Membuat Robot Line Follower SederhanaPosted on Januari 9, 2009

Robot Line Follower

hmm..apakah di antara pembaca ada yang mengerti apa itu “robot line follower”? karena banyaknya request tutorial membuat robot pada postingan saya sebelumnya, sekarang akan saya tunjukkan salah satu contoh pembuatan robot, yaitu robot line follower.. enjoy..

INDEX : (Gara2 pagenya udah agak panjang, jadi saya buat aja index ini,masih belum lengkap nanti saya update )

1. Pendahuluan 2. Sensor (Rangkaian Photo Dioda) 3. Sensor (Cara Kerja) 4. Processor (Pendahuluan) – update : 11 Januari 2009 5. Processor (IC LM339) – update : 11 Januari 2009 6. Processor (IC 74LS00) – update : 13 Januari 2009 7. Processor (Motor) – update : 13 Januari 2009 8. Processor (Transistor) – update : 27 Januari 2009 9. Mekanik – update : 27 Januari 2009 10. PCB Layout – update : 27 Januari 2009

1. Pendahuluan

Secara sederhana, robot line follower adalah robot yang dapat bergerak mengikuti garis secara OTOMATIS! Sebenarnya, kalau pembaca googling, banyak sekali tutorial membuat robot line follower di internet, tapi hampir semuanya ribet dan menggunakan mikrokontroler yang belum dimengerti oleh bocah” smp dan sma yang banyak comment di postingan saya sebelumnya. Hehe.. Di bawah ini contoh robot line follower.

Nah..terlihat bukan di gambar ada sebuah ‘benda’ dengan roda yang dapat bergerak mengikuti garis / jalur berwarna hitam yang berbelok-belok. ‘Benda’ tersebut mengikuti garis dengan otomatis loh. Prinsip dasarnya, sama seperti manusia, mata digunakan untuk melihat, kaki/roda digunakan untuk berjalan, dan otak digunakan untuk berpikir. 3 Komponen utama pada setiap robot : mata, kaki, dan otak. Sama seperti penjelasan saya pada postingan sebelumnya, jangan pikirkan robot itu RIBET, pikirkan robot itu sederhana, jangan dulu mikir yang rumit-rumit, robot line follower yang sekarang akan saya tunjukkan adalah sesuatu yang SEDERHANA..! tanamkan kata” sederhana pada pikiran pembaca sebelum memulai.

Okeh..satu gambar lagi sebelum kita memulai tutorialnya.. Gambar di bawah ini adalah salah satu contoh track yang digunakan untuk lomba Line Follower Robot. Track yang cukup unik bukan? Sekarang udah kebayang kan robot yang mau dibuat seperti apa?

2. Sensor (Rangkaian Photo Dioda)

Sensor dapat dianalogikan sebagai ‘mata’ dari sebuah robot. Mata di sini digunakan untuk ‘membaca’ garis hitam dari track robot. Kapan dia akan berbelok ke kanan, kapan dia berbelok ke kiri. Semua berawal dari mata bukan? Kita sebagai manusia tahu arah kita berjalan karena kita memiliki mata. Yaah, sama seperti robot.

Pada robot line follower, sensor robot yang dapat digunakan ada 3 jenis, yaitu LDR (Light Dependent Resistor), Photo Dioda, dan Photo Transistor. Saya tidak akan menjelaskan satu” secara detail, di sini kita gunakan photo dioda sebagai sensor robot. Kalau yang masih penasaran dengan sensor lainnya, silahkan tanya om google saja.

Nah..gambar di samping kanan adalah 1 pasang sensor yang akan kita gunakan pada robot line follower. Bentuknya mirip seperti LED, yang berwarna ungu bernama receiver (photo dioda) dan yang berwarna bening bernama transmitter (infrared). Kalau pembaca ingin membeli di toko elektronik, bilang saja 1 pasang infrared sensor. Untuk membuat robot ini, kita gunakan 4 pasang sensor seperti di kanan. Sip? Murah koQ, satu pasangnya 3 ribu rupiah..hehe..

Kemudian, setelah kita mengetahui sensor apa yang akan kita pakai, coba buat dulu rangkaian seperti di bawah ini untuk setiap 1 pasang sensor :

Nah, untuk 4 pasang sensor..kita perlu membuat 4 rangkaian seperti di samping kiri ini. Cara kerjanya cukup sederhana, hanya berdasarkan pembagi tegangan. Penjelasan di paragraf berikutnya aja yaa..hehe.. Lambang LED yang berwarna hitam adalah transmitter atau infrarednya yang memancarkan cahaya infrared terus menerus jika disusun seperti rangkaian di samping. Lambang LED yang kanan adalah receiver atau photo dioda-nya yang menangkap cahaya infrared yang ada di dekatnya. INGAT masang photo dioda-nya HARUS terbalik, seperti gambar rangkaian di samping. Dari rangkaian sensor ini, kita ambil OUTPUT (to comparator, A/D converter, dll) yang ditunjukkan oleh gambar di samping.

3. Sensor (Cara Kerja)

Sekarang pertanyaannya, koQ lucu yaa sensor CUPU kaya gitu bisa baca garis? Cara kerjanya ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Ketika transmitter (infrared) memancarkan cahaya ke bidang berwarna putih, cahaya akan

dipantulkan hampir semuanya oleh bidang berwarna putih tersebut. Sebaliknya, ketika transmitter memancarkan cahaya ke bidang berwarna gelap atau hitam, maka cahaya akan banyak diserap oleh bidang gelap tersebut, sehingga cahaya yang sampai ke receiver tinggal sedikit. Nah, artinya kita sudah bisa membedakan pembacaan garis dari sensor bukan? Kalau kita sudah tahu, perbedaan cahaya yang diterima oleh receiver akan menyebabkan hambatan yang berbeda-beda di dalam receiver (photo dioda) tersebut. Ilustrasinya seperti gambar di bawah ini.

Kalau cahaya yang dipancarkan ke bidang putih, sensor akan :

Sebaliknya, kalau cahaya yang dipantulkan oleh bidang hitam, maka sensor akan :

Setelah kita tahu ilustrasi sensor, tinjau kembali rangkaian sensornya, bisa kita analogikan seperti :

Tadi kita tahu kalau hambatan receiver berubah-ubah, jadi otomatis rangkaian sensor yang bagian kanan bisa kita analogikan seperti gambar. Receiver bisa kita analogikan dengan resistor variabel, yaitu resistor yang nilai hambatannya bisa berubah. Otomatis, dengan pembagi tegangan, nilai tegangan di output rangkaian juga akan berubah-ubah bukan? Jadi, baca putih akan mengeluarkan output dengan tegangan rendah (sekitar 0 Volt) dan baca hitam akan mengeluarkan output dengan tegangan tinggi (mendekati Vcc = 5 Volt). Kalau rangkaian sensor pembaca sudah jadi, bisa dibandingkan dengan punya saya yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

4. Processor (Pendahuluan)

Processor yang kita gunakan di sini bukanlah processor” canggih seperti intel dan amd. Bahkan, kita sama sekali TIDAK menggunakan mikrokontroler, karena saya anggap mikrokontroler cukup rumit untuk ukuran smp dan sma. Dalam hal ini, kita gunakan 2 IC (integrated circuit) saja, yaitu 1 buah LM339 (Komparator) dan 1 buah 74LS00 (NAND gate). Simple bukan? Di bawah ini gambar kedua IC tersebut :

5. Processor (IC LM339)

IC LM339 biasa disebut sebagai komparator.  Yah, dari istilahnya saja sudah ketahuan kalau gunanya adalah untuk meng-compare (membandingkan). Dengan kata lain, sesuatu yang berbentuk analog harus dikonversi dulu ke dalam bentuk digital (deretan biner) pada dunia elektronika. Hal ini bertujuan untuk mempermudah processing. Gambar di bawah ini adalah datasheet LM339. Coba perhatikan dulu sebentar

Nah, 1 IC LM339 terdiri dari 4 buah komparator (yang berbentuk segitiga ). Knapa kita hanya gunakan 1 buah IC ini? Soalnya kita juga hanya menggunakan 4 buah sensor. Kemudian, tinjau bagian komparator yang di sebelah kanan.

Satu buah komparator terdiri dari 2 input, yaitu Vin (input masukan dari sensor) dan Vref (tegangan referensi). Pada dasarnya, jika tegangan Vin lebih besar dari Vref, maka Vo akan mengeluarkan logika 1 yang berarti 5 Volt atau setara dengan Vcc. Sebaliknya, jika tegangan Vin lebih kecil dari Vref, maka output Vo akan mengeluarkan logika 0 yang berarti 0 Volt. Knapa kita bisa membandingkan seperti ini? Nah, seperti yang sudah saya bahas di poin sensor,

sensor akan menghasilkan tegangan yang berbeda-beda ketika dia membaca bidang putih atau hitam kan?

