PENERAPAN SISTEM PENGUNCIAN OBJEK PADA MERIAM TANK MENGGUNAKAN ORB
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Elektro
Arya Wibisono 00000020885
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK DAN INFORMATIKA UNIVERSITAS MULTIMEDIA NUSANTARA
TANGERANG 2021
i
HALAMAN PENGESAHAN TUGAS AKHIR
PENERAPAN SISTEM PENGUNCIAN OBJEK PADA MERIAM TANK MENGGUNAKAN ORB
Oleh
Nama : Arya Wibisono
Nim : 00000020885
Fakultas : Teknik dan Informatika Program studi : Teknik Elektro
Telah diujikan pada hari Selasa, 22 Juni 2021 dan dinyatakan lulus dengan susunan Tim Penguji sebagai berikut,
Ketua Sidang, Dosen Pembimbing, Dosen Penguji,
M.B. Nugraha, S.T., M.T. Ahmad Syahril M., S.Pd., M.T. Dr. Rangga Winantyo, Ph.D., M.Sc., BCS.
Disahkan Oleh,
Ketua Program Studi Teknik Elektro
ii
PERNYATAAN TIDAK MELAKUKAN PLAGIAT
Dengan ini saya:
Nama : Arya Wibisono NIM : 00000020885 Program Studi : Teknik Elektro
Menyatakan bahwa tugas akhir yang berjudul “PENERAPAN SISTEM PENGUNCIAN OBJEK PADA MERIAM TANK MENGGUNAKAN ORB” ini adalah karya ilmiah sendiri, bukan plagiat dari karya ilmiah yang ditulis oleh orang lain atau lembaga lain, semua karya ilmiah orang lain dan lembaga lain yang dirujuk dalam tugas akhir ini telah disebutkan sumber kutipannya serta dicantumkan di Daftar Pustaka.
Jika dikemudian hari terbukti ditemukan kecurangan atau penyimpangan, baik dalam pelaksanaan tugas akhir, maupun dalam penulisan laporan tugas akhir, saya bersedia menerima konsekuensi dinyatakan TIDAK LULUS dalam mata kuliah Skripsi yang telah saya tempuh.
Tangerang, 6 Juni 2021
iii
KATA PENGANTAR
Segala puji dan syukur kepada Allah SWT karena atas rahmat-Nya penyusunan laporan tugas akhir dengan judul “PENERAPAN SISTEM PENGUNCIAN OBJEK PADA MERIAM TANK MENGGUNAKAN ORB” dapat diselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Tidak lupa Shalawat serta salam semoga terlimpah curahkan kepada Nabi Muhammad SAW yang kita nanti-natikan syafa’atnya di dunia dan akhirat nanti. Laporan tugas akhir ini disusun sebagai persyaratan kelulusan pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik dan Informatika Universitas Multimedia Nusantara.
Tentu laporan dapat terselesaikan dengan adanya kerjasama, saran, dan dukungan, serta bimbingan yang didapat selama pengerjaan tugas akhir dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala hormat dan kerendahaan hati, ucapan terima kasih disampaikan kepada:
1. Dr. Ninok Leksono, Rektor Universitas Multimedia Nusantara,
2. Friska Natalia, S.Kom., M.T., Ph.D., Ir. Andrey Andoko, M.Sc., Ika Yanuarti, S.E., MSF, Prof. Dr. Muliawati G. Siswanto, M.Eng.Sc., Selaku Wakil Rektor Universitas Multimedia Nusantara,
3. Dr. Eng. Niki Prastomo, S.T., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Teknik dan Informatika Universitas Multimedia Nusantara.
