KAPAL AUTONOMOUS (OTOMATIS/SENSOR)
“ACRO Si Lumba – Lumba”
Diusulkan oleh: Taif Maharsyah Anung Nugroho Puguh sudarsono Dr. Ir. Bambang Dwi Argo, DEA
UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG, 2012
KATA PENGANTAR
Segala puji bagi Allah SWT, Tuhan semesta, Maha Kuasa diatas Segalanya, Maha Pengasih dan Penyayang, yang telah melimpahkan rahmad, taufiq, dan hidayah sehingga akhirnya tim kami dapat menyelesaikan rancangan dalam mengikuti Kontes Kapal Cepat Tak berawak yang diadakan oleh Universitas Diponegoro. Kontes Kapal Cepat Tak berawak merupakan salah satu upaya meningkatkan SDM yang mumpuni di bidang rancang bangun kapal melalui jalur akademik. Daya kreasi mahasiswa dalam lomba tersebut mencakup badan kapal yang baik, perencanaan sistem penggerak, dan sistem navigasi yang handal. Oleh karena itu tim kami merancang bangunan kapal yang berjudul “ ACRO Si Lumba-lumba“. Hakikat manusia adalah makhluk yang diliputi keterbatasan dan kekurangan sehingga selalu membutuhkan bantuan orang lain. Begitu pula dalam penyusunan perancangan kapal ini tidak akan dapat terlaksana apabila tidak ada sumbangsih dari pihak-pihak yang terkait. Bersama ini tidak lupa tim kami mengucapkan terima kasih kepada : 1.
Bapak Dr. Ir. Bambang Dwi Argo, DEA selaku dosen pembimbing yang dengan sabar dan Bijak membimbing kami.
2.
Teman-teman Tim Acro yang selalu membantu dalam pelaksanaan dan bimbingannya dalam perancangan. Elia , Nilam, Raden Octa, Galih, Dawiyah, gesuri, bahadur, cikop, dan smuanya yang turut membantu juga memberikan motivasi.
3.
Untuk kakak tingkat 2008 dan 2006. Untuk mz Aldo,mz Ubed, mz bandar dan yang lain-lain. Harapan yang diinginkan dalam pembuatan proposal rancangan adalah untuk
bermanfaat dalam Ilmu pengetahuan dan Teknologi pada sebagian orang-orang awam secara umum dan meningkatkan kualitas ilmu dari teman-teman Tim Acro agar berkembang dan jauh lebih baik dari sebelumnya. Malang, 10 Agustus 2012
Tim ACRO
DAFTAR ISI
Lembar Pengesahan ………………………………………………….................................... i Kata Pengantar ………………………………………………………................................... ii Daftar Isi ……………………………………………………………..................................... iii Abstrak ................................................................................................................................... iv I. Pendahuluan ……………………………………………….......................................... 1 II. Metode Pembuatan / Desain / Konsep Dasar………………………………………... 3 III. Materi Inti................................................................................................................... 6 IV. Pembiayaan ………………………………………………………........................ 10 Daftar Pustaka ..................................................................................................................... 11 Lampiran .............................................................................................................................. 12
ABSTRAK Kontes kapal cepat tak berawak nasional 2012 (KKCTBN 2012) merupakan salah satu kontes robot yang diadakan oleh DIKTI (Dit Litabmas) dalam rangka meningkatkan daya kreatifitas mahasiswa Indonesia dalam bidang IPTEKS. KKCTBN 2012 yang diadopsi dari kompetisi internasional roboboat yang dilakukan AUVSI Foundation, diharapkan mahasiswa Indonesia dapat memberikan kontribusi dibidang teknologi perkapalan, baik dalam skala nasional maupun internasional. Kapal cepat tak berawak yang dibuat diberi nama “ACRO Si Lumba-Lumba” dengan dimensi : panjang 120 cm, lebar 40 cm dan tinggi total 65 cm. “Acro Si Lumba-Lumba” menggunakan bahan dasar alumunium karena aluminium merupakan logam yang kuat namun ringan, serta tahan terhadap benturan. Kapal autonomus menggunakan beberapa sensor jarak dibagian depan dan belakang untuk mendeteksi jarak kapal dengan bola. Pada kapal juga dilengkapi dengan kamera, CMU cam yang kompatibel dengan mikrokontroler dimana kamera dapat berkomunikasi langsung menggunakan komusikasi serial (melalui port Tx dan Rx) dengan mikrokontroler. Kemudi kapal menggunakan motor servo yang memiliki torsi besar sehingga dapat membelokkan kapal sebagai respon jika menemukan rintangan tertentu. Propeller kapal menggunakan motor DC dengan driver ESC18A