i

LAPORAN KEMAJUAN

PENELITIAN UNGGULAN TERAPAN

DANA ITS 2020

PENGEMBANGAN SISTEM MEKATRONIKA DAN INTERFACE

CERDAS PADA PLATFORM KAPAL (BOAT) AUTONOMOUS ITS

Tim Peneliti :

Hendro Nurhadi, Dipl.-Ing., Ph.D (Teknik Mesin Industri/Fakultas Vokasi)

Fadlilatul Taufany, ST., Ph.D (Teknik Kimia/Fakultas Teknologi Industri dan Rekayasa Sistem)

Muhammad Lukman Hakim, ST., MT (Teknik Mesin Industri/Fakultas Vokasi)

Dr. Irhamah, S.Si., M.Si (Statistika/Fakultas Sains dan Analitika Data)

DIREKTORAT RISET DAN PENGABDIAN KEPADA MASYARAKAT

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

2020

Sesuai Surat Perjanjian Pelaksanaan Penelitian No: …………………..

i

Daftar Isi

Daftar Isi .......................................................................................................................................................... i

Daftar Tabel .................................................................................................................................................... ii

Daftar Gambar ............................................................................................................................................... iii

Daftar Lampiran ............................................................................................................................................. iv

BAB I RINGKASAN ..................................................................................................................................... 1

BAB II HASIL PENELITIAN ........................................................................................................................ 2

BAB III STATUS LUARAN .......................................................................................................................... 7

BAB IV PERAN MITRA (UntukPenelitian Kerjasama Antar Perguruan Tinggi) ...................................... 11

BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN ............................................................................... 12

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA ................................................................................... 13

BAB VII DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................... 14

BAB VIII LAMPIRAN ................................................................................................................................. 15

LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran ............................................................................................................. 16

ii

Daftar Tabel

iii

Daftar Gambar

iv

Daftar Lampiran

1

BAB I RINGKASAN

Kapal adalah kendaraan pengangkut penumpang dan barang di laut, sungai seperti halnya sampan atau

perahu yang lebih kecil. Kapal biasanya cukup besar untuk membawa perahu kecil seperti sekoci. Sedangkan

dalam istilah Inggris, dipisahkan antara ship yang lebih besar dan boat yang lebih kecil. Pada setiap kapal

besar yang berawak dan berpenumpang untuk kapal penumpang 35-100 diharuskan memiliki 1 rescue boat

umtuk wilayah pelayaran di sekat pesisir dan pelayaran internasional, dengan adanya peraturan yang diatur

pada SOLAS Chapter 3 Reg. 21 dan instruksi dari Menteri Perhubungan Republik Indonesia nomor IM 10

th. 2018. Sistem autonomous merupakan perwujudan dari konsep ilmu yang mengarah pada

perkembanganteknologi saat ini. Secara umum autonomous adalah sebuah proses dimana sebuah benda

dapat di operasikan menggunakan suatu perangkat elektronik yang dijalankan secara otomatis dengan

menggunakan suatu alat penggerak (Remote Control) dari jarak jauh. Sebuah kapal tanpa awak (Autonomous

Boat) itu sendiri merupakan suatu kapal yang mampu dikendalikan dengan menggunakan remote control

yang sudah di program untuk mengoprasikan boat dari jarak jauh tanpa adanya awak diatas boat tersebut.

Mikrokontroler STM 34 F4 Discovery digunakan sebagai pengontrol atau pembaca pergerakan pada sistem

steering dang throttling pada kapal ini. Mikrokontroller akan mengontrol perubahan pergerakan sistem

steering dan throttling dengan menggunakan potensiometer sebagai feedback controller.

Tujuan yang diharapkan penciptaan kapal ini adalah untuk membuat suatu kapal penyelamat yang

berbasis autonomus sehingga pada saat melakukan misi penyelamatan di laut lepas tidak lagi menggunakan

operator, sehingga pada saat terjadi kecelakaan/ insiden di laut lepas, kapal ini bisa berangkat tanpa awak

dengan data lokasi terjadinya kecelakaan. Dengan adanya perkembangan teknologi saat ini banyak metode

pekerjaan yang bisa dilakukan. Pertama, dengan cara interface ship autonomus, yaitu survey langsung ke

galangan pembuat kapal penyelamat ini, dengan cara mengidentifikasi peralatan yang ada, mengetahui

stabilitas kapal, dan mengetaui permasalahan apa yang biasa terjadi pada kapal penyelamat ini. Kedua,

mendesain sistem yang harus ada dan digunakan dalam kapal meliputi peralatan penggerak dan peralatan

manuver, kemudian mendesain sistem kelistrikan yang sesuai dengan spesifikasi peralatan yang terpasang.

Ketiga, melakukan uji coba langsung di lapangan untuk mengetahui respon dari sistem yang telah dipasang.

Setelah itu semua sistem yang ada bisa di finalisasi dan bisa digunakan sesuai tujuan.

