tugas kecerdasan buatan (sistem sensor) agus romadlon

Makalah Kecerdasan Buatan PROSUS A Informatika Universitas Muhammadiyah Ponorogo 2014

AGus Romadlon NIM : 14532318 1

Kecerdasan Buatan

Robotik dan Sensor (Sistem Sensor)

1. PENDAHULUAN

Sesuai dengan judul yaitu Robotik dan Sensor maka hal tersebut tidak lepas dengan

yang di sebut dengan kecerdasan buatan. Sesuai dengan namanya atau sering disebut

dengan Artificial Intelegensi (AI), Kecerdasan buatan adalah salah satu cabang sains

komputer yang mempelajari otomatisasi tingkah laku cerdas yang didasarkan pada

prinsip-prinsip teoritikal dan terapan yang menyangkut struktur data yang digunakan

dalam representasi pengetahuan, algoritma yang diperlukan dalam penerapan

pengetahuan itu, serta teknik-teknik bahasa dan pemprograman yang dipakai dalam

implementasinya. Yang paling banyak menerapkan konsep kecerdasan buatan adalah

dunia robotika.

Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik

menggunakan pengawasan dan kontrol manusia, ataupun menggunakan program. Robot

biasanya digunakan untuk tugas yang berat, berbahaya, pekerjaan yang berulang dan

kotor. Robot juga dilengkapi dengan sensor untuk pendeteksi terhadap sesuatu hal,

misalnya seperti sensor panas.

Pada makalah ini akan dijelaskan jenis-jenis dan pengertian dari sistem sensor yang

banyak digunakan pada robot.

2. SISTEM SENSOR

Sensor adalah piranti yang menerima input berupa suatu besaran/sinyal fisik yang

kemudian mengubahnya menjadi besaran/sinyal lain yang diteruskan ke kontroler.

Terdapat banyak jenis sensor yang digunakan pada robot.

Robot juga membutuhkan masukan (input) yang akan menentukan apa yang

harus dilakukan oleh robot. Input ini umumnya masuk ke dalam otak robot dengan

berbagai macam cara. Ada yang menggunakan remote, atau diberikan sebelum robot

diaktifkan. Dan ada juga yang langsung diberikan pada robot melalui programnya.

Pada jenis ini, begitu robot dinyalankan ia akan menjalankan apa yang sudah ditentukan

baginya. Hal ini sangat berlaku bagi robot-robot industri pada umumnya.



Gambar 1. Sistem Sensor

3. KLASIFIKASI SENSOR

3.1. Berdasarkan Ouput

Sensor dapat diklasifikasikan berdasarkan output-nya, yaitu :

Output biner : berupa 0 (0 V) atau 1 (5 V).

Output analog : misal 0 V hingga 5 V.

Output pewaktu : misal PWM, waktu RC, waktu pantul

Output serial : misal UART (RS232), I2C, SPI, 1 wire, 2 wire, serial sinkron

Output paralel

3.2. Berdasarkan Aplikasi

Sensor juga dapat diklasifikasikan berdasarkan aplikasinya seperti terlihat pada

tabel 1.

Lokal Global

Internal Pasif: sensor batere, temperature,

encoder, giroskop, inklinomter,

kompas

Aktif: -

Pasif: -

Aktif: -

Eksternal Pasif: kamera on-board

Aktif: sensor sonar, inframerah,

pemindai laser

Pasif: kamera over-

head, satelit GPS

Aktif: sonar GPS

Tabel 1

Besaran fisik yang diindra oleh sensor bisa berasal dari lingkungan di luar robot

(sensor eksternal) ataupun keadaan dari robot itu sendiri (sensor internal). Sensor internal



biasanya digunakan untuk memonitor posisi dan/atau kecepatan serta torsi pada sendi

robot.

Dari sisi robot sensor dibedakan menjadi

sensor lokal (on-board) : yang terpasang pada robot

sensor global : yang terpasang di lingkungan yang mengirimkan data ke robot

Selain kedua hal di atas, sensor juga dibedakan menjadi :

sensor pasif : yang memonitor lingkungan tanpa mengganggunya

sensor aktif : yang memberikan stimulasi ke lingkungan dalam pengukurannya.

