SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176
RANCANG BANGUN ROBOT HEXAPOD DENGAN KENDALI JARAK JAUH Djiwo Harsono, Budi Suhendro, Rito Laksono Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir – Badan Tenaga Nuklir Nasioanal Jl. Babarsari Kotak Pos 6101/YKBB Yogyakarta Telp : (0274)48085,489716 ; Fax : (0274)489715
ABSTRAK RANCANG BANGUN ROBOT HEXAPOD DENGAN KENDALI JARAK JAUH. Penggunaan sumber radiasi nuklir menyimpan peluang terjadinya kecelakaan seperti sumber lepas, hilang atau kebocoran radiasi. Tugas akhir ini membuat sebuah robot berkaki enam (hexapod) dikendalikan dari jarak jauh melalui modul frekuensi radio UM96 dengan frekuensi sebesar 433MHz yang diharapkan dapat digunakan sebagai sarana untuk keperluan penanganan kecelakaan radiasi nuklir. Robot dikontrol menggunakan mikrokontroler dan dikoneksikan secara wireless ke PC dengan komunikasi UART. Robot memiliki 18 motor servo dimana terdapat 3 servo di masing-masing kaki. Robot ini dapat bergerak maju, mundur, berputar ke kiri dan ke kanan, dan bergeser ke kiri dan ke kanan dengan jarak pengendalian sejauh 220 meter. Robot memiliki daya sebesar 91,86 Watt dengan konsumsi arus sebesar 7,53 A ketika berjalan. Robot dibuat dari bahan akrilik dan mampu membawa beban sebesar 1,431 kg ketika berjalan. Kata kunci : Robot hexapod, motor servo, mikrokontroler, UART, UM96
ABSTRACT HEXAPOD ROBOT DESIGN FOR WITH WIRELESS CONTROL. The use of nuclear radiation sources save opportunities as the source of accidents loose, missing or radiation leaks. The final project is to make a six-legged robot (hexapod) controlled remotely via radio frequency module UM96 with a frequency of 433MHz is expected to be used as a means for the handling of nuclear radiation accidents. The robot is controlled using a microcontroller and connected wirelessly to a PC via UART communication. The robot has 18 servo motors where there are three servo on each foot. This robot can move forward, backward, turn left and right, and shifted to the left and right with distance control as far as 220 meters. The robot has a power consumption of 91,86 Watts with a current of 7,53 A when running. The robot is made of acrylic material and capable of carrying the load of 1.431 kg when it is running. Keywords: hexapod robot, servo motor, microcontroller, UART, UM96
PENDAHULUAN Hasil kemajuan teknologi seperti robot banyak memberikan bantuan bagi manusia terutama dalam pekerjaan-pekerjaan yang sulit dilakukan manusia. Seperti pada fungsi robot untuk menggantikan pekerjaan-pekerjaan di lingkungan yang membahayakan manusia, diantaranya JV2010, TRADOC, dan JFCOM yang merupakan robot dengan tugas untuk melakukan pencarian ranjau darat di medan perang; Inuktun, robot percari korban manusia pada reruntuhan bangunan; predator, robot pesawat pengintai[1]. Kegiatan pemanfaatan tenaga nuklir yang telah mencakup berbagai area kerja seperti industri, STTN-BATAN & PTAPB BATAN
institusi medis, penelitian, pendidikan, dan fasilitas nuklir, menyimpan potensi kecelakaan radiasi seperti sumber hilang, terjatuh atau pun kebocoran radiasi. Salah satu tindakan yang harus dilakukan pada saat terjadi kecelakaan tersebut adalah menentukan lokasi sumber radiasi yang paling memungkinkan. Agar dapat memenuhi asas ALARA (As Low As Reasonably Achievable), alangkah baiknya jika menggunakan sarana untuk pengendalian agar paparan yang terkena petugas bisa ditekan seminimal mungkin. Oleh karena itu, diciptakanlah sebuah robot yang dapat dikendalikan dari jarak jauh yang dapat digunakan sebagai sarana dalam pengendalian kecelakaan radiasi tersebut.
182
Djiwo Harsono, dkk
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 TEORI
Robot Institute of America memberikan definisi robot adalah ”Manipulator dengan fungsi ganda dan dapat diprogram kembali, didesain untuk dapat memindahkan komponen, peralatan-peralatan khusus melalui pergerakan yang diprogram agar dapat melakukan berbagai kegiatan”[2]. Robot hexapod memiliki enam kaki untuk berjalan dimana setiap kaki terdiri dari banyak sendi. Kaki-kaki pada robot hexapod simetris dan terdistribusi dalam dua bagian tubuh robot dan terletak pada sisi bagian kiri dan kanan tubuh robot. Desain tubuh robot hexapod terinspirasi dari sistem pergerakan hewan, seperti kecoa, serangga air atau laba-laba [3].
