LAPORAN TAHUN TERAKHIR PENELITIAN STRATEGIS ......(Courier Unmanned Aerial Vehicle) BERBASIS GPS...
Transcript of LAPORAN TAHUN TERAKHIR PENELITIAN STRATEGIS ......(Courier Unmanned Aerial Vehicle) BERBASIS GPS...
-
LAPORAN TAHUN
TERAKHIR
PENELITIAN STRATEGIS NASIONAL INSTITUSI
HALAMAN SAMPUL
PENGEMBANGAN PROTOTIPE PERANGKAT C-UAV
(Courier Unmanned Aerial Vehicle) BERBASIS GPS
Tahun ke-2 dari rencana 2 tahun
HALAMAN JUDUL
Nama
I Gede Mahendra Darmawiguna, S.Kom, M.Sc/0004018502(Ketua)
Gede Saindra Santyadiputra, S.T.,M.Cs/0002088701(Anggota)
Putu Hendra Suputra S.Kom., M.Cs/0022128201(Anggota)
Prof. Dr I Wayan Sadia M.Pd/ 0005084901(Anggota)
UNIVERSITAS PENDIDIKAN GANESHA
BULAN NOPEMBER, TAHUN 2018
-
ii
HALAMAN PENGESAHAN
-
iii
-
iv
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL ............................................................................................ i
HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. ii
DAFTAR ISI .......................................................................................................... iv
RINGKASAN ........................................................................................................ vi
PRAKATA .............................................................................................................. 1
BAB 1. PENDAHULUAN ..................................................................................... 2
1.1. Latar Belakang ............................................................................................. 2 1.2. Temuan/Inovasi ............................................................................................ 5 1.3. Rencana Tahunan ......................................................................................... 5 1.4. Luaran .......................................................................................................... 6
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................................ 8
2.1 UAV (Unmanned Aerial Vehicle) ................................................................ 8 2.2 GPS ............................................................................................................... 8 2.3 ESC (Electronic Speed Controler) ............................................................. 10 2.4 Motor Brushless ......................................................................................... 10 2.5 Remote Control 2.4 Ghz ............................................................................ 11 2.6 Propeller ..................................................................................................... 11 2.7 Batere Li-Po ............................................................................................... 11
BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT ................................................................... 12
3.1. Tujuan ........................................................................................................ 12 3.2. Manfaat ...................................................................................................... 12
BAB 4. METODE PENELITIAN......................................................................... 13
4.1 Analisis ....................................................................................................... 14 4.1.1 Analisis kebutuhan hardware ............................................................... 14 4.1.2 Analisis kebutuhan perangkat lunak ................................................... 14
4.2 Design ........................................................................................................ 14 4.2.1 Design Frame ...................................................................................... 14 4.2.2 Design Posisi Hardware ...................................................................... 15 4.2.2 Design box penyimpanan CUAV ....................................................... 16
4.3 Development ............................................................................................... 16 4.4 Implementation ........................................................................................... 17 4.5 Evaluation .................................................................................................. 17
BAB 5. HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI ............................................. 18
5.1 Hasil ............................................................................................................ 18 5.2. Luaran yang dicapai ................................................................................... 36
BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................ 37
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 38
LAMPIRAN-LAMPIRAN .................................................................................... 39
-
v
Lampiran 1. Paper seminar internasional .......................................................... 39 Lampiran 2. Draf buku ajar ............................................................................... 39 Lampiran 3. Draf paten ..................................................................................... 39 Lampiran 3. Paper Jurnal .................................................................................. 39
-
vi
RINGKASAN
Kondisi geografis indonesia sangat berpotensi sekaligus rawan bencana seperti letusan gunung berapi, gempa bumi, tsunami, banjir dan tanah longsor. Permasalahan bencana yang terjadi sering menyebabkan kesulitan penanganan karena sulitnya medan yang digunakan untuk mencapai lokasi bencana. Pada kasus tertentu, pengiriman logistik baik itu makanan dan obat-obatan diperlukan dalam waktu yang singkat dan memiliki urgentinas yang tinggi. Pengiriman yang terhambat jalur darat, pengiriman logistik bisa dilakukan melalui jalur udara. Alternatif pengiriman jalur udara dapat menggunakan UAV (Unmanned Aerial Vehicle) sebagai alternatif. UAV yang merupakan singkatan dari Unmanned Aerial Vehicle yang secara harfiah berarti kendaraan udara yang beroperasi tanpa manusia sebagai awaknya. Dalam pengembangan prototipe perangkat C-UAV (Courier Unmanned Aerial Vehicle) Berbasis GPS digunakan metode pengembangan ADDIE (Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation). Pada tahap awal akan dilakukan analisis terhadap pengembangan perangkat termasuk analisis kebutuhan baik itu kebutuhan hardware dan software. Pada tahap Design akan dilakukan perancangan perangkat, tahap development akan dilakukan pengembangan atau penggabungan/assembly dari hardware yang ada, tahap implementation dilakukan dengan melakukan uji coba perangkat yang telah di assembly pada tahap development. Selanjutnya pada tahap evaluation akan dilakukan evaluasi terhadap implementasi yang telah dilakukan. Rancangan dan implementasi perangkat C-UAV mengadopsi model octocopter yang terdiri dari 8 lengan dengan model X. Konfigurasi menggunakan aplikasi mission planner. Hasil yang baik dalam uji coba ketepatan GPS pada mode Return to Lauch dengan rerata kesalahan pendaratan 60cm.
Kata Kunci : C-UAV, GPS, Octocopter, ADDIE
-
1
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widi Wasa, Tuhan
Yang Maha Esa, karena atas rahmat, bimbingan, dan petunjukNya, kami dapat
menyelesaikan Laporan Tahun Terakhir Penelitian Strategis Nasional Institusi
(perubahan dari skip Penelitian Produk terapan) tahun kedua. Kegiatan dalam
penelitian ini adalah ”Pengembangan Prototipe Perangkat C-Uav (Courier
Unmanned Aerial Vehicle) Berbasis GPS “. Banyak pihak yang telah membantu kami selama melakukan penelitian dan penulisan laporan kemajuan ini. Untuk itu,
kami mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kementerian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi yang telah menyetujui
dan mendanai penelitian ini.
2. Rektor Universitas Pendidikan Ganesha, Bapak Dr. I Nyoman Jampel,M.Pd.
dan Dekan Fakultas Teknik dan Kejuruan Undiksha, Dr. Gede Sudirtha,
S.Pd.,M.Pd, serta Ketua LPPM Undiksha, Prof. Dr. I Gede Astra
Wesnawa,M.Si yang telah menyetujui usulan penelitian tahun pertama yang
kami ajukan ini.
3. Ketua Jurusan Pendidikan Teknik Informatika Undiksha yang mendukung
penelitian ini sehingga berjalan dengan lancar.
4. Keluarga kami yang tercinta, atas segala doa, petunjuk, dan dukungan moral,
material, serta semangatnya yang tak pernah henti, serta pihak lainnya yang
tidak dapat kami sebutkan satu-persatu, yang telah membantu kami baik secara
langsung maupun tidak langsung.
Kami menyadari bahwa pelaksanaan penelitian ini masih sangatlah jauh dari
sempurna, oleh karena itu kami menerima segala kritik dan saran untuk peningkatan
kemampuan kami di masa mendatang. Semoga Laporan Kemajuan Penelitian ini
dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan seluruh pihak yang
membutuhkannya.
Singaraja, Nopember 2018
Tim Peneliti
-
2
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Perkembangan teknologi pada dewasa ini telah mempengaruhi segala aspek
kehidupan manusia. Dalam penanganan bencana-bencana yang ada, teknologi-
teknologi yang ada saat ini dapat digunakan untuk membantu baik dalam hal
pencegahan maupun dalam penanganan pasca bencana. Pemanfaatan teknologi
dalam pencegahan bencana bisa dilakukan dengan memberikan peringatan ataupun
himbauan kepada masyarakat terkait dengan kemungkinan terjadinya suatu
bencana. Pemanfaatan teknologi pasca bencana bisa dilakukan dengan pemantauan
sampai pada pengiriman barang pada lokasi bencana yang cenderung berada pada
posisiyang sulit terjangkau.
Secara geografis Indonesia merupakan negara kepulauan yang terletak pada
pertemuan empat lempeng tektonik yaitu lempeng Benua Asia, Benua Australia,
lempeng Samudera Hindia dan Samudera Pasifik. Pada bagian selatan dan timur
Indonesia terdapat sabuk vulkanik (volcanic arc) yang memanjang dari Pulau
Sumatera, Jawa - Nusa Tenggara, Sulawesi, yang sisinya berupa pegunungan
vulkanik tua dan dataran rendah yang sebagian didominasi oleh rawa-rawa. Kondisi
tersebut sangat berpotensi sekaligus rawan bencana seperti letusan gunung berapi,
gempa bumi, tsunami, banjir dan tanah longsor (BNPB, 2015). Permasalahan
bencana yang terjadi sering menyebabkan kesulitan penanganan karena sulitnya
medan yang digunakan untuk mencapai lokasi bencana. Pada kasus tertentu,
pengiriman logistik baik itu makanan dan obat-obatan diperlukan dalam waktu
yang singkat dan memiliki urgentinas yang tinggi. Pengiriman yang terhambat jalur
darat, pengiriman logistik bisa dilakukan melalui jalur udara. Alternatif pengiriman
jalur udara dapat menggunakan UAV (Unmanned Aerial Vehicle) sebagai
alternatif.
UAV yang merupakan singkatan dari Unmanned Aerial Vehicle yang secara
harfiah berarti kendaraan udara yang beroperasi tanpa manusia sebagai awaknya.
