bab iii perancangan sistem -...
TRANSCRIPT
14
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dari perangkat keras, serta
perangkat lunak dari algoritma robot.
3.1. Perancangan Perangkat Keras
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras. Perancangan
perangkat keras yang akan dijelaskan meliputi sistem kontrol, konstruksi robot, dan
perangkat keras elektronik.
3.1.1. Sistem Kontrol
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem.
Sistem kontrol pada robot dibagi menjadi 2 bagian utama, yaitu kontrol utama dan
kontrol aktuator robot. Kontrol utama bertugas untuk menciptakan keputusan
bagaimana robot harus bergerak yang diperintahkan oleh smartphone kemudian
perintah-perintah tersebut diterjemahkan di dalam mikrokontroler sehingga perintah
tersebut dapat diterima oleh servo controller. Sedangkan Kontrol aktuator robot dalam
hal ini adalah servo controller untuk mengontrol sistem gerak robot yang
15
keseluruhannya terdiri dari motor servo, di mana perintah pergerakan tersebut
diputuskan di kontrol utama.
1. Kontrol Utama
Kontrol utama pada robot terdiri dari sebuah smartphone dan
mikrokontroler. Smartphone ini memiliki sensor-sensor yang digunakan
untuk membuat suatu perintah. Kemudian untuk mengirimkan perintah
gerakan robot ke servo controller digunakan sebuah mikrokontroler yang
berfungsi untuk mengolah data dari smartphone tersebut. Dengan
menggunakan modul bluetooth untuk komunikasi secara serial antara
smartphone dan mikrokontroler. Selain itu, kontrol utama ini juga digunakan
untuk menggerakan kedua servo di bagian kepala.
2. Kontrol Aktuator Robot
Robot akan memiliki 16 motor servo di bagian bodynya, dengan
rincian 3 servo di setiap lengan dan 5 servo di setiap kaki. Dengan demikian
robot akan memiliki 16 derajat kebebasan di bagian body sehingga
pergerakan robot akan mendekati pergerakan dari manusia. Untuk mengontrol
16 servo di bagian lengan dan kaki digunakan servo controller yang akan
dibantu oleh sebuah dual-axis gyroscope yang berfungsi sebagai sensor
keseimbangan dan stabilitas robot saat bergerak.
16
3.1.2 Konstruksi Robot
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan konstruksi robot.
Gambar 3.2. Desain robot.
Robot menggunakan perpaduan antara plastik, aluminium dan acrylic untuk
bodinya. Perpaduan bahan-bahan ini dimaksudkan agar robot memiliki bobot yang
ringan sehingga robot memiliki keseimbangan yang baik serta kecepatan yang optimal.
Robot ini akan memiliki 18 degree of freedom, dengan rincian 5 di setiap kaki, 3 di
setiap lengan dan 2 di bagian kepala. Untuk control utamanya, yaitu smartphone
diletakan di punggung robot dengan tujuan tidak mengubah titik berat. Sedangkan
ukuran telapak kaki akan menyesuaikan dengan tinggi robot agar mampu menyokong
robot agar tetap stabil.
Tabel 3.1. Tabel Keterangan Mekanik Robot.
HARDWARE
Dimensi (pxlxt) : 200x100x440 [mm]
Berat ± 2 [kg]
DOF 18 (tangan 3x2, kaki 5x2, kepala 2)
17
3.1.3 Perangkat Keras Elektronik
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai smartphone beserta sensor yang
digunakan, board minimum sistem mikrokontroler Atmega 324 dan modul DF-
bluetooth V3.
1. Smartphone
Smartphone berbasis android merupakan salah satu piranti yang dapat
digunakan sebagai kontrol robot. Dengan kecepatan proses instruksi yang
cepat, smartphone dapat memberikan perintah secara real time pada robot
humanoid. Selain kecepatan proses instruksi, smartphone berbasis android
dapat bekerja secara multitasking sehingga sangat jelas bahwa proses jalannya
program lebih cepat dan ringan. Adanya OS android pada smartphone
mempermudah proses pemrograman dan mengakses sensor-sensor serta fitur-
fitur yang ada dalam smartphone itu sendiri karena library android merupakan
open source dimana library android untuk pengaksesan sensor serta fitur-fitur
tersebut sudah tersedia di Google. Library untuk image processing
menggunakan Open CV yang sudah tersedia dalam android sehingga
pemrograman tracking ball menjadi lebih mudah.
Smartphone yang digunakan pada robot R2C adalah Sony Xperia Mini
ST15i. R2C menggunakan smartphone ini karena alasan dimensi yang cocok
dan spesifikasi yang memadai [10]. Spesifikasi yang dimiliki Smartphone
Sony Xperia ini adalah sebagai berikut :
1. Memiliki dimensi 88 x 52 x 16 mm dengan berat 99g.
2. Touchscreen dengan ukuran 320x 480 pixels
3. Terdapat Wi-FI dan Bluetooth
4. Kamera 5MP
5. Android OS v2.3
6. CPU 1Ghz
Selain itu pemilihan smartphone berbasis android sebagai kontrol robot
dapat menghemat biaya untuk membeli modul kompas, wifi, accelerro,
bluetooth, dan kamera sebab di dalam smartphone sudah terdapat sensor-
sensor tersebut. Dan juga, penggunaan smartphone dapat mempermudah
18
kalibrasi warna untuk mendeteksi warna bola dan warna gawang karena
smartphone memiliki layar sentuh yang digunakan untuk display sekaligus
layar sentuh yang sangat membantu untuk mengatur kalibrasi warna[11].
