102604773 proposal septian
TRANSCRIPT
PROPOSAL
TUGAS AKHIR
I. Latar Belakang
Navigasi adalah cara menentukan arah dan tujuan yang hendak
dicapai. Teknik navigasi biasanya digunakan pada kendaraan seperti pesawat,
kapal laut hingga kini suda ada pada mobil pribadi. Sistem navigasi ini juga
dapat diimplementasikan pada sebuah robot dengan tujuan agar robot tersebut
dapat menentukan posisi dan arah pergerakannya di suatu lingkungan
[1,2,4,5].
Robot bergerak otonom merupakan jenis robot cerdas yang beroperasi
dilingkungan yang sebagian tidak diketahui dan tidak terduga [5]. Tujuan
utama dibuatnya robot bergerak otonom ini adalah untuk mengurangi campur
tangan manusia sehingga robot bisa bergerak leluasa pada lingkungan yang
diinginkan [4,5].
Sistem navigasi yang dibuat pada robot bergerak otonom ini bisa
menggunakan beberapa macam pendeteksi halangan yang digunakan, seperti
sensor inframerah dan sensor ultrasonik [1,2,5]. Robot bergerak otonom ini
juga bisa menggunakan sensor kamera yang khusus digunakan sebagai
pendeteksi halangan, yang dalam dunia robot dikenal dengan robotics vision.
Robotics vision merupakan bidang pengetahuan yang berfokus pada bidang
sistem kecerdasan buatan dan berhubungan dengan akuisisi dan pemrosesan
image sehingga bisa menjadi pendeteksi [1].
Dari sekian banyak pendeteksi halangan yang ada, penggunaan sensor
kamera sebagai pendeteksi halangan sangatlah berbeda dari sensor pendeteksi
halangan lainnya karena pada sensor kamera digunakan pemrosesan image
untuk pendeteksian halangannya. Oleh karena itu dalam Tugas Akhir ini akan
digunakan kamera sebagai sensor pendeteksi halangan.
II. Tujuan
1
Adapun tujuan yang hendak dicapai dari dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Merancang algoritma yang efisien pada suatu module
mikrokontroler menggunakan sensor kamera sehingga mampu
menghindari halangan.
2. Mengimplementasikan sistem navigasi robot bergerak otonom
dengan target penghindar halangan.
III. Manfaat
Adapun manfaat yang dapat diambil dari dilakukannya penelitian ini adalah :
1. Dapat menerapkan secara langsung penggunaan komponen elektronik
pada robot, seperti sensor, processing unit dan motor DC.
2. Dapat menghasilkan algoritma maupun program navigasi robot yang
menggunakan pendeteksi kamera.
IV. Rumusan dan Batasan Masalah
Penggunaan sensor kamera sebagai pendeteksi halangan diperlukan
kapasitas memori yang besar, beda dari sensor penghindar halangan lainnya
seperti sensor inframerah dan ultrasonic, karena yang diproses oleh sensor
kamera adalah gambar yang biasanya memiliki resource sangat besar untuk
ukuran memori Atmega 32 yang hanya 32 kilobyte. Selain itu dalam
memandu navigasi robot dan menghindar halangan, sensor kamera ini
memerlukan teknik khusus yang tidak terdapat pada sensor penghindar
halangan seperti sensor inframerah dan ultrasonic.
Dalam Tugas Akhir ini digunakan citra biner atau threshold dan
konversi citra hitam-putih ke citra biner dilakukan dengan operasi
thresholding, untuk membuat tiap pixel gambar yang diambil akan menjadi 2
nilai yaitu 0 (hitam) dan 1 (putih), dengan teknik ini mampu membuat
memori yang digunakan lebih sedikit[1,7,8]. Untuk navigasi robot digunakan
teknik Integral proyeksi dan untuk menghindari halangan digunakan teknik
differensial[7,8].
2
V. Metodologi Penelitian
Metodologi yang akan digunakan dalam penelitian akan melewati
beberapa tahap berikut ini :
1. Studi Pustaka / Literatur
Tahap ini dilakukan dengan cara mencari dan membaca literature
dan referensi tentang “Navigasi Robot Bergerak Otonom” baik yang
menggunakan sensor kamera maupun sensor lainnya sehingga dapat
menunjang penulisan laporan Tugas Akhir.
2. Perancangan Modul Perangkat Keras
Tahap ini dilakukan untuk menentukan peralatan yang sesuai dan
cocok untuk merancang dan membuat robot bergerak otonom
menggunakan sensor kamera ini.
3. Perancangan dan Pembuatan Sistem Navigasi Robot
Pada tahap ini dilakukan perancangan dan pembuatan hardware
robot bergerak otonom menggunakan pendeteksi kamera maupun
software untuk sistem navigasinya.