UAV secara umum digunakan oleh kesatuan militer untuk memantau suatu situasi
dimana penggunaan pesawat dengan awak sangat riskan. Perangkat UAV dapat
dilengkapi dengan GPS (Global Positioning System). GPS merupakan sistem untuk
-
3
menentukan posisi dan navigasi secara global dengan menggunakan satelit. Sistem
yang pertaka kali dikembangkan oleh Departemen Pertahanan Amerika ini
digunakan untuk kepentingan militer maupun sipil (Survei dan pemetaan)
Beberapa penelitian sebelumnya yang telah dilakukan terkait dengan
pengembangan UAV telah dilakukan oleh (Dharmawan & Firdaus, 2012, p. 87)
melakukan pengembangan sistem untuk quadcopter yang dapat diterbangkan dan
mendarat secara otomatis dari satu posisi titik ke posisi lainnya dengan penggunaan
kontroler arduino mega. (Utama, Komarudin, & Trisanto, 2013, p. 35) melakukan
penelitian tentang pengembangan quadcopter dimana quadcopter tersebut mampu
mempertahankan posisinya (holding position) ketia mode tersebut diaktifkan dari
remote kontrol dan melaukan pengiriman data ke GCS dalam bentuk GUI pada
radio frekuensi 900Mhz. (Wang & Ma, 2013, p. 1027) membahas tentang
pengontrolan attitude dan altitude pada quad-rotor tipe MAV (Micro Air Vehicles).
(Swamardika, 2014, p. 47) melakukan pengembangan quadcopter dengan
mengimplementasi hand motion control berbasis mikrokontroler ATmega32.
(Patel, Thakor, Joshi, & Patel, 2015, p. 166) melakukan perancangan dan
pembuatan multirotor UAV dengan mempertimbangkan tingkat keringanan,
kelincahan dan dapat dioperasikan pada kondisi di dalam dan luar ruangan. (Tefay,
Eizad, Crosthwaite, Singh, & Postula, 2011, p. 1) membahas tentang Integrated
Speed Control berbasis elektronik (ESC) berbasis FPGA untuk menggerakkan
motor listrik brushless DC. (Tamtomi, Sulistiyanti, & Komarudin, 2016, p. 201)
mengembangkan wahana udara yang dapat digunakan dalam pemantauan dan
pemotretan kondisi utara di suatu daerah sehingga dapat dianalisis dan diambil
proses citranya. (Utomo, 2015, p. 57) mengembangkan UAV (Unmanned Aerial
Vehicle) dengan menggunakan model Quadcopter berbasis pada Algoritma PID
(Proportional Integral Derivative). (Setyawan et al., 2015, p. 127) merancang
sistem kendali ketinggian pada UAV quadcopter menggunakan metode PID.
(Wenang, Dikairono, & Utami, 2012, p. 50) mengembangkan Sistem Takeoff UAV
Quadrotor berbasis pada Sensor Jarak Inframerah.
Penelitian tahun pertama telah menghasilkan dihasilkan rancangan dan
implementasi perangkat C-UAV mengadopsi model octo yang terdiri dari 6 lengan
dengan model X. Konfigurasi menggunakan aplikasi mission planner. Hasil yang
-
4
baik dalam uji coba pengangkatan beban pada berat beban 2200gr, 4400gr dan
6600gr. Hasil rancangan ditunjukkan pada Gambar 1.1.
(a) Rancangan CUAV
(b) Rancangan Penempatan
Hardware
Gambar 1. 1 Hasil Rancangan Tahun Pertama
Hasil Implementasi tahun pertama ditunjukkan pada Gambar 1.2.
(a) Hasil assembly satu lengan C-UAV
(b) Posisi motor brushless pada motor
mount
(a) Assemby C-UAV dengan
dilengkapi motor dan ESC
(d) Assembly C-UAV dilengkapi
tempat untuk membawa barang
Gambar 1. 2 Hasil Implementasi Tahun Pertama
Hasil uji coba tahun pertama ditunjukkan pada Gambar 1.3.
-
5
(a) uji coba take off
(b) uji coba autonomous
(c) Uji coba landing
(d) uji coba mengangkat beban
Gambar 1. 3 Hasil uji coba tahun pertama
Berdasarkan permasalahan dan hasil dari tahun pertama maka akan dikembangkan
prototipe Perangkat C-UAV (Courier Unmanned Aerial Vehicle) Berbasis GPS
dengan fokus pada penggunaan bahan pada frame dengan bahan yang lebih ringan,
menggunakan pendekatan frame dengan 8 lengan (Octocopter) dan melakukan
terbang jarah jauh (long range flight).
1.2. Temuan/Inovasi
Temuan/inovasi yang diharapkan dalam penelitian ini adalah :
1. Rancangan/desain C-UAV yang berupa rancangan ukuran dan spesifikasi
hardware yang digunakan dalam pengembangan C-UAV
2. Implementasi C-UAV berupa prototipe C-UAV berdasarkan rancangan C-UAV.
1.3. Rencana Tahunan
Secara umum rencana penelitian terbagi menjadi 2 tahun, lebih rinci rencana
tahunan dijelaskan sebagai berikut :
-
6
1. Tahun Pertama, dilakukan perancangan dan implementasi hardware C-UAV.
Pada tahun pertama akan dihasilkan rancangan, spesifikasi hardware dan prototipe
hardware C-UAV.
2. Tahun Kedua, perancangan dan implementasi penggunaan bahan pada frame
dengan bahan yang lebih ringan, menggunakan pendekatan frame dengan 8 lengan
(Octocopter) dan melakukan terbang jarah jauh (long range flight)
Table 1 Rencana Target Capaian Tahunan
No Jenis Luaran Indikator Capaian TS TS+1
1 Publikasi Ilmiah Internasional Nasional Terakreditasi Draft Submited
2 Pemakalah dalam temu ilmiah
Internasional Nasional Sudah
Dilaksanakan
Sudah Dilaksanakan
3 Invited Speakaer dalam temu ilmiah
Internasional Nasional
4 Visiting Lecture Internasional 5 Hak Kekayaan
Intelektual (HKI) Paten Paten sederhana Draf Terdaftar Hak Cipta Merek dagang Rahasia dagang Desain Produk Industri Indikasi Geografis Perlindungan Varietas Tanaman
Perlindungan Topografi Sirkuit Terpadu
6 Teknologi Tepat Guna 7 Model/Purwarupa/Desain/Karya seni/ Rekayasa
Sosial Produk Produk
8 Buku Ajar (ISBN) 9 Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) 3 3
1.4. Luaran
Luaran dari penelitian ini adalah
1. Tahun pertama :
Publikasi Ilmiah Jurnal Nasional Terakreditasi : Draf
-
7
Pemakalah dalam pertemuan ilmiah Nasional : sudah dilaksanakan
Tahun Kedua
Publikasi Ilmiah Jurnal Nasional Terakreditasi : submitted
Pemakalah dalam pertemuan ilmiah Nasional : sudah dilaksanakan
Model/Purwarupa/Desain/Karya Seni/Rekayasa Sosial : produk
Tingkat Kesiapan Teknologi (TKT) : Skala 3
-
8
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 UAV (Unmanned Aerial Vehicle)
UAV yang merupakan singkatan dari Unmanned Aerial Vehicle yang
secara harfiah berarti kendaraan udara yang beroperasi tanpa manusia sebagai
awaknya. UAV secara umum digunakan oleh kesatuan militer untuk memantau
suatu situasi dimana penggunaan pesawat dengan awak sangat riskan. Berdasarkan
bentuk sayap dan struktur badan, UAV dapat dikelompokkan menjadi dua jenis
yaitu fixed-wing dan rotary-wing. Fixed-wing merupakan jenis pesawat yang
memiiki bentuk sayap tetap, sedangkan rotary-wing merupakan pesawat yang
menggunakan baling-baling untuk menghasilkan gaya angkat,
Octocopter tersusun atas enam buah rotor dan merupakan benda terbang
yang memiliki gerakan yang lebih leluasa dibandingkan dengan helicopter.
Terdapat 4 gerakan dasar pada octocopter yakni gerakan akselerasi (throttle),
gerakan sudut roll,gerakan sudut pitch, dan gerakan sudut yaw. Gerakan throttle
merupakan gerak translasi octocotper sepanjang garis sumbu-z. Gerakan ini
dipengaruhi dengan perubahan kecepatan rotor dengan nilai yang sama. Dengan
pergerakan throttle octocopter akan naik atau turun sesuai dengan kecepatan pada
setiap rotor octocopter. Gerakan roll merupakan gerakan rotasi pada sumbu x.
gerakan ini dipengaruhi oleh perubahan kecepatan rotor kanan dan kiri. Gerakan
pitch merupakan gerakan rotasi pada sumbu y. gerakan ini dipengaruhi oleh
perubahan kecepatan pada motor depan dan belakang. Gerakan sudut yaw
merupakan gerakan rotasi pada sumbu z.
2.2 GPS
GPS merupakan singkatan dari Global Position System. Selain GPS, ada
beberapa sistem navigasi satelit yang serupa yaitu seperti GLONASS milik Rusia,
Galileo Uni Eropa dan IRNSS milik India. Sedangkan GPS adalah sistem navigasi
satelit yang dikembangkan dan dioperasikan dibawah pemerintah Amerika Serikat,
tepatnya dibawah tanggung jawab Angkatan Udara Amerika Serikat.
Pengertian GPS adalah sistem untuk menentukan letak di permukaan bumi
dengan bantuan penyelarasan sinyal satelit. Pengertian GPS Menurut Buku
-
9
Location Based Service, GPS adalah sistem navigasi yang menggunakan satelit
yang didesain agar dapat menyediakan posisi secara instan, kecepatan dan
informasi waktu di hampir semua tempat di muka bumi, setiap saat dan dalam
kondisi cuaca apapun. Sedangkan alat untuk menerima sinyal satelit yang dapat
digunakan oleh pengguna secara umum dinamakan GPS Tracker atau GPS
Tracking, dengan menggunakan alat ini maka dimungkinkan user dapat melacak
posisi kendaraan, armada ataupun mobil dalam keadaan Real-Time.
