# Laser Turret: Analisis Mekanika dan Kecepatan Motor DC

## Nama Kelompok
* REY RIZQI ANUGERAH (1103210146)
* MUHAMMAD GRAVECIA DEWANTARA (1103210234)
* KURNIAWAN DWI PRASETYO (1103210076)
* R.MOCH. NEILDI PRATAMA (1103202128)
* arya gede tunggadewa

## Daftar Isi
[TOC]

**[CLO 4]** Memiliki kemampuan untuk menganalisis sistem kendali loop tertutup pada kondisi transien dan steady state untuk melihat performansinya.
**[CLO5]** Memiliki kemampuan merancang sistem kendali motor DC.

## Pendahuluan
Laser turret adalah sistem robotik yang digunakan untuk mengarahkan dan memancarkan laser. Kontrol PID nya yaitu salah satu metode kontrol yang paling umum digunakan untuk laser turret dan kontrol PID bekerja dengan menggunakan tiga parameter, yaitu proportional gain (Kp), integral gain (Ki), dan derivative gain (Kd). Parameter-parameter ini digunakan untuk mengatur seberapa cepat dan seberapa besar sistem menanggapi kesalahan.

Analisis mekanika dan kecepatan motor DC menjadi penting dalam pengembangan Laser Turret karena keduanya memainkan peran kunci dalam kinerja dan presisi sistem ini. Kecepatan motor DC dapat ditingkatkan dengan menggunakan motor DC dengan tegangan yang lebih tinggi atau arus yang lebih tinggi. Namun, meningkatkan kecepatan motor DC juga dapat menyebabkan peningkatan panas dan konsumsi daya.

Tujuan proyek Laser Turret: Analisis Mekanika dan Kecepatan Motor DC yaitu:

1. Memahami prinsip kerja turret laser, termasuk komponen-komponen mekaniknya dan cara kerja motor DC.
2. Menganalisis faktor-faktor yang mempengaruhi kinerja turret laser, termasuk kecepatan motor DC.
3. Menentukan kecepatan motor DC yang tepat untuk berbagai aplikasi turret laser.
Berisi Latar Belakang Judul dan Tujuan Projek

## Rancangan Sistem Kendali Loop Tertutup PID
1. **Teori Pendukung dan Metode:**
* **Kendali Loop Tertutup:**
Kendali loop tertutup pada laser turret mengacu pada sistem pengendalian yang digunakan untuk mengontrol dan mempertahankan kinerja turret laser secara otomatis. Sistem ini didesain untuk merespons perubahan kondisi target sehingga turret dapat tetap presisi dan efektif dalam menargetkan sasaran.
* **Teori Kontrol:**
Penerapan teori kontrol dalam sistem laser turret dapat digunakan untuk meningkatkan akurasi dan kecepatan pergerakan turret laser. Misalnya, teori kontrol dapat digunakan untuk mengembangkan algoritma yang dapat mengendalikan gerakan turret laser secara lebih halus dan lebih cepat.
* **Teori Optik:**
Penerapan teori optik dalam sistem laser turret dapat digunakan untuk meningkatkan akurasi dan kecepatan pendeteksian target. Misalnya, teori optik dapat digunakan untuk mengembangkan sensor laser turret yang dapat mendeteksi target dari jarak yang jauh atau target yang bergerak cepat.

2. **Gambar Diagram Close Loop:**

3. **Sensor dan Aktuator:**
* Sensor: Sensor dapat berupa kamera optik atau sensor lain yang digunakan untuk mendeteksi keberadaan target. Sistem pengolahan citra juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi target berdasarkan karakteristik visualnya.
* Aktuator: Aktuator yang digunakan pada laser turret yaitu motor stepper, yaitu bertanggung jawab untuk menggerakkan bagian-bagian mekanis dari turret tersebut, seperti mengarahkan laser ke target atau mengubah orientasi turret. Jenis aktuator yang digunakan tergantung pada desain spesifik dari turret dan kebutuhan operasionalnya.
4. **Hubungan-Hubungan:**
* Pemrosesan Citra dan Penglihatan Mesin: Jika turret dilengkapi dengan sistem pengolahan citra atau penglihatan mesin, maka teori dan metode dalam pemrosesan citra dan penglihatan mesin digunakan untuk deteksi, pelacakan, dan identifikasi target.

## Mekanik Motor DC
Motor DC NEMA 17, seiring dengan prinsip kerja motor DC pada umumnya, beroperasi melalui induksi elektromagnetik di mana arus listrik menghasilkan medan magnet untuk menggerakkan rotor. Dengan ukuran frame standar NEMA, motor ini umumnya digunakan sebagai motor stepper dengan empat kumparan atau lebih, memungkinkan gerakan yang presisi dalam langkah-langkah diskrit sesuai dengan pulsa listrik yang diberikan oleh pengendali stepper. Kontrol motor ini melibatkan pengendali khusus atau mikrokontroler untuk menghasilkan pulsa-pulsa listrik yang mengatur pergerakan rotor. Keuntungan utama NEMA 17 meliputi presisi gerakan dan kemampuan mempertahankan posisi setelah pemutusan daya.