F
F cos θ
Robot Hexapod
θ
r
F sin θ
Gambar 2 Gaya Dan Torsi
Titik Berat Titik berat merupakan titik dimana benda akan berada dalam keseimbangan rotasi (tidak mengalami rotasi). Titik berat segienam berada di tengah-tengah segienam tersebut (Gambar 3).
Konsep Berjalan Tripod Konsep Tripod merupakan konsep berjalan robot dimana tiga kaki mengayun dan tiga kaki di bawah dengan posisi zig-zag seperti pada Gambar 1.
Gambar 3 Titik Berat Segienam
Mikrokontroler
Gambar 1 Konsep Tripod
Untuk menciptakan gerak melangkah pada robot hexapod ini, secara garis besar, terdapat 4 posisi penting dalam penempatan ujung-ujung kaki pada robot ini, yaitu Posisi Bawah Depan, Posisi Bawah Tengah/Netral, dan Posisi Bawah Belakang (Stance Phase =Fase Kaki Menjejak), serta Posisi Atas Tengah (Swing Phase = Fase Kaki Mengayun ). Dengan memindah-mindahkan posisi ujungujung kaki robot pada 4 posisi titik utama ini secara berulang-ulang dalam siklus periodik, robot hexapod akan mampu melakukan pergerakan melangkah (Dynamic Movement). Gaya dan Torsi Gaya adalah perkalian antara massa benda dengan percepatan. Sedangkan torsi merupakan sebuah besaran yang menyatakan besarnya gaya yang bekerja pada sebuah benda sehingga mengakibatkan benda tersebut berotasi. Torsi adalah hasil perkalian silang antara vektor posisi r dengan gaya F. Hubungan gaya dan torsi digambarkan pada Gambar 2. F=m.g T(y)= F . r cos θ T(x)= F . r sin θ Djiwo Harsono, dkk
Mikrokontroler adalah sebuah komputer mini yang keseluruhan sistemnya berada dalam satu chip yang terdiri dari CPU (Central Processing Unit), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), dan jalur input/output. Mikrokontroler AVR merupakan tipe mikrokontroler yang memiliki banyak fasilitas di dalamnya, seperti ADC internal, serial UART, internal PWM,SPI, dan internal-eksternal interupt. ATMega128 dan ATMega16 adalah mikrokontroler AVR yang digunakan pada penelitian ini sebagaimana tertampil pada Gambar 4.
Gambar 4 ATMega128 Dan ATMega16
Universal Asynchronous serial Receiver and Transmitter (UART) adalah salah satu fasilitas pada mikrokontroler AVR untuk memungkinkan untuk mengirim dan menerima data secara serial ke dan dari perangkat lain seperti PC atau mikrokontroler AVR lainnya. UART membutuhkan 3 sambungan untuk komunikasi yaitu Tx, Rx, dan GND. ATMega128 memiliki 2 buah UART yaitu UART0 dan UART1, sedangkan ATMega16 hanya memiliki 1 buah UART.
183
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Interupsi adalah fasilitas mikrokontroler untuk menyela suatu program yang sedang berjalan. ATMega128 memiliki 8 buah interupsi eksternal sedangkan pada ATMega16 hanya memiliki 3 buah interupsi eksternal. PWM PWM (Pulse Width Modulation) adalah teknik mendapatkan efek sinyal analog dari sebuah sinyal digital yang terputus-putus. PWM dapat dibangkitkan hanya dengan menggunakan digital i/o yang difungsikan sebagai keluaran. PWM dapat diciptakan dengan menswitch antara kondisi ON (logika '1') dan OFF (logika '0') pada frekuensi tertentu. Di dalam PWM terdapat istilah duty cycle yang merupakan rasio antara TON dengan periode sinyal. Pada penelitian ini PWM digunakan untuk mengatur posisi sudut motor servo dengan mengatur pada lamanya TON. Motor Servo Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Motor servo memiliki 3 buah pin masukan, yaitu pin Vcc (merah), pin GND (hitam), dan pin kontrol (kuning). Konstruksi motor servo yang digunakan pada penelitian ini yaitu HS-645MG tampak pada Gambar 5.
