Robotic Arm 6-DOF 3D Printed — Cycloidal Drive

Skripsi: Rancang Bangun Robotic Arm 6-DOF 3D Printed dengan Mekanisme Position Feedback dan Interface Digital Twin Berbasis Web

Lengan robot 6 derajat kebebasan (6-DOF) yang dicetak 3D sepenuhnya dengan reduksi cycloidal custom + stepper NEMA17/23, dilengkapi position feedback (encoder magnetik AS5600, kontrol closed-loop) dan digital twin berbasis web yang mencerminkan posisi lengan fisik secara real-time.

Proyek ini open source: silakan dipelajari, direplikasi, dan dikembangkan.

---

Arsitektur sistem

   Lengan fisik (6x stepper + 6x encoder AS5600)
              |  step/dir          ^ I2C (TCA9548A mux)
              v                    |
   Firmware Arduino  (closed-loop position control)   firmware/
              |  serial 115200  "GO,.."  /  "FB,.."
              v
   Bridge Python  (serial  <->  WebSocket)            src/arm/bridge.py
              |  WebSocket ws://localhost:8765
              v
   Digital Twin Web  (Three.js, mirror real-time)     studio/index.html

Tiga kontribusi skripsi yang tercermin di repo:

1. Rancang bangun mekanik — gearbox cycloidal cetak 3D, sizing motor/gearbox (docs/research/, dikodekan & diuji di src/arm/torque.py).
2. Position feedback — encoder AS5600 + kontrol closed-loop (firmware/).
3. Digital twin web — visualisasi & kontrol real-time (studio/ + bridge.py).

---

Struktur repositori

Folder	Isi
src/arm/	Paket Python: config (parameter), torque (sizing), kinematics (FK), bridge (digital twin)
firmware/	Sketch Arduino: kontrol stepper closed-loop + encoder AS5600
benchmarks/	Skrip benchmark torsi & efisiensi (prediksi vs terukur)
studio/	Digital twin web (Three.js) — Cycloidal Arm Studio
thesis/	Outline & panduan penulisan skripsi (template Word)
docs/research/	Dokumen riset sizing motor & cycloidal drive
tests/	Uji otomatis (memverifikasi perhitungan = dokumen riset)

---

Mulai cepat (quick start)

# 1. Pasang dependensi Python
pip install -e ".[dev]"          # atau: pip install -r requirements.txt

# 2. Cetak tabel sizing motor/gearbox per sendi
python -m arm.torque

# 3. Jalankan uji (memverifikasi perhitungan cocok dokumen riset)
pytest -q

# 4. Jalankan digital twin tanpa hardware (mode simulasi)
python -m arm.bridge --simulate
#    lalu buka studio/index.html di browser, sambungkan ke ws://localhost:8765

# 5. Dengan hardware nyata:
python -m arm.bridge --port COM5     # Windows  (atau /dev/ttyUSB0 di Linux)

---

Ringkasan hasil sizing (output python -m arm.torque)

Joint	Fungsi	Statik	Perlu (×2.5)	Rasio	Motor
J1	base yaw	~0	3.0 N·m	1:20	17HS19-2004S1
J2	shoulder	11.4 N·m	~29 N·m	1:55	NEMA23
J3	elbow	4.5 N·m	~11 N·m	1:50	17HS19-2004S1
J4	wrist roll	~0	1.0 N·m	1:15	17HS4401
J5	wrist pitch	0.69 N·m	1.7 N·m	1:15	17HS4401
J6	end roll	~0	0.5 N·m	1:15	17HS4401

Temuan kunci: bahu (J2) dan siku (J3) adalah inti masalah desain — keduanya mendekati/melebihi batas torsi PLA+ cetak (~13 N·m). Rincian & sumber: lihat docs/research/motor-cycloidal-sizing.md.

---

Roadmap skripsi

• Riset & sizing motor/gearbox per sendi
• Kode perhitungan torsi + kinematika + uji otomatis
• Digital twin web (mode simulasi)
• Cetak & rakit wrist cluster (J4/J5/J6) — validasi 1:15
• Prototipe siku (J3) 1:50 — uji ke ~11 N·m
• Integrasi encoder AS5600 + closed-loop di firmware
• Bridge real-time hardware <-> digital twin
• Benchmark torsi & efisiensi (prediksi vs terukur)
• Penulisan bab skripsi

---

Lisensi & sitasi

Dilisensikan di bawah MIT. Bila proyek ini membantu riset Anda, mohon sitasi (lihat CITATION.cff).

Kontribusi dipersilakan — lihat CONTRIBUTING.md.