7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

1/12

1

A. LATAR BELAKANG MASALAH

Negara Indonesia memiliki luas wilayah perairan dua pertiga dari luas

seluruh wilayah Indonesia. Dengan luas yang mencapai 3.287.010 km2

wilayah

perairan ini memiliki peranan penting dalam kehidupan sehari hari, misalnya

sebagai tempat mencari ikan bagi para nelayan, tempat rekreasi keindahan alam di

bawah air, atau bahkan untuk pertahanan dan keamanan wilayah Indonesia.

Kondisi masyarakat saat ini hanya memperhatikan wilayah daratan saja, sehingga

wahana bawah air ini menjadi terabaikan.

Wilayah perbatasan Indonesia sebagian besar merupakan wilayah perairan,

kondisi ini sering menimbulkan perselisihan dengan negara negara yang

memiliki perbatasan wilayah Indonesia. Dengan luasnya wilayah air tersebut juga

menyebabkan masih banyak sumber daya yang berada di bawah air yang belum

terobservasi, baik sumber daya alam hayati maupun sumber daya alam mineral

yang masih bisa kita manfaatkan.

Berdasarkan hal tersebut, perlu adanya suatu AUV yang mampu

memonitoring wahana bawah air. Keunggulan AUV ini bila dibandingkan dengan

AUV lainnya ialah dilengkapi dengan sistem GPS dan dapat dikendalikan dengan

komputer maupun dengan remote control (Remotely Operated Underwaters

Vehicle). AUV ini berbasis Ardupilot Mega 2.0 yang merupakan salah satu jenis

mikrokontroller.

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

2/12

2

B. PERUMUSAN MASALAH

Rumusan masalah yang akan dibahas pada program ini sebagai berikut :

1. Bagaimana konstruksi suatu alat yang mampu menahan air agar tidak

merusak instrumentasi yang ada di dalamnya?

2. Bagaimana sistim instrumensi untuk alat monitoring dan mentransmisikan

hasilnya tanpa menggunakan kabel?

C. TUJUAN PROGRAM

Adapun yang menjadi tujuan dalam program ini adalah:

1. Terciptanya kendaraan bawah air nir awak dengan ukuran mini,

2. Memberikan informasi sumber daya alam yang ada di bawah air,

3. Menunjang kebutuhan pertahanan kemaritiman NKRI.

D. LUARAN YANG DIHARAPKAN

Luaran yang diharapkan dari program ini ialah sebagai berikut :

1. Terciptanyaprototype AUV mini yang mampu memonitoring wahana bawah

air.

2. Artikel ilmiah mengenai bagaimana cara membuat AUV dengan ukuran mini.

E. KEGUNAAN PROGRAM

Kegunaan dari program ini adalah meningkatkan kreatifitas mahasiswa

dalam hal merancang kendaraan bawah air. Selain itu, hasil dari program ini juga

bisa dimanfaatkan sebagai alat penunjang kebutuhan kemaritiman Indonesia dan

sebagai alat monitoring sumber daya alam yang ada di bawah air, AUV ini juga

bisa menjadi langkah awal dalam pengembangan AUV berikutnya.

F. TINJAUAN PUSTAKA

1. Autonomous Underwater Vehicle

Autonomous underwater vehicle merupakan sebuah robot yang dioperasikan

dibawah air dengan menggunakan sistem propulsi, dikontrol dan diarahkan oleh

sebuah komputer, dan bisa bermanuveur dalam tiga dimensi. Secara umum AUV

terdiri daricontrollerdanactuator(Von Alt, 2003).

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

3/12

3

Trio Jeffi (2011) telah mengembangkan sistem kendali AUV dengan metode

Sliding PID. Penambahan sudut dan kedalaman fin akan menyebabkan

berkurangnya kecepatan AUV. Jika kecepatan AUV terlalu rendah, maka gaya

thrustakan berkurang dan menyebabkan pergerakan AUV tidak stabil. Sedangkan

sistem tanpacontrollerakan menyebabkan sistem tidak stabil dan tidak terkendali.

Herman (2009) telah menginvestigasi dan mendeteksi kecepatan AUV

dengan sebuah persamaan matematika. metodologi yang digunakan ialah dengan

menjabarkan persamaan gerak yang sering digunakan pada kendaraan bawah air.

Persamaan yang didapatkan memiliki persamaan kecepatan quasi yang dapat

digunakan untuk pengendalianactuator.

Gambar 1. Komponenkomponen persamaan gerak AUV

(sumber : Jurnal Ocean Engineering 32)

Persamaan gerakan dengan menggunakan kecepatan quasi sebagai berikut :

+ ( ) + ( ) + ( )=

dimanaMadalah massa,Cadalah GayaCorriolis danCentripetal,D adalah

friksi dari gaya hidrodinamis.g adalah resultan gaya dari gaya gravitasi dan gaya

buoyancy. v adalah kecepatan absolut dan adalah resultan vektor dari semua

gaya dan momen yang bekerja.