4. Pengujian dan Validasi Sistem Navigasi Robot
Tahap ini meliputi pengujian sistem navigasi yang telah
dirancang, dengan menggunakan beberapa parameter pengujian sehingga
diperoleh data hasil pengujian untuk mendapatkan fungsi optimal dari
sistem yang telah dibuat. Validasi yang dilakukan akan menggunakan
koneksi kabel serial port yang kemudian hasilnya akan ditampilkan pada
komputer untuk memudahkan pengamatan.
5. Analisis Sistem
Hasil dari pengujian pada tahap sebelumnya kemudian dianalisis,
dengan tujuan untuk mengetahui kekurangan pada hasil perancangan dan
faktor penyebabnya sehingga dapat digunakan untuk pengembangan pada
penelitian selanjutnya.
3
VI. Tinjauan Pustaka
a. Navigasi Robot Bergerak Otonom
Navigasi adalah salah satu permasalahan penting yang harus
diselesaikan dalam pengembangan teknologi robot otonom bergerak,
agar dapat mendukung mobilitasnya. Masalah ini menyangkut beberapa
komponen penting di dalamnya, dimulai dari masalah persepsi, yaitu
metode atau cara agar suatu robot otonom dapat memperoleh data
tertentu dari lingkungan di sekitarnya, kemudian untuk dapat
menginterpretasikan data tersebut menjadi informasi yang berguna bagi
proses selanjutnya. Berkaitan dengan masalah persepsi sangat erat
kaitannya dengan masalah sensor dan rekognisi pada robot otonom
tersebut [5,9].
Masalah berikutnya adalah lokalisasi, yaitu metode atau cara agar
robot otonom dapat mengetahui posisi atau keberadaannya dalam suatu
lingkungan tempat robot tersebut harus menyelesaikan misi atau
mencapai tujuan yang dibebankan kepadanya. Masalah lokalisasi ini
biasanya erat dengan penentuan posisi robot otonom dalam suatu sistem
koordinat absolut yang bersifat global (biasanya mengacu pada
kedudukan benda pada sistem koordinat di bumi). Proses penentuan
kedudukan ini bisa berasal dari pengetahuan yang diberikan manusia
kepada robot otonom, berdasarkan informasi yang diperoleh melalui
komponen sensor yang digunakan robot otonom, ataupun dari kedua
metode tersebut [5,9].
Robot bergerak otonom adalah suatu jenis robot cerdas yang
mempunyai kemampuan untuk membuat keputusan sendiri, memiliki
sistem kendali dan catu daya yang terintegrasi dan mempunyai
kemampuan navigasi yaitu sejumlah operasi yang memungkinkan robot
mencapai tujuan yang diharapkan. Ada dua jenis robot mobil yaitu robot
yang berjalan dengan menggunakan kaki-kaki mekanik dan robot yang
berjalan dengan roda. [9].
4
Navigasi robot bergerak otonom merupakan kemampuan robot
untuk bergerak secara tepat tanpa dikendalikan oleh manusia. Navigasi
robot bergerak otonom mempunyai kemampuan / sifat dasar diantaranya
penghindaran halangan dan pencapaian target. Sifat penghindaran
halangan adalah sifat menghindari halangan secara tepat dan cepat (real
time) sedangkan sifat pencapaian target adalah sifat menuju titik- titik
tertentu yang dapat terkoordinasi dengan baik [1, 2, 9].
b. Teknik Pengolahan Image
Citra Biner atau Threshold adalah citra yang hanya
mempunyai dua nilai derajat keabuan yaitu hitam dan putih. Pixel-pixel
objek bernilai “1” dan pixel-pixel latar belakang bernilai “0” [1,7,8].
Konversi Citra Hitam-Putih ke Citra Biner dilakukan dengan
operasi thresholding. Operasi ini mengelompokkan nilai derajat
keabuan setiap pixel ke dalam 2 kelas, hitam dan putih. Pada citra hitam-
putih terdapat 256 level, artinya mempunyai skala dari “0” sampai “255”
atau [0, 255], yang dalam hal ini nilai intensitas 0 menyatakan hitam,
dan nilai intensitas 255 menyatakan putih, dan nilai antara 0 sampai 255
menyatakan warna keabuan yang terletak antara hitam dan putih [1,7,8].