4. Ahmad Syahril Muharom, S.Pd., M.T., Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Multimedia Nusantara.
5. Ahmad Syahril Muharom, S.Pd., M.T., selaku dosen pembimbing yang telah membimbing saya dalam pengerjaan tugas akhir ini,
iv
6. M.B. Nugraha, S.T., M.T., Ahmad Syahril Muharom, S.Pd., M.T., Dwi Dharma Arta Kusuma, S.T., M.Eng., Hira Meidia, Ph.D., Wolfgang Xaverius Dorojatun Jalma Nuswantara, S.T., M.Sc., Nabila Husna Sabrina, S.T., M.T, Dyah Ayu Anggreini Tuasikal, S.T., M.T., Dr. Rangga Winantyo, Ph.D., M.Sc., BCS., selaku dosen Program Studi Teknik Elektro Universitas Multimedia Nusantara yang telah membimbing penulis selama kegiatan perkuliahan.
7. Hendra dan Yuli Suhastuti selaku Orang tua. Rama Ardianto, selaku kakak penulis yang selalu memberikan semangat dan dukungan,
8. Emilio Yudhatama, Detri Athallah, Michael Aldo Amosen, Riefqi Ramadhika, Bayu Distira Putra, dan Reza Afriani Maulana sebagai sahabat seperjuangan satu prodi Teknik Elektro sejak awal perkuliahan, 9. Dimas Farid Arief Putra, sebagai sahabat yang telah menyelamatkan dan
memotivasi selama perkuliahan berlangsung,
10. Perkumpulan (Initial D)oki Doki, sebagai perkumpulan yang telah memotivasi dari SMP sampai sekarang..
11. Inami Anju, Kobayashi Aika, Yano Hinaki, Tanaka Chiemi, Koizumi Moeka, dan Liyuu sebagai pengisi suara dari karakter LoveLive! yang telah mengatasi segala burnout selama pengerjaan tugas akhir ini, 12. Seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah
membantu penulisan laporan tugas akhir ini baik secara langsung maupun tidak langsung.
v
Semoga laporan tugas akhir ini dapat bermanfaat, baik sebagai sumber informasi ataupun sebagai inspirasi para pembaca
Tangerang, 6 Juni 2021
vi ABSTRAK
PENERAPAN SISTEM PENGUNCIAN OBJEK PADA MERIAM TANK MENGGUNAKAN ORB
Oleh Arya Wibisono NIM: 00000020885
(Program Studi Teknik Elektro)
Tank merupakan kendaraan tempur lapis baja yang dirancang menjadi garis depan dalam peperangan. Karena karakteristik tank yang menjadi garis depan dalam peperangan, maka ketika tank hancur terkena serangan, para awak dalam tank akan menjadi korban. Salah satu solusi adalah membuat tank dapat dikendalikan secara jarak jauh. Penelitian ini membahas salah satu bagian agar tank dapat dikendalikan secara jarak jauh, yaitu dengan membuat meriam tank dapat mencari target secara otomatis dengan memanfaatkan library ORB pada openCV dan untuk menjaga kestabilan dari meriam tank diberi sistem kendali PID menggunakan metode Ziegler Nichols tipe 2. Metode ORB diterapkan pada prototipe tank menggunakan Raspberry Pi 3 model B dengan menggunakan kamera Logitech C920, dan untuk sistem kendali PID diterapkan menggunakan Arduino Mega. Didapatkan dari pengujian ini, pertama, metode ORB yang digunakan stabil pada jarak 30 cm untuk resolusi 680 x 480 dan pada jarak 35 cm untuk resolusi 1280 x 720. Kedua, sistem image processing bekerja cukup cepat, pada resolusi 680 x 480, dibutuhkan waktu 0,17 detik untuk memproses satu frame dan pada resolusi 1280 x 720, dibutuhkan waktu 0,34 detik untuk memproses satu frame. Ketiga, untuk sistem kendali PID, ketika tank dimiringkan secara bebas didapatkan rata – rata nilai error terbesar sebesar 8,67 derajat. Keempat, untuk sistem melakukan satu siklus dibutuhkan waktu sebesar 0,33 detik. Kelima, terdapat selisih posisi meriam dengan titik tengah objek, untuk sumbu vertikal, posisi meriam lebih tinggi 4 cm dan untuk sumbu horizontal, posisi meriam lebih ke kanan 1,5 cm.
