i
RANCANG BANGUN PROTOTIPE
ROBOT IKAN BIOMIMETIK
ASPEK: GERAK SIRIP EKOR
IRWAN RUDY PAMUNGKAS
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Rancang Bangun Prototipe Robot Ikan Biomimetik Aspek: Gerak Sirip Ekor” adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Juli 2014
Irwan Rudy Pamungkas
ABSTRAK
IRWAN RUDY PAMUNGKAS. Rancang Bangun Prototipe Robot Ikan Biomimetik Aspek: Gerak Sirip Ekor. Dibimbing oleh INDRA JAYA.
Robot ikan biomimetik telah dieksplorasi dan dikembangkan di seluruh dunia untuk beberapa tujuan, termasuk pengawasan dan pemantauan laut. Sebuah robot ikan Carangiform hasil imitasi dari Caranx ignobilis, yang diberi nama CI-G3, berhasil dibuat dan dianalisis pergerakkan sirip caudal-nya dalam studi ini. Robot ikan CI-G3 memiliki dimensi panjang 45 cm, lebar 10 cm, dan tinggi 18 cm. Material yang digunakan adalah motor servo sebagai aktuator, Arduino UNO R3 sebagai mikrokontroller kit, sensor inframerah dan photodioda, serta motor DC. CI-G3 dibuat dengan tiga buah joint dan link yang ideal untuk mengimitasi gerakan natural dari gerak sirip ekor Carangiform. Saat bermanuver, joint 1 robot ikan CI-G3 membentuk sudut 30° yang diikuti joint 2 pada 40° dan joint 3 pada 45°. Penambahan gaya berat sebesar 1,5 N di bagian posterior dan gaya apung sebesar 1,54 N di bagian anterior robot ikan CI-G3 diperlukan untuk membuat posisi CI-G3 menjadi netral buoyancy. Center of Gravity dibuat menggunakan beban 20 gram dan motor DC. Center of Gravity digunakan untuk mengatur daya apung CI-G3 agar dapat merubah posisi menjadi netral, diving, dan resurface. Motor DC Center of Gravity memerlukan waktu 0,2 detik untuk menggerakkan beban Center of Gravity ke sudut 90° terhadap garis vertikal. Hasil analisis gerak sirip ekor didapat bahwa untuk menghasilkan gerakan normal diperlukan = 0,89, = -0,19 dan = 0,56 Hz. CI-G3 memerlukan waktu sebesar 1,8 detik untuk membuat undulasi sebesar satu gelombang.
iii
ABSTRACT
IRWAN RUDY PAMUNGKAS. Design of Prototypical Biomimetic Fish Robot Apect: Caudal Fin Motion. Under direction of INDRA JAYA.
Biomimetic fish robot has been explored and developed worldwide for several purpose, including marine surveillance and monitoring. A Carangiform fish robot mimicking Caranx ignobilis, named CI-G3, was constructed and it’s caudal fin movement was analyzed in this study. Fish robot CI-G3 had a dimension of 45 cm length, 10 cm width, and 18 cm height. Materials used were three servos for actuator, one Arduino UNO R3 for microcontroller kit, three infrared sensors and photodiodes, and one DC motor. CI-G3 had three joints and links, wich was ideal to mimic natural maneuver of Carangiform’s body caudal fin movement. During maneuvering, joint 1 of CI-G3 fish robot flexed at 30° that followed by joint 2 at 40° and joint 3 at 45°. Weight force of 1,5 N in posterior and buoyancy forces of 1,54 N in anterior part of the fish robot CI-G3 was required to position CI-G3 at natural buoyancy. Center of Gravity was created by 20 grams load and one DC motor. It used to adjust buoyancy of CI-G3 to change the position into a neutral, dive, and resurface position. Center of Gravity’s DC motor was needed 0,2 seconds to move the load into an angle of 90° to the vertical line. Caudal fin motion analysis showed that we need = 0,89, = -0,19 and = 0,56 Hz to make natural motion. CI-G3 fish robot was needed 1,8 seconds to make one wave undulation.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan
pada
Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan
RANCANG BANGUN PROTOTIPE
ROBOT IKAN BIOMIMETIK
ASPEK: GERAK SIRIP EKOR
IRWAN RUDY PAMUNGKAS
DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN
iii Judul Skripsi : Rancang Bangun Prototipe Robot Ikan Biomimetik
Aspek: Gerak Sirip Ekor Nama : Irwan Rudy Pamungkas
NIM : C54090017
Disetujui oleh
Prof Dr Ir Indra Jaya, MSc Pembimbing
Diketahui oleh
Dr Ir I Wayan Nurjaya, MSc Ketua Departemen
iv
PRAKATA
Puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah dengan judul “Rancang Bangun Prototipe Robot Ikan Biomimetik Aspek: Gerak Sirip Ekor”. Karya ilmiah ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Ilmu Kelautan di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
Dalam kesempatan kali ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih kepada:
1 Ayahanda dan Ibunda tercinta, Retno Dea Gitawati, dan Trys Wahyu Wijaya yang selalu memberikan dukungan, doa, dan nasehat yang tak pernah putus dari hari ke hari.
2 Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc selaku dosen pembimbing. 3 Dr. Henry M. Manik, S.Pi., M.T. selaku dosen penguji tamu. 4 Adriani, S.Pi., M.Si. selaku dosen penguji tamu.
5 Dr. Ir. Sri Pujiati, M.Si selaku pembimbing akademik yang selalu memberikan semangat dan arahan selama penulis menempuh pendidikan di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan-IPB.
6 Seluruh staff bagian Akustik dan Instrumentasi Kelautan atas bantuan dan semangat yang diberikan kepada penulis untuk menyelesaikan karya ilmiah ini.
7 Rekan-rekan ITK 46 atas kebersamaannya selama penulis menempuh pendidikan di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan IPB.
Penulis menyadari bahwa karya ilmiah ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi penulis secara pribadi dan khalayak umum.
