ALGORITMA PLANNING PADA ROBOT PEMADAM API BERODA UNTUK

KEMBALI KE POSISI AWAL DENGAN PENGHITUNG JUMLAH RUANGAN YANG

DITELUSURI

oleh

Feliks Wida Satyamarda

NIM : 622012002

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Sistem Komputer

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Juli 2016

i

INTISARI

Algoritma planning robot pemadam api beroda dirancang khusus untuk menghadapi

Kontes Robot Pemadam Api kategori beroda tahun 2016. Robot bergerak secara

autonomous untuk menemukan dan memadamkan api dalam waktu kurang dari 3 menit.

Robot melakukan start berada di salah satu ruangan dan setelah memadamkan api, robot

akan kembali ke ruangan di mana start berada dalam waktu kurang dari 2 menit.

Robot bergerak menelusuri labirin, di mana terdapat 4 buah ruangan di dalamnya.

Posisi start berada di dalam salah satu ruangan. Dari dalam ruangan, robot bergerak keluar

mencari ruangan yang terdapat api. Robot akan menghitung ruangan yang telah dilewatinya,

sehingga saat menemukan api dan berhasil memadamkannya robot dapat kembali ke

ruangan di mana start berada. Untuk kembali ke ruangan start terdapat 2 algoritma, lebih

dari 2 ruangan yang dilewati, atau kurang dari 2 ruangan. Saat kurang dari 2 ruangan, maka

robot kembali ke ruangan start dengan melewati jalur yang sama saat mencari ruangan yang

ada api. Tetapi bila lebih dari 2 ruangan yang telah dilewati, maka robot akan melanjutkan

jalur penelusuran.

Pengujian dilakukan pada 144 konfigurasi lapangan, di mana setiap konfigurasi

lapangan dilakukan pengujian sebanyak 3 kali. Robot berhasil memadamkan api dengan

persentase keberhasilan 99,76 % dengan rata-rata waktu yang dibutuhkan sebesar 32,18

detik. Persentase keberhasilan robot kembali ke posisi start sebesar 90,07 % dengan

memerlukan waktu rata-rata sebesar 19,12 detik. Jarak antar ruangan paling dekat yang

ditempuh robot adalah dari ruangan 1 ke ruangan 2. Sedangkan jarak terjauh ada di antara

ruangan 3 ke ruangan 4. Untuk menempuh jarak terdekat antar ruangan, robot memerlukan

36 iterasi, dan untuk jarak terjauh memerlukan 261 iterasi. Saat robot berhasil mendeteksi

adanya api pada sebuah ruangan, robot memerlukan 51 iterasi untuk mendapatkan letak titik

api. Untuk mendekati ke titik api hingga api berhasil memadamkan, robot memerlukan 14

iterasi.

ii

ABSTRACT

Planning algorithms are specifically designed for wheeled robot in Indonesian Fire

Fighting Robot Contest wheeled category 2016. The robot move autonomously to locate and

to extinguish the fire in less than 3 minutes. Robot starting to move from a room and after

extinguishing the fire, the robot can return back to the room start in less than 2 minutes.

The robot moves through the maze, where there are 4 rooms. The start position is

located in one of the rooms. From inside the room, the robot moves out looking for a room

where there is a fire. The robot counting the rooms that has been passed, so when it finds the

fire and managed to extinguished it, the robot can return back to start posisition. To return

to starting room there are two algorithms, more than 2 rooms are passed, or less than 2

rooms. If it moves less than 2 rooms, then the robot returnback to start to pass through the

same path when searching the room where there is a fire. But if more than two rooms that

have been passed, the robot will follow the search path.

Testing done in 144 configurations, where each configuration tested 3 times. Robot

is able to extinguish the fire with percentage 99.76% in the average time 32.18 seconds.

Robot is able to successfully return back to the start position with percentage 90.07% in the

average time 19.12 seconds. The nearest distance between each pair of rooms is from room

1 to room 2. The farthest distance is between room 3 and room 4. For the nearest distance

the robot requires 36 iterations, and the farthest distance requires 261 iterations. When the

robot successfully detects the presence of fire in a room, the robot requires 51 iterations to

find the location of the fire. To approach to the point of the fire until the fire was

extinguished, the robot requires 14 iterations.

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan karunia yang

selalu menyertai penulis selama menempuh pendidikan sampai penyelesaian tugas akhir ini

sebagai syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen

Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak

baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu penulis dalam menyelesaikan

tugas akhir ini:

1. Tuhan Yesus yang selalu menyertai dan menuntun penulis sehingga dapat

menyelesaikan skripsi ini dengan baik.

2. Solafide Dwi Suyono sebagai mekanik yang membantu dalam proses pembuatan

tugas akhir.

