PERANCANGAN DAN SISTEM PERGERAKANROBOT BERKAKI

AV-COM BERBASIS ARDUINO MEGA128

Naskah Publikasi

diajukan oleh

Purwo Setyo Aji

07.11.1823

kepada

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER

AMIKOM

YOGYAKARTA

2011

DESIGN AND MOVEMENT SYSTEM OF AV-COM LEGGED ROBOT

BASED ON ARDUINO MEGA128

PERANCANGAN DAN SISTEM PERGERAKAN ROBOT BERKAKI AV-COM

BERBASIS ARDUINO MEGA128

Purwo Setyo Aji

Jurusan Teknik Informatika

STMIK AMIKOM YOGYAKARTA

ABSTRACT

Modern era increasing robot to be developed by humans to facilitate and assist the

man works. Generally, robot is a combination of mechanical, electronic circuits and

programming, to be adapted of human's needs.

In the manufacturing of legged robots, AV-COM robot team was inspired by the

anatomy of insects, AV-COM-legged robot is a robot with motion mechanism using six-legs

anatomy feet like animals or insects. Feet from AV-COM-legged robot is combined of 18

mechanical servo motors as driving and consists of three servo motors in each leg of robot.

Legged robot can walk more freely than the robot using a wheel, because it can pass through

more rugged terrain.

The movement of robot is required combinating legs of robot in every corner or knee

of the servo motor, so it obtained mechanical motion that causes the robot can move.

Ultrasonic sensors and heat sensors are used in addition to doing simple automatic

navigation and how the movement direction of robot motion. AV-COM-legged robot built by

AMIKOM Robotic team to participated the fire extinguisher robot competition KRCI Legged

(Kontes Robot Cercas Indonesia).

Keyword : Robot, legged robot, KRCI, servo motor

1. PENDAHULUAN

Perkembangan teknologi saat ini berkembang dengan pesat, hingga setiap lapisan

masyarakat memerlukannya. Perkembangan komunikasi, komputerisasi, otomasi, dan

robotika merupakan tuntutan teknologi modern yang sedang berkembang saat ini dan perlu

digali. Dengan semakin majunya IPTEK, masyarakat luas dapat menikmati kemudahan

dalam mengerjakan pekerjaannya dan terasa lebih menguntungkan dalam segi kenyamanan

bekerja dan finansial secara khususnya. Sebagai mahasiswa, sudah selayaknya berupaya

melakukan riset, penemuan dan pengembangan yang lebih lanjut, sehingga dapat diperoleh

pengalaman serta mengetahuan baru, yang akan menghasilkan praktisi handal maupun ahli.

Sehingga dapat menerapkan teknologi lebih tepat guna dan efektif.

Sesuai dengan masalah yang ada, penulis merumuskan permasalahan sebagai

berikut: “Bagaimana merancang desain dan pergerakan Robot Berkaki AV-COM berbasis

ARDUINO MEGA128”, dalam penelitian ini dituliskan bagaimana mendesain bentuk robot

berkaki AV-COM dan bagaimana cara memadukan kinerja motor servo disetiap lengan robot.

2. LANDASAN TEORI

a. Servo Motor

Servo adalah motor yang digunakan untuk mengontrol gerakan robot, hard

disk drive, dll umumnya dirancang lebih mirip alternator daripada motor standar,

sirkuit servo paling membutuhkan kontrol khusus untuk membuat mereka

memutar secara elektrik. Servo motor umumnya terdiri dari servo continuous dan

servo standar. Servo motor continuous dapat berputar sebesar 360 derajat.

Sedangkan servo motor tipe standar hanya mampu berputar 180 derajat. Servo

motor yang umum digunakan ialah Continuous Parallax. Namun ada juga servo

motor yang berkekuatan besar dan cepat, sebagai contoh servo HS-311

(continuos) dan servo HS-322HD (standar). Sebagai contoh Untuk menggerakkan

motor servo ke kanan atau ke kiri, tergantung dari nilai delay yang kita berikan.

Untuk membuat servo pada posisi center, berikan pulsa 1.5ms. Untuk memutar

servo ke kanan, berikan pulsa <=1.3ms, dan pulsa >= 1.7ms untuk berputar ke kiri

dengan delay 20ms.