Bogor, Juli 2014
v
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL vi
DAFTAR GAMBAR vi
DAFTAR LAMPIRAN vii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 3
METODOLOGI 3
Waktu dan Tempat Penelitian 3
Alat dan Bahan 3
Rencana Kerja 4
Desain Kerja Sistem Robot Ikan 6
Rancang Bangun Robot Ikan Biomimetik 7
HASIL DAN PEMBAHASAN 12
Robot Ikan CI-G3 12
Uji Coba Robot Ikan CI-G3 23
Uji Gerak Sirip Ekor 28
KESIMPULAN DAN SARAN 32
Kesimpulan 32
Saran 33
DAFTAR PUSTAKA 33
vi
DAFTAR TABEL
1 Alat yang digunakan dalam penelitian. 3
2 Bahan yang digunakan dalam penelitian. 4
3 Spesifikasi robot ikan CI-G3 13
DAFTAR GAMBAR
1 Robot ikan G9 milik University of Essex. 1
2 (a) Robot ikan Pari yang dibuat oleh Osaka University dan Nanyang Technological University, (b) Robot Knifefish yang dibuat oleh Nanyang Technological University. 1 3 Contoh-contoh robot ikan biomimetik jenis BCF yang sudah dibuat oleh
berbagai institusi. 2
4 Diagram alir tahapan pembuatan robot ikan. 4
5 Tahapan proses konstruksi pada bagian mekanik, elektronik, dan
program 5
6 Diagram alir prinsip kerja robot ikan. 6
7 Blok diagram sistem transmisi sinyal pada sensor 7 8 Blok diagram sistem transmisi sinyal pada bagian ekor dan COG 7 9 Caranx ignobilis, jenis ikan yang akan diimitasi (Sumber: FAO). 8 10 Desain dan tata letak komponen elektronik dan komponen penggerak
pada robot ikan. 8
11 Rangkaian Elektronik dalamRobot Ikan CI-G3. 9
12 Ilustrasi gerakan ikan: (A) Anguiliform, (B) Carangiform 10 13 Robot ikan CI-G3 yang dilengkapi dengan sensor inframerah. 12
14 Rangka CI-G3. 14
15 Motor servo double shaft dengan torsi 10 kg.cm. 15
16 Penempatan motor servo pada robot ikan. 15
17 Motor servo yang telah dilapisi pelindung air. 15
18 Konstruksi COG pada robot ikan CI-G3 16
19 Ilustrasi COG robot ikan CI-G3: (a) neutral buoyancy, (b) negative buoyancy, (c) positive buoyancy. 16 20 Tata letak komponen elektronik robot ikan CI-G3 17 21 Papan Arduino UNO R3 yang telah terpasang mikrokontroller ATMega
328P. 18
22 (a)Arduino Shield yang dirancang untuk aplikasi robot ikan, (b) Arduino
Shield dalam tampilan 3D. 18 23 Arduino Shield yang telah dicetak pada PCB layer ganda. 19 24 (a) Modul sensor jarak menggunakan LED inframerah dan photodiode,
(b) Posisi penempatan sensor pada robot ikan. 20
25 Resistor pull upsebesar 30 KΩ yang dihubungkan ke photodioda. 20
26 Antar muka Arduino v1.0.5. 21
27 Grafik hubungan antara jarak objek di akuarium dengan voltase output
vii 28 Grafik hubungan antara jarak objek di dalam akuarium dengan voltase
output sensor pada malam hari (medium udara). 24
29 Grafik hubungan jarak dan voltase output terhadap karakteristik objek (transparan dan non-transparan) di malam hari pada sensor 1. 25 30 Grafik hubungan antara jarak objek dengan voltase output sensor di
dalam air. 25
31 (a) Kondisi CI-G3 di dalam air sebelum ditambah pemberat dan pelampung, (b) kondisi CI-G3 di dalam air setelah ditambah pelampung
dan pemberat 26
32 Grafik posisi beban COG terhadap waktu. 27
33 Hasil uji coba COG CI-G3 di dalam air. 28
34 Grafik posisi setiap joint servo pada saat bergerak setengah gelombang. 29 35 Grafik hubungan antara waktu dan sudut yang ditempuh setiap motor
servo pada robot ikan CI-G3. 30
36 Grafik pola pergerakan robot ikan CI-G3. 30
37 Pola gerakan motor servo di setiap joint relatif terhadap kepala robot. 31
38 Hasil uji coba CI-G3 di dalam air. 32
DAFTAR LAMPIRAN
1 Desain Robot Ikan CI-G3 36
2 Data Pengukuran Sistem Kerja COG. 37
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Robot ikan biomimetik telah menjadi bahan eksplorasi yang banyak dikembangkan para peneliti dunia. University of Essex di Inggris telah membuat G9 (Gambar 1) sebagai generasi robot ikan biomimetik terbaru (Hu et al. 2006).
Nanyang Technological University di Singapura telah mengembangkan robot ikan Pari, Knifefish Robot, dan robot ikan Arwana. Osaka University di Jepang juga telah mengembangkan robot ikan Pari (Kiat dan Huan 2006) (Gambar 2).
Gambar 1 Robot ikan G9 milik University of Essex.
Gambar 2 (a) Robot ikan Pari yang dibuat oleh Osaka University dan Nanyang Technological University, (b) Robot Knifefish yang dibuat oleh
Nanyang Technological University.
engembangan robot ikan biomimetik dimulai dari sistem manuver yang diharapkan memiliki kemiripan dengan ikan sesungguhnya di alam (Zhou et al. 2008a, Korkmaz et al. 2011, Hu et al. 2006, dan Anton et al. 2009), sistem daya apung (Strand et al. 2005), hingga konstruksi tubuhnya yang terinspirasi dari jenis
2
ikan tertentu, seperti jenis Carangiform (Liu dan Hu 2010), Pari Manta (Moored et al. 2011), Hiu (Long et al. 2011), dan Koi (Nilas et al. 2011). Setiap jenis ikan memiliki karakteristik gerakan dan konstruksi yang berbeda. Sehingga memiliki tingkat kesulitan yang berbeda pula dalam penelitian dan pengembangannya.
Robot ikan biomimetik dikembangkan dalam dua jenis, yaitu Median Paired Fin (MPF) dan Body Caudal Fin (BCF) (Siahmansouri et al. 2011). Namun jenis robot ikan biomimetik yang banyak dikembangkan adalah jenis Body Caudal Fin
(BCF). Robot ikan BCF banyak dikembangkan karena memiliki sensitifitas dan efektifitas gerakan yang tinggi serta mudah dioperasikan. Selain itu juga jenis ikan yang dapat diimitasi memiliki jumlah yang lebih banyak dibanding ikan yang bergerak dengan paired fin. Beberapa contoh robot ikan biomimetik jenis BCF yang sudah dibuat adalah G9 (University of Essex), Robo Tuna (Massachusetts Institute of Technology), PPF-09, PF-200, PF-700 (National Marine Research Institute), dan Robot Arowana (Nanyang Technological University) seperti yang tertera pada Gambar 3 (Low 2008).
Gambar 3 Contoh-contoh robot ikan biomimetik jenis BCF yang sudah dibuat oleh berbagai institusi.
3 mata-mata, pendeteksian dan penjinakkan ranjau, pemetaan dasar laut, serta riset biologi (Hu et al. 2006). Robot ikan juga dapat dimanfaatkan untuk pekerjaan pada daerah yang tidak bisa dijangkau oleh manusia, seperti pada sela-sela batu karang, sela-sela pipa bawah air, dan eksplorasi pada bagian interior kapal karam (Zhou et al. 2008b).
Robot ikan di Indonesia belum menjadi prioritas utama bagi para peneliti untuk fungsi yang lebih spesifik. Robot ikan yang beredar di Indonesia hanya dimanfaatkan sebagai aksesoris dan mainan. Oleh karena itu, melihat pentingnya manfaat dari perkembangan robot ikan tersebut terhadap Indonesia yang merupakan negara maritim, maka dilakukan penelitian ini sebagai awal dalam penelitian-penelitian robot ikan biomimetik selanjutnya di Indonesia. Dalam penelitian ini akan dirancang suatu robot ikan biomimetik berjenis Body Caudal Fin (BCF). Penelitian ini diharapkan dapat bermanfaat untuk keberlanjutan penelitian dan pengembangan robot ikan di Indonesia di masa mendatang.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan merancang bangun robot ikan biomimetik berjenis
Body Caudal Fin (BCF) dan menguji kinerja pergerakan sirip ekor robot ikan di dalam air.
METODOLOGI
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan mulai bulan Agustus 2013 sampai dengan Februari 2014 di Workshop Akustik dan Instrumentasi Kelautan Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada penelitian ini dapat dilihat di dalam Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1 Alat yang digunakan dalam penelitian.
