PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI SISTEM ROBOT LINE-FOLLOWER TERINTEGRASI RFID DENGAN KEMAMPUAN DETEKSI WARNA MENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY DESIGN AND IMPLEMENTATION OF RFID-INTEGRATED LINE-FOLLOWER ROBOT SYSTEM WITH COLOR DETECTION CAPABILITY USING FUZZY LOGIC 1
M. B. Nugraha, 2Denny Darlis, 3Rizki Ardianto Fakultas Teknik Elektro – Universitas Telkom, 2Fakultas Ilmu Terapan – Universitas Telkom Jl. Telekomunikasi, Dayeuhkolot Bandung 40257 Indonesia E-mail :
[email protected],
[email protected],
[email protected]
1,3
ABSTRAK Saat ini sistem mobilisasi dan transportasi barang dalam suatu kompleks industri atau gedung perkantoran umumnya masih dioperasikan secara manual, yang mana sistem tersebut memiliki kelemahan dari sisi ketepatan waktu dan kewenangan operator. Perlu dibuat suatu sistem komplementer untuk mengurangi kelemahan tersebut. Salah satu solusinya adalah membangun sistem robot AGV (Automated Guided Vehicle) dengan salah satu contohnya adalah robot line-follower. Pada Tugas Akhir ini, robot line-follower didesain mampu mendeteksi jalur yang berbeda warna, dan kewenangan pengguna akan dibatasi. Sistem ini menggunakan mikrokontroler Arduino UNO dengan mengimplementasikan metode logika fuzzy yang inference-nya menggunakan model Mamdani. Alat ini dilengkapi sensor warna yang berbasis LED dan LDR, dan dilengkapi sistem identifikasi berbasis RFID. Keluaran sistem adalah pergerakan robot sehingga mampu mengikuti garis yang telah ditetapkan sebagai garis panduannya. Dari hasil pengujian, sistem yang telah dibangun mampu mengenali jalur yang berbeda warna dengan keberhasilan 100% untuk tiap blok sensor pada tiap set warna, mampu mengenali dan membedakan masukan RFID dengan akurasi 100%, dan mampu mengikuti jalur yang sesuai dengan masukan dari kartu RFID, serta berhasil mencapai poin tujuan dengan tingkat keberhasilan 100%. Kata kunci : Line-Follower, Arduino UNO, Fuzzy Logic, Mamdani, RFID, LED, LDR ABSTRACT Nowadays mobilization and transportation system in an industry complex or in an office building in general using manually operated system, which has weaknesses in time precision and operator authorization. There’s a need to make complementary system to reduce those weaknesses. One of the available solution is build an AGV (Automated Guided Vehicle) robot system, one of the example of this system is line-follower robot. In this final project, the line-follower robot is designed to detect different color lines, and restrict the operator authorization. This system using Arduino UNO microcontroller with fuzzy logic implement and its inference method is using Mamdani models. The device is equipped with LED and LDR-based color sensor, and RFID-based identification system. Output from this system is robot movement, so the robot can follow the guide lines. From the test results, the completed system shows the system is capable to detect different color lines with 100% success rate, capable to restrict operator authorization in pair with the stated RFID cards with 100% accuracy, and capable to move according to the predetermined guide lines from RFID card input, also can move to the destination point with 100% success rate. Keywords: Line-Follower, Arduino UNO, Fuzzy Logic, Mamdani, RFID, LED, LDR 1.
