AbstrakSistem navigasi robot, umumnya masih

menggunakan sensor GPS dan sensor E-Compass dengan modul

yang terpisah. Sensor yang terpisah ini akan menyebabkan

harga menjadi mahal . Dengan menggunakan sensor GPS dan

kompas dari android, maka dapat dibangun sistem navigasi

yang murah, handal dan kaya fitur. Untuk menggunakan

sensor Android untuk kepentingan navigasi, Android harus

dapat berkomunikasi dengan sistem mikrokontroler.

Mikrokontroler disini berfungsi untuk menghasilkan sinyal

kontrol pada mobile robot. Pada tugas akhir ini telah dirancang

sistem navigasi yang memanfaatkan sensor pada device

Android. Sistem komunikasi antara Android dan

mikrokontroler dilakukan menggunakan kabel USB dengan

protokol komunikasi microbridge. Data kemudi dan kecepatan

dikirimkan melalui protokol microbridge untuk dikonversi

menjadi sinyal kontrol motor servo dan ESC. Data kemudi

yang diberikan adalah kemudi dasar, yakni belok kanan, belok

kiri dan maju lurus, serta berhenti dengan dua level kecepatan

yakni lambat dan cepat. Pada pengujian yang dilakukan

dengan memberikan toleransi jarak antara target dan mobil 5

meter mencapai tingkat keberhasilan 40 % sedangkan

toleransi jarak target 10 meter mencapai tingkat keberhasilan

70%. Pada pengujian simpangan navigasi, didapat rata-rata

simpangan 7.1 meter untuk jarak navigasi 35-60meter.

Kata kunci : Android, GPS, Navigasi

I. PENDAHULUAN

ISTEM navigasi merupakan sebuah sistem yang cukup

vital dalam sebuah mobile robot. Sistem navigasi

digunakan sebagai penunjuk posisi dan penuntun mobile

robot dalam mencapai posisi tertentu. Sistem ini

menggunakan bantuan Satelit GPS (Global Positioning

System) dan sensor Kompas (Magnetometer) untuk

menentukan posisi dan heading. Satelit GPS dalam hal ini

digunakan untuk memperkirakan posisi dari user hingga

ketelitian radius 5 Meter diseluruh dunia, sedangkan sensor

Kompas (Magnetometer) digunakan untuk menentukan

heading (arah) robot dengan prinsip pembacaan medan

magnet bumi. Umumnya, mobile robot saat ini masih

menggunakan modul GPS dan sensor Kompas yang terpisah

sehingga harganya menjadi relatif mahal untuk

direalisasikan.

Belakangan ini telah berkembang sebuah Smartphone

berbasis Android OS. Smartphone ini umumnya telah

memiliki sensor-sensor yang berpotensi untuk digunakan

untuk navigasi yakni GPS chip dan Magnetometer. Platform

Android sendiri merupakan sebuah platform yang

Opensource sehingga untuk pengembangannya, developer

tidak perlu membayar lisensi apapun. Selain itu, sejak

beberapa tahun yang lalu mulai dikembangkan beberapa

protocol untuk mengkomunikasikan dan mengintegrasikan

antara Smartphone Android dan Mikrokontroler sehingga

sensor dan aplikasi yang telah dibuat di platform android

tidak hanya terbatas pada software saja.

Berdasarkan Alasan-alasan dan permasalahan diatas,

maka dibuatlah sebuah Tugas Akhir yang berjudul

Rancang Bangun Sistem Navigasi Mobile Robot Berbasis

Divais Android. Pada tugas akhir ini dirancang sebuah

Sistem navigasi untuk mobile robot dengan basis

mikrokontroler Arduino dan Smartphone Android.

