MODUL :

TEKNIK RANCANG BANGUN

ELEKTRONIKA

KLS. XII EI

DISUSUN OLEH :

ARIF RUSTIANTO, S.Pd.T

NIP. 19760925 200801 1 006

DINAS PENDIDIKAN PEMUDA DAN OLAH RAGA

KABUPATEN GUNUNGKIDUL

SMKN 3 WONOSARI

TAHUN 2010 Tgl. Diperiksa Paraf

SMK TEKNOLOGI Untuk Kalangan sendiri

A. Pengenalan Tentang Robot

Seiring pesatnya perkembangan teknologi informasi serta otomasi industri

dimana komputer menjadi bagian yang tidak terpisahkan dari teknologi itu sendiri

membuat integrasi komputer dengan disiplin ilmu lain seperti elektronika,

pemrograman dan mekanika tidak bisa dihindari. Munculnya mekatronika dengan

wujud robot sebagai bentuk implementasinya mendorong kami mengembangkan

robotika sebagai bagian dari dunia pendidikan kita.

Robotika adalah multidisiplin dengan komputer, elektronika dan mekanika

sebagai ilmu dasarnya. Namun begitu tidak terbatas untuk melibatkan ilmu-ilmu lain

seperti biologi dan anatomi. Dengan robotics walker kit, dapat untuk mengamati

gerakan kaki serangga dan mensimulasikannya sebelum diprogram ke robot walking

kit (2 kaki, 4 kaki atau 6 kaki).

Belajar pemrograman dengan objek robot membuat proses belajar menjadi

lebih menarik dan nyata. Mulai dengan pemrograman Basic hingga ke pemrograman

C, siswa secara bertahap belajar pemrograman sehingga pemahaman komputer

hanya untuk mengetik dan bermain akan bergeser menjadi pemikiran bahwa

komputer telah menjadi bagian dari teknologi sistem kontrol dan akusisi data.

Robotics kit dapat juga digunakan dalam implementasi artificial intelligent (AI), sistem

sensor, model sistem otomasi kontrol dan bagi yang sekedar hobi, kit dapat

ditambahkan aksesories seperti sensor, kamera, motor, rangkaian elektronika hingga

kepengembangan software dan modifikasi kit.

1. Arm Servo Robot Kit

Arm servo robot adalah salah satu bentuk manipulator industri dengan

geometri anthropomorphic (menyerupai tangan manusia). Kit ini cukup cepat,

akurat dan memiliki kepresisian yang cukup baik. Dengan 4 sumbu gerak dan

satu gripper sebagai end-effector-nya membuat kit ini sangat tepat untuk

pelatihan teknologi kontrol, implementasi elektronika (mekatronika),

pemrograman dan otomasi industri. Keempat sumbu gerak itu adalah: base,

shoulder, elbow, dan wrist dengan sudut gerak masing-masing 180 derajat. Arm

dikontrol oleh PC secara manual atau dengan program baik on-line maupun off-

line dan arm dapat pula dikombinasikan dengan arm lain dalam satu kontrol unit

sehingga dapat digunakan sebagai alat peraga saat pameran atau model saat

perancangan sistem kontrol otomasi. Sebagai objek pelatihan, kit ini juga dapat

dikontrol dengan micro-controller sehingga siswa dapat mempraktekan

kemampuan pemrogramannya sekaligus mempelajari aspek-aspek penting dalam

pengontrolan robotics melalui micro-controller.

2. Arm Stepper Robot Kit

Sama halnya dengan arm servo kit tetapi berbeda dalam motor

penggeraknya. Kit ini menggunakan stepper motor untuk semua joint-nya dan

dikontrol menggunakan PC atau basic stamp microcontroller. Teknik

pengontrolan motor stepper berbeda dengan servo motor dan pengguna akan

dituntun mulai dari prinsip dasar stepper motor hingga pemrograman.

3. Walking Robot Kit

Kit ini adalah rancangan terbaru yang lebih memberikan tantangan

kepada pecinta robotics dimana ada 12 servo motor yang harus dikendali dan

dikoordinasi hanya untuk sebuah kaki. Gerakan robot sama halnya dengan kaki

manusia. Berjalan maju-mundur, putar kanan dan kiri serta gerakan kesamping.

Kit belum dilengkapi sensor dan hanya dikontrol langsung dari PC atau micro-

controller. Penekanan dilakukan pada sinkronisasi joint dan link dalam satu

sistem kontrol. Kit ini diperuntukkan bagi pelatihan lanjut atau bagi pecinta

robot yang menginginkan pengetahuan baru dalam koordinasi multiservo

motor.

