PERANCANGAN SISTEM KONTROL DAN ALGORITMA YANG DITERAPKAN UNTUK ROBOT BERKAKI ENAM DALAM MENYELESAIKAN MISI PADA KONTES ROBOT PEMADAM API INDONESIA
oleh Tri Handoko NIM : 612009020
Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
Januari 2014
PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT
Saya, yang bertanda tangan di bawah ini: NAMA
: Tri Handoko
NIM
: 612009020
JUDUL SKRIPSI
: Perancangan Sistem Kontrol dan Algoritma yang Diterapkan
untuk
Robot
Berkaki
Enam
dalam
Menyelesaikan Misi pada Kontes Robot Pemadam Api Indonesia
Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apapun sesuai aturan yang berlaku.
Salatiga, 8 Januari 2014 Materai Rp, 6000,Tanda Tangan Tri Handoko
INTISARI Performa robot berkaki milik Robotic Research Center (R2C) kurang optimal. Pada tahun 2012 dan 2013 robot berkaki R2C tidak bisa memadamkan api pada semua trial pertandingan. Untuk menjadi juara di tingkat regional yang selanjutnya ditandingkan lagi di tingkat nasional, robot harus bisa memadamkan api. Sehingga dalam skripsi ini direalisasikan sebuah sistem yang diterapkan untuk mengendalikan sebuah robot berkaki enam agar dapat menyelesaikan misi pada Kontes Robot Pemadam Api Indonesia tahun 2014. Secara garis besar, sistem yang dibuat terdiri dari mikrokontroler, sensor-sensor, perangkat keras pemadam api, dan algoritma robot. Mikrokontroler difungsikan sebagai pengendali utama dari sistem yang berguna untuk membaca data sensor, mengolah data dan kemudian memberikan perintah kepada servo controller dan pemadam api. Sensorsensor berguna untuk membantu robot dalam bernavigasi, memulai pergerakan, mendeteksi terang dan gelap permukaan lantai, mendeteksi adanya titik api, dan mendeteksi boneka anjing. Terdapat dua macam perangkat keras pemadam api yaitu menggunakan air yang dipompa dengan sebuah motor (extinguisher) dan menggunakan kipas yang diputar oleh sebuah motor. Algoritma robot yang digunakan ada dua jenis, yaitu algoritma pertama yang merupakan algoritma yang dirancang dalam skripsi dan algoritma yang kedua merupakan penyempurnaan algoritma yang pernah dipakai tim R2C-LYNX. Pengujian dilakukan dalam tiga sesi dimana pada tiap sesi, robot diuji sebanyak 42 kali. Dalam sebuah sesi setiap algoritma diuji sebanyak 21 kali. Persentase keberhasilan algoritma pertama pada sesi pertama 76,19 %, pada sesi kedua 80,95 %, dan pada sesi ketiga 80,95 %. Persentase keberhasilan algoritma kedua pada sesi pertama 71,43 %, pada sesi kedua 76,19 %, dan pada sesi ketiga 71,43 %.
i
ABSTRACT Robotic Research center (R2C) legged robot’s performance is not optimal. In 2012 and 2013 R2C’s legged robot can’t extinguish fire in every trial match. To become regional champion and then national champion, robot must be able to extinguish fire. Therefore, this thesis realize a system that implemented for controlling a six-legged robot to accomplish mission in Indonesia Fire Extinguisher Robot Contest in 2013. Generally, this system consists of microcontroller, sensors, fire extinguisher module, and robot’s algorithm. Microcontroller is functioned as main controller of system that’s used to read sensor’s data, process data, and then give command to servo controller and fire extinguisher. Sensors are used to help robot in navigation, starts movement, detect brightness in floor surfaces, detects fire spot, and detects stuffed dog. There are two fire extinguisher modules, the first one is using water to extinguish fire, and another one is by using motor rotated fan. There are two algorithms for robot, first algorithm is the algorithm which is designed in this thesis, and the second algorithm is improvement from algorithm that’s been used by R2C-LYNX team. Testing is done in three sessions, in each session robot is tested 42 times. In a session every algorithm is tested 21 times. Success rate of the first algorithm in the first session is 76.19%, in second session is 80.95% and in the third session is 80.95%. Success rate for second algorithm in the first session is 71.43%, in the second session is 76.19%, and in the third session is 71.43%.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Allah Bapa di Surga, Putranya Yesus Kristus, dan Roh Kudus atas segala hikmah, karunia, dan penyertaan sehingga skripsi ini sebagai pemenuhan syarat memperoleh ijasah Sarjana Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga, dapat terselesaikan dengan baik. Segala yang telah penulis capai tidak terlepas dari bantuan, dorongan semangat, doa dan dukungan dari berbagai pihak. Maka, perkenankanlah penulis menyampaikan ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada orang-orang yang terkait yaitu: 1. Terima kasih sebesar-besarnya untuk orangtua saya tercinta Almarhum Ayah Antonius Hartono dan Almarhum Ibu Koleta Pangemanan, atas dukungan material dan immaterial juga doa pada saat masih ada. Kiranya Tuhan menerimanya di Surga. 