Implementasi Sistem Otomatis pada Robot Kapal Berbasis...

40

TELEKONTRAN, VOL. 2, NO. 1, NOVEMBER 2014

Implementasi Sistem Otomatis pada Robot Kapal Berbasis

Komputer Vision Untuk Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional

Implementation of Autonomous System in Computer Vision-Based

Robotic Boat to Contest Nasional Unmanned Speedboat

Yogi Adi Nugraha Teknik Elektro, Fakultas Teknik dan Ilmu Komputer, UNIKOM

Jl. Dipati ukur No 112, Bandung

Email : [email protected]

Abstrak Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional (KKCTBN) merupakan kontes yang diselenggarakan oleh

Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (DitLitabmas), kontes acara tahunan ini di ikuti

peserta dari berbagai universitas yang ada di Indonesia. Kontes ini terdiri dari 3 kategori yang

diperlombakan, yaitu : kategori sistem otomatis (autonomous), kategori manual (remote control), dan

kategori mesin (fuel engine). Dengan mengikuti kategori otomatis (autonomous), perancangan kapal

diharuskan dapat berdiri sendiri tanpa adanya bantuan operasi manual. Sistem kapal menggunakan sistem

pengolahan citra, dengan menggunakan software LabVIEW 2012, perangkat kamera dan mikrokontroler.

Tujuan dari perlombaan ini yaitu, merancang sistem kapal agar dapat melewati rintangan bola.

Kata Kunci : KKCTBN, pengolahan citra, LabVIEW 2012

Abstract “Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional” (KKCTBN) is a contest organized by the Directorate of

Research and Community Service “ Direktorat Penelitian dan Pengabdian Kepada Masyarakat”

(DitLitabmas), the contest is an annual event in the follow participants from various universities in

Indonesia. This contest consists of 3 category that is, namely: the category of automated systems

(autonomous), the category of manual (remote control), and the category of the engine (engine fuel). By

following categories of automatically (autonomous), the design of the vessel is required to be able to stand

alone without the help of manual operation. Ship system uses image processing system, using the LabVIEW

2012 software, camera and microcontroller devices. The purpose of this race is, design the system so that

ships can pass through obstacles ball.

Keywords : KKCTBN, image processing, LabVIEW 2012

I. PENDAHULUAN

Fungsi dari sebuah kapal tak berawak ini

sudah banyak dikembangkan oleh negara-negara

maju. Kapal tersebut di fungsikan sebagai alat

pertahanan militer dengan tujuan untuk

mengurangi korban jiwa saat perang. Kapal yang

akan dirancang ini difungsikan berbeda, yaitu

merancang sistem kapal yang bersifat otomatis

yang bertujuan agar kapal dapat melewati

rintangan bola warna, sebagai navigasi sistem

kapal dilengkapi sensor kompas sebagai nilai

referensi untuk masukan pengontrol proportional

dan derivatif (PD). Pengontrol PD tersebut

difungsikan untuk menstabilkan posisi kapal

ketika lintasan lurus. Untuk mendeteksi bola

warna, terpasang perangkat kamera yang

terhubung dengan software LabVIEW 2012

sebagai navigasi ketika kapal akan belok. Di

LabVIEW tersebut terinstal toolkit vision dari

produk National Instrument (NI), dengan toolkit

tersebut untuk mempermudah pengguna untuk

mengolah data gambar yang akan diproses.

II. DASAR TEORI

Model Warna Hue Saturation Value A.

(HSV)

Model warna HSV merupakan kepanjangan

dari Hue Saturation dan Value. Dari pengertian

tersebut memiliki fungsi masing-masing yang

berbeda. Hue merupakan suatu ukuran panjang

gelombang dari warna utama, hue mempunyai

mailto:[email protected]

41


ukuran berkisar antara 0-255. 0 mewakili warna

merah hingga melalui suatu spektrum kembali

bernilai 256. Saturation merupakan suatu proses

untuk meningkatkan kecerahan warna yang di

dasari dari jumlah hue murni pada warna akhir.