Smartphone Android berfungsi sebagai sensor GPS dan

Kompas dari mobile robot dengan mengirimkan data posisi

dan data kompas pada mikrokontroler untuk selanjutnya

memberikan sinyal kontrol pada mobile robot. Sinyal

control yang diberikan oleh mikrokontroler berupa PWM

untuk kontrol arah (Motor servo untuk kemudi) dan PWM

untuk kontrol kecepatan. Mobile robot yang akan

diujicobakan untuk sistem ini adalah sebuah mobil remote

control (R/C) dengan model Monster Truck. Tipe ini dipilih

untuk mengatasi berbagai jenis medan yang akan dilalui saat

ujicoba.

II. PERANCANGAN SISTEM

A. Diagram sistem secara umum

Berdasarkan diagram blok sistem yang pada gambar 1,

dapat dilihat bahwa perancangan sistem untuk pembuatan

sistem ini melibatkan dua Environtment yakni Environtment

Android dan Environtment Mikrokontroler. Kedua

Environtment ini diharuskan bekerja secara sinkron agar

sistem yang dibangun dapat berjalan dengan semestinya.

Environtment Android disini difungsikan sebagai Sensor

dan Sistem yang berfungsi mengkalkulasi Arah dan

Kecepatan untuk mobile robot, sedangkan Environtment

Mikrokontroler digunakan untuk mendapatkan data dan

mengkonversikannya ke dalam sinyal yang dapat dimengerti

oleh motor servo dan ESC (Electronics Speed Control).

Untuk mengkomunikasikan dua Environtment ini, maka

diperlukan sebuah protokol komunikasi yang dapat

membuat sistem Android dapat mengirimkan data pada

mikrokontroler. Pada tugas akhir ini digunakan protokol

komunikasi microbridge yang memanfaatkan mode ADB

pada sistem Android.

Dikarenakan sistem yang dirancang mengharuskan untuk

mengembangkan sistem untuk dua Environtment, maka

Perancangan sistem secara detail akan dibagi menjadi dua,

yakni perancangan Sistem Android dan perancangan Sistem

Mikrokontroler.

Perancangan Sistem Navigasi Mobile Robot

Berbasis Device Android

Nurizal Firdaus, Dr.Ir. Djoko Purwanto, M. Eng. , dan Suwito, ST. MT. Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)

Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: djoko@ee.its.ac.id

S

B. Perancangan sistem Android

Secara Umum, Perancangan Sistem Android dapat

dikategorikan menjadi 2 Sub bab yakni Perancangan Sistem

Untuk Akses Sensor (GPS, Kompas) dan Perancangan

Sistem untuk Komunikasi Perancangan Sistem Akses

Sensor meliputi sensor apa saja yang akan digunakan,

bagaimana pengambilan datanya, bagaimana pengolahan

data mentahnya hingga data bisa dimanfaatkan.

1) Perancangan akses sensor untuk navigasi

Untuk dapat digunakan sebagai alat navigasi, maka sensor

GPS dan kompas dari android harus diambil dan

dikalkulasikan untuk mendapatkan nilai kemudi dan nilai

kecepatan untuk mobile robot. Algoritma yang digunakan

untuk menentukan arah steering dan heading, dapat dilihat

pada flowchart pada gambar 2

Pada gambar 2 dapat dilihat bahwa output hasil kemudi

dibatasi pada 3 keadaan yakni lurus, belok kanan, dan belok

kiri. Sedangkan kecepatan juga dibatasi pada 3 state, yakni

berhenti, kecepatan rendah dan kecepatan sedang. Pada

tugas akhir ini arah lurus pada kemudi direpresentasikan

dengan 90 pada motor servo sedangkan belok kanan dan

kiri berturut-turut 70 dan 110 . Sedangkan kecepatan

mobile robot yang digunakan adalah 5% dari kecepatan

maksimal motor untuk kecepatan rendah dan 6% dari

kecepatan maksimal motor untuk kecepatan tinggi.

Data steering dan speed yang dikirimkan untuk mewakili

arah dan kecepatan merupakan data yang berupa derajat

servo. Hal ini digunakan untuk mempermudah

mikrokontroler untuk mengkonversi menjadi sinyal kontrol

untuk ESC dan motor servo.