Pendahuluan
Sistem mobilisasi dan transportasi barang pada suatu kompleks industri dan perkantoran umumnya masih menggunakan perangkat atau kendaraan yang dioperasikan oleh operator secara manual. Sistem ini memiliki kelemahan karena membutuhkan operator dan tidak mampu bergerak dari posisi awal ke tempat tujuan secara mandiri. Selain itu, karena sistem digerakkan operator dikhawatirkan adanya kelalaian dari operator dalam pengoperasiannya terutama dalam suatu proses assembly line dalam suatu industri [1]. Dalam usaha untuk mengurangi kelemahan-kelemahan tersebut, salah satu solusi yang tersedia adalah membuat sistem transport otomatis, seperti robot AGV (Automated Guided Vehicle), salah satu contohnya adalah robot linefollower [2]. Untuk mampu memenuhi kebutuhan transport dalam industri robot ini harus memiliki kemampuan
bergerak ke beberapa titik tujuan, serta untuk membatasi kewenangan pengguna diperlukan suatu sistem identifikasi yang mengenali pengguna dan kewenangannya. Untuk memenuhi kebutuhan di atas, dalam penelitian ini kami mengajukan suatu sistem robot line-follower yang mampu mengenali beberapa jenis warna [3], dalam hal ini warna dasar Merah, Hijau dan Biru (RGB) sebagai penentuan garis panduan sistem, dan membuat suatu sistem identifikasi menggunakan RFID sebagai masukan sistem untuk menentukan warna mana yang menjadi prioritas sistem ketika aktif. Sistem akan dibangun menggunakan Arduino UNO sebagai pusat proses dan menggunakan logika fuzzy dengan pemodelan Mamdani sebagai model inference rule-nya [6], [7], [8]. Jurnal ini akan membahas singkat mengenai : a) teori pendeteksian warna RGB dan desain sensor warna; b) teori sistem identifikasi menggunakan RFID; c) mendemonstrasikan simulasi fuzzy di MATLAB; d) menunjukkan dan menjelaskan proses pengujian sistem yang telah dibangun; e) memberikan kesimpulan dari penelitian; 2.
Pendeteksian Warna RGB dan Desain Sensor Warna
Konsep pendeteksian garis pada suatu robot line-follower adalah dengan memanfaatkan pantulan cahaya pada bidang jalur. Konsep yang diajukan dalam penelitian ini adalah dengan memanfaatkan teori bahwa suatu cahaya akan dipantulkan lebih banyak oleh benda yang memiliki spektrum warna yang sama.
Gambar 1. Ilustrasi Pantulan Cahaya Pada Sensor [3]
Gambar 2. Ilustrasi Pantulan Warna [3]. Sensor warna yang akan dibangun menggunakan LED berwarna dan LDR sebagai komponen utama, karena LDR akan menurunkan nilai tahanannya ketika terpapar cahaya. LED akan menerangi jalur yang akan diikuti sehingga LDR akan bekerja. Sensor ini akan membandingkan nilai tegangan yang terbaca oleh mikrokontroler.
Gambar 3. Contoh Konstruksi Sensor Warna LDR [3]
3.
Sistem Identifikasi RFID
RFID (Radio Frequency Identification) adalah suatu sistem identifikasi yang memanfaatkan frekuensi radio sebagai media sinyal.[4] Dalam penelitian ini sistem RFID akan digunakan sebagai masukan awal sistem, dimana masing-masing kartu hanya dapat mengaktifkan sistem untuk satu jenis warna saja dari warna RGB. Hal ini dilakukan untuk membatasi kewenangan pengguna, sehingga sistem tidak akan dipakai dipakai diluar dari kewenangan operator. Frekuensi radio digunakan untuk membaca informasi dari sebuah device kecil yang disebut tag atau transponder (Transmitter+Responder). Tag RFID akan mengenali diri sendiri ketika mendapatkan sinyal elektromagnetik dari perangkat yang kompatibel, yaitu alat pembaca RFID (RFID Reader).[4] Tabel 1. Frekuensi Kerja RFID
4.
Fuzzy Logic
Dalam penelitian ini logika kendali menggunakan fuzzy logic karena perangkat memiliki nilai pengukuran yang tidak tetap, berubah tergantung kondisi lingkungan. Untuk pemodelan sistem inference-nya dipakai model Mamdani karena pemodelan ini dianggap cukup untuk memenuhi kebutuhan kendali sistem. Dalam pemodelan logika fuzzy ini digunakan MATLAB untuk memperlihatkan pemodelan dalam bentuk grafik yang sudah disesuaikan dengan perancangan sistem yang sudah dilakukan. Algoritma logika fuzzy dipetakan dalam 3 blok input, yaitu “BLOK KIRI”, “BLOK TENGAH” dan “BLOK KANAN”; dan 1 blok output, yaitu “ARAH”.
Gambar 4. Fuzzy Input “BLOK KIRI”
Gambar 5. Fuzzy Input “BLOK TENGAH”
Gambar 6. Fuzzy Input “BLOK KANAN”
Gambar 7. Fuzzy Set Rules
Setelah merancang fuzzy rules yang telah dibuat maka perlu diuji dengan melihat simulasi fuzzy inference system dari sistem yang telah dirancang sebelumnya. Hasil simulasi ini terlihat pada gambar 8.
