algoritma pendeteksian obstacle dan furniture menggunakan

15
24 BAB III PERANCANGAN SISTEM Bab ini berisi penjelasan mengenai perancangan sistem baik bagian mekanik, perangkat lunak dan algoritma robot, serta metode pengujian yang akan dilakukan. 3.1. Perancangan Mekanik Robot Robot yang dibuat sudah terealisasi secara nyata dan komponen-komponen perangkat keras. Pada bagian ini akan dijelaskan bagian-bagian tersebut sesuai dengan yang ditunjukkan pada gambar 3.1 tampak atas dan gambar 3.2 tampak depan. Gambar X. Realisasi Desain Mekanik Tampak Atas Gambar 3.1. Realisasi Desain Mekanik Tampak Atas 1 2 3 4 5 5 6

Upload: others

Post on 21-Nov-2021

8 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

24

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Bab ini berisi penjelasan mengenai perancangan sistem baik bagian mekanik,

perangkat lunak dan algoritma robot, serta metode pengujian yang akan dilakukan.

3.1. Perancangan Mekanik Robot

Robot yang dibuat sudah terealisasi secara nyata dan komponen-komponen

perangkat keras. Pada bagian ini akan dijelaskan bagian-bagian tersebut sesuai dengan

yang ditunjukkan pada gambar 3.1 tampak atas dan gambar 3.2 tampak depan.

Gambar X. Realisasi Desain Mekanik Tampak Atas

Gambar 3.1. Realisasi Desain Mekanik Tampak Atas

1 2 3 4

5

5

6

Page 2: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

25

Gambar 3.2. Realisasi Desain Mekanik Tampak Depan

Keterangan dari adalah sebagai berikut :

1. Tombol Stop

2. Mic

3. LED Indikator Mic dan Garis

4. Tombol Start

5. LED Indikator Boneka

6. Extinguisher / penyemprot

7. Sensor Jarak SRF04

8. Flame Sensor

9. UVtron

10. Sensor Garis

11. Sensor Suhu TPA81

12. Infrared Proximity Sensor

13. Kaki Robot

3.1.1 Perhitungan Peletakkan Sensor Infrared

Untuk peletakkan kedua buah sensor infrared proximity menggunakan metode

triangulasi dan perhitungan dengan menggunakan aturan sinus. Rumus 3.1 dan 3.2

berikut yang akan digunakan untuk perhitungan dengan keterangan sesuai gambar 3.3.

9

8

7

10

8 12 11

13

Page 3: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

26

Gambar 3.3. Sudut dan Sisi Segitiga yang Terbentuk

…...……………………………. (3.1)

………………………………… (3.2)

Dimana a diketahui sebesar 3 cm yaitu jarak minimal yang dapat dideteksi sensor yang

terdapat pada datasheet, namun kenyataannya ketika diuji dengan cara mengatur

potensio sampai sensor dapat mendeteksi pada jarak sedekat mungkin, lalu jarak

terpendek tersebut diukur dengan penggaris dan didapat sensor memiliki jarak deteksi

terpendek ~6 . Oleh karena itu digunakan a = 6 untuk perhitungan jarak sensor.

Sementara nilai sama dengan β yaitu 150 (batas maksimal sudut deteksi). Untuk nilai γ

adalah 1500 didapat dari 1800 – (2*150) = 1500.

=

L =

L =

L =

L adalah jarak antara kedua sensor infrared proximity dan didapat hasil ~11.5911 cm.

3.1.2 Mekanik

Bagian-bagian robot terdiri dari kepala badan dan kaki yang terbuat dari

alumunium dan acrylic dengan dimensi 29 x 28 x 26 cm dimana sudah memenuhi

aturan pertandingan KRPAI. Dimensi maksimal pada aturan KRPAI adalah 31 x 31 x

27 cm. Bahan tersebut dipilih karena bahan tersebut ringan dan cukup kuat, jadi

apabila robot menabrak dinding, robot tidak akan mengalami kerusakan yang fatal.