2) Perancangan komunikasi USB

Perancangan komunikasi USB merupakan bagian yang

berfungsi mengirimkan data setelah device android telah

mendapatkan data steering dan speed hasil pengolahan data

GPS dan kompas oleh device android.

Karena data yang dikirimkan ada dua jenis, yakni data

kemudi dan data kecepatan, maka data yang dikirimkan

akan dibentuk sebuah array yang berurutan. Tujuan

penggunaan array ini adalah agar data dapat diterima dengan

baik oleh mikrokontroler sehingga tidak terjadi kesalahan

penerimaan data atau data yang diterima menjadi terbalik.

C. Perancangan sistem Mikrokontroler

Sistem yang akan dirancang pada mikrokontroler adalah

meliputi bagaimana perancangan hardware dan software.

Perancangan Hardware yang dilakukan adalah meliputi

bagaimana pemilihan board mikrokontroler yang digunakan

dan bagaimana relevansinya dengan final project yang

dibangun saat ini. Sedangkan pada bagian perancangan

software, yang dilakukan adalah proses perancangan untuk

pemrograman dari board yang bersangkutan.

Secara umum, fungsi sistem mikrokontroler pada tugas

akhir ini adalah untuk mengkonversikan data hasil kalkulasi

dari device Android menjadi perintah yang dapat

mengontrol mobile robot, dalam hal ini sinyal perintah

motor servo dan ESC.Untuk dapat berkomunikasi dengan

USB (Android), maka mikrokontroler harus menyesuaikan

sistem kedalam sistem logic USB. Untuk itu, pada tugas

akhir ini digunakan board mikrokontroler Seeduino ADK

telah dilengkapi IC MAX3421E sebagai konverter dari USB

menjadi logic yang dapat dimengerti oleh

mikrokontroler.Komunikasi yang dilakukan antara board

minimum system dengan IC MAX3421 memanfaatkan

komunikasi SPI (Serial Peripheral Interface).

Untuk dapat memberikan sinyal kontrol pada motor servo

dan ESC mobile robot, maka perlu dilakukan perancangan

hardware yang sesuai. Karena ESC pada mobile robot telah

memiliki power supply yang independen, maka sistem ESC

Gambar. 1. Blok diagram sistem secara keseluruhan

Gambar. 2. Diagram alir dari sistem pengambilan keputusan untuk kecepatan dan arah kemudi pada mobile robot

pada mobile robot tidak perlu diberikan daya dari luar.

Sedangkan pin VCC yang berada pada ESC mengeluarkan

tegangan 6V konstan yang dapat digunakan untuk

mensupply motor servo kemudi. Dengan menggunakan

desain tersebut, maka motor servo akan mengambil daya

dari baterai utama mobile robot dan bukan dari

mikrokontroler.

III. PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pada bab ini akan dilakukan pengujian navigasi

menggunakan sistem yang dibangun pada tugas akhir ini.

Pengujian yang dilakukan pada tugas akhir ini meliputi

pengujian keberhasilan navigasi untuk nilai toleransi target

yang berbeda-beda, dan pengujian simpangan dari jalur

navigasi dibandingkan dengan jalur yang ditetapkan.

A. Pengujian kehandalan navigasi dengan target radius 10 meter

Pengujian ini bertujuan untuk melihat kehandalan

sistem navigasi untuk toleransi target radius sebesar 10

meter dan akurasi GPS yang berbeda-beda. Pada pengujian

ini navigasi dianggap sukses apabila jalur yang diambil oleh

mobile robot telah mengarah menuju target dan berhenti

pada radius 10 meter dari posisi target yang diinputkan oleh

user.

Dari hasil pengujian pada tabel 1, didapati bahwa

akurasi pembacaan GPS tetap menentukan hasil navigasi

yang dilakukan. Semakin akurat pembacaan posisi dari GPS,

maka arah bearing yang dikalkulasi oleh android semakin

valid, sebaliknya apabila pembacaan GPS tidak akurat

(>15m) posisi bearing yang dikalkulasi akan menjadi tidak

tepat karena range bearing menjadi besar.