Gambar 8. Simulasi Sistem Berdasarkan Fuzzy Rules Dari hasil simulasi MATLAB, data hasil pengujian sensor dan implementasi fuzzy rule yang digunakan maka didapatkan pola kerja sistem dimana masukan tertentu pada sistem akan menghasilkan keluaran seperti yang diharapkan dari pembentukan fuzzy rule. Sistem menggunakan masukan dari sensor dan menghasilkan keluaran kontrol motor yang membuat robot dapat bergerak sesuai garis panduan. Hasil ini dijabarkan pada tabel 2.
Tabel 2. Rancangan Logika Fuzzy yang Diinginkan No. 1
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
R1
G1
B1
R2
G2
B2
R3
G3
B3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Action Stop
Jalur Warna Merah 2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
Left
3
0
0
0
1
0
0
0
0
0
Forward
4
1
0
0
1
0
0
0
0
0
Left
5
0
0
0
0
0
0
1
0
0
Right
6
1
0
0
0
0
0
1
0
0
Error Stop
7
0
0
0
1
0
0
1
0
0
Right
8
1
0
0
1
0
0
1
0
0
Stop Point
Jalur Warna Hijau 9
0
1
0
0
0
0
0
0
0
Left
10
0
0
0
0
1
0
0
0
0
Forward
11
0
1
0
0
1
0
0
0
0
Left
12
0
0
0
0
0
0
0
1
0
Right
13
0
1
0
0
0
0
0
1
0
Error Stop
14
0
0
0
0
1
0
0
1
0
Right
15
0
1
0
0
1
0
0
1
0
Stop Point
16
0
0
1
0
0
0
0
0
0
Left
17
0
0
0
0
0
1
0
0
0
Forward
18
0
0
1
0
0
1
0
0
0
Left
19
0
0
0
0
0
0
0
0
1
Right
20
0
0
1
0
0
0
0
0
1
Error Stop
21
0
0
0
0
0
1
0
0
1
Right
0 0 1 0 0 22 Legenda : 0 = Sensor Tidak Aktif 1 = Sensor Aktif
1
0
0
1
Stop Point
Jalur Warna Biru
5.
Integrasi Sistem
Sistem yang telah dibangun menggabungkan sistem pendeteksi warna, sistem pendeteksi RFID dan motor penggerak robot. Sistem menggunakan masukan dari kartu RFID untuk menentukan warna yang akan diprioritaskan untuk diikuti oleh robot. Kemudian sensor akan secara terus-menerus mendeteksi jalur yang akan dilewati oleh robot. Hasil dari sistem ini dijabarkan pada tabel 3, tabel 4, dan tabel 5. Blok diagram untuk menunjukkan skema perancangan sistem ada pada Gambar 9. Diagram alir sistem untuk menunjukkan proses kerja sistem ada pada Gambar 10.
Gambar 9. Blok Diagram Sistem
Gambar 10. Flowchart Sistem Keseluruhan Tabel 3. Pengujian Input RFID No.
ID Kartu
Kategori Warna
Hasil
1
540062A35E
Merah
Sukses
2
58006DB044
Hijau
Sukses
3
58006DA712
Biru
Sukses
Tabel 3 menunjukkan kinerja sistem pembaca RFID yang digunakan dalam sistem ini, dari 3 buah kartu yang digunakan semuanya berhasil dideteksi dengan baik.
Tabel 4. Pengujian Blok Sensor Warna No.
Warna Jalur
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
LED Merah Aktif 1
Merah
59
65
45
2
Hijau
20
34
22
3
Biru
10
18
10
LED Hijau Aktif 1
Merah
8
14
6
2
Hijau
56
61
42
3
Biru
7
10
6
LED Biru Aktif 1
Merah
12
10
8
2
Hijau
9
11
12
3
Biru
42
48
31
Hasil pendeteksian sensor warna pada tabel 4 menunjukkan bahwa sistem mengenali jalur mana yang akan diikuti berdasarkan dari warna pantulan yang paling terang yang diterima oleh sensor. Sistem akan mengaktifkan lampu LED apa yang menyala berdasarkan masukan awal yang diterima dari pembaca RFID. Untuk keberhasilan integrasi antara sistem pendeteksi RFID dan sistem sensor warna adalah sebesar 100% Tabel 5. Pengujian Pergerakan Robot No.