3.3. Berdasarkan Fungsi

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat

dikelompokan menjadi 5 bagian yaitu :

a. Thermal sensor (sensor panas), adalah sensor yang digunakan untuk

mendeteksi gejala perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi

benda atau dimensi ruang tertentu.

b. Optic sensor (sensor cahaya), adalah sensor yang mendeteksi perubahan

cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang

mengernai benda atau ruangan.

c. Mechanic sensor (sensor mekanis), adalah sensor yang mendeteksi

perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi,

gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level dsb.

d. Sensor Ultrasonic, secara khas menggambarkan suatu sensor yang

mengirimkan sinyal berfrekuensi tinggi melalui jarak yang dapat diatur, dan

bereaksi terhadap perubahan dalam gelombang tekanan suara yang

disebabkan oleh gerakan.

e. Sensor Jarak (Proximity Sensor), tidak seperti sensor mekanik yang lain.

Proximity Sensor dapat mendeteksi objek tanpa bersentuhan secara fisik.

4. JENIS-JENIS SENSOR

4.1. Sensor Sentuh (Tactile Sensor)

Banyak robot membutuhkan sensor sentuh sebagai kelengkapannya. Penggunaan

sensor sentuh misalnya untuk mendeteksi keberadaan suatu obyek pada tangan robot dan

mencegah tabrakan antara bot dengan suatu obyek. Di industry sensor jenis ini digunakan



untuk menghitung produk yang dihasilkan dan juga untuk menyesuaikan orientasi suatu

obyek selain juga dapat menggunakan sensor proximity (sensor jarak).

Sensor sentuh pada dasarnya adalah saklar dengan berbagai macam variasi

bentuknya. Rangkaian sensor sentuh pada umumnya menggunakan resistor pull-up

ataupun pull-down seperti terlihat pada Gambar 2. Rangkaian menggunakan resistor pull-

up bersifat active low yang berarti rangkaian mengeluarkan sinyal 1 kecuali saat saklar

aktif. Hal ini berkebalikan dengan rangkaian menggunakan resistor pull-down yang

bersifat active low, yaitu rangkaian mengeluarkan sinyal 0 kecuali saat saklar aktif. Nilai

resistor pull-up dan pull down berkisar antara 1 – 10 kΩ. Dari kedua rangkaian tersebut,

rangkaian pull-up lebih banyak digunakan dibanding rangkaian pull down.

Gambar 2. Dasar Rangkaian Saklar

Contoh sensor sentuh sederhana berupa sungut (whisker) beserta diagram

pengkabelannya terdapat pada Gambar 3. Rangkaian ini sebetulnya merupakan rangkaian

pull up dengan kedua sungut berfungsi sebagai saklar. Rangkaian akan mengeluarkan

sinyal 1 saat sungut tidak tertekan. Jika sungut tertekan maka sinyal output akan menjadi

0 karena sungut dihubungkan dengan ground.



Gambar 3. Diagram pengkabelan untuk rangkaian sungut

Pilihan lain yang dapat digunakan sebagai sensor sentuh adalah microswitch yang

merupakan saklar SPDT. Microswitch adalah saklar tekan yang aktif jika ada obyek

menyentuh/mendorong tuas dan sering juga disebut sebagai limit switch. Gambar 4

menunjukkan gambar microswitch dan contoh rangkaiannya.

Gambar 4. Microswitch beserta rangkaiannya.

Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan sensor sentuh adalah robot yang

menggunakan sensor ini haruslah dapat berhenti secara mendadak sehingga kurang cocok

untuk robot dengan kecepatan tinggi. Untuk deteksi obyek lebih lanjut dapat digunakan

sensor non-kontak seperti ultrasonik ataupun inframerah.



4.2. Sensor Cahaya

Terdapat banyak peranti yang dapat digunakan sebagai sensor cahaya antara lain

fotoresistor, fotodioda, dan fototransistor. Berdasarkan panjang gelombangnya sensor

cahaya diklasifikasikan menjadi sensor inframerah, cahaya tampak dan ultraviolet.