Value merupakan sebuah ukuran seberapa besar

kecerahan dari suatu warna. Apabila warna itu

memiliki ukuran 100% maka akan terlihat sangat

cerah, dan ketika 0% maka akan terlihat gelap.

Berikut ilustrasi dari model warna HSV

terlihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Model Warna HSV

Untuk mendapatkan nilai HSV ini dapat di

konversi dari nilai RGB HSV dengan

persamaan sebagai berikut :

{

(

)

(

)

(

)

(1)

{

dan

(2)

Metode Threshold B.

Threshold merupakan salah satu metode

proses pemisahan citra dari nilai derajat keabuan

menjadi nilai biner (hitam putih), sehingga akan

memudahkan proses identifikasi. Citra yang di

threshold g(x,y) dapat didefinisikan sebagai

berikut :

{

T = Threshold

(3)

f(x,y) T disebut object point

Pengontrol Proportional dan Derivative C.

Pengontrol PD merupakan pengontrol sistem

umpan balik yang banyak digunakan di sistem

kontrol. Tujuannya untuk mengurangi nilai error

dan menghasilkan nilai output sesuai dengan set

point. Berikut blok diagram pengontrol PD yang

diperlihatkan pada Gambar 2.

Gambar 2. Blok diagram pengontrol PD

Blok diagram di atas merupakan sistem

pengontrol Proportional dan Derivative (PD)

yang menggunakan sistem close loop artinya saat

nilai error muncul sistem akan memperkecil nilai

error tersebut, kemudian menjalankan penggerak

aktuator, dan mengeluarkan hasil output proses.

Dari hasil output tersebut di umpan balikan ke

sensor yang akan diproses kembali untuk

mencapai nilai set point yang telah ditentukan.

Sehingga persamaan pengontrol PD adalah

sebagai berikut :

(3)

Keterangan :

: output dari pengontrol PD

: gain proportional dan derivative

: gain derivative

e(t) : nilai error

Persamaan (3) apabila didiskritisasi maka akan

menjadi :

Pout u(t)= Kp.e(t) (4)

dan

Dout u(t)= Kd. –

(5)

Pada dasarnya aksi kontrol P dan D bertujuan

untuk menggabungkan kelebihan komponen-

komponen dasar P dan D, komponen dasar

tersebut antara lain:

42


Gambar 3. Blok diagram sistem

1. Kontrol Proportional (KP), berfungsi

sebagai kontrol untuk mempercepat respons

mencapainya set point.

2. Kontrol Derivative (KD), berfungsi sebagai

kontrol untuk mengurangi nilai overshot.

III. PERANCANGAN

Perancangan ini akan terbagi menjadi lima

bagian utama, yaitu : blok diagram sistem,

pemilihan komponen, anggaran rincian biaya,

perancangan mekanik, perancangan hardware dan

perancangan software.

Blok Diagram Sistem D.

Gambaran dari blok diagram sistem yang akan

dirancang ditunjukkan pada Gambar 3.

Berdasarkan blok diagram tersebut untuk input

sistem digunakan perangkat kamera webcam yang

berfungsi untuk mendeteksi adanya bola, kamera

tersebut terhubung dengan laptop yang berfungsi

sebagai pemrosesan untuk pengolahan data

gambar. Dari laptop tersebut akan mengirimkan

karakter ke mikrokontroer untuk memberikan

pulsa ke Electronic Speed Control (ESC) dan

selanjutnya akan menjalankan motor brushless.

Sebagai nevigasi kapal digunakan perangkat

sensor kompas untuk mengetahui posisi kapal.

Licuid Crystal Diode (LCD) berfungsi untuk

menampilkan karakter keluaran dari

mikrokontroler.

Perancangan Mekanik Kapal E.

Jenis dari kapal yang akan dirancang yaitu

berjenis monohull, dimana jenis monohull kapal

memiliki kelebihan dalam bermaneuver yang

cepat. Untuk ukuran maksimal panjang kapal

keseluruhan LOA (Length Over All) = 130 cm,

Lebar kapal maksimal = 70 cm, dan tinggi kapal

maksimal = 90 cm. Sedangkan untuk berat kapal

dibatasi sebesar 30 kg. Gambar dari kapal yang

akan dirancang ditunjukan pada Gambar 4 dan

Gambar 5.