3. Papah Suwidya Yakub, dan mamah Dani Sulistyaningsih, orangtua terhebat

yang selalu mendukung dan mendoakan penulis dalam segala hal.

4. Pembimbing R2C Bapak Daniel Santoso, M.S , Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng ,

dan Deddy Susilo, M.Eng yang ikut memberikan ide, masukan, dan saran pada saat

pengerjaan robot.

5. Pembimbing I Bapak Banu Wirawan Yohanes, M.CompSc, Pembimbing II

Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng yang telah memberikan saran,

membimbing, mengarahkan, memberikan saran kepada penulis selama mengerjakan

tugas akhir.

6. Adikku Hana Wida Mardarita dan si kecil Ivana Wida Mardaneta yang selalu

mendoakan dan memberikan semangat sehingga penulis dapat menyelesaikan

studinya.

7. R2C – Aphrodite 2014, R2C- EOS 2015, dan R2C – EOS 2016, Mas Januar “Jamet”

2010, Mas Boti 2011, koh Frans 2011, Solafide 2012, Albert 2013, Dani 2014 dan

Victor “Mamun” 2014 atas pengalaman dan kerja kerasnya dalam tim KRPAI

Beroda R2C FTEK.

8. Keluarga besar tim R2C yang lainnya dalam riset dan memberikan pengalaman

yang tidak terlupakan selama persiapan Kontes Robot Indonesia. “MY TEAM IS

MY BLOOD”

iv

9. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis selama

belajar di FTEK UKSW.

10. Keluarga besar 2012 sebagai teman seperjuangan yang selalu memberikan dukungan

pada penulis.

11. Saudara-saudari Gereja Kerasulan Baru sidang Karangduren yang sudah

memberikan dukungan dan doanya pada penulis dalam menyelesaikan tugas akhir

ini.

12. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan terima

kasih.

Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini jauh dari kata sempurna, oleh karena itu

penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca sehingga tugas akhir ini dapat berguna

bagi kemajuan FTEK UKSW dan tim R2C FTEK.

Salatiga, 12 Juni 2016

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI ............................................................................................................................. i

ABSTRACT ........................................................................................................................ ii

KATA PENGANTAR ........................................................................................................ iii

DAFTAR ISI ....................................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................................ viii

DAFTAR SINGKATAN .................................................................................................... ix

BAB 1 PENDAHULUAN ................................................................................................... 1

1.1. Tujuan ....................................................................................................................... 1

1.2. Latar Belakang .......................................................................................................... 1

1.2.1. Pendahuluan ....................................................................................................... 1

1.2.2. Permasalahan ...................................................................................................... 1

1.3. Batasan Masalah ....................................................................................................... 2

1.4. Sistematika Penulisan ............................................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI ...................................................................................................... 4

2.1. Kajian Pustaka ..................................................................................................... 4

2.1.1. Perbandingan Algoritma Flood-Fill dengan Algoritma Backtraking dalam

Pencarian Jalur Terpendek pada Robot Micromouse .................................................. 4

2.1.2. Analisis dan Implementasi Algoritma Reinforcement Learning untuk Masalah

Pemetaan Ruangan dan Pencarian Jalur Tercepat Robot Cerdas Pemadam Api ......... 4

2.1.3. Algoritma Penjelajahan Peta Robot Pemadam Api Beroda untuk menemukan

dan Memadamkan Api . ............................................................................................... 5

2.1.4. Path Planning of Mobile Robot Using Fuzzy Potential Field Method ......... 5

2.2. Mikrokontroler ATMega 128 .............................................................................. 6

2.3. Sensor Jarak SRF-04 ............................................................................................ 7

2.4. Rotary Encoder 30:1 Metal Gear Motor .............................................................. 8

2.5. Kompas Digital .................................................................................................... 8

2.6. Sensor Ultraviolet (UV-Tron) .............................................................................. 9

2.7. TPA81 Thermopile Array .................................................................................... 9

2.8. Flame Sensor ...................................................................................................... 10

2.9. Bentuk dan ukuran lapangan pertandingan ........................................................ 11

2.10. Posisi Start ...................................................................................................... 12

2.11. Assessori lapangan .......................................................................................... 13

2.12. Bonus Yang Berlaku ...................................................................................... 15

vi

2.13. Penalti ............................................................................................................. 16

2.14. Cara perhitungan nilai .................................................................................... 17

2.15. Contoh perhitungan ........................................................................................ 17

BAB III PERANCANGAN .............................................................................................. 18

3.1. Sistem Kontrol Robot ......................................................................................... 18

3.2. Perancangan Perangkat Keras ............................................................................. 19

3.2.1. Bentuk Fisik Robot ...................................................................................... 19

3.2.2. Mikrokontroler ATMega128 ....................................................................... 20

3.2.3. Sensor Jarak SRF04 dan Infrared ................................................................ 20

3.2.4. Sensor Ultraviolet (UV-Tron) , Sensor Api TPA81 dan Flame Sensor ...... 20

3.2.5. Sensor Navigasi ( CMPS03 ) dan Rotary Encoder ..................................... 21

3.3. Perancangan Perangkat Lunak ............................................................................ 22

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS ............................................................. 26