Boneka

Sensor Infrared

Page 4: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

27

Untuk bagian depan robot dimana dulu digunakan sebagai tempat sensor infrared

diganti menjadi tempat untuk tpa81 dan flame sensor, dimana dua buah infrared

proximity sensor diletakkan disamping kanan dan kirinya, tempat tersebut terbuat dari

alumunium yang dibaut ke bagian shield robot.

Bagian kepala robot mengalami perubahan dimana dibuat menjadi octagon

dikarenakan ditambahkan SRF04 di bagian delapan robot, selain itu agar bagian

dalamnya lebih luas sehingga dapat meletakkan mikrokontroler dengan baik.

Kemudian untuk lengan kaki robot ketika digunakan untuk trial ternyata ada beberapa

yang bengkok karena tidak kuat menahan body robot yang sekarang sudah menjadi

lebih berat, oleh karena itu digunakan dua buah lengan kaki agar lebih kuat dan tidak

bengkok sewaktu berjalan. Selain itu untuk bagian bawah dimana dulunya

menggunakan sistem minimum arm sebagai servo controller sekarang diganti

menggunakan SSC-32 dan menggunakan sistem minimum ATmega8 sebagai bagian

dari pengendalian dengan SSC-32. Peletakkan ATmega8 berada di tengah-tengah agar

memudahkan untuk menyambungkan antara mikrokontroler atas yang bertindak

sebagai pengirim perintah dan SSC-32 yang bertugas mengeksekusi perintah, selain itu

juga menghemat penggunaan kabel dan meminimalisir adanya error.

Peletakkan SSC-32 di frame bagian tubuh agar jarak antara SSC-32 dengan servo pada

kaki dapat sedekat mungkin, sehingga pergerakan kaki dapat lebih leluasa.

3.1.3 Elektrik

Gambar 3.4. Berikut adalah skema pada bagian servo controller yang

sebelumnya menggunakan ARM m0 diganti menjadi SSC-32 :

Gambar 3.4. Skema Servo Controller

Page 5: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

28

Selain itu terjadi perubahan pada bagian mikrokontroller untuk mengolah data sensor,

dimana sekarang menggunakan 2 buah mikrokontroller ATmega324 dengan

komunikasi USART1 melalui pin TX/RX. Juga perubahan sensor dari GP2D12 menjadi

dua buah infrared proximity sensor ditunjukkan oleh gambar 3.5 dan gambar 3.6.

Gambar 3.5. Skema Komunikasi antar ATmega324 dan SRF04 serta IR Sensor

Gambar 3.6. Sensor GP2D12 (atas) dan Infrared Proximity Sensor (bawah) Robot.

Page 6: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

29

3.2. Perancangan Perangkat Lunak

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang perintah-perintah yang diberikan dari

mikrokontroler ATmega324A master ke ATmega8 sebagai mikrokontroler yang

mengendalikan servo controller SSC-32 serta algoritma pendeteksian boneka dan

furniture.

3.2.1. Perintah-Perintah dari Mikrokontroler Master ke Mikrokontroler Slave

Perintah yang diberikan oleh berupa sebuah fungsi yang berguna untuk

mengatur keluaran dari 4 buah PORTA pada ATmega324 master. Keluaran tersebut

akan diterima oleh mikrokontroler slave ATmega8 dan kemudian ATmega8 akan

memberikan sinyal ke SSC-32 untuk mengatur posisi sudut tiap servo.

