PROPOSAL

TUGAS AKHIR

I. Latar Belakang

Navigasi adalah cara menentukan arah dan tujuan yang hendak

dicapai. Teknik navigasi biasanya digunakan pada kendaraan seperti

pesawat, kapal laut hingga kini suda ada pada mobil pribadi. Sistem

navigasi ini juga dapat diimplementasikan pada sebuah robot dengan tujuan

agar robot tersebut dapat menentukan posisi dan arah pergerakannya di

suatu lingkungan [1,2,4,5].

Robot bergerak otonom merupakan jenis robot cerdas yang

beroperasi dilingkungan yang sebagian tidak diketahui dan tidak terduga

[5]. Tujuan utama dibuatnya robot bergerak otonom ini adalah untuk

mengurangi campur tangan manusia sehingga robot bisa bergerak leluasa

pada lingkungan yang diinginkan [4,5].

Sistem navigasi yang dibuat pada robot bergerak otonom ini bisa

menggunakan beberapa macam pendeteksi halangan yang digunakan,

seperti sensor inframerah dan sensor ultrasonik [1,2,5]. Robot bergerak

otonom ini juga bisa menggunakan sensor kamera yang khusus digunakan

sebagai pendeteksi halangan, yang dalam dunia robot dikenal dengan

robotics vision. Robotics vision merupakan bidang pengetahuan yang

berfokus pada bidang sistem kecerdasan buatan dan berhubungan dengan

akuisisi dan pemrosesan image sehingga bisa menjadi pendeteksi [1].

Dari sekian banyak pendeteksi halangan yang ada, penggunaan

sensor kamera sebagai pendeteksi halangan sangatlah berbeda dari sensor

pendeteksi halangan lainnya karena pada sensor kamera digunakan

pemrosesan image untuk pendeteksian halangannya. Oleh karena itu dalam

Tugas Akhir ini akan digunakan kamera sebagai sensor pendeteksi

halangan.

1

II. Tujuan

Adapun tujuan yang hendak dicapai dari dilakukannya penelitian ini

adalah :

1. Merancang algoritma yang efisien pada suatu module mikrokontroler

menggunakan sensor kamera sehingga mampu menghindari halangan.

2. Mengimplementasikan sistem navigasi robot bergerak otonom dengan

target penghindar halangan.

III. Manfaat

Adapun manfaat yang dapat diambil dari dilakukannya penelitian ini adalah :

1. Dapat menerapkan secara langsung penggunaan komponen elektronik

pada robot, seperti sensor, processing unit dan motor DC.

2. Dapat menghasilkan algoritma maupun program navigasi robot yang

menggunakan pendeteksi kamera.

IV. Rumusan dan Batasan Masalah

Penggunaan sensor kamera sebagai pendeteksi halangan diperlukan

kapasitas memori yang besar, beda dari sensor penghindar halangan lainnya

seperti sensor inframerah dan ultrasonic, karena yang diproses oleh sensor

kamera adalah gambar yang biasanya memiliki resource sangat besar untuk

ukuran memori Atmega 32 yang hanya 32 kilobyte. Selain itu dalam

memandu navigasi robot dan menghindar halangan, sensor kamera ini

memerlukan teknik khusus yang tidak terdapat pada sensor penghindar

halangan seperti sensor inframerah dan ultrasonic.

Dalam Tugas Akhir ini digunakan citra biner atau threshold dan

konversi citra hitam-putih ke citra biner dilakukan dengan operasi

thresholding, untuk membuat tiap pixel gambar yang diambil akan menjadi

2 nilai yaitu 0 (hitam) dan 1 (putih), dengan teknik ini mampu membuat

memori yang digunakan lebih sedikit[1,7,8]. Untuk navigasi robot

2

digunakan teknik Integral proyeksi dan untuk menghindari halangan

digunakan teknik differensial[7,8].