PWM Motor
1 2
100%
3 1
Sensor Refresh Rate 70ms
Kecepatan Robot
Hasil
Keterangan
0,083 m/s
Sukses
Robot mencapai poin stop
150ms
-
Gagal
Robot keluar jalur
250ms
-
Gagal
Robot keluar jalur
70ms
0,069 m/s
Sukses
Robot mencapai poin stop
150ms
-
Gagal
Robot keluar jalur
3
250ms
-
Gagal
Robot keluar jalur
1
70ms
0,046 m/s
Sukses
Robot mencapai poin stop perlahan
150ms
-
Gagal
Robot keluar jalur
3
250ms
-
Gagal
Robot keluar jalur
1
70ms
-
Gagal
Robot diam
150ms
-
Gagal
Robot diam
250ms
-
Gagal
Robot diam
2
2
2 3
90%
85%
70%
Tabel 5 menunjukkan hasil pengujian saat sistem bergerak dari poin awal ke poin tujuan. Sistem diuji coba dengan beberapa nilai PWM motor penggerak dan kecepatan pembacaan sensor sehingga didapatkan kondisi optimal sistem. Dari hasil pengujian tersebut terlihat bahwa kondisi optimal sistem adalah pada nilai PWM motor sebesar 100% dan kecepatan deteksi sebesar 70ms yang akan menghasilkan kecepatan robot bergerak dari poin awal ke poin tujuan sebesar 0,083m/s. Kecepatan ini akan membuat tingkat keberhasilan pergerakan robot dalam mengikuti garis hingga sampai ke poin tujuan sebesar 100%.
6.
Kesimpulan
Sistem robot yang dirancang dalam penelitian ini sudah dapat memenuhi ekspektasi dalam teori dan praktik. Sistem mampu mengenali masukan dari kartu RFID yang telah ditetapkan sebelumnya, sehingga dapat memberikan fungsi yang terbatas sesuai dengan kartu yang dimiliki oleh pengguna. Sistem juga sudah mampu membuktikan teori pantulan warna cahaya sebagai teori dasar pengembangan sensor warnanya. Sistem juga sudah dapat mengikuti garis warna dengan kecepatan deteksi dan nilai PWM tertentu untuk mendapatkan hasil yang optimal. Sistem kendali fuzzy logic yang diterapkan dalam sistem ini terbukti cukup handal dalam mengendalikan dan memproses masukan dan keluaran sistem.
Daftar Pustaka : [1]
[2] [3]
[4] [5] [6] [7]
[8]
Hasan, Kazi Mahmud, Abdullah-Al-Hamid, K. J. Reza, S. Khatun, M. R. Basar. (2013). Sensor Based Autonomous Color Line Follower Robot with Obstacle Avoidance. 2013 IEEE Business Engineering and Industrial Application Colloquium (BEIAC). Let’s Make Robots. SiLi LiLa BOT (Simple Little Line-following Launchpad Robot). http://letsmakerobots.com/node/37225 Hassan, M. F. Abu. Y. Yusof, M. A. Azmi, M. N. Mazli. (2012). Fuzzy Logic Based Intelligent Control of RGB Colour Classification System for Undergraduate Artificial Intelligence Laboratory. Proceedings of the World Congress on Engineering 2012 Vol II WCE 2012, July 4 - 6, 2012, London, U.K. Hunt, V. Daniel. 2007. RFID-A Guide To Radio Frequency Identification. USA : John Wiley & Sons, Inc. Innovations. Inc. Datasheet RFID Reader ID-12, Innovations, Inc. https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/ID-12-Datasheet.pdf Burns, Roland S. 2001. Advanced Control Engineering. Oxford : Butterworth-Heinemann. Pratikto, Diyan. Tugas Akhir. Perancangan Pengaturan Pengering Tangan Berbasis Fuzzy Logic Menggunakan Mikrokontroler. Program Studi Teknik Elektro Instrumentasi Institut Teknologi Telkom Bandung. 2013. Crazy Engineers. Fuzzy Logic and Fuzzy Logic Controllers: A Beginner's Guide. http://www.crazyengineers.com/threads/fuzzy-logic-and-fuzzy-logic-controllers-a-beginnersguide.27248/page-2