Berikut adalah beberapa perintah yang tersedia :

Tabel 3. Perintah Mikrokontroler ATmega324A Master ke Mikrokontroler Atmega8

No Perintah Kondisi Robot

1 PassData(0); Berhenti

2 PassData(1); Maju

3 PassData(2); Mundur

4 PassData(3); Belok Kanan

5 PassData(4); Belok Kiri

6 PassData(5); Rotate Kanan

7 PassData(6); Rotate Kiri

8 PassData(7); Geser Kanan

9 PassData(8); Geser Kiri

10 PassData(9); Bergoyang

Page 7: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

30

Algoritma pendeteksian boneka yang diterapkan pada robot dibagi menjadi dua,

yaitu algoritma pendeteksian yang lama, dan algoritma pendeteksian baru yang

direalisasikan dalam skripsi ini.

3.2.2. Algoritma Lama

Bagian ini menjelaskan tentang algoritma pendeteksian boneka dan furniture

pertama yang digunakan sebelumnya, diagram alir dari algoritma ini adalah sebagai

berikut:

Gambar 3.7. Flowchart Pendeteksian Boneka dan Furniture Lama

Untuk pendeteksian Boneka dan furniture algoritma yang lama seperti pada

flowchart gambar 3.7. Pertama-tama robot melakukan inisialisasi sensor kemudian

mengikuti dinding dan akan melakukan pengecekan apakah robot berada di dalam room

atau tidak untuk mengetahui adanya perubahan dari room ke lorong atau sebaliknya

robot menggunakan sensor garis, disini garis putih digunakan sebagai pintu room. Bila

Tidak

Follow Dinding

Ya

GP2D12

mendeteksi

boneka?

Balik Arah

Tidak

Ya

Room?

Follow Furniture

End

Inisialisasi GP2D12

dan SRF04

Start

Padamkan Api

Page 8: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

31

robot berada di lorong maka data dari sensor infrared GP2D12 akan terus diambil dan

bila nilainya kurang dari batas yang ditentukan atau dengan kata lain ada sesuatu yang

dekat didepan robot, maka robot akan berputar. Pengecekan boneka hanya dilakukan di

lorong saja karena boneka pasti hanya terdapat di dalam lorong dan tidak di dalam

room.

Sedangkan bila robot berada di dalam room, maka robot akan bergerak

mengikuti dinding dengan melakukan gerakan khusus untuk furniture (langkah kecil

dan berjalan pelan-pelan) sampai robot memadamkan api.

3.2.3. Algoritma Baru

Berikut akan dijelaskan tentang algoritma pendeteksian boneka dan furniture

kedua yaitu yang diusulkan untuk tugas akhir yang telah diterapkan pada Kontes Robot

Pemadam Api Indonesia, gambar 3.8 menunjukkan diagram alir dari algoritma ini.

Tidak

Ya

Apakah sudah

pernah

mematikan mati ?

Start

Inisialisasi GP2D12

dan SRF04

B C A D

Follow Dind ing

Page 9: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

32

Tidak

Ya

Ya

Tidak

Tidak

Ya

Ya

Proximity

mendeteksi

boneka?

Daerah

Boneka?

Ya

C B

Home

Ya

Tidak

Cari jalan yang bebas boneka

End

Perempatan?

A

Tidak

C

D

Balik Arah, Simpan

Letak Boneka

Tidak

Ya

Room?

Ya

Pointing Api

Geser ke daerah

tanpa furniture

State Rotasi Robot

Apakah masih

mendeteksi?

Lakukan Gerakan Rotasi 900

Posisikan Robot

Gambar 3.8. Flowchart Pendeteksian Boneka dan Furniture Baru

Tidak

Tidak Apakah Sudah

900 && t idak

ada furniture ?

SRF04 depan

mendeteksi ?

Follow

Page 10: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

33

a. Penjelasan flowchart pendeteksian boneka

Untuk mendeteksi boneka, robot harus dapat memasuki daerah boneka yang

ditentukan dengan nilai dari SRF, baru kemudian menggunakan kedua IR proximity

sensor sehingga robot dapat mengetahui di daerah manakah boneka tersebut berada

dengan menggunakan indikator LED sebagai penanda, sehingga sebisa mungkin tidak

melewati daerah tersebut untuk yang kedua kalinya. Hal ini dilakukan untuk

meminimalisir kemungkinan bila terjadi error komponen sensor yang dapat

menyebabkan robot melewat boneka. Selain itu dengan dibantu oleh pengenalan ruang

robot lebih mudah untuk mengetahui letak boneka. Robot harus bertemu boneka

setidaknya sekali untuk dapat mengetahui letak dari boneka tersebut.