2

Ringkasan penelitian berisi latar belakang penelitian,tujuan dan tahapan metode

penelitian, luaran yang ditargetkan, kata kun

BAB II HASIL PENELITIAN

2.1 Sistem pada iBoat

2.1.1 Steering Sistem

Kemudi kapal adalah suatu alat yang digunakan untuk mengubah dan menentukan arah gerak kapal,

baik arah lurus maupun arah kapal belok, Kemudi kapal ditempatkan diujung belakang lambung kapal .

Prinsip kerja kemudi kapal yaitu dengan mengubah arah arus cairan yang mengakibatkan perubahan arah

kapal. Cara kerja kemudi kapal yaitu kemudi digerakkan secara mekanis atau hidrolik dari anjungan dengan

menggerakkan roda kemudi. (SPM, 2013)

Sistem pertama yang dipasang pada iBoat ini adalah steering, yaitu sistem yang digunakan untuk

manuver kapal. Pada sistem steering ini menggunakan EHPS (Electric Hydraulic Power Steering), dalam

sistem ini bisa dilihat bahwa untuk membuat kapal melakukan manuver tentunya harus menekan aktuator

dengan displacement yang dibutuhkan. Pompa Hidrolik electric ini mempunyai fungsi untuk memindahkan

fluida dengan tekanan tertentu untu bisa masuk mengisi tabung dari aktuator, sehingga bisa mendapatkan

gaya untuk memindahkan posisi mesin yang secara otomatis membuat kapal bermanuver.

Gambar 1 Sistem Steering iBoat

3

2.1.2 Sistem Throttling

Throttle merupakan bagian dari sistem yang mengontrol banyaknya jumlah asupan udara yang masuk

ke dalam mesin. Tenaga mesin dapat ditingkatkan atau diturunkan dengan pembatasan gas masuk pada

sistem throttle. Sistem throttle juga mengatur laju dari boat, dimana pada saat kopling pada posisi netral lalu

didorong kedepan maka boat akan melaju kedepan dan semakin kopling didorong kedepan maka laju kapal

akan semakin cepat. Jika kopling ditarik kebelakang maka boat akan berjalan mundur. Pada sistem throttle

autonomous boat ini, digunakan motor yang di couple dengan throttle dengan tujuan motor tersebut berfungsi

sebagai penggerak throttle saat boat digerakkan menggunakan sistem otomatis yang dikendalikan jarak jauh

oleh remote control. Sistem throttle pada boat terletrak pada bagian depan bersebalahan dengan kemudi atau

steering.

2.2 Pemodelan iBoat

Sebelum melakuka pemodelan, terlebih dahulu kapal di desain menggunakan software Comptuer

Aided Drawing (CAD) yaitu solidwork, dengan acuan pengukuran langsung pada kapal yang telah

disediakan oleh pihak industri, selanjutnya model tersebut bisa disimulasikan menggunakan software

computer aided engineering (CAE) yaitu ansys workbench, cakupan mengenai analisa pemodelan yang

dilakukan untuk melihat pengaruh dari tekanan hidrostatis dan gaya gaya yang bekerja di atas kapal. Material

Gambar 2 Sistem Throttling iBoat

4

yang digunakan untuk membuat iBoat adalah Alumunium 5083, berikut adalah sifat mekanik dari

aluminium 5083

Pada tabel sifat mekanik Alumunium 5083, diketahui Ultimate Tensile Strength sebesar 290 MPa. Pada

analisa FEM, meshing menggunakan metode tetrahedron element. Proses meshing beserta model 3D dari

chassis iBoat autonomus ditunjukkan pada gambar 4

Setelah proses Meshing, selanjutnya dilakakukan analisa pembebanan pada kapal, hal ini dapat dilihat dari

banyaknya komponen yang menumpu pada kapal, oleh karena itu perlunya memasukkan semua data

komponen, mulai dari dimensi, berat, dan letaknya. Setelah mengetahui data tersebut, selanjutnya

meletakkan beban vertikal ke body kapal.

Gambar 3 Sifat Mekanik Alumunium 5083

Gambar 4 Proses Meshing dan Bentuk model 3D iBoat

5

Gambar 5 Kondisi Pembebanan pada body Iboat

Hasil solution dari simulasi dapat terlihat setelah proses solving software Ansys 16.2 selesai yang

ditunjukkan pada Gambar 6

(a)

6

(b)

(c)

Gambar 6 Hasil simulasi dari (a) Directional Deformation, (b) Deformation Total, dan (c) Equivalent

(von Mises ) Strees

7

Hasil :

1. Lendutan (deformation total, δmaks) Defleksi maksimum struktur iBoat terjadi pada ujung

depan kapal dengan nilai sebesar δmaks = 290,31 mm yang ditunjukkan pada Gambar 6(a)

2. Tegangan luluh (equivalent Von-Mises stress, σy maks) Tegangan luluh maksimal struktur iBoat

terjadi pada pengelasan penyangga tempat mesin (buritan kapal) dengan nilai sebesar σy maks

= 2,085 Pa yang ditunjukkan pada Gambar 6(c).

