bab ii dasar teori -...
Post on 06-Mar-2019
219 Views
Preview:
TRANSCRIPT
7
BAB II
DASAR TEORI
Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan
dalam merealisasikan sistem. Teori-teori yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri
dari kajian pustaka, konsep dasar sistem, mikrokontroler ATMega324 dan ATMega8, sensor
jarak SRF04 dan IR sensor, Sensor garis, Servo Controller SSC-32 Ver 2.0, dan aturan
pertandingan.
2.1. Kajian Pustaka
a. Penerapan Inverse Kinematic Pada Pengendalian Gerak Robot[1] (D.Y.Habibi
2012)
Algoritma inverse kinematic diimplementasikan untuk mengatur
pergerakan robot hexapod yang memiliki 3 derajat kebebasan. Dengan
menggunakan perhitungan inverse kinematic, pergerakan robot menjadi lebih
halus dan lebih akurat, serta lebih cepat. Setiap kaki memiliki perhitungan yang
dilakukan untuk memperoleh sudut yang harus dibentuk oleh servo sehingga
membentuk bentuk kaki yang diinginkan, yang dapat digunakan untuk
melangkah dengan baik.
Pola pergerakan langkah berjalan (gait) dengan metode tripod dirasa
merupakan pola yang paling efisien yang dapat digunakan untuk berjalan.
Dengan menggunakan gait tripod, dapat diperoleh kecepatan maksimum robot
yang melebihi kecepatan dibandingkan dengan menggunakan gait lainnya.
b. Pengendalian Robot Berkaki Enam Penjejak Dinding Menggunakan Metode
Kontrol Proporsional Derivatif[2] (E.Nashrullah, A.Triwiyatno, dan B.Setiyono
2013)
Pada jurnal ini penulis membahas mengenai algoritma penelusuran dinding
secara sederhana, yang dinyatakan dalam pembentukan sebuah robot berkaki
enam (hexapod) dengan menggunakan Mikrokontroler ATMega32 sebagai
komponen pengendali sistem. Bahasa yang digunakan adalah bahasa C, karena
8
dirasa merupakan bahasa yang cukup umum. 18 servo digunakan sebagai
aktuator kakinya, dengan pembagian setiap kaki terdiri atas 3 servo.
Pembacaan jarak menggunakan sensor ultrasonik, yang diletakkan pada
servo mini untuk proses pemindaian. Metode kontrol proporsional dan derivatif
digunakan untuk mengendalikan sinyal belok berdasarkan nilai kesalahan
terhadap referensi yang dihasilkan. Berdasarkan hasil pengujian, robot hexapod
dapat menjejak dinding dengan baik.
c. Hexagonal Structure Hexapod Robot: Developing a Method for Omni-
directional Navigation[3] (Md.M.Billah, M.Ahmed, Md.R.Khan, dan S.Farhana
2009)
Dalam jurnal ini penulis membahas mengenai struktur segi enam robot
berkaki enam dan metode pergerakan yang dipergunakan untuk membuat robot
yang dapat bergerak secara omni-directional.
Pada pergerakan omni-directional tentunya dapat mempercepat pergerakan
robot dan menghilangkan pergerakan yang tidak diperlukan, namun juga terdapat
masalah yaitu adanya kemungkinan terjadi kejadian tabrakan antar kaki.
Algoritma yang ada telah dipakai oleh penulis untuk meendeteksi apakah ada
kaki yang akan bertabrakan apabila sebuah kaki hendak menelusuri jalurnya yang
telah ditentukan. Algoritma tersebut telah berhasil diterapkan pada robot yang
memiliki gait tripod, sedangkan untuk gait lainnya masih diperlukan tahap
pengembangan yang lebih lanjut.
9
2.2. Konsep Dasar Sistem
Gambar 2.1. Blok Diagram Sistem.
Blok diagram sistem di atas dapat di bagi menjadi beberapa bagian, yaitu pengendali
utama, pembaca, pemadam api, penggerak, dan sumber daya listrik.