Sensor-sensor yang ada dalam smartphone antara lain :
1) Sensor Accelerometer
Sensor ini memiliki 3 sumbu fisik (x, y dan z). Jika sensor
dimiringkan kearah sumbu x, maka akan memberikan nilai balikan
positif dan akan naik secara linear sesuai dengan kemiringan sensor.
Sebaliknya jika sensor dimiringkan kearah sumbu –x, maka akan
memberikan nilai balikan negatif dan naik secara linear sesuai dengan
kemiringan sensor pada sumbu –x. Kerja sensor pada kemiringan
sumbu y dan –y, sumbu z dan -z sama dengan kerja sensor pada
kemiringan sumbu x dan –x.
Dengan menggunakan kombinasi nilai dari ketiga sumbu fisik
tersebut, dapat diketahui posisi robot sedang terjatuh atau tidak, jatuh
depan, jatuh belakang ataupun jatuh samping.
Gambar 3.3. Sensor Accelerometer Smartphone[11]
2) Kompas
Kompas (Sensor Orientation) Sensor ini mengembalikan 3 nilai
yaitu azimuth, pitch, dan roll. Dimana azimuth merupakan rotasi di
sekitar sumbu Z, pitch merupakan rotasi di sekitar sumbu X dan roll
merupakan rotasi disekitar sumbu Y.
19
Gambar 3.4. Sensor Orientation Smartphone[11]
Nilai ini dikembalikan dalam bentuk derajat dengan jangkauan
antara 0 dan 360 derajat.
Dengan menggunakan sensor ini, dapat diketahui kemana arah
robot menjaga gawang sehingga tidak mungkin robot terbalik dalam
menjaga gawang.
3) Kamera
Perangkat ini merupakan perangkat penting yang harus dimiliki
oleh setiap robot pemain bola, karena kamera ini merupakan mata bagi
robot.
Setiap smartphone pasti dilengkapi dengan kamera.
Keunggulan dari kamera pada smartphone adalah sudah dilengkapi
dengan teknologi auto brightness, auto focus, dan white balance.
Dengan memanfaatkan hal ini, kamera dapat digunakan untuk image
processing yang maksimal tanpa khawatir kamera ini blur atau
bermasalah dalam pencahayaan. Perbedaan warna yang ada di
lapangan dapat diproses sehingga dapat dideteksi bola dan gawang.
Oleh karena itu, robot dapat mengejar bola berwarna oranye dan
menangkisnya jika bola ke arah gawang.
4) Bluetooth
Bluetooth pada smartphone dapat digunakan untuk komunikasi
secara serial. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk berkomunikasi dengan
servo controller secara nirkabel. Android mengirimkan instruksi-
instruksi melalui bluetooth yang nantinya diterima oleh bluetooth yang
20
terhubung dengan servo controller. Tugas dari servo controller adalah
sebagai penerjemah data atau instruksi yang diterima via bluetooth dari
android. Data atau instruksi yang telah diolah tersebut adalah data yang
digunakan untuk menggerakan servo kepala dan memerintahkan servo
controller dalam pemanggilan motion.
2. Mikrokontroler Tipe Atmega 324
Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor di mana didalamnya
sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock, dan peralatan internal lainnya
yang sudah saling terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik
pembuatnya dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai. Sehingga kita tinggal
memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik yang membuatnya
[12].
Penulis menggunakan mikrokontroler tipe 324 karena selain dapat
diprogram dengan bahasa C dan banyak dijual dipasaran, mikrokontroler ini
memiliki dua pin TX dan dua pin RX sehingga mikrokontroler ini dapat
berkomunikasi secara serial dengan servo controller dan modul Bluetooth yang
digunakan untuk berkomunikasi dengan smartphone android untuk memberikan
perintah kepada robot.
Gambar 3.5. Skema board Atmega324.
21
3. Modul Bluetooth
Modul bluetooth digunakan untuk media pengiriman data yang berupa
perintah dari smartphone android ke mikrokontroler. Perintah akan dikirimkan
dari smartphone melalui bluetooth sehingga diperlukan modul bluetooth agar
mikrokontroler dapat terhubung dengan smartphone dan menerima data yang
dikirimkan.
Modul bluetooth yang digunakan adalah modul bluetooth tipe DF-
Bluetooth V3. Berikut adalah gambar dari DF-Bluetooth V3.
Gambar 3.6. DF-Bluetooth V3 [13].
