proposal senior berkaki 2013 revisi

labE12 Fakultas Teknik Universitas Bhayangkara Surabaya

PROPOSAL

KONTES ROBOT PEMADAM API INDONESIA ( KRPAI ) 2013

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BHAYANGKARA SURABAYA

2013


Lembar pengesahan

Surabaya, 19 Desember 2013

Dosen Pembimbing

(Ir. Saidah, MT)

Ketua Tim

(Erwin Prastowo)

Menyetujui,

Kabag. Kemahasiswaan UBHARA

(Syafi’i, SE, M.Ak)afi’i, SE.,M.Ak)

Dekan Fakultas Teknik

(Ir. Tri Wardoyo, MT)

Mengetahui,

Wakil Rektor I UBHARA

(Dr. Budi Rianto, M.Si)


A. INFORMASI TENTANG TIM PESERTA

1. TIM

Nama Tim: labE09

Nama ketua tim :1. Erwin Prastowo2. Fulgensius Eko C.Mekanik :1. Nur cholis

Nama instruktur :

Richa Watiasih ST.MT

2. Institusi

Nama lengkap institusi:

Universitas Bhayangkara Surabaya

Nama Departemen/Fakultas:

Fakultas Teknik

Alamat : Ahmad Yani 114 Wonocolo - Surabaya 60231

Nomer Telphone: +62-318285602 Nomer Fax: +62-318285601

Nomer Telephone mobile(HP): Alamat Email: [email protected]

3.Alamat lengkap, E-mail dan Nomer hp

Name: Erwin Prastowo

Address: Jl. Kebraon IV / 41 A Karang pilang - Surabaya

Telephone Number: 085731175346 Fax Number:

e-mail address: [email protected]

4. Jumlah robot dan jumlah gerak robot

Jumlah robot: Satu(1) buah

Jumlah gerak robot: Enam(6) gerak yaitu maju, mundur, putar kanan, putar kiri, samping kanan, dan samping kiri.

3

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


5. Divisi

Beroda

Berkaki √

4


B. INFORMASI TENTANG ROBOT

1. NAMA TIM ROBOT : labE09

2. DESIGN ROBOT

Robot berkaki ini mempunyai dimensi 310x290x220mm. Bahan-bahan mekanikal

robot antara lain plat alumunium, acrylic, dll. Selain itu terdapat sensor-sensor untuk membantu

navigasi robot dan sensor pendeteksi api lilin. Di dalam robot ini terdapat 6 kaki yang

masing-masing kaki terdiri dari 3 DOF/sendi. Sehingga total motor servo yang

diperlukan untuk robot ini adalah 18 motor servo standar, servo yang digunakan adalah

HItech HS-645 MG micro 2BBMG. Untuk lebih detailnya bisa dilihat gambar 1.

Gambar 1 : Robot secara keseluruhan Gambar 2 : Tampak atas robot

Gambar 3 : Tampak depan robot Gambar 4 : Tampak samping robot

5


3. KONFIGURASI SYSTEMSecara umum perancangan robot pemadam api yang terbagi atas hardware dan

software yang dikombinasi untuk menghasilkan gerak robot yang ideal dan dapat

menyelesaikan tugas sebagai robot pemadam api.

Untuk pembahasan hardware, secara teknis perancangan hardware terdiri atas sensor

pedeteksi jarak, line tracer, UVTRON, Driver motor servo yang akan di kombinasikan

dengan rangkaian mikrokontroller AVR sebagai pusat pemroses robot. Seluruhnya

terpasang pada bodi robot sebagai indra dan sekaligus sebagai aktuator bagi robot.

Hubungan masing-masing block perangkat keras dapat dilihat pada gambar 5.

Gambar 5 : Diagram Blok hardware

1. Mikrokontroller Atmega 1280 sebagai kontroller utama (master) atau pengolah

data input (Line tracer, UVtron, Kompas dan Limit Switch) dan data output

(LCD, Fan dan Sound Activation)

6


2. Mikrokontroller Atmega 8535 (slave 3) sebagai kontroller 18 motor servo untuk

gerakan kaki robot, perintah gerakan kaki robot diperoleh dari mikrokontroller

Atmega 1280 (master).

