PERANCANGAN, PEMBUATAN, DAN IMPLEMENTASI ROBOT

PELUKIS MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER

Puji Waluyo

Univeritas Mitra Karya Puji.waluyo.amd@gmail.com

ABSTRAK

Konsep penciptaan lukisan adalah penggambaran robot dimasa depan yang

mempunyai sifat-sifat manusia sehingga mereka berinteraksi dalam situasi sosial.

Tema pada penciptaan lukisan merupakan personifikasi robot yang terinspirasi dari

komik, film animasi dan film fiksi ilmiah. Figur robot pada lukisan merupakan

deformasi dari bentuk robot yang telah ada dalam komik, film animasi dan film fiksi

ilmiah untuk diubah dan menghasilkan bentuk baru yang berbeda. Proses visualisasi

lukisan dikerjakan menggunakan media cat akrilik di atas kanvas dengan teknik

opaque dan brushstroke. Robot pelukis ini dapat dikategorikan dalam robot vision

karena robot ini menggunakan perangkat kamera dan image processing dalam

prosesnya yang didapat dari sebuah perangkat I/O yang berupa informasi warna RGB

(red, green, blue).

Kata Kunci : Pembuatan, Implementasi, Robot Pelukis

PENDAHULUAN :

Robot banyak digunakan pada baik pada skala kecil maupun besar, mulai

dunia industri sampai pada entertainment sehingga robot dapat difungsikan

sebagai pengganti pekerjaan yang seharusnya dikerjakan oleh manusia.

Robot mempunyai kelebihan yang tidak dimiliki oleh manusia yaitu dalam hal

kecepatan proses, ketelitian dan tidak adanya unsur kelelahan dalam melakukan

sesuatu. Sehingga dalam melakukan proses pada skala besar dapat menggantikan

proses manual yang dilakukan oleh manusia dan dapat mempercepat proses yang

diinginkan dengan hasil yang lebih baik.

Robot pelukis ini dapat dikategorikan dalam robot vision karena robot ini

menggunakan perangkat kamera dan image processing dalam prosesnya yang

didapat dari sebuah perangkat I/O yang berupa informasi warna RGB (red, green,

blue) seperti pada gambar.

Gambar Blok Diagram Robot Vision

Lukisan yang dihasilkan dari robot ini hampir sama dengan hasil dari

printer, hanya saja pada printer media untuk hasil hanya sebatas kertas,

sedangkan pada robot pelukis media yang digunakan bisa disesuaikan, misalnya

kertas, dinding, kayu, bahkan robot ini dapat dikembangkan lagi untuk melukis

benda tiga dimensi.

Sistem kontrol elektronik mempunyai fungsi sebagai pusat pengendali

kegiatan dari alat ini. Adapun permasalahan sistem pada perangkat keras yang

akan timbul pada pembuatan robot ini adalah pembuatan perangkat mekanik

yang tepat sehingga robot dapat berjalan stabil dan sesuai yang diharapkan.

Kemudian pada pembuatan hardware elektronik dimana mencakup driver motor,

solenoid, dan sistem minimum. Pada driver motor bagaimana merancang agar dapat

bergerak ke kiri dan ke kanan, sedangkan pada driver solenoid diharapkan dapat

menarik atau mendorong pena gambar sehingga dapat bergereak naik – turun. Dan

juga bagaimana membuat sistem minimum berbasis mikrokontroller agar dapat

berfungsi sebagai basis sistem kontrol dengan baik. Selain itu pada software

bagaimana mengubah image yang ditangkap robot menjadi sebuah bentuk arsiran,

masalah ini tentunya akan mencakup tentang image processing dan video capture.

Kemudian bagaimana konversi suatu citra menjadi data yang akan dikirim ke

mikrokontroller.

METODOLOGI:

Prosedur dan langkah-langkah dalam pengerjaan penelitian dapat diuraikan sebagai

berikut:

a. Tahap studi literature

Studi tentang mikrokontroller, rangkaian driver motor dan solenoid,

komunikasi serial (RS-232), perancangan sistem minimum, program Visual

Basic untuk visualisasi pada PC, serta literatur-literatur yang lain yang

dapat menunjang penyelesaian penelitian .

b. Tahap perancangan dan pembuatan hardware\

Tahap perancangan meliputi pembuatan mekanik robot untuk gerak robot,

serta pengaturan gerak motor dan solenoid oleh mikrokontroller, kemudian

perancangan sistem minimum untuk menerima data dari komputer sebagai

informasi yang dipakai mikrokontroller untuk menggerakkan lengan robot.

c. Tahap pengujian dan simulasi

Hardware yang telah jadi akan disimulasikan dengan mengambil sebuah obyek

tertentu dan mengubahnya dalam format lukisan.

d. Tahap realisasi

Dalam tahap ini kita menghubungkan semua hardware (PC, mikrokontroller,

robot, dan kamera) serta mengimplementasikan software didalamnya.

e. Tahap penulisan laporan

Pada tahap ini pekerjaan yang dilakukan adalah penulisan laporan secara

lengkap dan detail sesuai dengan data yang diperoleh dari penelitian ini.

PEMBAHASAN

Pada pembuatan "Robot Pelukis" untuk penelitian ini secara umum terbagi

menjadi dua bagian pokok, yaitu pembuatan perangkat keras (hardware) dan

perangkat lunak (software). Pembuatan perangkat lunak untuk pengolahan citra ini

dirancang dengan menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic.

Untuk pembuatan perangkat keras yang meliputi pembuatan perangkat

mekanik serta perangkat keras elektonik (hardware) akan dibahas pada bab ini

yang merupakan pokok bahasan utama dalam penelitian ini. Pembuatan perangkat

mekanik terdiri dari desain mengenai konstruksi robot itu sendiri berupa pembuatan

kerangka robot yang menggunakan aluminium yaitu pembuatan tubuh robot,

penyangga kamera, penyangga pena, serta penyangga motor DC. Kemudian

merangkai bagian-bagian tersebut menjadi satu kesatuan yang utuh, rapi, dan

bergerak sesuai dengan hasil yang diharapkan.

Sedangkan pembuatan perangkat keras elektronik terdiri dari pembuatan

rangkaian sistem minimum mikrokontroller AT89S51 serta downloader dalam

sistemnya, penggerak (driver) motor DC, penggerak (driver) solenoid dan rangkaian

komunikasi data serial RS232.

Sebagai interface dalam sistem ini digunakan sistem minimum AT89S51

yang akan mengontrol perangkat keras melalui port-port yang tersedia. Port 2 akan

digunakan untuk mengontrol kerja dari penggerak motor DC dan penggerak

solenoid.

Sistem minimum yang terdapat pada robot ini terbagi atas dua bagian dasar,

yaitu bagian perangkat keras (hardware) dan bagian perangkat lunak (software).

Sistem minimum ini digunakan sebagai tatap muka (interfacing) dari komputer

dengan robot, sistem minimum ini menggunakan mikrokontroller AT89S51 yang

merupakan keluaran dari Atmel. Sedangkan untuk perencanaan sistem berdasarkan

pada fungsi komunikasi data itu sendiri adalah dengan mengintegrasikan dan

menghubungkan antara komputer dengan mikrokontroller. Mikrokontroller

menerima masukan melalui komunikasi data serial RS232 untuk menggerakkan

motor dc sesuai dengan data yang terkirim.

Data dari komputer yang dikirim melalui komunikasi serial RS232

menuju mikrokontroller akan direalisasikan berupa gerakansecara vertikal dan

horisontal sehingga robot dapat menggambar sesuai pola.

Gambar Diagram Blok

Informasi data yang berupa obyek gambar diterima kamera kemudian data informasi

tersebut dikirim ke komputer dengan kabel USB (Universal Serial Bus), setelah

komputer menerima hasil informasi tersebut maka data informasi tersebut akan di

manipulasi di komputer dengan menggunakan metode image processing menjadi

suatu data yang diinginkan untuk proses selanjutnya, data yang telah dimanipulasi

komputer akan dikirim ke mikrokontroller AT89S51 menggunakan komunikasi serial

RS232 untuk di inisialisasi menjadi intruksi data, sebagai intruksi untuk menjalankan

driver motor pada robot. Robot ini bergerak secara otomatis sesuai dengan informasi

yang diterima dari proses objek yang diterima oleh kamera. Pergerakan robot ini

adalah kekiri-kekanan, kebawah-keatas, dan maju-mundur.

Perangkat keras elektronik yang digunakan sebagai interface adalah

rangkaian – rangkaian berikut ini yaitu rangkaian penggerak (driver) motor

DC, rangkaian penggerak (driver) solenoid serta penggunaan sistem minimum.

a. Perangkat Mikrokontroler

Pada penelitian ini dibuat piranti penggendali menggunakan mikrokontroler

keluaran ATMEL yaitu AT89S51. Untuk mengaktifkan atau menjalankan

mikrokontroler ini diperlukan rangkaian minimum sistemRangkaian sistem

minimum tersebut terdiri rangkaian reset , rangakaian oscillator rangkaian power

supply dan rangkaian sistem mikrokontroler.

- Rangkaian Reset

Reset pada mikrokontroler AT89S51 terjadi dengan adanya logika high “1”

selama dua cycle pada kaki RST pada mikrokontroler AT89S51. setelah

kondisi pin RST kembali low, maka mikrokontroler akan menjalankan

program dari alamat 0000H.

Rangkaian reset pada penelitian ini seperti gambar

Gambar Rangkaian reset

Rangkaian reset pada gambar diatas merupakan rangkaian reset yang

dapat bekerja secara manual maupun otomatis. Pada saat sumber daya

diaktifkan maka kapasitor C sesuai dengan sifat kapasitor akan terhubung

singkat sehingga arus mengalir langsung dari Vcc ke pin RST.

Kemudian kapasitor akan terisi sehingga tegangan kapasitor Vc akan

mencapai tegangan Vcc. Karena nilai Vc sama dengan nilai Vcc maka

tegangan di resistor 8K2 dan tegangan pada pin RST menjadi low jika

saklar s ditekan , reset mikrokontroler bekerja secara manual. Aliran arus

akan mengalir dari Vcc melalui resistor 100 menuju pin RST. Adanya

resistor 8K2 menyebabkan adanya pembagi tegangan antara tegangan Vr 8K2

dengan pin RST. Tegangan itu sama dengan

Tegangan VR 8K2 menyebabkan pin RST berlogika high “1” pada saat

saklar S ditekan. Saat saklar s dilepas, aliran dari Vcc melalui R 100 akan

terhenti sehingga tegangan pada pin RST akan turun menjadi low.

- Rangkaian Osilator

Pin XTAL1 dan XTAL2 merupakan pin osilator bagi mikrokontroler

AT89S51. Pin XTAL1 befungsi sebagai input dan XTAL2 sebagai output

osilator. Osilator ini bisa berasal dari kristal atau dari keramik resonator.

Untuk osilator kristal, nilai C1 dan C2 adalah 30 Pf ± 10 Pf dan untuk keramik

resonator 40 Pf ± 10 Pf

Gambar 3.3 Rangkaian Minimum Osilator

Pada penelitian ini dibuat rangkaian osilator internal yang terbuat

dari kristal. Nilai C1 dan C2 masing- masing 30 Pf.

- Rangkaian Minimum Mikrokontroler AT89S51

Untuk menjalankan mikrokontroler AT89S51 dibutuhkan sebuah rangkaian

minimum agar mikrokontroler tersebut dapat bekerja dengan baik. Rangkaian

minimum mikrokontroler terdiri dari rangkaian reset dan rangkaian osilator.

Gambar Minimum Sistem

Pada proyek akhir ini, dibuat rangkaian minimum mikrokontroler agar

mikrokontroler dapat bekerja dengan baik. Rangkaian minimum tersebut

adalah seperti gambar 3.4 di atas

b. Driver Motor dan Solenoid

Pada robot tersebut terdapat 2 motor DC, jadi outputnya berupa driver motor

DC dengan system driver maju mundur dan berhenti. Pada perencanaan

pembuatan penggerak motor DC ini dipilih beberapa komponen yang mempunyai

tegangan yang besar agar motor dapat bergerak secara maksimal sesuai dengan

spesifikasi motor yaitu 12V, mempunyai arus yang besar, mempunyai kecepatan

switching yang tinggi. Maka dari itu dibuatlah penggerak motor dengan

komponen yang dapat tahan dengan tegangan pada Vcc yaitu 12V dan arus 5A

Gambar Rangkaian Driver Motor

Pemilihan relay untuk pembalik polaritas motor diguanakan, karena relay

merupakan saklar mekanik dan tidak dipengaruhi oleh Vce atau Ib seperti pada

transistor. Kemudian dipilih TIP 31 untuk penggerak pada kontak relay untuk

mengatur tegangan yang masuk.

Untuk membalik polaritas motor pada relay agar dapat bergerak maju,

mundur, kekanan, dan kekiri diperlukan transistor yang dapat tahan terhadap

tegangan 12V, maka dipilih transistor BD139 yang terhubung dengan

kumparan relay, dengan spesifikasi sebagai berikut:

- VCBO : 80V

- VCEO : 80V

- VEBO : 5V

- IC : 1,5A

- IB : 0,5A

c. Perencanaan komunikasi data serial RS232

Untuk mengaktifkan seluruh kerja sistem sesuai dengan fungsinya perlu

dibuat perangkat keras dan perangkat lunak. Perangkat lunak disini yaitu untuk

mengatur jalannya data yang dikirim oleh komputer ke mikrokontroller agar

data yang terkirim diterima dengan sempurna oleh mikrokontroller. Ada

dua perangkat lunak pada komunikasi data yaitu perangkat lunak untuk

komunikasi data pada PC dan perangkat lunak untuk komunikasi data pada

mikrokontroller.

Dalam proyek akhir ini akan membuat robot otomatis dengan menggunakan

komunikasi serial. Pada bagian pemroses gambar dalam hal ini warna terdiri

dari kamera web, USB (Universal Serial Bus), komputer sedangkan bagian

pengaturan gerak robot terdiri dari rangkaian mikrokontroller dan rangkaian driver

sebagai penggerak motor, sedangkan untuk perancangan komunikasi data

menggunakan RS 232 sebagai protokolnya.

Dengan perangkat tersebut dapat digunakan untuk mengirimkan data atau karakter

dari komputer ke mikrokontroller dengan sempurna

Gambar Rangkaian komunikasi serial RS232

Mekanik robot ini terdiri atas penyangga area gambar, penyangga motor

DC, dan penyangga solenoid dan pena. Di sini kondisi robot dibuat tetap atau

diam, sehingga yang bergerak adalah dudukan solenoid atau penenya saja

berdasarkan arah putaran dari motor dan salah satu lengan yang menopang

solenoid.

Untuk menggeser dudukan lengan – lengan robot, dipakai suatu penarik dan jalur

dari penarik itu sendiri, dan di sini penarik yang digunakan adalah berupa tali senar

yang diikat pada ujung sumbu horisontal sedangkan pada tengah senar diputar

melalui gear dari motor. Sehingga bila motor berputar maka motor akan menarik

senar dan berjalan di permukaan senar. Untuk konstruksi robot dpat dilihat pada

gambar berikut ini.

Gambar Konstruksi Mekanik Robot

d. Pengujian dan Analisa

- Pengujian Komunikasi Serial

Pada pengujian komunikasi serial, ditampilkan pada Hiperterminal, dimana

pengujian ini diharapkan sebagai tanda bahwa komunikasi serial bisa

digunakan. Kemudian hasil dan analisa adalah Untuk mengakses

hiperterminal kita harus mengatur port settingnya seperti pada gambar

dibawah

Gambar Port Setting

Adapun program yang kita gunakan untuk mengakses serial adalah sebagai

berikut:

baudrate equ 0fDh

code_seg equ 0000h

PCON EQU 0087H

org code_seg

ljmp start init:

mov scon,#50h

mov th1,#baudrate ;speed 9600 utk 11059200 Hz

mov tmod,#21h ;timer1 set mode2, timer0 set mode1

mov tcon,#40h ;enable timer1 disable timer0

ret

org 100h

start:

mov sp,#10h ;sp=10h

lcall init ;inisialisasi

loop:

mov a,#'A'

mov sbuf,a

wait:

jnb scon.1,wait

clr scon.1

sjmp loop ;jika ya loop

end

dimana pada hiperterminal menunjukan data sebagai berikut:

Gambar Hyperterminal

Hal ini karena pada program kita memberi perintah pada micro untuk

mengirimkan ’A’ ke PC sehingga munculah huruf ’A’ di hiperterminal.

Berdasarkan hasil pengamatan terlihat bahwa pada pengiriman dari micro ke

PC bisa dilakukan bila keduanya telah mengalami sinkronisasi, artinya

keduanya sudah sama piranti dan baudratenya sehingga dapat berkomunikasi.

- Pengujian Driver Motor

Pada pengujian gerak motor, ditampilkan pada motor DC sebagai

penggerak untuk mengetahui apakah motor dapat berfungsi sesuai dengan

yang diharapkan

org 00h

loop

clr P2.4

clr p2.6

call delay

call delay

LOOP1: clr p2.5

clr p2.7

call delay

call delay

setb P2.5

setb p2.7

call delay

call delay

sjmp LOOP1

delay: MOV R0,#5

del1: MOV R1,#0FFH

del2: MOV R2,#00H

DJNZ R2,$ DJNZ R1,del2 DJNZ R0, del1 RET

END

Gerakan yang dihasilkan robot sesuai dengan yang diinginkan yaitu dapat

bergerak bolak – balik sesuai dengan program yang dijalankan.

Table 4.1 hasl pengujian motor P 2.6 P.27 Kondisi Motor

0 0 kanan

0 1 kiri

1 0 mati

1 1 mati

Berdasarkan pengamatan secara langsung torsi yang dihasilkan oleh motor

besar, sehingga motor dapat menggerakkan lengan yang membawa

penyangga solenoid dan pena. Maka tampak bahwa penggerak (driver)

motor DC berjalan dengan baik, mampu untuk diaplikasikan untuk pergerakan.

Dan pada penggerak (driver) motor DC ini akan aktif low dikarenakan jenis

dari optocoupler yang digunakan sebagai rangkaian driver.

- Pengujian Driver Solenoid Pada pengujian driver solenoid, ditampilkan pada solenoid sebagai

penggerak untuk mengetahui apakah solenoid dapat berfungsi sesuai dengan

yang diharapkan dengan analisanya gerakan yang dihasilkan motor sesuai

dengan yang diinginkan yaitu dapat bergerak naik turun. Serta driver

solenoid menggunakan relay pada rangkaian dapat mengaktifkan solenoid

pada saat diberi pulsa pada drivernya. Pada penggerak (driver) solenoid jika

diberikan logika ”1”, maka solenoid akan aktif dan di sini solenoid

diaplikasikan untuk menarik sedangkan jika diberi logika ”0”, maka solenoid

tidak aktif dan diaplikasiakn sebagai pendorong. Kondisi solenoid dan

pena dapat dilihat dalam table

Tabel 4.2. Kondisi solenoid dan pena

Trigger Kondisi solenoid Kondisi pena

0 Tidak aktif, mendorong Posisi naik

1 Aktif, menarik Posisi turun

- Pengujian Sistem

Pengujian keseluruhan disini merupakan pengujian yang dilakukan dengan

menggabungkan seluruh sistem rangkaian (hardware), sistem mekanik,

perangkat lunak (software) dan Image Processing (Software) di computer

dengan analisanya adalah

Setelah diuji secara keseluruhan, yaitu dengan menghubungkan robot

dengan PC, dimana dari PC mengirimkan data untuk menggerakkan robot dapat

berjalan lancar dan sesuai dengan yang diharapkan,meskipun terdapat

beberapa kendala yaitu pada penggerak (driver) motor yang agak panas. Namun

robot tetap menggambar sesuai dengan data yang dikirimkan Dengan

memperhitungkan jarak antara kamera dan objek, maka didapatkan hasil

perbandingan ganbar pola dari robot dengan gambar objek awal seperti pada

gambar Dimana yang menjadi acuan disini adalah perbandingan antara ukuran

dari hasil gambar yang diperoleh dengan ukuran gambar objek awal.

Gambar Obyek dan Hasil yang digambar

Untuk mendapatkan tingkat ketelitian dari robot dilakukan percobaan

berkali-kali. Dan didapatkan hasil pergerakan robot dalam menggambar yang

tampak pada tabel di bawah:

Gambar Ukuran objek

Waktu yang

diperlukan

Ukuran hasil Jarak

kamera- objek

Vertikal 15.6 7.6 detik 19 20 cm

Horisontal 15.2 7.3 detik 19 20 cm

Persegi Pejal 8 cm x 8 cm 30.8 detik 10 cm x 10 cm 20cm

Persegi 18 cm x 18 cm 2 menit 43detik 21 cm x 21 cm 20 cm

Dari hasil pengujian di atas maka dapat diketahui persentase error

seperti pada rumus perhitungan

Error(％) = Ukuran hasil - Ukuran objek x 100 %

Ukuran hasil

1. Gambar vertikal

Error (%) = 19 − 15 . 6 x100 % = 17.89%

19

2. Gambar Horisontal

Error (%) = 19 − 15 . 2 x100 % = 20%

19

3. Gambar Persegi pejal

Error (%) = 10 − 8 x100 % = 20%

10

4. Gambar Persegi

Error (%) = 21 − 18 x100 % = 14.28%

21

Pada alat terlihat bahwa sistem terdapat error yang cukup besar hal ini

dikarenakan oleh pemberian besarnya timer yang berakibat pada lamanya motor

bekerja untuk menggambar. Semakin besar timer yang diberikan maka semakin

besar pula hasil yang akan digambar, begitu pula sebaliknya.

KESIMPULAN:

Dari pengujian perangkat keras pada robot pelukis didapatkan kesimpulan sebagai

berikut:

1. Hasil lukisan dari robot bergantung pada:

• Jarak obyek yang akan dilukis dengan kamera.

• Besar timer yang dipakai untuk menjalankan robot.

• Pencahayaan yang dapat mempengaruhi konversi ke biner.

2. Pada sistem dalam menggabungkan blok-blok dari sistem harus tepat sehingga

sinkronisasi kerjanya bisa terjaga.

DAFTAR PUSTAKA:

1) Agfianto Eko Putra, “Belajar Mikrokontroller T89C51/52/55”, Gava Media,

Yogyakarta, 2002.

2) Akhmad Hendriawan, ”Mikrokontroller 8051 Step by Step”, Surabaya,

2004

3) Gde Brata Indrawan, ”Robot Pembersih Kaca Jendela pada Gedung

Bertingkat dengan Kamera”, tugas akhir jurusan Elektronika tahun 2004.

4) Himawan Sutamto, “Pengaturan Kecepatan Motor DC Menggunakan

PI Kontroller”, tugas akhir jurusan Elektronika tahun 2004.

5) Mussa Bahtiar Rifa’i Al-Muhammadiy, ”Robot Penggambar Pola dengan

Kamera”, tugas akhir jurusan Elektronika tahun 2004.

6) Paulus Andi Nalwan, “Teknik Antarmuka dan Pemrograman

Mikrokontroller AT89C51”, Penerbit Alex Media Komputindo, Jakarta,

2003.

7) \Widodo Budiarto, S.Si, M.kom, “Interfacing Komputer dan

Mikrokontroler”, Penerbit Alex Media Komputindo, Jakarta, 2004

8) ……., “datasheet AT89S51”, Atmel, www.alldatasheet.com, diakses

tanggal 13-3-2005

9) ……., “datasheet MAX232”, Maxim, www.alldatasheet.com, diakses

tanggal 13-3-2005