Kemudian, jangan lupa untuk menambahkan resistor pull-up di keluaran komparator (Vo). Hal ini disebabkan oleh perilaku IC LM339 yang hanya menghasilkan logika 0 dan Z (bukan logika 1), sehingga si logika Z ini harus kita tarik ke Vcc dengan resistor pull-up agar menghasilkan logika 1. Sip?

Setelah digabung dengan sensor, ilustrasi rangkaian menjadi seperti ini.

6. Processor (IC 74LS00)

IC 74LS00 merupakan “NAND gate” yang berguna dalam teknologi digital. NAND gate terkait dengan logika 0 dan 1 serta merupakan gate yang paling simple dan bisa merepresentasikan semua jenis gate yang ada. Saya rasa bocah smp atau sma blom bisa memahami bagian ini. Jadi saya skip saja.. Di bawah ini adalah datasheet IC 74LS00.

7. Processor (Motor)

Sekarang kita tinjau, bagaimana cara motor bekerja ketika robot berbelok ke kiri dan ke kanan. Lihat ilustrasi di bawah ini ketika robot akan berbelok ke arah kanan.

Kemudian, lihat ilustrasi di bawah ini ketika robot akan berbelok ke arah kiri.

Nah..Ketika robot bergerak lurus, motor akan menyala dua”nya.

8. Processor (Transistor)

Nah..Sekarang knapa tiba” muncul transistor?! Jawabannya cukup simple. Output dari IC NAND tidak mungkin kuat untuk mendrive transistor. Kalau saya tidak salah, output IC hanya sekitar 2 V. Jadi, kita membutuhkan sambungan langsung motor ke baterai untuk menggerakkannya. Knapa kita pakai transistor? Ada yang tahu apa guna transistor?

Transistor dapat berfungsi sebagai saklar / switch on off. Motor tidak menyala terus menerus bukan? Sudah saya jelaskan di bab sebelumnya, pada jalur tertentu motor akan mati dan menyala. Nah,, nyala mati motor tersebut diatur oleh transistor. Transistor yang digunakan di sini adalah NPN. Pada dunia elektronika, transistor terdiri dari dua jenis, yaitu PNP dan NPN. Berikut ilustrasi gampangnya terkait dengan motor.

Jadi, sejauh ini kita punya rangkaian lengkap seperti di bawah ini.

9. Mekanik

Hmm..sebenarnya,,jujur saja saya kurang mengerti bagian mekanik. Soalnya saya bukan orang mesin..hehe.. Saya cuma tahu sedikit tips, yaitu buat gear yang besar” agar torsi-nya besar. Jadi, robotnya bisa berbelok dengan kuat. Kalau torsi kecil, robot akan sulit untuk berbelok. Gampangnya gitu aja..hehe..

10. PCB Layout

Berikut ini pcb layout dari sensor robot line follower, terdiri dari 4 sensor. Layout PCB ini dibuat dengan menggunakan software eagle.

Di bawah ini layout pcb dari rangkaian processor, yang terdiri dari 1 IC NAND dan 1 IC komparator.

yang jadinya akan seperti gambar di bawah ini

oke..sekian tulisan saya tentang membuat robot line follower sederhana. Kalau ada pembaca yang ingin bertanya silahkan.. Saya akan menjawab dengan senang hati..hehe.. sampai jumpah di tulisan robot saya lainnya..

Robot Line Follower Sederhana

Mengenal Komponen Elektronika

Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk memberikan hambatan terhadap aliran arus listrik. Dalam rangkaian listrik dibutuhkan resistor dengan spesifikasi tertentu, seperti besar hambatan, arus maksimum yang boleh dilewatkan dan karakteristik hambatan terhadap suhu dan panas. Resistor memberikan hambatan agar komponen yang diberi tegangan tidak dialiri dengan arus yang besar, serta dapat digunakan sebagai pembagi tegangan.

Kapasitor

 

kapasitor adalah komponen elektrik yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik. Salah satu jenis kapasitor adalah kapasitor keeping sejajar. Kapasitor ini terdiri dari dua buah keping metal sejajar yang dipisahkan oleh isolator yang disebut dielektrik. Bila kapasitor dihubungkan ke batere kapasitor terisi hingga beda potensial antara kedua terminalnya sama dengan tegangan batere. Jika batere dicabut, muatan-muatan listrik akan habis dalam waktu yang sangat lama, terkecuali bila sebuah konduktor dihubungkan pada kedua terminal kapasitor.

 

Dioda

Dioda adalah devais semikonduktor yang mengalirkan arus satu arah saja. Dioda terbuat dari Germanium atau Silicon yang lebih dikenal dengan Dioda Junction. Dioda juga digunakan pada adaptor yang berfungsi sebagai penyearah dari sinyal AC ke DC.