yang memiliki fasilitas pengaturan PWM sehingga putaran motor dapat dikendalikan, untuk meningkatkan kecepatan kapal, PWM pada driver motor ditingkatkan, sebaliknya untuk menurunkan kecepatan kapal, PMW pada driver motor akan diturunkan. Menggunakan modul RC dimana kapal bersifat Remote controllable, untuk pengendali pada mode remote control, yang akan difungsikan ketika kapal akan kembali ke dermaga. Compas module adalah komponen navigasi yang digunakan kapal “Acro Si Lumba-Lumba”, digunakan sebagai acuan ketika kapal akan berbelok beberapa derajat sebagai respon terhadap rintangan tertentu pada lintasan. Kecepatan kapal akan terus dimonitoring dengan menggunakan GPS module Em411 yang memiliki fasilitas berupa informasi kecepatan (velocity) kapal serta posisi koordinat kapal, komponen inti yang akan dijadikan acuan untuk menentukan kecepatan kapal, apakah harus ditingkatkan atau diturunkan. Kapal didesain dengan pengontrolan otomatis dimana jika kecepatan kapal menurun akibat dari rintangan berupa arus air yang berlawanan dengan arah gerakan kapal, maka PWM akan ditingkatkan untuk meningkatkan kecepatan kapal. Respon gerakan kapal untuk berbelok ditentukan berdasarkan sensor jarak dan kamera, pada jarak tertentu dan kamera membaca warna bola tertentu maka kapal dapat memberikan respon tertentu jika menemukan warna bola tertentu. Modul RC digunakan ketika telah diaktifkan mode RC yaitu ketika kapal telah sampai ditujuan.
I. PENDAHULUAN Perancangan kapal “ACRO Si Lumba-Lumba” mengacu pada jenis kapal cepat dengan bagian depan (Bulbous bow) yang meruncing, berfungsi untuk membelah aliran air dan memilimalisir gaya- gaya yang menghambat gerakan kapal, sehingga kapal dapat melaju dengan kecepatan yang optimal. Lambung kapal merupakan badan dari perahu atau kapal. Lambung kapal menyediakan daya apung yang mencegah kapal dari tenggelam. Rancang bangun lambung kapal merupakan hal
yang penting dalam membuat kapal karena akan memengaruhi stabilitas kapal, kecepatan rencana kapal, konsumsi bahan bakar, draft/kedalaman yang diperlukan dalam kaitannya dengan kolam pelabuhan yang akan disinggahi serta kedalaman alur pelayaran yang dilalui oleh kapal tersebut. Pada desain kapal “ACRO Si Lumba- Lumba” menggunakan model “Bentuk V” atau dikenal sebagai “V shaped hull”, merupakan bentuk lambung untuk kapal dengan kecepatan tinggi atau untuk digunakan melalui laut yang ganas, seperti pada kapal perang. Diharapkan dengan mengacu pada desain lambung kapal cepat, kapal autonomous dapat melaju dengan cepat pada perairan yang tenang maupun yang perairan yang berarus kencang. Pada bagian buritan kapal didesain agak lebar untuk meningkatkan kestabilan kapal, karena diwajibkan untuk kapal dapat menampung beban sebesar 2,5 kg (pay load). Untuk propeller menggunakan model baling-baling, adalah model yang umum digunakan pada kapal, dimana terdapat 4 buah baling-baling yang terselubung, selubung juga berfungsi untuk melindungi baling-baling propeler dari benda-benda yang dapat merusak. Motivasi untuk berkontribusi dalam ajang Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2012 (KKCTBN 2012), adalah melatih daya kreatifitas serta diharapkan untuk dapat memajukan teknologi perkapalan Indonesia, karena negara kita adalah negara maritim yang memiliki kekayaan laut yang melimpah. Teknologi kapal yang handal akan memberikan kemampuan untuk mengelola dan mempertahankan lautan Indonesia tercinta. ASV (Autonomous Surface Vehicle) adalah kapal tanpa awak yang beroperasi secara otomatis berdasarkan sensor-sensor, teknologi handal yang sangat cocok digunakan sebagai kapal untuk memonitoring lautan Indonesia. Kapal “ACRO Si Lumba-Lumba” mengikuti kategori kapal autonomous (otomatis) yang menggunakan beberapa sensor diantaranya : sensor jarak (SRF04) yang menggunakan gelombang ultrasonic berfungsi untuk mengetahui jarak kapal dengan rintangan (bola), kamera (CMU Cam) berfungsi untuk mendeteksi warna bola sehingga kapal dapat
memberikan respon tertentu jika bertemu dengan rintangan (bola) dengan warna tertentu. GPS module EM411 merupakan modul GPS yang berfungsi untuk mengetahui kecepatan dan koordinat kapal yang digunakan sebagai acuan untuk pengontrolan PWM pada driver motor ESC18A.