3.2. Perancangan Perangkat Lunak
Untuk merancang robot humanoid kiper yang dapat secara cepat dan tepat,
penulis memilih untuk menggunakan penggabungan dua mode yaitu mode pinalti dan
mode counter. Yang dimaksud dengan mode pinalti adalah mode di mana robot akan
mengunci bola yang diam dan apabila bola ditendang ke arahnya dia langsung akan
merespon secara seketika. Mode pinalti ini digunakan pada saat bola sudah masuk ke
daerah pinalti (180cm dari gawang). Sedangkan yang dimaksud dengan mode counter
adalah mode yang menghitung kecepatan bola, jadi dengan mode ini robot dapat
memperkirakan apakah bola sampai ke daerahnya dan perlu menangkisnya atau tidak.
Mode ini digunakan pada saat bola berada di luar daerah pinalti dengan maksud robot
tidak melakukan gerakan yang sia-sia dengan jatuh ke kanan, jatuh ke kiri ataupun split
untuk menjaga bola.
Agar robot bisa lebih efisien dalam menjaga gawang, penulis akan mencoba
membuat robot agar tetap di goal area. Mengingat salah satu kriteria yang harus
diperhatikan seorang kiper adalah penempatan posisi, dengan penempatan posisi yang
pas akan mempermudah kiper untuk menghalau bola.
22
Akan dibahas dua algoritma yaitu algoritma pertama dan algoritma kedua.
Algoritma kedua dibuat untuk dijadikan pembanding dengan algoritma pertama.
Algoritma pertama ini adalah algoritma baru yang dirancang dalam penelitian
ini. Perancangan algoritma ini dibuat dengan tujuan optimalisasi. Beberapa hal yang
perlu diperhatikan dalam algoritma ini adalah dalam pengambilan keputusan. Gambar
4.4.1 menunjukan diagram alir algoritma pertama.
tidak
ya ya
ya
tidak tidak
tidak tidak
tidak ya
ya ya
tidak
ya
Gambar 3.7. Diagram alir algoritma pertama
Kejar bola
Buang bola
Inisialisasi
mode penalti
Inisialisasi
mode counter
23
Algoritma kedua merupakan algoritma yang lama, sebelum dioptimalisasi.
Algoritma ini masih belum optimal karena robot belum bisa mengejar bola dan
membuang bola apabila dekat. Selain itu algoritma ini masih kurang akurat dalam
menghalau bola. Gambar 3.8 menunjukkan diagram alir algoritma kedua.
tidak
ya
tidak
ya
tidak
ya
Gambar 3.8 Diagram alir algoritma kedua
24
Optimalisasi yang dilakukan pada robot dari algoritma lama menjadi yang baru,
penulis menambahkan beberapa algoritma di setiap prosesnya agar menjadi lebih akurat
dan efisien. Optimalisasi yang sudah dilakukan penulis :
3.2.1 Proses Mengejar Bola
Proses ini ditambahkan dengan tujuan robot kiper dapat mengejar
bola yang berada di daerahnya. Apabila bola di daerahnya tidak dikejar, ini
akan menguntungkan pihak lawan untuk mencetak gol. Pada algoritma lama
belum ada proses ini dikarenakan hardware yang belum stabil, dengan
hardware yang sekarang robot mampu melakukan proses ini.
Gambar 3.9. Diagram Alir Proses Mengejar Bola
25
3.2.2 Proses Membuang Bola
Proses ini merupakan lanjutan dari proses mengejar bola. Proses ini
bertujuan untuk menjauhkan bola yang berada di dekat robot kiper, sehingga
robot kiper memiliki space untuk kembali bersiap-siap dalam posisi menjaga
bola. Berikut adalah diagram alir dari proses membuang bola :
Gambar 3.10. Diagram Alir Proses Membuang Bola
3.2.3 Mode Penalti
Mode ini sebenarnya pengembangan dari algoritma lama yang sudah
dioptimalisasi dalam eksekusi menghalau bola. Dalam algoritma baru, mode
ini hanya digunakan dalam jarak dekat saja.
Berikut diagram alir dari mode penalti :
26
Gambar 3.11. Diagram Alir Mode Pinalty
3.2.4 Mode Counter
Mode ini merupakan pelengkap dari mode penalti, yang digunakan
untuk eksekusi bola yang berada dalam jarak jauh. Penambahan mode ini
dimaksudkan agar robot kiper lebih akurat, apabila bola yang mengarah ke
gawang tidak sampai ke daerah jangkauannya maka robot kiper tidak perlu
jatuh sehingga akan lebih siap untuk menjaga gawang jika robot dari tim
lawan kembali menendang ke arah gawang. Selain itu robot kiper menjadi
tidak terlalu sering jatuh berulang-ulang untuk hal yang sia-sia seperti pada
algoritma lama.
27
Berikut adalah diagram alir dari mode counter :
Gambar 3.12. Diagram Alir Mode Counter
28
3.2.5 Proses Kembali ke Posisi Awal
Untuk membuat robot kiper menjadi lebih effisien, penulis membuat
robot agar dapat kembali ke posisi awal setelah robot kiper melakukan
proses mengejar dan membuang bola. Mengingat di mana pentingnya
penempatan posisi kiper agar dapat lebih akurat untuk menjaga gawang.
Berikut merupakan diagram alir dari proses robot untuk kembali ke
posisi awal :
Gambar 3.13. Diagram Alir Proses Kembali ke Posisi Awal