2.3 Estimasi lintasan unmanned surface vehicle (usv) menggunakan metode ensemble

kalman filter dan unscented kalman filter

Unmanned Surface Vehicle merupakan kendaraan kapal yang dapat bergerak

dipermukaan air tanpa awak. USV dikendalikan otomatis dengan memberikan perintah-

perintah seperti waypoint, melalui Ground Control Surface (GCS). Pada studi gerakan

benda apung dilaut terdapat 6 DOF untuk mendefinisikan dan mengorientasikan dari

badan benda apung tersebut. Enam DOF yang dimaksud adalah surge, sway, heave, roll,

pitch, yaw. Tiga kordinat yang pertama (surge, sway dan heave) menunjukkan posisi

dan gerak translasi pada sumbu x,y, dan z. Sedangkan untuk kordinat yang lainnya (roll,

pitch dan yaw) digunakan untuk menunjukkan gerakan orientasi dan rotasi. Model gerak

UAV 6 DOF sebagai berikut :

Pada penelitian ini, kendaraan kapal yang digunakan merupakan kapal Boat dengan

berat 400 kg dengan inisialisasi kecepatan 6 knot (3,09 m/s). sehingga menggunakan

model gerak UAV 3DOF yaitu gerak surge, sway dan yaw (X,Y,Z). Selanjutnya

disimulasikan dengan menggunakan Program Matlab. Dengan mengambil langkah

waktu 600 langkah. Hasil yang didapat sebagai berikut :

8

Gambar 7 Estimasi Sumbu X

Gambar 7. Menunjukkan bahwa boat bergerak dari posisi 𝑥 = 0 sampai 𝑥 = 23. Hal tersebut

menunjukkan bahwa boat bergerak sejauh 23 meter pada sumbu 𝑥. Sehingga dengan kecepatan boat sebesar

6 knot mengakibatkan boat bergerak sejauh 23 meter dalam waktu 60 detik/1 menit.

Gambar 8 Estimasi Sumbu Y

Gambar 8. Menunjukkan bahwa boat bergerak dari posisi 𝑦 = 0 sampai 𝑦 = 3 . Hal tersebut

menunjukkan bahwa boat bergerak sejauh 3 meter pada sumbu 𝑦. Hal ini dikarenakan banyak faktor yang

mempengaruhi gerak kapal seperti gelombang air laut dan kondisi lingkungan lainnya.

9

Gambar 9 Estimasi Posisi Boat

Gambar 9. menunjukkan bahwa boat bergerak dengan lintasan tersebut dengan kecepatan 6 knot

boat dapat bergerak sejauh 23 meter dengan jarak sumbu-y sebesar 3 meter dalam waktu 1 menit (60 detik).

Sehingga USV bisa bergerak dari titik satu ke titik yang lainnya dengan estimasi lintasan tersebut dan dengan

menggunakan 2 metode estimasi error yang didapat tidaklah jauh.

10

BAB III STATUS LUARAN

Status Luaran berisi status tercapainya luaran wajib yang dijanjikan dan luaran tambahan (jika ada). Uraian

status luaran harus didukung dengan bukti kemajuan ketercapaian luaran di bagian bab Lampiran

11

BAB IV PERAN MITRA

Peran mitra di dalam penelitian ini adalah dari segi manufaktur dan penjualan.

12

BAB V KENDALA PELAKSANAAN PENELITIAN

Kendala pelaksanaan penelitian ini terdapat pada pembelian material dan sumber daya manusia yang

terbatas sehingga memebutuhkan waktu yang lebih lama untuk pengerjaannya

13

BAB VI RENCANA TAHAPAN SELANJUTNYA

Rencana Tahapan Selanjutnya berisi tentang rencana penyelesaian penelitian dan rencana untuk

mencapai luaran yang dijanjikan.

14

BAB VII DAFTAR PUSTAKA

Daftar Pustaka disusun dan ditulis berdasarkan sistem nomor sesuai dengan urutan

pengutipan. Hanya pustaka yang disitasi pada laporan kemajuan yang dicantumkan dalam

Daftar Pustaka.

15

BAB VIII LAMPIRAN

Lampiran berisi tabel daftar luaran (Format sesuai lampiran 1) dan bukti pendukung luaran wajib dan luaran

tambahan (jika ada) sesuai dengan target capaian yang dijanjikan

16

LAMPIRAN 1 Tabel Daftar Luaran

Program :

Nama Ketua Tim :

Judul :

1.Artikel Jurnal

No Judul Artikel Nama Jurnal Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, published

2. Artikel Konferensi

No Judul Artikel Nama Konferensi (Nama

Penyelenggara, Tempat,

Tanggal)

Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review, accepted, presented

3. Paten

No Judul Usulan Paten Status Kemajuan

*) Status kemajuan: Persiapan, submitted, under review

4. Buku

No Judul Buku (Rencana) Penerbit Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: Persiapan, under review, published

5. Hasil Lain

No Nama Output Detail Output Status Kemajuan*)

*) Status kemajuan: cantumkan status kemajuan sesuai kondisi saat ini

6. Disertasi/Tesis/Tugas Akhir/PKM yang dihasilkan

No Nama Mahasiswa NRP Judul Status*)

*) Status kemajuan: cantumkan lulus dan tahun kelulusan atau in progress