V. Metodologi Penelitian

Metodologi yang akan digunakan dalam penelitian akan melewati

beberapa tahap berikut ini :

1. Studi Pustaka / Literatur

Tahap ini dilakukan dengan cara mencari dan membaca

literature dan referensi tentang “Navigasi Robot Bergerak Otonom”

baik yang menggunakan sensor kamera maupun sensor lainnya

sehingga dapat menunjang penulisan laporan Tugas Akhir.

2. Perancangan Modul Perangkat Keras

Tahap ini dilakukan untuk menentukan peralatan yang sesuai

dan cocok untuk merancang dan membuat robot bergerak otonom

menggunakan sensor kamera ini.

3. Perancangan dan Pembuatan Sistem Navigasi Robot

Pada tahap ini dilakukan perancangan dan pembuatan hardware

robot bergerak otonom menggunakan pendeteksi kamera maupun

software untuk sistem navigasinya.

4. Pengujian dan Validasi Sistem Navigasi Robot

Tahap ini meliputi pengujian sistem navigasi yang telah

dirancang, dengan menggunakan beberapa parameter pengujian

sehingga diperoleh data hasil pengujian untuk mendapatkan fungsi

optimal dari sistem yang telah dibuat. Validasi yang dilakukan akan

menggunakan koneksi kabel serial port yang kemudian hasilnya akan

ditampilkan pada komputer untuk memudahkan pengamatan.

5. Analisis Sistem

Hasil dari pengujian pada tahap sebelumnya kemudian

dianalisis, dengan tujuan untuk mengetahui kekurangan pada hasil

perancangan dan faktor penyebabnya sehingga dapat digunakan untuk

pengembangan pada penelitian selanjutnya.

3

VI. Tinjauan Pustaka

a. Navigasi Robot Bergerak Otonom

Navigasi adalah salah satu permasalahan penting yang harus

diselesaikan dalam pengembangan teknologi robot otonom bergerak,

agar dapat mendukung mobilitasnya. Masalah ini menyangkut beberapa

komponen penting di dalamnya, dimulai dari masalah persepsi, yaitu

metode atau cara agar suatu robot otonom dapat memperoleh data

tertentu dari lingkungan di sekitarnya, kemudian untuk dapat

menginterpretasikan data tersebut menjadi informasi yang berguna bagi

proses selanjutnya. Berkaitan dengan masalah persepsi sangat erat

kaitannya dengan masalah sensor dan rekognisi pada robot otonom

tersebut [5,9].

Masalah berikutnya adalah lokalisasi, yaitu metode atau cara agar

robot otonom dapat mengetahui posisi atau keberadaannya dalam suatu

lingkungan tempat robot tersebut harus menyelesaikan misi atau

mencapai tujuan yang dibebankan kepadanya. Masalah lokalisasi ini

biasanya erat dengan penentuan posisi robot otonom dalam suatu sistem

koordinat absolut yang bersifat global (biasanya mengacu pada

kedudukan benda pada sistem koordinat di bumi). Proses penentuan

kedudukan ini bisa berasal dari pengetahuan yang diberikan manusia

kepada robot otonom, berdasarkan informasi yang diperoleh melalui

komponen sensor yang digunakan robot otonom, ataupun dari kedua

metode tersebut [5,9].

Robot bergerak otonom adalah suatu jenis robot cerdas yang

mempunyai kemampuan untuk membuat keputusan sendiri, memiliki

sistem kendali dan catu daya yang terintegrasi dan mempunyai

kemampuan navigasi yaitu sejumlah operasi yang memungkinkan robot

mencapai tujuan yang diharapkan. Ada dua jenis robot mobil yaitu

4

robot yang berjalan dengan menggunakan kaki-kaki mekanik dan robot

yang berjalan dengan roda. [9].

Navigasi robot bergerak otonom merupakan kemampuan robot

untuk bergerak secara tepat tanpa dikendalikan oleh manusia. Navigasi

robot bergerak otonom mempunyai kemampuan / sifat dasar

diantaranya penghindaran halangan dan pencapaian target. Sifat

penghindaran halangan adalah sifat menghindari halangan secara tepat

dan cepat (real time) sedangkan sifat pencapaian target adalah sifat

menuju titik- titik tertentu yang dapat terkoordinasi dengan

baik [1, 2, 9].

b. Teknik Pengolahan Image

Citra Biner atau Threshold adalah citra yang hanya

mempunyai dua nilai derajat keabuan yaitu hitam dan putih. Pixel-pixel

objek bernilai “1” dan pixel-pixel latar belakang bernilai “0” [1,7,8].

Konversi Citra Hitam-Putih ke Citra Biner dilakukan dengan

operasi thresholding. Operasi ini mengelompokkan nilai derajat

keabuan setiap pixel ke dalam 2 kelas, hitam dan putih. Pada citra

hitam-putih terdapat 256 level, artinya mempunyai skala dari “0”

sampai “255” atau [0, 255], yang dalam hal ini nilai intensitas 0

menyatakan hitam, dan nilai intensitas 255 menyatakan putih, dan

nilai antara 0 sampai 255 menyatakan warna keabuan yang terletak

antara hitam dan putih [1,7,8].

0 Hitam

255 Putih

Integral proyeksi adalah metode yang digunakan untuk

mencari daerah atau lokasi dari objek. Metode ini dapat digunakan

untuk mendeteksi batas dari daerah gambar yang berbeda, sehingga

kita bisa mencari daerah lokasi wajah dan fitur-fiturnya. Metode ini

juga bisa disebut dengan integral baris dan kolom dari pixel, karena

5

integral ini menjumlahkan pixel per baris dan pixel per kolom. Dari

metode ini kita akan dengan mudah untuk menemukan daerah lokasi

object yang kita perlukan [7,8].

Differensial merupakan turunan pertama pada hasil integral

proyeksi, sehingga didapatkan tingkat perbedaaan antar baris (dari 0-

255). Inilah yang dipakai dalam memandu navigasi robot dan

menghindari halangan[7,8].

c. Hardware

1. Mikrokontroler

Mikrokontroler adalah salah satu dari bagian dasar dari

suatu sistem komputer. Meskipun mempunyai bentuk yang jauh

lebih kecil dari suatu komputer pribadi dan komputer mainframe,

mikrokontroler dibangun dari elemen-elemen dasar yang sama.

Seperti umumnya komputer, mikrokontroler adalah alat yang

mengerjakan instruksi-instruksi (program) yang diberikan

kepadanya. Program ini menginstruksikan komputer untuk

melakukan jalinan yang panjang dari aksi-aksi sederhana untuk

melakukan tugas yang lebih kompleks [1,3].

Mikrokontroler AVR (Alf and Vegard's Risc processor)

standar memiliki arsitektur 8 bit, dimana semua instruksi dikemas

dalam kode 16-bit, dan sebagian besar instruksi dieksekusi dalam 1

(satu) siklus clock. AVR berteknologi RISC (Reduced Instruction

Set Computing), sedangkan seri MCS51 berteknologi CISC

(Complex Instruction Set Computing). AVR dapat dikelompokkan

menjadi empat kelas, yaitu keluarga ATtiny, keluarga ATSOSxx,

keluarga ATMega, dan AT86RFxx. Pada dasamya, yang

membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan

fungsinya [3].

6

Salah satu tipe mikrokontroler AVR untuk aplikasi standar

yang memiliki fitur memuaskan ialah ATmega32. Di dalam

mikrokontroler Atmega32 sudah terdiri dari :

Saluran I/O ada 32 buah, yaitu Port A, Port B, Port C, Port D.

ADC (Analog to Digital Converter) 10 bit sebanyak 8 channel.

Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan.

CPU yang terdiri dari 32 buah register.

Watchdog Timer dengan osilator internal.

Dua buah timer/counter 8 bit, satu buah timer/counter 16 bit

Internal SRAM sebesar 1 KB.

Memori Flash sebesar 32 KB dengan kemampuan Read While

Write.

Unit interupsi internal dan eksternal.

Port antarmuka SPI.

EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi.

Antarmaka komparator analog.

4 channel PWM.

32x8 general purpose register.

Hampir mencapai 16 MIPS pada Kristal16 MHz.

Port USART programmable untuk komunikasi serial.

Gambar 1. Susunan Standar 40 pin ATmega 32

7

Berikut penjelasan umum susunan kaki ATmega 32 :

VCC merupakan pin masukan positif catu daya.

GND sebagai pin Ground.

Port.A (PAO … PA7) merupakan pin I/O dua arah dan dapat

diprogram sebagai pin masukan ADC.

Port B (PBO … PB7) merupakan pin I/O dua arah dan pin

fungsi khusus, yaitu Tirner/Counter, Komparator analog, dan

SPI.

Port C (PCO … PC7) merupakan pin I/0 dua arah dan pin fungsi

khusus, yaitu TWI, komparator analog, dan Timer Osilator.

Port D (PDO ... PD7) merupakan pin I/O dua arah dan pin

fungsi khusus, yaitu komparator analog, interupsi eksternal dan

komunikasi serial.

Reset merupakan pin yang digunakan untuk me-reset

mikrokontroler.

XTAL 1 dan XTAL 2 sebagai pin masukan clock ekstemal.

AVCC sebagai pin masukan tegangan untuk ADC.

AREF sebagai pin masukan tegangan referensi.

2. Sensor Kamera C3038

Sensor kamera C3038 adalah 1/4” modul sensor warna

dengan ouput digital. C3038 ini menggunakan CMOS Omnivision

sensor gambar OV6630. Mengkombinasikan secara bersama-sama

teknologi CMOS dengan mudahnya pengguanaan antarmuka

digital menjadikan C3038 ini sebagai solusi biaya yang murah

untuk kualitas tinggi aplikasi video gambar. Port video digital

memasok aliran data gambar 8 / 16 bit secara terus menerus.

Semua fungsi kamera, seperti paparan, gamma, white balance,

matriks warna, windowing, yang diprogram melalui antarmuka

I2C.

8

Gambar 2. Sensor Kamera C3038

Ciri-ciri utama C3038 :

§ 101,376 pixels,dengan format CIF/QCIF

§ Ukuran kecil : 40 x 28 mm

§ Lensa 3.6 mm

§ 8/16 bit data video : ITU601, ITU656, port ZV

§ Tipe Scanning : progressive

§ Data format : YCrCb 4:2:2, GRB 4:2:2, RGB

§ Antarmuka I2C untuk pengaturan gain, white balance, dll

§ Tersedia Monochrome compiste video signal (50Hz)

§ Terintegrasi dengan lensa kamera F2,8

3. Motor DC

Motor DC adalah alat yang dapat mengubah daya listrik DC

menjadi daya mekanik. Apabila pada penghantar yang dialiri listrik

dan terletak diantara dua buah kutub magnet (kutub utara dan kutub

selatan). Maka pada penghantar tersebut akan terjadi gaya yang

menggerakkan penghantar tersebut. Suatu kumparan yang terletak

dalam medan magnet yang arah arus dari kedua sisinya berlawanan

sehingga arah gerak terhadap putaran berbeda selanjutnya akan

menghasilkan gaya gerak putar atau kopel. Semakin besar arusnya

9

maka akan semakin besar kopelnya, juga jika gaya magnetnya

makin kuat kopelnya makin berat. Jika kumparan terletak diantara

kutub magnet yang sedang berputar maka pada kumparan tersebut

akan timbul suatu tegangan dari luar yang disebut gaya gerak listrik

(ggl) lawan. Besar kecilnya ggl lawan tergantung dari tahanan

jangkarnya [2].

Gambar 3. Bagian Motor DC

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali

kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor

ini dapat dikendalikan dengan mengatur:

Tegangan dinamo – meningkatkan tegangan dinamo akan

meningkatkan kecepatan

Arus medan – menurunkan arus medan akan meningkatkan

kecepatan.

4. Blok Diagram Sederhana

10

Gambar 4. Blok Diagram Robot

Pada blok diagram robot tersebut, sensor kamera berada di

bagian depan saja. Sensor ini menghasilkan keluaran berupa sinyal

analog, sehingga sebelum masuk ke mikrokontroler Atmega 32

sinyal tersebut konversi menjadi digital dengan menggunakan ADC

(Analog to Digital Converter).

Melalui program yang ada pada mikrokontroler Atmega 32,

data dari sensor tadi diolah sehingga menghasilkan data kecepatan

motor DC yang sesuai. Hasil keluarannya berupa sinyal digital,

oleh sebab itu diperlukan sebuah driver motor (L293D) untuk

mengkonversikannya ke sinyal analog agar sinyal tersebut dapat

dikenali oleh motor DC.

11

VII. Jadwal Penelitian

NO Uraian Tugas

Mei2011

Juni2011

Juli2011

Agustus2011

September2011

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1. Proposal

2.Studi Literatur / Analisa permasalahan

3.

Alternatif-alternatif permasalahan yang ditemui

4.Analisa pemecahan permasalahan

5.Metodelogi pemecahan permasalahan

6. Penelitian

7.

Analisa & Perancangan pemecahan masalah

8. Bab I

9. Bab II

10. Bab III

11. Bab IV

12

VIII. Daftar Pustaka

[ 1 ] Budiharto W, 2010. Robotika - Teori dan Implementasi. Buku

Teks. Penerbit Andi, Indonesia.

[ 2 ] Pitowarno E, 2006. Robotika Desain, Kontrol dan Kecerdasan

Buatan. Buku Teks. Penerbit ANDI, Indonesia.

[ 3 ] Winoto A, 2010. Mikrokontroler AVR ATMega8/32/16/8535 dan

Pemrogramannya dengan Bahasa C pada WinAVR. Buku Teks.

Penerbit Informatika. Bandung, Indonesia.

[ 4 ] Syamsa Ardisasmita M, 2003. Pengembangan Robot Mobil

Otonom menggunakan Sistem Kendali Fuzzy dan Jaringan

Syaraf Tiruan. Risalah Lokakarya Komputasi dalam Sains dan

Teknologi Nuklir XIV, (157-170).

[ 5 ] Floreano, D., Godjevac, J., Martinoli, A., Mondada, F., and Nicoud,

J. D., ___. Design, Control, and Applications of Autonomous

Mobile Robots. Micro-computing Laboratory Swiss Federal

Institute of Technology. Lausanne, Swiss.

[ 6 ] ____, ___. C3038 1/4” Color Sensor Module With Digital

Output. Data sheet.

[ 7 ] Setiawardhana, Sigit, R., dan Dadet Pramadihanto, 2006. Robot

Cerdas Pemadam Api Menggunakan Proyeksi Integral. Seminar

Nasional Aplikasi Teknologi Informasi 2006. Surabaya, Indonesia.

[ 8 ] Baskoro, A. S., Kiswanto, G., dan Santoso, T., 2010. Usulan Sistem

Monitoring Jalur Pengelasan Pada Robot Las Menggunakan

13

Machine Vision. Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin.

Universitas Indonesia. Jakarta, Indonesia.

[ 9 ] Jatmiko, W., Alvissalim, M. S., Febrian, A., dan Dhiemas, 2009.

Metode Lokalisasi Robot Otonom dengan Menggunakan Adopsi

Algoritma Heuristic Searching dan Pruning Untuk

Pembangunan Peta Pada Kasus Search-and-Safe. Jurnal Ilmu

Komputer dan Informasi, Volume 2, Nomor 2.

14