vii ABSTRACT
APPLICATION OF THE OBJECT LOCKING SYSTEM TO THE TANK CANNON USING ORB
By: Arya Wibisono NIM: 00000020885 (Electrical Engineering)
Tanks are armored fighting vehicles designed to be at the forefront of warfare. Due to the characteristics of tanks that are at the forefront of warfare, when the tank is destroyed by an attack, the crew in the tank will become victims. One solution is to make the tanks remotely controlled. This study discusses one part so that tanks can be controlled remotely, namely by making tank cannon able to find targets automatically by utilizing the ORB library on openCV and to maintain the stability of the tank cannon given a PID control system using the Ziegler Nichols type 2 method. ORB method applied to the prototype tank using a Raspberry Pi 3 model B with a Logitech C920 camera, and for the PID control system it is applied using Arduino Mega. Obtained from this test, first, the ORB method used is stable at a distance of 30 cm for a resolution of 680 x 480 and at a distance of 35 cm for a resolution of 1280 x 720. Second, the image processing system works quite fast, at a resolution of 680 x 480, it takes 0 .17 seconds to process a single frame and at a resolution of 1280 x 720, it takes 0.34 seconds to process a single frame. Third, for the PID control system, when the tank is tilted freely, the largest average error value is 8.67 degrees. Fourth, for the system to perform one cycle it takes 0.33 seconds. Fifth, there is a difference in the position of the cannon with the center point of the object, for the vertical axis, the position of the cannon is 4 cm higher and for the horizontal axis, the position of the cannon is 1,5 cm more to the right. Keywords: Tank, object locking, ORB, openCV, PID, Ziegler Nichols.
viii DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN TUGAS AKHIR …….………. ii
PERNYATAAN TIDAK MELAKUKAN PLAGIAT ……….………. iii
KATA PENGANTAR ……….………. iv
ABSTRAK ……….………... vi
ABSTRACT ……… vii
DAFTAR ISI ……….………. viii
DAFTAR GAMBAR ……… xi
DAFTAR TABEL ……….. xiv
DAFTAR LAMPIRAN ………... xv
BAB I PENDAHULUAN ……….………. 1
1.1 Latar Belakang Masalah ……….………. 1
1.2 Perumusan Masalah ……….………... 3
1.3 Batasan Masalah ……….……… 3
1.4 Tujuan Penelitian ……… 4
1.5 Manfaat Penelitian ……….. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ………... 6
2.1 Matching Algorithm ……… 6
2.1.1 Sekilas Tentang SIFT ……….. 6
2.1.2 Sekilas Tentang SURF ……… 7
2.1.3 ORB ……… 7
2.1.4 Perbandingan SIFT, SURF, dan ORB ………... 14
2.2 Komunikasi Serial ………. 14
ix
2.3.1 Kendali Proporsional ……… 17
2.3.2 Kendali Integral ……… 17
2.3.3 Kendali Derivatif ……….. 18
2.4 Centroid ……… 18
BAB III METODE DAN PERANCANGAN SISTEM ………. 20
3.1 Diagram Blok Sistem ……… 20
3.2 Flowchart Sistem ……….. 22
3.3 Perancangan Hardware ………. 26
3.3.1 Perancangan fisik sistem ………... 26