Gambar 4. Ukuran kapal yang akan dirancang

Gambar 5. Tampak atas keseluruhan kapal

43


Gambar 6. Skematik rangkaian modul arduino uno

Perancangan Hardware F.

Pada perancangan perangkat keras (hardware)

ini meliputi pembahasan mengenai:

mikrokontroler, sensor, aktuator, ESC, kamera

webcam, catu daya dan LCD 2X16.

1) Mikrokontroler Arduino uno

Mikrokontroler arduino uno merupakan modul

kontroler dalam perancangan sistem kapal.

Mikrokontroler arduino uno memiliki fasilitas

USB sebagai jalur komunikasi antara perangkat

PC/Laptop dengan mikrokontroler dengan

eksekusi data sebesar 16000 instruksi/detik dan

memiliki pin ADC. Gambar 6 menunjukkan

skematik rangkaian dari modul arduino uno rev 3.

2) Modul sensor kompas (HMC5883L)

Pada perancangan ini sensor kompas

HMC5883L digunakan untuk mengetahui posisi

sudut, dengan tujuan sebagai navigator untuk

pergerakan kapal. Berikut skematik dari rangkaian

HMC5883L :

Gambar 7. Skematik rangkaian HMC5883L

3) Kamera Webcam C310

Modul kamera yang digunakan di perancangan

ini adalah webcam C310 untuk mengambil data

berupa gambar/citra analog yang diolah menjadi

citra digital. Berikut konfigurasi dari kamera

webcam C310.

Gambar 8. Skematik konektor webcam

44


4) Electronic Speed Control (ESC)

ESC yang digunakan di perancangan ini adalah

ESC Brushless Pro 30A. ESC ini digunakan

sebagai penguat sinyal pulsa dari mikrokontroler

dan mengeluarkan arus yang besar digunakan

untuk menjalankan motor brushless.

Gambar 9. Skematik konektor ESC

5) Motor Brushless BL 2212/13B

Motor Brushless yang digunakan di

perancangan ini adalah motor brushless BL

2212/13B. Motor ini digunakan sebagai aktuator

(penggerak) kapal agar kapal bisa melaju dengan

baik,

Gambar 10. Skematik konektor motor brushless

6) Licuid Crystal Diode (LCD) 2x16

LCD ini digunakan sebagai indikator keluaran

dari mikrokontroler yang menampilkan data

kompas dan data pulsa motor. Berikut skematik

rangkaian dari LCD 2x16.

Gambar 11. Skematik rangkaian LCD 2x16

Perancangan Software G.

Aplikasi komputer vision sendiri dibuat

menggunakan software LabVIEW dengan bantuan

toolkit image processing yang sudah tersedia di

National Instrument. Gambar 12 menunjukkan

tampilan front panel navigasi control. Gambar 13

dan Gambar 14 menunjukkan alir program

LabVIEW yang disajikan dalam bentuk flowchart.

IV. PENGUJIAN

A. Pengujian Tuning Pengontrol PD

Tuning ini bertujuan untuk menentukan

konstanta parameter aksi kontrol proportional dan

derivative. Proses tuning yang dilakukan

menggunakan metode tuning trial and error

artinya melakukan percobaan pengulangan

berkali-kali dengan memberikan nilai konstanta

proportional dan derivative hingga diperoleh hasil

yang diinginkan. Tabel 1 menunjukkan hasil uji

coba tuning kontrol P dan D.

B. Pengujian Kamera

Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui

seberapa sensitif kamera saat menangkap objek

bola berwarna dalam keadaan kondisi tertentu,

dengan mengacu pada nilai particle yang

ditangkap yang diolah dengan software LabVIEW

2012. Gambar 15 menunjukkan hasil uji coba

threshold dan Tabel 2 menunjukkan pengujian

threshold di segala kondisi pencahayan.

Sedangkan Tabel 3 menunjukkan hasil pengujian

kamera dan LabVIEW.

