14

BAB III

PERANCANGAN SISTEM

Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dari perangkat keras, serta

perangkat lunak dari algoritma robot.

3.1. Perancangan Perangkat Keras

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras. Perancangan

perangkat keras yang akan dijelaskan meliputi sistem kontrol, konstruksi robot, dan

perangkat keras elektronik.

3.1.1. Sistem Kontrol

Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem.

Sistem kontrol pada robot dibagi menjadi 2 bagian utama, yaitu kontrol utama dan

kontrol aktuator robot. Kontrol utama bertugas untuk menciptakan keputusan

bagaimana robot harus bergerak yang diperintahkan oleh smartphone kemudian

perintah-perintah tersebut diterjemahkan di dalam mikrokontroler sehingga perintah

tersebut dapat diterima oleh servo controller. Sedangkan Kontrol aktuator robot dalam

hal ini adalah servo controller untuk mengontrol sistem gerak robot yang

15

keseluruhannya terdiri dari motor servo, di mana perintah pergerakan tersebut

diputuskan di kontrol utama.

1. Kontrol Utama

Kontrol utama pada robot terdiri dari sebuah smartphone dan

mikrokontroler. Smartphone ini memiliki sensor-sensor yang digunakan

untuk membuat suatu perintah. Kemudian untuk mengirimkan perintah

gerakan robot ke servo controller digunakan sebuah mikrokontroler yang

berfungsi untuk mengolah data dari smartphone tersebut. Dengan

menggunakan modul bluetooth untuk komunikasi secara serial antara

smartphone dan mikrokontroler. Selain itu, kontrol utama ini juga digunakan

untuk menggerakan kedua servo di bagian kepala.

2. Kontrol Aktuator Robot

Robot akan memiliki 16 motor servo di bagian bodynya, dengan

rincian 3 servo di setiap lengan dan 5 servo di setiap kaki. Dengan demikian

robot akan memiliki 16 derajat kebebasan di bagian body sehingga

pergerakan robot akan mendekati pergerakan dari manusia. Untuk mengontrol

16 servo di bagian lengan dan kaki digunakan servo controller yang akan

dibantu oleh sebuah dual-axis gyroscope yang berfungsi sebagai sensor

keseimbangan dan stabilitas robot saat bergerak.

16

3.1.2 Konstruksi Robot

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan konstruksi robot.

Gambar 3.2. Desain robot.

Robot menggunakan perpaduan antara plastik, aluminium dan acrylic untuk

bodinya. Perpaduan bahan-bahan ini dimaksudkan agar robot memiliki bobot yang

ringan sehingga robot memiliki keseimbangan yang baik serta kecepatan yang optimal.

Robot ini akan memiliki 18 degree of freedom, dengan rincian 5 di setiap kaki, 3 di

setiap lengan dan 2 di bagian kepala. Untuk control utamanya, yaitu smartphone

diletakan di punggung robot dengan tujuan tidak mengubah titik berat. Sedangkan

ukuran telapak kaki akan menyesuaikan dengan tinggi robot agar mampu menyokong

robot agar tetap stabil.

Tabel 3.1. Tabel Keterangan Mekanik Robot.

HARDWARE

Dimensi (pxlxt) : 200x100x440 [mm]

Berat ± 2 [kg]

DOF 18 (tangan 3x2, kaki 5x2, kepala 2)

17

3.1.3 Perangkat Keras Elektronik

Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai smartphone beserta sensor yang

digunakan, board minimum sistem mikrokontroler Atmega 324 dan modul DF-

bluetooth V3.

1. Smartphone

Smartphone berbasis android merupakan salah satu piranti yang dapat

digunakan sebagai kontrol robot. Dengan kecepatan proses instruksi yang

cepat, smartphone dapat memberikan perintah secara real time pada robot

humanoid. Selain kecepatan proses instruksi, smartphone berbasis android

dapat bekerja secara multitasking sehingga sangat jelas bahwa proses jalannya

program lebih cepat dan ringan. Adanya OS android pada smartphone

mempermudah proses pemrograman dan mengakses sensor-sensor serta fitur-

fitur yang ada dalam smartphone itu sendiri karena library android merupakan

open source dimana library android untuk pengaksesan sensor serta fitur-fitur

tersebut sudah tersedia di Google. Library untuk image processing

menggunakan Open CV yang sudah tersedia dalam android sehingga

pemrograman tracking ball menjadi lebih mudah.

Smartphone yang digunakan pada robot R2C adalah Sony Xperia Mini

ST15i. R2C menggunakan smartphone ini karena alasan dimensi yang cocok

dan spesifikasi yang memadai [10]. Spesifikasi yang dimiliki Smartphone

Sony Xperia ini adalah sebagai berikut :

1. Memiliki dimensi 88 x 52 x 16 mm dengan berat 99g.

2. Touchscreen dengan ukuran 320x 480 pixels

3. Terdapat Wi-FI dan Bluetooth

4. Kamera 5MP

5. Android OS v2.3

6. CPU 1Ghz

Selain itu pemilihan smartphone berbasis android sebagai kontrol robot

dapat menghemat biaya untuk membeli modul kompas, wifi, accelerro,

bluetooth, dan kamera sebab di dalam smartphone sudah terdapat sensor-

sensor tersebut. Dan juga, penggunaan smartphone dapat mempermudah

18

kalibrasi warna untuk mendeteksi warna bola dan warna gawang karena

smartphone memiliki layar sentuh yang digunakan untuk display sekaligus

layar sentuh yang sangat membantu untuk mengatur kalibrasi warna[11].