1. Pengendali Utama
Mikrokontroler utama adalah bagian dari pengendali utama. Mikrokontroler
dalam robot ini berfungsi sebagai penerima data dari pembaca, pemroses data
tersebut, dan pengeksekusi perintah kepada penggerak untuk menjalankan
algoritma yang ada.
2. Pembaca
Pada bagian ini, terdiri atas beberapa sensor dan perangkat keras, yaitu:
a. Sound Activation
Perangkat ini digunakan untuk memberikan sinyal kepada robot apabila
menerima sinyal suara diantara 3.5 KHz – 4 KHz. Sinyal tersebut kemudian
akan diproses oleh pengendali utama.
Servo
Controller
Mikrokontroler
Utama
ATMega324
Sound
Activation Tombol Start
Sensor Jarak
SRF04
Sensor Pendeteksi Api
UVTRON
Power
Supply
Driver
Penyemprot
(Extinguisher)
Tombol Stop
Sensor Boneka IR sensor
Sensor
Pendeteksi
Suhu
TPA81 &
Sensor Api
ATMega324
ATMega8
Servo
SSC-32
Sensor Garis
10
b. Tombol Start
Tombol yang digunakan untuk menjalankan robot apabila sound activation
tidak dapat bekerja.
c. Tombol Stop
Tombol yang digunakan untuk menghentikan robot atau mereset robot.
d. Sensor Jarak
Sensor jarak pada robot menggunakan SRF04, yang digunakan untuk
mengetahui jarak antara dinding dengan sensor. Data yang diperoleh oleh
sensor selanjutnya dikirim ke pengendali utama sebagai bahan untuk
algoritma telusur dinding. Sensor Jarak IR sensor digunakan untuk
mendeteksi boneka penghalang.
e. Sensor Garis
Sensor garis pada robot menggunakan LED dan photodioda. Data yang
diperoleh selanjutnya dikirim ke pengendali utama untuk mengetahui posisi
robot berada di atas garis atau Home.
f. Sensor Pendeteksi Api
Sensor pendeteksi api atau pendeteksi sinar UV pada robot menggunakan
sensor UVTRON. Sensor ini akan mengirimkan sinyal pada pengendali
utama ketika menemukan sumber api dengan jarak tertentu.
g. Sensor Suhu dan Sensor Api
Sensor suhu pada robot menggunakan TPA81, digunakan untuk mendeteksi
suhu di sekitar robot. Apabila posisi robot telah dekat dengan sumber api
yang ditandai dengan meningkatnya suhu disekitarnya, maka sensor suhu
akan mengirimkan sinyal kepada pengendali utama. Sensor api bertujuan
untuk memberikan tanda apabila telah menemukan api pada jarak yang telah
ditentukan.
3. Pemadam api
Pada bagian ini, terdapat driver beserta dengan penyemprot air. Driver motor
digunakan untuk memberikan arus langsung dari sumber listrik jika memperoleh
11
sinyal dari pengendali utama, sedangkan penyemprot air untuk memadamkan api
dengan menggunakan air.
4. Penggerak
Pada bagian ini terdapat Servo Controller untuk mengontrol servo sebagai alat
gerak utama robot, yang terdiri atas ATMega8 dan SSC-32. Servo controller
akan mendapatkan perintah dari pengendali utama untuk melakukan suatu gerak
tertentu, yang perintah tersebut diproses oleh ATMega8 untuk proses kalkulasi,
lalu akan memberikan perintah kepada SSC-32 yang akan mengirimkan sinyal
kepada servo untuk bergerak menuju sudut tertentu.
5. Sumber Daya Listrik
Sumber daya listrik yang digunakan adalah baterai lithium polymer 12 volt yang
disambungkan dengan regulator DC to DC untuk memperoleh tinggi tegangan
sesuai yang dibutuhkan masing – masing perangkat keras.
