1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 LATAR BELKANG
Kemajuan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi yang terjadi dengan cepat
akhir-akhir ini menyebabkan banyak produk-produk industri yang canggih
tersebar secara luas dimasyarakat dunia. Salah satu cara utuk meningkatkan
efisiensi dan efektifitas adalah dengan mengembangkan teknologi robot untuk
membantu tugas manusia. Kemajuan iptek ini harus diikuti, maka sudah
selayaknya salah satu tujuan pendidikan tinggi adalah untuk menumbuhkan,
mengembangkan dan menguasai iptek melalui mahasiswa dalam rangka
meningkatkan kemampuan, harga diri bangsa serta taraf hidup masyarakat secara
luas. Sehubungan dengan itu, maka diadakanlah Kontes Robot Cerdas Indonesia
(KRCI) setiap tahun dengan harapan KRCI mampu menjadi wahana untuk
mendorong kemampuan kreativitas mahasiswa menggunakan ilmu pengetahuan
yang dipelajari untuk membuat suatu system dengan bentuk desain robot cerdas
yang harus menemukan dan memadamkan api lilin yang diletakkan dalam suatu
bentuk lapangan menyerupai bangunan rumah tinggal [rule KRCI 2011].
Pada Kontes Robot Cerdas Indonesia Tahun 2011 terdapat tiga divisi yaitu
Beroda Robot Cerdas Pemadam Api, Berkaki Robot Cerdas Pemadam Api dan
Battle Robot Soccer Humanoid League. Pada divisi berkaki ini mahasiswa
diwajibkan membuat robot menggunakan kaki sebagai alat geraknya dengan misi
mencari dan memadamkan api lilin di arena lapangan berbentuk simulasi interior
suatu rumah. Pada divisi ini yang diutamakan adalah kemampuan robot
bernavigasi dan bermanuver serta kecepatan dalam menyelesaikan misinya
tersebut dan kembali keposisi start. Pada KRCI 2011 Divisi Berkaki lebih sulit
dari pada tahun sebelumnya, pada KRCI 2011 posisi start robot diacak sesuai
dengan undian dan seluruh halangan seperti Sound Damper, Cermin, Furnitur, dan
Uneven Floor wajib dipasang serta letaknya diacak sesuai dengan undian.
Pada tugas akhir ini akan dibahas bagaimana merancang robot berkaki
yang dapat mencari sumber api dan mematikannya serta dapat kembali ke tempat
2
1.2 MAKSUD DAN TUJUAN
Tujuan dari Tugas Akhir ini adalah merencanakan, merancang dan
membuat sebuah algoritma pada robot untuk mengenali posisi start robot pada
lapangan pertandingan yang berbeda beda. Setelah mampu mengenali posisi start,
robot ini bergerak kearah tertentu sesuai dengan pemetaan untuk melakukan tugas
sesuai dengan aturan pertandingan Kontes Robot Cerdas Indonesia 2011 Divisi
Berkaki.
1.3 RUMUSAN MASALAH
Permasalahan yang dihadapi sesuai aturan pertandingan Kontes Robot
Cerdas Indonesia 2011 Devisi Berkaki adalah :
1. Lapangan pertandingan yang merupakan simulasi dari rumah dengan empat
ruangan dan koridor, pintu ruangan ini dapat berubah-ubah (semi random)
berdasarkan undian.
2. Sebagai simulasi sumber titik api berupa satu lilin yang ditempatkan pada
salah satu ruangan secara acak sesuai dengan undian.
3. Home atau posisi start berubah ubah sesuai dengan undian dan penempatan
arah depan robot saat start secara acak sesuai undian.
4. Halangan/rintangan berupa Sound Damper, Cermin dan Uneven Floor yang
ditempatkan pada koridor secara acak sesuai undian. Dan rintangan Furniture
yang ditempatkan pada ruangan secara acak sesuai undian.
5. Orientasi/arah lapangan pertandingan berubah ubah.
1.4 BATASAN MASALAH
Pengerjaan Tugas Akhir ini selalu disesuaikan dengan peraturan Kontes
Robor Cerdas Indonesia 2011, sehingga ada beberapa hal yang menjadi batasan
masalah dalam Tugas Akhir ini, antara lain :
1. Daerah kerja robot harus sesuai dengan aturan Kontes Robot Cerdas
Indonesia 2011.
2. Software pemrograman menggunakan bahasa Assembly yang dijalankan pada
AVR Studio 4.
3. Menggunakan mikrokontroler jenis AVR 8 bit, yaitu ATMega162 sebagai
3
1.5 SISTEMATIKA PEMBAHASAN
Sistematika pembahasan dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini
adalah sebagai berikut :
BAB I : PENDAHULUAN
Berisi latar belakang pembuatan, tujuan, rumusan masalah, batasan
masalah yang dikerjakan dan sistematika pembahasan.
BAB II : TEORI PENUNJANG
Menjelaskan mengenai teori-teori penunjang yang dijadikan landasan
dan rujukan perhitungan dalam mengerjakan Tugas Akhir ini.
BAB III : PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ALAT
Menjelaskan dan membahas tentang perencanaan dan pembuatan
system dari robot.
BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISA
Membahas perhitungan torsi lengan robot, sistem perangkat keras
(hardware), perangkat lunak (software) maupun pengujian sistem
secara keseluruhan.
BAB V : PENUTUP
Berisi kesimpulan dari keseluruhan pengerjaan Tugas Akhir dan
saran-saran untuk memperbaiki kelemahan sistem dari robot yang
telah dibuat demi pengembangan dan penyempurnaan di waktu
PERANCANGAN ROBOT HEXAPOD PEMADAM API
PADA KONTES ROBOT CERDAS INDONESI 2011
TUGAS AKHIR
Diajukan kepada Universitas Muhammadiyah Malang Sebagai salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Disusun Oleh : KHUSNUL HIDAYAT
NIM. 09510131
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
LEMBAR PENGESAHAN
PERANCANGAN ROBOT HEXAPOD PEMADAM API
PADA KONTES ROBOT CERDAS INDONESI 2011
Diajukan kepada Universitas Muhammadiyah Malang Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Strata Satu (S1) Jurusan Teknik Mesin
Oleh:
KHUSNUL HIDAYAT
09510131
Tanggal Ujian : 27 Januari 2012 Tanggal Wisuda : 25 Februari 2012
Tugas Akhir ini telah diperiksa, disetujui dan disahkan oleh :
Pembimbing I
Ir. Ali Mokhtar, MT NIP.UMM: 10891090234
Pembimbing II
Ir. Mulyono, MT NIP.UMM: 10891090248
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin
LEMBAR KEGIATAN ASISTENSI TUGAS AKHIR
Nama : KHUSNUL HIDAYAT
NIM : 09510131
Nomor SK : E.2/408/FT/UMM/X/2011
Judul Tugas Akhir : Perancangan Robot Hexapod Pemadam Api
Pada Kontes Robot Cerdas Indonesia 2011
TTD
No Tanggal Catatan Asistensi Pembimbing I Pembimbing II
1 1 November 2011 Penentuan Judul
2 7 November 2011 Revisi BAB I
3 5 Desember 2011 ACC BAB I
4 19 Desember 2011 Revisi BAB II
5 26 Desember 2011 ACC BAB II
6 3 Januari 2012 Revisi BAB III
7 9 Januari 2012 ACC BAB III
8 16 Januari 2012 Revisi BAB IV
9 20 Januari 2012 ACC BAB IV
10 25 Januari 2012 ACC BAB V
Pembimbing I
Ir. Ali Mokhtar, MT NIP.UMM: 10891090234
Malang, 18 Februari 2012 Pembimbing II
Ir. Mulyono, MT NIP.UMM: 10891090248
LEMBAR PERNYATAAN
Yang bertanda tangan dibawah ini :
Nama :KHUSNUL HIDAYAT
Tempat/Tgl. Lahir :TUBAN/23 OKTOBER 1982
NIM :09510131
Fakultas/Jurusan :TEKNIK/TEKNIKMESIN
Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir kami dengan judul “PERANCANGAN ROBOT HEXAPOD PEMADAM API PADA KONTES
ROBOT CERDASINDONESIA 2011”beserta seluruh isinya adalah karya saya
sendiri dan bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagain maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.
Malang, 25 Januari 2012 Yang membuat pernyataan,
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas
segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-Nya. Shalawat serta salam
semoga tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut
setianya, Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan
proyek akhir yang berjudul :
“PERANCANGAN ROBOT HEXAPOD PEMADAM API PADA
KONTES ROBOT CERDASINDONESIA 2011”
Pembuatan Proyek Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah
Malang. Selain itu penulis berharap agar proyek akhir ini dapat menambah
literature dan dapat memberikan manfaat bagi semuanya.
Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa
mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis
mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak
sengaja.
Malang, 25 Januari 2012
LEMBAR PERSEMBAHAN
Puji syukur kepada Allah SWT atas rahmat dan karunia-Nya
sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyampaikan
ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua dan adikku yang telah banyak memberikan do’a dan
dukungan.
2. Dekan Fakultas Teknik dan keluarga (FT) Bapak Ir. Sudarman, MT. serta
para pembantu dekan Fakultas Teknik dan keluarga Universitas
Muhammadiyah Malang.
3. Ketua Jurusan Teknik Mesin Bapak Ir. Mulyono, MT. dan Sekretaris
Jurusan Teknik Mesin Bapak Ir. Daryono, MT. beserta seluruh stafnya.
4. Bapak Ir. Ali Muchtar, MT. dan Bapak Ir. Mulyono, MT. yang telah
meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam menyelesaikan
Skripsi ini.
5. Seluruh civitas akademika (dosen, asisten, dan karyawan) Universitas
Muhammadiyah Malang yang telah membekali ilmu dan membantu kepada
penulis.
6. Seluruh Workshop Robotika Crew yang tanpa kenal lelah berjuang mencari
ilmu robotika di UMM.
7. Seluruh teman-teman seperjuangan di HMI Cabang Malang Komisariat
Teknik UMM.
8. Dan yang terakhir, semuanya yang telah membantu penulis yang tidak bisa
disebutkan satu persatu.
Semoga Allah SWT memberikan limpahan rahmat dan hidayahnya atas segala
DAFTAR ISI
Halaman
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... ii
LEMBAR KEGIATAN ASISTENSI ... iii
SURAT PERNYATAAN ... iv
ABSTRAKSI ... v
ABSTRACT ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
LEMBAR PERSEMBAHAN... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR GAMBAR ... xii
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Maksud danTujuan ... 2
1.3 Rumusan Masalah ... 2
1.4 Batasan Masalah ... 2
1.5 Sistematika Pembahasan... 3
BAB II DASAR TEORI 2.1 Teknik Desain Robot ... 4
2.1.1 Rangkaian Kontroler Berbasis Prosesor... 4
2.1.2 Pengertian Robot Hexpod... 5
2.2 Piranti Masukan... 6
2.2.1 Sensor Ultrasonik ... 6
2.2.2 Kompas Elektronik... 8
2.2.3 UVTron... 8
2.2.4 Thermal Array Sensor ... 10
2.2.5 Sound Activation... 11
2.3 Piranti Keluaran... 12
2.3.1 Driver Motor DC ... 12
2.3.2 Liquid Crystal Display (LCD) ... 12
2.3.3 Motor DC ... 14
2.3.4 Motor Servo AX-12 ... 14
2.4 AVR Mikrokontroller ... 14
2.4.1 AVR ATmega 162 ... 15
2.4.2 Serial pada ATMega162... 17
2.4.3 ATMega8535 ... 18
2.4.4 Serial pada ATMega8535 ... 20
2.5 AVR Studio 4 ... 20
BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN 3.1 Perancangan dan Pembuatan Mekanik ... 21
3.1.2 Posisi Sensor Ultrasonik... 22
3.1.3 Kipas... 22
3.2 Konfigurasi Sistem ... 22
3.3 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Masukan (input) ... 23
3.2.1 Perancangan dan Pembuatan Sensor Ultrasonik... 23
3.2.2 Perancangan dan Pembuatan Kompas Elektronik ... 26
3.2.3 Perancangan dan Pembuatan Sensor Thermal Array ... 28
3.2.4 Perancangan dan Pembuatan Flame Detektor ... 29
3.2.5 Perancangan dan Pembuatan Sound Activation ... 30
3.2.6 Perancangan dan Pembuatan Rangkaian Power Supply 33 3.4 Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keluaran ... 33
3.3.1 Driver Motor DC... 33
3.3.2 Converter Half Duplex to UART... 34
3.3.3 LiquidCrystal Display (LCD) ... 34
3.5 Perancangan dan Pembuatan Algoritma ... 34
3.5.1 Rule Maju ... 39
3.5.2 Pengenalan Posisi Start... 39
3.5.3 Pencarian Ruangan... 39
3.5.4 Scanning Lilin ... 40
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISA 4.1. Perhitungan Torsi Lengan Robot ... 43
4.2. Pengujian Perangkat Masukan. ... 46
4.1.1 Sensor Ultrasonik ... 46
4.1.2 Kompas Elektrik ... 49
4.1.3 Flame Detector... 51
4.1.4 Sensor Thermal Array ... 53
4.1.5 Sound Activasi ... 56
4.2 Pengujian Perangkat Keluaran ... 57
4.2.1 Motor Servo AX-12 ... 57
4.2.2 Motor Kipas ... 57
4.3 Pengujian Software... 58
4.3.1 Pengujian Rule Mengikuti Dinding Kanan dan Kiri... 58
4.3.2 Pengujian Posisi Start... 59
4.3.3 Pengujian Scaning Lilin ... 62
4.3.4 Pengujian Sistem Secara Kesluruhan ... 64
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 65
5.2 Saran……... 65
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Daftar register sensor Thermal Array... 11
Tabel 2.2 Konfigurasi LCD H1604A ... 13
Tabel 2.3 Data spesifikasi Servo AX-12... 15
Tabel 4.1 Data jarak sensor ultrasonic... 48
Tabel 4.2 Data posisi kompas... 50
Tabel 4.3 Data posisi kompas setelah dikalibrasi... 51
Tabel 4.4 Data sensor Thermal Array pengujian sudut Vertikal... 55
Tabel 4.5 Hasil percobaan pada lintasan lurus ... 58
Tabel 4.6 Hasil percobaan belokan 90o... 59
Tabel 4.7 Hasil percobaan sudut datang ... 59
Tabel 4.8 Hasil pengujian posisi start pada trial 1... 60
Tabel 4.9 Hasil pengujian posisi start pada trial 2... 60
Tabel 4.10 Hasil pengujian posisi start pada trial 3... 61
Tabel 4.11 Hasil pengujian posisi start pada trial 4... 61
Tabel 4.12 Hasil pengujian posisi start pada trial 5... 62
Tabel 4.13 Hasil percobaan scanning lilin ... 63
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Sistem Robot dan Orientasi Fungsi ... 4
Gambar 2.2 Sistem Robot dengan controller berbasis prosesor... 5
Gambar 2.3 Sistem Robot berbasis prosesor dengan user interface ... 5
Gambar 2.4 Robot Hexapod Rectangular dan Robot Hexapod Hexagonal .. 6
Gambar 2.5 Ilustrasi pergerakan dengan Alternating Tripod Gait ... 6
Gambar 2.6 Prinsip kerja sensor ultrasonik ... 7
Gambar 2.7 Prinsip pemantulan gelombang ultrasonic ... 8
Gambar 2.8 Daerah jangkauan sensor flame detector pada posisi tidur ... 9
Gambar 2.9 Daerah jangkauan sensor flame detector pada posisi berdiri .... 10
Gambar 2.10 Blok diagram pemancar Sound Activation ... 11
Gambar 2.11 Blok diagram penerima Sound Activation... 12
Gambar 2.12 Rangkaian driver motor DC ... 12
Gambar 2.13 Konfigurasi dan Skema LCD H1604A ... 13
Gambar 2.14 Kaidah tangan kiri... 14
Gambar 2.15 Motor servo AX-12... 14
Gambar 2.16 Blog diagaram komunikasi motor servo AX-12 ... 15
Gambar 2.17 Pin-pin ATMega162 ... 17
Gambar 2.18 Pin-pin ATMega8535 ... 19
Gambar 3.1 Base Frame robot DOME ... 21
Gambar 3.2 Sistem navigasi yang dapat berputar 360o... 21
Gambar 3.3 Posisi sensor ultrasonic ... 22
Gambar 3.4 Posisi motor kipas... 22
Gambar 3.5 Blok Diagram Sistem Kontrol Robot Dome ... 23
Gambar 3.6 Sensor Ultrasonik ... 24
Gambar 3.7 Koneksi modul ultrasonic ... 24
Gambar 3.8 Modul kompas elektronik ... 27
Gambar 3.9 Koneksi modul kompas elektronik ... 27
Gambar 3.10 Modul sensor Thermal Array ... 28
Gambar 3.11 Koneksi modul sensor Thermal Array... 28
Gambar 3.12 Flame detector ... 29
Gambar 3.13 Pemasangan jumper dan kapasitor ... 29
Gambar 3.14 Block diagram sound activation ... 30
Gambar 3.15 IC LM555 Sebagai pulse generator ... 30
Gambar 3.16 Block diagram penerima sound actifation ... 31
Gambar 3.17 Rangkaian Tone decoder LM567 ... 31
Gambar 3.18 Rangkaian Amplifier... 32
Gambar 3.19 Penerima sound actifation ... 32
Gambar 3.20 Rangkaian power supply ... 33
Gambar 3.21 Rangkaian driver motor kipas ... 33
Gambar 3.22 Rangkaian Converter UART to Half Duplex ... 34
Gambar 3.23 Denah lapangan KRCI ... 35
Gambar 3.24 Posisi start pada trial 1 ... 35
Gambar 3.26 Posisi start pada trial 3 ... 36
Gambar 3.27 Posisi start pada trial 4 ... 36
Gambar 3.28 Posisi start pada trial 5 ... 36
Gambar 3.29 Flowchart algoritma robot DOME ... 38
Gambar 3.30 Flowchart pencarian lilin berdasarkan mapping trial 1 ... 40
Gambar 3.31 Blog diagram penggabungan sensor-sensor... 41
Gambar 3.32 Flowchart pemadaman api lilin ... 41
Gambar 4.1 Ilustrasi Gaya Normal saat 3 kaki terangkat ... 44
Gambar 4.2 Struktur satu kaki robot... 44
Gambar 4.3 Gaya-gaya yang terjadi pada robot ... 44
Gambar 4.4 Ilustrasi sudut-sudut pada kaki robot ... 45
Gambar 4.5 Blok diagram rangkaian sensor ultrasonic ... 47
Gambar 4.6 Grafik data ultrasonic terhadap jarak dengan benda ... 49
Gambar 4.7 Blok diagram rangkaian kompas ... 49
Gambar 4.8 Rangkaian modul flame detector... 51
Gambar 4.9 Pengujian posisi lilin terhadap flame detector ... 52
Gambar 4.10 Diagram blok dari rangkaian sensor thermal array ... 53
Gambar 4.11 Pengujian sudut vertical sensor thermal ... 54
Gambar 4.12 Sudut area vertical sensor thermal... 56
Gambar 4.13 Pengujian sudut horizontal sensor thermal array... 56
Gambar 4.14 Blok diagram dari rangkaian sound aktifasi... 56
Gambar 4.15 Diagram blok dari rangkaian servo AX-12 ... 57
Gambar 4.16 Blok rangkaian penguji motor kipas... 58
Gambar 4.17 Posisi start robot pada trial 1 (Arbitrary Start) ... 60
Gambar 4.18 Posisi start robot pada trial 2 (Non Arbitrary Start) ... 60
Gambar 4.19 Posisi start pada trial 3 ... 61
Gambar 4.20 Posisi start pada trial 4 ... 61
Gambar 4.21 Posisi start pada trial 5 ... 61
DAFTAR PUSTAKA
[1] Pitowarno, Endra. “Robotika desain, control dan kecerdasan buatan”. Yogyakarta :
Andi Offset. 2006.
[2] Prasetyono, Eka. “Strategi pengenalan posisi start pada robot master robot pemadam api KRCI 2007”, Peliteknik Elektronika Negeri Surabaya –ITS, Surabaya, 2006.
[3] Go, Yanto, dan Yin, Xiaolei, “Navigability of Multi-Legged Robots”, IEEE, 2005
[4] Joseph L, Jones, “Robot Programming a practical Guide to Behavior Base Robotics”, Ney York : McGraw-Hill, 2004
[5] R. Clark, A. El-Osery, K. Wedeward, dan S. Bruder, “A Navigation and Obstacle Avoidance Algorithm for Mobile Robots Operating in Unknown, Maze-Type Environments”, Proc. International Test and Evaluation Association Workshop on
Modeling and Simulation, Las Cruces, NM, December 2004
[6] Rule Kontes Robot Cerdas Indonesia 2011, website : http://www.kri.or.id,