3. Mikrokontroller Atmega 168 (slave 2) sebagai kontroller sensor kompas

(CMPS03).

4. Mikrokontroller Atmega 164 (slave 1) sebagai kontroller sensor ultrasonik

(SRF04), berfungsi sebagai pendeteksi jarak robot terhadap halangan.

5. Sensor UVtron berfungsi sebagi pendeteksi api (lilin).

6. Sensor line tracer berfungsi sebagai pendeteksi garis putih pada pintu ruangan,

juring dan home.

7. Limit switch berfungsi sebagai pengaman robot.

8. Motor servo sebagai aktuator robot.

9. LCD berfungsi sebagai user interface.

4. SENSOR DAN INTERFACE

4.1 Sensor Ultrasonik SRF04

Perpindahan robot dari satu tempat ketempat tertentu, tentunya akan menjumpai

halangan atau rintangan, Agar robot dapat berpindah dan tidak menabrak dinding atau

halangan yang ada didepan robot diperlukan sensor pendeteksi jarak. Sensor ultrasonik

menggunakan modul jadi dari Devantck SRF04 seperti pada gambar 6 dan gambar 7

Dengan 2 buah pin kontrol, antara lain sebuah pin input trigger dan sebuah pin output

data.

Gambar 6 : Sensor Ultrasonik Gambar 7 : Koneksi Sensor Ultrasonik

7


Gambar 8 : Koneksi modul sensor ultrasonik

Terdapat 5 sensor pada bodi robot. scanning sensor dilakukan secara bersamaan

agar data yang didapat valid. Output dari module ini berupa data PWM sehingga data

jarak sama dengan duty cycle dari sinyal output. Semakin jauh objek semakin besar

duty cycle.

Gambar 9 : Block diagram rangkaian sensor ultrasonik

Proses scaning dilakukan tidak secara urut dari sensor us0 – us8, tetapi secara

melompat-lompat. Hal ini dilakukan karena sensor yang bedekatan akan saling

8


interferensi satu satu sama lain. Urutan scaning sensor ultrasonic adalah us0, us4, us3,

us7, us1, us5, us2 dan us6. Ketika scaning sensor dilakukan secara berurutan, yaitu dari

us0 - us1, sampai dengan us7.

Start

Trigger = high

Delay > = 10uS

Trigger = Low

Echo = 0 ??

Start timer

Echo = high ??

Timer overflow ??

Stop timerTimer/counter

Data us = timer/counter

End

Stop timer

N

Y

N

N

Y

Y

Inisialisasi timerTimer/counter=0

Hitung timerTimer/counter

Sent data us ke atmega 162

/

Gambar 10 : flowchart kontrol sensor ultrasonik pada Atmega 164 (Slave 1)

Delapan sensor ultrasonik terpasang pada bagian badan robot, pemasangan

sensor terletak pada sudut yang sama. Hal ini untuk menjangkau semua halangan yang

ada disekitar robot. Proses scanning dilakukan tidak secara bersamaan untuk sisi kiri

dan kanan sensor, dari sensor us0,us4,us3 untuk scaning dinding kanan, dan sensor

us0,us6,us2 untuk scaning dinding kiri. Dan us2,us6,us0,us4,us3 adalah kombinasi

9


pembacaan pada rule maju. Setiap jenis scaning kombinasi sensor dibaca bersamaan.

Gambar 11 konfigurasi urutan pembacaan sensor.

Gambar 11 : konfigurasi urutan pembacaan sensor

4.2 Kompas Elektronik

Kompas Elektronik yang digunakan adalah modul CMPS03 produksi

Devanteck. Kompas elektronik ini digunakan untuk mengetahui arah hadap robot ketika

bergerak dan menghasilkan gerakan yang baik saat berputar 1800.