B. Robot Line Follower

1. Komponen-komponen pada rangkaian Line Follower terdiri dari :

A. Resistor

Penggunaan resistor dalam rangkaian berfungsi sebagai penghambatarus

listrik, memperkecil arus dan membagi arus listrik dalam suatu rangkaian. Satuan

yang dipakai untuk menentukan besar kecilnya nilai resistor adalah Ohm atau

disingkat dengan Ω (Omega).

Gambar 2.1. Simbol resistor

Gambar 2.2. Garis warna resistor

B. Transistor

Transistor adalah suatu bahan yang dapat merubah bahan yang tidak

dapat menghantarkan arus listrik menjadi bahan penghantar atau setengah

menghantar arus listrik. Sifat ini disebut bahan semikonduktor.

Gambar 2.3. Bentuk transistor

( PNP )

( NPN )

Gambar 2.4. Simbol transistor

Cara kerja transistor :

Untuk NPN, jika ada arus yang mengalir dari basis menuju emitor maka akan

ada arus yang mengalir dari collector menuju emitor.

Untuk PNP, jika ada arus yang mengalir dari emitor menuju basis maka akan

ada arus yang mengalir dari emitor menuju collector.

B = Ic / Ib, dimana Ic >> Ib

Dimana, B : besar penguatan

Ic : arus collector

Ib : arus basis

Transistor bipolar biasanya digunakan sebagai saklar elektronik dan

penguat pada rangkaian elektronika digital. Transistor memiliki 3 terminal.

Transistor biasanya dibuat dari bahan silikon atau germanium. Tiga kaki yang

berlainan membentuk transistor bipolar adalah emitor, basis dan kolektor. Mereka

dapat dikombinasikan menjadi jenis N-P-N atau P-N-P yang menjadi satu sebagai

tiga kaki transistor. Gambar di bawah memperlihatkan bentuk dan simbol untuk

jenis NPN. (Pada transistor PNP, panah emitor berlawanan arah).

Gambar Simbol Transistor NPN dan PNP

Pada rangkaian elektronik, sinyal inputnya adalah 1 atau 0 ini selalu dipakai pada

basis transistor, yang mana kolektor dan emitor sebagai penghubung untuk

pemutus (short) atau sebagai pembuka rangkaian. Aturan/prosedur transistor

sebagai berikut:

Pada transistor NPN, memberikan tegangan positif dari basis ke emitor,

menyebabkan hubungan kolektor ke emitter terhubung singkat, yang

menyebabkan transistor aktif (on). Memberikan tegangan negatif atau 0 V

dari basis ke emitor menyebabkan hubungan kolektor dan emitor terbuka,

yang disebut transistor mati (off)

Pada PNP transistor PNP, memberikan tegangan negatif dari basis ke emitor

ini akan menyalakan transistor (on ). Dan memberikan tegangan positif atau 0

V dari basis ke emitor ini akan membuat transistor mati (off).

C. LED (Light Emiting Diode) dan LED Superbright

LED biasa berfungsi sebagai lampu indikator pada saat sensor bekerja, dan

bekerja pada bias forward. LED Superbright berfungsi sebagai pengirim cahaya ke

garis untuk dibaca sensor. Kerjanya ketika sumber tegangan masuk pada battery

on, maka arus masuk sehinnga Led superbrigth menyala dengan terang yang

kemudian dibiaskan pada photodioda.

Gambar 2.5 Simbol Led

Gambar 2.6 Led dan Superbright

D. Photo Dioda

Photo dioda berfungsi sebagai sensor cahaya. Cara pemasangannya dengan LED

indikator yaitu terbalik. Bekerja pada bias reverse.

Gambar 2.7. Simbol photo dioda

Gambar 2.8. Photo dioda

E. IC (Integrated Circuit)

Komponen IC memilki bentuk fisik kecil, terbuat dari bahan Silikon dan

berwarna hitam. Komponen IC memiliki banyak kaki dan pada umumnya jumlah

kakinya sangat tergantung dari banyaknya komponen yang membentuk komponen

IC tersebut. Letak kaki-kaki disusun dalam bentuk dua baris atau Dual In Line

(DIL).

IC yang digunakan adalah IC LM 324. IC disini digunakan sebagai komparator.