Gambar 2.1 Motor servo (Sumber: toysonic.com)

b. Arduino MEGA128

Arduino MEGA128 merupakan salah satu jenis mikrokontroler single-board

yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang untuk

memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardwarenya

memiliki prosesor Atmel AVR dan softwarenya memiliki bahasa pemrograman

sendiri. Hardware yang diprogram menggunakan bahasa berbasis Wiring (sintaks

+ perpustakaan), mirip dengan C++ dengan beberapa penyederhanaan dan

modifikasi, dan pengolahan berbasis IDE

Gambar 2.5: Board Arduino MEGA128 (Sumber: arduino.cc)

c. ATMEGA 128

AT MEGA128 merupakan salah satu mikrokontroller yang memiliki port yang lebih

banyak daripada seri ATMEL versi sebelumya, (seperti AT MEGA16, AT MEGA32,

AT MEGA 8535). Sehingga dalam penanganan kontrol yang memerlukan I/O yang

banyak, membuat komponen menjadi lebih hemat baik dari segi sisi biaya dan

desain hardware yang dibutuhkan.

Fitur yang dimiliki ATMEGA128

1. Memiliki internal EPROM, sehingga tidak perlu lagi memakai baterai untuk

mem-backup isi RAM.

2. Memiliki 8 channel ADC 10 bit.

3. Ram internal 4kb (bandingkan 8535 yang hanya 2Kbyte).

4. 4KB EEPROM untuk program.

5. Internal watch dog. Nah ini penting, sehingga bisa mencegah sistem hang.

6. Real Time Counter with Separate Oscillator.

7. Brown-out detector, juga mencegah hang.

8. In-system programming, tidak perlu programmer khusus.

9. 6 PWM Saluran dengan Programmable Resolusi 2-16 Bits.

10. 8-channel, 10-bit ADC :

a) 8 Single-ended Channels

b) 7 Differential Channels in TQFP Package Only

c) 2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or 200x

11. Byte-oriented Two-wire Serial Interface

12. Programmable Serial USART

13. Master/Slave SPI Serial Interface

14. Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator

15. Internal kalibrasi RC Oscillator

d. Komponen Elektronika

1. Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk

membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan

namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon.

Dari hukum Ohms diketahui, resistansi berbanding terbalik dengan jumlah

arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut

Ohm atau dilambangkan dengan simbol W (Omega).

2. Capasitor

Kapasitor atau yang sering disebut kondensator adalah suatu alat

yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara

mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor

memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Pertama

disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari

bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk

menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya.

3. Dioda

Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang

sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada

panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier

kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi

penggunaan

4. Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,

sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan,

modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi

semacam kran listrik. Transistor bipolar bekerja dengan dua macam carrier,

sedangkan unipolar satu macam saja, hole atau elektron.

e. Remote Infrared Modul

1. Receiver

Komponen yang dapat menerima infra merah ini merupakan

komponen peka cahaya yang dapat berupa dioda (photodioda) atau

transistor (phototransistor). Komponen ini akan merubah energi cahaya,

dalam hal ini energi cahaya infra merah sebanyak mungkin sehingga pulsa

sinyal listrik yang dihasilkan kualitasnya cukup baik. Pada prakteknya sinyal

infra merah yang diterima intensitasnya sangat kecil sehingga perlu

dikuatkan.

Dalam penerimaan infra merah, sinyal ini merupakan sinyal infra

merah yang termodulasi. Pemodulasian sinyal data dengan sinyal carrier

dengan frekuensi tertentu akan dapat memperjauh transmisi data sinyal infra

merah. Sebuah receiver infra merah dilengkapi dengan lensa cembung

yang mempunyai sifat mengumpulkan cahaya. Lensa tersebut juga

merupakan filter cahaya, lebih dikenal sebagai optical filter, yang hanya

melewatkan cahaya infra merah saja. Walaupun demikian cahaya yang

nampakpun masih bisa mengganggu kerja dari receiver infra merah karena

tidak semua cahaya nampak bisa difilter dengan baik. Oleh karena itu harus

difilter pada frekeunsi sinyal carrier yaitu pada 30 KHz sampai 40 KHz.

Selanjutnya baik photodioda maupun phototransistor disebut sebagai

photodetector.

2. Transmitter

Infra merah dapat digunakan baik untuk memancarkan data maupun

sinyal suara. Keduanya membutuhkan sinyal carrier untuk membawa sinyal

data maupun sinyal suara tersebut hingga sampai pada receiver. Untuk

transmisi sinyal suara biasanya digunakan rangkaian voltage to frequency

converter yang berfungsi untuk mengubah tegangan sinyal suara menjadi

frekuensi. Untuk transmisi data biasanya sinyal ditransmisikan dalam bentuk

pulsa-pulsa. Ketika sebuah tombol ditekan pada remote control, maka

transmiter infra merah akan mentransmitkan sebuah sinyal yang akan

dideteksi sebagai urutan data biner.

