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.