II. METODE PEMBUATAN / DESAIN / KONSEP DASAR
Dilengkapi dengan bagan alir pembuatan / desain yang menggambarkan konsep dan apa yang akan dilaksanakan. Bagan harus dibuat secara utuh dengan penahapan yang jelas, mulai dari mana, bagaimana desain yang digunakan beserta sistem didalamnya. Desain kapal “ACRO Si Lumba-Lumba” diawali dengan mengumpulkan berbagai informasi mengenai desain kapal cepat, system pengontrolan otomatis, sensor-sensor yang dapat digunakan sebagai indera bagi kapal untuk memberikan keputusan berupa reaksi atau gerakan robot dalam menghadapi rintangan tertentu. Adapun strategi yang digunakan kapal autonomous, untuk lintasan drag, diambil lintasan I ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Strategi untuk Lintasan II Drag
Pertama kapal diarahkan lurus, kemudian lakukan pengecekan arah tujuan kapal, kunci arah tujuan kapal dengan menekan keypad, Setting mode untuk lintasan 1/II. Kemudian setting kecepatan kapal yang diinginkan melalui keypad. Maka kapal akan bergerak secara otomatis kearah tujuan sambil melakukan pengecekan jarak terhadap rintangan (bola) jika jarak sudah sudah terpenuhi yaitu 80 cm dari bola maka kapal akan mulai melakukan gerakan membelok (kje kanan dan ke kiri tergantung pilihan lintasan I/II) dengan jarak membelok yang konstan
terhadap bola yaitu sebesar 80 cm dari bola. Ketika kapal sudah sampai dibagian ujung (bola yang tarakhir) akan terdapat kondisi, disebelah kiri terdapat bola dibagian belakang kapal terdapat bola dan bagian depan tidak ada bola, yang berarti robot harus bergerak kembali ke tempat tujuan dengan arah yang telah ditambahkan 180° (berlawanan dengan arah keberangkatan awal). Diagram alir cara kerja kapal akan ditunjukkan pada Gambar 2. Start `
Setting awal : 1. Kunci arah tujuan 2. Mode lintasan drag(I/II)/manuver 3. Kecepatan kapal Melalui keypad Compass module mengambil keputusan untuk kemudi kapal sesuai dengan arah tujuan
Pengecekan kecepatan dan koordinat menggunakan GPS Module Driver Motor DC mengendalikan kecepatan putaran motor DC (kecepatan kapal konstan sesuai setting awal) Sensor Jarak mendeteksi rintangan (bola) pada beberapa sisi kapal
Kamera akan mendeteksi warna rintangan (bola) untuk melakukan respon tertentu terhadap warna tertentu
End
Gambar 2. Diagram Alir Cara Kerja Kapal
III. MATERI INTI Desain kapal “ACRO Si Lumba- Lumba”, mengacu pada kapal cepat dengan bagian depan yang meruncing, bagian buritan agak melebar dan lambung kapal menggunakan bentuk V. desain kapal autonomous ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Desain Kapal Tampak Atas.
Sensor yang digunakan pada kapal autonomous, 8 buah sensor jarak SRF 04, agar dapat mendeteksi rintangan (bola) dari beberapa sisi kapal.7 buah dibagian depan dan 1 buah
dibagian belakang. Menggunakan 1 buah kamera CMU Cam untuk mendeteksi warna bola yang ada dibagian depan kapal agar kapal dapat memberikan respon tertentu pada warna tertentu yang menjadi rintangan pada lintasan. Baterai yang digunakan adalah Lippo 3 cell 12 volt yang memiliki arus besar sehingga memungkinkan untuk kapal berlayar lebih lama, dan baterai tipe polimer ini memiliki berat yang relatif lebih ringan dibandingkan baterai tipe lainnya. Bagian belakang kapal terdapat propeller dan kemudi kapal yang akan ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Bagian belakang kapal
Motor yang digunakan sebagai penggerak propeller adalah Mo tor DC Emax CF2812 yang memiliki RPM tinggi dan umum digunakan pada RC helicopter dan quadkopter. Driver motor DC menggunakan ESC18A dengan fasilitas pengontrolan motor dengan PWM. Kemudi kapal menggunakan motor servo MG-16 yang memiliki torsi besar sehingga dapat mengarahkan kapal pada arah yang diinginkan. Bagian atas kapal memiliki penutup untuk menghindari air masuk kedalam kapal yang akan ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Bagian Atas Kapal Terdapat tempat beban (pay load) yang mampu menahan beban 2,5 kg yang difungsikan juga sebagai penutup bagian atas kapal. Pada kapal juga dilengkapi dengan GPS module Em411 untuk mengetahui kecepatan dan koordinat kapal. Informasi kecepatan ini yang akan dijadikan acuan untuk pengontrolan PWM pada driver motor DC. Pada kategori autonomous diwajibkan untuk robot bersifat Remote controllable, sehingga pada kapal dilengkapi dengan module RC Turnigy 9X 9Ch Transmitter w/ Module & 8ch Receiver yang akan diaktifkan setelah robot dapat sampai ke tujuan, untuk dikendalikan menggunakan remote kembali ke dermaga. Komponen tambahan berupa LCD 16x2 sebagai tampilan dan keypad 4x4 untuk setting (awal) kapal.