Modul UM96 Modul UM96 ini merupakan perangkat pengiriman data jarak jauh menggunakan frekuensi radio sebesar 433 MHz. Perangkat ini dapat difungsikan sebagai transmitter (Tx) atau Receiver (Rx), tetapi dapat pula difungsikan kedua-duanya yaitu sebagai Tx dan Rx sekaligus. Konstruksi perangkat ini dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Modul UM96
METODE PENELITIAN Perencanaan Mekanik Robot Robot hexapod ini adalah robot berkaki yang terdiri atas struktur mekanik berbahan akrilik 5 mm dan aluminium 1,5 mm. Robot memiliki ukuran panjang, lebar dan tinggi kurang lebih 30x30x20 cm. Bentuk fisik robot berkaki yang dirancang seringkas mungkin sehingga dapat memberikan manuver-manuver yang fleksibel dan gesit tertampil pada Gambar 8.
Gambar 8 Mekanik Robot Hexapod
Analisis Keseimbangan Statis Gambar 5 Motor Servo HS-645MG
Motor servo dapat dikendalikan dengan pemberian sinyal PWM pada kaki data masukan. Jika motor servo diberikan pulsa dengan TON duty cycle sebesar 1.5 ms mencapai gerakan 90 derajat, maka bila kita berikan data kurang dari 1.5 ms maka posisi mendekati 0 derajat dan bila kita berikan data lebih dari 1.5 ms maka posisi mendekati 180 derajat. Contoh posisi dan waktu pemberian pulsa tampak pada Gambar 6.
Kesetimbangan statis adalah robot dalam keadaan berdiri tetap dan diam dengan keenam kaki yang menginjak tanah. Analisis dapat dilakukan dengan memberikan asumsi bahwa keenam kaki robot sebagai tumpuan sebagaimana tertampil pada Gambar 9. Beban maksimal dapat diketahui dengan perhitungan torsi dan gaya pada empat kaki depan dan belakang, dan sepasang kaki tengah. Perhitungan terpisah karena kaki tengah memiliki jarak antar kaki yang berbeda dengan kedua pasang kaki lainnya.
Gambar 6. Contoh Posisi Dan Waktu Pemberian Pulsa
STTN-BATAN & PTAPB BATAN
Gambar 10 Analisis Pada Empat Kaki
184
Djiwo Harsono, dkk
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Diketahui ND=2179,84 g. Didapatkan nilai , karena simetris maka . Dari hasil tersebut diketahui nilai beban maksimal untuk empat kaki adalah sebesar 22,43 N. Sedangkan pada kaki tengah dicari dengan cara yang sama didapatkan nilai sebesar 13,77 N. Sehingga, beban maksimal total yang mampu diangkat pada keadaan statis adalah sebesar 36,2 N. Berdasarkan variasi sudut kaki didapatkan nilai pembebanan sebagaimana tertampil pada Tabel 1.
Dengan melakukan perhitungan , maka di dapatkan nilai beban maksimal sebesar 21,8 N. Berdasarkan variasi sudut kaki, maka didapatkan hasil seperti pada Tabel 2. Tabel 2 Hasil Analisis Keseimbangan Dinamis Posisi Sudut θ1 θ2 85 45 85 40 85 35 85 30 85 25 85 20 85 15 85 10 85 5 85 0
Tabel 1 Hasil Analisis Keseimbangan Statis Posisi Sudut θ1 θ2 85 85 85 85 85 85 85 85 85 85
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0
Beban Maksimal (N) Torsi 7,7 Kg Torsi 9,6 Kg cm cm 36,20 45,14 35,04 43,68 34,05 42,45 33,22 41,42 32,55 40,58 32,00 39,90 31,59 39,39 31,30 39,03 31,13 38,81 31,07 38,74
Diketahui bahwa posisi yang paling optimal untuk digunakan adalah pada θ1=85o dan θ2=45o. Analisis Keseimbangan Dinamis Sama seperti pada kesetimbangan statis, kesetimbangan dinamis ini lebih ditekankan pada kesetimbangan ketika robot berjalan dimana tiga kaki terangkat dan tiga kaki menginjak tanah. Itu artinya beban keseluruhann robot hanya ditopang oleh 3 kaki saja, yang terdiri dari 2 kaki sebelah kiri dan 1 kaki sebelah kanan atau sebaliknya.