3.3.2 Penyesuaian tangkapan kamera dengan pergerakan servo ……… 28
3.3.3 Perancangan sistem kendali PID pada Arduino Mega …………... 31
3.3.3.1 Blok diagram servo ………... 31
3.3.3.2 Fungsi alih servo ………... 33
3.3.3.3 Pemodelan sistem kendali PID ……….. 36
3.4 Perancangan Sofware ……… 42
3.4.1 Pemrograman Sistem Raspberry Pi ………... 42
3.4.2 Perancangan Sistem Arduino Mega ……….. 50
BAB IV IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN ………... 56
4.1 Implementasi Sistem ………. 56
4.1.1 Implementasi Fisik ……… 56
4.1.2 Implementasi Software ……….. 57
4.2 Pengujian Sistem ………... 61
4.2.1 Pengujian Jarak Optimal ………... 62
x
4.2.3 Pengujian Sistem Kendali PID ……….. 69
4.2.4 Pengujian Kecepatan Sistem secara Penuh ……… 76
4.2.5 Pengujian Selisih Arah Meriam dengan Titik Tengah Target …... 77
BAB V SIMPULAN DAN SARAN ……… 82
5.1 Simpulan ………... 82
5.2 Saran ………. 83
DAFTAR PUSTAKA ……….. 85
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 U.S. Army M1A2 Abrams ………..… 1
Gambar 2.1 FAST ………... 9
Gambar 2.2 skema piramid pada gambar ……….. 10
Gambar 2.3 ilustrasi orientasi pada ORB ……….. 11
Gambar 2.4 komunikasi paralel dan serial ………. 15
Gambar 3.1 Architecture Block Diagram ……….. 21
Gambar 3.2 Diagram blok sistem ……….. 22
Gambar 3.3 Flowchart sistem Raspberry Pi ……….. 23
Gambar 3.4 Flowchart sistem Arduino Mega ……… 25
Gambar 3.5 Mekanisme kendali pada prototipe tank (tampak depan) ………….. 27
Gambar 3.6 Mekanisme kendali pada prototipe tank (tampak samping) ……….. 27
Gambar 3.7 Diagram sirkuit prototipe tank ………... 28
Gambar 3.8 perbedaan DFOV, HFOV, dan VFOV ………... 29
Gambar 3.9 Horizontal point of view ………. 30
Gambar 3.10 Vertikal point of view ………... 31
Gambar 3.11 Rangkaian listrik servo ……… 31
Gambar 3.12 Diagram blok servo ……….. 33
Gambar 3.13 Diagram blok servo dengan rasio gir dan torque disturbance …….. 35
Gambar 3.14 Diagram blok servo X pada simulink ………... 36
Gambar 3.15 Diagram blok servo Y pada simulink ………... 36
Gambar 3.16 Diagram blok servo Z pada simulink ………... 37
Gambar 3.17 Grafik osilasi ……… 37
xii
Gambar 3.19 Grafik PID servo Y ……….. 41
Gambar 3.20 Grafik PID servo Z ……….. 42
Gambar 3.21 tahap pengambilan library ………... 43
Gambar 3.22 tahap pengaturan kamera ………. 43
Gambar 3.23 tahap pemrosesan Gambar objek ………. 44
Gambar 3.24 tahap pengaturan komunikasi serial dan parameter ………. 45
Gambar 3.25 program utama ………. 46
Gambar 3.26 modul LIVE_CAM_ORB ………... 48
Gambar 3.27 modul motor_degree dan send_to_arduino ……….. 50
Gambar 3.28 tahap pengambilan library dan pengaturan gyroscope ………. 51
Gambar 3.29 parameter PID dan nilai dari Raspberry Pi ……….. 52
Gambar 3.30 modul setup Arduino Mega ……….. 53
Gambar 3.31 modul loop, pengambilan data dari komunikasi serial dan gyroscope, dan perhitungan gyroscope ………... 54
Gambar 3.32 perhitungan roll, pitch, dan yaw ………... 54
Gambar 3.33 perhitungan PID untuk servo X ……… 55