Yaitu membandingkan antara tegangan input dari sensor dengan tegangan input

dari variable resistor. Pulsa outputnya adalah high sehingga tidak diperlikan

adanya pull-up pada rangkaian output.

Gambar 2.9. IC

Gambar 2.10. Op-Amp dalam rangkaian IC

F. Motor Penggerak (Dinamo)

Motor adalah komponen yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik,

dalam kasus perancangan robot, umumnya digunakan motor DC, karena jenis

motor tersebut mudah untuk dikendalikan.

Kecepatan yang dihasilkan oleh motor DC berbanding lurus dengan potensial yang

diberikan. Untuk membalik arah putarnya cukup membalik polaritas yang

diberikan.

Gambar 2.11. Motor

G. Relay

Transistor tidak dapat berfungsi sebagai sebagai switch (saklar) tegangan DC atau

tegangan tinggi .Selain itu, umumnya tidak digunakan sebagai switching untuk

arus besar (>5 A). Dalam hal ini, penggunakan relay sangatlah tepat. Relay

berfungsi sebagai saklar yang bekerja berdasarkan input yang dimilikinya.

Keuntungan relay :

dapat switch AC dan DC, transistor hanya switch DC

Relay dapat switch tegangan tinggi, transistor tidak dapat

Relay pilihan yang tepat untuk switching arus yang besar

Relay dapat switch banyak kontak dalam 1 waktu

Kekurangan relay :

Relay ukurannya jauh lebih besar daripada transistor

Relay tidak dapat switch dengan cepat

Relay butuh daya lebih besar disbanding transistor

Relay membutuhkan arus input yang besar

H. Mengenal Sensor Cahaya

Resistor jenis lainnya adalah Light dependent resistor (LDR). Resistansi LDR

berubah seiring dengan perubahan intensitas cahaya yang mengenainya. Dalam

keadaan gelap resistansi LDR sekitar 10MΩ dan dalam keadaan terang sebesar

1KΩ atau kurang. LDR terbuat dari bahan semikonduktor seperti kadmium sulfida.

Dengan bahan ini energi dari cahaya yang jatuh menyebabkan lebih banyak

muatan yang dilepas atau arus listrik meningkat. Artinya resistansi bahan telah

mengalami penurunan.

LDR digunakan untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Saklar

cahaya otomatis dan alarm pencuri adalah beberapa contoh alat yang

menggunakan LDR. Akan tetapi karena responsnya terhadap cahaya cukup

lambat, LDR tidak digunakan pada situasi dimana intesitas cahaya berubah secara

drastis.

Sensor cahaya berfungsi untuk mendeteksi cahaya yang ada di sekitar kita.

Sensor yang terkenal untuk mendeteksi cahaya ialah LDR(Light Dependent

Resistor). Sensor ini akan berubah nilai hambatannya apabila ada perubahan

tingkat kecerahan cahaya.

Prinsip inilah yang akan kita gunakan untuk mengaktifkan transistor untuk

dapat menggerakkan motor DC (mirip dengan dinamo pada mainan mobil-mobilan

anak-anak). Perubahan nilai hambatan pada LDR tersebut akan menyebabkan

perubahan beda tegangan pada input basis transistor, sehingga akan

mengaktif/nonaktifkan transistor. Penerapan lain dari sensor LDR ini ialah pada

Alarm Pencuri.

2. Rangkaian Line Follower

Dari beberapa komponen diatas, maka dihasilkan sebuah rangkaian Line Follower.

Rangkaian Line Follower terdiri dari tiga bagian

utama, yaitu rangkaian sensor, rangkaian komparator (pembanding) dan

rangkaian driver.

Gambar 3.1. Rangkaian Line Follower

3. Cara Kerja Line Follower

Cara kerja dari rangkaian-rangkaian tersebut adalah sebagai berikut :

A. Prinsip Kerja Sensor

Sensor yang digunakan terdiri dari photo dioda. Sensor ini nilai

resistansinya akan berkurang bila terkena cahaya dan bekerja pada kondisi

riverse bias. Untuk sensor cahayanya digunakan LED Superbright, komponen

ini mempunyai cahaya yang sangat terang, sehingga cukup untuk mensuplai

cahaya ke photo dioda.

Gambar 3.2. Rangkaian sensor

Cara kerjanya :

Gambar 3.3. Sensor tidak terkena cahaya

Jika photo dioda tidak terkena cahaya, maka nilai resistansinya akan

besar atau dapat kita asumsikan tak hingga. Sehingga arus yang mengalir

pada komparator sangat kecil atau dapat diasumsikan dengan logika 0.