Beban Maksimal (N) Torsi 7,7 Kg cm Torsi 9,6 Kg cm 21,80 27,18 20,97 26,14 20,27 25,27 19,69 24,55 19,22 23,97 18,85 23,50 18,56 23,15 18,37 22,90 18,25 22,75 18,21 22,70
Diketahui bahwa posisi yang paling optimal untuk digunakan adalah pada θ1=85o dan θ2=45o. Pengendalian Robot Robot dikendalikan oleh komputer yang mengirimkan data serial ke mikrokontroler utama melalui RX0, kemudian data diolah dan dikeluarkan menuju servo kontroler melalui TX1 untuk dihasilkan gerakan kaki robot. Perangkat pengiriman data terpisah dengan kontrol dan langsung dapat mengirimkan ke komputer berupa data counter dan data baterai. Skema kendali ini dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12 Diagram Blok Kendali
Kendali robot berdiri Gambar 11 Analis Pada Tiga Kaki
Berdasarkan penentuan stand position angle telah ditentukan bahwa sudut θ1=85o dan θ2=45o sebagai sudut yang paling optimal dalam membawa beban saat bergerak dinamis. Sedangkan untuk masing-masing sudut servo ditampilkan pada Tabel 3.
Diketahui nilai NA+NE sebesar 1472,9 g
Djiwo Harsono, dkk
185
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Tabel 3 Sudut Servo Pada Posisi Berdiri
Kendali robot maju Terdapat 4 step yang digunakan robot untuk melakukan gerakan maju, yaitu : (lihat Gambar 9). Step 1 : B-C-F naik 35o and bergerak maju 5o, dan A-D-E bergerak mundur 5o Step 2 : B-C-F turun 35o and bergerak maju 5o, dan A-D-E bergerak mundur 5o Step 3 : B-C-F bergerak mundur 5o ,and A-D-E naik 35o dan maju 5o Step 4 : B-C-F mundur 5o, dan A-D-E turun dan maju 5o Setelah 4 step terlampaui maka proses kembali ke step 1. Posisi sudut servo ketika berjalan maju ditampilkan pada Tabel 4.
Posisi Kaki Kanan Depan
Kiri Tengah
Kanan Belakang
Kiri Depan
Kanan Tengah
Kiri Belakang
Posisi Servo B1 B2 B3 C1 C2 C3 F1 F2 F3 A1 A2 A3 D1 D2 D3 E1 E2 E3
Sudut Servo 110 135 143 90 40 25 60 130 135 70 40 30 95 132 145 115 45 30
Tabel 4 Sudut Servo Ketika Berjalan Maju Posisi Kaki
Posisi Servo
Kanan Depan
Kiri Tengah
Kanan Belakang
Kiri Depan
Kanan Tengah
Kiri Belakang
B1 B2 B3 C1 C2 C3 F1 F2 F3 A1 A2 A3 D1 D2 D3 E1 E2 E3
Start 110 135 143 90 40 25 60 130 135 70 40 30 95 132 145 115 45 30
Kendali Robot Mundur Algoritma pada gerakan mundur sama dengan gerakan maju, perbedaannya hanya dibalik yaitu gerakan dimulai dari kaki belakang yang mundur. Sudut-sudut servo pada gerakan ini ditampilkan pada Tabel 5. Kendali Robot Berputar Gerakan ini merupakan gerakan robot berputar ke kiri atau ke kanan. Gerakan berputar berfungsi untuk menghindari halangan jika terdapat halangan di depan robot yang mengharuskan robot untuk mengubah arah pergerakan. Empat step yang
STTN-BATAN & PTAPB BATAN
1 115 170 143 80 5 25 65 165 120 75 40 20 85 32 145 120 45 30
Step 2 120 135 143 70 40 25 70 130 120 80 40 20 75 32 145 125 45 30
3 105 135 158 100 40 25 55 130 135 65 5 30 105 168 145 110 10 15
4 100 135 158 110 40 25 50 130 135 60 40 30 115 132 145 105 45 15
harus dilakukan untuk menghasilkan gerakan berputar yaitu: Step 1 : B-C-F naik, C maju 10o and B-F mundur 10o ,dan A-E mundur 10o , D maju 10o Step 2 : B-C-F turun and melanjutkan gerakan +10o, dan A-D-E melanjutkan gerakan + 10o Step 3 : A-D-E naik, D mundur 10o and B-F maju 10o, dan B-F maju 10o , C mundur 10o Step 4 : B-C-F melanjutkan gerakan +10o, dan A-DE turun dan melanjutkan gerakan +10o Posisi sudut servo ketika berputar ke kanan ditampilkan pada Tabel 6, dan ke kiri pada Tabel 7.