f. Visual basic

Bahasa Basic pada dasarnya adalah bahasa yang mudah dimengerti

sehingga pemrograman di dalam bahasa Basic dapat dengan mudah

dilakukan meskipun oleh orang yang baru belajar membuat program. Hal ini

lebih mudah lagi setelah hadirnya Microsoft Visual Basic, yang dibangun

dari ide untuk membuat bahasa yang sederhana dan mudah dalam

pembuatan scriptnya (simple scripting language) untuk graphic user interface

yang dikembangkan dalam sistem operasi Microsoft Windows. Visual Basic

merupakan bahasa pemrograman yang sangat mudah dipelajari, dengan

teknik pemrograman visual yang memungkinkan penggunanya untuk

berkreasi lebih baik dalam menghasilkan suatu program aplikasi. Ini

terlihat dari dasar pembuatan dalam visual basic adalah FORM, dimana

user dapat mengatur tampilan form kemudian dijalankan dalam script yang

mudah.

g. Arduino IDE

Arduino IDE adalah lingkungan pengembangan Arduino yang berisi

teks editor untuk menuliskan kode, pesan area, teks console, toolbar dengan

tombol fungsi umum, dan serangkaian menu. Terhubung ke perangkat keras

yang terhubung ke perangkat Arduino board dan berkomunikasi dengan

board tersebut. Software Arduino IDE open source, bisa dijalankan di sistem

operasi Linux, Mac, dan Windows.

Perangkat lunak yang dituliskan menggunakan Arduino disebut

sketsa, sketsa sketsa ini ditulis dalam editor teks. Teks editor memiliki fitur

copy/paste dan mencari/mengganti teks. Area pesan memberikan

memberikan umpan balik saat menyimpan dan mengekspor dan juga

menampilkan kesalahan yang terdapat dalam code program. Konsol

menampilkan output teks dengan lingkungan Arduino, termasuk pesan error

lengkap dan informasi lainnya. Tombol toolbar memungkinkan kita untuk

memilah, meng-upload program, membuat, membuka, dan menyimpan

sketsa, dan membuka monitor serial

3. PERANCANGAN SISTEM

a. Perancangan Sistem

Gambar 3.1: Perancangan sistem

Sensor digunakan untuk mengamati lingkungan luar berupa

halangan yang berupa dinding. Keluaran masing-masing sensor berbentuk

tegangan analog selanjutnya dikoversi oleh komparator kedalam bentuk

sinyal digital. Sinyal digital diteruskan dan diolah mikrokontroler

ATMEGA128 pada board Arduino MEGA128 berdasarkan basis

pengetahuan yang ditanamkan di mikrokontroler sehingga menghasilkan

perintah aksi yang harus dilakukan oleh Robot Berkaki AV-COM. Perintah ini

diproses kembali oleh sistem kendali dan akhirnya aksi dijalankan yang

berupa gerakan kaki yaitu gabungan motor servo, menghindari halangan,

atau mengikuti perintah yang sesuai.

b. Rancangan Pergerakan

Gambar 3.2: Flowchart pergerakan

flowchart navigasi manual robot menggunakan remote infrared. Navigasi ini

merupakan salah satu bentuk penerapan pengendalian pada robot sehingga dapat

berjalan sesuai dengan perintah yang diberikan. Perintah yang penulis berikan

adalah maju, mundur, belok kiri, belok kanan dan default atau posisi normal, navigasi

ditujugan agar dapat mengetahui kestabilan robot ketika bergerak sehingga ketika

ada kekurangsempurnaan, dapat diperbaiki lagi.

Gambar 3.3: Usecase diagram Aplikasi Desktop

Use Case Use Case Description

Set sudut servo Use case dimana user melakukan setting kombinasi sudut setiap motor servo, dengan cara menggeser scroll

bar pada aplikasi desktop.

Set default Use case dimana user dapat menentukan dan menyimpan

sementara nilai kombinasi posisi sudut default yang diinginkan.

Get default Use case dimana user dapat mengarahkan dan men-set value dari velue default ke dalam kolom sudut servo. Sehingga posisi servo dalam

keadaan default yang diinginkan

Set tengah Use case dimana user dapat mengarahkan agar setiap motor servo

berada pada posisi 90 derajat

Add data Use case dimana user dapat memasukkan kombinasi sudut yang

telah diperoleh kedalam textbox value

Clear data Use case dimana user dapat menghapus isi textbox value

Copy data Use case dimana user dapat menyalin data kedalam clipboard

Set servo initial Use case dimana user dapat menentukan inisial servo sesuai

keinginan

Set port Use case dimana user dapat mengatur port komunikasi data antara

Arduino MEGA128 dengan aplikasi desktop.

4. HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Bagian Mekanis

a. Konstruksi mekanis Robot Berkaki AV-COM dibuat layaknya robot

berkaki enam atau hexapod. Bahan yang digunakan menggunakan

bahan yang ringan tetapi kuat, sehingga mampu menopang berat

robot ketika berjalan. Desain body dibuat menggunakan bahan akrilik

dengan ketebalan 3.5mm, 2 lapis. Bagian atas dan bawah untuk

mengunci lengan robot bagian atas.

