37
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah metode eksperimental, dimana terlebih dahulu dilakukan perancangan dari quadcopter berdasarkan dari permasalahan yang telah diidentifikasi dan persyaratan yang direncanakan, Setelah itu baru dilakukan pengujian untuk mengetahui apakah hasil perancangan tersebut telah memenuhi persyaratan beserta batasan masalah yang berlaku.
Pada penelitian ini, pengujian yang dilakukan mencakup pengujian thrust force dari motor yang digunakan beserta dengan konsumsi daya nya. Hasil dari
pengujian tersebut nantinya dijadikan sebagai input untuk menguji kekuatan frame dengan menggunnakan software ANSYS 19.2. Setelah itu dilakukan juga
kalibrasi dari kompas, IMU (Inertial Measurement Unit) dari quadcopter yang dirancang sebelum dilakukan pengujian terbang untuk mengetahui bagaimana kestabilan terbang dari quadcopter dan akurasi dari GPS yang digunakan. Selain itu, dilakukan juga pengujian latency dari ground station ke quadcopter yang terhubung ke jaringan 4G untuk mengetahui berapa besar rata-rata delay komunikasi dan pengiriman data ke dan dari quadcopter.
Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam “Rancang Bangun Semi-Autonomous Quadcopter berbasis jaringan 4G-LTE” dapat dilihat pada diagram alir (Gambar
Terdapat beberapa tahapan-tahapan yang bertujuan untuk mencari desain terbaik. Adapun tahapan-tahapannya sebagai berikut:
3.1.1 Daftar Persyaratan Perancangan
Daftar persyaratan perancangan dibuat untuk menjelaskan spesifikasi alat dan persyaratan-persyaratan yang harus dipenuhi sebelum produk dikembangkan lebih lanjut agar perancangan yang dilakukan lebih terfokus sehingga memudahkan pemilihan komponen dan menghindari kesalahan dalam perakitan. Adapun tabel 3.1 daftar persyaratan sebagai berikut:
Tabel 3. 1 Daftar Persyaratan Spesifikasi Desain
Sifat Daftar Persyaratan Tanggal :
RANCANG BANGUN DAN ANALISA KINERJA SEMI-AUTONOMOUS UAV JENIS QUADCOPTER BERBASIS JARINGAN 4G LTE Halaman :1 S/W Persyaratan Geometri W S S
Frame yang digunakan merupakan frame quadcopter
Menggunakan frame dengan panjang antar lengan 450mm
Quadcopter memiliki landing gear untuk membantu pendaratan Kinematik
W
S
Quadcopter yang dirancang memiliki konfigurasi X dengan 2 rotor dibagian depan dan 2 rotor di bagian belakang
Menggunakan propeller 2 bilah dengan diameter 10 inch dan pitch 4.5 inch Energi
W
S
W
S
S
Menggunakan baterai Lithium Polymer (LiPo) 3-cell
Kapasitas baterai lebih dari 5000mAh
Baterai digunakan untuk suplai daya ke semua komponen
Menggunakan ESC 30A untuk menggerakan motor BLDC
Menggunakan UBEC 5v untuk suplai daya ke Raspberry Pi
Teknik Daftar Persyaratan Tanggal :
RANCANG BANGUN DAN ANALISA KINERJA SEMI-AUTONOMOUS UAV JENIS
QUADCOPTER BERBASIS JARINGAN 4G
LTE Halaman :2 S/W Pesyaratan Material S S S
Konstruksi pada bagian arm rangka (frame) dibuat dengan material Nylon 66 dan diperkuat dengan serat kaca 30%
Material dari base plate terbuat dari plastik berkekuatan tinggi
Propeller yang digunakan terbuat dari bahan plastik Display
S Informasi quadcopter ditampilkan pada display OLED sebelum takeoff
S
W
W
S
Menggunakan pelindung baling-baling (propeller guard)
Memiliki mekanisme failsafe yang bekerja secara autonomous apabila quadcopter kehilangan komunikasi ataupun kehabisan baterai
Quadcopter dioperasikan di luar ruangan (outdoor) pada pagi hingga sore hari saat cuaca cerah
Menggunakan Radio Transmitter sebagai alternatif kendali dari quadcopter
Ekonomi
S Menggunakan komponen-komponen dengan harga terjangkau namun dapat memaksimalkan fungsi
Ergonomis
W
S
S
Mudah untuk dioperasikan oleh satu orang
Mudah untuk dibawa dan disimpan
Bunyi dari alat tidak bising Perawatan
W
W
Dilakukan kalibrasi ulang secara berkala agar tetap dapat berfungsi dengan baik
Mengecek sekala berkala terutama pada komponen-komponen elektronika nya untuk memastikan kinerja
Produksi S
S
Menggunakan komponen-komponen yang banyak di pasaran
Pemograman dan Komunikasi W
W
S
W
Menggunakan firmware ArduCopter pada flight controller
Menggunakan MAVLink untuk komunikasi Raspberry Pi dengan Pixhawk
Ground Station menggunakan software Mission Planner
Komunikasi quadcopter ke ground dengan jaringan 4G
Persyaratan dibuat berdasarkan kebutuhan yang dapat bersifat wajib (W) atau disarankan untuk dipenuhi (S). Dari keterangan tersebut maka dapat disimpulkan bahwa persyaratan yang dibuat merupakan panduan bagi perancang untuk merancang suatu alat.
3.1.2 Identifikasi Masalah
Penulis memiliki tujuan untuk mengerucutkan permasalahan yang mempunyai pesyaratan desain. Dengan menajamkan/mengerucutkan akar masalah dari desain persyaratan maka dilakukan tahap identifikasi. Dengan melakukan tahapan pengambilan data secara kuantitatif dan kualitatif penulis mengharapkan dapat memperoleh data yang sesuai. Tahapan – tahapan yang dilakukan sebagai berikut:
1. Data kuantitatif, dengan menghilangkan persyaratan yang tidak berhubungan langsung dengan fungsi dan batasan-batasan penting, penulis mengharapkan dapat menemukan hasil dari kriteria daftar persyaratan yang dapat dilihat langsung dari tabel 3.1. Hasil dari kriteria tersebut sebagai berikut :
b. Menggunakan jaringan 4G LTE sebagai telemetri data dan kendali jarak jauh
c. Membaca attitude dari quadcopter secara real time melalui internet
d. Membaca nilai besaran arus secara real time melalui internet e. Membaca nilai besaran tegangan secara real time melalui internet f. Membaca lokasi dari quadcopter secara real time melalui internet g. Menggunakan Pixhawk 2.4.8 sebagai flight controller
h. Menggunakan Raspberry Pi 3B+ sebagai companion computer i. Menggunakan baterai LiPo sebagai sumber energi
j. Menggunakan ESC dengan arus 30A
k. Menggunakan motor BLDC 1000kv dengan propeller 1045 l. Menggunakan OLED Display pada quadcopter
m. Instalasi Pemasangan mudah. n. Memiliki mekanisme failsafe
o. Dapat memperoleh data telemetri secara realtime. p. Mudah dalam pengoperasian alat.
2. Data kualitatif, Mengubah data kuantitatif dan menyatakannya dalam kalimat yang sederhana yang mewakili. Dari kriteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut:
a. Semi-autonomous Quadcopter berbasis 4G menggunakan
Pixhawk 2.4.8 dan Raspberry Pi 3B+
b. Menggunakan jaringan 4G sebagai telemetri data dan kendali jarak jauh
c. Dapat memperoleh dan membaca data penerbangan secara real time melalui internet
d. Companion computer sebagai penghubung quadcopter ke internet dengan jaringan 4G
e. Menggunakan software Mission Planner sebagai interface dari ground station
f. Memiliki mekanisme failsafe sebagai fitur keamanan dan syarat semi-autonomous
g. Instalasi pemasangan yang mudah dan biaya produksi yang terjangkau.
3. Kemudian menggeneralisir data kuantitatif. Dari kriteria tersebut didapatkan hasil sebagai berikut:
a. Rancang Bangun Semi-Autonomous UAV berjenis quadcopter dengan komunikasi berbasis jaringan 4G
b. Memperoleh dan membaca data penerbangan secara real time melalui internet
c. Companion computer sebagai penghubung quadcopter ke internet dengan jaringan 4G
d. Flight controller sebagai pengendali sistem penggerak quadcopter
3.1.3 Kombinasi dan Susunan Konsep
Dengan membuat matriks morfologi dari kombinasi sub-fungsi maka akan didapat variasi dan alternatif dari perancangan. Sehingga akan mempermudah dalam pemilihan komponen yang akan digunakan. Seperti tabel 3.2 dibawah ini:
Tabel 3.2 Matriks morfologi dari kombinasi sub-fungsi No Variabel/
Sub Fungsi
1 2 3
1 Flight Controller
Ardupilot Mega Pixhawk 2.4.8 Navio+ 2 Companion
Computer dan Platform IoT
Raspberry Pi NodeMCU Nvidia TX1 3 Telemetri
Data
Radio Telemetry WiFi Telemetry 4G Telemetry 4 Akses
Drone ke 4G
5 Konfigurasi drone
Quadcopter + Quadcopter X Quadcopter H 6 Jenis Frame
F450 F550 DH410
7 Modul GPS
Ublox Neo M8N
Ublox Neo 7M Ublox Neo 6M 8 Motor
BLDC
A2212 1000kv X2212 1250kv X2212 1400kv 9 Jenis
Propeller
10 ESC
BLHeli 20A Simonk 30A Emax 40A
11 Platform ground station
Mission Planner QGroundControl UGCS 12 Jenis Baterai Red LiPo 3S 5200mAh Turnigy 3s 5000mAh Zop Power 3s 5000mAh
Dari tabel hasil identifikasi masalah akan terlihat berbagai kemungkinan kombinasi sub-fungsi yang kemungkinan untuk digunakan. Pemilihan masing-masing alternatif didasarkan pada evaluasi teknik dan ekonomi.
3.1.4 Pemilihan Konsep Varian
Dalam pembuatan konsep varian kita harus memperhatikan beberapa hal, baik dari segi teknik dan ekonominya. Pemilihan konsep varian dilakukan untuk pengerjaan model dan menentukan unjuk kerja secara kuantitatif dari alat yang akan di rancang. Dari tabel 3.2 didapatkan hasil varian sebagai berikut:
3.2 Perancangan Alat
Pada penelitian ini akan dirancang sebuah quadcopter yang dapat dikendalikan dari jarak jauh menggunakan jaringan 4G. Selain itu, quadcopter ini juga memiliki mode semi-autonomous atau dalam kata lain, quadcopter yang dirancang dapat merespon suatu kejadian tanpa intervensi dari manusia dengan adanya mekanisme failsafe. Selain itu, quadcopter juga mampu mempertahankan posisi dan ketinggiannya [30]. Maka dari itu, dalam perancangan ini memerlukan perangkat-perangkat yang dapat menunjang kinerja dari quadcopter yang akan dirancang.
3.2.1 Prinsip Kerja
Prinsip kerja dari quadcopter yang akan dirancang dapat dilihat pada diagram blok fungsi gambar 3.2 dibawah ini.
Gambar 3.2 Diagram blok sistem dari 4G Quadcopter yang dirancang
Flight Controller berupa Pixhawk 2.4.8 digunakan untuk mengendalikan
sistem penggerak dari quadcopter dengan mengirimkan sinyal PWM ke ESC untuk diteruskan ke motor BLDC. Pengiriman sinyal PWM ini menyesuaikan dari
pembacaan sensor IMU antara lain yang terdapat dalam modul Pixhawk 2.4.8 agar dapat menyesuaikan attitude atau posisi quadcopter saat mengudara sehingga dapat membuatnya terbang dengan stabil. Pixhawk 2.4.8 ini juga terhubung dengan modul GPS dan kompas melalui pinout yang terdapat pada Pixhawk. GPS disini berguna sebagai pelacak lokasi dari quadcopter saat mengudara sehingga dapat diketahui posisi yang sebenarnya. Kita juga dapat membuat perencanaan jalur terbang pada ground station kemudian quadcopter akan terbang sesuai jalur yang kita buat mengikuti arahan navigasi dari GPS.
Lalu, untuk membuat quadcopter tersebut dapat dikendalikan melalui internet dengan jaringan 4G, dibutuhkan perantaranya berupa companion computer atau komputer pendamping. Pada penelitian kali ini digunakan Raspberry Pi 3B+ yang terhubung dengan Pixhawk 2.4.8. Penggunaan Raspberry Pi pada quadcopter selain dapat menjadi perantara untuk menghubungkan ke internet bisa juga sebagai perangkat tambahan untuk menambah fungsi autonomous dari quadcopter tersebut seperti pembacaan sensor rintangan, pemrosesan citra dengan dihubungkan ke kamera, dan lain-lain. Namun, pada penelitian ini Raspberry Pi digunakan hanya sebagai perantara quadcopter dengan internet.
Modul Raspberry Pi tersebut juga dipasangkan modem 4G sehingga memiliki akses ke internet dan telah diprogram untuk langsung bergabung dengan jaringan virtual sesaat setelah quadcopter tersebut aktif. Jaringan virtual tersebut merupakan private network dari Zerotier yang memungkinkan untuk menghubungkan 2 perangkat dengan lokasi yang berbeda menggunakan metode SSH Tunnel. Dengan Raspberry Pi terhubung dengan Pixhawk memungkinkan
dengan protokol yang dikenal sebagai MAVLink. Sehingga dengan menghubungkan ground station dengan Raspberry Pi memungkinkan quadcopter tersebut dikendalikan dengan menggunakan laptop/HP.
Pada ground station dihubungkan juga dengan Zerotier sehingga ground station dan quadcopter seakan-akan berada dalam 1 lingkup network yang sama.
Dengan begitu, ground station dapat terhubung langsung dengan Raspberry Pi yang secara otomatis juga terhubung dengan quadcopter. Sehingga semua telemetri berupa data penerbangan dan pembacaan sensor-sensor serta lokasi dari quadcopter tersebut dapat diperoleh secara real time oleh ground station serta
dapat dikendalikan terlepas dimanapun quadcopter tersebut berada dengan catatan terhubung dengan jaringan 4G. Untuk alasan keamanan, quadcopter tersebut juga menggunakan RC transmitter dan receiver sebagai sistem redundant agar dapat diambil alih kendali secara manual. Namun, RC transmitter tersebut hanya memiliki lingkup jarak 1.5 km agar bisa mengendalikan quadcopter tersebut. Sehingga quadcopter yang dirancang mampu dikendalikan dengan remote radio biasa secara manual, dan juga dapat dikendalikan dengan laptop/HP dengan menggunakan internet.
Gambar 3.3 Diagram aliran energi dari Quadcopter yang dirancang
Selain prinsip kerja dari quadcopter yang dirancang, pada gambar 3.3 diatas juga ditunjukan aliran energi dari quadcopter tersebut untuk mengetahui skema distribusi energi. Sumber energi berupa baterai Lithium Polymer (LiPo) yang diteruskan ke Power Module. Power Module ini kemudian membagi daya untuk menghidupkan Pixhawk dan untuk diteruskan ke Power Distribution Board atau PDB. Perangkat-perangkat seperti GPS, buzzer, display OLED mendapatkan daya dari Pixhawk, sedangkan PDB kemudian mendistribusikan daya ke ESC yang terhubung dengan BLDC dan ke UBEC 5v yang digunakan untuk menghidupkan Raspberry Pi dan yang terakhir modem 4G yang mendapatkan daya nya dari port
USB Raspberry Pi.
3.2.2 Perancangan dan Pemilihan Hardware
Dari identifikasi masalah, pemilihan variasi serta penjelasan prinsip kerja diatas, pada penelitian ini akan digunakan beberapa komponen dan perangkat antara lain:
1. Frame Quadcopter F450
3. Raspberry Pi 3B+ 4. 4G-LTE USB Modem
5. RED LiPo Battery 3S 5200mAh
6. Modul GPS Neo Ublox M8N with Digital Compass 7. ESC SimonK 30A
8. A2212/13T 1000Kv Brushless DC Motor 9. 1045 Propeller
10. Microzone MC6C Transmitter & MC7RB Receiver 11. Buzzer
12. Safety Switch 13. I2C OLED Display
3.2.3 Diagram Skematik Rangkaian 4G Quadcopter
Dari pemilihan hardware yang telah dijabarkan sebelumnya maka disusunlah skematik rangkaian dari quadcopter yang akan dirancang seperti pada gambar 3.4 dibawah ini. Rangkaian skematik ini mencakup semua komponen elektronik yang digunakan pada rancang bangun mencakup Pixhawk 2.4.8, modul GPS, Raspberry Pi, baterai LiPo 5200mAh, ESC, motor BLDC, serta komponen-komponen
penunjang lainnya. Rangkaian skematik dibuat agar lebih memudahkan tata letak komponen serta hubungan antara satu komponen dengan yang lainnya dan nantinya dijadikan acuan pada saat perakitan komponen.
Gambar 3.4 Skematik Diagram dari Quadcopter yang dirancang 3.3 Proses Pengerjaan
3.3.1 Alat dan Bahan 1. Alat yang diperlukan:
1. Tang potong : 1 pcs
2. Kunci L (Hex key) : 1 set
3. Solder : 1 pcs
4. Obeng (+) dan (-) : 1 pcs
5. Gunting : 1 pcs
6. Kabel Micro USB : 1 pcs
7. Laptop PC : 1 pcs
1. Frame F450 : 1 set 2. Pixhawk 2.4.8 : 1 pcs 3. Raspberry Pi 3B+ : 1 pcs 4. Timah : 1 roll 5. Flux Solder : 1 pcs 6. Electrical Tape : 1 pcs 7. Lem tembak : 1 pcs
8. Kabel Tis : 1 set
9. Konektor XT-60 : 1 pasang
10. Konektor Bullet : 12 pasang
11. Heat shrink tube : 1 set
12. Modem 4G : 1 pcs
13. Hobbywing UBEC 5v/5A : 1 pcs
14. ESC SimonK 30A : 4 pcs
15. A2212/13T 1000Kv BLDC : 4 pcs 16. Red LiPo 3S 5200mAh : 1 pcs
17. Power Module : 1 pcs
18. Ublox Neo M8n GPS Module : 1 pcs
19. Buzzer : 1 pcs
20. Safety Switch : 1 pcs
21. I2C OLED Display : 1 pcs
3.3.2 Perakitan Hardware
Perakitan hardware pada rancang bangun ini mencakup perakitan komponen elektronika serta mekaniknya. Pada tahap ini yang pertama kali dirakit adalah
komponen penggerak dari quadcopter tersebut yaitu BLDC beserta ESC nya dimulai dengan menyolder konektor bullet ke tiap kabel sambungan pada ESC dan BLDC. Setelah itu memasangkan motor BLDC ke lengan dari frame seperti gambardibawah ini sebelum akhirnya dilanjutkan dengan menyolder kabel power dari ESC dan power module ke power distribution board (PDB) dan pastikan tidak terbalik saat menyolder bagian positif dan negatif dari kabel power tersebut
Gambar 3.5 Proses perakitan komponen mekanik dan elektrik
Setelah itu dapat dilanjutkan dengan merakit komponen elektrik lainnya seperti modul GPS, Pixhawk, Raspberry Pi, serta yang lainnya dengan merujuk kepada rangkaian skematik yang sudah ada sebelumnya. Yang perlu diperhatikan untuk menghubungkan motor BLDC dengan ESC jangan sampai terbalik karena akan mengubah polaritas dari motor BLDC tersebut yang membuatnya berputar dengan arah yang berlawanan. Jadi harus ditentukan terlebih dahulu arah putaran
dari tiap rotor sebelum menghubungkannya ke ESC. Selain itu, pastikan semua baut yang digunakan untuk mengencangkan bagian dari frame telah dikencangkan dengan baik.
Gambar 3.6 Hasil akhir perakitan (tampak belakang)
3.3.3 Konfigurasi Raspberry Pi 3B+
Sebelum dapat digunakan, maka Raspberry Pi harus di konfigurasi terlebih dahulu. Langkah-langkah yang harus dilakukan antara lain mencakup:
1. Menginstall Raspberry Pi OS sebagai sistem operasi dari Raspberry Pi Hal ini diperlukan agar kita dapat mengoperasikan Raspberry Pi karena merupakan sebuah mini komputer yang memerlukan sistem operasi. Untuk itu kita memerlukan SD card berukuran minimal 8 GB (16 GB direkomendasikan) lalu dapat kita unduh Raspberry Pi Imager dari situs resmi Raspberry Pi. Setelah semua terunduh, colok SD Card ke PC kita
menggunakan Card Reader lalu write Raspberry Pi OS menggunakan imager yang sudah diunduh sebelumnya.
Gambar 3.7 Tampilan dari Raspberry Pi Imager
2. Konfigurasi WiFi dan modem
Sebelum memasukkan SD card yang telah terinstall RPi OS, kita harus konfigurasi WiFi atau modem yang akan kita gunakan agar kita dapat mengakses Raspberry Pi kita secara wireless. Apabila kita memiliki monitor, keyboard dan mouse kita bisa langsung menghubungkan RPi
dengan HDMI dan konfigurasi secara langsung. Namun jika tidak, kita dapat melakukannya dengan cara mengakses folder boot pada SD card yang terinstall lalu kita membuat file dengan nama “wpa_supplicant.conf” lalu kita isi dengan SSID dan Password dari WiFi yang akan digunakan. Kita juga dapat mengatur skala prioritas dari jaringan tersebut seperti yang tertera pada gambar 3.8 dibawah ini. Setelah itu kita simpan dan kemudian
di folder yang sama kita membuat file kosong dengan nama “SSH” untuk mengaktifkan SSH agar dapat mengakses Raspberry Pi nantinya.
Gambar 3.8 Konfigurasi WiFi Network dari Raspberry Pi
3. Mengaktifkan Serial Port
Setelah selesai konfigurasi WiFi kita dapat menyalakan RPi dan secara otomatis RPi akan terhubung dengan WiFi setempat. Lalu kita bisa menggunakan software lain untuk mendeteksi alamat IP dari RPi lalu kita dapat mengakses RPi dengan aplikasi PuTTY di laptop dengan memasukkan alamat IP RPi pada aplikasi tersebut.
Gambar 3.9 Software PuTTY
Lalu masukkan username dan password dari RPi kita. Setelah itu ketik: “sudo raspi-config”
Maka kita akan masuk pada halaman konfigurasi dari RPi. Kemudian pilih menu Interfacing Options kemudian aktifkan SSH dan Serial. Ini berguna untuk mengaktifkan port UART pada RPi agar dapat digunakan sebagai komunikasi dengan Pixhawk 2.4.8 nantinya.
Gambar 3.10 Menu konfigurasi dari Raspberry Pi
3.3.4 Konfigurasi Flight Controller Pixhawk 2.4.8
Sebelum dilakukan perakitan dari komponen elektrik dan mekanik, sebaiknya Pixhawk 2.4.8 yang digunakan dikonfigurasi terlebih dahulu. Yang pertama kali
dilakukan adalah menghubungkan Pixhawk dengan laptop/PC kemudian membuka Mission Planner. Pada menu SETUP pilih Install Firmware kemudian pilih jenis firmware yang akan digunakan. Kemudian lakukan kalibrasi pada kompas dan accelerometer dan ikuti prosedur kalibrasi yang ada.
Gambar 3.11 Menu SETUP dari aplikasi Mission Planner 3.3.5 Menghubungkan Pixhawk 2.4.8 dengan Raspberry Pi 3B+
Setelah selesai konfigurasi Raspberry Pi dan Pixhawk kemudian hubungkan kedua perangkat tersebut seperti gambar 3.12 dibawah ini. Kita akan menggunakan pinout Tx Rx dan GND dari Raspberry Pi.
Gambar 3.12 Rangkaian hubungan Pixhawk 2.4.8 dengan Raspberry Pi
Setelah itu kita akan menginstall MAVProxy pada RPi kita setelah itu memastikan bahwa RPi berhasil terhubung dengan Pixhawk dengan mengetikkan:
3.3.6 Membuat Private Network dengan ZeroTier
Langkah terakhir yang perlu dilakukan adalah membuat private network dengan Zerotier yaitu dengan cara membuat akun Zerotier terlebih dahulu kemudian Create a Network. Setelah itu kita akan mendapatkan ID dari network yang kita manage dan ID itu yang kita gunakan pada laptop kita maupun quadcopter agar dapat terhubung terlepas dari jarak yang ada. Ketika kedua
perangkat sudah berada di Zerotier Network kita dapat melihat apakah quadcopter kita Online atau tidak. Jika quadcopter online maka kita dapat mengaksesnya dengan laptop. Setelah berhasil mengakses maka dengan mengetik: mavproxy.py --master=/dev/serial0 --baudrate 921600 --out 192.168.xxx.xxx:14550 --aircraft
MyCopter (ganti xxx.xxx dengan alamat IP yang diberikan Zerotier) Kita berhasil
terhubung dengan quadcopter kita dan memiliki kendali serta telemetri data dari quadcopter kita.
3.4 Pengujian Alat
3.4.1 Pengujian Thrust Force dan Daya
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui besarnya gaya dorong (thrust force) dan konsumsi daya dengan menggunakan 1 motor + ESC dan propeller
yang digunakan pada quadcopter sebagai sampel data untuk nantinya digunakan sebagai input besaran gaya pada pengujian berikutnya analisa kekuatan frame dengan menggunakan software ANSYS. Pengujian ini pernah dilakukan sebelumnya dengan menggunakan alat uji thrust force yang telah dikembangkan oleh Viki Dwi Cahyo (2021). Alat uji ini menggunakan sensor load cell untuk mengukur besaranya gaya dorong yang dihasilkan propeller, sensor IR Proximity untuk mengukur putaran propeller, serta sensor ACS712 untuk mengukur tegangan dan arus yang digunakan [31].
Pengujian akan dilakukan dengan menggunakan motor BLDC A2212/13T, ESC Simonk dengan arus maksimum 30A, dan propeller 1045 yang memiliki 2 blades, diameter 10 inch, dan besar pitch 4.5 inch. Hasil dari pengujian ini
nantinya antara lain berupa:
1. Besar thrust force terhadap throttle atau persentase duty cycle dari PWM yang diberikan ke motor BLDC
2. Besar daya yang diserap motor BLDC terhadap throttle atau persentase duty cycle dari PWM yang diberikan ke motor BLDC
3. Besar putaran (rpm) dari propeller terhadap throttle atau persentase duty cycle dari PWM yang diberikan ke motor BLDC
4. Besar thrust force terhadap putaran dari propeller
Dari pengujian tersebut juga akan didapat thrust force maksimum dari motor yang digunakan. Nantinya nilai ini akan digunakan untuk pengujian kekuatan frame dengan menggunakan ANSYS.
3.4.2 Pengujian Kekuatan Frame dengan ANSYS
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kelayakan dari frame yang digunakan oleh quadcopter dan memastikan bahwa frame tersebut mampu menampung gaya dari masing-masing rotor tanpa mengalami kegagalan. Dengan metode elemen hingga menggunakan software ANSYS kita dapat mengetahui bagaimana pengaruh dari pembebanan terhadap frame. Pada pengujian ini dilakukan 2 tahap yaitu dengan menggunakan gaya angkat maksimum di keempat rotor nya kemudian diberikan pembebanan ke bawah sebesar bobot dari quadcopter yang diukur dengan menggunakan timbangan. Tahap berikutnya
adalah dengan menggunakan gaya angkat maksimum di keempat rotor nya lalu bagian base plate dari frame tersebut dikunci. Sehingga dapat dilihat apakah bagian lengan dari frame tersebut mampu menahan beban yang diberikan oleh propeller.
3.4.3 Pengujian IMU dan Kompas
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa akurat pembacaan sensor IMU (Inertial Measurement Unit) serta kompas dari quadcopter. Hal ini sangat krusial dalam perancangan quadcopter karena pembacaan dari kompas dan IMU tersebut akan mempengaruhi kinerja dari quadcopter saat mengudara. Walaupun dalam proses nya IMU dan kompas tersebut dikalibrasi terlebih dahulu namun pengujian ini dilakukan untuk memastikan keakuratan dari sensor IMU dan kompas. Apabila sensor IMU dan kompas pada quadcopter tidak akurat maka
akan mempengaruhi pembacaan attitude dari quadcopter sehingga dapat mengganggu kestabilan quadcopter tersebut. Terlebih quadcopter yang dirancang memiliki karakter semi-autonomous yang dapat terbang tanpa kendali langsung dari manusia sehingga diperlukan keakuratan dari IMU dan kompas agar quadcopter tidak salah arah pada saat menjalankan penerbangan yang sudah
direncanakan di awal.
3.4.4 Pengujian mekanisme failsafe
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kinerja mekanisme failsafe dari quadcopter yang dirancang. Failsafe adalah sebuah mekanisme yang
mengendalikan quadcopter terhadap suatu kejadian dan menentukan aksi apa yang harus dilakukan quadcopter. Variabel dari pengujian ini antara lain:
1. Apabila quadcopter kehilangan komunikasi dengan Radio Control
Ini dilakukan untuk sistem keamanan jika quadcopter tersebut dikendalikan dengan kendali radio biasa dan terjadi kehilangan kontak dengan kendali radio tersebut. Maka quadcopter seharusnya akan seketika mendarat dan tidak melanjutkan penerbangan.
2. Apabila quadcopter kehabisan baterai
Jika kapasitas baterai sudah dibawah dari yang ditentukan, maka quadcopter seharusnya membunyikan alarm buzzer kemudian akan
mendarat dan secara otomatis disarm.
3. Apabila quadcopter kehilangan kontak dengan telemetri ground station Jika quadcopter tersebut dikendalikan dengan ground station melalui internet kemudian terjadi hilang kontak seperti putusnya jaringan internet baik di ground station ataupun pada jaringan 4G di quadcopter. Maka
quadcopter seharusnya akan seketika mendarat dan tidak melanjutkan
penerbangan. 3.4.5 Pengujian Latency
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui seberapa besar delay komunikasi dari ground station ke quadcopter ataupun sebaliknya. Karena quadcopter ini menggunakan jaringan 4G sebagai komunikasi serta telemetri datanya sehingga diharapkan delay yang dihasilkan cukup rendah dan tidak ada packet loss atau data yang hilang dalam pengiriman baik itu dari ground ke quadcopter ataupun sebaliknya agar dapat memaksimalkan fungsi dari sistem kendali 4G tersebut. 3.5 Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium CNC dan Perancangan, Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Muhammadiyah Malang pada bulan Maret – Juni 2021.