2. Pembimbing I, Bapak Daniel Santoso, M.S. dan pembimbing II, Bapak Deddy Susilo, M.Eng. Terima kasih atas bimbingan, arahan, saran, nasihat juga yang tidak kalah penting, waktu dan kesabaran yang telah diberikan kepada penulis. 3. Kakak-kakakku yang tercinta, Desi Ariyani dan Dedi Ariyanto. Terima kasih untuk dukungan dan doa-doanya. 4. Sayangku Grace Inneke Purwanto atas doa, bantuan dan dukungannya. 5. Seluruh tenaga pengajar FTEK UKSW yang telah memberikan banyak ilmu agar kelak dapat bermanfaat saat aku berada di dunia kerja. 6. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Dita, Mbak Vera, Pak Budi, Pak Harto, Pak Bambang, Mas Hari. 7. Teman-teman angkatan 2009 tercinta, spesial to Agung “Ipank”, Daniel, Andin “Pakde”, Alvonso, Gigih “Bewok”, Ardit “Ditztonyo”, Adi Wicitra “Codot”, Stefanus yang selama ini merasakan perkuliahan dalam suka dan duka bersama. 8. Teman-teman kos “D’DUREN”, Rendi ”mbrot”, Agung, Alvonso, Bastian, Tio, Mima, Narendra, Rendi, Adit, Satya, Daniel, Dika. 9. R2C-Octopus 2012 dan R2C-Lynx 2013, Gigih “Bewok” 2009, Bayu “Glempong” 2010, Jati 2011 atas pengalaman yang luar biasa berharga. “My Team is My Blood”.
iii
10. Para penghuni Lab XT selama penulis mengerjakan skripsi, Danus “Sikat jaran” 06, Heru 06, Eko 07, Rian 07, Winan 07, Putu 07, Rofian 07, Henry 08, Edwin 08, Dhika 08, Visi 08, Ernanda 08. 11. Mas Lintang 04 sebagai pembimbing “ketiga” dalam pembuatan skripsi ini. 12. Pihak-pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu, yang turut andil dalam usaha penulis menyelesaikan studi di Universitas Kristen Satya Wacana. Tentunya ada begitu banyak pihak yang membantu penulis selama studi dan penulisan tugas akhir ini. Terima kasih. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh sebuah kesempurnaan, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi dunia elektronika.
Salatiga, Januari 2014
Penulis
iv
DAFTAR ISI INTISARI .......................................................................................................................... i ABSTRACT ..................................................................................................................... ii KATA PENGANTAR...................................................................................................... iii DAFTAR ISI .....................................................................................................................v DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................................ ix DAFTAR ISTILAH ...........................................................................................................x BAB I
PENDAHULUAN .......................................................................................1 1.1. Tujuan ........................................................................................... ....1 1.2. Latar Belakang .................................................................................. 1 1.3. Batasan Masalah ................................................................................ 3 1.4. Sistematika Penulisan ........................................................................ 4
BAB II
DASAR TEORI ...........................................................................................5 2.1. Kajian Pustaka .................................................................................. 5 2.2. Konsep Dasar Sistem ........................................................................... 6 2.3. Mikrokontroler ARM CORTEX M0 LPC 1114 ................................. 8 2.3.1.
General Purpose Input/Output ............................................ 10
2.3.2.
Timer/Counter 32 Bit .......................................................... 11
2.3.3.
Serial Peripheral Interface (SPI) ....................................... 12
2.4. Mikrokontroler ATmega8 ................................................................ 12 2.4.1.
ADC .................................................................................. 14
2.5. SRF04 Ultrasonik Range Meter Sensor............................................ 15 2.6. Sensor GP2D12 ............................................................................... 15 2.7. Liquid Crystal Display Karakter 16x2.............................................. 17 2.8. Sensor Cahaya Ultraviolet ............................................................... 19 2.9. Aturan Pertandingan ........................................................................ 19 v
BAB III
PERANCANGAN SISTEM ...................................................................... 26 3.1. Gambaran Sistem ............................................................................ 26 3.2. Perancangan Perangkat Keras .......................................................... 27 3.2.1.