0 Hitam
255 Putih
Integral proyeksi adalah metode yang digunakan untuk
mencari daerah atau lokasi dari objek. Metode ini dapat digunakan untuk
mendeteksi batas dari daerah gambar yang berbeda, sehingga kita bisa
mencari daerah lokasi wajah dan fitur-fiturnya. Metode ini juga bisa
disebut dengan integral baris dan kolom dari pixel, karena integral ini
menjumlahkan pixel per baris dan pixel per kolom. Dari metode ini kita
akan dengan mudah untuk menemukan daerah lokasi object yang kita
perlukan [7,8].
5
Differensial merupakan turunan pertama pada hasil integral
proyeksi, sehingga didapatkan tingkat perbedaaan antar baris (dari 0-
255). Inilah yang dipakai dalam memandu navigasi robot dan
menghindari halangan[7,8].
c. Hardware
1. Mikrokontroler
Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari suatu
sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh lebih kecil
dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe,
mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama.
Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang
mengerjakan instruksi-instruksi (program) yang diberikan kepadanya.
Program ini menginstruksikan komputer untuk melakukan jalinan
yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk melakukan tugas yang
lebih kompleks [1,3].
Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard's Risc processor)
standar memiliki arsitektur 8 bit, dimana semua instruksi dikemas
dalam kode 16-bit, dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1
(satu) siklus clock. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction Set
Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC (Complex
Instruction Set Computing). AVR dapat dikelompokkan menjadi
empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga ATSOSxx, keluarga
ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasamya, yang membedakan
masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya [3].
Salah satu tipe mikrokontroler AVR untuk aplikasi standar
yang memiliki fitur memuaskan ialah ATmega32. Di dalam
mikrokontroler Atmega32 sudah terdiri dari :
Saluran I/O ada 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port
D.
6
ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8
channel.
Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan
pembandingan.
CPU yang terdiri dari 32 buah register.
Watchdog Timer dengan osilator internal.
Dua buah timer/counter 8 bit, satu buah timer/counter 16 bit
Internal SRAM sebesar 1 KB.
Memori Flash sebesar 32 KB dengan kemampuan Read
While Write.
Unit interupsi internal dan eksternal.
Port antarmuka SPI.
EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat
operasi.
Antarmaka komparator analog.
4 channel PWM.
32x8 general purpose register.
Hampir mencapai 16 MIPS pada Kristal16 MHz.
Port USART programmable untuk komunikasi serial.
Gambar 1. Susunan Standar 40 pin ATmega 32
7
Berikut penjelasan umum susunan kaki ATmega 32 :
VCC merupakan pin masukan positif catu daya.
GND sebagai pin Ground.
Port.A (PAO … PA7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat
diprogram sebagai pin masukan ADC.
Port B (PBO … PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin
fungsi khusus, yaitu Tirner/Counter, Komparator analog, dan SPI.
Port C (PCO … PC7) merupakan pin I/0 dua arah dan pin
fungsi khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer
Osilator.
Port D (PDO ... PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin
fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan
komunikasi serial.
Reset merupakan pin yang digunakan untuk me-reset
mikrokontroler.
XTAL 1 dan XTAL 2 sebagai pin masukan clock ekstemal.
AVCC sebagai pin masukan tegangan untuk ADC.
AREF sebagai pin masukan tegangan referensi.
2. Sensor Kamera C3038
Sensor kamera C3038 adalah 1/4” modul sensor warna
dengan ouput digital. C3038 ini menggunakan CMOS Omnivision
sensor gambar OV6630. Mengkombinasikan secara bersama-sama
teknologi CMOS dengan mudahnya pengguanaan antarmuka digital
menjadikan C3038 ini sebagai solusi biaya yang murah untuk
kualitas tinggi aplikasi video gambar. Port video digital memasok
aliran data gambar 8 / 16 bit secara terus menerus. Semua fungsi
kamera, seperti paparan, gamma, white balance, matriks warna,
windowing, yang diprogram melalui antarmuka I2C.
8
Gambar 2. Sensor Kamera C3038
Ciri-ciri utama C3038 :
§ 101,376 pixels,dengan format CIF/QCIF
§ Ukuran kecil : 40 x 28 mm
§ Lensa 3.6 mm
§ 8/16 bit data video : ITU601, ITU656, port ZV
§ Tipe Scanning : progressive
§ Data format : YCrCb 4:2:2, GRB 4:2:2, RGB
§ Antarmuka I2C untuk pengaturan gain, white balance, dll
§ Tersedia Monochrome compiste video signal (50Hz)
§ Terintegrasi dengan lensa kamera F2,8
3. Motor DC
Motor DC adalah alat yang dapat mengubah daya listrik DC
menjadi daya mekanik. Apabila pada penghantar yang dialiri listrik
dan terletak diantara dua buah kutub magnet (kutub utara dan kutub
selatan). Maka pada penghantar tersebut akan terjadi gaya yang
menggerakkan penghantar tersebut. Suatu kumparan yang terletak
dalam medan magnet yang arah arus dari kedua sisinya berlawanan
sehingga arah gerak terhadap putaran berbeda selanjutnya akan
menghasilkan gaya gerak putar atau kopel. Semakin besar arusnya
9
maka akan semakin besar kopelnya, juga jika gaya magnetnya makin
kuat kopelnya makin berat. Jika kumparan terletak diantara kutub
magnet yang sedang berputar maka pada kumparan tersebut akan
timbul suatu tegangan dari luar yang disebut gaya gerak listrik (ggl)
lawan. Besar kecilnya ggl lawan tergantung dari tahanan jangkarnya
[2].
Gambar 3. Bagian Motor DC
Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali
kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor
ini dapat dikendalikan dengan mengatur:
Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan
meningkatkan kecepatan
Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan
kecepatan.
4. Blok Diagram Sederhana
10
SENSOR KAMERA
MikrokontrolerAtmega 32
Sinyal Analog
M-DC
MOTOR DRIVERL293D
Sinyal Digital
Sinyal Analog
M-DC
Sinyal Analog
Motor Kanan
Motor Kiri
Gambar 4. Blok Diagram Robot
Pada blok diagram robot tersebut, sensor kamera berada di
bagian depan saja. Sensor ini menghasilkan keluaran berupa sinyal
analog, sehingga sebelum masuk ke mikrokontroler Atmega 32
sinyal tersebut konversi menjadi digital dengan menggunakan ADC
(Analog to Digital Converter).
Melalui program yang ada pada mikrokontroler Atmega 32,
data dari sensor tadi diolah sehingga menghasilkan data kecepatan
motor DC yang sesuai. Hasil keluarannya berupa sinyal digital, oleh
sebab itu diperlukan sebuah driver motor (L293D) untuk
mengkonversikannya ke sinyal analog agar sinyal tersebut dapat
dikenali oleh motor DC.
11
VII. Jadwal Penelitian
NO Uraian Tugas
Mei2011
Juni2011
Juli2011
Agustus2011
September2011
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1. Proposal
2.Studi Literatur / Analisa permasalahan
3.
Alternatif-alternatif permasalahan yang ditemui
4.Analisa pemecahan permasalahan
5.Metodelogi pemecahan permasalahan
6. Penelitian
7.
Analisa & Perancangan pemecahan masalah
8. Bab I
9. Bab II
10. Bab III
11. Bab IV
12
VIII. Daftar Pustaka
[ 1 ] Budiharto W, 2010. Robotika - Teori dan Implementasi. Buku Teks.
Penerbit Andi, Indonesia.
[ 2 ] Pitowarno E, 2006. Robotika Desain, Kontrol dan Kecerdasan
Buatan. Buku Teks. Penerbit ANDI, Indonesia.
[ 3 ] Winoto A, 2010. Mikrokontroler AVR ATMega8/32/16/8535 dan
Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Buku Teks.
Penerbit Informatika. Bandung, Indonesia.
[ 4 ] Syamsa Ardisasmita M, 2003. Pengembangan Robot Mobil Otonom
menggunakan Sistem Kendali Fuzzy dan Jaringan Syaraf Tiruan.
Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan Teknologi Nuklir
XIV, (157-170).
[ 5 ] Floreano, D., Godjevac, J., Martinoli, A., Mondada, F., and Nicoud,
J. D., ___. Design, Control, and Applications of Autonomous
Mobile Robots. Micro-computing Laboratory Swiss Federal Institute
of Technology. Lausanne, Swiss.
[ 6 ] ____, ___. C3038 1/4” Color Sensor Module With Digital Output.
Data sheet.
[ 7 ] Setiawardhana, Sigit, R., dan Dadet Pramadihanto, 2006. Robot
Cerdas Pemadam Api Menggunakan Proyeksi Integral. Seminar
Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2006. Surabaya, Indonesia.
[ 8 ] Baskoro, A. S., Kiswanto, G., dan Santoso, T., 2010. Usulan Sistem
Monitoring Jalur Pengelasan Pada Robot Las Menggunakan
13
Machine Vision. Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin.
Universitas Indonesia. Jakarta, Indonesia.
[ 9 ] Jatmiko, W., Alvissalim, M. S., Febrian, A., dan Dhiemas, 2009.
Metode Lokalisasi Robot Otonom dengan Menggunakan Adopsi
Algoritma Heuristic Searching dan Pruning Untuk Pembangunan
Peta Pada Kasus Search-and-Safe. Jurnal Ilmu Komputer dan
Informasi, Volume 2, Nomor 2.
14