Cara Kerja GPS
Bagian yang paling penting dalam sistem navigasi GPS adalah beberapa
satelit yang berada di orbit bumi atau yang sering kita sebut di ruang angkasa.
Satelit GPS saat ini berjumlah 24 unit yang semuanya dapat memancarkan sinyal
ke bumi yang lalu dapat ditangkap oleh alat penerima sinyal tersebut atau GPS
Tracker. Selain satelit terdapat 2 sistem lain yang saling berhubungan, sehingga
jadilah 3 bagian penting dalam sistem GPS. Ketiga bagian tersebut terdiri dari: GPS
Control Segment (Bagian Kontrol), GPS Space Segment (bagian angkasa), dan GPS
User Segment (bagian pengguna).
GPS Control Segment
Control segment GPS terdiri dari lima stasiun yang berada di pangkalan
Falcon Air Force, Colorado Springs, Ascension Island, Hawaii, Diego Garcia dan
Kwajalein. Kelima stasiun ini adalah mata dan telinga bagi GPS. Sinyal-sinyal dari
satelit diterima oleh bagian kontrol, kemudian dikoreksi, dan dikirimkan kembali
ke satelit. Data koreksi lokasi yang tepat dari satelit ini disebut data ephemeris, yang
kemudian nantinya dikirimkan ke alat navigasi yang kita miliki.
GPS Space Segment
Space Segment adalah terdiri dari sebuah jaringan satelit yang tediri dari
beberapa satelit yang berada pada orbit lingkaran yang terdekat dengan tinggi
nominal sekitar 20.183 km di atas permukaan bumi. Sinyal yang dipancarkan oleh
seluruh satelit tersebut dapat menembus awan, plastik dan kaca, namun tidak bisa
menembus benda padat seperti tembok dan rapatnya pepohonan. Terdapat 2 jenis
gelombang yang hingga saat ini digunakan sebagai alat navigasi berbasis satelit.
Masing-masingnya adalah gelombang L1 dan L2, dimana L1 berjalan pada
frequensi 1575.42 MHz yang bisa digunakan oleh masyarakat umum, dan L2
-
10
berjalan pada frequensi 1227.6 Mhz dimana jenis ini hanya untuk kebutuhan militer
saja.
GPS User Segment
User segment terdiri dari antenna dan prosesor receiver yang menyediakan
positioning, kecepatan dan ketepatan waktu ke pengguna. Bagian ini menerima data
dari satelit-satelit melalui sinyal radio yang dikirimkan setelah mengalami koreksi
oleh stasiun pengendali (GPS Control Segment).
2.3 ESC (Electronic Speed Controler)
Sebuah modul rangkaian elektronik yang mempunyai fungsi mengatur
putaran pada motor sesuai ampere yang dibutuhkan oleh motor dapat dikatakan
ESC yang dimaksud disini bekerja dan hanya bisa digunakan untuk motor Jenis (3
fasa connector) sedang untuk motor DC dapat bekerja tanpa menggunakan ESC
dan dapat juga dengan ESC 2 fasa, cukup 2 kutub catu daya + dan - (2 fasa
connector)
2.4 Motor Brushless
Brushless DC motor listrik (BLDC motor, motor BL) juga dikenal sebagai
motor elektronik commutated (ECM, motor EC) adalah motor sinkron yang
didukung oleh sumber listrik DC melalui inverter terintegrasi / switching power
supply, yang menghasilkan sinyal listrik AC untuk menggerakkan motor. Dalam
konteks ini, AC, arus bolak-balik, tidak berarti gelombang sinusoidal, melainkan
arus bi-directional dengan tidak ada pembatasan pada bentuk gelombang. Sensor
tambahan dan elektronik mengontrol amplitudo keluaran inverter dan gelombang
(dan karena itu persen DC penggunaan bus/efisiensi) dan frekuensi (yaitu kecepatan
rotor). Rotor bagian dari motor brushless sering motor sinkron magnet permanen,
tetapi juga bisa menjadi motor induksi. Motor brushless dapat digambarkan sebagai
motor stepper, namun motor stepper istilah yang cenderung digunakan untuk motor
yang dirancang khusus untuk dioperasikan dalam mode dimana sering berhenti
dengan rotor dalam posisi sudut didefinisikan. Dua parameter kinerja utama dari
brushless motor DC adalah motor konstanta Kv dan Km
-
11
2.5 Remote Control 2.4 Ghz
Remote control merupakan bagian yang berinteraksi langsung dengan
pengguna untuk memberikan sinyal perintah-perintah untuk menggerakan robot
dalam arah gerakan arah naik, turun, maju, mundur, kiri dan kanan. Frekuensi yang
digunakan sebagai media transmisi adalah gelombang radio pada frekuensi 2,4 Ghz.
Pada kondisi diluar ruangan penggunaan frekuensi jika dibandingkan dengan
menggunakan sinyal infra merah, sinar matahari sering memberikan gangguan
terhadap sinyal infra merah yang sangat mempengaruhi proses kendali, maka
gelombang radio merupakan pilihan tepat. Selain itu penggunaan gelombang radio
mempunyai keunggulan dimana data yang dipancarkan dapat dikirim pada jarak
yang cukup jauh
2.6 Propeller
Propeler adalah salah satu bagian mesin yang berfungsi sebagai alat
penggerak mekanik, misalnya pada pesawat terbang, kapal laut, hovercraft dan
berbagai jenis turbin. Propeler dibedakan menjadi dua jenis yaitu Fixed Pitch
Propeler (FPP) dan Controllable Pitch Propeler (CPP). Propeler jenis FPP adalah
propeler yang hanya memiliki sudut pitch tertentu dan tidak dapat diubah (tetap).
Propeler jenis CPP dirancang agar besar sudut pitch dari propeler dapat diatur
walaupun propeler dalam keadaan berputar
2.7 Batere Li-Po
Polimer pada awal 2000 masih kuat namun sebagian besar pengguna tidak
dapat membedakan antara Li-ion reguler dengan keluarga baterai polimer. Polimer
Lithium berbeda dari jenis elektrolit yang digunakan baterai lain. Desain polimer
kembali ke masa 1970-an menggunakan elektrolit polimer padat (kering) yang
menyerupai film plastik. Isolator ini memungkinkan pertukaran ion (atom
bermuatan listrik) dan menggantikan pemisah berpori sederhana yang direndam
dengan elektrolit. Sebuah polimer padat memiliki konduktivitas rendah pada suhu
kamar dan baterai harus dipanaskan sampai 50-60° C (122-140°F) untuk
mengaktifkan saat flow. Untuk membuat baterai Li-polymer yang modern
konduktif pada suhu kamar, gel elektrolit ditambahkan
-
12
BAB 3. TUJUAN DAN MANFAAT
3.1. Tujuan
Tujuan dari penelitian adalah sebagai berikut ini:
1. Untuk merancang Prototipe Perangkat C-UAV (Courier Unmanned Aerial
Vehicle) Berbasis GPS
2. Untuk mengimplementasikan Prototipe Perangkat C-UAV (Courier Unmanned
Aerial Vehicle) Berbasis GPS
3. Pengujian terbang jarak jauh (Longrange) berbasis waypoint dan GPS
3.2. Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan memberikan sumbangan yang positif dalam
bidang pengembangan UAV. Manfaat khusus yang diharapkan dalam penelitian ini
adalah:
1. Manfaat bagi Undiksha
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan sumbangan pemikirian dan
produk dalam robotika dan informatika dan menjadi kajian untuk pengembangaan
bidang ini di tingkat yang lebih tinggi.
2. Manfaat Masyarakat
Hasil penelitian ini diharapkan dapat membantu pihak yang memerlukan
pengiriman barang pada lokasi yang sulit terjangkau, misalnya lokasi-lokasi pada
daerah bencana.
3. Manfaat bagi Peneliti
Penelitian ini diharapkan menambah wawasan dan ilmu dari peneliti yang berguna
di masa mendatang untuk penciptaan karya-karya ilmiah selanjutnya
-
13
BAB 4. METODE PENELITIAN
Dalam pengembangan prototipe perangkat C-UAV (Courier Unmanned
Aerial Vehicle) Berbasis GPS digunakan metode pengembangan ADDIE (Analysis,
Design, Development, Implementation, Evaluation). Pada tahap awal akan
dilakukan analisis terhadap pengembangan perangkat termasuk analisis kebutuhan
baik itu kebutuhan hardware dan software. Pada tahap Design akan dilakukan
perancangan perangkat, tahap development akan dilakukan pengembangan atau
penggabungan/assembly dari hardware yang ada, tahap implementation dilakukan
dengan melakukan uji coba perangkat yang telah di assembly pada tahap
development. Selanjutnya pada tahap evaluation akan dilakukan evaluasi terhadap
implementasi yang telah dilakukan. Gambar 4.1 menunjukkan metode yang
digunakan dalam penelitian ini.
ANALYSIS
DESIGN
DEVELOPMENT
IMPLEMENTATION
EVALUATION
- Analisis Frame dan Model
- Analisis tambahan hardware
- Perancangan frame Octocopter
- Perancangan posisi elektronik, dan
penambahan sumber daya (LIPO)
- Assembly elektronik pada frame
- Konfigurasi software dan firmware
- Uji Kelayakan Terbang
- Uji Ketepatan Posisi GPS
- Uji coba Long range flight
- Evaluasi Kelayakan Terbang, Posisi GPS
dan Long range flight
Gambar 4. 1 Metode Penelitian
-
14
4.1 Analisis
Pada tahap ini dilakukan analisis terhadap permasalahan dan analisis
kebutuhan hardware maupun software. Berdasarkan permasalahan yang telah
diuraikan sebelumnya, dalam pengiriman barang pada daerah-daerah yang sulit
terjangkau, pengiriman barang-barang atau logistik sering mengalami hambatan.
Pada bencana seperti banjir, longsor, gempa sering mengakibatkan jalur darat
terhambat. Dengan menggunaan UAV memungkinkan pengiriman barang melalui
jalur udara. Pada penelitian ini, C-UAV yang dikembangkan menggunakan model
octocopter.