Kemudian setelah memadamkan api, ketika robot akan kembali ke home, robot

sudah mengenali letak boneka, oleh karena itu ketika robot mendeteksi perempatan

(yang dideteksi dengan cara mengecek SRF04 depan, kanan, kiri, dan belakang) maka

robot akan memilih jalan mana yang bebas dari boneka.

Pada gambar 3.9. Berikut ditunjukkan kemungkinan letak boneka yang diberi

simbol huruf 1, 2, dan 3 dimana pada setiap pertandingan hanya terdapat satu boneka

dari kemungkinan ketiga kandidat letak boneka tersebut. Serta jenis boneka yang

digunakan yaitu boneka 1 (abu) dan boneka 2 (coklat) yang ditunjukkan oleh gambar

3.10.

Gambar 3.9. Posisi Kemungkinan Letak Boneka

3

2

1

Page 11: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

34

Gambar 3.10. Boneka 1 (kiri-abu) dan Boneka 2 (kanan-coklat)

b. Penjelasan flowchart pendeteksian furniture

Untuk mendeteksi furniture menggunakan metode scanning dimana gerakan

rotasi akan dilakukan oleh robot sambil mengambil data dari SRF04 depan, rotasi

tersebut dibagi menjadi 2 tahap untuk menentukan daerah 1 atau 2, ketika ada furniture

maka SRF04 akan bernilai kecil dan kurang dari batas yang telah ditentukan. Batas nilai

tersebut didapat dari jarak terpendek ketika robot menghadap tembok. Batas tersebut

dibuat berbeda untuk daerah 1 dan daerah 2 karena bila menggunakan batas yang sama

bisa jadi furniture yang berada pada jarak terjauh robot tidak dapat terdeteksi.

Pembagian tiap room yang dimasuki menjadi 2 bagian dengan aturan sesuai gambar

3.11.

Gambar 3.11. Pembagian Daerah Berdasarkan Letak Room nya

Panah dan garis hitam menandakan robot masuk room 1 dari pintu yang

menghadap ke atas dan pembagian daerahnya sedangkan panah abu-abu robot masuk

Arah Masuk Robot

Page 12: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

35

room 1 dari pintu di sebelah kiri serta pembagian daerahnya. Demikian juga dengan

room 4, panah hitam robot masuk dari pintu yang menghadap ke atas sedangkan panah

abu-abu robot masuk dari pintu yang menghadap ke bawah gambar 3.11.

Ketika SRF04 mendeteksi adanya halangan (nilai data yang dibaca kecil) berarti

terdapat furniture di depan robot pada daerah sesuai dengan tahap rotasi robot tersebut

maka robot akan berhenti berotasi dan robot akan menentukan kearah mana akan

melakukan follow. Bila furniture tersebut terdapat di tengah maka robot dapat

melakukan follow kanan maupun ke kiri.

3.3. Metode Pengujian

Pada bagian ini akan dijelaskan tentang metode-metode yang akan dilakukan

sebagai pengujian dari skripsi yang dibuat. Pengujian akan dibagi menjadi dua bagian,

yaitu pengujian robot mendeteksi adanya boneka yang terletak di lorong kemudian

menghindari boneka ketika akan balik ke home setelah memadamkan api. Kemudian

pengujian kedua adalah untuk mengetahui kemampuan robot dalam mendeteksi adanya

furniture yang terletak di dalam room.