LED (Light Emitting diode)

LED merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau.LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya.

 

Relay

Transistor tidak dapat berfungsi sebagai sebagai switch (saklar) tegangan DC atau tegangan tinggi .Selain itu, umumnya tidak digunakan sebagai switching untuk arus besar (>5 A). Dalam hal ini, penggunakan relay sangatlah tepat. Relay berfungsi sebagai saklar yang bekerja berdasarkan input yang dimilikinya.

 

Keuntungan relay :

         dapat switch AC dan DC, transistor hanya switch DC

         Relay dapat switch tegangan tinggi, transistor tidak dapat

         Relay pilihan yang tepat untuk switching arus yang besar

         Relay dapat switch banyak kontak dalam 1 waktu

 

Kekurangan relay :

         Relay ukurannya jauh lebih besar daripada transistor

         Relay tidak dapat switch dengan cepat

         Relay butuh daya lebih besar disbanding transistor

         Relay membutuhkan arus input yang besar

 

 

Transistor

Transistor bipolar biasanya digunakan sebagai saklar elektronik dan penguat pada rangkaian elektronika digital. Transistor memiliki 3 terminal. Transistor biasanya dibuat dari bahan silikon atau germanium. Tiga kaki yang berlainan membentuk transistor bipolar adalah emitor, basis dan kolektor. Mereka dapat dikombinasikan menjadi jenis N-P-N atau P-N-P yang menjadi satu sebagai tiga kaki transistor. Gambar di bawah memperlihatkan bentuk dan simbol untuk jenis NPN. (Pada transistor PNP, panah emitor berlawanan arah).

 

 

Gambar Simbol Transistor NPN dan PNP

 

 

Pada rangkaian elektronik, sinyal inputnya adalah 1 atau 0 ini selalu dipakai pada basis transistor, yang mana kolektor dan emitor sebagai penghubung untuk pemutus (short) atau sebagai pembuka rangkaian. Aturan/prosedur transistor sebagai berikut:

         Pada transistor NPN, memberikan tegangan positif dari basis ke emitor, menyebabkan hubungan kolektor ke emitter terhubung singkat, yang menyebabkan transistor aktif (on). Memberikan tegangan negatif atau 0 V dari basis ke emitor menyebabkan hubungan kolektor dan emitor terbuka, yang disebut transistor mati (off)

         Pada PNP transistor PNP, memberikan tegangan negatif dari basis ke emitor ini akan menyalakan transistor (on ). Dan memberikan tegangan positif atau 0 V dari basis ke emitor ini akan membuat transistor mati (off).

 

Mengenal Sensor Cahaya

Resistor jenis lainnya adalah Light dependent resistor (LDR). Resistansi LDR berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar 1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida. Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah mengalami penurunan.

LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar cahaya otomatis dan alarm pencuri adalah beberapa contoh alat yang menggunakan LDR. Akan tetapi karena responsnya terhadap cahaya cukup lambat, LDR tidak digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara drastis.

 

 

Gambar Sensor Cahaya LDR

 

Sensor cahaya berfungsi untuk mendeteksi cahaya yang ada di sekitar kita. Sensor yang terkenal untuk mendeteksi cahaya ialah LDR(Light Dependent Resistor). Sensor ini akan berubah nilai hambatannya apabila ada perubahan tingkat kecerahan cahaya.

Prinsip inilah yang akan kita gunakan untuk mengaktifkan transistor untuk dapat menggerakkan motor DC (mirip dengan dinamo pada mainan mobil-mobilan anak-anak). Perubahan nilai hambatan pada LDR tersebut akan menyebabkan perubahan beda tegangan pada input basis transistor, sehingga akan mengaktif/nonaktifkan transistor. Penerapan lain dari sensor LDR ini ialah pada Alarm Pencuri.