Hong Li (2005) telah mendapatkan persamaan kendaliadaptive nonlinear

untuk kendali diving AUV. Selama ini, pemodelan diving AUV biasanya

diturunkan berdasarkan asumsi gerakan dari kendaraan tersebut. Biasanya, sudut

pitch dari AUV diasumsikan menjadi bidang diving yang kecil. Namun, hal

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

4/12

4

tersebut bisa menyebabkanerroryang sangat besar, dan sulit untuk diaplikasikan.

Dengan metodologiadaptive, hal tersebut dapat terpecahkan.

Evans (2004) telah menurunkan persamaan model matematika untuk sebuah

AUV. Gaya luar yang bekerja pada kendaraan tesrsebut seperti gaya hidrodinamik

telah dideterminasikan pada 360 sudut serang. Gaya dorong yang bekerja pada

badan juga telah disimulasikan. Model yang disimulasikan terdiri dari dua jenis C-

Scout AUV. Simulasi digunakan untuk memprediksi design tool, mengevaluasi

dan membandingkan kinerja dari kedua model tersebut.

Alvarez(2009) telah mengoptimalisasikan bentuk dari hull AUV. Bentuk

AUV tradisional biasanya dibangun seperti bentuk torpedo. Bentuk ini biasanya

tidak baik untuk digunakan pada snorkeling di permukaan laut. Bentuk AUV ini

didapat dengan mengsimulasikan algoritma dari parameter-parameter yang

bekerja pada hull dan hambatan dari gelombang.

Gambar 2. Parameter hull

(Sumber : Jurnal Ocean Engineering 36)

Persamaan hull optimal untuksnorkeling di permukaan air laut ialah

Yoga(2011) telah mengkaji robot bawah air yang dikendalikan olehremote

control. Robot ini digunakan sebagai alat bantu survei bawah air. Input kontrol

berasal dari keyboard komputer. Robot ini dibangun dengan mikrokontroller

MCS-51 yang diprogram dengan bahasa pemrograman assembly A51 dan

pemrograman GUI dengan Borland Delphi 7. Komponen utama robot yang

dihasilkan ialahkeyboard,propeller, papan sirkuit dan kamera.

Sugama (2008) telah menganalisa kestabilan dan merancang sistem kendali

AUV pada matra longitudinal. Kestabilan dilakukan dengan membangun model

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

5/12

5

dinamik berdasarkan persamaan gerak AUV dalam 6 derajat kebebasan. Model

dinamik yang diperoleh berupa persamaan state space hasil penurunan dari

persamaan yang telah dilinearkan pada bidang gerak longitudinal. Selanjutnya

analisis kestabilan di lakukan pada berbagai kondisi operasi wahana berdasarkan

kecepatan dan kedalaman. Dari hasil analisis tersebut, kemudian diketahui titik-

titik operasi wahana yang kurang stabil bahkan tidak stabil. Pada titik-titik operasi

ini, selanjutnya dirancang sistem kendali pitch damper untuk memperbaiki

kualitas kestabilannya.

2. Controller

Controllerialah sebuah alat yang bisa memerintahkan, mengendalikan dan

mengatur keadaan dari suatu sistem (Nise, 2004).Controlleryang digunakan pada

AUV ini menggunakan Arduino yang dilengkapi dengan berbagai sensor dan

biasanya disebut sebagaiArdupilot.

3. Aktuator

Aktuator adalah bagian yang berfungsi sebagai penggerak dari perintah

yang diberikan olehinput(Budiarto, 2010). Aktuator biasanya merupakan peranti

elektromekanik yang menghasilkan gaya gerakan. Aktuator dioperasikan oleh

sumber energi, biasanya berupa energi listrik, hidrolik atau pneumatic dan

mengubah energi tersebut menjadi suatu gerakan. Pada AUV ini ada dua jenis

aktuator yang digunakan yaitu motor brushless dan motor Servo.

4. Komunikasi Data

Komunikasi data yang digunakan untuk AUV ini ialah modul Xbee. ModulXbee Pro merupakan modul wireless dengan standar yang berdaya rendah.

Modul ini beroperasi pada frekuensi band 2.4 GHz. Xbee ini bisa berfungsi

sebagaitransmittermaupun sebagaireceiver.

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

6/12

6

G. METODE PELAKSANAAN PROGRAM

Dalam melaksanakan program ini, dilakukan dalam beberapa tahap, seperti

pada diagram alir berikut ini.