Sensor cahaya mempunyai banyak kegunaan pada sistem otomasi. Beberapa

contohnya antara lain deteksi kertas pada printer, penentuan banyaknya lampu yang

dibutuhkan suatu ruangan, dan penentuan nyala lampu blitz pada kamera.

Pada mobile robot sensor cahaya kebanyakan digunakan untuk dua hal, yaitu

penjejak garis dan deteksi obyek. Robot penjejak garis menggunakan sensor cahaya untuk

menentukan garis yang berwarna gelap dengan lantai yang berwarna terang atau

sebaliknya. Sensor deteksi obyek dapat dibagi menjadi :

sensor proksimasi : biasanya berupa sensor dengan output biner. Obyek hanya

diketahui jika memasuki zona tertentu di sekitar robot, di luar zona itu obyek

diabaikan.

sensor pengukuran jarak : selain mengetahui keberadaan suatu obyek, sensor

juga dapat mengetahui jarak obyek dari robot dalam rentang jarak tertentu.

Selain kedua penggunaan utama tersebut, sensor cahaya dapat juga digunakan

sebagai pengukur temperatur (inframerah) dan sensor api (ultraviolet).

Fotoresistor atau sering juga disebut sebagai Light Dependant Resistor adalah

resistor yang mempunyai nilai resistansi yang berubah sesuai dengan intensitas cahaya

tampak yang menimpanya. Elemen pada fotoresistor terbuat dari Cadmium Sulfida (CdS)

yang peka terhadap cahaya tampak. Intensitas cahaya berbanding terbalik dengan nilai

resistansi fotoresistor, atau dengan kata lain sebanding dengan nilai konduktansinya.

Keadaan gelap menyebabkan nilai resistansi meningkat, sedangkan keadaan terang

menyebabkan nilai resistansi berkurang. Nilai resistansi fotoresistor berkisar antara

beberapa ohm hingga beberapa kilo ohm.

Fotoresistor dihubungkan dengan resistor lain untuk membentuk rangkaian pembagi

tegangan untuk diukur beda tegangannya. Gambar 5 menunjukkan rangkaian fotoresistor,

untuk (a) tegangan output sebanding dengan intensitas cahaya, sedangkan pada (b)

tegangan berbanding terbalik dengan intensitas cahaya. Nilai R dipilih sehingga nilai

Vout diusahakan berada pada rentang 0 – 5 V. Untuk penggunaan umum nilai R dapat

dipilih 330 atau 470Ω. Output dari rangkaian fotoresistor dapat dihubungkan dengan

komparator untuk mendapatkan sinyal biner (on/off) ataupun ADC. Cara lain mengukur

nilai resistansi fotoresistor adalah dengan mengukur waktu RC yang akan dijelaskan pada



bagian pengkondisi sinyal. Fotoresistor mempunyai kelemahan dibanding fototransistor

ataupun fotodioda yaitu waktu responsnya yang relatif lambat.

Gambar 5. Fotoresistor dan rangkaiannya.

Fototransistor adalah transistor (biasanya dari jenis NPN) yang dapat meneruskan

arus sesuai dengan banyaknya intensitas cahaya yang mengenainya. Berbeda dengan

fotoresistor yang peka terhadap cahaya tampak, fototransistor dan juga fotodioda lebih

peka terhadap cahaya pada spektrum inframerah. Cahaya pada fototransistor

menggantikan peranan arus basis, semakin banyak intensitas cahaya, semakin banyak

arus yang dapat dialirkan dari kolektor ke emitor.

Gambar 6. Rangkaian fototransistor

Contoh rangkaian fototransistor ditunjukkan pada Gambar 6. Rangkaian tersebut

bersifat active low, yang berarti tegangan output berbanding terbalik dengan intensitas

cahaya yang diterima. Output rangkaian fototransistor biasanya dihubungkan dengan

pengkondisi sinyal biner seperti inverting transistor, komparator, ataupun Schmidt trigger.

Fototransistor sering ditemui dalam kemasan berpasangan dengan LED (biasanya

inframerah) membentuk rangkaian optokopler (atau optoisolator) dan optoreflektor.