Perangkat Keras Mekanik .................................................. 27
3.2.2.
Perangkat Keras Elektronik ................................................ 29
3.3. Perancangan Perangkat Lunak ......................................................... 35 3.3.1.
Perangkat Lunak Algoritma Pertama ................................. 36
3.3.2.
Perangkat Lunak Algoritma Kedua .................................. 37
3.4. Metode Pengujian .............................................................................. 39
BAB IV
3.4.1.
Konfigurasi Lapangan Pertandingan .................................. 40
3.4.2.
Borang Penilaian Hasil Pertandingan ................................. 43
PENGUJIAN DAN ANALISIS ................................................................. 45 4.1. Pengujian Dimensi Mekanik ............................................................ 45 4.2. Pengujian Catu Daya ....................................................................... 46 4.2.1.
Pengujian Tegangan Keluaran Catu Daya .......................... 46
4.2.2.
Pengujian Arus yang Ditarik oleh Sistem. .......................... 47
4.3. Pengujian Sensor UV Tron .............................................................. 47 4.4. Pengujian Sensor Jarak SRF04 ........................................................ 48 4.5. Pengujian Sensor Jarak (GP2D12) ................................................... 49 4.6. Pengujian Modul Sound Activation .................................................. 50 4.7. Pengujian Sensor Cahaya (Pendeteksi Garis, Home, dan Juring) ...... 51 4.8. Pengujian Algoritma ........................................................................ 51 4.8.1. BAB V
Persentase Keberhasilan Algoritma .................................... 61
KESIMPULAN DAN SARAN .................................................................. 64 5.1. Kesimpulan ..................................................................................... 64 5.2. Saran Pengembangan ....................................................................... 64
DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................................... 66 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.
Blok diagram sistem .................................................................................. 6
Gambar 2.2.
Konfigurasi pin ARM CORTEX MO LPC 1114 ....................................... 9
Gambar 2.3.
Pin penghubung pada SPI .........................................................................12
Gambar 2.4.
Konfigurasi pin mikrokontroler ATMega8 ...............................................14
Gambar 2.5.
Sensor SRF04 ..........................................................................................15
Gambar 2.6.
Sensor jarak GP2D12 ...............................................................................16
Gambar 2.7.
Blok diagram GP2D12 .............................................................................16
Gambar 2.8.
Grafik Vo terhadap jarak GP2D12 ...........................................................17
Gambar 2.9.
LCD 16x2 ................................................................................................18
Gambar 2.10. Sensor UV Tron dan modul driver ...........................................................19 Gambar 2.11. (a) Mode Non-Arbitrary Start, (b) Mode Arbitrary Start ..........................20 Gambar 2.12. Empat kemungkinan model konfigurasi pintu ...........................................20 Gambar 2.13. Peletakan boneka anjing ...........................................................................21 Gambar 2.14. Bentuk dan ukuran lapangan pertandingan (a.tampak atas, b.tampak samping) ..............................................................................................................................21 Gambar 2.15. Bentuk dan ukuran furniture.....................................................................22 Gambar 2.16. Bentuk dan ukuran sound damper ............................................................23 Gambar 2.17. Bentuk dan ukuran cermin........................................................................23 Gambar 2.18. Bentuk dan ukuran uneven floor ...............................................................24 Gambar 3.1.
Blok diagram sistem .................................................................................26
Gambar 3.2.
Realisasi desain mekanik ..........................................................................27
Gambar 3.3.
Pola pemancaran dan penerimaan ultrasonik ............................................28
Gambar 3.4.
Skema sistem minimum ARM CORTEX M0 LPC 1114 bagian atas ........29
Gambar 3.5.
Skema sistem minimum ARM CORTEX M0 LPC 1114 bagian bawah ....30
Gambar 3.6.
Rangkaian catu daya linear dengan IC LM317 .........................................30
Gambar 3.7.
Skema sistem minimum Atmega8 dan LCD 16x2 ....................................32
Gambar 3.8.
Catu daya tersaklar LM2596S ..................................................................33
Gambar 3.9.