**Spesifikasi DC Motor Nema 17**
Tipe Motor: Bipolar Stepper.
Step Angle: 1.8 derajat.
Torsi: 45 N.cm.
Arus: 2A.
Tegangan: 12.2V.
Resistansi Fase: 1.1ohms.
Induktansi: 2.6mH ± 20%(1KHz)
Dimensi: 42 x 42 x 40 mm.

1. **Teori Fungsi Transfer Motor DC**
* **Mekanisme Konversi Energi:**
Mekanisme konversi energi pada motor DC Laser Turret terjadi melalui beberapa tahap. Pertama, energi listrik disuplai ke motor DC, yang kemudian mengonversinya menjadi energi mekanik pada rotor dan poros motor. Selanjutnya, melalui sistem pengaturan, energi mekanik tersebut diarahkan ke perangkat turret untuk menggerakkan laser sesuai dengan perintah yang diberikan.
* **Fungsi Transfer:**
Fungsi transfer dari motor DC Laser Turret dapat direpresentasikan dalam bentuk persamaan matematis yang menggambarkan respons sistem terhadap sinyal input.
N = Resolusi Motor/Jumlah Derajat
= resolusi motor 1.8 / derajatnya 360
= 200 Step

2. **Mekanisme Daya pada Proyek:**
* **Penerapan Motor DC:**
Motor DC Nema 17 digunakan sebagai penggerak utama untuk menggerakan 2 axis yang terhubung ke sistem gear pulley, juga berperan penting sebagai penjaga kestabilan dari beban Laser yang di gunakan.
* **Daya yang Diperlukan:**
Konsumsi Daya yang di perlukan untuk menggerakan kedua motor stepper jika keduanya menggunakan daya max loadnya.
Tegangan (V)* Arus (A)
= 12.2V * 2A
= 24.4 Watt
Karena dalam proyek ini menggunakan 2 Dc motor maka dayanya di kalikan 2 maka totalnya **48.8 Watt**, namun daya aktualnya pada saat alat di jalankan dayanya tidak sampai batas maksimalnya.
3. **Bentuk dan Type Mekanik yang Digunakan:**
**Desain Mekanik**
Desain mekanik yang digunakan di buat menggunakan desain 3d Solidworks kemudian di cetak menggunakan 3D Printer Ender 3 V2 dengan bahan filament ABS dan Petg karena material ini memungkinkan menahan beban yang berat serta mudah pada saat perakitan.
**Jenis - Jenis Mekanik**
Mekanik yang digunakan di sini adalah Pulley yang dihubungkan menggunakan Belt 200-2GT serta Bearing 6002 untuk memberikan pergerakan yang mulus.

## Analisis Transient Respon
Berisi pengukuran pada sistem yang dibuat.
Analisis plot hasil pengukuran seperti gambar.
Gunakan serial plot pada arduino atau aplikasi [Serial Plot windows](https://serialplot.ozderya.net/downloads/serialplot-0.12.0-win32-setup.exe) atau serial plot [versi OS lain](https://hackaday.io/project/5334-serialplot-realtime-plotting-software).

//Contoh Kode Arduino
  Serial.print("Set Point:");
  Serial.print(setpointVariable); // setpoint
  Serial.print(",");
  Serial.print("OutputSensor:"); // measured
  Serial.println(sensorVariable);

PID 0
Analisis grafik ini ketika PID set 0 pada alat menunjukan pergerakan diam, namun ketika dilihat grafik disini naik turun, ada kemungkinan pada kabel yang kami gunakan tidak bagus sehingga ada kebocoran arus menjadi grafik tidak konsisten
!

Pengukuran Ulang setelah dilakukan tuning PID
kp 0.1 ki 0.2 kd 0.1
Analisis grafik setelah tuning PID pada alat menujukan pergerakan alat yang di stabilkan menggunakan PID hasilnya cukup bagus namun proses untuk menuju setpoint memang membutuhkan waktu sehingga beban yang di gerakan diam.