Fotodioda merupakan dioda yang peka terhadap cahaya. Dioda pada umumnya

hanya dapat mengalirkan arus dari anoda ke katoda, namun fotodioda dapat mengalirkan



arus yang berarah sebaliknya (dari katoda ke anoda) saat diberi cahaya. Rangkaian

fotodioda mirip dengan rangkaian fototransistor seperti terlihat pada Gambar 7. Jika

diberi cahaya maka tegangan output akan berkurang, begitu juga jika keadaansebaliknya.

Gambar 7. Rangkaian fotodioda

4.3. Sensor Inframerah

Sinar inframerah adalah sinar atau gelombang elektromagnet yang mempunyai

frekuensi lebih rendah (atau dengan kata lain panjang gelombang lebih besar) dari warna

merah. Penggunaan inframerah yang paling populer adalah pada peranti remote control

TV. Pada robot, selain untuk remote control inframerah juga dapat digunakan sebagai

sensor proksimasi ataupun pengukur jarak. Untuk itu diperlukan LED inframerah dan

penerima inframerah, yang memuat detektor inframerah beserta pelengkapnya seperti

tapis, penguat, dan demodulator. Sinar inframerah yang dipancarkan mempunyai

frekuensi 38 – 40 kHz untuk membedakan dengan pancaran sinar inframerah lain (misal

dari lampu atau sinar matahari). Pada penerima demodulator digunakan mengubah sinyal

tersebut menjadi sinyal biner biasa.

Gambar 8. Penerima inframerah

Salah satu contoh sensor inframerah untuk penentuan jarak adalah GPD2D12 dari

Sharp. Sensor ini sebenarnya digunakan untuk peranti peringatan jarak pada mobil dan

deteksi banyaknya kertas pada mesin fotokopi. Output dari sensor ini adalah bilangan



biner 8 bit yang mewakili jarak antara 10 – 80 cm. Prinsip kerja sensor ini adalah

mengukur kemiringan pantulan dari sinar inframerah yang dipantulkan oleh suatu obyek

(Gambar 10). Semakin dekat obyek berada semakin besar pula sudut pantulan sinar

inframerah.

Gambar 9. Sensor GPD2D12 dari Sharp beserta hubungan input-outputnya

Gambar 10. Prinsip kerja sensor pengukur jarak inframerah

Jenis lain sensor inframerah adalah Passive Infra Red (PIR). PIR dapat digunakan

untuk mendeteksi manusia atau binatang yang ada di dekatnya melalui radiasi inframerah

dari panas tubuh yang dipancarkan. Sensor ini digunakan misalnya pada pintu otomatis

atau sistem alarm.



Gambar 11. Passive Infra Red

4.4. Sensor Ultrasonik

Suara seperti juga cahaya cenderung untuk melintas dalam lintasan garis lurus dan

dapat terpantulkan oleh suatu obyek pada lintasannya. Di alam terdapat beberapa hewan

yang dapat bernavigasi dengan menggunakan gelombang suara, misalnya ikan lumba-

lumba dan kelelawar. Mereka memancarkan gelombang ultrasonik, yaitu gelombang

suara yang mempunyai frekuensi lebih tinggi daripada frekuensi suara yang dapat

didengar oleh manusia, kemudian menerima gelombang pantulan dari obyek yang ada di

depan hewan-tersebut. Dengan cara seperti ini mereka dapat mengetahui keberadaan

suatu obyek penghalang dan jaraknya meskipun sebagian dari mereka, yaitu kelelawar,

tidak mempunyai indra pengelihatan yang baik.

Untuk menirukan ikan lumba-lumba dan kelelawar tersebut robot dapat dilengkapi

dengan sensor ultrasonik atau yang dikenal juga sebagai SONAR (Sound Navigating and

Ranging). Gelombang ultrasonik dipancarkan oleh transmiter dan pantulannya diterima

oleh receiver. Sonar tidak terpengaruhi oleh warna dan sifat pantulan cahaya dari obyek,

namun kemampuannya akan menurun jika obyek terbuat dari material tertentu yang dapat

menyerap gelombang suara (peredam suara).