Gambar 3.4. Sensor terkena cahaya

Jika photo dioda terkena cahaya, maka photo dioda akan bersifat

sebagai sumber tegangan dan nilai resistansinya akan menjadi kecil,

sehingga akan ada arus yang mengalir ke komparator dan berlogika 1.

B. Prinsip Kerja Komparator

Komparator pada rangaian ini menggunakan IC LM 324 yang

didalamnya berisi rangkaian Op Amp digunakan untuk membandingkan

input dari sensor. Dimana input akan dibandingkan dari Op Amp IC LM 324

yang output berpulsa high. Sehingga tidak perlu adanya pull up pada

outputnya. IC ini dapat bekerja pad range 3 volt sampai 30 volt dan dapat

bekerja dengan normal mulai tegangan 6 volt.

Dalam rangkaian ini juga terdapat 4 LED, yang berfungsi sebagai

indikator. Untuk mengatur tagangan pada pembanding, disambungkan

Variable Resistor (VR) diantara kedua OP Amp IC LM 324.

Gambar 3.5. Rangkaian komparator

Jika tidak ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini

maka tegangan masukan untuk rangkaian ini adalah 0 Volt, akibatnya

pada IC 1 tegangan di terminal (+) > (-), maka LED-A on, sedangkan

pada IC 2 sebaliknya LED-B off.

Jika ada arus yang mengalir dari rangkaian sensor ke rangkaian ini maka

tegangan masukan untuk rangkaian ini mendekati Vcc, akibatnya pada IC

2 tegangan di terminal (+) < (-), maka LED-B on, sedangkan pada IC 1

sebaliknya maka LED-A off.

Kondisi antara titik A dan b akan selalu keterbalikan.

C. Prinsip Kerja Driver Motor

Driver adalah rangkaian yang tersusun dari transistor yang digunakan

untuk menggerakkan motor DC. Dimana komponen utamanya adalah transistor

yang dipasang sesuai karakteristiknya.

Gambar 3.6. Rangkaian driver

Pada saat input A berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada

rangkaian, akibatnya transistor 1 dan 4 on karena basis terbias, sehingga motor

berputar. Sehingga saat input A berlogika 1 maka input B akan berlogika 0, jadi

transistor 2 dan 3 akan off.

Pada saat input B berlogika 1, maka ada arus yang mengalir pada

rangkaian, akibatnya transistor 2 dan 3 on karena basis terbias, sehingga motor

berputar tapi dengan arah yang berlawanan.

4. Uji Coba Line Follower

Hasil uji coba Line Follower ini menunjukkan mampu berjalan di beberapa

medan, dintaranya medan lurus, belok, naik, dan menurun.

Hasil : 3 detik jarak =100 cm

Gambar 3.7. Medan lurus

Hasil : 4 detik jarak =100 cm

Gambar 3.8. Medan naik

Hasil : 2 detik jarak =100 cm

Gambar 3.9. Medan turun

Hasil : 5 detik jarak =100 cm

Gambar 3.10. Medan belok

Hasil : 15 detik jarak =275 cm

Gambar 3.11. Medan kombinasi

5. Komponen Yang Dibutuhkan

Dalam pembuatan rangkaian Line Follower ini dibutuhkan beberapa komponen-

komponen elektronika, yaitu sebagai berikut :

Komponen Jumlah (buah)

1. IC LM 324

2. Resistor 33 KΩ

3. Resistor 10 KΩ

4. Resistor 560 Ω

5. Transistor (TR) 9013

6. Variable Resistor (VR)

7. LED Indikator

8. LED Superbright

9. Photodioda

10. Motor 3 Volt

11. PCB Metrik

12. Baterai

13. Saklar Togle

1

2

4

10

8

2

4

2

2

2

1

1

1

C. Robot Line Follower Berbasis LDR

Rangkaian Robot Line follower pada intinya ialah 2 buah motor DC yang

aktif berdasarkan input dari sensor LDR, jika LDR mendeksi garis putih (terang)

dan garis hitam(gelap) maka akan ada perubahan nilai hambatan pada LDR

tersebut, yang akan mengaktif/menonaktifkan transistor 2N3904. Untuk mengatur

input tegangan ke basis agar dapat membuat transistor 2N3904 saturasi, maka

digunakan pembagi tegangan, dalam hal ini trimpot / potensiometer 50k-100k.