Skema modul driver motor.......................................................................34
Gambar 3.10. Skema modul sensor cahaya .....................................................................35 Gambar 3.11. Skema modul sound activation .................................................................35 Gambar 3.12. Diagram alir algoritma pertama ................................................................36 vii
Gambar 3.13. Diagram alir algoritma kedua ...................................................................38 Gambar 3.14. Lapangan pertandingan konfigurasi 1 .......................................................40 Gambar 3.15. Lapangan pertandingan konfigurasi 2 .......................................................41 Gambar 3.16. Lapangan pertandingan konfigurasi 3 .......................................................41 Gambar 3.17. Lapangan pertandingan konfigurasi 4 .......................................................42 Gambar 3.18. Lapangan pertandingan konfigurasi 5 .......................................................42 Gambar 3.19. Lapangan pertandingan konfigurasi 6 .......................................................43 Gambar 3.20. Lapangan pertandingan konfigurasi 7 .......................................................43 Gambar 3.21. Borang penilaian hasil pertandingan .........................................................44 Gambar 4.1.
Pengujian lebar robot ...............................................................................45
Gambar 4.2.
Pengujian tinggi robot ..............................................................................45
Gambar 4.3.
Pengujian panjang robot ...........................................................................46
Gambar 4.4.
Pengujian tegangan keluaran catu daya dengan beban ..............................46
Gambar 4.5.
Pengukuran arus saat sistem dihidupkan ...................................................47
Gambar 4.6.
Grafik persentase keberhasilan memadamkan api dua algoritma pada setiap
harinya .............................................................................................................................62 Gambar 4.7.
Grafik persentase keberhasilan dua algoritma pada setiap sesinya ............62
viii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Data pemenang kontes robot nasional divisi berkaki .......................,... 2 Tabel 2.1. Register data pada GPIO ..................................................................... 10 Tabel 2.2. Register data direction pada GPIO ...................................................... 10 Tabel 2.3. Register TCR pada timer/counter 32 bit ............................................. 11 Tabel 2.4. Konfigurasi pin LCD 16x2 .................................................................. 18 Tabel 2.5. Nilai bonus pada setiap mode operasi .................................................. 24 Tabel 3.1 Konfigurasi penggunaan pin ARM CORTEX MO LPC 1114 ............ 31 Tabel 3.2. Konfigurasi penggunaan pin Atmega8 ................................................ 32 Tabel 4.1. Pengujian sensor UV Tron .................................................................. 48 Tabel 4.2. Pengujian sensor jarak SRF04 ............................................................. 48 Tabel 4.3. Pengujian sensor jarak (GP2D12) ....................................................... 49 Tabel 4.4. Pengujian modul sound activation ...................................................... 50 Tabel 4.5. Pengujian sensor cahaya (pendeteksi garis, home, juring) .................. 51 Tabel 4.6. Hasil pengujian sesi pertama pada hari pertama ................................. 53 Tabel 4.7. Hasil pengujian sesi pertama pada hari kedua .................................... 54 Tabel 4.8. Hasil pengujian sesi pertama pada hari ketiga .................................... 55 Tabel 4.9. Hasil pengujian sesi kedua pada hari keempat ................................... 56 Tabel 4.10. Hasil pengujian sesi kedua pada hari kelima .................................... 57 Tabel 4.11. Hasil pengujian sesi kedua pada hari keenam .................................. 58 Tabel 4.12. Hasil pengujian sesi ketiga pada hari ketujuh .................................. 59 Tabel 4.13. Hasil pengujian sesi ketiga pada hari kedelapan .............................. 60 Tabel 4.14. Hasil pengujian sesi ketiga pada hari kesembilan ............................ 61
ix
DAFTAR ISTILAH
ADC
Analog to Digital Converter
ARM
Advanced RISC Machine
AVR
Alf and Vegard’s Risc
CCD
Charge Coupled Device
DC
Direct Current
DIKTI
Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi
EEPROM
Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
GPIO
General Purpose I/O
I2 C
Inter Integrated Circuit
KRCI
Kontes Robot Cerdas Indonesia
KRPAI
Kontes Robot Pemadam Api Indonesia
LCD
Liquid Crystal Display
LED
Light Emiting Diode
MISO
Master Input Slave Output
MOSI
Master Out Slave Input
PMU
Power Management Unit
PSD
Position Sensitive Detector
PWM
Pulse Width Modulation
R2C
Robotics Research Center
RISC
Reduced Instruction Set Computing
ROM
Read Only Memory
SCLK
Serial Clock
SPI
Serial Peripheral Interface
SRAM
Static Random Access Memory
SS
Slave Select
TCFFRC
Trinity Colege Fire Fighting Robot Competition
UART
Universal Asynchronous Receiver Transmitter x