186
Djiwo Harsono, dkk
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Tabel 5 Sudut Servo Gerakan Mundur Posisi kaki
Kanan Depan
Kiri Tengah
Kanan Belakang
Kiri Depan
Kanan tengah
Kiri Belakang
Posisi Servo B1 B2 B3 C1 C2 C3 F1 F2
Start 110 135 143 90 40 25 60 130
1 105 170 143 100 5 25 55 165
Step 2 100 135 143 110 40 25 50 130
3 115 135 128 80 40 25 65 130
4 120 135 128 70 40 25 70 130
F3 A1 A2 A3 D1 D2 D3 E1 E2 E3
135 70 40 30 95 132 145 115 45 30
120 65 40 40 105 132 145 110 45 30
120 60 40 40 115 132 145 105 45 30
135 75 5 30 85 168 145 120 10 45
135 80 40 30 75 132 145 125 45 45
Tabel 6 Sudut Servo Gerakan Berputar Ke Kanan Posisi Kaki
Kanan Depan
Kiri Tengah
Kanan Belakang
Kiri Depan
Kanan tengah
Kiri Belakang
Posisi Servo B1 B2 B3 C1 C2 C3 F1 F2
Start 110 135 143 90 40 25 60 130
1 100 170 143 80 5 25 50 165
Step 2 90 135 143 70 40 25 40 130
3 120 135 143 100 40 25 70 130
4 130 135 143 110 40 25 80 130
F3 A1 A2 A3 D1 D2 D3 E1 E2 E3
135 70 40 30 95 132 145 115 45 30
135 80 40 30 105 132 145 125 45 30
135 90 40 30 115 132 145 135 45 30
135 60 5 30 85 168 145 105 10 30
135 50 40 30 75 132 145 95 45 30
STTN-BATAN & PTAPB BATAN
188
Djiwo Harsono, dkk
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Tabel 7 Sudut Servo Gerakan Berputar Ke Kiri Posisi Kaki
Kanan Depan
Kiri Tengah
Kanan Belakang
Kiri Depan
Kanan tengah
Kiri Belakang
Posisi Servo Start 110 135 143 90 40 25 60 130 135 70 40 30 95 132 145 115 45 30
B1 B2 B3 C1 C2 C3 F1 F2 F3 A1 A2 A3 D1 D2 D3 E1 E2 E3
1 120 170 143 100 5 25 70 165 135 60 40 30 85 132 145 105 45 30
Step 2 130 135 143 110 40 25 80 130 135 50 40 30 75 132 145 95 45 30
3 100 135 143 80 40 25 50 130 135 80 5 30 105 168 145 125 10 30
4 90 135 143 70 40 25 40 130 135 90 40 30 115 132 145 135 45 30
Tabel 8 Sudut Servo Geser Kanan Posisi Kaki
Kanan Depan
Kiri Tengah
Kanan Belakang
Kiri Depan
Kanan tengah
Kiri Belakang
Posisi Servo B1 B2 B3 C1 C2 C3 F1 F2
Start 110 135 143 90 40 25 60 130
1 100 170 138 90 5 20 70 165
Step 2 100 135 128 90 40 10 70 130
3 110 125 148 90 40 30 60 125
4 110 125 158 90 40 40 60 125
F3 A1 A2 A3 D1 D2 D3 E1 E2 E3
135 70 40 30 95 132 145 115 45 30
130 70 50 35 95 132 150 115 55 35
120 70 50 45 95 132 160 115 55 45
140 80 5 25 95 168 140 105 10 25
150 80 40 15 95 132 130 105 45 15
Kendali Robot Bergeser Gerakan bergeser merupakan salah satu gerakan tambahan dari robot hexapod yang berfungsi untuk menghindari rintangan yang berada di depan dan di samping robot. Gerakan bergeser ini menjadi sangat penting ketika rintangan berada di depan robot dan tidak mengubah arah pergerakan robot. Step yang harus ditempuh untuk gerakan bergeser ke kanan yaitu: Step 1 : B-C-F naik dan bergerak ke kanan 10o, dan A-D-E bergerak ke kiri 10o Step 2 : B-C-F turun dan melanjutkan ke kanan +10o, dan A-D-E melanjutkan gerak ke Djiwo Harsono, dkk
kiri+ 10o Step 3 : A-D-E naik dan bergerak ke kanan 10o dan B-C-F bergerak ke kiri 10o Step 4 : B-C-F melanjutkan bergerak ke kiri +10o, dan A-D-E turun dan melanjutkan gerak ke kanan +10o Langkah untuk bergerak ke kiri adalah sama ketika bergerak ke kanan, perbedaannya hanya terdapat pada arah gerakan yang berkebalikan denga gerakan ke kanan. Tabel 8 menampilkan sudut pada gerakan geser kanan dan Tabel 9 untuk gerakan geser ke kiri.