Perubahan logika pada transistor 2N3904 juga akan menyebabkan LED menyala

atau mati, sebagai indikator apakah LDR membaca garis hitam/putih. Perubahan

logika pada kaki kolektor 2N3904 juga sebagai input pada basis 2N2907, yang

akan mengaktifkan/menonaktifkan motor DC, dimana transistor 2N2907

merupakan transistor switching standar. Perhatikan gambar berikut:

Gambar Rangkaian Line Follower dengan LDR

Anda dapat menggunakan sebagian barang bekas untuk membuat robot ini,

misalnya menggunakan roda BB REXONA sebagai roda robot. Komponen dan

peralatan lengkap yang diperlukan ialah :

2 buah sensor cahaya LDR

PCB IC bolong

2 buah transistor 2N3904

2 buah transistor 2N2907

2 buah Trimpot/potensiometer 50k-100k

2 buah resistor 3.3K

2 buah resistor 1K

2 buah LED (Light Emiting Dioda)

Spacer (kaki PCB)

Acrilic body robot ukuran diameter 20 cm.

Solder, timah solder dan kabel secukupnya

Kotak baterai 6V

Roda bekas penghilang BB REXONA

2 buah motor DC dengan gearbox GT1 dan roda untuk GT1

2 buah motor DC dengan gearbox GT5 dan rubber Wheel untuk GT5 (lebih

bagus)

Bor PCB

Lem Lilin

Multitester analog /digital

Perakitan

Langkah-langkah untuk merakit robot ini sebagai berikut :

Siapkan PCB IC bolong, lalu pasang dan solderlah komponen sesuai rangkaian

diatas.

Beri tegangan 6V, atur pemberian cahaya pada LDR tersebut dengan membuka

atau menutup permukaan LDR tersebut dengan jari atau kertas, atur

trimpot/potensiometer sehingga hasilnya optimal. Bagian ini ialah bagian yang

paling kritis di dalam pembuatan robo tini, karena kalau tuning tidak tepat, aka

robot beralan tidak sesuai jalur yang dibuat.

Jika sudah selesai, pasanglah apda acrilic dengan tampilan seperti berikut :

Gambar Desain Robot Line Follower dengan LDR

Pasanglah PCB dan pendukungnya pada acrilic. Hubungkan kabel motor DC ke

keluaran PCB. Hubungkan baterai 6V ke input Supply PCB.

Gambar Robot Line Follower dengan LDR tampak bawah

Jika sudah dirakit cobalah jalankan pada lantai yang sudah dipasang jalur hitam

berkelok (dapat menggunakan lakban), maka robot akan beralan mengikuti

jalur tersebut. Jika sensor kurang sensitif, putarlah perlahan-lahan

trimpot/potensiometer robot tersebut, untuk hasil yang optimal. Pastikan

sensor LDR berada cukup dekat dengan lantai. Jika putaran motor terlalu

cepat, Anda dapat mengatur besar tegangan motor DC tersebut, misal

menggunakan IC variabel regulator LM317.

Gambar Hasil Robot Line follower Sederhana

D. Robot Line Follower Dengan AT89

Robot Pengikut Garis merupakan suatu bentuk robot bergerak otonom

yang mempunyai misi mengikuti suatu garis pandu yang telah ditentukan secara

otonom. Dalam perancangan dan implementasinya, masalah-masalah yang harus

dipecahkan adalah sistem penglihatan robot, arsitektur perangkat keras yang

meliputi perangkat elektronik dan mekanik, dan organisasi perangkat lunak untuk

basis pengetahuan dan pengendalian secara waktu nyata. Tujuan tugas akhir ini

adalah merancang dan mengimplementasikan suatu Robot Pengikut Garis dengan

menggunakan mikrokontroler AT89C51 dan sensor infra merah. Sistem mekanik

robot mengadopsi sistem manuver pada mobil empat roda biasa. Organisasi

perangkat lunak menggunakan metode kejadian yang diatur suatu basis waktu

untuk menghemat penggunaan pewaktu.