IV. PEMBIAYAAN Rincian pembiayaan untuk pembuatan kapal “ACRO Si Lumba-Lumba”, ada;ah sebagai berikut : No.
Komponen
Jumlah
Harga
Total
2 lembar
Rp 320.000
Rp 640.000
1.
Alumunium 2mm (bahan dasar body kapal)
2.
Minimus system AVR (Atmega 16)
1 buah
Rp 250.000
Rp 250.000
3.
Motor Servo MG-16 (kemudi kapal)
1 buah
Rp 320.000
Rp 320.000
4.
Motor DC Emax CF2812 (xiiiropeller)
1 buah
Rp 370.000
Rp 370.000
5.
Driver Motor DC ESC18A
1 buah
Rp 430.000
Rp 430.000
6.
GPS module EM411 (deteksi kecepatan dan
1 buah
Rp 553.000
Rp 553.000
koordinat) 7.
CMU Cam (deteksi warna bola)
1 buah
Rp 3.920.000
Rp 3.920.000
8.
SRF 04 (Sensor jarak)
8 buah
Rp 390.000
Rp 3.120.000
9.
Compas module (navigasi)
1 buah
Rp 720.000
Rp 720.000
10.
LCD 16x2 (tampilan)
1 buah
Rp 60.000
Rp 60.000
11.
Keypad 4x4 (setting kapal)
1 buah
Rp 45.000
Rp 45.000
12.
Turnigy 9X 9Ch Transmitter w/ Module & 8ch
1 buah
Rp 1.650.000
Rp 1.650.000
1 buah
Rp 360.000
Rp 360.000
Total
Rp 12.438.000
Receiver (Remote controllable) 13.
Baterai Lippo 3 cell
DAFTAR PUSTAKA
Pitowarno, Endra. 2006. Robotika : Desain, Kontrol, dan Kecerdasan Buatan. Penerbit Andi Yogyakarta. Yogyakarta. Zhang, Jason . 2006. GPS Satellite Velocity and Acceleration Determination using the Broadcast Ephemeris. China University of Mining Technolog. Xuzhou. Serrano, Luis. 2004. A GPS Velocity Sensor: How Accurate Can It Be? – A First Look. University of New Brunswick. Canada Purwanto, Dedi, 2010. Kajian Pe rbaikan Performansi Pada Hydrofoil Kapal Cepat Dengan Penambahan Sirip Menggunakan Metode Computational Fluid Dynamic (CFD). ITS. Surabaya
LAMPIRAN
Minimum system AVR (ATMEGA16)
RC Module + Remote (Transmitter & Receiver)
Motor DC Brushless
ESCDriver Motor DC
GPS Module EM411
Compass Module
DATA DIRI PESERTA Nama Tim
: ACRO
Nama Bangunan Gedung
: Fakultas Teknologi Pertanian
Perguruan Tinggi
: Universitas Brawijaya
Alamat Perguruan Tinggi
: Jl. Veteran Malang
Telepon
: +62 0341-551611
Faksimile
: +62 0341-565420
E-mail
:
[email protected]
Dosen Pembimbing Nama Lengkap
: Dr.Ir. Bambang Dwi Argo, DEA
NIP
: 19610710 198601 1 001
Alamat kantor
: Jl. Veteran Malang
Alamat rumah
: Bumi Asri Sengkaling Blok J-Malang
Telepon/Faksmile/HP
: 0341 568917 / 08123210465
E-mail
:
[email protected]
Mahasiswa 1 Nama Lengkap
: Taif Maharsyah
NIM
: 0911020076
Jurusan/ Semester
: Keteknikan Pertanian / 7
Alamat rumah
: Jl. Bunga Andong 3D, Malang
Telepon/Faksmile/HP
: 08563563438
Mahasiswa 2 Nama Lengkap
: Anung Nugroho Jaya Laksono
NIM
: 0911023024
Jurusan / Semester
: Keteknikan Pertanian / 7
Alamat rumah
: Jl. Semeru VIII No. 99 Nganjuk
Telepon/Faksmile/HP
: 085755011042
Mahasiswa 3 Nama Lengkap
: Puguh Sudarsono
NIM
: 115100207111016
Jurusan / Semester
: Keteknikan Pertanian / 3
Alamat rumah
: Jl.Kertorahayu 68A, Malang
Telepon/Faksmile/HP
: 081938697470