189
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Tabel 9 Sudut Servo Geser Kiri Posisi Kaki
Kanan Depan
Kiri Tengah
Kanan Belakang
Kiri Depan
Kanan tengah
Kiri Belakang
Posisi Servo B1 B2 B3 C1 C2 C3 F1 F2
Start 110 135 143 90 40 25 60 130
1 100 170 148 90 5 30 70 165
Step 2 100 135 158 90 40 40 70 130
3 110 125 138 90 40 20 60 125
4 110 125 128 90 40 10 60 125
F3 A1 A2 A3 D1 D2 D3 E1 E2 E3
135 70 40 30 95 132 145 115 45 30
140 70 50 25 95 132 140 115 55 25
150 70 50 15 95 132 130 115 55 15
130 80 5 35 95 168 150 105 10 35
120 80 40 45 95 132 160 105 45 45
Pengalokasian PORT Perangkat keras dari sistem yang akan dibangun meliputi sistem minimum mikrokontroler, ATMega128 dan ATMega 16, loader (SPI), interupsi dan beberapa jalur komunikasi. Untuk melakukan fungsi-fungsinya tersebut, maka dilakukan pengalokasian penggunaan port yang ada pada sistem minimum mikrokontroler ATMega128 seperti disajikan dalam Tabel 10. ATMega128 terdapat sedikit perbedaan dengan ATMega16 dari segi kaki SPI. Pada ATMega umumnya SPI ditempatkan pada kaki MISO,MOSI yang sudah tertera pada mikrokontroler tersebut. Namun tidak untuk ATMega128, berdasarkan datasheet, SPI tidak bisa ditempatkan pada MISO,MOSI defaultnya melainkan menggunakan kaki yang lain yaitu pin PORTE.0 sebagai MOSI dan PORTE.1 sebagai MISO.
HASIL DAN PEMBAHASAN Bentuk Fisik Robot Secara fisik robot memiliki bentuk menyerupai laba-laba dengan enam kaki sebagai penyokong tubuhnya. Bentuk ini memiliki kestabilan yang baik karena titik berat berada di tengah dan disokong oleh dua kaki di masingmasing diagonal titik berat robot. Robot memiliki ukuran panjang sebesar 32 cm, lebar 30 cm dan tinggi 25 cm pada saat berdiri maksimum, sedangkan pada posisi minimum (duduk) robot berukuran panjang 28 cm, lebar 26 cm dan tinggi 20 cm. Berat keseluruhan robot sebesar 2683,3 gram. Bentuk fisik robot dari beberapa sudut tergambar pada Gambar 13.
Tabel 10. Pengalokasian Penggunaan Port Pada ATMega128 Port PORTD.3 PORTE.0 PORTE.1 PORTD.0 PORTE.0 PORTE.1 PORTB.1
Fungsi TX1-Jalur komunikasi kendali servo RX0-Jalur komunikasi pada PC TX0-Jalur komunikasi pada PC Interupsi 0 ketika ada masukan dari PC Jalur SPI-MOSI Jalur SPI-MISO Jalur SPI-SCK
Kendali Servo merupakan sebuah modul yang digunakan untuk mengontrol servo dalam jumlah banyak. Pada penelitian ini servo kontroler dibuat dengan menggunakan ATMega16.
Djiwo Harsono, dkk
Gambar 13 Bentuk Fisik Robot
Pengujian Motor Servo Motor servo yang digunakan adalah tipe HS-645MG dengan torsi maksimum 9,6 kgcm.
189
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Motor ini mengkonsumsi arus sebesar 8,8 mA dalam keadaan tidak bergerak (idle), dan ketika bergerak tanpa beban membutuhkan arus sebesar 0,45 A. Dan ketika dalam keadaan berbeban, membutuhkan konsumsi arus sebesar 1 A. Berikut disajikan hasil pengujian motor servo berdasarkan input TON duty cycle pada Tabel 11.
Pengujian Gerakan Mundur Pengujian sama seperti pada pengujian maju, didapatkan hasil pada Tabel 13. Tabel 13 Hasil Pengujian Mundur Pengujian 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Tabel 11 Hasil Pengujian Servo Lebar Pulsa (uS) 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 2500
Sudut Servo (°) Program Aktual 0 0 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 100 110 110 120 120 130 130 140 140 150 150 160 160 170 170 180 180 190 190
Pengujian Berjalan Maju Pengujian dilakukan pada lintasan sepanjang 5 m, untuk dihitung kecepatan dan kemampuan gerak maju lurus disajikan pada Tabel 12.
√ ×
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ ×
Kecepatan Robot (m/s) 0,102 0,103 0,105 0,103 0,097 0,105 0,102 0,103 0,102 0,1
STTN-BATAN & PTAPB BATAN
= berhasil = gagal
Robot hexapod dapat berputar di tempat sebesar 360o tanpa berpindah posisi dengan kecepatan tertentu. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah robot dapat berputar secara sempurna dan berapa kecepatan robot saat berputar kembali ke posisi semula. Hasil pengujian ditampilkan pada Tabel 14. Tabel 14 Hasil Pengujian Robot Berputar Pengujian Waktu (s) 1 6,17 2 6,18 3 6,38 4 6,22 5 6,23 6 6,16 7 6,24 8 6,4 9 6,22 10 6,1 √ = berhasil × = gagal
√ √ √ √ √ √ √ √ √ √
Pada pengujian berjalan maju, kecepatan rata-rata robot adalah sebesar 0,102 m/s atau sekitar 10 cm/s. Dan pada pengujian ini robot berhasil maju lurus pada jarak 5 m dengan keberhasilan 100% tanpa adanya galat.
√ √ √ √ √ √ √ √ √ √
Pengujian Gerakan Berputar
Hasil
= berhasil = gagal
Hasil
Pengujian ini mendapatkan hasil bahwa robot mampu berjalan mundur lurus sepanjang 5 meter tanpa adanya galat dengan tingkat keberhasilan 100%. Kecepatan rata-rata robot ketika berjalan mundur ini adalah sebesar 0,09 m/s atau sekitar 9 cm/s.
Tabel 12 Pengujian Gerakan Maju Pengujian
Kecepatan Robot (m/s) 0,095 0,097 0,087 0,088 0,091 0,096 0,098 0,102 0,091 0,093
Hasil √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
Kecepatan rata-rata robot untuk berputar dengan sudut 360o membutuhkan waktu sekitar 6,23 detik. Robot ini selalu berhasil dalam melakukan gerakan berputar dengan keberhasilan 100% tanpa galat.
190
Djiwo Harsono, dkk
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Pengujian Gerak Bergeser Pengujian ini dilakukan pada lintasan lurus sepanjang 1 meter sebanyak 10 kali pengujian. Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui kecepatan robot dan kemampuan robot bergeser lurus pada lintasan 1 meter seperti tertampil pada Tabel 15.
membawa beban sampai pada sekitar 1431 gram sebagaimana tertampil pada Gambar 14.
Tabel 15 Hasil Pengujian Bergeser Pengujian 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 √ ×
Waktu (s) 15,34 15,27 15,67 15,34 15,8 15,75 15,3 15,5 15,8 15,4
Hasil √ √ √ √ √ √ √ √ √ √
Gambar 14 Grafik pengujian pembebanan Pengujian konsumsi daya Pengujian konsumsi daya ini dilakukan untuk mengetahui daya tahan baterai untuk melakukan gerakan robot. Berikut disajikan hasil nilai daya berdasarkan tipe gerak robot pada Tabel 17.
= berhasil = gagal
Tabel 17 Pengujian Konsumsi Arus
Robot hexapod ini mampu bergeser ke kanan maupun ke kiri dengan tingkat keberhasilan sebesar 100%. Kecepatan rata-rata robot bergeser untuk menempuh lintasan sepanjang 1 meter adalah selama 15,5 detik.