4
Tabel 2 Bahan yang digunakan dalam penelitian. Kebutuhan Jumlah Kebutuhan
1 Motor Servo Double Shaft 3 buah
2 Akrilik / Mika 1 x 1 meter
3 LED Inframerah 3 buah
4 Photodioda 3 buah
5 Arduino UNO R3 1 buah
6 Regulator LM7805 1 buah
7 Battery 9 Volt 1 buah
8 Kapasitor 25 V 1000 µF 1 buah
9 Resistor 10 KΩ 6 buah
10 Resistor 220 Ω 2 buah
11 Kabel 10 pin 1 meter
12 Grease 1 botol
13 Lem Araldite 1 botol
14 PCB Bolong 1 buah
15 IC MotorL293D 1 buah
Rencana Kerja
Perancangan robot ikan ini terdiri dari tiga tahap, yaitu: perencanaan, pembuatan, dan uji coba. Perencanaan pembuatan robot ikan dapat dilihat pada Gambar 4.
5 Tahap perencanaan terdiri dari beberapa tahapan, di antaranya adalah persiapan, perumusan masalah, dan perancangan penelitian. Tahap persiapan merupakan tahapan awal untuk memulai penelitian, termasuk di dalamnya mencari referensi bahan penelitian. Pada tahap perumusan masalah akan ditentukan permasalahan mengenai robot ikan yang masih belum berkembang pesat di Indonesia. Hal ini merupakan langkah awal untuk merancang penelitian yang akan dilakukan. Pada tahap perancangan penelitian, di dalamnya berisi pemikiran peneliti mengenai desain dan rencana kerja.
Tahap pembuatan merupakan tahap konstruksi robot ikan yang di dalamnya terbagi menjadi tiga bagian, yaitu: bagian mekanik, bagian elektronik, dan bagian program. Pada bagian elektronik ini dibuat rancangan schematic menggunakan perangkat lunak dan direpresentasikan ke dalam sirkuit dalam Project Board. Bagian mekanik dirancang menggunakan perangkat lunak Google Sketchup 8. Program dibuat untuk memasukkan berbagai macam perintah agar robot ikan bisa berpikir dan bergerak sesuai dengan yang diinginkan. Bahasa pemrograman yang digunakan adalah Bahasa C dengan bantuan perangkat lunak Arduino v1.0.5
sebagai compiler. Diagram alir bagian mekanik, elektronik, dan program pada pembuatan robot ikan CI-G3 mulai dari konstruksi hingga integrasi bagian ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5 Tahapan proses konstruksi pada bagian mekanik, elektronik, dan program
Tahap ketiga merupakan tahap uji coba yang merupakan pengujian kinerja agar robot ikan benar-benar berfungsi dengan baik. Uji coba dilakukan di dalam akuarium dengan dimensi 100 cm x 30 cm x 50 cm. Bagian yang diujicobakan adalah bagian sensor, Center of Gravity, dan gerak sirip ekor.
6
Desain Kerja Sistem Robot Ikan Sistem Kontrol Robot Ikan
Sistem kontrol robot ikan dapat dilihat pada Gambar 6. Catu daya yang digunakan adalah baterai 9 Volt dan 6 Volt. Baterai 9 Volt digunakan untuk menyuplai pasokan listrik dari transmitter dan receiver sensor inframerah, mikrokontroler, dan motor DC untuk Center of Gravity. Sementara battery 6 Volt digunakan untuk mensuplai motor servo. LM7805 digunakan untuk menurunkan tegangan agar sesuai dengan tegangan default dari transmitter, mikrokontroler, dan motor DC.
Gambar 6 Diagram alir prinsip kerja robot ikan.
Transmisi Sinyal
Robot ikan yang dibuat terdiri dari tiga bagian elektronik, yaitu sensor,
Center of Gravity, dan ekor. Bagian sensor terdiri dari transmitter dan receiver. Di dalam transmitter terdapat resistor pengaman dan LED inframerah, dan di dalam
receiver terdapat resistor pull up dan photodioda. LM7805 yang mendapat suplai listrik dari catu daya 9 volt akan mengirimkan listrik 5 volt ke transmitter dan
receiver. Transmitter akan mengirim gelombang inframerah ke medium dan apabila mengenai objek, gelombang teresebut akan memantul kembali dan diterima oleh receiver. Selanjutnya gelombang tersebut akan dirubah menjadi energi listrik. Energi listrik tersebut akan mendapat penguatan melalui resistor
7
Gambar 7 Blok diagram sistem transmisi sinyal pada sensor
Setelah energi listrik berubah menjadi perintah-perintah dalam bahasa mesin, mikrokontroller akan mengeksekusi perintah-perintah tersebut. Selanjutnya energi listrik akan dikirimkan ke driver motor L293D untuk diolah kembali. Hasil pengolahan tersebut adalah energi listrik yang mengalir ke motor DC untuk menggerakkan beban pada Center of Gravity. Sementara di port yang lain, hasil eksekusi akan berupa pulsa untuk menggerakkan motor servo pada ekor higga ke sirip kaudal. Sistem transmisi sinyal dari Center of Gravity dan ekor dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8 Blok diagram sistem transmisi sinyal pada bagian ekor dan COG
Rancang Bangun Robot Ikan Biomimetik Desain Robot Ikan
Robot ikan yang dibuat merupakan imitasi dari jenis ikan Giant Trevally
8
merupakan ikan yang hidup di perairan pelagis di laut lepas, air payau, dan terumbu karang, serta merupakan perenang yang cepat dan kuat. Tubuhnya dapat tumbuh sampai panjang 1,7 meter.
Gambar 9 Caranx ignobilis, jenis ikan yang akan diimitasi (Sumber: FAO).
Gambar 10 Desain dan tata letak komponen elektronik dan komponen penggerak pada robot ikan.
Gambar 10 merupakan desain robot ikan yang akan dibuat. Desain robot ikan dibuat menggunakan perangkat lunak Google Sketchup 8 yang merupakan perangkat lunak designer. Robot ikan yang dibuat dilengkapi dengan motor servo 3 buah sebagai penggerak sirip kaudal dan motor DC 1 buah sebagai pengatur
9 halangan dan kondisi lingkungan, dan COG sebagai pengatur gerak vertikal. Desain robot ikan secara lengkap dapat dilihat pada Lampiran 1.
Komponen Elektronik
Rangkaian elektronik (schematic) prototipe robot ikan dibuat menggunakan perangkat lunak Eagle v6.5.0. Sistem elektronik robot ikan dibuat menggunakan LED Inframerah sebagai transmitter sensor, resistor 220 Ω digunakan untuk mengurangi arus yang masuk agar tidak terjadi kerusakan pada LED, mikrokontroller yang digunakan adalah ATMega328P dengan board Arduino UNO R3. Receiver sensor yang digunakan adalah photodioda yang akan membaca gelombang inframerah dan meneruskan sinyal ke mikrokontroler melalui pin A0, A1, dan A2 pada Arduino UNO R3.
Motor servo digunakan untuk menggerakkan sirip kaudal. Ada 3 buah motor servo yang digunakan dan masing-masing dihubungkan ke pin 9, pin 10, dan pin 11. Pin 5, pin 6, pin 7, dan pin 8 digunakan sebagai input ke IC Motor L293D untuk menggerakkan motor DC pengatur COG. Rangkaian elektronik robot ikan yang dibuat dapat dilihat pada Gambar 11.
Gambar 11 Rangkaian Elektronik dalamRobot Ikan CI-G3. Daya Apung
10
perlu adanya penambahan beban dan pelampung untuk menambah gaya berat dan gaya apung. Hukum Archimedes digunakan untuk membuat kondisi ini.
... (1)
Dimana : = gaya apung (N)
= massa jenis air (kg/m3)
= volume benda yang tercelup di dalam air (m3).
Gerak Sirip Ekor
Ikan Carangiform bergerak menggunakan bagian posterior dimana dua pertiga bagian tubuhnya melakukan gerakan untuk bergerak secara vertikal (Gambar 12). Ikan Carangiform bergerak lebih cepat dan lebih efisien dibanding Anguiliform, karena lebih sedikit energi yang hilang saat memindahkan massa air untuk membuat dorongan (Nilas 2011).
Gambar 12 Ilustrasi gerakan ikan: (A) Anguiliform, (B) Carangiform Model matematik sederhana digunakan dalam menganalisis gerakan robot ikan untuk menghasilkan gerakan normal dari ikan Carangiform. Model matematik yang digunakan diambil berdasarkan “C” shape model milik Lighthill (Nilas 2011). Model matematika tersebut dapat dilihat pada persamaan di bawah.
... (2) Dimana : = posisi robot ikan relatif terhadap sumbu pada waktu
11 Formula (2) menurut Liu (2010) adalah model gerakan tubuh ikan jenis Carangiform. Sedangkan model gerakan sirip ekor didapat dengan mereduksi
dengan fungsi linear .
Sementara sudut dari setiap joint servo dapat di ekspresikan dalam formula di bawah ini:
= amplitudo maksimum pada setiap joint motor servo = waktu yang dibutuhkan antara 3 tahap; yaitu winding
stage, peak-holding stage, dan unwinding stage (Liu 2010).
Winding stage adalah tahapa dimana sirip ekor bergerak meliuk mendorong massa air untuk menghasilkan gerakan. Sementara peak-holding stage adalah fase istirahat atau delay dari tahap winding ke tahap unwinding. Sedangkan tahap unwinding adalah gerakan meliuk sirip ekor saat kembali ke posisi awal. Tahap
12
HASIL DAN PEMBAHASAN
Robot Ikan CI-G3 Desain Robot
Robot ikan yang berhasil dibuat memiliki dimensi panjang 45 cm, lebar 10 cm, dan tinggi 18 cm, dan diberi nama CI-G3 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13. CI-G3 baru dilengkapi dengan sensor inframerah yang berfungsi sebagai pendeteksi objek yang berada di hadapannya. CI-G3 merupakan desain awal dari teknologi robot ikan di Indonesia yang diharapkan dapat bermanfaat di masa depan, diantaranya adalah: sebagai pendeteksi bom, pengusir penyu dalam budidaya rumput laut, mata-mata kapal perang asing, pemetaan dasar laut, dan riset biologi (Hu et al. 2006).
Konstruksi CI-G3 terdiri dari beberapa bagian, diantaranya adalah catu daya, sensor, kotak kompartemen, motor servo, dan COG. Catu daya yang digunakan terdiri dari dua bagian, yaitu satu bagian untuk mikrokontroller, sensor, dan motor DC, serta satu bagian lagi catu daya khusus untuk motor servo. Catu daya yang digunakan untuk mikrokontroller, sensor dan motor DC adalah catu daya dengan tegangan 9 volt yang diletakkan di dalam kotak kompartemen. Sementara catu daya khusus untuk motor servo adalah 6 volt yang terdiri dari 4 buah baterai AA (1,5 volt). Seluruh bagian dirancang kedap air agar air dari lingkungan tidak masuk ke dalam sistem yang dapat menyebabkan terjadinya hubungan arus pendek dan merusak sistem elektronik.
13 untuk menggerakkan sirip kaudal. Spesifikasi robot ikan secara lengkap dapat dilihat pada Tabel 3 dibawah ini.
Frekuensi kepakkan sirip kaudal : 0,56 Hz Material kerangka : akrilik
2. Microcontroller unit Chip : ATMega 328P
Board : Arduino UNO R3 5. Motor Servo Tipe : Double Shaft Metal Gearbox
Torsi : 10 kg.cm
14
Gambar 14 Rangka CI-G3.
Salah satu robot ikan yang juga menggunakan akrilik (polikarbon) adalah robot ikan yang dibuat oleh Rossi et al. (2011). Akrilik yang digunakan adalah akrilik dengan ketebalan 1 mm. Akrilik digunakan karena memiliki fleksibilitas yang tinggi (Rossi et al. 2011). Namun menurut hasil uji coba yang dilakukan, akrilik dengan ketebalan 1 mm tidak memiliki daya tahan yang kuat untuk menahan beban yang digunakan dalam konstruksi robot ikan CI-G3. Oleh karena itu dalam pembuatan CI-G3, akrilik dengan ketebalan 2 mm adalah akrilik yang baik digunakan.
Motor Servo
Ikan Giant Trevally bergerak menggunakan otot-otot tubuh hingga sirip kaudal. Sehingga aktuator pada robot ikan yang dibuat diletakkan pada bagian tubuh hingga sirip kaudal sesuai dengan karakteristik ikan Giant Trevally. Motor servo digunakan sebagai aktuator untuk menggerakkan robot ikan. Motor servo digunakan dengan kelebihan yang dapat diatur besar sudutnya. Dibanding menggunakan motor DC, pengaturan sudut motor servo lebih akurat. Motor servo juga memiliki rasio-torsi-beban yang lebih tinggi (0.82 N-cm/g) dibanding motor DC dan motor stepper (Kim et al. 2011).
Motor servo yang digunakan adalah motor servo double shaft dengan torsi 10 kg.cm (Gambar 15) sebanyak 3 buah. Servo ke-1 digunakan untuk menggerakkan joint 1, servo ke-2 untuk menggerakkan joint 2, dan servo ke-3 untuk menggerakkan joint 3 yang tersambung ke sirip kaudal. Gambar 16 menunjukkan posisi penempatan motor servo pada robot ikan.
Motor servo pada joint 1 digerakkan 30° ke kanan dan ke kiri, sementara untuk servo pada joint 2 digerakkan 40° ke arah kanan dan kiri, dan untuk servo di
15
Gambar 15 Motor servo double shaft dengan torsi 10 kg.cm.
Gambar 16 Penempatan motor servo pada robot ikan.
Motor servo sangat sensitif dengan air, karena di dalam motor servo terdapat komponen elektronik untuk mengatur gerakannya. Oleh karena itu, motor servo perlu diberi lapisan kedap air di bagian-bagian yang rentan terhadap masuknya air ke dalam casing servo. Lapisan yang digunakan untuk melindungi motor servo adalah lem Araldite yang anti air. Dalam body case motor servo terdapat dua bagian sambungan yang harus dilapisi agar air tidak masuk ke dalam servo dan menyebabkan kerusakan. Penambahan greace pada gear motor servo juga diperlukan untuk menghindari air yang masuk dari bagian shaft motor servo. Gambar 17 merupakan motor servo yang telah diberikan lapisan kedap air.
16
Center of Gravity
Ikan memiliki organ di dalam tubuhnya yang berfungsi untuk mengatur densitas tubuhnya. Organ ini dikenal dengan gelembung renang. Dengan adanya gelembung renang, ikan dapat mengatur densitas dengan memompa volume udara ke dalam gelembung renang tersebut sehingga ikan dapat melakukan gerakan secara vertikal (tenggelam, mengapung, melayang) (Low 2008 dalam Wuhrmann 2009). Volume udara tersebut dipompa berdasarkan tekanan hidrostatik sehingga dapat merubah daya apung (buoyancy) ikan (Watanabe et al. 2008). Sistem gelembung renang tersebut kemudian direalisasikan menjadi buoyancy tank oleh Kiat dan Huan (2006). Selain buoyancy tank, ada juga adaptasi dari system daya apung yaitu Center of Gravity (Zhou et al 2008c).
Sistem Center of Gravity selanjutnya diaplikasikan di dalam robot ikan CI-G3 yang digunakan untuk mengatur ballast. Center of Gravity dibuat menggunakan motor DC sebagai penggerak, dan pemberat (Gambar 18). Besar beban yang digunakan adalah 20 gram yang diletakkan di bagian tengah kepala.
Gambar 18 Konstruksi COG pada robot ikan CI-G3
17 Gambar 19 adalah ilustrasi sistem Center of Gravity pada robot ikan CI-G3. Pada saat robot ikan bergerak menyelam, motor DC berputar dan membuat pemberat bergerak ke depan. Pergerakkan pemberat ke depan ini membuat robot ikan di bagian depan lebih berat dan robot ikan menjadi condong ke bawah. Sementara ketika robot ikan akan bergerak mengapung, motor DC berputar berlawanan arah dan membuat pemberat bergerak ke belakang, dan posisi robot ikan menjadi condong ke atas. Hal ini diakibatkan karena robot ikan mengalami kelebihan berat di bagian belakang. Pergerakkan robot ikan untuk menyelam dan mengapung dibantu oleh motor servo sebagai aktuator.
Komponen Elektronik
Perangkat elektronik yang digunakan terdiri dari mikrkokontroller, Arduino
shield, sensor, dan battery. Semua perangkat dibuat kedap air agar terhindar dari hubungan arus pendek yang disebabkan oleh keberadaan air dalam lingkungan elektronik. Mikrokontroller, Arduino shield, dan baterai dimasukkan ke dalam ruang kedap air yang diletakkan pada bagian kepala robot ikan agar semua komponen dapat beroperasi dengan baik (Gambar 20).
Gambar 20 Tata letak komponen elektronik robot ikan CI-G3
Mikrokontroller
Mikrokontroller sangat penting dalam pembuatan robot ikan yang berguna untuk menyimpan, dan memproses perintah-perintah dari programer. Mikrokontroller yang digunakan dalam pembuatan robot ikan CI-G3 adalah ATMega 328P. Mikrokontroller ATMega 328P dipasang ke papan mikrokontroller jenis Arduino UNO R3. Gambar 21 merupakan ilustrasi papan Arduino UNO R3 yang telah terpasang mikrokontroller ATMega 328P.
18
Gambar 21 Papan Arduino UNO R3 yang telah terpasang mikrokontroller ATMega 328P.
Pin 5, 6, 7, dan 8 digunakan sebagai output digital untuk menggerakkan motor DC melalui driver motor IC L293D. Pin 9, 10, dan 11 digunakan sebagai output sinyal ke motor servo. Pin-pin tersebut telah dirancang untuk digital output yang berbasis PWM (Pulse Width Modulation) pada Arduino UNO. Prinsip PWM digunakan untuk menggerakkan motor servo (Zhou et al. 2008b).
Arduino Shield
Arduino Shield merupakan perangkat tambahan yang dirancang untuk membuat rangkaian elektronik agar mudah dipasang ke papan Arduino UNO R3. Arduino Shield dirancang menggunakan perangkat lunak Eagle v6.5.0 yang selanjutnya dicetak pada papan PCB layer ganda. Gambar 22(a) merupakan rancangan Arduino Shield yang dibuat untuk aplikasi robot ikan. Arduino shield yang telah dirancang selanjutnya diimport ke dalam perangat lunak Google Sketchup 8 untuk melihat bentuk 3D dan akurasinya. Sehingga pada tahap ini Arduino Shield dapat dicek dan direvisi menjadi lebih sempurna. Gambar 22(b) merupakan ilustrasi Arduino Shield dalam tampilan 3D.
Gambar 22 (a)Arduino Shield yang dirancang untuk aplikasi robot ikan, (b) Arduino Shield dalam tampilan 3D.
19 LED inframerah agar LED tidak mudah terbakar dan tahan lama. Driver motor L293D digunakan untuk menggerakkan motor pengendali COG. Bagian Power terdiri dari skun dan IC LM7805, dimana skun berfungsi untuk menghubungkan baterai ke Arduino Shield dan IC LM7805 berfungsi untuk menurunkan tegangan baterai menjadi 5 volt yang merupakan tegangan operasional dari mikrokontroller, sensor, driver motor, dan motor DC. Pin output digunakan sebagai konektor dari Arduino Shield ke motor servo, motor DC, dan sensor inframerah.
Setelah dirancang dengan sempurna, Arduino shield dicetak ke dalam papan PCB layer ganda. Papan PCB layer ganda digunakan karena lebih multifungsi dan hemat dibanding PCB layer tunggal. Arduino Shield yang telah dicetak dapat dilihat pada Gambar 23.
Gambar 23 Arduino Shield yang telah dicetak pada PCB layer ganda. Sensor Gerak
20
Gambar 24 (a) Modul sensor jarak menggunakan LED inframerah dan photodiode, (b) Posisi penempatan sensor pada robot ikan.
Photodioda digunakan sebagai penerima karena photodioda merupakan sensor yang paling peka terhadap keberadaan cahaya. Photodioda merupakan sensor cahaya yang paling peka dibanding LDR dan phototransistor (Fajar 2011).
Photodioda dihubungkan ke resistor pull up yang berguna sebagai penguat sinyal. Resistor pull up yang digunakan adalah resistor dengan ukuran 10 KΩ sebanyak 3 buah yang dirangkai secara seri sehingga mendapatkan nilai total resistansi sebesar 30 KΩ (Gambar 25). Hal tersebut sangat diperlukan karena keluaran dari sensor photodioda sangat kecil, sehingga diperlukan penguat untuk menghasilkan sinyal yang lebih besar agar dapat diproses oleh mikrokontroller.
Gambar 25 Resistor pull upsebesar 30 KΩ yang dihubungkan ke photodioda. Bahasa Pemrograman
21
Gambar 26 Antar muka Arduino v1.0.5. Inisialisasi
Inisialisasi merupakan bagian dari pemrograman yang berfungsi untuk mendeklarasikan suatu variabel. Inisialisasi yang digunakan pada robot ikan adalah int dan Servo. Int adalah inisialisasi untuk variabel yang nilainya merupakan bilangan bulat dengan ukuran 32 bit. Inisialisasi Servo merupakan pendeklarasian penggunaan servo dan membuat suatu variabel untuk mengontrol motor servo. Inisialisasi program secara lengkap dapat dilihat pada kode berikut:
#include<Servo.h>
Inisialisasi terdiri dari pemberian header files dari fungsi library yang sesuai kebutuhan dengan diawali “#include” (Kusuma, 2012). “#include<Servo.h>” digunakan sebagai bentuk dasar untuk mengoperasikan motor servo. Servo1Pin
merupakan variabel yang digunakan untuk servo pertama, Servo2Pin untuk servo kedua, dan Servo3Pin untuk servo ketiga. “int Servo1Pin = 9” merupakan
pendeklarasian bahwa servo pertama dihubungkan ke pin 9 pada Arduino. PD1,
22
photodioda 2, dan photodioda 3. “int PD1=A0” adalah pendeklarasian bahwa photodioda 1 dihubungkan ke pin A0 pada Arduino. pos1, pos2, dan pos3
digunakan untuk mendeklarasikan posisi servo 1, servo 2, dan servo 3. “int motor[]={7,8}” adalah pendeklarasian untuk motor DC yang dihubungkan ke pin 7 dan pin 8 pada Arduino. “int batas1=800”, “int batas2=700”, “int batas3=600” merupakan pendeklarasian untuk nilai ambang batas pendeteksian photodioda pertama, photodioda kedua, dan photodioda ketiga. “Servo servo1”, “Servo servo2”, dan “Servo servo3” merupakan pendeklarasian variabel untuk mengatur servo 1, servo 2, dan servo 3.
Konfigurasi
Konfigurasi merupakan bagian pengaturan dari variabel yang telah dideklarasi pada bagian inisialisasi. Konfigurasi diletakkan setelah inisialisasi. Konfigurasi dimulai dengan kalimat “void setup()” dan mesin akan mengkonfigurasi atau mengeksekusi perintah-perintah yang ada di dalam tanda “{ }”. Di bawah ini merupakan perintah-perintah dalam pengkonfigurasian untuk membuat robot ikan.
“pinMode(PD1,INPUT)”, “pinMode(PD2,INPUT)”, dan “pinMode(PD3, INPUT)” adalah konfigurasi atau pengaturan dimana pin photodioda 1 (A0), photodioda 2 (A1), dan photodioda 3 (A2) diatur menjadi pin input. Pin A0, A1, dan A2 merupakan pin analog dan dalam konfigurasi ini mikrokontroller akan mendapat input analog dari pin-pin tersebut. “Serial.begin(9600)” merupakan perintah untuk mengkonfigurasi baudrate sebesar 9600. Perintah Serial.begin
merupakan perintah untuk memulai port serial (komunikasi). Inisialisasi “int i” merupakan pendeklarasian variabel i yang akan digunakan untuk menggerakkan motor DC. “for(i=0;i<2;i++)” adalah suatu kondisi yang dibuat untuk menggerakkan motor DC. Pada kondisi tersebut mesin akan mengeksekusi perintah “pinMode(motor[i],OUTPUT”) yang akan membuat pin motor (pin 7 dan 8) menjadi output dimana pin 7 dan 8 merupakan pin untuk digital output dan dihubungkan ke motor DC.
Perintah Utama
23
int MAJU=C>batasC && R>batasR && L>batasL; int KIRI=R<batasR && C<batasC;
int KANAN=L<batasL && C<batasC;
int VERTIKAL=C<batasC && R<batasR && L<batasL;
if(MAJU){maju();}
else if(KIRI){belok_kiri();} else if(KANAN){belok_kanan();}
else if(VERTIKAL){gerak_vertikal();}}
Mikrokontroller akan mengekseskusi peritah yang diberikan setelah tanda “{“. If(MAJU) memberikan suatu kondisi MAJU dan mikrokontroller akan memerintahkan robot ikan untuk bergerak maju.
Uji Coba Robot Ikan CI-G3 Sensor Gerak
Sensor inframerah sangat dipengaruhi oleh cahaya inframerah dari sinar matahari. Oleh karena itu nilai cahaya inframerah yang masuk ke dalam photodioda pada siang hari dan malam hari akan berbeda. Hasil pengukuran sensor inframerah memiliki nilai lebih rendah pada siang hari pada medium udara. Sementara pada malam hari saat tidak ada radiasi matahari menghasilkan nilai pengukuran yang lebih tinggi pada medium yang sama. Pengujian sensor infrmerah dilakukan di dalam akuarium di ruang terbuka.
Pada siang hari, hasil pengukuran sensor 1 lebih besar dibanding dua sensor yang lain. Hal ini dipengaruhi oleh karakteristik sensor itu sendiri. Sensor 2 nilainya lebih rendah karena pengaruh dari proses water proofing. Sehingga mengurangi sensitivitas sensor. Pada jarak 3 cm, voltase output yang dihasilkan oleh sensor tidak mengalami penurunan secara drastis. Hal ini diakibatkan pada jarak tersebut merupakan jarak terdekat objek dengan sensor. Sehingga pada jarak yang lebih dekat dari itu, nilai voltase yang dihasilkan ada kalanya sama dan ada kalanya lebih kecil, namun tidak terlalu jauh berbeda. Pada jarak lebih dari 3 cm, nilai voltase yang dihasilkan sensor mengalami perbedaan yang drastis. Voltase output tertinggi sensor 1 adalah 4,85 volt, sensor 2 adalah 3,5 volt, dan sensor 3 adalah 3,85 volt (Gambar 27).
24
Gambar 27 Grafik hubungan antara jarak objek di akuarium dengan voltase output sensor pada siang hari (medium udara).
Gambar 28 Grafik hubungan antara jarak objek di dalam akuarium dengan voltase output sensor pada malam hari (medium udara).
Selain pengaruh cahaya matahari, sensor juga dipengaruhi oleh karakteristik objek. Seperti yang dikatakan oleh Predko (2004) bahwa tidak semua objek dapat memantulkan cahaya inframerah, seperti benda hitam dan beberapa benda fabrikasi. Oleh karena itu dalam penelitian ini kemudian dibandingkan pengaruh objek transparan (akrilik) dengan objek non-transparan (sterofoam).
25 dipantulkan dengan yang dipancarkan oleh objek transparan tidak terlalu besar sehingga objek transparan bahkan hampir tidak terdeteksi sebagai objek. Gambar 29 menunjukkan perbedaan voltase keluaran sensor 1 terhadap objek transparan dan non-transparan pada malam hari (tanpa pengaruh gelombang inframerah dari matahari.
Objek non-transparan (sterofoam) memiliki trendline yang lebih rendah dibandingkan objek transparan (akrilik). Koefisien korelasi pada objek non-transparan adalah 0,97 dan objek non-transparan adalah 0,81. Hal ini menunjukkan bahwa objek non-transparan lebih efektif memantulkan cahaya inframerah dibandingkan objek transparan.
Gambar 29 Grafik hubungan jarak dan voltase output terhadap karakteristik objek (transparan dan non-transparan) di malam hari pada sensor 1.
26
Selain pengaruh dari sinar matahari, karakteristik objek, sensor inframerah juga dipengaruhi oleh karakteristik medium. Air, yang memiliki tingkat penghamburan cahaya yang besar dapat menurunkan akurasi sensor. Gambar 30 menunjukkan bahwa sensor tidak dapat mendeteksi objek yang jaraknya lebih dari 6 cm. Hal ini dikarenakan gelombang cahaya inframerah yang dipancarkan sensor mengalami penghamburan yang besar sehingga tidak dapat menempuh jarak lebih dari itu.
Daya Apung
27 Dengan menggunakan formula Archimedes akan dapat diketahui besar gaya apung yang membuat bagian anterior robot ikan lebih mengapung. Menggunakan formula (1) dengan massa jenis air , percepatan gravitasi , maka akan didapat gaya apung untuk mengangkat bagian posterior ke atas sebesar 1,54 N. Gaya apung tersebut ternyata cukup untuk mengangkat bagian posterior robot ikan CI-G3 menjadi terapung.
Metode yang sama juga digunakan untuk membuat bagian anterior (kepala) CI-G3 tenggelam di dalam air. Hasil yang didapat adalah sebuah beban sebesar 150 gram perlu ditambahkan pada bagian posterior untuk menambah berat dan mengurangi efek udara yang dapat membuat bagian posterior mengapung. Beban tersebut akan menyumbang sebuah gaya berat sebesar 1,47 N di udara. Setelah ditambahkan beban tersebut, bagian anterior (kepala) menjadi tenggelam dan membuat posisi robot ikan sesuai untuk melakukan manuver di dalam air.
Center of Gravity
Center of Gravity merupakan suatu bentuk imitasi dari gelembung renang ikan yang dapat merubah posisi vertikal robot ikan di dalam air. Center of Gravity
dibuat menggunakan motor DC dan beban sebesar 20 gram. Gambar 32 menunjukkan grafik posisi beban yang digerakkan oleh motor DC terhadap waktu. Posisi awal beban adalah tepat sejajar dengan garis vertikal, untuk membuat robot ikan dalam posisi neutral buoyancy. Sementara untuk membuat robot ikan dalam posisi diving/negative buoyancy maka beban harus dipindah ke bagian depan dan ke belakang untuk mendapat posisi resurface/positive buoyancy. Untuk menggerakkan beban sebesar 90° terhadap garis vertikal, maka dibutuhkan waktu selama 0,4 detik. Untuk kembali ke posisi awal, motor DC membutuhkan waktu selama 0,8 detik.
28
Gambar 33 merupakan hasil pengujian COG di dalam air. Sudut yang dihasilkan antara pergerakkan beban terhadap garis vertikal tidak tepat 90°, melainkan ada pengurangan. Waktu yang dibutuhkann untuk mencapai sudut maksimum posisi diving adalah 0,4 detik, sedangkan untuk kembali ke posisi netral adalah 0,8 detik. Sementara untuk mencapai sudut maksimum posisi resurface adalah 1,2 detik dan kembali lagi ke posisi netral dalam waktu 1,7 detik. Terjadinya pengurangan sudut maksimum pada posisi diving dan resurface adalah pengaruh dari pulsa yang diberikan oleh Arduino UNO R3 kepada motor DC. Hal ini berhubungan dengan arus yang dikeluarkan oleh baterai yang kemungkinan tidak stabil sehingga mengurangi pulsa yang dikeluarkan oleh Arduino UNO R3.
Gambar 33 Hasil uji coba COG CI-G3 di dalam air. Uji Gerak Sirip Ekor
29 yang menghubungkan satu servo ke servo yang lain. Gambar 34 menunjukkan posisi motor servo pada saat robot ikan melakukan satu kali sapuan atau bergerak setengah gelombang. Saat joint 1 menggerakkan joint 2 mendekati jarak 0 cm dari garis normal maka joint 2 akan menggerakkan joint 3 mendekati 0 cm mendekati garis normal. Posisi setiap joint pada sumbu-y dapat diekspresikan dengan formula (4) dimana adalah 2,98, adalah -0,19 dengan dan adalah 0,56 Hz.
Link adalah jarak yang menghubungkan antar joint. Robot ikan yang dibuat dengan satu buah link hanya akan menghasilkan gerakan maju saja. Jika digunakan dua buah link, maka robot ikan dapat bergerak maju dan mundur (Anton et al. 2009). Oleh karena itu, untuk menghasilkan gerakan yang mirip dengan ikan, maka perlu digunakan tiga atau empat link. Pola gerakan renang robot ikan ini merupakan faktor yang fundamental (Nilas 2011) dan perlu terus dipelajari untuk mendapatkan maneuver gerak ikan yang mendekati kenyataan di alam.
Gambar 34 Grafik posisi setiap joint servo pada saat bergerak setengah gelombang.
Gambar 35 menunjukkan grafik gerakan horizontal robot ikan pada masing-masing motor servo. Setiap servo memiliki pola yang berbeda-beda. Untuk menghasilkan gerakan yang periodik, maka servo ke-2 dan servo ke-3 harus di
delay selama 200 ms. Untuk mendapat satu kali gerakan robot, maka dibutuhkan waktu selama 1500 ms. Namun untuk masing-masing servo hanya dibutuhkan waktu selama 1300 ms.
30
servo 1 mencapai sudut maksimum, maka sudut yang dihasilkan seluruh panjang tubuh ikan juga mencapai sudut maksimum.
Gambar 35 Grafik hubungan antara waktu dan sudut yang ditempuh setiap motor servo pada robot ikan CI-G3.
Untuk menghasilkan gerakan yang mirip dengan ikan (gerakan normal), maka gerakan robot ikan harus periodik terhadap waktu dan menghasilkan grafik fungsi sinus (Liu 2010) (Formula (4)). Grafik fungsi sinus digunakan karena sesuai dengan grafik fungsi renang pada ikan yang sesungguhnya (Hu, 2006). Gambar 36 menunjukkan pola gerakan robot ikan yang periodik terhadap waktu dan mendekati grafik fungsi sinus.
31 Gerakan yang dihasilkan oleh robot ikan CI-G3 telah mendekati grafik fungsi sinus yang merupakan gerakan normal pada ikan. Namun, masih perlu dilakukan penyempurnaan untuk dapat menghasilkan gerakan yang lebih natural lagi. Gerakan aktual robot ikan yang sering keluar dari gerakan normal diduga merupakan faktor elektronik dimana terkadang terjadi penurunan pulsa. Sehingga pada sudut yang dihasilkan masih kurang akurat. Selain itu juga terdapat faktor getaran yang dihasilkan oleh servo pada saat menggerakkan link.
Gambar 37 Pola gerakan motor servo di setiap joint relatif terhadap kepala robot. Gambar 37 menunjukkan pola gerakan bagian sirip robot ikan relative terhadap bagian kepala dan badan robot. Pola gerakan yang ditunjukkan adalah pola gerakan aktual robot ikan CI-G3 mulai dari hingga . Pola gerakan robot ikan tersebut sesuai dengan pola gerakan ikan berenang seperti yang dimodelkan oleh Liu dan Hu (2006; 2010). Robot ikan CI-G3 terinspirasi dari genus Caranx yang berenang dengan cara menggoyangkan 2/3 bagian posterior tubuhnya dan menggelombang dari bagian anterior hingga posterior (Yan et al. 2008).
Sistem pergerakkan robot ikan terus dipelajari karena memiliki berbagai keuntungan, salah satunya adalah efisiensi. Menurut Fish (2013), tenaga dorongan yang dihasilkan oleh bagian tubuh dan sirip kaudal ikan memiliki efisiensi antara 70% hingga 90%. Hal ini lebih efektif dibanding menggunakan system baling-baling (70%) dan pedal (33%).
32
Gambar 38 Hasil uji coba CI-G3 di dalam air.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Robot ikan CI-G3 perlu ditambah gaya apung sebesar 1,54 N di bagian posterior. Sementara di bagian anterior perlu ditambahkan pemberat atau ballast
33 Saran
Dalam pembuatan robot ikan tentunya mengalami beberapa kendala, salah satunya adalah waterproofing motor servo, sehingga teknik yang berbeda dalam
waterproofing motor servo dapat dikembangkan. Perlu ditambahkan body case
untuk membuat penampilan robot ikan lebih natural. Kekuatan torsi motor servo perlu ditingkatkan agar robot ikan dapat bergerak dengan baik. Perlu dilakukan parameter tambahan seperti aspek Hydrodinamic. Perlu juga dilakukan uji kecepatan untuk melihat seberapa cepat robot ikan dapat bergerak di dalam air.
DAFTAR PUSTAKA
Anton M, Chen Z, Kruusmaa M, Tan X. 2009. Analytical and Computational Modelling of Robotic Fish Propelled by Soft Actuation Material-based Active Joints. The 2009 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems; 2009 Okt 11-15; St. Louis, USA. 2126-2131 hlm. Fish FE and Kocak DM. 2011. Biomimetics and Marine Technology: An
Introduction. Marine Technology Society Journal. 45(4): 8-13.
Fish FE. 2013. Advantages of Natural Propulsive Systems. Marine Technology Society Journal. 47(5): 37-44.
Guan Z, Gao W, Gu N, Nahavandi S. 2010. 3D Hydrodynamic Analysis of a Biomimetic Robot Fish. 2010 11th. Int. Conf. Control, Automation, Robotics and Vision; 2010 Des 5-8; Singapura. 793-798 hlm.
Guan Z. 2009. 3D Locomotion Biomimetic Robot Fish with Haptic Feedback [Tesis]. Victoria (AU): Deakin University.
Hu H, Liu J, Dukes I, Francis G. 2006. Design of 3D Swim Patterns for Autonomous Robotic Fish. Proceeding of The 2006 IEEE/RSJ International Conference of Intelligent Robots and Systems; 2006 Okt 9-15; Beijing, Cina. 2406 – 2411 hlm.
Kiat HY and Huan YY. 2006. Biomimetic Robotic Fishes. 2nd International Capstone Design Fair; 2006 Nov 30–Des 2; Taegue, Korea.
Kim KJ, Pugal D, Leang KK. 2011. A Twistable Ionic Polymer-Metal Composite Artificial Muscle for Marine Applications. Marine Technology Society Journal. 45(4): 83-98.
Korkmaz D, Koca GO, Akpolat ZH. 2011. Robust Forward Speed Control of a Robotic Fish. 6th International Advanced Technologies Symposium
(IATS’11); 2011 Mei 16-18; Elazığ, Turkey. 33-38 hlm.
Kusuma HA. 2012. Rancang Bangun Mini Remotely Operated Vehicle (ROV) Untuk Eksplorasi Bawah Air [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Liu J and Hu H. 2006. Biologically Inspired Behaviour Design for Autonomous
Robotic Fish. International Journal of Automation and Computing. 4: 336-347.
Liu J and Hu H. 2010. Biological Inspiration: From Carangiform Fish to Multi-Joint Robotic Fish. Journal of Bionic Engineering. 7(1): 35–48.
34
Propulsive Tail of an Aquatic Robot. Marine Technology Society Journal. 45(4): 119-129.
Low KH. 2008. Modelling and Parametric Study of Modular Undulating Fin Rays for Fish Robots. Mechanism and Machine Teory. 44: 615-632.
Moored KW, Fish FE, Kemp TH, Smith HB. 2011. Bioinspired Propulsion Mechanisms Based on Manta Ray Locomotion. Marine Technology Society Journal. 45(4): 110-118.
Nilas P, Suwanchit N, Lumpuprakarn R. 2011. Prototypical Robotic Fish with Swimming Locomotive Configuration in Fluid Environment. Proceedings of International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2011; 2011 Mar 16-18; Hong Kong.
Nilas P. 2011. A Prototypical Multi-Locomotive Robotic Fish Parametric Research and Design. Proceedings of the World Congress on Engineering
Siahmansouri M, Ghanbari A, Fakhrabadi MMS. 2011. Design, Implementation and Control of a Fish Robot with Undulating Fins. Int J Adv Robotic Sy. 8 (5): 61-69.
Strand E, Jørgensen C, Huse G. 2005. Modelling Buoyancy Regulation In Fishes With Swimbladders: Bioenergetics And Behaviour. Journal Ecological Modelling. 185: 309–327. Zürich (CH): Swiss Federal Institute of Technology Zurich.
Yan Q, Han Z, Zhang S, Yang J. 2008. Parametric Research of Experiments on a Carangiform Robotic Fish. Journal of Bionic Engineering. 5(2): 95-101. Zhou C, Cao Z, Wang S, Tan M. 2008c. A Marsupial Robotic Fish System.
Proceedings of the 17th World Congress The International Federation of Automatic Control; 2008 Jul 6-11; Seoul, Korea. hlm 762-766.
Zhou C, Tan M, Cao Z, Wang S, Creighton D, Gu N, Nahavandi S. 2008a. Kinematic Modeling of a Bio-Inspired Robotic Fish. 2008 IEEE International Conference on Robotics and Automation; 2008 Mei 19-23; Pasadena, USA. hlm 695-699.
Zhou C, Tan M, Gu N, Cao Z, Wang S, Wang L. 2008b. The Design and Implementation of a Biomimetic Robot Fish. International Journal of Advanced Robotic Systems. 5(2): 185-192.
35 3218P. www.atmel.com/devices/atmega328p [diakses pada 5 Februari 2013].
FAO. 2011. Caranx ignobilis (Forsskål 1775).
http://www.fishesofaustralia.net.au/Images/Image/CaranxIgnobilisFAO.jpg [diakses pada 5 Februari 2013].
36
LAMPIRAN
Lampiran 1 Desain Robot Ikan CI-G3
Anatomi Robot Ikan CI-G3
Tampak Bidang Sagital
37 Lampiran 2 Data Pengukuran Sistem Kerja COG.
Waktu (s) Sudut (°) Waktu (s) Sudut (°)
Lampiran 3 Data Pengukuran Sistem Kerja Motor Servo
39
Waktu (s)
Sudut (°) Servo 1 Servo 2 Servo 3
Seluruh Tubuh Robot
1782 31.27 32.9 -35.5 46.5
1815 34 29.5 -19.5 51.8
40
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Cirebon, 16 September 1990 dan merupakan anak sulung dari ayahanda Akmadi Budi Jaya dan ibunda Resminah. Penulis menyelesaikan pendidikan di jenjang Sekolah Menengah Atas pada tahun 2009. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan di Institut Pertanian Bogor, Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan melalui jalur USMI (Undangan Seleksi Mahasiswa IPB).
Selama menempuh pendidikan di IPB, penulis aktif dalam kegiatan mahasiswa yang tergabung ke dalam Himpunan Mahasiswa Ilmu dan Teknologi Kelautan (HIMITEKA) pada tahun 2010-2011. Penulis aktif dalam kegiatan belajar mengajar yang tergabung ke dalam asisten mata kuliah Dasar-dasar Akustik Kelautan pada tahun 2012. Penulis juga pernah menjadi kontingen IPB dalam kontes robot bawah air (ROV) “7th Hong Kong Underwater Robotic Challenge 2012” yang diselenggarakan oleh Marine Advance Technology Education (MATE) dan bertempat di Hong Kong pada tahun 2012. Penulis juga pernah menjadi panitia penyelenggara kegiatan Pertemuan Ilmiah Tahunan Ikatan Sarjana Oseanologi Indonesia (PIT-ISOI) pada tahun 2013. Penulis juga menjadi kontingen IPB dalam kegiatan Pekan Karya Ilmiah Mahasiswa yang diselenggarakan oleh (DIKTI) pada tahun 2013.