Gambar 3.34 pengiriman nilai PID ke servo ……….. 55
Gambar 4.1 Prototipe tank tampak samping ……….. 56
Gambar 4.2 Prototipe tank tampak depan ……….. 57
Gambar 4.3 Pemberian parameter pada Arduino untuk servo X ………... 57
Gambar 4.3 Objek target simulasi ………. 58
Gambar 4.4 Lokasi gambar simulasi ………. 58
Gambar 4.5 Hasil ORB gambar target ………... 59
xiii
Gambar 4.7 Hasil pencocokan gambar ……….. 60
Gambar 4.8 Hasil gambar yang terdeteksi ………. 60
Gambar 4.9 Hasil pemrosesan gambar menggunakan kamera ……….. 61
Gambar 4.10 Penempatan objek dengan resolusi 1280 x 720 pada jarak 35 cm ... 63
Gambar 4.11 Hasil gambar dengan resolusi 1280 x 720 pada jarak 35 cm ……... 64
Gambar 4.12 Grafik standar deviasi Tabel 4.1 ………..……… 65
Gambar 4.13 Grafik standar deviasi Tabel 4.2 ……….. 65
Gambar 4.14 pengujian objek bergerak dengan resolusi 1280 x 720 ……… 68
Gambar 4.15 Pergerakan meriam tank pada servo X ………. 69
Gambar 4.16 Pergerakan meriam tank pada servo Y ………. 71
Gambar 4.17 Pergerakan meriam tank pada servo Z ………. 73
Gambar 4.18 Timer pada Raspberry Pi ……….. 76
Gambar 4.19 Timer pada Arduino Mega ………... 77
Gambar 4.20 Pengujian selisih arah meriam dengan titik tengah ……… 78
Gambar 4.21 titik pada poin 640 x 360 ……….. 78
Gambar 4.22 Grafik selisih horizontal ………... 80
Gambar 4.23 Perbedaan kamera dengan pangkal servo pada sumbu horizontal ... 81
Gambar 4.24 Perbedaan kamera dengan pangkal servo pada sumbu vertikal …... 81
Gambar 4.25 ilustrasi objek pada sudut yang sama dengan jarak yang berbeda menghasilkan sudut servo yang berbeda ………... 81
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Ziegler Nichols Tipe 2 ………... 38
Tabel 3.2 Tabel Ziegler Nichols tipe 2 servo X ………. 39
Tabel 3.3 Tabel Ziegler Nichols tipe 2 servo Y ………. 39
Tabel 3.4 Tabel Ziegler Nichols tipe 2 servo Z ………. 40
Tabel 4.1 titik tengah pada resolusi 680 x 480 ……….. 63
Tabel 4.2 titik tengah pada resolusi 1280 x 720 ……… 66
Tabel 4.3 hasil pengujian FPS ………... 68
Tabel 4.4 Pengujian sistem kendali PID pada servo X ……….. 70
Tabel 4.5 Pengujian sistem kendali PID pada servo Y ……….. 71
Tabel 4.6 Pengujian sistem kendali PID pada servo Z ……….. 73
Tabel 4.7 Pengujian sistem kendali PID pada semua servo ………... 74
Tabel 4.8 Hasil pengujian kecepatan sistem secara penuh ……… 77
xv
DAFTAR LAMPIRAN
LAMPIRAN A. DATA PENGUJIAN JARAK OPTIMAL PADA RESOLUSI 680 X 480 ………. 87 LAMPIRAN B. DATA PENGUJIAN JARAK OPTIMAL PADA RESOLUSI 1280 X 720 ……… 90 LAMPIRAN C. DATA PENGUJIAN KECEPATAN SISTEM IMAGE PROCESSING ……….. 95 LAMPIRAN D. DATA PENGUJIAN SISTEM KENDALI PID PADA SERVO X ………... 98 LAMPIRAN E. DATA PENGUJIAN SISTEM KENDALI PID PADA SERVO Y ………... 99 LAMPIRAN F. DATA PENGUJIAN SISTEM KENDALI PID PADA SERVO Z ………. 101 LAMPIRAN G. HASIL PENGUJIAN KECEPATAN SISTEM SECARA PENUH ………. 103 LAMPIRAN H. FORM BIMBINGAN ………... 106