 

Robot Line Follower Berbasis LDR

Rangkaian Robot Line follower pada intinya ialah 2 buah motor DC yang aktif berdasarkan input dari sensor LDR, jika LDR mendeksi garis putih (terang) dan garis hitam(gelap) maka akan ada perubahan nilai hambatan pada LDR tersebut, yang akan mengaktif/menonaktifkan transistor 2N3904. Untuk mengatur input tegangan ke basis agar dapat membuat transistor 2N3904 saturasi, maka digunakan pembagi tegangan, dalam hal ini trimpot / potensiometer 50k-100k. Perubahan logika pada transistor 2N3904 juga akan menyebabkan LED menyala atau mati, sebagai indikator apakah LDR membaca garis hitam/putih. Perubahan logika pada kaki kolektor 2N3904 juga sebagai input pada basis 2N2907, yang akan mengaktifkan/menonaktifkan motor DC, dimana transistor 2N2907 merupakan transistor switching standar. Perhatikan gambar berikut:

Gambar Rangkaian Line Follower dengan LDR

 

Anda dapat menggunakan sebagian barang bekas untuk membuat robot ini, misalnya menggunakan roda BB REXONA sebagai roda robot. Komponen dan peralatan lengkap yang diperlukan ialah :

  2 buah sensor cahaya LDR

  PCB IC bolong

  2 buah transistor 2N3904

  2 buah transistor 2N2907

  2 buah Trimpot/potensiometer 50k-100k

  2 buah resistor 3.3K

  2 buah resistor 1K

  2 buah LED (Light Emiting Dioda)

  Spacer (kaki PCB)

  Acrilic body robot ukuran diameter 20 cm.

  Solder, timah solder dan kabel secukupnya

  Kotak baterai 6V

  Roda bekas penghilang BB REXONA

  2 buah motor DC dengan gearbox GT1 dan roda untuk GT1

Atau

  2 buah motor DC dengan gearbox GT5 dan rubber Wheel untuk GT5 (lebih bagus)

  Bor PCB

  Lem Lilin

  Multitester analog /digital

 

Perakitan

Langkah-langkah untuk merakit robot ini sebagai berikut :

1.      Siapkan PCB IC bolong, lalu pasang dan solderlah komponen sesuai rangkaian diatas.

2.      Beri tegangan 6V, atur pemberian cahaya pada LDR tersebut dengan membuka atau menutup permukaan LDR tersebut dengan jari atau kertas, atur trimpot/potensiometer sehingga hasilnya optimal. Bagian ini ialah bagian yang paling kritis di dalam pembuatan robo tini, karena kalau tuning tidak tepat, aka robot beralan tidak sesuai jalur yang dibuat.

3.      Jika sudah selesai, pasanglah apda acrilic dengan tampilan seperti berikut :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Gambar Desain Robot Line Follower dengan LDR

 

4.      Pasanglah PCB dan pendukungnya pada acrilic. Hubungkan kabel motor DC ke keluaran PCB. Hubungkan baterai 6V ke input Supply PCB.

 

Gambar Robot Line Follower dengan LDR tampak bawah

 

 

5.      Jika sudah dirakit cobalah jalankan pada lantai yang sudah dipasang jalur hitam berkelok (dapat menggunakan lakban), maka robot akan beralan mengikuti jalur tersebut. Jika sensor kurang sensitif, putarlah perlahan-lahan trimpot/potensiometer robot tersebut, untuk hasil yang optimal. Pastikan sensor LDR berada cukup dekat dengan lantai. Jika putaran motor terlalu cepat, Anda dapat mengatur besar tegangan motor DC tersebut, misal menggunakan IC variabel regulator LM317.

 

Gambar Hasil Robot Line follower Sederhana

 

Latihan:

 

Yang membuat Anda mahir elektronika, tidak lain ialah pengalaman dalam bereksprimen dan ketekunan. Untuk itu Anda diharapkan menjawab dan mengerjakan semua latihan ini.

 

 

1.      Sebagai seorang pemula/pelajar, Anda membutuhkan informasi pelengkap terkini tentang dunia elektronika melalui Internet. Akseslah situs google.com / yahoo.com untuk mencari informasi komponen elektronika untuk dapat menjelaskan cara kerja dari :

 

a.       Resistor

b.      Kapasitor elektrolit

c.       Kapasitor keramik

d.      Transistor NPN

e.       Transistor PNP

f.       MOSFET

g.       FET

h.      Sensor LDR

i.        IC (Integrated Circuit)

2.      Pelajari fungsi dari IC TTL seperti 74LS00,74LS04,74LS08,74LS14. Jelaskan pula arti dari perbedaan simbol LS, HC dan HCT pada IC TTL.

3.      Pelajari fungsi IC penguat operasional (OP-AMP) seperti LM741, LM 393N dan LM 324.

4.      Buatlah rangkaian penguat transistor dengan penguatan 100.

5.      Buatlah rangkaian robot pengejar cahaya berbasis sensor LDR dimana robot akan bergerak mengejar sumber cahaya.

 

Harga kit diatas Rp 200.000

 

Miliki Materi lengkap dari tutorial di atas pada buku: