Implementasi Maze Solving Menggunakan Metode Wall Follower untuk KRPAI 2016 Divisi Beroda.

(1)

i

Implementasi Maze Solving Menggunakan Metode Wall

Follower untuk KRPAI 2016 Divisi Beroda

Disusun Oleh: Nama : Ricky Subagja NRP : 1122068

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia.

Email : Rickysubagja17@gmail.com

ABSTRAK

Perkembangan robotika saat ini berkembang semakin pesat dengan banyaknya pengaplikasian robot pada berbagai bidang. Banyaknya perlombaan/kontes robot yang memberikan kasus-kasus yang semakin rumit dalam perlombaannya merupakan salah satu bidang dalam perkembangan robotika saat ini. Khususnya pada Kontes Robot Pemadam Api Indonesia (KRPAI) 2016 yang memperlombakan robot-robot pemadam api pada suatu arena yang berbentuk maze.

Untuk memecahkan permasalahan yang ada pada maze KRPAI 2016, maka dibuat sebuah robot beroda pemadam api dengan algoritma maze solving. Robot yang dibuat dirancang dengan menggunakan sensor api, sensor jarak ultrasonik, sensor warna, dan sensor kamera. Algoritma maze solving pada robot dirancang menggunakan metode wall follower yang ditambahkan bantuan sistem cerdas dengan tipe agent goal based agent. Robot akan diberikan informasi mengenai maze berupa titik checkpoint. Titik checkpoint tersebut harus bersifat unik dan ditentukan berdasarkan semua kemungkinan yang ada pada arena. Sehingga robot dapat memilih satu tindakan untuk mencapai tujuan yang sudah ditentukan.

Algoritma maze solving pada robot beroda pemadam api telah berhasil direalisasikan. Dari data pengujian yang dilakukan pada level 2 KRPAI 2016, robot dapat mencapai tujuannya (goal) sebesar 93.75% dari 48 percobaan terhadap 16 jenis konfigurasi lapangan. Dari data pengujian yang dilakukan pada level 3 KRPAI 2016, robot dapat mencapai tujuannya (goal) sebesar 50% dari 30 percobaan terhadap 10 jenis konfigurasi lapangan.

(2)

Implementation of Maze Solving Using Wall Follower

Method for KRPAI 2016 Wheeled Division

Composed By: Nama : Ricky Subagja NRP : 1122068

Electrical Engineering, Maranatha Christian University, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia

Email : Rickysubagja17@gmail.com

ABSTRACT

The development of robotics is currently growing rapidly with a number of robot deployment on many aspec seen. Majority of the robots contest that gave cases which was more and more complicated on every the contest was held. The given case on the contest was one of the aspecs in the development of robotics at nowadays. Particularly in Indonesia, fire fighting robot contest (KRPAI) 2016 which competed many fire fighting robots on maze shaped arena.

To solve the existing problems at the maze on the KRPAI 2016, a fire fighting robot was created to having a maze solving algorithm. The robot designed using fire sensor, ultrasonic distance sensor, color sensor and sensor camera. Maze solving algorithm on the robot was designed using wall follower method added intelligent system type goal based agent. Robot will give the information about the maze via checkpoint. The checkpoint must be uniquely and its determined by all the possibilities that exist in the arena. Hence, the robot could choose one action to achieve a goal that is already determined.

Maze solving algorithms on fire fighting robot has been successfully realized. From the experiment at level 2 KRPAI 2016, robots could reach the goal with the percentage 93.75% of 48 trial against 16 different field configurations. From the experiment at level 3 KRPAI 2016 robots could reach the goal with the percentage 50% of 30 trial against 10 different types of field configurations.

(3)

iii

DAFTAR ISI

Halaman LEMBAR PENGESAHAN

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN

PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN TUGAS AKHIR KATA PENGANTAR

I.5 Spesifikasi Alat yang Digunakan ... 3

I.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TEORI DASAR

II.3 Sistem Kontrol ... 10

II.4 Sensor ... 11

II.4.1 Sensor Jarak Ultrasonik (SRF-05) ... 11

(4)

II.4.3 Sensor Warna TCS230 ... 13

II.5 OpenCV ... 14

II.6 Raspberry Pi 2 ... 16

II.7 Modul Kamera Raspberry Pi ... 19

II.8 Arduino MEGA 2560 ... 20

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 Perancangan Sistem Robot Beroda ... 21

III.1.1 Sistem Navigasi Robot ... 21

III.1.2 Perancangan dan Realisasi Robot Beroda Pemadam Api ... 24

III.1.3 Elektronika Robot ... 26

III.2 Perancangan dan Realisasi Pengolahan Citra ... 30

III.3 Perancangan Posisi Check Point Pada Arena Kontes ... 32

III.4 Perancangan Algoritma Robot pemadam api beroda ... 38

III.4.1 Algortima level 2 KRPAI 2016 ... 40

III.4.2 Algortima level 3 KRPAI 2016 ... 43

III.4.3 Flowchart Manuver Langsung Menuju Api ... 46

III.4.4 Flowchart Cari Api ... 47

III.4.5 Flowchart Padamkan Api ... 48

III.4.6 Flowchart Menggerakkan gripper ... 49

III.4.7 Flowchart Deteksi Home ... 50

III.4.8 Flowchart Deteksi Lokasi Check Point Api ... 51

III.4.9 Flowchart Deteksi Lokasi Check Point Home ... 52

III.4.10 Flowchart Deteksi Lokasi Check Point Bayi ... 53

III.4.11 Flowchart Deteksi LED biru ... 54

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS IV.1 Pengujian Robot ... 56

IV.1.1 Pengujian Wall Following ... 56

IV.1.2 Pengujian Robot pada arena level 2 KRPAI 2016 ... 59

IV.1.3 Pengujian Robot pada arena level 3 KRPAI 2016 ... 82

(5)

v BAB V SIMPULAN DAN SARAN

(6)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 2.1 Diagram Skematik Simple Reflex Agent ... 6

Gambar 2.2 Diagram Skematik Reflex Agent With State ... 7

Gambar 2.3 Diagram Skematik Goal Based Agent ... 8

Gambar 2.4 Diagram Skematik Utility Based Agent ... 9

Gambar 2.5 Perjalanan mengikuti dinding kiri atau kanan ... 10

Gambar 2.6 Diagram blok sistem kontrol loop terbuka ... 10

Gambar 2.7 Diagram blok sistem kontrol loop tertutup ... 11

Gambar 2.8 Diagram waktu sensor SRF05 mode 1 ... 12

Gambar 2.9 Diagram waktu sensor SRF05 mode 2 ... 12

Gambar 2.10 Sensor Api (Flame Detector Arduino) ... 13

Gambar 2.11 Sensor warna TCS230 ... 13

Gambar 2.12 Contoh proses thresholding ... 14

(7)

vii

Gambar 4.1 Pengujian robot mengikuti dinding sebelah kiri ... 57

Gambar 4.2 Pengujian robot mengikuti dinding sebelah kanan ... 58

(8)

Gambar 4.11 Konfigurasi Arena 9 level 2 KRPAI 2016 ... 71

(9)

ix

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 skala keluaran dan tipe fotodioda sensor TCS230 ... 14

Tabel 2.2 Spesifikasi teknikal Arduino MEGA 2560 ... 20

Tabel 3.1 Tabel Kebenaran Motor Driver BTN7970B ... 30

Tabel 4.1 Data Pengamatan Parameter Mapping pada Konfigurasi Arena 1 ... 60

Tabel 4.2 Pengujian Robot Pada Arena Level 2 KRPAI 2016 dengan Konfigurasi Arena 1 ... 60

Tabel 4.10 Data Pengamatan Parameter Mapping pada Konfigurasi Arena 6... 67

(10)

(11)

xi

(12)

BAB I

PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan tugas akhir, batasan masalah, spesifikasi alat yang digunakan, dan sistematika penulisan.

I.1 Latar Belakang

Perkembangan robotika saat ini berkembang semakin pesat dengan banyaknya pengaplikasian robot pada berbagai bidang. Salah satunya dalam bidang industry, banyak pabrik menggunakan robot sebagai mesin produksi. Selain sektor industri, robot juga digunakan di sektor yang dapat membahayakan manusia. Seperti robot penjinak bom, robot pemadam api, dan robot untuk mencari korban bencana.

Sekarang ini mulai banyak perlombaan/kontes robot memberikan kasus-kasus yang semakin rumit dalam perlombaannya. Kasus-kasus-kasus yang diberikan tersebut merupakan salah satu bidang dalam perkembangan robotika saat ini. Khususnya pada Kontes Robot Pemadam Api Indonesia (KRPAI) 2016 memperlombakan robot-robot pemadam api pada suatu arena yang berbentuk maze. Pada Kontes Robot Pemadam Api (KRPAI) 2016, banyak perubahan-perubahan yang dibuat oleh penyelenggara dari Kontes Robot Pemadam Api Indonesia (KRPAI) sebelumnya.

(13)

BAB I – Pendahuluan 2

Universitas Kristen Maranatha KRPAI 2016 robot diberikan misi tambahan untuk menyelamatkan bayi yang ada pada arena sebelum mematikan api.

Permasalahan yang timbul pada maze yang ada pada KRPAI 2016 ini adalah cara untuk mendapatkan jalur yang diinginkan agar robot dapat mencapai tujuannya untuk menyelesaikan misi.

I.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada tugas akhir ini adalah :

1. Bagaimana robot dapat mengetahui posisinya, menemukan dan memadamkan lilin?

2. Bagaimana robot dapat menemukan dan menyelamatkan boneka bayi? 3. Bagaimana mengimplementasikan algoritma maze mapping pada robot

beroda pemadam api?

I.3 Tujuan

Tujuan pembahasan tugas akhir ini adalah mengimplementasikan algoritma maze solving dengan menggunakan metode wall follower pada robot beroda pemadam api untuk menyelesaikan misi pada level 2 dan level 3 KRPAI 2016.

I.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dalam tugas akhir ini, yaitu:

1. Pokok pembahasan terletak pada keberhasilan implementasi sistem navigasi maze solving dan sensor kamera yang digunakan.

2. Robot bergerak dengan metoda wall follower.

3. Mekanika robot tidak dibahas secara mendalam. tetapi hanya robot dapat berjalan dengan baik setelah robot telah selesai dibuat.

4. Pada level 3 KRPAI 2016 robot hanya mendeteksi tempat boneka bayi 5. Arena yang digunakan merupakan arena Kontes Robot Pemadam Api

(14)

I.5 Spesifikasi Alat yang Digunakan

Alat dan bahan yang digunakan dalam tugas akhir ini, yaitu: 1. Arduino Mega 2560

2. Raspberry Pi 2

3. Modul kamera Raspberry Pi 4. Sensor ultrasonic SRF-05 5. Sensor Kompas

6. Sensor TPA-81

7. Flame sensor arduino (sensor api) 8. Motor DC

9. Motor Brushless 10. Motor Servo 11. Driver motor DC 12. Sensor Warna TCS230 13. LCD 20x4

14. Batere lippo 3 cell dan 2 cell 15. Regulator Tegangan 5V

I.6 Sistematika Penulisan

Laporan tugas akhir ini disusun dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

 Bab I Pendahuluan

Bab ini berisi latar belakang masalah, rumusan masalah, tujuan, batasan, masalah, spesifikasi alat yang digunakan, dan sistematika penulisan.

 Bab II Landasan Teori

(15)

Universitas Kristen Maranatha  Bab III Perancangan dan Realisasi

Bab ini menjelaskan tentang perancangan robot beroda pemadam api, perancangan sistem robot beroda pemadam api menggunakan navigasi maze solving, jenis-jenis sensor yang dipakai, pengolahan citra dengan OpenCV dan algoritma pemrograman robot beroda pemadam api.  Bab IV Data Pengamatan dan Analisa Data

Bab ini menjelaskan tentang proses pengambilan data pengamatan untuk pemetaan maze, pengujian deteksi objek menggunakan kamera, dan pengujian kemampuan robot beroda pemadam api.

 Bab V

(16)

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan dan saran-saran yang perlu dilakukan untuk perbaikan di masa mendatang.

V.1 Simpulan

Dengan memperhatikan data pengamatan dan analisis pada bab sebelumnya, dapat disimpulkan bahwa:

 Implementasi algoritma maze mapping pada robot beroda pemadam api telah berhasil di realisasikan. Robot dapat memadamkan api tanpa harus melewati titik check point.

 Dari data pengujian robot terhadap arena level 2 KRPAI 2016 terlihat bahwa robot dapat mencapai tujuannya dengan persentase keberhasilan sebesar 93.75%.

 Dari data pengujian robot terhadap arena level 3 KRPAI 2016 terlihat bahwa robot dapat mencapai tujuannya dengan persentase keberhasilan sebesar 50% karena sensor kamera yang digunakan belum dapat dimaksimalkan.

 Nilai threshold yang digunakan pada sensor kamera kurang efektif apabila kondisi cahaya semakin gelap maka objek akan semakin sulit dideteksi.

 Bentuk gripper pada robot kurang cocok untuk misi level 3 KRPAI 2016 karena pada awal bentuk robot dirancang hanya untuk memadamkan api.

 Dari pengujian robot untuk mengikuti dinding menggunakan kontroler PID didapatkan parameter Kp sebesar 12, Ki sebesar 0.5, dan Kd sebesar 12, dengan setpoint 9.5cm untuk dinding sebelah kiri dan

(17)

BAB V – SIMPULAN DAN SARAN 102

Universitas Kristen Maranatha  Titik Checkpoint pada tugas akhir ini digunakan untuk membantu agar

robot dapat memasuki semua ruangan yang ada pada arena.

V.2 Saran

Saran-saran yang dapat diberikan untuk perbaikan dan pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

 Dapat dilakukan penelitian dan pengujian terhadap bentuk mekanika robot agar robot dapat sesuai dengan misi yang diberikan.

 Ditambahkan LED putih dekat dengan sensor kamera agar cahaya yang ada pada sensor kamera tidak berubah.

 Tentukan lagi titik check point home, agar saat robot kembali ke home robot tidak masuk ruangan lain selain ruangan home.

(18)

DAFTAR PUSTAKA

1. Russell, Stuart J. dan Peter Norvig. 1995. “Artificial Intelligence A Modern Approach”. New Jersey: Prentice Hall

2. Modul Praktikum Dasar Sistem Kontrol, Laboratorium Kontrol Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, 2015. 3. Datasheet “Flame Sensor Module”

4. Datasheet “Programmable Color Light To Frequency Converter” 5. AI – Agents & Environments

(http://www.tutorialspoint.com/artificial_intelligence/artificial_intelligenc e_agents_and_environments.htm, diakses Juli 2015)

6. Arduino MEGA 2560 & Genuino MEGA 2560

(https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560, diakses Juli 2015)

7. Basic Thresholding Operations

(http://docs.opencv.org/2.4/doc/tutorials/imgproc/threshold/threshold.html, diakses Agustus 2015)

8. Color Detection & Object Tracking

(http://opencv-srf.blogspot.co.id/2010/09/object-detection-using-color-seperation.html, diakses Agustus 2015).

9. Installing Operating System Image Using Windows

(https://www.raspberrypi.org/documentation/installation/installing-images/windows.md, diakses Agustus 2015)

10. Konfigurasi pin Raspberry Pi 2

(https://www.element14.com/community/servlet/JiveServlet/previewBody /73950-102-4-309126/GPIO_Pi2.png, diakses Agustus 2015)

11. Modul Kamera Raspberry Pi

(19)

Universitas Kristen Maranatha

104

12. Moments

(http://docs.opencv.org/2.4/modules/imgproc/doc/structural_analysis_and_ shape_descriptors.html?highlight=moments#moments, diakses Agustus 2015)

13. Open CV

(http://opencv.org/, diakses Agustus 2015) 14. Raspberry Pi 2

(https://www.raspberrypi.org/products/raspberry-pi-2-model-b/, diakses Agustus 2015)

15. Raspberry Pi 2 model B

(https://www.element14.com/community/servlet/JiveServlet/showImage/1 02-74714-3-216904/rpi-bplus.jpg, diakses Agustus 2015)

16. Region of Interest

(http://docs.opencv.org/2.4/modules/core/doc/old_basic_structures.html?hi ghlight=roi#IplROI* roi, diakses Agustus 2015)

17. SRF-05 Technical Document. (online),

(http://www.robot-electronics.co.uk/htm/srf05tech.htm, diakses Juli 2015) 18. Wall Following