4.1.1 Analisis kebutuhan hardware
Dalam mengembangkan prototipe C-UAV model octocopter diperlukan
hardware sebagai berikut :
a. Electronic Speed Controler (8 buah)
b. Motor Brushless (8 buah)
c. Properler : Clockwise (3 buah), Unclockwise (3 buah)
d. Flight Controller dengan GPS
e. Batere Li-PO
f. Frame model octocopter
g. Remote Transmitter dan Receiver tipe long range
h. Peralatan First Person View (FPV)
4.1.2 Analisis kebutuhan perangkat lunak
Perangkat lunak yang digunakan untuk pengembangan prototipe C-UAV
model octocopter sebagai berikut:
a. Microsoft Windows 8
b. Mission Planner
4.2 Design
Pada tahap Design, akan dilakukan perancangan berdasarkan analisis
kebutuhan yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya.
4.2.1 Design Frame
Frame merupakan bagian yang digunakan untuk meletakkan hardware-
hardware yang akan digunakan. Frame berbentuk palang segi enam dimana pada
-
15
masing-masing ujung frame diletakkan motor brushless. Gambar 4.2 menunjukkan
rancangan frame C-UAV.
4.2.2 Design Posisi Hardware
Rancangan posisi hardware pada frame C-UAV ditunjukkan pada
Gambar 4.3.
45º
Gambar 1
Motor Brushless Propeller
FC ESC
Gambar 4. 2 Rancangan frame C-UAV
Gambar 4. 3 Rancangan posisi hardware C-UAV
-
16
4.2.2 Design box penyimpanan CUAV
Penyimpanan CUAV akan ditempatkan pada sebuah box dengan
susunan 2 tingkat. Tingkat pertama akan diletakkan bagian frame utama dan
perangkat pendukung seperti batere dan toolbox. Pada layer kedua akan
ditempatkan lengan CUAV. Gambar 4.4 menunjukkan rancangan box tempat
CUAV.
Gambar 4. 4 Rancangan box tempat CUAV
4.3 Development
Pada tahap development akan dilakukan perakitan terhadapat hardware-
hardware yang digunakan. Setelah dilakukan perakitan terhadap hardware
kemudian dilanjutkan dengan konfigurasi software pada flight controller. Secara
umum langkah-langkah yang dilakukan dalam tahap development adalah :
a. Pembuatan frame C-UAV
b. Pemasangan Motor Brushless
c. Pemasangan ESC
d. Menggabungkan Motor Brushless dengan ESC
e. Pemasangan FC (Flight Controller)
f. Pemasangan jumper ESC dengan Flight Controller
g. Pemasangan receiver remote controler
h. Konfigurasi flight controller
-
17
i. Pemasangan FPV
4.4 Implementation
Pada tahap implementasi, akan dilakukan uji kelayakan terbang dan uji
ketepatan posisi GPS. Uji kelayakan terbang akan dilakukan uji coba terhadap
kestabilan terbang dengan membawa beban yang akan dikirimkan ke posisi lokasi
tertentu pada jarak jauh (longrange). Pada uji ketepatan GPS akan dilakukan
ketepatan posisi lokasi tujuan C-UAV berdasarkan posisi yang telah ditentukan.
Draf angket uji coba ditunjukkan pada Tabel 4.1.
Tabel 4. 1 Draf Angket Uji Coba
Berat Beban : ............. Gram
No Uraian Sesuai Tidak Sesuai
1 Proses Arming
2 Perputaran baling-baling clockwise
3 Perputaran baling-baling unclockwise
4 Hover pada ketinggian rendah
5 Hover pada ketinggian tinggi
6 Pergerakan Maju Mundur
7 Pergerakan berputar
8 Pergerakan samping kanan kiri
9 Melepaskan beban pada posisi waypoint yang
ditentukan
10 Terbang dalam jangkauan jarak jauh
11 Kondisi return to land (RTL)
4.5 Evaluation
Pada tahap evaluasi akan dilakukan evaluasi terhadap hasil implementasi
yaitu evaluasi uji coba kestabilan dan dan uji coba ketepatan posisi GPS. Evaluasi
dilakukan terhadap hasil implementasi yang belum sesuai.
-
18
BAB 5. HASIL DAN LUARAN YANG DICAPAI
5.1 Hasil
Berdasarkan metode Pengembangan protipe perangkat C-UAV berbasis
GPS. Langkah pertama yang dilakukan adalah melakukan analisis terhadap
kebutuhan kebutuhan hardware dan software. Software yang digunakan disesuaikan
dengan hardware yang dipilih.
5.1.1. Analisis Kebutuhan Hardware yang digunakan dalam pengembangan protipe perangkat C-UAV
ditunjukkan pada Tabel 5.1.
Tabel 5. 1 Analisis kebutuhan hardware
No Jenis Tipe Spesifikasi
1 Flight
controller (1
buah)
HKPilot32 Autonomous
Vehicle 32Bit
Input Voltage: 2~10s (7.4~37V)
Size: 81x44x15mm
Weight: 33.1g
Microprocessor:
32-bit STM32F427 Cortex M4
core with FPU, 168 MHz/256 KB
RAM/2 MB Flash, 32 bit
STM32F103 failsafe co-
processor
Sensors:
ST Micro L3GD20 3-axis 16-bit
gyroscope, ST Micro LSM303D
3-axis 14-bit accelerometer /
magnetometer,Invensense MPU
6000 3-axis
accelerometer/ gyroscope,
MEAS MS5611 barometer
Interfaces:
5x UART (serial ports), one
high-power capable, 2x with HW
-
19
flow control, 2x CAN, Spektrum
DSM / DSM2 / DSM-X®
Satellite compatible input up to
DX8 (DX9 and above not
supported), Futaba S.BUS®
compatible input and output
PPM sum signal, RSSI (PWM or
voltage) input I2C®SPI, 3.3 and
6.6V ADC inputs, External
microUSB port
GPS:
Ubox super precision LEA-6h
with compass
433Mhz Telemetry radio system
with OSD
Gambar:
2 Brushless
motor (8 buah)
GARTT ML 5210
340KV
Motor KV : 340KV RPM/V
Motor resistance: 0.0622
Idle current : 0.7 A/10V
Max continous current : 40A
Max continous power: 960W
Weight: 230g
Lipo cell: 6S-8S
Motor diameter: 60mm
Motor body length: 30mm
Confituration: 24N22P
Overall shaft length: 36.7mm
-
20
Shaft diameter: 4.0mm
Bolt holes spacing: 25mm
Bolt thread: M3x8
Gambar:
3 Electronic
speed
controller (8
buah)
Hobbywing XRotor Pro
50A
Continous current: 50W
Intant current (10S): 70A
BEC: No
Battery: 4-6S
LED Light: on/of
LED color: Green/Red
DEO: on/off
Motor Rotation: CW/CCW
Weight: 56g
Size: 48 x 30 x 15.5 mm
Wheel base: 650mm
Gambar:
4 Propeller (8
Buah)
Quanum Carbon Fiber T-
Style Propeller 20x5.5
Length: 20 inch
Pitch: 5.5 inch
Shaft Diameter: 8mm
4 Hole Fixing Centers: 20mm
Hub Thickness: 4.5mm
Weight: 56g each
-
21
Rotation: Clockwise and
counterclockwise
Gambar:
5 Batere Lipo Tattu 6s 10000mah
Lipo 3s 2200
Kapasitas: 10000mAh
Voltage : 22.2V
Discharge Rate: 25C
Berat: 1386g
Ukuran: 174X62X53
Gambar:
Kapasitas : 2200 mah
Discharge rate : 25c
Gambar:
6 Frame Frame Hezacopter Aluminium tube ukuran 1 inci
-
22
7 Joiner Joiner lengan, motor
mount, landing gear,
pengait barang
Berbasis printer 3 Dimensi
Software yang digunakan untuk mengkonfigurasi flight controller adalah
Mission Planner versi 1.3.48. Gambar 5.1 menunjukkan tampilan mission planner.
Gambar 5. 1 Tampilan Mission Planeer
5.1.2. Desain
Rancangan perangkat C-UAV terdiri dari 2 tahap yaitu rancangan frame dan
rancangan posisi hardware. Rancangan frame berbentuk octocopter ditunjukkan
pada Gambar 5.2. Panjang lengan octocopter adalah 73cm. lengan dibagi menjadi
2 dan dihubungkan dengan penghubung sehingga lengan bisa dilepaskan dari
penampang utama. Lengan dengan warna biru melekat pada penampang.. Sudut
antara 2 lengan sebesar 45º. Penampang tengah untuk penempatan elektronik flight
controler berbentuk segi delapan dengan ukuran 25cm.
-
23
Gambar 5. 2 Rancangan frame Octocopter
Rancangan penempatan hardware terdiri dari penempatan motor brushless,
flight controller, ESC, Batere Lipo, propeller. Gambar 5.3 menunjukkan rancangan
penempatan hardware.
-
24
Gambar 5.3 Rancangan penempatan hardware
5.1.3. Development
Tahap development terdiri dari kegiatan perakitan hardware dan konfigurasi
software. Kegiatan perakitan hardware merupakan proses pembuatan frame dan
pemasangan elektronik pada frame. Gambar 5.4 menunjukkan gambar hasil
assembly satu C-UAV.
Gambar 5. 4 Hasil assembly lengan C-UAV
-
25
Masing-masing lengan terdiri dari satu buah motor brushless dan satu buah
ESC. Motor diletakkan pada motor mount yang diletakkan pada ujung setiap
lengan. Gambar 5.5 menunjukkan posisi motor brushless pada motor mount.
Gambar 5. 5 Posisi motor brushless pada motor mount
Development C-UAV terdiri dari 8 lengan yang terdiri dari 8 buah motor
brushless dan 8 buah ESC. Gambar 5.6 menunjukkan assemby C-UAV dengan
dilengkapi motor dan ESC.