No 1 2 3 4 5 6 7 8
Pengujian Kecepatan Robot Terhadap Pembebanan Pengujian pembebanan ini dilakukan pada lintasan lurus sepanjang 1 meter dan dilakukan sebanyak 5 kali sesuai dengan besarnya pembebanan dan setiap pembebanan dilakukan pengujian sebanyak 3 kali untuk didapatkan hasil rata-rata nilai kecepatan. Hasil pengujian ditampilkan pada Tabel 16. Kecepatan (cm/s) No
1
2
3
1 2 3 4 5
572,3 739,3 877,7 1049,9 1431,9
10,200 10,130 10,050 9,606 9,285
10,204 10,012 10,320 9,921 8,749
10,331 9,890 9,775 9,390 9,506
Kecepatan Rata-rata robot (cm/s) 10,245 10,011 10,048 9,639 9,180
Pada pengujian pembebanan ini, robot sedikit mengalami penurunan kecepatan gerak, dan hampir konstan. Robot ini masih mampu untuk
Djiwo Harsono, dkk
Tegangan (V) 12 12 12 12 12 12 12 12
Arus (A) 3,67 2,31 7,53 7,23 6,34 6,31 7,62 7,71
Daya (W) 44,04 27,72 90,36 86,76 76,08 75,72 91,44 92,52
Jika dimisalkan baterai memiliki kapasitas 2,2 (Ah) digunakan untuk gerakan maju dengan rata konsumsi arus sebesar 7,53 A maka baterai akan habis selama 17,5 menit. Pengujian Kendali Jarak Jauh
Tabel 16 Pengujian Pembebanan Beban (gram)
Pengujian Gerak standby berdiri diam maju mundur putar kanan putar kiri geser kanan geser kiri
Pengujian ini dilakukan dengan mengukur respon robot terhadap jarak pengendalian. Berikut disajikan hasil pengujian kendali jarak jauh pada area terbuka pada Tabel 18. Dari hasil pengujian ini didapatkan bahwa robot masih dapat dikendalikan pada jarak maksimal sebesar 220 meter dengan pemancar (antena) yang berada di ketinggian 1 meter dari permukaan tanah. Selain pengujian terbuka, dilakukan pula pengujian secara tertutup di gedung STTN-BATAN dengan jumlah lantai 4 buah di dapatkan hasil pengujian sebagaimana tertampil pada Tabel 18
191
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Tabel 18 Hasil Pengujian Area Terbuka No 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 √ = × =
Jarak (meter) 1 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260
Standby
maju
mundur
√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × ×
√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × ×
√ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × ×
Putar kanan √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × ×
Putar kiri √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × ×
Geser kanan √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × ×
Geser kiri √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ √ × ×
berhasil gagal Tabel 19 Hasil Pengujian Area Tertutup
No
Gedung STTNBATAN 1 Lantai 1 2 Lantai 2 3 Lantai 3 4 Lantai 4 √ = berhasil × = gagal
Standby
Maju
Mundur
√ √ √ √
√ √ √ √
√ √ √ √
Respon Robot Putar kanan √ √ √ √
Putar kiri √ √ √ √
Geser kanan √ √ √ √
Geser kiri √ √ √ √
KESIMPULAN
3. Bejo, Agus, 2007, C & AVR Rahasia Kemudahan Bahasa C dalam Mikrokontroler ATMega8535, Graha Ilmu, Yogyakarta.
Telah dibuat sebuah robot berkaki enam yang dapat melakukan gerakan berjalan maju, mundur, berputar dan bergeser yang dapat dikendalikan secara nirkabel melalui PC.
4. Bekey, A., George, 2005, Autonomous Robots: From Biological Inspiration To Implementation And Control, Springer.
Robot mampu menahan beban seperangkat instrumentasi nuklir, catu daya, dan perangkat kontrol dan dapat ditambah beban sampai pada beban seberat 1500 gram. Robot mampu dikendalikan pada jarak maksimal 220 meter pada area terbuka dan pada Gedung STTN-BATAN pada area tertutup.
DAFTAR PUSTAKA 1. Astamar, Zaenul dan E.P., Popov, 1989. Mechanics of Material, 2nd Edition (SI version). Jakarta: Erlangga. 2. Barrett, Steven F. dan Pack, J. Daniel, 2008, Atmel AVR Microcontroller Primer: Programming and Interfacing, Morgan & Claypoo, Colorado.
STTN-BATAN & PTAPB BATAN
5.
[3]
6.
[1]
Jakimovski, Bojan. 2011. Biologically Inspired Approaches for Locomotion, Anomaly Detection and Reconfiguration for Walking Robots.Springer. Murphy, Robin, 2004, Introduction to AI Robotics, course Fall 2004, MIT Press 2000 for second edition.
7. Noble , Joshua, 2012, Programming Interactivity, 2 Edition, hal 400-405, O’Reilly Media.Inc, United Stated of America. 8. Rahmatullah, Syawaludin, 2010, Penerapan Algoritma Kinematika Maju Dan Balikan (Forward And Inverse Kinematics) Pada Olah Gerak Robot Berkaki Enam (Hexapod) Dengan 18 Derajat Kebebasan, Teknik Elektro, Institute Teknologi Bandung, Bandung.
192
Djiwo Harsono, dkk
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 9. Setiawan, Agus, 2008, Perencanaan Struktur Baja dengan metode LRFD, Erlangga. 10. Wardhana, Lingga, 2006, Belajar Sendiri Mikrokontroler AVR Seri ATMega8535, Penerbit Andi, Yogyakarta. 11.
[2]
Wijaya, Kurniawan, Suprianto, 2006, Pengembangan Walking Robot menggunakan Servo, Jurusan Sistem Komputer, Universitas Bina Nusantara, Jakarta.
Djiwo Harsono, dkk
193
STTN-BATAN & PTAPB-BATAN