Basis pengetahuan robot berisi pengkodean aksi yang harus dilakukan

oleh robot berdasarkan informasi dari sensor. Metode untuk transformasi informasi

menjadi aksi menggunakan metode tabel tengok. Hasilnya memperlihatkan

bahwa robot mampu mengikuti garis dengan jari-jari kelengkungan minimal 35

cm. Kecepatan maksimal robot saat mengelilingi elips dengan panjang sumbu

terpanjang 85 cm dan sumbu terpendek 65 cm mencapai 5 cm/detik. Terlihat juga

saat garis terlepas dari daerah pendeteksian sensor, robot dapat memperkirakan

posisi garis dan berusaha menemukan kembali garis tersebut.

1. Pendahuluan

Robot Pengikut Garis merupakan salah satu bentuk robot bergerak

otonom yang banyak dirancang baik untuk penelitian, industri maupun

kompetisi robot. Sesuai dengan namanya, tugas yang harus dilakukan oleh

suatu robot pengikut garis adalah mengikuti garis pemandu yang dibuat

dengan tingkat presisi tertentu. Dalam perancangan dan implementasi suatu

robot bergerak otonom, banyak masalah-masalah yang dihadapi. Masalah-

masalah itu adalah operasi pada bahasa alami tereduksi yang digunakan oleh

robot untuk dapat menerima perintah, transformasi informasi dari sensor

untuk basis pengetahuan robot, arsitektur komputer dan organisasi perangkat

lunak untuk menangani dua masalah sebelumnya, deskripsi lingkungan untuk

realitas situasi gerak, system penglihatan robot, dan proses pengambilan

keputusan oleh robot secara otonom berdasar pandangan terhadap

lingkungan. [Meystel, 1991].

Ditinjau secara sistem, robot bergerak otonom adalah automata

tersituasi, atau sebuah modul yang terdiri atas satu bagian sistem kalang

tertutup bersama dengan lingkungan. [Nourbakhsh, 2000] Penelitian

mengenai Robot Pengikut Garis dewasa ini umumnya berkonsentrasi pada

algoritma perangkat lunak untuk mendapatkan tanggapan robot yang baik.

Salah satu penelitian adalah penggunaan kendali cerebellar yang terinspirasi

dari biologi otak kecil (cerebellum) untuk mengendalikan robort pengikut

garis. Kendali cerrebellar secara simulasi dapat meningkatkan akurasi dalam

mengikuti garis melalui proses pembelajaran. [Collins dan Wyeth, 1999].

2. Dasar Teori

Dasar Sistem Robot Pengikut Garis mengacu pada dasar sistem robot

bergerak otonom. Secara umum, struktur robot bergerak otonom yang tipikal

digambarkan dalam gambar 1.

Gambar 1 Struktur robot bergerak otonom tipikal

Berdasarkan gambar 1, struktur robot adalah kalang tertutup melalui

dunia luar yang terdiri atas sensor, persepsi (perception), basis pengetahuan

(knowledge base) dan kendali (control), dan aktuasi (actuation). Komunikasi

berfungsi untuk berhubungan dengan robot lain atau untuk menerima tugas-

tugas khusus dari pusat kendali. Subsistem sensor menyediakan pengukuran

kuantitatif terhadap kenyataan di dalam lingkungan. Pemilihan sensor

sebaiknya disesuaikan dengan misi yang akan dijalankan. Selanjutnya

subsistem persepsi melakukan proses ekstraksi informasi dari sensor dan

interpretasi informasi. Hasil pemrosesan memberikan deskripsi tentang

lingkungan secara terbatas sesuai dengan sensor yang dipakai. Keluarannya

lalu diberikan ke subsistem basis pengetahuan untuk menentukan aksi yang

akan dilakukan sesuai misinya. Oleh subsistem perencanaan dan kendali,

perintah tersebut diproses lebih lanjut untuk mengendalikan subsistem

aktuasi. Sensor pendeteksi garis yang digunakan dalam robot pengikut garis

biasanya mendasarkan pada prinsip pemantulan cahaya untuk membedakan

warna garis dengan latar belakangnya. Pada warna gelap penyerapan cahaya

lebih besar daripada warna putih sehingga cahaya terpantul ke sensor

menjadi lebih kecil. Cahaya yang digunakan untuk pengenalan garis biasanya

adalah cahaya tampak dan infra-merah. Sensor untuk cahaya tampak yang

umum digunakan adalah LDR (Light Depending Resistance), sedangkan untuk

inframerah adalah transistor cahaya (phototransistor) dan dioda foto

(photodiode).

Metode untuk membuat Robot Pengikut Garis dapat mengikuti garis

ada beberapa cara. Cara pertama adalah membuat garis berada di antara

deretan sensor. Kedua, dengan membuat sensor berada di atas garis. Ketiga,

dengan cara selalu mendeteksi tepi garis. Cara keempat adalah dengan selalu

melalui garis secara bolak-balik.