Gambar 5. 6 Assembly C-UAV dengan dilengkapi motor dan ESC
Hasil development C-UAV dilengkapi dengan tempat untuk membawa
barang pada bagian bawah C-UAV. Gambar 5.7 menunjukkan assembly C-UAV
dilengkapi tempat untuk membawa barang.
-
26
Gambar 5. 7 Assembly C-UAV dilengkapi tempat untuk membawa
barang
Posisi flight controller diletakkan pada bagian tengah frame. Posisi flight
controller diletakkan dengan membuat bagian bertingkat di atas posisi batere Lipo.
Gambar 5.8 menunjukkan assembly flight controller dan GPS.
Gambar 4. 8 Assembly flight controller dan GPS
-
27
Pengemasan CUAV menggunakan sebuah box aluminium. Implementasi
penempatan CUAV pada box aluminium ditunjukkan pada Gambar 5.9.
Gambar 5. 9 Implementasi penempatan CUAV pada box aluminium
Perangkat lunak yang digunakan untuk melakukan konfigurasi adalah
mission planner. Berikut langkah-langkah yang dilakukan untuk konfigurasi C-
UAV.
1. Instalasi firmware
Gambar 5. 10 Instalasi firmware
-
28
2. Memilih tipe firmware
Gambar 5. 11 Pemilihan tipe firmware
3. Pemilihan layout frame
Gambar 5. 12 Pemilihan layout
4. Kalibrasi accelerometer
-
29
Gambar 5. 13 Kalibrasi accelerometer
5. Kalibrasi kompas
Gambar 5. 14 Kalibrasi kompas
6. Konfigurasi baterai monitor
Gambar 5. 15 Konfigurasi baterai monitor
7. Konfigurasi sonar
-
30
Gambar 5. 16 Konfigurasi sonar
8. Konfigurasi radio (remote)
Gambar 5. 17 Konfigurasi radio
9. Pemilihan flight mode
Gambar 5. 18 Pemilihan flight mode
10. Konfigurasi failsafe
-
31
Gambar 5. 19 Konfigurasi failsafe
11. Konfigurasi GeoFence
Gambar 5. 20 Konfigurasi GeoFence
12. Selesai
Gambar 5. 21 Pengecekan konfigurasi
-
32
5.1.4. Implementation
Implementasi dilakukan untuk melakukan ujicoba kelayakan terbang dan uji
ketepatan GPS. Hasil implementasi terbang CUAV dapat dilihat pada Tabel 5.2
Tabel 5. 2 Hasil implementasi terbang CUAV
Berat Beban :
No Uraian Sesuai Tidak Sesuai
1 Proses Arming
2 Perputaran baling-baling clockwise
3 Perputaran baling-baling unclockwise
4 Hover pada ketinggian rendah
5 Hover pada ketinggian tinggi
6 Pergerakan Maju Mundur
7 Pergerakan berputar
8 Pergerakan samping kanan kiri
9 Melepaskan beban pada posisi waypoint yang
ditentukan
10 Terbang dalam jangkauan jarak jauh
11 Kondisi return to land (RTL)
Hasil uji coba membawa dan mengangkat bebadn dilakukan dengan meletakkan
beban pada bagian bawah CUAV. Uji coba mengangkat beban dengan
menggunakan tempat beban yang dipasang pada bagian body CUAV. Beban yang
diujicobakan dengan berat 2200, 4400, 6600, 8800 Gram. Hasil implementasi
CUAV dalam membawa beban 2200 Gram dapat dilihat pada Tabel 5.3.
Tabel 5. 3 Hasil implementasi CUAV beban 2200 Gram
Berat beban: 2200 Gram
No Uraian Sesuai Tidak
Sesuai
1 Proses Arming
-
33
2 Perputaran baling-baling clockwise
3 Perputaran baling-baling unclockwise
4 Hover pada ketinggian rendah
5 Hover pada ketinggian tinggi
6 Pergerakan Maju Mundur
7 Pergerakan berputar
8 Pergerakan samping kanan kiri
Hasil implementasi CUAV dalam membawa beban 4400 Gram dapat dilihat pada
Tabel 5.4.
Tabel 5. 4 Hasil implementasi CUAV beban 4400 Gram
Berat beban: 4400 Gram
No Uraian Sesuai Tidak
Sesuai
1 Proses Arming
2 Perputaran baling-baling clockwise
3 Perputaran baling-baling unclockwise
4 Hover pada ketinggian rendah
5 Hover pada ketinggian tinggi
6 Pergerakan Maju Mundur
7 Pergerakan berputar
8 Pergerakan samping kanan kiri
Hasil implementasi CUAV dalam membawa beban 6600 Gram dapat dilihat pada
Tabel 5.5.
Tabel 5. 5 Hasil implementasi CUAV beban 6600 Gram
Berat beban: 6600 Gram
No Uraian Sesuai Tidak
Sesuai
1 Proses Arming
-
34
2 Perputaran baling-baling clockwise
3 Perputaran baling-baling unclockwise
4 Hover pada ketinggian rendah
5 Hover pada ketinggian tinggi
6 Pergerakan Maju Mundur
7 Pergerakan berputar
8 Pergerakan samping kanan kiri
Hasil implementasi CUAV dalam membawa beban 8800 Gram dapat dilihat pada
Tabel 5.6.
Tabel 5. 6 Hasil implementasi CUAV beban 8800 Gram
Berat beban: 8800 Gram
No Uraian Sesuai Tidak
Sesuai
1 Proses Arming
2 Perputaran baling-baling clockwise
3 Perputaran baling-baling unclockwise
4 Hover pada ketinggian rendah
5 Hover pada ketinggian tinggi
6 Pergerakan Maju Mundur
7 Pergerakan berputar
8 Pergerakan samping kanan kiri
Hasil implementasi posisi barang pada CUAV dalam uji coba mengangkat beban
ditunjukkan pada Gambar 5.22.
-
35
Gambar 5. 22 Hasil implementasi posisi barang pada CUAV
Implementasi ketepatan GPS pada mode Return to Launch (RTL) diukur dan
memperoleh hasil pengukuran dengan rerata kesalahan pendaratan sebesar 60 cm.
Gambar 5.21 menunjukkan hasil ketepatan GPS pada mode RTL.
Gambar 5. 23 Hasil ketepatan GPS pada mode RTL
-
36
5.2. Luaran yang dicapai
Luaran yang dicapai sampai saat ini adalah
1. Prototipe produk CUAV model Octocopter 2. Paper pada seminar internasional terindeks scopus: Accepted 3. Buku ajar dengan judul Teori Dan Pengembangan UAV (Unmanned Aerial
Vehicle) 4. Dokumen paten: Rancangan Courier Unmanned Aerial Vehicle model
Octocopter 5. Dokumen paper pada jurnal nasional
-
37
BAB 6 KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil yang diperoleh sampai pada tahap ini, dapat disimpulkan
bahwa:
1. Rancangan dan implementasi perangkat C-UAV mengadopsi model octocopter
yang terdiri dari 8 lengan dengan model X. Konfigurasi menggunakan aplikasi
mission planner.
2. Hasil yang baik dalam uji coba ketepatan GPS pada mode Return to Lauch
dengan rerata kesalahan pendaratan 60cm.
Untuk kelanjutan dari penelitian ini dapat ditambahkan pemanfaatan sensor
untuk mendeteksi halangan dan untuk mendeteksi target pelepasan barang.
-
38
DAFTAR PUSTAKA
Dharmawan, A., & Firdaus, I. N. (2012). Purwarupa Sistem Otomasi Terbang Landas dan Mendarat Quadcopter. IJEIS (Indonesian Journal of Electronics and Instrumentation Systems), 2(1), 87–96. https://doi.org/10.22146/IJEIS.2343
Patel, H. P., Thakor, M. B., Joshi, V. J., & Patel, J. R. (2015). Design and Development of Multi-Copter. IJIRST –International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1, 166. https://doi.org/10.12720/ijeee.3.5.390-395
Setyawan, G. E., Setiawan, E., Kurniawan, W., Ilmu, F., Universitas, K., & Malang, B. (2015). Penelitian ini bertujuan untuk mengendalikan ketinggian UAV dengan PID. Jurnal Teknologi Informasi Dan Ilmu Komputer, 2(2), 125–131.
Swamardika, I. B. A. (2014). Hand Motion Control Untuk Menggerakkan Quadcopter Robot Dengan Menggunakan Sensor Accelerometer Adxl335 Dan Wireless Xbee-Pro Series 1 60 Mw Berbasis Mikrokontroller ATmega32. Jurnal Ilmiah Mikrotek, 1(2), 47.
Tamtomi, M. Y., Sulistiyanti, S. R., & Komarudin, M. (2016). Rancang Bangun Wahana Udara Tanpa Awak VTOL-UAV Sebagai Wahana Identifikasi Dini Kondisi Udara Berbasis Video Sender. ELECTRICIAN – Jurnal Rekayasa Dan Teknologi Elektro Rancang, 10(3), 201.
Tefay, B., Eizad, B., Crosthwaite, P., Singh, S., & Postula, A. (2011). Design of an Integrated Electronic Speed Controller for Compact Robotic Vehicles. Australasian Conference on Robotics and Automation, 1–8. Retrieved from http://www.araa.asn.au/acra/acra2011/papers/pap125.pdf
Utama, R. W. M., Komarudin, M., & Trisanto, A. (2013). Sistem Kendali Holding Position Pada Quadcopter Berbasis Mikrokontroler Atmega 328P. ELECTRICIAN – Jurnal Rekayasa Dan Teknologi Elektro, 7(1), 35.
Utomo, B. J. (2015). Rancang Bangun UAV (Unmanned Aerial Vehicle) Model Quadcopter dengan Menggunakan Algoritma Proportional Integral Derivative. In e-Proceeding of Applied Science (Vol. 1, p. 57).
Wang, W., & Ma, H. (2013). Control System Design For Multi-Rotor MAV. Journal Of Theoretical And Applied Mechanics, 51(4), 1027–1038.