Gambar 12. Rangkaian transmitter ultrasonik (McComb & Priedko, 2006)



Gambar 13. Rangkaian receiver ultrasonik (McComb & Priedko, 2006)

Gambar 12 dan Gambar 13 menunjukkan contoh rangkaian transmitter dan

receiver untuk sensor proksimasi ultrasonik. Gelombang suara yang digunakan

mempunyai frekuensi 40 kHz yang dihasilkan oleh timer 555 pada rangkaian

multivibrator astabil yang kemudian dikuatkan oleh suatu transistor untuk kemudian

dipancarkan oleh transduser ultrasonik. Pantulan dari obyek diterima oleh transduser

ultrasonik pada rangkaian receiver yang mempunyai dua buah opamp, masing-masing

berfungsi sebagai penguat dan komparator. Semakin dekat suatu obyek dengan receiver

maka semakin kuat pula sinyal yang diterima receiver (jangan lupa bahwa jenis material

obyek juga bepengaruh). Output komparator akan bernilai rendah atau tinggi jika sensor

dijauhkan atau didekatkan dengan obyek. Pengaturan sensitivitas sensor dilakukan

dengan mengatur R2 pada rangkaian receiver. Sensitivitas sensor ultrasonik ini

menyangkut seberapa dekat/jauh jarak obyek saat output sensor bernilai tinggi. Jarak

maksimal sensor ini maksimal dapat mencapai 3 m.

Gambar 0 14 Prinsip kerja sensor jarak ultrasonik



Selain sebagai sensor proksimasi, sensor ultrasonik juga dapat juga digunakan

sebagai pengukur jarak yang cukup akurat. Prinsip kerja sensor jarak ini adalah

transmitter mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, lalu diukur waktu yang

dibutuhkan hingga datangnya pantulan dari obyek. Lamanya waktu ini sebanding dengan

dua kali jarak sensor dengan obyek, sehingga jarak sensor dengan obyek dapat ditentukan

persamaan:

soby = jarak sensor dengan obyek

cud = kecepatan suara pada media udara

t = waktu antara sinyal dipancarkan dan diterima pantulannya

Kecepatan suata pada media udara dipengaruhi oleh temperatur dan juga

kelembaban. Untuk media udara pada temperatur 200C kecepatan suara adalah 344,8 m/s.

Gambar 0 15 Ping))) (Parallax Inc, 2006)

Salah satu contoh sensor jarak ultrasonik adalah Ping))) dari Parallax. Sensor ini

mempunyai tiga buah pin yang masing-masing dihubungkan dengan ground, tegangan

catu daya, dan sebuah pin I/O. Kontroler memerintahkan Ping))) untuk memancarkan

seberkas sinyal ultraviolet dengan cara memberikan sinyal pulsa 10 μs melalui pin I/O.

Setelah memancarkan sinyal ultraviolet Ping))) akan memberikan sinyal high ke kontroler

yang akan berubah menjadi low saat Ping))) menerima sinyal pantulan dari obyek.

Kontroler menghitung waktu sinyal high tersebut dan kemudian dikonversikan menjadi

jarak.



4.5. Enkoder

Untuk mengukur posisi poros motor dan kecepatannya digunakan enkoder.

Enkoder adalah peranti untuk mengukur gerak dengan output berupa rangkaian pulsa

digital. Dengan mencacah bit tunggal atau melakukan dekoding rangkaian bit, pulsa dapat

dikonversikan menjadi posisi absolut atau inkremental. Jenis enkoder yang banyak

digunakan adalah enkoder magnetik dan enkoder optik.

Enkoder magnetik menggunakan sensor efek Hall sebagai detektor magnet. Pada

poros dipasangkan sejumlah magnet (atau dapat juga hanya berupa takikan/tonjolan pada

poros), misalnya 16 buah, yang menghasilkan output pulsa dengan jumlah yang sama

setiap putaran porosnya.