2.3. Mikrokontroler ATMega324
Mikrokontroler ATMega324 merupakan salah satu mikrokontroler dalam keluarga
AVR yang diproduksi oleh Atmel Corporation. Fasilitas – fasilitas yang dimiliki oleh
ATMega324 adalah sebagai berikut [4]:
1. Memori flash sebesar 32 KB.
2. 1 KB EEPROM.
3. 2 KB SRAM.
4. Tiga buah timer/counter.
5. Delapan saluran 10-bit ADC.
6. Serial USART.
7. Interupsi internal/external.
8. 32 saluran input/output ( PORTA, PORTB, PORTC, PORTD).
Gambar 2.2 menunjukkan konfigurasi pin pada ATMega324.
12
Gambar 2.2. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega324 [4]
Berikut penjelasan pin ATMega324:
1. PA0-PA7 adalah delapan saluran port A, port ini dapat difungsikan sebagai
saluran input/output. Port A juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai port
Analog to Digital Converter (ADC).
2. PB0-PB7 adalah delapan saluran port B, port ini dapat difungsikan sebagai
saluran input/output. Port B juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai SPI, chip
clock oscilator dan timer/counter.
3. PC0-PC7 adalah delapan saluran port C, port ini dapat difungsikan sebagai
saluran input/output. Port C juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai protokol
I2C.
4. PD0-PD7 adalah delapan saluran port D, port ini dapat difungsikan sebagai
saluran input/output. Port D juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai
komparator analog, timer/counter, dan komunikasi serial (USART).
5. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi masukan daya sebesar 5 volt.
6. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC.
7. GND adalah pin ground.
8. AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC.
13
2.4. Mikrokontroler ATMega8
Mikrokontroler ATMega8 termasuk dalam mikrokontroler keluarga AVR yang
dibuat oleh Atmel Corporation. Fasilitas-fasilitas yang dimiliki oleh ATMega8 adalah
sebagai berikut[5]:
1. Memori flash sebesar 8 KB.
2. 512 Byte EEPROM.
3. 1 KB SRAM.
4. Tiga buah timer/counter.
5. Enam saluran 10-bit ADC.
6. Serial USART.
7. Interupsi internal/external.
8. 23 saluran input/output ( PORTB, PORTC, PORTD).
Gambar 2.3. menunjukkan konfigurasi pin mikrokontroler ATMega8.
Gambar 2.3. Konfigurasi pin mikrokontroler ATMega8 [5]
Penjelasan Pin ATMega 8 adalah sebagai berikut:
1. PB0-PB7 adalah delapan saluran port B, port ini dapat difungsikan sebagai
saluran input/output. Port B juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai SPI, chip
clock oscilator dan timer/counter.
14
2. PC0-PC6 adalah tujuh saluran port C, port ini dapat difungsikan sebagai saluran
input/output. Port C juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai protokol I2C,
RESET, dan Analag to Digital Converter (ADC).
3. PD0-PD7 adalah delapan saluran port D, port ini dapat difungsikan sebagai
saluran input/output. Port D juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai
komparator analog, timer/counter, saluran interupsi external, dan komunikasi
serial (USART).
4. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi masukan daya sebesar 5 volt.
5. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC.
6. GND adalah pin ground.
7. AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC.
2.5. Sensor Jarak SRF04
SRF04 adalah sensor yang dapat mengukur jarak benda atau objek yang ada di
depannya. Sensor ini bekerja dengan sinyal ultrasonik (40KHz) dengan mengirimkan pulsa
selama 10 mikrodetik. Sinyal akan dipantulkan ke objek yang ada di depan sensor tersebut
dan akan diterima oleh modul yang sama. Waktu yang ditempuh untuk proses pemancaran
sinyal disebut echo. Echo berbentuk sinyal high pada keluaran modul sensor, lamanya sinyal
echo ini akan menunjukkan jarak benda terhadap sensor. Lebar pulsa echo antara 100
mikrodetik – 18 milidetik dan sebanding dengan jarak 3 sentimeter – 3 meter.