Wenang, B., Dikairono, R., & Utami, H. (2012). Rancang Bangun Sistem Takeoff Unmanned Aerial Vehicle Quadrotor Berbasis Sensor Jarak Inframerah. Jurnal Teknik ITS, 1(1), 50.
-
39
LAMPIRAN-LAMPIRAN
Lampiran 1. Paper seminar internasional
Lampiran 2. Draf buku ajar
Lampiran 3. Draf paten
Lampiran 3. Paper Jurnal
-
XXX-X-XXXX-XXXX-X/XX/$XX.00 ©20XX IEEE
Bukti Accepted:
-
The Development of GPS Based Courier Unmanned Areal Vehicle (C-UAV) Prototype
I Gede Mahendra Darmawiguna Informatics Education Department Universitas Pendidikan Ganesha
Singaraja, Bali [email protected]
Putu Hendra Suputra Informatics Management Deparment
Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja, Bali
Gede Saindra Santyadiputra Informatics Education Department Universitas Pendidikan Ganesha
Singaraja, Bali [email protected]
I Wayan Sadia Physics Education Department
Universitas Pendidikan Ganesha Singaraja, Bali
I Made Gede Sunarya Informatics Education Department Universitas Pendidikan Ganesha
Singaraja, Bali [email protected]
Abstract—This research aims to develop a prototype of C-UAV (Courier Unmanned Aerial Vehicle). The ADDIE (Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation) method was used in this research. The analysis stage consists of analyzing both hardware and software requirements, continued by designing the device based on previous stage results. After assembling existing hardware, the implementation stage is completed by testing the device has been assembled in the development stage. Furthermore, the evaluation results would be an input for the next iteration of this project. The outputs of the design stage are hardware and software requirements, the C-UAV frame design with the hex copter model, the design of the hardware placement on the frame. The design and implementation of C-UAV devices adopted a hexa model consisting of 6 arms with the X model, while the configuration was modeled using mission planner application. Sequence of trials had been conducted. Good results in the trial of lifting weights at 2.2 kg, 4.4 kg and 6.6 kg. On the testing scenario, C-UAV successfully follows several waypoint and dropped the load as planned.
Keywords—C-UAV, GPS, ADDIE, Hexacopter
I. INTRODUCTION Technological development today has affected all aspects
of human life. In handling disasters, the existing technologies can be used to help in both prevention and post-disaster management. The use of technology in disaster prevention can be done by giving warnings or appeals to the community regarding the possibility of a disaster. Post-disaster technology utilization can be done by monitoring the delivery of goods to a remote disaster location which tend to be in a position that is difficult to reach.
Geographically, Indonesia is an archipelago located at the confluence of four tectonic plates namely the Asian Continent, the Australian Continent, the Indian Ocean Plate and the Pacific Ocean. In the southern and eastern part of Indonesia there is a volcanic arc extending from Sumatra, Java - Nusa Tenggara, and Sulawesi, with the sides in the form of old volcanic mountains and lowlands partly dominated by swamps. These conditions are potential as as prone to disasters such as volcanic eruptions, earthquakes, tsunamis, floods, and landslides. [1] Disasters that occur often cause logistic-handling difficulties due to geographic obstacles to reach the site. In some cases, logistical shipping, both food and medicine, are needed in a short time and a high urgency. As delivery is hampered on the land lines,
logistics shipping can be done by air. Airmail shipping can uses unmanned aerial vehicle (UAV) as an alternative.
UAV literally means an air vehicle that operates without humans as its crew. UAVs recently are generally used by military to monitor a situation where the use of aircraft with crew is very risky. UAV devices can be equipped with GPS (Global Positioning System). GPS is a system for determining position and navigation globally using satellites.
Several studies have been conducted related to the development of UAVs have been carried out by [2, p. 87] developed a system for quadcopter that can be flown and landed automatically from one point position to another with a mega arduino controller. [3, p. 35] conducted a study on the development of a quadcopter where the quadcopter was able to maintain its position (holding position) when the mode was activated from the remote controller and carried out data transmission to the GCS in the form of a GUI on a 900Mhz radio frequency. [4, p. 1027] discusses attitude and altitude control on quad-rotor types MAV (Micro Air Vehicles). [5, p. 47] conducted quadcopter development by implementing a hand motion control on ATmega32 microcontroller. [6, p. 166] conducted the design and manufacture of UAV multirotor by considering the level of lightness and agility, also can be operated in indoor and outdoor. [7, p. 1] discusses FPGA-based electronic (ESC) -based Speed Control to drive a DC brushless electric motor. [8, p. 201] developed an air rides that can be used on monitoring and image shooting the northern conditions in an area, so the image can be analyzed and taken. [9, p. 57] developed UAV using a Quadcopter model based on the PID (Proportional Integral Derivative) Algorithm. [10, p. 127] was designing a height control system on a quadcopter UAV using the PID method. [11, p. 50] developed an UAV Quadrotor Takeoff System based on the Infrared Distance Sensor.
According to the wing shape and body structure, UAVs can be grouped on to two types, namely fixed-wing and rotary-wing. Fixed-wing is a type of aircraft that has a fixed wing shape, while a rotary wing is an aircraft that uses a propeller to lift. The hexacopter is composed by six rotors and it is a flying object that has more free movement compared to helicopter. There are four basic movements in hexacopter namely acceleration (throttle) movement, roll angle movement, pitch angle motion, and yaw angle movement. The throttle movement is a hexacotper translational motion along the z-axis. This movement is
-
affected by changes in the speed of the four rotors with the same value. With the hexacopter, throttle movement will rise or fall according to the speed of each hexacopter rotors. Roll movement is a rotation motion on the x axis. This movement is affected by changes on the right and left rotor speed. The pitch movement is a rotational motion on the y axis. This movement is affected by changes in speed on the front and rear motors. The movement of the yaw angle is a rotational motion on the z axis. GPS stands for Global Position System. In addition to GPS, there are several satellite navigation systems that similar, such as Russia's GLONASS, European Union Galileo, and India's IRNSS. While GPS is a satellite navigation system developed and operated under the United States government, precisely under the responsibility of the United States Air Force.
GPS is a system to determine the location on the earth's surface with the help of aligning satellite signals. Understanding GPS According to the Location Based Service Book, GPS is a navigation system that uses satellites that are designed to provide instant positioning, speed measuring and providing time information in almost all places on earth, at any time and in any weather conditions. While the device for receiving satellite signals that can be used by users is generally called a GPS Tracker or GPS Tracking, by using this tool it is possible for users to track the position of vehicles, fleets, or cars in real-time. ESC is an electronic circuit module that has the function of regulating the rotation of the motor according to the ampere required by the motor, it can be said that ESC meant here works and can only be used for 3-phase connectors type motors while for DC motors can work without ESC and 2-phase ESC, only 2 poles of + and - (2 phase connector) power supply. Brushless DC electric motor (BLDC motor, BL motor) also known as a commutated electronic motor (ECM, EC motor) is a synchronous motor that powered by a DC power source through an integrated inverter / switching power supply, which produces an AC electrical signal to drive the motor. In this context, AC, alternating current, does not mean sinusoidal waves, but bi-directional currents with no restrictions on waveforms. Remote control is a part that interacts directly with the user to signals the commands to moves the robot in the direction of up, down, forward, backward, left, and right direction. Propeller is one part of a machine that has functions as a mechanical drive, for example in airplanes, ships, hovercraft, and various type of turbines. Propeller is divided into two types, namely Fixed Pitch Propeller (FPP) and Controllable Pitch Propeller (CPP). Propeller type FPP is a propeller that only has a certain pitch angle and cannot be changed (fixed). Propeller type CPP is designed so that the pitch angle of the propeller can be adjusted while the propeller is rotating.
Based on the problems and technological developments that have been described, C-UAV (Courier Unmanned Aerial Vehicle) prototype will be developed.
II. RESEARCH METHODOLOGY In the development of C-UAV, the research method that
is used is ADDIE which stands for Analysis, Design, Development, Implementation, and Evaluation. As initial stage, an analysis step will be carried out on the development of equipment, including analysis of needs, both hardware and software requirements. In the Design phase, the device design will be carried out as the result. On
the development phase, the model will be developed or merged / assembled from the existing hardware. The implementation phase is carried out by testing the device that has been assembled at the development stage by sequence of testing operation. Furthermore, at the evaluation stage an evaluation of the implementation has been carried out.
Fig. 1. Research Methodology
A. Analysis Stage In this phase, an analysis of the problems, analysis of
hardware and software needs were carried out. Based on the problems described previously, in shipping goods to disaster sites that difficult to reach. Shipping goods or logistics often experiences obstacles. Disasters such as floods, landslides, and earthquakes often cause land routes to be hampered. Using UAVs allows the delivery of goods by air. In this study, C-UAV was developed adopting a hexacopter model.
1. Analysis of Hardware Requirements
In the development of C-UAV prototype, the hexacopter model required hardware as follows:
a. Electronics Speed Controllers (6 pieces) b. Brushless Motor (6 pieces) c. Propeller: Clockwise (3 pieces) and Unclockwise (3
pieces) d. Flight controller with GPS e. Li-PO battery f. Hexacopter model frame g. Remote Transmitter and Reciever h. First Person View (FPV) equipment.
2. Analysis of Sofware Requirements
The software used in the development of C-UAV prototype model is as follows:
a. Microsoft Windows 8 b. Mission planner
B. Design Stage
1. Frame Design
-
Frame is the part used to put hardware-hardware to be used. The hexagonal cross-shaped frame where at each end of the frame is placed a brushless motor. Figure 2 shows the design of C-UAV frames.
Fig. 2. Frame Design
2. Hardware Position Design
The hardware position design on the C-UAV frame is shown in Figure 3.