Sensor-sensor yang ada dalam smartphone antara lain :

1) Sensor Accelerometer

Sensor ini memiliki 3 sumbu fisik (x, y dan z). Jika sensor

dimiringkan kearah sumbu x, maka akan memberikan nilai balikan

positif dan akan naik secara linear sesuai dengan kemiringan sensor.

Sebaliknya jika sensor dimiringkan kearah sumbu –x, maka akan

memberikan nilai balikan negatif dan naik secara linear sesuai dengan

kemiringan sensor pada sumbu –x. Kerja sensor pada kemiringan

sumbu y dan –y, sumbu z dan -z sama dengan kerja sensor pada

kemiringan sumbu x dan –x.

Dengan menggunakan kombinasi nilai dari ketiga sumbu fisik

tersebut, dapat diketahui posisi robot sedang terjatuh atau tidak, jatuh

depan, jatuh belakang ataupun jatuh samping.

Gambar 3.3. Sensor Accelerometer Smartphone[11]

2) Kompas

Kompas (Sensor Orientation) Sensor ini mengembalikan 3 nilai

yaitu azimuth, pitch, dan roll. Dimana azimuth merupakan rotasi di

sekitar sumbu Z, pitch merupakan rotasi di sekitar sumbu X dan roll

merupakan rotasi disekitar sumbu Y.

19

Gambar 3.4. Sensor Orientation Smartphone[11]

Nilai ini dikembalikan dalam bentuk derajat dengan jangkauan

antara 0 dan 360 derajat.

Dengan menggunakan sensor ini, dapat diketahui kemana arah

robot menjaga gawang sehingga tidak mungkin robot terbalik dalam

menjaga gawang.

3) Kamera

Perangkat ini merupakan perangkat penting yang harus dimiliki

oleh setiap robot pemain bola, karena kamera ini merupakan mata bagi

robot.

Setiap smartphone pasti dilengkapi dengan kamera.

Keunggulan dari kamera pada smartphone adalah sudah dilengkapi

dengan teknologi auto brightness, auto focus, dan white balance.

Dengan memanfaatkan hal ini, kamera dapat digunakan untuk image

processing yang maksimal tanpa khawatir kamera ini blur atau

bermasalah dalam pencahayaan. Perbedaan warna yang ada di

lapangan dapat diproses sehingga dapat dideteksi bola dan gawang.

Oleh karena itu, robot dapat mengejar bola berwarna oranye dan

menangkisnya jika bola ke arah gawang.

4) Bluetooth

Bluetooth pada smartphone dapat digunakan untuk komunikasi

secara serial. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk berkomunikasi dengan

servo controller secara nirkabel. Android mengirimkan instruksi-

instruksi melalui bluetooth yang nantinya diterima oleh bluetooth yang

20

terhubung dengan servo controller. Tugas dari servo controller adalah

sebagai penerjemah data atau instruksi yang diterima via bluetooth dari

android. Data atau instruksi yang telah diolah tersebut adalah data yang

digunakan untuk menggerakan servo kepala dan memerintahkan servo

controller dalam pemanggilan motion.

2. Mikrokontroler Tipe Atmega 324

Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor di mana didalamnya

sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock, dan peralatan internal lainnya

yang sudah saling terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik

pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Sehingga kita tinggal

memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya

[12].

Penulis menggunakan mikrokontroler tipe 324 karena selain dapat

diprogram dengan bahasa C dan banyak dijual dipasaran, mikrokontroler ini

memiliki dua pin TX dan dua pin RX sehingga mikrokontroler ini dapat

berkomunikasi secara serial dengan servo controller dan modul Bluetooth yang

digunakan untuk berkomunikasi dengan smartphone android untuk memberikan

perintah kepada robot.

Gambar 3.5. Skema board Atmega324.

21

3. Modul Bluetooth

Modul bluetooth digunakan untuk media pengiriman data yang berupa

perintah dari smartphone android ke mikrokontroler. Perintah akan dikirimkan

dari smartphone melalui bluetooth sehingga diperlukan modul bluetooth agar

mikrokontroler dapat terhubung dengan smartphone dan menerima data yang

dikirimkan.

Modul bluetooth yang digunakan adalah modul bluetooth tipe DF-

Bluetooth V3. Berikut adalah gambar dari DF-Bluetooth V3.

Gambar 3.6. DF-Bluetooth V3 [13].