Gambar 3. Alur Metode Pelaksanaan Program

1. Studi Literatur

Tahapan pertama dalam program ini yaitu studi literatur, yakni dengan

mengumpulkan data dan informasi yang berhubungan dengan rancang bangun

AUV baik dari internet maupun dari media lain.

2. Perancangan AUV

Perancangan AUV ini dibagi menjadi 2 kelompok yaitu perancangan

mekanikal dan perancangan elektrikal. Hasil dari perancangan mekanikal ini

berupa gambar 3D dan 2D yang siap dikerjakan untuk tahap berikutnya.

Sedangkan dalam perancangan elektrikal dilakukan proses pemrograman pada

Ardupilot Mega dan pembuatan gambar sistem elektrik.

Studi Literatur

Perancangan AUV :

Pemodelan 3 dimensi, Perhitungan COG,

berat dan volume total, Pemodelan Sistem

Pembuatan AUV :

Pembuatan body, perakitan instrumentasisistem

Pengujian

Penyusunan Laporan

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

7/12

7

Berikut ini gambar rancangan prototipe dan dimensi AUV yang akan dibuat,

Gambar 4. Prototipe AUV

Sedangkan ukuran dari prototipe AUV ini dapat dilihat pada gambar di

bawah ini,

Gambar 5. Ukuran dan Bill of Material Prototipe AUV

Pada proses perancangan ini, dilakukan juga penentuan dan perhitungan

center of gravity (COG) dari prototipe AUV ini. Hal ini dilakukan agar pada saat

dioperasikan, sumbu badan AUV tetap pada bidanghorizontal. Perhitungan COG

dilakukan dengan memasukkan properties material dan berat pada setiap

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

8/12

komponen AUV dal

volume total dari AU

Sedangkan ran

gambar 8.

Saat AUV dis

control dan akan dite

oleh Ardupilot sehin

servo. Putaran dari

servo akan diteruska

Saat AUV dis

koordinat yang har

menjadi data serial

serial tersebut dipro

mode ini, pada layar

Nafiz Alemd

matematika dari gera

am software. Dengan demikian data dari

V bisa diperoleh.

cangan sistem prototipe AUV dapat dili

Gambar 6. Skema Kerja AUV

t mode Remote, sinyal radio akan dikirim

rima olehsignal receiver. Sinyal darireceiv

gga menghasilkan putaran motor DC dan

otor DC akan diteruskan ke propellerdan

kefin AUV.

et mode Autonomous, komputer menentu

s dilewati oleh AUV. Koordinat tersebu

ang bisa dikirim dengan menggunakan wir

es oleh Ardupilot menjadi gerakan motor

komputer bisa dilihat arah,pitch,roll danya

arolu (2000) telah menghasilkan per

kan sebuah kendaraan bawah air :

8

COG, berat dan

at pada skema

an oleh remote

erakan diproses

osisi dari sudut

posisi sudut dari

an koordinat

t akan diproses

eless Xbee, data

dan servo. Pada

dari AUV.

samaan model

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

9/12

9

1

2

1 2

-0.1033 - 0.02684

-0.1033 - 0.02684 0.6927 0.08099ref

s K s

s K K s s s s s

Persamaan matematika tersebut bisa dibuat menjadi model seperti pada

gambar berikut ini.

Underwater

Vehicle Lateral Dynamics

x ' = Ax+Bu

y = Cx+Dukl1

kl2

psi

r

ref yaw rudder

Gambar 7. Model simulink gerakan kendaraan bawah air

(Sumber : Control and Simulation of Motion of an Underwater Vehicle)

Outputdari persamaan di atas menjadi dasar pemrograman pada Arduino.

Software Matlab Simulinkversi 2012a sudah mendukungArduino Target. Dengan

demikian pemrograman akan menjadi lebih mudah.

3. Pembuatan AUV

Hal yang harus diperhatikan dalam pembuatan AUV ini yaitu konstruksi

sambungan harus tahan terhadap air, sehingga air tidak akan merusak sistem

instrumentasi di dalamnya.

Pembuatan AUV ini berdasarkan atas gambar yang dihasilkan dari tahap

perancangan. Proses yang dilakukan diantaranya pembuatanhull dan tail yang

terbuat dari material nylon, Proses perakitan dan lainlain.

4. Pengujian

Pengujian yang dilakukan yaitu dengan menjalankan AUV di laboratorium

hidrodinamika atau di kolam renang. Kondisi air yang digunakan ialah air tenang

dan bening, hal ini untuk memudahkan pengamatan dari hasil pengujian.

Berikut ini gambar lintasan pengujian prototipe AUV yang akan dilakukan

di kolam renang

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

10/12

10

Gambar 8. Lintasan pengujian prototipe AUV

Pada point pertama (START), AUV dijalankan dan harus bisa menuju point

kedua, setelah itu AUV harus bisa bermanuveur menuju point 3, dan bergerak

lurus menuju point keempat (FINISH).