C. Pengujian Speed Test

Speed test ini bertujuan agar kapal dapat

melewati batas bola tengah yang sudah ditentukan

dengan jarak panjang kolam sebesar 8 meter.

Gambar 16 menunjukkan ilustrasi lintasan uji

speed test, bola yang dideteksi yaitu

menggunakan bola berwarna hijau. Gambar 17

menunjukkan hasil pengujian speed test. Dan

Tabel 4 menunjukkan hasil pengujian speed test.

45


Gambar 12. Front panel navigasi kontrol

Start

Inisialisasi

nilai HSV

Inisialisasi I/O

Apakah

Speed Test

Apakah

Maneuver Test

Speed test Maneuver test

Selesai

Y Y

TT

Gambar 13. Flowchart utama Labview

46


Filter objek

Grab Cam R RGB

Skala di perkecil

Threshold mode HSV

mulai

Prosedur Speed test

Cam R ON

Apakah

Cam R deteksi

Hijau?

Indikator 2 Menyala

Kirim karakter 2

Tunggu 3 detik

Return

Filter objek

Grab Cam L RGB

Skala di perkecil

Threshold mode HSV

mulai

Prosedur Maneuver

test

Apakah

Cam L deteksi

Hijau?

Indikator 1 Menyala

Kirim karakter 1a

Filter objek

Grab Cam R RGB

Skala di perkecil

Threshold mode HSV

Apakah

Cam R deteksi

Hijau?

Indikator 2 Menyala

Kirim karakter 1b

Return

Cam L ON Cam R ON

Y

T

YTT

T

Y

YY

T

Gambar 14 Flowchart prosedur LabVIEW speed test dan maneuver test

47


Tabel 1. Hasil uji coba tuning kontrl P dan D

Gambar 15 Hasil uji coba threshold

Gambar 16. Ilustrasi lintasan uji speed test

Kp Kd Kanan Kiri

1 1 0 43 -2 11,08 Tidak Stabil

2 1 1 47 -5 12,84 Tidak Stabil

3 2 0 11 -29 10,85 Tidak Stabil

4 2 1 4 -12 10,63 Tidak Stabil

5 2 2 14 -35 10,16 Tidak Stabil

6 3 0 17 -25 10,18 Tidak Stabil

7 3 1 6 -8 10,79 Stabil

8 3 2 26 -40 11,36 Tidak Stabil

9 3 3 11 -20 10,56 Tidak Stabil

10 4 0 21 -43 11,44 Tidak Stabil

11 4 1 11 -18 12,45 Tidak Stabil

12 4 2 7 -14 10,38 Tidak Stabil

13 4 3 13 -23 11,18 Tidak Stabil

14 4 4 9 -13 10,59 Tidak Stabil

15 5 0 15 -21 12,22 Tidak Stabil

16 5 1 7 -6 10,51 Stabil

17 5 2 4 -4 11,01 Stabil

18 5 3 3 -3 11,2 Stabil

19 5 4 4 -2 10,53 Stabil

20 5 5 11 -12 11,16 Tidak Stabil

KeteranganParameter Kontrol

No Waktu Error

48


Tabel 2. Pengujian threshold di segala kondisi pencahayaan

Batas Nilai

Particle Particle Analisis

1010

Hasil ThresholdGambar Asli

Jam (21.04) WIB

Malam Hari

Jam (23.00) WIB

Keterangan

Malam Hari

4

1

2

3

20 23

2525

Sore Hari

Jam (15.00) WIB

5

Siang Hari

No

Lampu Menyala

Lampu Menyala

Jam (13.50) WIB

Pagi Hari

Jam (06.25) WIB

Pagi Hari

Jam (08.00) WIB

16 18

27 29Lampu Menyala

Lampu Padam

Lampu Menyala

Lampu Padam

Kondisi Penerangan

7

Jam(14.00)WIB

Siang Hari

Jam (16.15)WIB

Sore Hari

Lampu Menyala 18 19

6 Lampu Padam 21 23

6 20 21

49


Tabel 3. Hasil pengujian kamera dan LabVIEW

Gambar 17. Pengujian speed test

Kondisi Jumlah Keberhasilan

Malam Hari

(lampu hidup)

Pagi Hari

(lampu hidup)

Pagi Hari

(lampu mati)

Siang Hari

(lampu hidup)

Siang Hari

(lampu mati)

Sore Hari

(lampu hidup)

Sore Hari

(lampu mati)

Total 70 52 88,50%

10 7 70%

10 9 90%

10 9 90%

10 9 90%

10 9 90%

Persentase

Keberhasilan

10 9 90%

10 10 100%

50


Tabel 4. Hasil pengujian Speed test

Gambar 18. Ilustrasi lintasan uji maneuver test

51


Gambar 19. Pengujian maneuver test

52


Tabel 5. Hasil pengujian maneuver test

D. Pengujian Maneuver test

Pengujian maneuver test ini bertujuan agar

kapal dapat bermaneuver melewati bola-bola yang

tersusun dengan susunan jarak bola sekitar -/+ 1,5

meter, bola warna yang akan di deteksi yaitu

menggunakan bola warna hijau dengan jumlah

susunan 3 buah bola. Gambar 18 menunjukkan

ilustrasi lintasan maneuver test dengan 4 bola

warna yang tersusun. Gambar 19 menunjukkan

contoh hasil pengujian maneuver test. Tabel 5

menunjukkan hasil pengujian maneuver test.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan Berikut ini merupakan kesimpulan dari

penelitian ini yang telah dilaksanakan beberapa

pengujian.

1. Sistem robot kapal sudah berhasil untuk

dikendalikan secara otomatis, dengan

tingkat keberhasilan untuk speed test

sebesar 80% dan maneuver test sebesar ?%.

2. Hasil data uji speed test, didapatkan kondisi

kapal lebih stabil saat nilai pulsa motor

diberi nilai 1200, serta tingkat persentase

yang didapat lebih baik sebesar 80%.

3. Hasil data uji software LabVIEW telah

berhasil dilakukan, dengan mengatur nilai

Hue Saturation Value (HSV) secara tetap.

Di dapatkan persentasi keberhasilan 88,5%,

dari tingkat pencahayaan yang berbeda-

beda.

4. Hasil dari data pengujian tuning kontrol P

dan D, hasil data menunjukan nilai overshot

membesar ketika diberi nilai konstanta

kecil, sehingga membuat kondisi kapal

tidak stabil. Dengan memberi nilai Kp =5

dan Kd=3, overshot yang didapat bisa

diredam.

B. Saran Adapun saran bagi pengembangan penelitian

ini adalah sebagai berikut.

1. Merubah masukan nilai referensi dari

sensor kompas menggunakan Global

Positioning System (GPS), sehingga arah

53


dan pergerakan kapal dapat diposisi yang

tepat.

2. Merubah aktuator motor brushless out

runner dengan aktuator brushless in runner

karena torsi rpm yang dihasilkan brushless

in runner lebih besar sehingga untuk

pengontrolan kapal lebih mudah

dikendalikan saat maneuver test.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Darma Putra.(2010). Pengolahan Citra Digital.

Yogyakarta : Penerbit Andi Offset.

[2] Shapiro, Linda & Stockman, George.(2000). Computer Vision, paper 13.

[3] https://lecturer.eepis-

its.edu/~nana/indexfiles/referensi/computervision/Compute%20Vision.pdf diakses pada 18-04-2014.

[4] National Instruments, NI-IMAQ for USB Cameras User

Guide, Januari 2005 [5] National Instruments, NI-Vision for LabVIEW User

Manual, November 2005

[6] Syahrul.(2014).Pemrograman Mikrokontroler AVR. Penerbit Informatika.

[7] Kadir, Abdul. (2012). Panduan Praktis Mempelajari

Aplikasi Mikrokontroler dan Pemrograman menggunakan Arduino. Andi Offset

[8] Panduan Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional

2013

Implementasi Sistem Otomatis pada Robot Kapal Berbasis...

Documents

Transcript of Implementasi Sistem Otomatis pada Robot Kapal Berbasis...