Penulis menggunakan sensor jarak SRF04 sebagai sensor untuk navigasi robot.
Sensor ini dipilih karena mempunyai spesifikasi yang sesuai dengan kebutuhan tugas akhir
ini. Spesifikasi yang dimiliki SRF04 diantaranya[6]:
1. Bekerja pada level tegangan 5 volt.
2. Arus yang dibutuhkan 30 - 50 miliampere.
3. Mengukur jarak antara 3 sentimeter – 3 meter.
4. Keluaran berupa tegangan TTL.
5. Dimensi 43 mm x 20 mm x 17 mm.
15
Data – data dari sensor SRF04 ini adalah sebagai berikut[8]:
Tabel 2.1. Data-Data Sensor Jarak SRF04.
Jarak
Benda(cm)
Data
Sensor(cm)
Perbedaan
(cm)
Jarak
Benda(cm)
Data
Sensor(cm)
Perbedaan
(cm)
3 3,1 0,1 32 32,1 0,1
4 4 0 33 33,2 0,2
5 5,1 0,1 34 34,1 0,1
6 6,1 0,1 35 35,2 0,2
7 7 0 36 36,1 0,1
8 8,1 0,1 37 37,1 0,1
9 9,1 0,1 38 38,2 0,2
10 10,1 0,1 39 39 0,0
11 11 0 40 40,1 0,1
12 12,1 0,1 41 41,2 0,2
13 13,1 0,1 42 41,9 0,1
14 14,1 0,1 43 42,8 0,2
15 15 0 44 44 0,0
16 16 0 45 45,1 0,1
17 17,2 0,2 46 46,2 0,2
18 18,1 0,1 47 47,1 0,1
19 18,9 0,1 48 48,2 0,2
20 20 0 49 49 0,0
21 21,1 0,1 50 50 0,0
22 22,2 0,2 60 60,2 0,2
23 23,1 0,1 70 69,8 0,2
24 23,9 0,1 80 79,9 0,1
25 25 0 90 90,3 0,3
26 26,2 0,2 100 99,8 0,2
27 27,1 0,1 110 109,7 0,3
16
28 28,1 0,1 120 120,3 0,3
29 29,1 0,1 130 130,3 0,3
30 30,2 0,2 140 140,1 0,1
31 31 0 150 150,2 0,2
Gambar 2.4. Sensor SRF04 [6].
2.6. Sensor Infrared (IR Sensor)
Sensor yang digunakan untuk mendeteksi boneka pada lapangan pertandingan
KRPAI adalah Adjustable Infrared Sensor Switch. Sensor ini merupakan satu set dari
transmitter dan receiver yang menggunakan LED Infrared. Spesifikasi dari sensor ini adalah
sebagai berikut[7]:
1. Bekerja pada level tegangan 5 volt.
2. Mengukur jarak antara 3 cm – 80 cm yang dapat diset.
3. Keluaran berupa keluaran digital, dimana “0” merupakan kondisi saat sensor
menemukan penghalang dan “1” merupakan kondisi dimana tidak ada
penghalang.
Gambar 2.5. Sensor Infrared [7].
17
2.7. Sensor Garis
Sensor garis adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya warna putih dan
hitam pada lapangan pertandingan KRPAI. Sensor ini sangat membantu robot untuk
mengenali pintu ruangan yang ditunjukkan dengan adanya garis putih atau juring lingkaran
tempat lilin berada. Sensor ini terdiri dari rangkaian resistor, LED, dan photodioda seperti
pada gambar 2.6.
Gambar 2.6. Rangkaian Sensor Garis.