Gambar 12 : Module kompas elektronik dan koneksi module kompas

Koneksi kompas elektronik menggunakan metode I2C pin SCL (serial clock)

dan SDA (serial data) yang terhubung dengan pin mikrokontroller untuk melakukan

komunikasi pengambilan data. Pada jalur SDA dan SCL dipasang sebuah resistor pull-

up sebesar 4k7Ω. Selain itu agar meringankan kerja mikrokontroller utama, maka dibuat

module rangkaian tersendiri untuk mendapatkan data sensor kompas.

10


Gambar 13 : Block diagram rangkaian interfacing Kompas Elektro

4.3 Sensor UVTron

Sensor UVTron flame detector adalah sensor pendeteksi api produksi

Hamamatsu di fungsikan untuk mendeteksi adanya api lilin. Digunakan 2 buah sensor

UVTron untuk mendeteksi ada tidaknya api serta memfokuskan posisi api. Salah satu

sensor diberi penutup sedemikian, sehingga radius deteksi api menjadi lebih sempit.

Gambar 14 : Flame detector Gambar 15 : Pemasangan jumper dan capasitor

11


Jumper

Capasitor

HamamatsuUVTron

LED

Gambar 16 : Interface rangkaian UVTron

Gambar 17 : Radius pendeteksian posisi lilin terhadap flame detektor

Dalam penggunaan sensor UVTron hanya perlu menambahkan jumper pada pin

jumper dan kapasitor 1 F. penambahan jumper dan kapasitor pada gambar 16 hal ini

berfungsi untuk mengatur sensitivitas dari sensor. Dan penambahan kapasitor berfungsi

untuk memperlebar sinyal output bila sensor dapat mendeteksi adanya lilin, Peletakan

posisi dari tabung UVtron yaitu berdiri hal ini dikarenakan jarak jangkauan dari sensor

lebih jauh dibandingkan dengan posisi tidur dan posisi anoda dari tabung berada

didepan hal ini karena ketika kutub anoda menerima cahaya maka kutub anoda akan

mengeksitasi kutub katoda sehingga sensor aktif.

12


CONSTAN VOLTAGE CIRCUIT

HIGH VOLTAGEDC-DC

CONVERTER

SIGNALPROSESING

CIRCUIT

ANODA CATODEH

A K

POWER SUPPLY 12 VDC

5 VDC

350 VDC

3 5 7 9 Q

OPEN COLECTOR

JUMPER LEAD SETTING BACKGROUND CENCEL LEVEL

UV_TRON (SOLD SEPARATELY

Q

-+

-GND

Gambar 18 : Block diagram R2868

16/111

2

3/13

14

158/4

7

12

5

10

9

C71u/25V

R72M

R1110K

Q1

R7 1M

C91u/25V

C810u/25VCx

R8 1M

Q

/Q

OpenCollector

VCC

4538

D2

D3

R101M

Vcc

15

16

4017

3

5

7

9

2

8 13

Vcc

11

16

4093

8 13

14 3

5/6

10

8/9

C21u/25V

R24K7

R13M3

C147

4

R3470

C633u/25

C347pF

1/2

12/13

R5 10K

R6 4K7 R4

10KC41nF

A

K

UV_TRONflame detector

Gambar 19 : Skematik Module UVTron

4.4 Rangkaian Sensor Pendeteksi Garis

Untuk membedakan ruangan terhadap koridor dipasang garis putih yang terdapat

pada tiap pintu ruangan. Sensor pendeteksi garis (line sensor detector) disini di

fungsikan untuk mendeteksi garis, adapun cara kerja dari sensor ini sendiri bekerja atas

asas pencahayaan inframerah yang dipancarkan dari sensor inframerah dan akan

diterima oleh penerima (Photodioda). Dikarenakan sifat dari komponen ini akan bekerja

sebagai generator arus ketika energi cahaya dengan panjang gelombang yang benar

jatuh pada sambungan Photodioda tersebut.

13


Output tersebut dikuatkan menggunakan transistor yang difungsikan sebagai switching

sekaligus penguat arus, kemudian dimasukan ke rangkaian comparator yang di

fungsikan sebagai pembanding tegangan untuk menentukan intensitas penerimaan

cahaya yang dipancarkan oleh inframerah, output dari rangkaian comparator inilah yang

selanjutnya dimanfaatkan sebagai alat untuk menentukan garis yang dideteksi tersebut

apakah berwarna terang atau gelap (warna hitam atau putih), Output detector dipakai

sebagai data input untuk pemroses sebagai data navigasi. Berikut ini gambar 20

Rangkaian sensor pendeteksi garis.

-

+LM 393

10 k

1 k

100

10 k

100 k

50 k

Vcc 5v

Gambar 20 : Rangkaian sensor pendeteksi garis.

4.5 Rangkaian Sound Aktivasi

Sound Aktivasi adalah rangkaian penerima suara yang digunakan sebagai start

awal pada robot pemadam api. Pada dasarnya rangkaian ini bekerja atas penerimaan

bunyi frekuensi 3 – 4 KHz yang kemudian diolah oleh rangkaian filter LM358 sehingga

menghasilkan nilai frekuensi yang lebih besar dan selanjutnya dimasukan ke rangkaian

tone decoder (LM567) sebagai IC perubah frekuensi ke level tegangan analog. Untuk

dapat mengeset nilai kepekaan penerimaan sound aktif terhadap bunyi frekuensi yang di

pancarkan output dari tone decoder dimasukan ke rangkaian comparator yang

selanjutnya data 1/0 pada output dapat digunakan sebagai data untuk mikrokontroller.

Rangkaian sound aktif dapat dilihat pada gambar 21 berikut ini.

14


-

+LM567

+

-Optoosilator

(P521)

Vcc 5volt

220 ohm

1K

2.2K

11

4

1

2

3

15k

5

6

7

3

2

1

8

4

LM358

2

3

8

4

1LM324

( Out 1/0 )

74LS1474LS32

1

2

3 21

1K

PB

LED

220 ohm

mic

0,1uF

10k

10k10k 10k

20k

10uf

10uf

10uf

10uf

20k

Gambar 21 : Rangkaian Sound Aktif

5. MOTOR

5.1 Driver motor servo

Driver motor servo berfungsi sebagai pemisah ground antara ground

mikrokontroller dan ground power motor servo, dengan tujuan untuk mencegah

masuknya noice dari motor servo ke rangkaian mikrokontroller. Gambar 22 adalah

gambar rangkaian driver motor servo.

1K

Optoosilator (P521)

Vss 5volt

GND ( analog)GND ( digital)

220 ohmPIN

Mikrokontroller

to servo

Gambar 22 : Driver motor servo

5.2 Motor servo

Motor servo merupakan motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW)

dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan

memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Disamping

itu motor servo merupakan sebuah motor DC yang memiliki rangkaian control dan

15


internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya. Gambar 23 dan 24

adalah gambar bentuk fisik motor servo, dan gambar 25 merupakan gambar pensinyalan

motor servo.

Gambar 23 : Bentuk fisik motor servo Gambar 24 : Motor servo saat dibongkar

Gambar 25 : Gambar pensinyalan motor servo

5.3 Penggerak kipas

Rangkaian ini difungsikan sebagai alat pemadam api (lilin) yang dipasang pada

robot. Prinsip kerja dari system ini mengunakan motor DC 7,4V sebagai penggerak

kipas. Berikut ini gambar 26 rangkaian penggerak kipas.

16


Gambar 26 : Rangkaian pengerak kipas

6. ALGORITMA

Algoritma yang diterapkan pada robot ini menggunakan metode mapping,

dimana semua gerak robot telah ditentukan berdasarkan mapping tersebut. Agar robot

dapat mengenali secara otomatis saat start berada pada trial berapa, maka pada robot ini

dibuat algoritma khusus untuk mengenali posisi start. Algoritma pengenalan posisi start

inilah yang akan menghubungkan ke mapping. Pada proses mengenali posisi start ini

akan menghasilkan enam kemungkinan ruangan, antara lain :

A B

Gambar 27 : Denah lapangan undian A dan B

17

Driver

kipas

ATMEGA

1280

master

kipas


C D

Gambar 28 : Denah lapangan undian C dan D

Gambar 29 : Denah lapangan undian E dan F

18


Start

Menunggu sound aktifasi

Proses mengenali posisi home / start

Undian == ‘A’ ?

Undian == ‘B’ ?

Undian == ‘C’ ?

Undian == ‘D’ ?

Robot bergerak berdasarkan meping

lapangan A


lapangan B


lapangan C


lapangan D

Robot bergerak mencari lilin berdasarkan meping

undian

END

YES

NO

YES

NO

YES

NO

NO

YES

Robot menemukan lilin dan menyelesaikan tugas

Robot kembali ke posisi home dan berhenti

Gambar 30 : Flowchart pergerakan robot (note gmbrnya enam kemungkinan)

Jika pada pengenalan posisi start menghasilkan ruangan A maka robot bergerak

berdasarkan mapping ruangan A, begitu juga jika menghasilkan ruangan B robot akan

bergerak berdasarkan mapping ruangan B demikian selanjutnya hingga ruangan ke

enam. Selanjutnya robot akan mencari api di setiap ruangan, jika robot telah

menemukan api maka robot akan berusaha untuk memadamkan api tersebut, apabila

robot berhasil memadamkan lilin maka robot akan kembali menuju home.

6.1 Rule Maju

Rule maju digunakan ketika robot bergerak maju dengan mengikuti dinding kanan

dan dinding kiri. Robot akan berusaha menjaga jarak dengan dinding kanan dan dinding

kiri. Ketika jauh dari dinding kanan maka robot akan mendekat dan sebaliknya ketika

jarak terlalu dekat maka robot akan menjauh sampai jarak yang dikehendaki maka robot 19

A


bergerak maju begitu juga sebaliknya terhadap dinding kiri, artinya robot akan

cenderung berada di tengah-tengah antara dinding kiri dan dinding kanan. Semua sensor

ultrasonik digunakan, baik bagian kanan maupun bagian kiri. sensor yang berada pada

bagian kanan yaitu us0 dan us4 serta us3 digunakan untuk mengetahui jarak robot

dengan halangan yang berada didepan dan disamping kanan dan sensor yang berada

pada bagian kiri yaitu us0 dan us6 serta us3 digunakan untuk mengetahui jarak robot

dengan halangan yang berada didepan dan disamping kiri. Berikut adalah konfigurasi

sensor ultrasonik, sensor yang berwarna merah dipakai dalam rule maju

Gambar 31 : Konfigurasi sensor ultrasonik pada rule maju

Gambar 32 : Pergerakan rule maju

6.2 Rule maju mengikuti dinding kanan ( Right Following)

Scan dinding kanan digunakan ketika robot bergerak maju dengan mengikuti

dinding kanan. Robot akan berusaha menjaga jarak dengan dinding kanan. Ketika jauh

dari dinding kanan maka robot akan mendekat dan sebaliknya ketika jarak terlalu dekat

maka robot akan menjauh sampai jarak yang di kehendaki maka robot bergerak maju.

20


Karena hanya bagian kanan saja maka sensor yang digunakan hanyalah sensor yang

berada pada bagian kanan yaitu us0 dan us4 serta us3 digunakan untuk mengetahui

jarak robot dengan halangan yang berada didepan dan disamping. Berikut adalah

konfigurasi sensor ultrasonik, sensor yang berwarna merah dipakai dalam scan dinding

kanan.

Gambar 33 : Konfigurasi sensor ultrasonik pada scan dinding kanan

Gambar 34 : Hasil pergerakan scan kanan

6.3 Rule maju mengikuti dinding kiri ( Left Following )

Scan dinding kiri digunakan ketika robot bergerak maju dengan mengikuti dinding

kiri. Robot akan berusaha menjaga jarak dengan dinding kiri. Ketika jauh dari dinding

kiri maka robot akan mendekat dan sebaliknya ketika jarak terlalu dekat maka robot

akan menjauh sampai jarak yang di kehendaki maka robot bergerak maju. Karena hanya

bagian kiri saja maka sensor yang digunakan hanyalah sensor yang berada pada bagian

kiri yaitu us2 dan us6 serta us0 digunakan untuk mengetahui jarak robot dengan

halangan yang berada didepan dan disamping. Berikut adalah konfigurasi sensor

ultrasonik, sensor yang berwarna merah dipakai dalam scan dinding kiri.

21


Gambar 35 : Konfigurasi sensor ultrasonik pada scan dinding kiri

Gambar 36 : Hasil pergerakan scan kiri

6.4 Pencarian Arah

Pencarian arah sangat perlu dilakukan ketika robot melakukan start awal, karena

pada waktu start, arah hadap robot bebeda-beda, sesuai undian. Metode ini juga dipakai

jika robot akan memasuki sebuah ruangan, dan dipakai dalam mapping. Untuk

algoritma cari arah robot ini adalah jika nilai posisi robot lebih kecil dari pada arah yang

diinginkan maka robot berputar ke kanan dan jika nilai posisi robot lebih besar dari pada

arah yang diinginkan, maka robot berputar ke kiri sampai arah yang diinginkan

terdeteksi dan kemudian robot berhenti. Sensor yang digunakan dalam algoritma ini

adalah sensor magnetik kompas. Sensor ini mengacu pada magnet bumi, yang akan

dipakai sebagai acuan hadap robot. Gambar 37 adalah gambar flowchart yang

mengambarkan urutan dari proses mencari arah hadap robot dan cuplikan programnya :

22


Start

Baca Sensor Kompas

If Kompas >

arah

Putar Kanan

Baca Sensor Kompas

If Kompas >

arah

Diam

End

Putar KiriY

T

Y

T

Gambar 37 : flowchart pencarian arah

6.5 Scanning Lilin

Agar proses pemadaman api dilakukan dengan lebih fokus diharuskan keberadaan

robot terhadap api harus kurang dari radius 300 dan jarak robot terhadap api lilin ± 30

cm. Urutan dan proses kerja metode ini dijelaskan sebagai berikut :

1. Misalnya api telah terdeteksi oleh sensor UVtron, selanjutnya robot mencari

posisi api terhadap robot, setelah posisi robot berhadapan dengan api lilin.

2. Proses selanjutnya, robot bermanuver maju sampai jarak robot terhadap

dinding ± 50 cm atau lingkaran putih di sekitar lilin terdeteksi oleh robot dan

robot berhenti 10 milidetik.

3. Robot mencari posisi, sampai robot berhadapan dengan lilin dan robot

melangkah pelan hingga jarak robot dengan lilin ± 30 cm.

4. Robot telah mendapatkan api lilin, selanjutnya robot memadamkan lilin.

5. Robot mundur beberapa langkah, dan cek apakah lilin telah padam atau belum.

Jika belum maka proses pemadaman dilakukan lagi. Jika sudah maka robot

keluar ruangan dan kembali ke home.

23


Untuk program matikan lilin ini, pada waktu proses scaning api lilin,

menggunakan sensor UVtron, pada proses ini, robot akan berputar pelan, jika

menemukan api lilin maka sensor UVtron akan menghasilkan data sebagai masukan

atau acuan posisi robot terhadap api lilin yang akan menentukan robot untuk berputar ke

kanan atau ke kiri.

start

Baca UVtron

Scaning posisi api

Baca suhu api

IfSuhu>50

Baca line dan jarak

IfLine==1

AtauJarak < 35

IfLine==1

danSuhu>80

End

Cek api lilin

Y

Y

T

T

Y

T

T

Y

Tiup

Rule maju

Diam

Mundur

Gambar 38 : flowchart matikan api lilin

24

proposal senior berkaki 2013 revisi

Documents