4.1. Metode Pengujian ............................................................................................... 26

4.2. Pengujian Berat Robot ........................................................................................ 27

4.3. Pengujian Algoritma ........................................................................................... 27

4.3.1. Presentase Pengujian Algoritma .................................................................. 33

4.4. Analisis algoritma dalam pencarian ruangan dan memadamkan api .................. 35

4.4.1. Pengujian analisis algoritma pencarian ruangan ......................................... 35

4.4.2. Pengujian analisis algortima pemadaman api .............................................. 36

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................ 38

5.1. Kesimpulan ........................................................................................................ 38

5.2. Saran Pengembangan .......................................................................................... 38

Daftar Pustaka ................................................................................................................... 39

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2. 1. Modul Mikrokontroler ATMega128 ............................................................. 6

Gambar 2. 2. Sensor SRF04 ............................................................................................... 7

Gambar 2. 3. Motor Pololu dengan Rotary Encoder .......................................................... 8

Gambar 2. 4. CMPS03 ........................................................................................................ 9

Gambar 2. 5. Sensor UV-Tron .......................................................................................... 9

Gambar 2. 6. Batas Pembacaan UV-tron ............................................................................ 9

Gambar 2. 7. TPA 81 ........................................................................................................ 10

Gambar 2. 8. Sudut pandang TPA81 ................................................................................ 10

Gambar 2. 9. Flame Sensor .............................................................................................. 10

Gambar 2. 10. Bentuk dan ukuran peta ............................................................................. 11

Gambar 2. 11. Peletakkan karpet pada peta ...................................................................... 11

Gambar 2. 12. Gambar kemungkinan bentuk peta ........................................................... 12

Gambar 2. 13. Kemungkinan Start Robot. ....................................................................... 13

Gambar 2. 14. Kemungkinan Letak Boneka .................................................................... 13

Gambar 2. 15. Kandidad posisi furniture ......................................................................... 14

Gambar 2. 16. Bentuk dan ukuran lilin yang digunakan ................................................... 14

Gambar 3. 1. Blok Diagram Sistem ................................................................................... 18

Gambar 3. 2. Rancangan Fisik Robot ................................................................................ 19

Gambar 3. 3. Realisasi Fisik Robot ................................................................................... 19

Gambar 3. 4. Peletakan sensor jarak SRF04 ..................................................................... 20

Gambar 3. 5. Peletakan sensor jarak infrared .................................................................... 20

Gambar 3. 6. Peletakan sensor jarak TPA81,flame sensor,dan UV-Tron ......................... 21

Gambar 4. 1. Konfigurasi keseluruhan lapangan .............................................................. 26

Gambar 4. 2. Grafik persebaran waktu saat memadamkan api ......................................... 34

Gambar 4. 3. Grafik persebaran waktu saat return trip ..................................................... 34

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1. Perbandingan Algoritma Flood-Fill dengan Algoritma Backtraking ..................... 4

Tabel 2.2. Pengkabelan motor dan rotary encoder .................................................................. 8

Tabel 2.3. Room Factor ......................................................................................................... 16

Tabel 4. 1. Hasil pengujian Start di ruang 1 .......................................................................... 27

Tabel 4. 2. Hasil Pengujian Start di ruang 2 ......................................................................... 29

Tabel 4. 3. Hasil Pengujian Start di ruang 3 .......................................................................... 30

Tabel 4. 4. Hasil Pengujian Start di ruang 4 .......................................................................... 32

Tabel 4. 5. Hasil pengujian analisis algoritma pencarian ruangan ........................................ 36

Tabel 4. 6. Hasil pengujian analisis algoritma pemadaman api ........................................... 37

ix

DAFTAR SINGKATAN

KRPAI Kontes Robot Pemadam Api Indonesia

R2C Robotic Research Center

APF Artificial Potensial Field

CPU Central Processing Unit

RAM Random Access Memory

ROM Read Only Memory

I/O Input/Output

PC Personal Computer

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

PWM Pulse Width Modulation

USART Universal Synchronous and Asynchronous serial Receiver and

Transmiter

SPI Serial Paralel Interface

I2C Inter Integrated Circuit

TCFFHR Trinity College Fire-Fighting Home Robot

OM Operating Mode

RF Room Factor

AT actual time

PP Penalty

OS Operating Score

MF Mode Factor