Pada rangkaian diatas, apabila LED memancarkan cahaya ke permukaan bidang
berwarna hitam dan cahaya tersebut akan diterima photodioda. Hal ini menyebabkan
resistansi pada photodioda akan menjadi besar (diasumsikan tak terhingga) dan
mengakibatkan tidak ada arus yang masuk ke output. Sedangkan sebaliknya, bila cahaya
pantulan pada bidang putih yang diterima photodioda, menyebabkan resistansi pada
photodioda akan menjadi kecil dan mengakibatkan ada arus yang masuk ke output. Sehingga,
akan ada tegangan pada output yang bermacam-macam tergantung pada warna permukaan
bidang yang dipantulkan oleh LED dan diterima photodioda[8].
Tegangan-tegangan output yang bermacam-macam ini akan diolah datanya dengan
Atmega324. Dengan memanfaatkan fasilitas ADC 10-bit pada Atmega324, tegangan output
yang analog akan dikonversikan ke digital. Sehingga, nilai-nilai tiap mengenai permukaan
tertentu akan terbaca.
18
Pada robot digunakan enam buah sensor garis yang diletakkan sepanjang tubuh robot,
dan berada pada bagian bawah robot. Penggunaan tujuh buah sensor garis supaya robot
mudah membedakan antara garis putih pintu ruangan atau juring Home. Peletakan tujuh buah
sensor garis dapat dilihat pada gambar 2.7.
Gambar 2.7. Peletakan Tujuh Buah Sensor Garis.
Data – data yang didapat dari sensor garis adalah sebagai berikut:
Tabel 2.2. Data-Data Sensor Garis.
Depan
Kiri
Depan
Kanan
Depan
Tengah
Kiri
Tengah
Kanan
Tengah
Belakang
Tengah
Kanan
Tengah
Putih 1023 824 1023 1023 1020 1023 1023
Hitam 449 80 318 315 216 260 280
19
2.8. Servo Controller SSC-32 Ver 2.0
Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer dalam chip tunggal[9].
Mikrokontroler mempunyai fungsi yang lebih spesifik dibandingkan dengan Personal
Computer (PC).
Dalam tugas akhir ini, digunakan servo controller SSC-32 Ver 2.0 sebagai servo
controller. Servo controller SSC-32 merupakan sebuah modul khusus yang dibuat
sedemikian rupa untuk mengatur pergerakan servo secara lebih akurat dan lebih mudah.
Berikut adalah spesifikasi dari SSC-32[10]:
1. Menggunakan mikrokontroler Atmel ATMEGA168-20PU.
2. Bekerja dengan kecepatan 14,75MHz.
3. Memiliki 32 output yang dapat digunakan sebagai servo atau TTL.
4. Memiliki 4 input analog atau digital.
5. Membutuhkan arus sebesar 31mA.
6. Menggunakan serial DB9F sebagai komunikasi dengan PC.
Gambar 2.8. SSC-32[10].
20
2.9. Aturan Pertandingan
Pada KRPAI 2016 ini, panitia pelaksana memiliki peraturan yang berbeda dari tahun
sebelumnya dan mengadopsi pada Trinity College Fire Fighting Home Robot Contest,
peraturannya sebagai berikut[11]:
1. Pada KRPAI tahun 2016 ini, sistem perlombaan dibuat sebagai berikut, dengan
metode time trial:
Bagian lapangan yang digunakan adalah hanya 1 sisi lapangan dengan
jumlah room adalah 4.
Mode start yang digunakan adalah non arbitrary start atau arbitrary start
(opsional).
Ada room factor.
Penggunaan aksesori lapangan bersifat opsional.
Jumlah lilin yang harus dipadamkan adalah 1 lilin.
Waktu yang disediakan adalah 3 menit.
2. Lapangan terbuat dari papan multipleks dengan tebal 2 cm. Bentuk dan ukuran
lapangan pertandingan dapat dilihat pada Gambar 2.9.
Gambar 2.9. Bentuk dan Ukuran Lapangan [11, h.50].