3.2. Perancangan Perangkat Lunak

Untuk merancang robot humanoid kiper yang dapat secara cepat dan tepat,

penulis memilih untuk menggunakan penggabungan dua mode yaitu mode pinalti dan

mode counter. Yang dimaksud dengan mode pinalti adalah mode di mana robot akan

mengunci bola yang diam dan apabila bola ditendang ke arahnya dia langsung akan

merespon secara seketika. Mode pinalti ini digunakan pada saat bola sudah masuk ke

daerah pinalti (180cm dari gawang). Sedangkan yang dimaksud dengan mode counter

adalah mode yang menghitung kecepatan bola, jadi dengan mode ini robot dapat

memperkirakan apakah bola sampai ke daerahnya dan perlu menangkisnya atau tidak.

Mode ini digunakan pada saat bola berada di luar daerah pinalti dengan maksud robot

tidak melakukan gerakan yang sia-sia dengan jatuh ke kanan, jatuh ke kiri ataupun split

untuk menjaga bola.

Agar robot bisa lebih efisien dalam menjaga gawang, penulis akan mencoba

membuat robot agar tetap di goal area. Mengingat salah satu kriteria yang harus

diperhatikan seorang kiper adalah penempatan posisi, dengan penempatan posisi yang

pas akan mempermudah kiper untuk menghalau bola.

22

Akan dibahas dua algoritma yaitu algoritma pertama dan algoritma kedua.

Algoritma kedua dibuat untuk dijadikan pembanding dengan algoritma pertama.

Algoritma pertama ini adalah algoritma baru yang dirancang dalam penelitian

ini. Perancangan algoritma ini dibuat dengan tujuan optimalisasi. Beberapa hal yang

perlu diperhatikan dalam algoritma ini adalah dalam pengambilan keputusan. Gambar

4.4.1 menunjukan diagram alir algoritma pertama.

tidak

ya ya

ya

tidak tidak

tidak tidak

tidak ya

ya ya

tidak

ya

Gambar 3.7. Diagram alir algoritma pertama

Kejar bola

Buang bola

Inisialisasi

mode penalti

Inisialisasi

mode counter

23

Algoritma kedua merupakan algoritma yang lama, sebelum dioptimalisasi.

Algoritma ini masih belum optimal karena robot belum bisa mengejar bola dan

membuang bola apabila dekat. Selain itu algoritma ini masih kurang akurat dalam

menghalau bola. Gambar 3.8 menunjukkan diagram alir algoritma kedua.

tidak

ya

tidak

ya

tidak

ya

Gambar 3.8 Diagram alir algoritma kedua

24

Optimalisasi yang dilakukan pada robot dari algoritma lama menjadi yang baru,

penulis menambahkan beberapa algoritma di setiap prosesnya agar menjadi lebih akurat

dan efisien. Optimalisasi yang sudah dilakukan penulis :

3.2.1 Proses Mengejar Bola

Proses ini ditambahkan dengan tujuan robot kiper dapat mengejar

bola yang berada di daerahnya. Apabila bola di daerahnya tidak dikejar, ini

akan menguntungkan pihak lawan untuk mencetak gol. Pada algoritma lama

belum ada proses ini dikarenakan hardware yang belum stabil, dengan

hardware yang sekarang robot mampu melakukan proses ini.

Gambar 3.9. Diagram Alir Proses Mengejar Bola

25

3.2.2 Proses Membuang Bola

Proses ini merupakan lanjutan dari proses mengejar bola. Proses ini

bertujuan untuk menjauhkan bola yang berada di dekat robot kiper, sehingga

robot kiper memiliki space untuk kembali bersiap-siap dalam posisi menjaga

bola. Berikut adalah diagram alir dari proses membuang bola :

Gambar 3.10. Diagram Alir Proses Membuang Bola

3.2.3 Mode Penalti

Mode ini sebenarnya pengembangan dari algoritma lama yang sudah

dioptimalisasi dalam eksekusi menghalau bola. Dalam algoritma baru, mode

ini hanya digunakan dalam jarak dekat saja.

Berikut diagram alir dari mode penalti :

26

Gambar 3.11. Diagram Alir Mode Pinalty

3.2.4 Mode Counter

Mode ini merupakan pelengkap dari mode penalti, yang digunakan

untuk eksekusi bola yang berada dalam jarak jauh. Penambahan mode ini

dimaksudkan agar robot kiper lebih akurat, apabila bola yang mengarah ke

gawang tidak sampai ke daerah jangkauannya maka robot kiper tidak perlu

jatuh sehingga akan lebih siap untuk menjaga gawang jika robot dari tim

lawan kembali menendang ke arah gawang. Selain itu robot kiper menjadi

tidak terlalu sering jatuh berulang-ulang untuk hal yang sia-sia seperti pada

algoritma lama.

27

Berikut adalah diagram alir dari mode counter :

Gambar 3.12. Diagram Alir Mode Counter

28

3.2.5 Proses Kembali ke Posisi Awal

Untuk membuat robot kiper menjadi lebih effisien, penulis membuat

robot agar dapat kembali ke posisi awal setelah robot kiper melakukan

proses mengejar dan membuang bola. Mengingat di mana pentingnya

penempatan posisi kiper agar dapat lebih akurat untuk menjaga gawang.

Berikut merupakan diagram alir dari proses robot untuk kembali ke

posisi awal :

Gambar 3.13. Diagram Alir Proses Kembali ke Posisi Awal