Fig. 3. Hardware position design
C. Development Stage In the development Step, the hardware are assembled.
After assembling the hardware then proceed with the software configuration on the flight controller. Generally, these step consist of:
making C-UAV frames,
brushless motor installation,
ESC installation,
combining a brushless motor with ESC,
FC (Flight Controller) installation,
installation of ESC jumpers with flight controller,
remote controller receiver installation,
flight controller configuration, and
FPV installation.
D. Implementation Stage During the implementation step, flight feasibility is tested
and GPS positioning accuracy will be carried out. The flight feasibility test will be tested on the stability of flying by carrying a load that will be sent to a specific location. In the GPS accuracy test, the accuracy of the location of the C-UAV destination location is based on the predetermined position. Table 1 shows the questionnaire draft of implementation step.
TABLE I. THE QUESTIONNAIRE DRAFT OF IMPELEMENTATION STEP
Load Weight: ............. Gram No Description appropriate Not
appropriate 1 Arming Process 2 Clockwise propeller rotation 3 Unclockwise propeller
rotation
4 Hover at low altitude 5 Hover at high altitude 6 Forward Movement
Backwards
7 Rotating movement 8 Right left side movement
E. Evaluation Stage
In the this step, evaluation of the implementation results will be carried out. The evaluation of stability and GPS positioning accuracy are tested
III. RESULT AND DISCUSSION Based on the method, the first step is to analyze the need
of the hardware and software. The hardwares used in developement of C-UAV :
Flight controller : HKPilot32 Autonomous Vehicle 32Bit
Brushless motor : GARTT ML 5210 340KV
Electronic speed controller : Hobbywing XRotor Pro 50A
Propeller : Quanum Carbon Fiber T-Style Propeller 20x5.5
Batere Lipo : Tattu 6s 10000mah dan Xpower 6s 10000mah
Frame : Hexacopter model
The software used as a ground station is Mission Planner. Figure 4 shows the application of Mission Planner.
Fig. 4. Mission Planner Software
-
The design of a hexacopter-shaped frame is shown in Figure 5. The six motor are aligned by 42 inches one to another, by 60 degree between motors as shown on Figure 5. flight controler electronic placement on middle cross section is 25x25cm. Figure 5 shows C-UAV design.
Fig. 5. C-UAV Design
The hardware placement design consists of the placement of a brushless motor, flight controller, ESC, Lipo battery, propeller. Figure 6 shows the design of the hardware placement on the frame.
Fig. 6. Design of the hardware placement
The development step consists of hardware assembly and software configuration activities. Hardware assembly activities are the process of making frames and installing electronics on the frame. Figure 7 shows a one-arm C-UAV assembly image.
Fig. 7. One-arm C-UAV assembly results
Each arm consists of one brushless motor and one ESC. The motor is mounted on a motor mount that is placed at the
end of each arms. Figure 8 shows the position of the brushless motor on the motor mount.
Fig. 8. the position of the brushless motor on the motor mount
Development C-UAV consists of six arms consisting six brushless motors and six ESCs. Figure 9 shows the assembly of C-UAV with a motor and ESC.
Fig. 9. the position of the brushless motor on the motor mount
The results of C-UAV development are equipped with a place to carry goods at the bottom of the C-UAV. Figure 10 shows the C-UAV assembly equipped with a container to carry goods.
Fig. 10. C-UAV assembly includes a place to carry goods
The implementation was carried out to test the flight feasibility and GPS accuracy. Implementation results with a weight of 2.2 kg, 4.4 kg and 6.6 kg can be seen in Table 2.
TABLE II. THE RESULTS OF THE IMPLEMENTATION OF LIFTING WEIGHTS
No Description appropriate not appropriate 2.2 Kg
4.4 Kg
6.6 Kg
2.2 Kg
4.4 Kg
6.6 Kg
1 Arming Process 2 Clockwise
propeller rotation
3 Unclockwise propeller rotation
4 Hover at low
-
altitude 5 Hover at high
altitude
6 Forward Movement Backwards
7 Rotating movement
8 Right left side movement
In the implementation step, the implementation of goods release mechanics and autonomous flight testing is conducted by releasing goods at the specified location. An autonomous trial using the waypoint point specified using the Mission Planner software. Figure 11 shows the determination of the waypoint in the Mission Planner.
Fig. 11. Determination of the waypoint in the Mission Planner
Documentation is taken through ground stations and rides. Documentation retrieval via ground station is used to view rides from the bottom location. Figure 12 shows the results of documentation from ground station.
Fig. 12. Results of documentation from ground station
Documentation results from the CUAV vehicle are shown in Figure 13.
Fig. 13. Documentation from the CUAV vehicle
To see the movement of autonomous vehicles CUAV can be seen in 3-dimensional visualization using the Google
Earth application. Figure 14 shows the visualization of the autonomous movements of the CUAV vehicle and the 3D waypoint visualization shown in Figure 15.
Fig. 14. Waypoint Visualization
Fig. 15. Autonomous movements of the CUAV
IV. CONCLUSION Based on the research that has been done, some
conclusions obtained are the design and implementation of C-UAV devices adopting a hexa model consisting of 6 arms with the X model. Flight configuration designed using mission planner software. Several hardwares have been used are Flight controller: HKPilot32 Autonomous Vehicle 32Bit, Brushless motor: GARTT ML 5210 340KV, Electronic speed controller: Hobbywing X Motor Pro 50A, Propeller: Quanum Carbon Fiber T-Style Propeller 20 x 5.5, Lipo Battery: Tattu 6s 10000mah and Xpower 6s 10000mah, Frame: Hezacopter Frame. The software used is mission planner. Good results in the trial of lifting weights at 2.2 kg, 4.4 kg and 6.6 kg. The CUAV vehicle successfully follows the waypoint and release the load on the planned waypoint position.
REFERENCES [1] BNPB, “Potensi dan Ancaman Bencana,” 2016. [Online].
Available: https://www.bnpb.go.id/home/potensi. [Accessed: 01-Jan-2016].
[2] A. Dharmawan and I. N. Firdaus, “Purwarupa Sistem Otomasi Terbang Landas dan Mendarat Quadcopter,” IJEIS (Indonesian J. Electron. Instrum. Syst., vol. 2, no. 1, pp. 87–96, 2012.
[3] R. W. M. Utama, M. Komarudin, and A. Trisanto, “Sistem Kendali Holding Position Pada Quadcopter Berbasis Mikrokontroler Atmega 328P,” Electr. – J. Rekayasa dan Teknol. Elektro, vol. 7, no. 1, p. 35, 2013.
[4] W. Wang and H. Ma, “Control System Design For Multi-Rotor MAV,” J. Theor. Appl. Mech., vol. 51, no. 4, pp. 1027–1038, 2013.
[5] I. B. A. Swamardika, “Hand Motion Control Untuk Menggerakkan Quadcopter Robot Dengan Menggunakan Sensor Accelerometer Adxl335 Dan Wireless Xbee-Pro Series 1 60 Mw Berbasis Mikrokontroller ATmega32,” J. Ilm. Mikrotek, vol. 1, no. 2, p. 47, 2014.
[6] H. P. Patel, M. B. Thakor, V. J. Joshi, and J. R. Patel, “Design and Development of Multi-Copter,” IJIRST –International J. Innov. Res. Sci. Technol., vol. 1, p. 166, 2015.
[7] B. Tefay, B. Eizad, P. Crosthwaite, S. Singh, and A. Postula,
-
“Design of an Integrated Electronic Speed Controller for Compact Robotic Vehicles,” Australas. Conf. Robot. Autom., pp. 1–8, 2011.
[8] M. Y. Tamtomi, S. R. Sulistiyanti, and M. Komarudin, “Rancang Bangun Wahana Udara Tanpa Awak VTOL-UAV Sebagai Wahana Identifikasi Dini Kondisi Udara Berbasis Video Sender,” Electr. – J. Rekayasa dan Teknol. Elektro Ranc., vol. 10, no. 3, p. 201, 2016.
[9] B. J. Utomo, “Rancang Bangun UAV (Unmanned Aerial Vehicle) Model Quadcopter dengan Menggunakan Algoritma Proportional Integral Derivative,” in e-Proceeding of Applied Science, 2015, vol. 1, no. 1, p. 57.
[10] G. E. Setyawan, E. Setiawan, W. Kurniawan, F. Ilmu, K. Universitas, and B. Malang, “Penelitian ini bertujuan untuk mengendalikan ketinggian UAV dengan PID,” J. Teknol. Inf. dan Ilmu Komput., vol. 2, no. 2, pp. 125–131, 2015.
[11] B. Wenang, R. Dikairono, and H. Utami, “Rancang Bangun Sistem Takeoff Unmanned Aerial Vehicle Quadrotor Berbasis Sensor Jarak Inframerah,” J. Tek. ITS, vol. 1, no. 1, p. 50, 2012.
-
1
BUKU AJAR
TEORI DAN PENGEMBANGAN
UAV (Unmanned Aerial Vehicle)
Penyusun:
I Gede Mahendra Darmawiguna
Gede Saindra Santyadiputra I Made Gede Sunarya
2018
-
2
Kata Pengantar
Puji syukur kami panjatkan kehadapan Ida Sang Hyang Widi Wasa, Tuhan Yang Maha Esa,
karena atas rahmat, bimbingan, dan petunjukNya, kami dapat menyelesaikan Buku dengan
judul TEORI DAN PENGEMBANGAN UAV (Unmanned Aerial Vehicle) Banyak pihak
yang telah membantu kami selama penyusunan buku ini. Untuk itu, kami mengucapkan terima
kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dan penyempurnaan
buku ini.
Kami menyadari bahwa penyusunan masih sangatlah jauh dari sempurna, oleh karena itu kami
menerima segala kritik dan saran untuk peningkatan kemampuan kami di masa mendatang.
Semoga penyusunan buku ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan dan
seluruh pihak yang membutuhkannya.