## Analisis Mekanika
### Pengukuran Mekanika Gear
Berisi analisis ukuran gear terhadap transfer daya (lihat komentar untuk panduan Analisis).
**Axis Y**
Pulley 20T & 64T
Stepper motor 1 untuk 1 putaran = 200 Step
Rasio = Driven/Driver
Rasio = 64/20
= 3.2
Panjang putaran untuk menempuh 360° putaran
3.2 * 200 = 640 Step

**Axis X**
Pulley 20T & 80T
Stepper motor 2 untuk 1 putaran = 200 Step
Rasio = Driven/Driver
Rasio = 80/20 = 4

Panjang putaran untuk menempuh 360° putaran
4 * 200 = 800 Step

### Analisis Kecepatan Motor Terhadap Beban
Kecepatan motor pada laser turret ini dipengaruhi oleh sejumlah parameter yang harus diperhitungkan seperti:
* Daya Motor: Kecepatan motor dapat diatur dengan mengubah tegangan dan arus listrik yang diberikan ke motor. Pada motor DC, peningkatan tegangan dapat meningkatkan kecepatan motor, sementara pada motor AC, frekuensi tegangan dapat mempengaruhi kecepatan.
* Torsi: Torsi motor dan kecepatannya juga memiliki hubungan yang berlawanan. Semakin besar torsi, semakin lambat kecepatan motor. Demikian sebaliknya, semakin kecil torsi, semakin tinggi kecepatan motor.
* Jenis Motor: Ada berbagai jenis motor (DC, AC, servo, stepper) memiliki karakteristik yang berbeda. Sebagai contoh, motor DC dapat memiliki respons yang cepat terhadap perubahan tegangan, sedangkan motor stepper beroperasi dalam langkah-langkah diskrit. Pada laser turret ini menggunakan jenis motor stepper dan dc motor.
* Ukuran Motor: Desain fisik motor, termasuk ukuran, bobot, dan konstruksi bahan, dapat mempengaruhi kinerja motor. Kinerja yang rendah dapat menghasilkan respon yang lebih cepat terhadap perubahan kecepatan.

## Hasil dan Saran
Pada tahap akhir proyek laser turret, hasil yang diharapkan adalah turret laser yang dapat beroperasi dengan akurat, stabil, dan efektif sesuai dengan tujuan dan spesifikasi proyek. Proyek Laser Turret berhasil memberikan pemahaman yang lebih dalam mengenai mekanika dan faktor penentu kinerja turret laser. Kesimpulan yang diperoleh dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan pengembangan teknologi turret laser di masa depan, sehingga menjadi lebih akurat, efisien, dan terjangkau.

Dengan mencapai tujuan-tujuan ini, proyek Laser Turret dapat dibuktikan dalam mengembangkan sistem yang memenuhi persyaratan fungsional, teknis, dan etika. Proyek ini memberikan gambaran menyeluruh tentang pencapaian dan manfaat yang dapat dihasilkan oleh Laser Turret yang telah dikembangkan.

**Saran untuk Perbaikan atau Pengembangan Lanjutan:**
Pertimbangkan teknologi atau metode tambahan untuk meningkatkan akurasi penargetan, seperti penggunaan sensor yang lebih canggih atau algoritma kontrol yang lebih kompleks. Kemudian meninjau efisiensi energi turret dan pertimbangkan teknologi atau desain yang dapat mengoptimalkan penggunaan daya, dan memastikan bahwa sistem mematuhi standar keamanan laser dan pertimbangkan peningkatan fitur keamanan jika diperlukan. Lalu evaluasi dan kembangkan kemampuan turret untuk secara otomatis melacak dan mempertahankan penargetan terhadap objek yang bergerak.

## Link Video Youtube
https://youtu.be/jO_c-sqCoJQ?si=PPNzp9raKcpyLDDn

## Referensi
1. https://www.electroniclinic.com/how-to-make-arduino-laser-turret-using-servo-motors-and-joystick/
2. https://jjrobots.com/remotely-controlled-laser-pointer/
3. https://datasheetspdf.com/pdf/1260602/Schneider/NEMA17/1
4. https://components101.com/modules/a4988-stepper-motor-driver-module

## Rubrik Penilaian

| Penilaian Indikator Ketercapaian CLO | Bobot |
| -------- | -------- |
| Mahasiswa mampu mengevaluasi dan optimasi sistem kendali PID (soal CLO 4). | 50 % |
| Mahasiswa mampu mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC (soal CLO 5) | 50% |

## Kriteria Nilai

| 65-80 | 50-65 | 80-100 | 40-50 | 0-40 |
| ----- | ----- | ------ | ----- | ---- |
| CLO 4 | | | | |
|Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik, merancang sistem kendali PID, hingga mengevaluasi dan optimasi sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik, merancang, dan mengevaluasi sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik dan merancang sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik dan PID, tetapi kesulitan dalam merancang dan mengevaluasi sistem kendali PID. |Kesulitan dalam menjelaskan konsep kendali umpan balik dan PID. |
| CLO 5 | | | | |
|Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik, serta mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik, tetapi kesulitan dalam mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, tetapi kesulitan dalam menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya dan menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor. |Tidak dapat menentukan satu langkah pun untuk menjelaskan mengenai mekanisme transfer daya. |