21
3. Assesori lapangan yang akan digunakan adalah sebagai berikut :
a. Boneka
Boneka berbentuk boneka anjing atau kucing yang akan menghalangi 50
– 70% lebar lorong. Jika menyentuh boneka tidak ada penalti, tetapi
menggeser boneka lebih dari 1 cm akan mendapat penalti. Jika melewati
boneka diskualifikasi. Berat boneka 500 gr. Jumlah boneka 1.
Gambar 2.10. Bentuk dan Ukuran Boneka [11, h.22].
b. Furniture
Furniture mensimulasikan peralatan yang berada dalam suatu ruangan.
Furniture berbentuk silinder berwarna kuning terang (R:255, G:255, B:0)
dengan diameter 11 cm, tinggi 30 cm, dan berat lebih dari 1 kg. Posisi
furniture tidak akan menghalangi pintu masuk ruang dan robot berukuran
maksimum akan bisa masuk ke ruang paling tidak separuh body robot
sebelum menemukan furniture. Furniture bisa menghalangi pandangan
robot ke lilin. Robot boleh menyentuh furniture, tetapi tidak boleh
menggeser letak furniture. Robot yang menggeser furniture lebih dari 5
cm akan mendapat penalti.
22
Gambar 2.11. Bentuk dan Ukuran Furniture [12, h.53].
c. Api
Api akan disimulasikan dengan nyala lilin. Tinggi lilin adalah 15 sampai
20 cm dari lantai. Peserta tidak boleh mengukur tinggi lilin sebelum
pertandingan dimulai. Diameter lilin antara 2 – 3 cm. Tinggi dan besarnya
nyala lilin tidak ada ketentuan yang pasti. Tinggi dan besar nyala api ini
akan berubah-ubah sepanjang pertandingan. Robot harus mampu
mendeteksi api berapapun tinggi dan besar nyala lilin. Lilin akan dipasang
pada tempat lilin yang berbentuk silinder dengan warna putih. Lilin tidak
akan diletakkan tepat didepan pintu ruang.
d. Uneven floor dan hanging object bersifat opsional.
4. Letak lilin dan assesori lapangan
Hanya terdapat 1 lilin yang terletak dilapangan. Peletakan lilin dalam ruangan
bersifat acak, jadi lilin bisa terletak di ruang 1, 2, 3 , atau 4. Di dalam ruangan
akan ada masing-masing satu furniture. Di sekitar ruang 4 akan ada satu boneka
anjing. Posisi lilin dan letak assesori lapangan ditentukan melalui undian.
Kemungkinan peletakan lilin dan aksesori lapangan dapat dilihat pada Gambar
2.12.
30 c
m
11 cm
(R:255, G:255, B:0)
23
Gambar 2.12. Contoh Letak dan Assesori Lapangan [12, h.75].
5. Peserta diharapkan membuat sendiri mobile robot yang bisa bergerak
autonomous, bisa mengenali dan menjelajahi lorong dan ruang, bisa mengenali
semua asesori yang ada tanpa pengendalian dari luar. Pada robot tidak boleh
terdapat alat komunikasi apapun, walaupun tidak dipakai.
6. Dimensi robot (panjang × lebar × tinggi) maksimum adalah 31 cm × 31 cm ×
27 cm.
7. Alat pemadaman api lilin yang boleh menggunakan kipas atau extinguisher.
8. Masing-masing robot harus menemukan dan mematikan lilin yang ada dalam
ruangan dengan benar.
9. Untuk mematikan lilin yang tanpa juring :
Sebelum mematikan lilin, robot harus menyalakan LED secara berkedip
sebagai tanda menemukan lilin. Frekuensi kedipan 2 Hz. LED harus tetap
berkedip selama 5 detik setelah lilin mati. Robot hanya boleh mematikan lilin
sesudah seluruh badan robot masuk ke ruangan.
10. Setelah memadamkan lilin, robot harus kembali ke home tempat awal robot
start.
top related