Target navigasi dengan radius 10 meter tidak dapat

dipenuhi oleh sistem navigasi apabila pambacaan sensor

GPS kurang dari 10 meter, hal ini diakibatkan pembacaan

jarak tidak pernah menyentuh nilai 10 meter atau nilai yang

mencapai 10 meter namun nilainya tidak konstan atau selalu

berubah-ubah.

Pengujian ini dapat menghasilkan respon dengan

tingkat keberhasilan 70 persen dari 10 kali pengujian. Hal

ini dikarenakan toleransi jarak yang diberikan lebih besar

sehingga memungkinkan bagi sistem navigasi dengan

pembacaan akurasi GPS rendah (10m-18m) untuk

memenuhi target uji. Namun karena pengubahan range ini,

jarak antara posisi berhenti robot dan target posisi menjadi

lebih jauh dengan jarak 9-13 meter.

B. Pengujian simpangan navigasi

Pengujian ini bertujuan untuk melihat bagaimana

simpangan yang dihasilkan oleh mobile robot saat

melakukan navigasi jika dibandingkan dengan path /jalur

yang ditentukan. Pengujian ini memanfaatkan data logger

dari Android untuk menyimpan data posisi setiap detik

mulai dari navigasi dilakukan hingga navigasi tercapai. Dari

data GPS tersebut, dibuat visualisasi menggunakan software

Google Earth. Pada pengujian ini, digunakan toleransi target

navigasi sebesar radius 10 meter.

Pada pengujian simpangan navigasi, dilakukan dua

kali pengambilan data. Pengambilan data pertama dilakukan

pada lapangan terbuka dengan akurasi pembacaan GPS

hingga 2 meter, sedangkan percobaan kedua dilakukan pada

tempat dengan gedung tinggi dengan akurasi pembacaan

GPS menengah (5 meter 8 meter).

Berdasarkan data pada tabel 2 dan 3, didapati bahwa

simpangan navigasi yang dilakukan pada lapangan terbuka

cenderung lebih kecil dibanding dengan simpangan navigasi

pada daerah dengan gedung tinggi yang menyebabkan

pembacaan GPS menjadi tidak maksimal. Hal ini dapat

diakibatkan karena update posisi GPS yang dilakukan pada

saat akurasi rendah tidak secepat saat akurasi GPS tinggi.

Hal ini mengakibatkan arah navigasi / heading menuju

target menjadi tidak benar sehingga path navigasi mobile

robot menjadi cenderung lebih panjang.

Tabel 1.

Tabel pengujian navigasi mobile robot dengan radius target 10 meter

Pengujia

n ke

Jarak posisi

target dan start

(m)

Akurasi

terbaca saat

start (m)

Path

mengarah

pada target ?

Berhenti

pada

posisi target ?

1 20 21 Tidak tidak

2 20 18 Ya Ya, 13 m

3 20 11 Ya Ya, 9 m 4 20 8 Ya Ya, 10 m

5 20 6 Ya Ya, 9 m

6 30 24 Tidak Tidak 7 30 26 Tidak Tidak

8 30 7 Ya Ya, 10 m 9 30 5 Ya Ya, 11 m

10 30 5 Ya Ya, 10 m

Gambar. 3. Skema wiring diagram yang digunakan pada mikrokontroler

untuk mengontrol ESC dan Motor servo

Gambar. 4. Gambar visualisasi antara path yang direncanakan dan path yang

dijalankan oleh mobile robot dengan menggunakan software Google Earth

= Path yang direncanakan

= Path yang direkam = Radius posisi target

IV. KESIMPULAN

Dari perancangan, realisasi, dan pengujian alat pada tugas

akhir ini dapat disimpulkan beberapa hal seperti berikut ini :

1. Sistem komunikasi dengan memanfaatkan ADB melalui

kabel USB terlihat dapat menghasilkan komunikasi data

yang reliable dengan tingkat ketepatan hingga 100

persen.

2. Untuk navigasi jarak pendek (