3. Metodologi Penelitian

Metodologi yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Percobaan untuk mencari karakteristik transistor cahaya untuk mendeteksi

perbedaan warna garis dengan warna latar belakangnya. Jalannya

percobaan ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 2 Model percobaan untuk pengamatan karakteristik sensor

Percobaan dilaksanakan dengan mengubah-ubah berbagai parameter jarak

sensor dan intensitas IRED, lalu mengamati tegangan keluaran transistor

cahaya.

2. Perancangan sistem robot.

3. pembuatan perangkat keras elektronika dan mekanik Robot Pengikut

Garis.

4. Perancangan perangkat lunak menggunakan bahasa assembly.

5. Menguji dan mengambil data dari hasil perancangan. Pengujian unjuk

kerja robot dilakukan di arena yang terbuat dari kertas putih berukuran

110 cm x 85 cm. Di arena terdapat garis hitam selebar 1,5 cm yang

melingkar membentuk elips dengan sumbu panjang 85 cmdan sumbu

pendek 65 cm. Panjang garis adalah keliling elips yaitu 240 cm. Robot

harus mengikuti garis hitam tersebut dan diukur berapa kecepatannya

dengan perlakuan mengubah-ubah tegangan catu daya robot.

6. Menganalisa hasil dan membuat kesimpulan.

4. Hasil Implementasi dan Pembahasan

4.1 Perancangan Sistem

Sistem Robot Pengikut Garis yang dirancang mengacu pada

sistem robot bergerak otonom di bagian dasar teori yang ditunjukkan

pada gambar 1. Selanjutnya sistem yang dirancang diperlihatkan pada

gambar 3.

Berdasarkan gambar 3 sensor yang digunakan untuk mengamati

dunia luar dari sistem yang dirancang adalah sensor aktif infra merah.

Parameter yang diinginkan diamati oleh robot adalah keberadaan garis

yang diikuti di dalam arena. Keluaran sensor masih berupa data mentah

dalam bentuk tegangan selanjutnya diekstraksi oleh bagian persepsi

dengan untai pengkondisi isyarat berupa komparator sehingga dihasilkan

isyarat digital dengan standar TTL (Transistor Transistor Logic).

Gambar 3 Sistem Robot Pengikut Garis yang dirancang

Isyarat digital tersebut kemudian diolah oleh mikrokontroler

AT89C51 berdasarkan basis pengetahuan yang diprogram dalam

mikrokontroler sehingga dihasilkan perintah aksi yang harus dilakukan.

Perintah ini diproses lebih lanjut oleh subsistem perencanaan dan kendali

sehingga akhirnya bagian aktuasi yang berupa motor stepper dan motor dc

bergerak sesuai dengan perintah. Dengan demikian pergerakan robot

diharapkan dapat mengikuti garis sesuai dengan misi yang diembannya.

Sistem Robot Pengikut Garis yang dirancang diimplementasikan sebagai

berikut:

1. Bagian Elektronika

Untai elektronika ditunjukkan dalam bentuk diagram kotak pada

gambar 4.

Gambar 4 Diagram kotak untai elektronika Robot Pengikut Garis

Berdasarkan gambar 4, tegangan keluaran sensor diproses dengan

untai komparator sehingga dihasilkan isyarat digital standar TTL.

Pengkodeannya adalah logika tinggi jika terdeteksi warna putih, dan

logika rendah bila terdeteksi warna hitam. Keluaran komparator dapat

langsung dihuibungkan ke port mikrokontroler. Di mikrokontroler data

dari sensor diproses dengan metode tabel tengok sehingga dihasilkan

suatu perintah aksi secara digital ke motor stepper dan motor DC.

Agar dapat menggerakkan motor, isyarat digital dari mikrokontroler

dikuatkan dengan IC penggerak L293D.

2. Bagian Mekanik

Implementasi mekanik Robot Pengikut Garis ditunjukkan pada gambar

5. Bahan yang digunakan untuk casis robot adalah bahan aclyric

setebal 5 mm. Pada mekanik yang dirancang digunakan transmisi roda

gigi cacing untuk bagian kemudi depan robot agar dihasilkan reduksi

kecepatan yang besar dan kemampuan mengunci pergerakan kemudi.