Gambar 16 Enkoder

Enkoder optik biasanya menggunakan LED inframerah sebagai simber cahaya,

fototransistor atau foto dioda sebagai detektor cahaya serta suatu piringan. Terdapat dua

prinsip kerja yang dapat digunakan sebagai penghasil rangkaian pulsa. Yang pertama

adalah berdasarkan warna hitam-putih (atau gelap-terang) pada piringan enkoder

(Gambar 17a), yang kedua berdasarkan ada tidaknya lubang pada piringan enkoder

(Gambar 17b).

Gambar 17a. Gambar 17b.



Enkoder dibedakan menjadi enkoder inkremental dan enkoder absolut. Enkoder

inkremental menghasilkan pulsa digital yang dihitung untuk menentukan perpindahan

relatif poros. Enkoder absolut menggunakan piringan yang memiliki beberapa jalur/track

berupa kode digital untuk menunjukkan posisi absolut poros. Berdasarkan kode digital

yang digunakan terdapat dua jenis piringan, yaitu yang menggunakan kode biner dan

gray-code. Gray-code adalah modifikasi dari kode biner yang digunakan untuk mencegah

kesalahan baca dari fototransistor. Pada gray-code ini setiap transisi dari sektor yang

bertetangga menyebabkan perubahan hanya 1 bit.

Enkoder digunakan pada mobile robot terutama untuk aplikasi odometri. Odometri

adalah penentuan posisi dan orientasi robot di ruang relatif terhadap suatu referensi

berdasarkan jumlah putaran rodanya.

4.6. Kompas

Kompas adalah sensor yang menunjukkan arah/orientasi robot pada bidang

mendatar yang digunakan sebagai alat bantu navigasi robot. Gambar 18 menunjukkan

salah satu contoh kompas yaitu modul CMPS03 dari Devantech. Modul ini menggunakan

sensor medan magnet Philips KMZ51 untuk mengukur medan magnet bumi. Output

sensor ini dapat berupa PWM atau I2C. Jika dipilih PWM, maka output akan

mengeluarkan pulsa selama 1 ms untuk 00 hingga 36,99ms untuk 359,99

0, dengan kata

lain mempunyai sensitivitas 0,1 ms/0 dan offset 1 ms. Untuk I2C modul mengirimkan

data yang dapat berupa byte (0 – 255) atau word (0 – 3599) untuk satu putarannya. Modul

sensor ini dapat dikalibrasi ulang dengan metode manual ataupun I2C.

Gambar 18. Modul kompas CMPS03



4.7. Akselerometer

Akselerometer adalah sensor yang digunakan untuk mengukur percepatan

(perubahan kecepatan). Pada robot akselerometer dapat digunakan pada robot untuk

aplikasi antara lain robot swatimbang (self balanced robot), robot berjalan, deteksi

benturan, detektor getaran, dan deteksi G-force. Salah satu contoh akselerometer adalah

modul Memsic MX2125 dari Parallax. Sensor ini dapat mengindra percepatan pada dua

sumbu.

Gambar 0 20 Modul akselerometer Memsic MX2125

Output dari sensor ini adalah PWM yang menunjukkan hubungan

dengan

A = besarnya percepatan, g

T1 = waktu saat pulsa high

T2 = waktu total = 10 ms



5. SIMPULAN

Sensor adalah alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu yang digunakan untuk

mengubah variasi mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus

listrik. Sensor itu sendiri terdiri dari transduser dengan atau tanpa penguat/pengolah

sinyal yang terbentuk dalam satu sistem pengindera. Dalam lingkungan sistem pengendali

dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran, hidung,

lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroller sebagai otaknya.



DAFTAR PUSTAKA

1. http://robotika.blog.gunadarma.ac.id/?cat=8

2. http://www.4shared.com/file/hhZ9tTTm/Robotik_dan_sensor.html

3. www.freewebs.com/kapeha/sensor.doc

http://robotika.blog.gunadarma.ac.id/?cat=8

http://www.4shared.com/file/hhZ9tTTm/Robotik_dan_sensor.html

http://www.freewebs.com/kapeha/sensor.doc

tugas kecerdasan buatan (sistem sensor) agus romadlon

Data & Analytics