PERANCANGAN SISTEM KONTROL DAN ALGORITMA YANG DITERAPKAN

UNTUK ROBOT BERKAKI ENAM DALAM MENYELESAIKAN MISI PADA

KONTES ROBOT PEMADAM API INDONESIA

oleh

Tri Handoko

NIM : 612009020

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Januari 2014

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya, yang bertanda tangan di bawah ini:

NAMA : Tri Handoko

NIM : 612009020

JUDUL SKRIPSI : Perancangan Sistem Kontrol dan Algoritma yang

Diterapkan untuk Robot Berkaki Enam dalam

Menyelesaikan Misi pada Kontes Robot Pemadam Api

Indonesia

Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata

ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi

apapun sesuai aturan yang berlaku.

Salatiga, 8 Januari 2014

Tri Handoko

Materai Rp,

6000,-

Tanda Tangan

i

INTISARI

Performa robot berkaki milik Robotic Research Center (R2C) kurang optimal. Pada

tahun 2012 dan 2013 robot berkaki R2C tidak bisa memadamkan api pada semua trial

pertandingan. Untuk menjadi juara di tingkat regional yang selanjutnya ditandingkan lagi

di tingkat nasional, robot harus bisa memadamkan api. Sehingga dalam skripsi ini

direalisasikan sebuah sistem yang diterapkan untuk mengendalikan sebuah robot berkaki

enam agar dapat menyelesaikan misi pada Kontes Robot Pemadam Api Indonesia tahun

2014.

Secara garis besar, sistem yang dibuat terdiri dari mikrokontroler, sensor-sensor,

perangkat keras pemadam api, dan algoritma robot. Mikrokontroler difungsikan sebagai

pengendali utama dari sistem yang berguna untuk membaca data sensor, mengolah data

dan kemudian memberikan perintah kepada servo controller dan pemadam api. Sensor-

sensor berguna untuk membantu robot dalam bernavigasi, memulai pergerakan,

mendeteksi terang dan gelap permukaan lantai, mendeteksi adanya titik api, dan

mendeteksi boneka anjing. Terdapat dua macam perangkat keras pemadam api yaitu

menggunakan air yang dipompa dengan sebuah motor (extinguisher) dan menggunakan

kipas yang diputar oleh sebuah motor. Algoritma robot yang digunakan ada dua jenis, yaitu

algoritma pertama yang merupakan algoritma yang dirancang dalam skripsi dan algoritma

yang kedua merupakan penyempurnaan algoritma yang pernah dipakai tim R2C-LYNX.

Pengujian dilakukan dalam tiga sesi dimana pada tiap sesi, robot diuji sebanyak 42

kali. Dalam sebuah sesi setiap algoritma diuji sebanyak 21 kali. Persentase keberhasilan

algoritma pertama pada sesi pertama 76,19 %, pada sesi kedua 80,95 %, dan pada sesi

ketiga 80,95 %. Persentase keberhasilan algoritma kedua pada sesi pertama 71,43 %, pada

sesi kedua 76,19 %, dan pada sesi ketiga 71,43 %.

ii

ABSTRACT

Robotic Research center (R2C) legged robot’s performance is not optimal. In 2012

and 2013 R2C’s legged robot can’t extinguish fire in every trial match. To become

regional champion and then national champion, robot must be able to extinguish fire.

Therefore, this thesis realize a system that implemented for controlling a six-legged robot

to accomplish mission in Indonesia Fire Extinguisher Robot Contest in 2013.

Generally, this system consists of microcontroller, sensors, fire extinguisher module,

and robot’s algorithm. Microcontroller is functioned as main controller of system that’s

used to read sensor’s data, process data, and then give command to servo controller and

fire extinguisher. Sensors are used to help robot in navigation, starts movement, detect

brightness in floor surfaces, detects fire spot, and detects stuffed dog. There are two fire

extinguisher modules, the first one is using water to extinguish fire, and another one is by

using motor rotated fan. There are two algorithms for robot, first algorithm is the algorithm

which is designed in this thesis, and the second algorithm is improvement from algorithm

that’s been used by R2C-LYNX team.

Testing is done in three sessions, in each session robot is tested 42 times. In a session

every algorithm is tested 21 times. Success rate of the first algorithm in the first session is

76.19%, in second session is 80.95% and in the third session is 80.95%. Success rate for

second algorithm in the first session is 71.43%, in the second session is 76.19%, and in the

third session is 71.43%.

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Allah Bapa di Surga, Putranya Yesus Kristus, dan Roh

Kudus atas segala hikmah, karunia, dan penyertaan sehingga skripsi ini sebagai

pemenuhan syarat memperoleh ijasah Sarjana Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga, dapat terselesaikan dengan baik. Segala yang

telah penulis capai tidak terlepas dari bantuan, dorongan semangat, doa dan dukungan dari

berbagai pihak. Maka, perkenankanlah penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada orang-orang yang terkait yaitu:

1. Terima kasih sebesar-besarnya untuk orangtua saya tercinta Almarhum Ayah

Antonius Hartono dan Almarhum Ibu Koleta Pangemanan, atas dukungan

material dan immaterial juga doa pada saat masih ada. Kiranya Tuhan

menerimanya di Surga.

2. Pembimbing I, Bapak Daniel Santoso, M.S. dan pembimbing II, Bapak Deddy

Susilo, M.Eng. Terima kasih atas bimbingan, arahan, saran, nasihat juga yang

tidak kalah penting, waktu dan kesabaran yang telah diberikan kepada penulis.

3. Kakak-kakakku yang tercinta, Desi Ariyani dan Dedi Ariyanto. Terima kasih

untuk dukungan dan doa-doanya.

4. Sayangku Grace Inneke Purwanto atas doa, bantuan dan dukungannya.

5. Seluruh tenaga pengajar FTEK UKSW yang telah memberikan banyak ilmu agar

kelak dapat bermanfaat saat aku berada di dunia kerja.

6. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Dita, Mbak

Vera, Pak Budi, Pak Harto, Pak Bambang, Mas Hari.

7. Teman-teman angkatan 2009 tercinta, spesial to Agung “Ipank”, Daniel, Andin

“Pakde”, Alvonso, Gigih “Bewok”, Ardit “Ditztonyo”, Adi Wicitra “Codot”,

Stefanus yang selama ini merasakan perkuliahan dalam suka dan duka bersama.

8. Teman-teman kos “D’DUREN”, Rendi ”mbrot”, Agung, Alvonso, Bastian, Tio,

Mima, Narendra, Rendi, Adit, Satya, Daniel, Dika.

9. R2C-Octopus 2012 dan R2C-Lynx 2013, Gigih “Bewok” 2009, Bayu

“Glempong” 2010, Jati 2011 atas pengalaman yang luar biasa berharga. “My

Team is My Blood”.

iv

10. Para penghuni Lab XT selama penulis mengerjakan skripsi, Danus “Sikat jaran”

06, Heru 06, Eko 07, Rian 07, Winan 07, Putu 07, Rofian 07, Henry 08, Edwin

08, Dhika 08, Visi 08, Ernanda 08.

11. Mas Lintang 04 sebagai pembimbing “ketiga” dalam pembuatan skripsi ini.

12. Pihak-pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu, yang turut andil dalam

usaha penulis menyelesaikan studi di Universitas Kristen Satya Wacana.

Tentunya ada begitu banyak pihak yang membantu penulis selama studi dan

penulisan tugas akhir ini. Terima kasih.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh sebuah kesempurnaan, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat berguna bagi dunia elektronika.

Salatiga, Januari 2014

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI .......................................................................................................................... i

ABSTRACT ..................................................................................................................... ii

KATA PENGANTAR...................................................................................................... iii

DAFTAR ISI .....................................................................................................................v

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... vii

DAFTAR TABEL ............................................................................................................ ix

DAFTAR ISTILAH ...........................................................................................................x

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................................1

1.1. Tujuan ........................................................................................... ....1

1.2. Latar Belakang .................................................................................. 1

1.3. Batasan Masalah ................................................................................ 3

1.4. Sistematika Penulisan ........................................................................ 4

BAB II DASAR TEORI ...........................................................................................5

2.1. Kajian Pustaka .................................................................................. 5

2.2. Konsep Dasar Sistem ........................................................................... 6

2.3. Mikrokontroler ARM CORTEX M0 LPC 1114 ................................. 8

2.3.1. General Purpose Input/Output ............................................ 10

2.3.2. Timer/Counter 32 Bit .......................................................... 11

2.3.3. Serial Peripheral Interface (SPI) ....................................... 12

2.4. Mikrokontroler ATmega8 ................................................................ 12

2.4.1. ADC .................................................................................. 14

2.5. SRF04 Ultrasonik Range Meter Sensor ............................................ 15

2.6. Sensor GP2D12 ............................................................................... 15

2.7. Liquid Crystal Display Karakter 16x2.............................................. 17

2.8. Sensor Cahaya Ultraviolet ............................................................... 19

2.9. Aturan Pertandingan ........................................................................ 19

vi

BAB III PERANCANGAN SISTEM ...................................................................... 26

3.1. Gambaran Sistem ............................................................................ 26

3.2. Perancangan Perangkat Keras .......................................................... 27

3.2.1. Perangkat Keras Mekanik .................................................. 27

3.2.2. Perangkat Keras Elektronik ................................................ 29

3.3. Perancangan Perangkat Lunak ......................................................... 35

3.3.1. Perangkat Lunak Algoritma Pertama ................................. 36

3.3.2. Perangkat Lunak Algoritma Kedua .................................. 37

3.4. Metode Pengujian .............................................................................. 39

3.4.1. Konfigurasi Lapangan Pertandingan .................................. 40

3.4.2. Borang Penilaian Hasil Pertandingan ................................. 43

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ................................................................. 45

4.1. Pengujian Dimensi Mekanik ............................................................ 45

4.2. Pengujian Catu Daya ....................................................................... 46

4.2.1. Pengujian Tegangan Keluaran Catu Daya .......................... 46

4.2.2. Pengujian Arus yang Ditarik oleh Sistem. .......................... 47

4.3. Pengujian Sensor UV Tron .............................................................. 47

4.4. Pengujian Sensor Jarak SRF04 ........................................................ 48

4.5. Pengujian Sensor Jarak (GP2D12) ................................................... 49

4.6. Pengujian Modul Sound Activation .................................................. 50

4.7. Pengujian Sensor Cahaya (Pendeteksi Garis, Home, dan Juring) ...... 51

4.8. Pengujian Algoritma ........................................................................ 51

4.8.1. Persentase Keberhasilan Algoritma .................................... 61

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 64

5.1. Kesimpulan ..................................................................................... 64

5.2. Saran Pengembangan ....................................................................... 64

DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................................... 66

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Blok diagram sistem .................................................................................. 6

Gambar 2.2. Konfigurasi pin ARM CORTEX MO LPC 1114 ....................................... 9

Gambar 2.3. Pin penghubung pada SPI .........................................................................12

Gambar 2.4. Konfigurasi pin mikrokontroler ATMega8 ...............................................14

Gambar 2.5. Sensor SRF04 ..........................................................................................15

Gambar 2.6. Sensor jarak GP2D12 ...............................................................................16

Gambar 2.7. Blok diagram GP2D12 .............................................................................16

Gambar 2.8. Grafik Vo terhadap jarak GP2D12 ...........................................................17

Gambar 2.9. LCD 16x2 ................................................................................................18

Gambar 2.10. Sensor UV Tron dan modul driver ...........................................................19

Gambar 2.11. (a) Mode Non-Arbitrary Start, (b) Mode Arbitrary Start ..........................20

Gambar 2.12. Empat kemungkinan model konfigurasi pintu ...........................................20

Gambar 2.13. Peletakan boneka anjing ...........................................................................21

Gambar 2.14. Bentuk dan ukuran lapangan pertandingan (a.tampak atas, b.tampak

samping) ............................................................................................................................. .21

Gambar 2.15. Bentuk dan ukuran furniture.....................................................................22

Gambar 2.16. Bentuk dan ukuran sound damper ............................................................23

Gambar 2.17. Bentuk dan ukuran cermin........................................................................23

Gambar 2.18. Bentuk dan ukuran uneven floor ...............................................................24

Gambar 3.1. Blok diagram sistem .................................................................................26

Gambar 3.2. Realisasi desain mekanik ..........................................................................27

Gambar 3.3. Pola pemancaran dan penerimaan ultrasonik ............................................28

Gambar 3.4. Skema sistem minimum ARM CORTEX M0 LPC 1114 bagian atas ........29

Gambar 3.5. Skema sistem minimum ARM CORTEX M0 LPC 1114 bagian bawah ....30

Gambar 3.6. Rangkaian catu daya linear dengan IC LM317 .........................................30

Gambar 3.7. Skema sistem minimum Atmega8 dan LCD 16x2 ....................................32

Gambar 3.8. Catu daya tersaklar LM2596S ..................................................................33

Gambar 3.9. Skema modul driver motor .......................................................................34

Gambar 3.10. Skema modul sensor cahaya .....................................................................35

Gambar 3.11. Skema modul sound activation .................................................................35

Gambar 3.12. Diagram alir algoritma pertama ................................................................36

viii

Gambar 3.13. Diagram alir algoritma kedua ...................................................................38

Gambar 3.14. Lapangan pertandingan konfigurasi 1 .......................................................40

Gambar 3.15. Lapangan pertandingan konfigurasi 2 .......................................................41

Gambar 3.16. Lapangan pertandingan konfigurasi 3 .......................................................41

Gambar 3.17. Lapangan pertandingan konfigurasi 4 .......................................................42

Gambar 3.18. Lapangan pertandingan konfigurasi 5 .......................................................42

Gambar 3.19. Lapangan pertandingan konfigurasi 6 .......................................................43

Gambar 3.20. Lapangan pertandingan konfigurasi 7 .......................................................43

Gambar 3.21. Borang penilaian hasil pertandingan .........................................................44

Gambar 4.1. Pengujian lebar robot ...............................................................................45

Gambar 4.2. Pengujian tinggi robot ..............................................................................45

Gambar 4.3. Pengujian panjang robot ...........................................................................46

Gambar 4.4. Pengujian tegangan keluaran catu daya dengan beban ..............................46

Gambar 4.5. Pengukuran arus saat sistem dihidupkan ...................................................47

Gambar 4.6. Grafik persentase keberhasilan memadamkan api dua algoritma pada setiap

harinya .............................................................................................................................62

Gambar 4.7. Grafik persentase keberhasilan dua algoritma pada setiap sesinya ............62

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 1.1. Data pemenang kontes robot nasional divisi berkaki .......................,... 2

Tabel 2.1. Register data pada GPIO ..................................................................... 10

Tabel 2.2. Register data direction pada GPIO ...................................................... 10

Tabel 2.3. Register TCR pada timer/counter 32 bit ............................................. 11

Tabel 2.4. Konfigurasi pin LCD 16x2 .................................................................. 18

Tabel 2.5. Nilai bonus pada setiap mode operasi .................................................. 24

Tabel 3.1 Konfigurasi penggunaan pin ARM CORTEX MO LPC 1114 ............ 31

Tabel 3.2. Konfigurasi penggunaan pin Atmega8 ................................................ 32

Tabel 4.1. Pengujian sensor UV Tron .................................................................. 48

Tabel 4.2. Pengujian sensor jarak SRF04 ............................................................. 48

Tabel 4.3. Pengujian sensor jarak (GP2D12) ....................................................... 49

Tabel 4.4. Pengujian modul sound activation ...................................................... 50

Tabel 4.5. Pengujian sensor cahaya (pendeteksi garis, home, juring) .................. 51

Tabel 4.6. Hasil pengujian sesi pertama pada hari pertama ................................. 53

Tabel 4.7. Hasil pengujian sesi pertama pada hari kedua .................................... 54

Tabel 4.8. Hasil pengujian sesi pertama pada hari ketiga .................................... 55

Tabel 4.9. Hasil pengujian sesi kedua pada hari keempat ................................... 56

Tabel 4.10. Hasil pengujian sesi kedua pada hari kelima .................................... 57

Tabel 4.11. Hasil pengujian sesi kedua pada hari keenam .................................. 58

Tabel 4.12. Hasil pengujian sesi ketiga pada hari ketujuh .................................. 59

Tabel 4.13. Hasil pengujian sesi ketiga pada hari kedelapan .............................. 60

Tabel 4.14. Hasil pengujian sesi ketiga pada hari kesembilan ............................ 61

x

DAFTAR ISTILAH

ADC Analog to Digital Converter

ARM Advanced RISC Machine

AVR Alf and Vegard’s Risc

CCD Charge Coupled Device

DC Direct Current

DIKTI Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi

EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory

GPIO General Purpose I/O

I2C Inter Integrated Circuit

KRCI Kontes Robot Cerdas Indonesia

KRPAI Kontes Robot Pemadam Api Indonesia

LCD Liquid Crystal Display

LED Light Emiting Diode

MISO Master Input Slave Output

MOSI Master Out Slave Input

PMU Power Management Unit

PSD Position Sensitive Detector

PWM Pulse Width Modulation

R2C Robotics Research Center

RISC Reduced Instruction Set Computing

ROM Read Only Memory

SCLK Serial Clock

SPI Serial Peripheral Interface

SRAM Static Random Access Memory

SS Slave Select

TCFFRC Trinity Colege Fire Fighting Robot Competition

UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter