Realisasi Robot Line Follower Pengangkut Objek.

(1)

ABSTRAK

Robot diharapkan dapat memberikan kemajuan pada dunia industri. Fungsi utamanya adalah membantu kegiatan produksi menjadi efektif dan efisien. Manusia tidak dapat bekerja tanpa berhenti dalam 24 jam, sehingga perusahaan harus menggunakan sistem pergantian penjadwalan (Shift). Pada sistem ini perusahaan membutuhkan lebih dari satu pegawai dan tentunya membutuhkan biaya operasional yang lebih tinggi.

Solusi yang dapat diterapkan pada perusahaan industry adalah menggunakan robot sebagai pengganti pegawai, sehingga biaya operasional dapat dikurangi karena tidak menggunakan sistem pergantian penjadwalan (Shift), kesalahan yang timbul akibat perbuatan manusia dapat dikurangi.

Pada tugas akhir ini, kami mengembangkan sebuah robot yang dapat membawa objek dari tempat produksi ke gudang penyimpanan. Robot ini bergerak dengan mengikuti garis ketika sedang membawa barang dan membuang barang ke tempat tujuan. Robot ini diprogram menggunakan bahasa mesin yang dikompilasi menggunakan Arduino C Compiled.

(2)

ABSTRACT

Robot is expected to provide advances in the industrial world, Its main function is to assist production activity to be effective and efficient. Since humans can not work nonstop for 24 hours, company must use the shift system scheduling. In this system company requires more than one employee, therefore greater operational cost is needed.

The solution that can be applied by industrial companies is to use robots as substitute employees, so that operational cost can be reduce because no more shift scheduling, human errors can be reduced.

In this final project we develop a robot that can bring object from production sites to store sites. It moves by following line while carrying object and throw the object into destination place. The robot is programmed using its native machine code which is compiled using Arduino C compiler.

(3)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN ... i

KATA PENGANTAR ... ii

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN ... iii

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... iv

ABSTRACT ...v

ABSTRAKSI ... vi

DAFTAR ISI... vii

DAFTAR GAMBAR ... xi

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR PUSTAKA ... xiv

LAMPIRAN SOURCE CODE ... xv

BAB 1 PERSYARATAN PRODUK ... 1

1.1 Pendahuluan ... 1

1.1.1 Tujuan... 1

1.1.2 Ruang Lingkup ... 1

1.1.3 Definisi, Akronim, dan Singkatan ... 2

1.1.4 Sistematika Pembahasan ... 4

1.2 Gambaran Keseluruhan ... 5

1.2.1 Perspektif Produk ... 5

1.2.2 Fungsi Produk ... 5

1.2.3 Karakteristik Pengguna ... 6

1.2.4 Batasan-Batasan ... 6

1.2.5 Asumsi dan Ketergantungan ... 6

BAB 2 SPESIFIKASI PRODUK ... 7

2.1 Landasan Teori ... 7

2.1.1 Pengantar Robotika ... 7

2.1.1.1 Sejarah Robot ... 7

2.1.1.2 Definisi Robot ... 9

2.1.1.3 Keuntungan Penggunaan Robot ... 10

2.1.1.4 Klasifikasi Robot Berdasarkan Tingkat Kemampuan Melakukan Tugas... 11

2.1.1.5 Klasifikasi Robot Berdasarkan Mobilitas ... 12

2.1.1.6 Klasifikasi Robot Berdasarkan Metode Kontrol ... 12

2.1.1.7 Sistem Kontrol Robotik ... 13

2.1.2 Mikrokontroler (Microcontroller) ... 15

2.1.2.1 Pengenalan Mikrokontroler ATMEL AVR ... 17

2.1.2.2 Pengontrol Mikro ATmega8535 ... 18

2.1.3 Robot Controller Board ... 19

2.1.4 Sensor ... 24

2.1.4.1 Sensor Line Follower ... 24

2.1.4.2 Sensor Limit Switch ... 25

2.1.5 Motor DC ... 25

2.1.6 Arduino ... 26

2.2 Persyaratan Antarmuka Eksternal ... 27

2.2.1 Antarmuka dengan Pengguna ... 28

2.2.2 Antarmuka Perangkat Keras ... 28

(4)

2.2.4 Antarmuka Komunikasi ... 29

2.3 Fitur Produk ... 29

2.3.1 Sensor Line Follower ... 29

2.3.1.1 Tujuan ... 29

2.3.1.2 Urutan Stimulus / Respon ... 29

2.3.1.3 Input ... 29

2.3.1.4 Pemrosesan ... 30

2.3.1.5 Output ... 30

2.3.2 Sensor Limit Switch ... 30

2.3.2.1 Tujuan ... 30

2.3.2.3 Input ... 30

2.3.2.5 Output ... 30

2.3.3 Fitur Pengecekan Pergerakkan Awal ... 31

2.3.3.1 Tujuan ... 31

2.3.3.3 Input ... 31

2.3.3.5 Output ... 31

2.3.4 Fitur Maju ... 31

2.3.4.1 Tujuan ... 31

2.3.4.3 Input ... 31

2.3.4.5 Output ... 32

2.3.5 Fitur Putar Kiri ... 32

2.3.5.1 Tujuan ... 32

2.3.5.3 Input ... 32

2.3.5.5 Output ... 32

2.3.6 Fitur Putar Kanan ... 33

2.3.6.1 Tujuan ... 33

2.3.6.3 Input ... 33

2.3.6.5 Output ... 33

2.3.7 Fitur Mundur ... 33

2.3.7.1 Tujuan ... 33

2.3.7.3 Input ... 34

2.3.7.5 Output ... 34

2.3.8 Fitur Conveyor ... 34

2.3.8.1 Tujuan ... 34

2.3.8.3 Input ... 34

2.3.8.5 Output ... 35

BAB 3 DESAIN ROBOT ... 36

3.1 Pendahuluan ... 36

(5)

3.1.2 Overview Sistem ... 36

3.2 Keputusan Desain Robot Secara Keseluruhan ... 36

3.3 Desain Arsitektur Robot ... 38

3.3.1 Komponen Robot ... 38

3.3.2 Struktur Dasar ... 38

3.3.3 Struktur Lengkap Robot ... 43

3.3.4 Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras (Hardware) ... 47

BAB 4 PENGEMBANGAN SISTEM ... 61

4.1 Perencanaan Tahap Implementasi ... 61

4.1.1 Pembagian Modul ... 61

4.1.2 Keterkaitan Antar Modul ... 62

4.2 Perjalanan Tahap Implementasi ... 64

4.2.1 Implementasi Bottom Up ... 64

4.2.1 Debugging ... 68

4.2.2 Ulasan Realisasi Fungsionalitas ... 69

4.2.3 Ulasan Realisasi Desain Arsitektur Robot ... 69

BAB 5 TESTING DAN EVALUASI SISTEM ... 73

5.1 Rencana Pengujian Sistem Terimplementasi ... 73

5.1.1 Test Case ... 73

5.1.2 Uji Fungsionalitas Komponen Perangkat Lunak ... 73

5.2 Perjalanan Metodologi Pengujian ... 74

5.2.1 Pengambilan Sample Data Pembanding... 74

5.2.2 Black Box ... 74

5.2.3 Ulasan Hasil Evaluasi ... 76

BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN ... 77

6.1 Keterkaitan antara Kesimpulan dengan Hasil Evaluasi ... 77

6.2 Keterkaitan antara Saran dengan Hasil Evaluasi ... 77

(6)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Robot ASIMO dari Honda ... 8

Gambar 2.2 Robot AIBO dari Sony ... 8

Gambar 2.3 Robot I-Fairy ... 9

Gambar 2.4 Kontrol Robot Loop Terbuka ... 14

Gambar 2.5 Kontrol Robot Loop Tertutup ... 14

Gambar 2.6 Robot Controller Board ... 19

Gambar 2.7 Rangkaian Catu Daya ... 20

Gambar 2.8 Rangkaian Input ... 20

Gambar 2.9 Rangkaian Driver Motor ... 21

Gambar 2.10 Rangkaian Komunikasi Serial ... 21

Gambar 2.11 Port Motor Servo ... 22

Gambar 2.12 Robot Controlled Board ... 22

Gambar 2.13 Rangkaian Sensor Inframerah untuk Line Follower ... 25

Gambar 2.14 Gambar Sensor Limit Switch ... 26

Gambar 2.15 Motor DC dengan Double Gearbox ... 26

Gambar 2.16 Gambar Hardware Programmer ... 28

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem Robot Line Follower... 35

Gambar 3.2 Blok Diagram Sistem Pengangkut... 35

Gambar 3.3 Desain Tampak Atas ... 38

Gambar 3.4 Desain Tampak Bawah ... 39

Gambar 3.5 Desain Tampak Kanan ... 39

Gambar 3.6 Desain Tampak Kiri ... 40

Gambar 3.7 Desain Tampak Depan ... 40

Gambar 3.8 Desain Tampak Atas Keseluruhan Level 1 ... 41

Gambar 3.11 Desain Tampak Bawah Keseluruhan ... 43

Gambar 3.12 Desain Tampak Samping Keseluruhan... 43

Gambar 3.13 Desain Tampak Depan Keseluruhan ... 44

Gambar 3.14 Rangkaian Skematik Mikrokontroler ATmega 8535 yang dimodifikasi oleh Next System Learning Center ... 47

Gambar 3.15 Rangkaian Skematik Chip Motor Driver L293D ... 48

Gambar 3.16 Diagram Alir Algoritma Robot Pengangkut Objek ... 54

Gambar 3.17 State Transition Diagram Robot Pengangkut Objek ... 56

Gambar 3.17 Data Flow Diagram Level 0 ... 57

Gambar 4.1 Gambar Robot Tampak Atas ... 68

Gambar 4.2 Gambar Robot Tampak Depan ... 69

Gambar 4.3 Gambar Robot Tampak Kiri ... 69

Gambar 4.4 Gambar Robot Tampak Kanan ... 70

(7)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Pin Port I/O dan Penjelasannya ... 23

Tabel 2.2 Pin untuk Catu Daya dan Penjelasannya ... 23

Tabel 2.3 Pin untuk I/O Device dan Penjelasannya ... 23

Tabel 2.4 Pin Motor Servo dan Penjelasannya ... 23

Tabel 2.5 Pin untuk Motor DC dan Penjelasannya ... 24

Tabel 2.6 Pin Lain – Lainnya ... 24

Tabel 3.1 Tabel Keterangan Gambar 3.3 – Gambar 3.7 ... 37

Tabel 3.2 Koneksi Pin L293D dengan Mikrokontroler ATmega8535 ... 48

Tabel 3.3 (a) Tabel Kebenaran Untuk Motor DC Kiri ... 49

Tabel 3.3 (b) Tabel Kebenaran Untuk Motor DC Kanan ... 49

Tabel 3.4 Konfigurasi Pin L293D ... 50

Tabel 3.5 Koneksi Pin L293D dengan Mikrokontroler ATmega8535 untuk Keperluan Conveyor ... 50

Tabel 3.6 Tabel Kebenaran Untuk Motor DC Conveyor ... 51

Tabel 3.7 Tabel Kebenaran Sensor Inframerah ... 51

Tabel 3.8 (a) Tabel Kebenaran Sensor Limit Switch Saat Robot Berada pada Tempat Asal... 52

Tabel 3.8 (b) Tabel Kebenaran Sensor Limit Switch Saat Robot Berada pada Tempat Tujuan ... 52

(8)

BAB 1 PERSYARATAN PRODUK

1.1

Pendahuluan

Saat ini teknologi robotika telah menjangkau sisi industri (Robot

pengangkut barang), pendidikan (penelitian dan pengembangan robot).

Salah satu kategori robot yang ada adalah Robot Line Follower.

Robot Line Follower adalah mobile robil yang dirancang memiliki

kemampuan mendeteksi dan bergerak mengikuti garis dan memiliki roda

yang digerakkan oleh motor untuk proses pergerakkannya. Sistem kendali

yang digunakan dirancang untuk mendeteksi jalur / garis yang ada,

kemudian melakukan pergerakan agar tetap dapat mengikuti garis

tersebut.

Dalam bidang industri, robot berfungsi untuk memindahkan objek

dari tempat asal ke tempat tujuan yang sudah ditetapkan. Diharapkan

dapat menghemat biaya, tenaga, mampu membawa banyak barang,

efektif serta efisien karena mampu bekerja dengan tepat dan presisi selalu

pada kondisi yang sama dibandingkan manusia.

1.1.1 Tujuan

Tujuan dari penyusunan Tugas Akhir ini adalah membuat robot

pengangkut barang yang dapat mengikuti garis.

1.1.2 Ruang Lingkup

Pembuatan robot pengangkut ini bertujuan untuk membantu suatu

industri dalam menjalankan prosesnya. Robot akan berperilaku cerdas

dan bekerja sesuai dengan program yang ditanamkan sehingga dapat

bekerja terus menerus. Robot pengangkut akan menerima

input barang

(9)

keadaan awal ketika robot sudah berhasil mengantarkan dan meletakkan

barang pada tempat tujuan.

1.1.3 Definisi, Akronim, dan Singkatan

Berikut ini adalah definisi

–

definisi yang terdapat pada Tugas Akhir

ini:



Line Follower: pengikut garis.



Gearbox: alat yang digunakan untuk memperoleh torsi atau

kecepatan putaran motor.



Track and Wheel set: roda tank pada robot.



Conveyor: sistem untuk memindahkan suatu objek menggunakan

metode lantai berjalan.



LED (Light Emitting Diode):

diode yang dapat memancarkan

cahaya.



ADC (Analog to Digital Converter): metode untuk mengkonversi

nilai analog menjadi nilai digital.



Autonomous: bersifat mandiri.



Expert system: sistem pakar.



Steady state: kondisi tenang (stabil).



CPU (Cental Processing Unit): perangkat keras komputer yang

memahami dan melaksanakan perintah dan data dari perangkat

lunak



ROM (Read Only Memory): medium penyimpanan data pada

komputer



PEROM (Programmable Erasable Read Only Memory): komponen

yang menyimpan data, dapat ditulis ulang beberapa kali dan dapat

dihapus secara elektrik atau dengan tegangan listrik.



EEPROM

(Electrically

Erasable

Programmable

Read-Only

Memory): komponen yang menyimpan data, dapat dihapus dengan

(10)



RAM (Random Access Memory): tipe penyimpanan komputer yang

isinya dapat diakses dalam waktu yang tetap tidak memperdulikan

letak data tersebut dalam memori



In-System Programming: kemampuan dari beberapa alat logika

pemrograman, mikrokontroler untuk diprogram pada sebuah sistem

lengkap, chip akan diprogram terlebih dahulu, kemudian dipasang

pada sistem.



RISC (Reduce Instruction Set Computing): sebuah arsitektur

komputer atau arsitektur komputasi modern dengan

instruksi-instruksi dan jenis eksekusi yang paling sederhana.



AVR:

A

lf (Egil Bogen) and

V

egard (Wollan) 's

R

isc processor



CISC (Complex Instruction Set Computing): sebuah arsitektur dari

set instruksi dimana setiap instruksi akan menjalankan beberapa

operasi tingkat rendah, seperti pengambilan dari memory, operasi

aritmetika, dan penyimpanan ke dalam memory, semuanya

sekaligus hanya di dalam sebuah instruksi.



Watchdog Timer: perangkat yang memicu sistem reset atau

tindakan perbaikan lain jika program utama mengalami kondisi

hang.



General Purpose Register: register-register yang digunakan untuk

menyimpan angka dan

alamat secara sekaligus, sering

dimanfaatkan untuk menampung secara sementara data-data yang

akan diolah, sebelum diambil dan diproses oleh ALU (Arithmetic

and Logical Unit)



Peripheral: perangkat input/output yang merupakan bagian dan

pendukung sistem



Pulldown: resistor yang digunakan untuk mendapat nilai logic "0"

secara default, maka ketika mendapat trigger akan berubah

menjadi logika "1".



Bootloader:

sebuah program kecil yang dijalankan pada saat boot

dan memiliki kemampuan untuk me-load sebuah program aplikasi

(11)

1.1.4 Sistematika Pembahasan

Sistematika pembahasan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Bab I

–

Persyaratan Produk

Bab ini berisi uraian mengenai latar belakang penulisan Tugas

Akhir,

rumusan

persoalan,

tujuan,

pembatasan

masalah,

sistematika penulisan serta gambaran keseluruhan mengenai

perangkat lunak dan perangkat keras yang akan dibuat.

2. Bab II

–

Spesifikasi Produk

Bab ini membahas tentang landasan teori mikrokontroler yang

digunakan, sensor

Line Follower, sensor

Limit Switch, motor DC

sebagai penggerak robot dan

Robot Controller Board. Kemudian

membahas persyaratan antarmuka eksternal dan fitur

–

fitur

produk.

3. Bab III

–

Desain Robot

Bab ini berisi uraian mengenai perancangan struktur robot dan

hardware mikrokontroler.

4. Bab IV

–

Pengembangan Sistem

Bab ini berisi uraian tentang implementasi terhadap perancangan

robot dan penerapan program yang diimplementasikan.

5. Bab V

–

Testing dan Evaluasi Sistem

Bab ini berisi uraian mengenai pengujian terhadap perangkat keras

dan program serta menganalisa batasan

–

batasan yang mungkin

muncul.

6. Bab VI - Kesimpulan dan Saran

Bab ini berisi uraian mengenai kesimpulan yang dapat diambil dari

pelaksanaan Tugas Akhir dan saran untuk pengembangan lebih

(12)

1.2

Gambaran Keseluruhan

Pada sub

–

bab ini akan dijelaskan mengenai gambaran

keseluruhan dari produk yang akan dibuat di dalam dokumen Tugas Akhir

ini.

1.2.1 Perspektif Produk

Persyaratan Minimum Perangkat Lunak:

- Sistem Operasi : Microsoft Windows XP

Professional SP2

- Bahasa Pemrograman

: Bahasa C++

- Editor Pemrograman

: Arduino

- Emulator

: Arduino

Persyaratan Perangkat Keras:

- Mikrokontroler ATmega8535 keluaran Next System Learning

Center.

- Sensor Line Follower untuk mengikuti garis.

- Sensor Limit Switch untuk mengetahui keberadaan objek pada

robot.

-

Driver motor L293D.

- 2 buah motor DC + gearbox + Track and Wheel Set untuk

menggerakkan robot (aktuator).

- 1 buah motor DC + geabox + Track and Wheel Set untuk

menggerakkan sistem conveyor yang berfungsi memindahkan

objek.

- Tempat penyimpanan sementara pada robot berbentuk bak.

1.2.2 Fungsi Produk

Robot ini berfungsi untuk memindahkan objek dari tempat asal ke

tempat tujuan yang sudah ditetapkan. Diharapkan dapat menghemat

biaya, tenaga, efektif serta efisien karena mampu bekerja dengan tepat

(13)

1.2.3 Karakteristik Pengguna

Pengguna yang terlibat adalah pengguna individu berpendidikan

setingkat

sarjana

yang

memiliki

kemampuan

teknik

untuk

mempertahankan dan memelihara produk.

1.2.4 Batasan-Batasan

Batasan

–

batasan :

1. Maksimal bobot objek yang akan dibawa adalah 500 gram dan

minimal 46 gram.

2. Robot hanya berjalan pada permukaan datar.

3. Lebar garis hitam ± 20mm.

4. Objek berbentuk kubus dengan ukuran 7,5 cm x 7,5 cm.

5. Area pergerakkan robot berdasarkan garis adalah berbentuk oval.

1.2.5 Asumsi dan Ketergantungan

Asumsi

–

asumsi :

1. Ukuran robot pada saat penerapan saat ini kecil berukuran ± 15 x

15 cm x 15 cm dan berbobot kurang dari 3 kg, oleh karena itu bobot

yang diangkut diharapkan di bawah 500 gram.

2. Sensor

limit switch yang digunakan akan tertekan oleh objek yang

memiliki berat minimal 46 gram.

3. Proses dilakukan di dalam ruangan atau gedung.

4. Pencahayaan dalam suatu ruangan harus menggunakan lampu

±25 watt sehingga sensor Line Follower mampu membedakan garis

hitam yang digunakan sebagai track.

5. Objek diasumsikan selalu berbentuk kubus sehingga sesuai

dengan ukuran pada bak.

6. Diasumsikan robot tidak memiliki penghambat ketika mengangkut

objek.

(14)

BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN

6.1

Keterkaitan antara Kesimpulan dengan Hasil

Evaluasi

Robot ini dibuat berdasarkan tujuan kepentingan dunia industri. Robot

ini berfungsi menerima inputan objek dari user atau pun ketika berada

pada suatu perusahaan industri inputan bisa berasal dari sistem

conveyor,

kemudian ketika sudah menerima inputan robot akan

bergerak mengikuti garis untuk sampai ke tempat tujuan. Adapun fitur

yang sudah dikembangkan dan berjalan dengan baik sesuai harapan

adalah:



Fitur

Limit Switch

sudah dapat digunakan pada robot untuk

mengetahui keberadaan objek pada bak robot.



Fitur Sensor

Line Follower sudah dapat digunakan untuk mendeteksi

garis yang digunakan sebagai jalur / track pada robot.



Fitur Pergerakkan Robot yang terdiri dari fitur maju, putar kanan, putar

kiri serta berhenti sudah dapat berjalan dengan baik.



Fitur Conveyor sudah dapat berfungsi meletakkan objek pada tempat

tujuan.

6.2

Keterkaitan antara Saran dengan Hasil Evaluasi

Setelah melakukan proses pengujian, maka pengembangan yang

disarankan untuk robot ini adalah menggunakan alat yang lebih besar

untuk bak penampungnya, kemudian dapat juga menggunakan

alat-alat yang lebih canggih, seperti sensor

Line Follower

dengan 8

photodioda, kemudian menggunakan bahan dari karet untuk roda dan

sistem

conveyor,

menerapkan metode PID agar gerakkan robot

(15)

6.3

Rencana Perbaikan / Implementasi terhadap

Saran yang Diberikan

Langkah

–

langkah yang diambil untuk mengembangkan robot ini

adalah :



Menerapkan metode PID (Passive Integral Derivative) untuk membuat

pergerakan robot lebih halus.



Penggunaan alat sensor Line Follower dengan 8 photadioda.



Penggunaan alat sensor tekanan sebagai pengganti sensor

Limit

Switch.



Menerapkan sistem penggunaan aki kering pada robot, sehingga

(16)

i

DAFTAR PUSTAKA

[Adr09] Adryanto, Albert.(2009). Realisasi Robot Line Follower Untuk Galelobot 2009. Bandung: Universitas Kristen Maranatha.

[ATM09] ATMEL.(2009). Datasheet ATmega8535.Retrieved January 6, 2010, from http://www.atmel.com.

[Cah09] Cahyadi, Christian.(2009). Modul Bermain Mikrokontroler dan Robotika. Bandung : Next System Learning Center.

[Eko08] Eko Putra, Agfianto.(2008,November). Apakah Mikrokontroler itu?.

Retrieved March 9, 2010, from

http://agfi.staff.ugm.ac.id/blog/index.php/2008/11/apakah-mikrokontroler-itu/.

[Gd10] Gd.(2010). I-FAIRY robot presented by Kokoro at CES 2010. Retrieved March 2010, from http://www.robaid.com/robotics/i-fairy-robot-presented-by-kokoro-at-ces-2010.htm.

[Kur08] Kurnia, Jonathan.(2008). Realisasi Robot Mobil Tank Untuk Menjelajahi Medan Yang Tidak Rata. Bandung: Universitas Kristen Maranatha.

[Lus06] Lusa, Jonathan Sofian.(2006) Proses Lahirnya AIBO. Retrieved

March 9, 2010, from

http://jsofian.wordpress.com/2006/08/24/proses-lahirnya-aibo/ [Riz09] Rizky.(2009). Artificial Intelligence. Retrieved March 9, 2010, from