Untuk penggerak belakang robot digunakan roda gigi miring untuk

mempercepat putaran motor DC yang kecepatan putarnya sangat

lambat.

Gambar 5 Mekanik Robot Pengikut Garis yang dirancang

3. Perangkat lunak

Perangkat lunak diimplementasikan dengan metode Timed Event

untuk menghemat penggunaan Timer. Pada metode ini Timer

memberi interupsi ke CPU mikrokontroler setiap durasi waktu tertentu,

yaitu 200µs. Jadi program utama hanya berisi subrutin inisialisasi,

sedangkan subrutin program inti berada di dalam subrutin layanan

interupsi Timer. Program inti melakukan tugas pembacaan sensor,

pemrosesan data sensor, dan pengendalian kedua motor. Basis

pengetahuan robot didasarkan pada metode yang digunakan robot

untuk mengikuti garis, yaitu membuat posisi garis berada di antara

larik 4 sensor. Diagram alir program keseluruhan ditunjukkan pada

gambar 6.

Gambar 6 Diagram alir program keseluruhan untuk Robot yang dirancang

4.2 Hasil Pengamatan

1. Hasil Pengamatan Karakteristik Sensor

Karakteristik transistor cahaya saat mendeteksi radiasi inframerah terpantul oleh

obyek berwarna putih dan hitam untuk berbagai intensitas radiasi infra merah

ditunjukkan pada gambar 7.

Gambar 7 Hasil percobaan untuk mengetahui pengaruh warna obyek terhadap

keluaran sensor infra merah

Berdasarkan gambar 7 terlihat jarak optimum sensor dengan obyek pantul sekitar

2 cm. Diketahui juga bahwa arus maju IRED, Id, sebesar 14,04 mA cukup untuk

menghasilkan selisih keluaran sensor sebesar lebih dari 2 volt saat mendeteksi

warna putih dan hitam. Pengaruh lebar garis terhadap keluaran sensor

ditunjukkan pada gambar 8. Berdasarkan gambar diketahui bahwa kalau lebar

garis semakin kecil, maka keluaran sensor semakin rendah. Karakteristik ini perlu

diketahui untuk menentukan besarnya tegangan ambang/ referensi pada

komparator. Oleh sebab itu perlu proses penalaan tegangan DC ambang agar

dihasilkan tanggapan robot yang baik dan tidak berosilasi.

Gambar 8 Hasil percobaan untuk mengetahui pengaruh lebar garis terhadap keluaran

sensor infra merah

2. Hasil pengamatan Unjuk Kerja Robot

Dari hasil pengujian terlihat bahwa Robot Pengikut Garis yang dibuat telah mampu

mengikuti garis yang ditentukan. Akan tetapi robot tidak mampu mengikuti garis

dengan jari-jari kelengkungan kurang dari 35 cm. Hal ini disebabkan oleh sistem

manuvernya dan konstruksi mekanik yang belum sempurna. Walaupun demikian

pergerakan robot jarang mengalami osilasi saat membelok. Kecepatan robot dalam

mengikuti garis dipengaruhi oleh bentuk lintasan garis dan tegangan motor DC

sebagai penggerak belakang. Kecepatan maksimal robot saat mengelilingi garis

berbentuk elips dengan diameter terbesar 85 cm dan tegangan motor 20 V adalah

sebesar 5 cm/detik. Grafik hasil pengamatan ditunjukkan pada gambar 9.

Gambar 9 Hasil pengujian Robot yang dirancang

5. Kesimpulan

o Mikrokontroler AT89C51 dapat digunakan sebagai pengendali Robot Pengikut

Garis dengan unjuk kerja yang baik.

o Sensor aktif inframerah mode diskret dapat digunakan untuk mendeteksi

perbedaan warna berdasarkan tingkat penyerapan warna bahan dengan unjuk

kerja yang baik.

o Untuk mendeteksi garis yang lebih kecil lebarnya, tegangan referensi di

komparator dalam unit pengolah isyarat sensor harus diperkecil agar

memotong kurva karakteristiknya.

o Bentuk mekanik robot pengikut garis yang menggunakan prinsip pergerakan

seperti mobil roda empat biasa tidak dapat luwes dalam berbelok khususnya

untuk tikungan yang tajam. Namun demikian proses pembelokannya lebih

halus.

o Penggunaan teknik Timed Event untuk menentukan tunda bagi beberapa

komponen merupakan teknik yang efektif untuk menghemat penggunaan

timer dalam mikrokontroler.