator frame, the von mises stress maximum obtained is of 13,783 MPa,
displacement a maximum of 1,081 mm, and safety factors minimum of 6,869 so
that the frame is categorized as technically safe. Raspberry pi are used as the main
brain of the robot to move end-effector with motor stepper Nema 17HS4401 set
by driver A4988. Next, the robot manipulator is tested functionally and its
performance, the results show that step delay 0,0010 seconds produces the best
work performance with a position error of -0,076cm on the Y axis and -0,380cm
on the X axis, slipp ulley average of 0,576%, translational speed of 8,965 cm/sec,
tilt angle of 88,22°, and the best synchronization performance. Cartesian robot
manipulator has been successfully made with the ability to work automatically
and is able to capture images of plants at 15 positions with webcam motor driven
stepper.