5. Penyusunan Laporan

Pada tahap akhir dari metodologi ini ialah penyusunan laporan. Laporan ini

berisi hasil pengujian AUV. Laporan ini juga bisa digunakan bahan referensi jika

akan dilakukan pengembangan pada tahun berikutnya.

I. JADWAL KEGIATAN

Jadwal kegiatan pelaksanaan program sebagai berikut:

Tabel 1 Jadwal Kegiatan

No

.Kegiatan

Bulan

I

Bulan

II

Bulan

III

Bulan

IV

Bulan

V

1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4

1. Studi Literatur

2.Perancangan konstruksi

AUV

3.Perancangan sistem

kendali

4.Pembuatan AUV dan

perakitancontroller

5. Pengujian AUV

6.Pembuatan Laporan

akhir dan Poster

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

11/12

11

J. RANCANGAN BIAYA

Anggaran dana untuk pelaksanaan penelitian ini adalah:

Tabel 2 Rancangan biaya

No Keterangan Jumlah Satuan Harga

Satuan (Rp) Total (Rp)

A. Biaya Habis Pakai

1 Xbee serial 2 2 buah 650.000,00 1.300.000,00

2 ArduPilot Mega 2.0 1 buah 2.300.000,00 2.300.000,00

3 Servo 2 buah 650.000,00 1.300.000,00

4 Baterai 2 buah 280.000,00 560.000,00

5 ESC 1 buah 275.000,00 275.000,00

6 Motor DC 1 buah 340.000,00 340.000,00

7 Propeller 1 buah 150.000,00 150.000,00

8 Remote Control 1 buah 2.250.000,00 2.250.000,00

9 Acrylic 1 buah 350.000,00 350.000,00

10 Camera 1 buah 650.000,00 650.000,00

11 Charger Baterai 1 buah 175.000,00 175.000,00

Subtotal 9.650.000,00

B. Biaya Pembuatan

1

Proses Manufaktur

(Bubut, Bor, Frais) 1 2.000.000,00 2.000.000,00

Subtotal 2.000.000,00

C. Kesekretariatan

1 Kertas A4 2 rim 40.000,00 80.000,00

2

Penggandaan

Proposal 3 bendel 15.000,00 45.000,00

3 Buku Referensi 1 buku 100.000,00 100.000,00

4 ATK 1 paket 20.000,00 20.000,00

Subtotal 245.000,00

D. Akomodasi1 Transportasi 5 orang 30.000,00 150.000,00

2 Komunikasi 5 orang 30.000,00 150.000,00

Subtotal 300.000,00

E.Publikasi

1 Pendaftaran Artikel

Ilmiah1 kali 200.000,00 200.000,00

2 Poster 3 lembar 20.000,00 60.000,00

Subtotal 260.000,00

Total 12.455.000,00

7/22/2019 2.Isi AUV Rev1

12/12

12

K. DAFTAR PUSTAKA

Alvarez, A et al. 2009. Hull hydrodynamic optimization of autonomous

underwater vehicles operating at snorkeling depth. J Ocean Engineering

36(2009)105-112

Alemdarolu, Nafiz, 2000.Control and Simulation of Motion of an Underwater

Vehicle. Turkey: Ankara.

Budiarto, W.2010.Robotika teori dan implementasi. Yogyakarta: ANDI.

Herman, Przemyslaw w et al. 2009. transformed equations of motion for

Underwater Vehicles.J Ocean Engineering 36(2009)306-312

Hong Li, Ji et al. 2005. Design of an adaptive nonlinear controller for depth

control of an autonomous underwater vehicle. J Ocean Engineering

32(2005) 2165-2181

Jeffi, Trio. 2011. Pengembangan Sistem Kendali Robust AUV dengan Metode

Sliding PID. Tugas Akhir. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh

Nopember.

Nise, Norman S.2004.Control System Engineering. Pomona: John Wiley.

Nugraha Wakamenta, Yoga, 2011. Perancangan Dan Implementasi Robot IUV-

ROV.Tugas Akhir. Medan: Universitas Sumatera Utara.

Von Alt, Christopher.2003. Autonomous Underwater Vehicle. Woods Hole

Oceanographic Institution

Smith, S.M. 1994. Fuzzy Logic Control of Autonomous Underwater Vehicle.

Control Eng.Practice Vol.2, No.2, pp.321-331, 1994

Sugama, Agus. 2008. Analisis Kestabilan dan Perancangan Sistem Kendali

Autonomous Underwater Vehicle pada Matra Longitudinal. Tugas Akhir

AeroSpace Engineering ITB.