Gambar 4.1 : Robot tampak atas

b. Desain lengan bawah menggunakan bahan alumunium seperti lengan

bagian tengah. Untuk menjaga kestabilan robot ketika berjalan.

Bagian ini diasumsikan seperti betis pada binatang serangga berkaki

enam.

c. Desain lengan tengah menggunakan bahan alumunium 3.5mm.

Pemilihan bahan alumunium dikarenakan bahan tersebut lebih kuat

daripada menggunakan akrilik. Desain melengkung dibuat agar kuat

dalam menyangga beban. Lengan tengah berfungsi sebagai

pengangkat lengan bagian bawah.

d. Desain lengan atas dibuat menggunakan bahan akrilik dengan

ketebalan 3.5mm sebanyak 2 lapis, yaitu untuk menopang 2 buah

motor servo menghadap ke atas (body) dan ke depan (lengan atas).

Serta untuk menggerakkan kaki ke depan dan ke belakang.

2. Aplikasi Desktop

Program desktop pengendali servo disini digunakan untuk mengetahui posisi

secara realtime ketika program dijalankan. Beberapa kasus dalam pemrograman

robot yang menggunakan motor servo yang banyak adalah ketika nilai sudut

disamakan, ternyata kondisi motor servo belum tentu sama antara satu sama lain.

Berikut tampilan aplikasi desktop pengendali motor servo dapat dilihat pada

Gambar.4.1

Gambar 4.1: Aplikasi Pengendali Servo

5. PENUTUP

1. Kesimpulan

Hasil ini diperoleh dengan memperbesar sudut langkah kanan dan

memperkecil sudut langkah kiri. Nilai tabel-tabel pergerakan diatas didapat dari hasil

kombinasi pada program Visual Basic. Kemudian hasil kombinasi pada Visual Basic

disalin dan ditambahkan kepemrograman Arduino IDE. Hasil keakurasian dari sudut

yang ada bekisar 98% (kerancuan 1-3derajat) untuk servo dengan merek Towardpro

dan kisaran 95% (kerancuan 3-8derajat ) untuk merek Hitech. Hal ini disebabkan

karena tidak semua servo yang diproduksi adalah sama dan identik antara satu

sama lain, sehingga terdapat kesalahan beberapa derajat sudut sehingga harus

disesuaikan pada aplikasi desktop.

Dalam Perancangan dan Pembuatan Robot Berkaki AV-COM penulis memberi

saran-saran pengembangan lebih lanjut untuk mencapai sistem pengendalian robot dan

komuniasi yang lebih sempurna:

a. Penggunaan komunikasi via wireless menggunakan Arduino WiFi Shield, dan

penambahan camera berbasis Internet Protokol menjadikan robot lebih dinamis

dan dapat dikendalikan tidak secara otomasi saja tetapi juga dikendalikan manual

secara jarak jauh.

b. Merapikan komponen elektronis dan mekanis sehingga robot tampak lebih rapi.

Serta pemasangan casing sehingga komponen elektronika lebih terlindungi dari

lingkungan luar.

c. Penambahan database didalam aplikasi Visual Basic, ditujukan agar kombinasi

gerakan servo dapat terekam, sehingga tidak hanya dapat terlihat langsung posisi

realtime saja, tetapi rekaman posisi juga dapat disimpan. Ditujukan agar

pergerakan robot dapat dijalankan dan dilihat secara realtime.

d. Penggunaan elektronis yang lebih sederhana dan kecil tapi maksimal, pemilihan

baterai yang berukuran kecil, ringan dan memiliki arus besar.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2011. Arduino Mega (http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega,

diakses 14 Januari 2011)

Anonim, 2011. Ping Ultrasonic Range Finder Tutorial

(http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Ping, diakses 14 Januari 2011)

Anonim, 2011. Servo Library and Tutorial

(http://www.arduino.cc/playground/ComponentLib/Servo, diakses 8 Januari

2011)

Budiarto. Widodo, S.Si, M.Kom, 2004 “interfacing Komputer dan Mikrokontoler” ,

Penerbit Elex Media Komputindo

Sismoro Heri, 2005 “Pengantar Logika Informatika, Algoritma, dan

Pemrograman Komputer”, Penerbit Andi, Yogyakarta

Suyadi Taufiq Dwi Septian, 2008 “Build Your Own Line Follower Robot”, Penerbit

Andi, Yogyakarta

Wasito, 2006 “Vademekum Elektronika Edisi Kedua”, Penerbit PT Gramedia

Pustaka Utama, Jakarta