3.3.1 Pengujian Robot Mendeteksi dan Menghindari Boneka

Pengujian mendeteksi boneka dengan menggunakan LED sebagai penanda

boneka tersebut berada. LED warna merah menandakan boneka ada di daerah 1, LED

warna hijau berarti boneka di daerah 2 dan LED warna biru boneka berada di daerah 3

ditunjukkan pada gambar 3.12.

Gambar 3.12. Warna LED Penanda Letak Boneka

X

3

2

1 LED Merah

LED Biru

LED Hijau

X Daerah Perempatan

Page 13: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

36

Pengujian algoritma menghindari boneka dilakukan dengan menggunakan robot

yang bergerak secara otomatis. Robot tersebut diprogram agar dapat menelusuri dinding

dan bila menemukan boneka akan melakukan gerakan berputar menghindari boneka

tersebut serta menyimpan letak boneka tersebut. Kemudian ketika robot akan pulang ke

home, robot akan mencari jalan yang tidak terdapat boneka ketika berada di perempatan

(bagian tengah map yang bertanda X pada gambar 3.12).

Start robot dari room 4 dengan pintu menghadap ke atas, kemudian menelusuri

dinding sampai mendeteksi garis yang merupakan penanda dari pintu pada sebuah

room. Kemudian robot agar bergerak ke arah kiri dan mendeteksi adanya boneka pada

daerah 3. Selanjutnya robot akan berputar balik untuk menghindari boneka tersebut

sekaligus menyalakan LED warna biru yang menandakan ada boneka di daerah 1, data

ini akan disimpan yang selanjutnya digunakan sebagai referensi ketika robot akan balik

home. Kemudian robot akan mengelilingi lapangan dan memadamkan api di room.

Gambar 3.13 berikut menunjukkan cara pengujian.

Gambar 3.13. Pengujian Robot Mendeteksi dan Menghindari Boneka

Alur robot ketika berangkat sebelum memadamkan api

Pancaran sensor ultrasonik SRF04

Alur robot ketika balik ke home setelah memadamkan api

Lilin

Boneka

Robot Berkaki

Page 14: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

37

Pengujian akan dinyatakan gagal apabila menggeser lebih dari batas yang ditentukan

pada peraturan pertandingan [1] atau melewati boneka dan gagal mendeteksi atau menentukan

arah yang tepat pada saat berada di perempatan ketika akan pulang home. Ilustrasi gambar 3.14

Gambar 3.14. Ilustrasi Robot Menggeser Boneka > 1 cm (kiri) dan Robot Melewati Boneka

(kanan)

3.3.2 Pengujian Pendeteksian Furniture pada Robot

Pengujian dilakukan dengan menggunakan robot yang bergerak secara otomatis

dari room 4, kemudian keluar menemukan boneka kemudian berbalik dan melanjutkan

follow kiri pada dinding, ketika memasuki room 1 maka robot akan melakukan

scanning. Robot akan mendeteksi dimana letak furniture tersebut apakah berada di

daerah 1 atau 2. Penanda dari daerah tersebut menggunakan sebuah 7 segmen. Langkah

selanjutnya adalah robot menentukan akan follow ke kanan atau kiri tergantung letak

furniture tersebut.

Pengujian dinyatakan gagal apabila robot salah mendeteksi ada atau tidaknya

furniture maupun salah mendeteki daerah furniture. Selain itu robot tidak dapat

melakukan follow sesuai dengan syarat yang telah ditentukan. Ilustrasi pengujian pada

gambar 3.15 dan gambar 3.16.

>1 cm

>1 cm

Page 15: Algoritma Pendeteksian Obstacle dan Furniture Menggunakan

38

Gambar 3.15. Ilustrasi Robot Ketika Mendeteksi Adanya Furniture

Gambar 3.16. Ilustrasi Robot Ketika Tidak Mendeteksi Adanya Furniture

Pancaran Sensor srf04 Furniture

Lilin Pancaran Infrared Proximity Sensor