Singaraja, Oktober 2018
Tim Penyusun
-
3
Daftar Isi
Kata Pengantar ........................................................................................................................................ 2 Daftar Isi ................................................................................................................................................. 3 UAV (Unmanned Aerial Vehicle) .......................................................................................................... 5
Manfaat UAV...................................................................................................................................... 6 Bagian-bagian penyusun UAV ........................................................................................................... 7 UAV berdasar konfigurasi airframe .................................................................................................... 8
MULTICOPTER UAV ........................................................................................................................... 8 Bicopter ............................................................................................................................................... 9 Tricopter .............................................................................................................................................. 9 Quadcopter ........................................................................................................................................ 10 Hexacopter ........................................................................................................................................ 11
Quadrotor .............................................................................................................................................. 12 Aerodinamika pada rotor ...................................................................................................................... 14 Lift force pada rotor .............................................................................................................................. 15 Brushless motor .................................................................................................................................... 16 Global positioning system ..................................................................................................................... 19
Tiga bagian dari GPS ........................................................................................................................ 19 Penerima GPS ................................................................................................................................... 22 Cara kerja GPS .................................................................................................................................. 24 Menentukan posisi pada bidang datar ............................................................................................... 25 Menentukan posisi pada bidang tiga dimensi ................................................................................... 26 Format data GPS ............................................................................................................................... 28 Penerima GPS Ublox Neo-6M .......................................................................................................... 30
Accelerometer ....................................................................................................................................... 31 Prinsip kerja accelerometer ............................................................................................................... 31 Accelerometer Microelectro Mechanical System (MEMS) .............................................................. 33
GYROSCOPE ....................................................................................................................................... 35 SENSOR BAROMETER (Digital Pressure Sensor)............................................................................. 36 SENSOR MAGNETOMETER ............................................................................................................. 36 Proportional Integrative Derivative (PID) ............................................................................................ 37
Kontrol Proporsional ......................................................................................................................... 37 Kontrol Integratif .............................................................................................................................. 37 Kontrol Derivatif ............................................................................................................................... 38
Sistem Holding Position ....................................................................................................................... 38 QUADCOPTER .................................................................................................................................... 40
Sejarah Quadcopter ........................................................................................................................... 40 Bagian-Bagian Quadcopter ............................................................................................................... 41
Brushless DC Motor ( BLDC ) ..................................................................................................... 41 ESC ( Electronic Speed Controller ) ............................................................................................. 43 Flight Controller ............................................................................................................................ 44 Remote Control ............................................................................................................................. 49 Baterai Lipo ( Lithium Polymer ) ................................................................................................. 50 Gimbal........................................................................................................................................... 51 Frame ............................................................................................................................................ 51
Sistem Pengambilan Gambar Udara ..................................................................................................... 52 Kamera .............................................................................................................................................. 52
-
4
OSD ( On Screen Display) ................................................................................................................ 53 Video Sender ..................................................................................................................................... 54 Monitor ............................................................................................................................................. 54
-
5
UAV (Unmanned Aerial Vehicle)
Unmanned Aerial Vehcle (UAV) atau disebut wahana udara tak berawak merupakan sebuah
wahana terbang yang mempunyai kemampuan dapat beroperasi tanpa adanya pilot didalam
wahana tersebut.
UAV merupakan wahana udara tak berawak yang salah satu pengoperasiannya dengan cara
dikendalikan dari jarak jauh. UAV dapat berupa, pesawat atau helikopter yang menggunakan
sistem navigasi mandiri. Pada dasarnya pesawat, atau helikopter dapat dipertimbangkan untuk
menjadi kendaraan udara yang dapat melakukan misi yang berguna dan dapat dikendalikan
dari jauh atau memiliki kemampuan terbang secara automatis.
Departmen Pertahanan Amerika Serikat mendefinisikan UAV sebagai wahana udara yang
tidak membawa pilot, menggunakan sifat aerodinamis sebagai daya angkat, memiliki
kemampuan terbang secara autonomous maupun dapat dikendalikan dari jarak jauh, dapat
dikembangkan, dan mampu membawa payload yang mematikan maupaun tidak mematikan.
Gambar Perahu boat Nikola Tesla [http://www.tfcbooks.com]
Demonstrasi perahu boat yang dikendalikan dari jauh oleh Nikola Tesla pada tahun 1898
merupakan awal dari diciptakannya RC (Radio Control) yang menjadi perintis berkembangnya
teknologi UAV sampai saat ini. Dalam beberapa abad terakhir, UAV telah digunakan
diberbagai bidang antara lain, bidang pertanian, meteorologi, hingga riset untuk kepentingan
militer.
-
6
Manfaat UAV
Hingga saat ini UAV umumnya digunakan untuk kepentingan militer. namun demikian UAV
juga dapat digunakan untuk kepentingan manusia seperti survei udara dan sipil yang sangat
diperlukan oleh pemerintah maupun pihak swasta di Indonesia. Biaya survei udara dengan
pesawat tanpa awak jauh lebih hemat dibandingkan dengan pesawat berawak. Tingkat resiko
yang dimiliki juga sangat rendah, terutama apabila diperlukan pengamatan atau pengintaian
daerah konflik dan berbahaya. Kemampuan terbang di ketinggian rendah (sekitar 250 m dari
atas permukaan tanah) dapat menghasilkan foto udara yang sangat teliti hingga skala 1:1000.
Berikut ini adalah beberapa contoh manfaat UAV untuk kepentingan kemanusiaan:
1. Pengawasan hutan dapat dilakukan secara berlanjut dan terus menerus, sehingga dapat
mengurangi kegiatan pembalakan liar
2. Dapat mengawasi lalu lintas jalan yang rawan akan kemacetan, sehingga antisipasi
kemacetan dapat dilakukan lebih dini.
3. Dapat melakukan pencarian maupun penyelamatan didaerah-daerah yang sedang
terjadi bencana, terutama yang sulit dijangkau oleh manusia, seperti kebakaran hutan,
banjir, gempa bumi, dan tanah longsor.
4. Pengawasan dan pemeliharaan jalur pipa yang memiliki jarak beratus-ratus mil dengan
melewati daerah-daerah yang terisolir membutuhkan biaya yang besar dan tenaga
manusia yang banyak. Kerusakan yang tidak terdeteksi atau sabotase katup dapat
menimbulkan bencana lingkungan dan kerugian dalam hal biaya. Hal ini dapat
dilakukan dengan menggunakan UAV sebagai pipeline patrol
5. Pengambilan gambar dari udara untuk menganalisis keadaan tanah menggunakan
pencitraan mutispectral. September 2002, UAV Pathfinder-Plus digunakan untuk
mengumpulkan pencitraan multispectral resolusi tinggi mengenai suatu tempat dari
-
7
perkebunan kopi Kauai, perkebunan kopi terbesar di Amerika. Sistem pencitraan dari
dua kamera digital akan dianalisa untuk pemetaan ladang kopi yang telah masak, untuk
identifikasi masalah pengairan dan perkembangan rumput liar.
Begitu besarnya peran UAV untuk kepentingan kemanusiaan, sehingga UAV dapat
digunakan untuk membantu pekerjaan-pekerjaan yang membutuhkan pengawasan dan
memiliki resiko yang besar untuk dilakukan
Bagian-bagian penyusun UAV
Secara umum sistem UAV dibentuk oleh beberapa bagian yang saling berinteraksi, seperti
pesawat, dan stasiun kontrol bumi.
Gambar Sistem UAV secara umum
Pesawat merupakan bagian terpenting dari UAV itu sendiri. Adapun bagian penyusun pesawat
dapat dilihat pada gambar.
Gambar Bagian-bagian dari wahana udara tak berawak
A = Autopilot kontrol
B = Baterai
D = Datalink radio modem dan antena
-
8
G = Penerima GPS
I = Sensor IR
M = Motor dan kontrol
R = Penerima RC dan antena
S = Servo
P = Payload, kamera dan pemancar video
Stasiun kontrol bumi terdiri dari sebuah komputer, pemancar RC, dan radio modem
UAV berdasar konfigurasi airframe
Jika dilihat dari konfigurasi airframe, UAV dapat dibedakan menjadi 2 jenis yaitu fixed-wing
dan rotary-wing. Fixed-wing merupakan UAV yang bentuk sayapnya merupakan sudah tetap
dan merupakan komponen gerak dari pesawat tersebut, untuk jenis Rotary-wing merupakan
UAV yang komponen geraknya berupa baling-baling yang berputar (rotor). Berikut adalah
contoh fixed-wing dan rotary-wing:
Gambar Rotary wing (atas) dan fixed-wing (bawah)
MULTICOPTER UAV
Multirotor merupakan salah satu UAV yang dengan konfigurasi rotary-wing. Pada multirotor
sistem penggerak menggunakan 2 rotor atau lebih. Kontrol gerak dihasilkan dengan mengatur
kecepatan rotor untuk mengubah torsi dan gaya dorong dari masing-masing rotor.
-
9
Dalam perkembangannya hingga saat ini, UAV dengan jenis multirotor memiliki perbedaan
dalam banyaknya penggunaan rotor. Adapun jenis-jenis tersebut adalah sebagai berikut:
Bicopter
Adalah salah satu jenis multirotor dengan jumlah rotor yang digunakan adalah 2 buah dengan
tambahan 2 buah motor servo sebagai kontrol gerakan pada wahana ini. Berikut adalah
konfigurasi pada bicopter:
Gambar Konfigurasi pada Bicopter
Sistem kendali pada bicopter yakni dengan mengatur arah kedua buah motor dengan motor
servo dan mengatur kecepatan kedua buah motor tersebut, dengan pengaturan sebagai berikut:
a. Forward : kedua buah servo digerakan kearah depan
b. Back : kedua buah servo digerakan kearah belakang
c. Turn left : M1 dikurangi kecepatannya, dan M2 ditambah
d. Turn right : M2 dikurangi kecepatannya, dan M1 ditambah
Tricopter
Adalah salah satu jenis multirotor dengan jumlah rotor yang digunakan adalah 3 buah dengan
tambahan 1 buah motor servo sebagai kontrol gerakan pada wahana ini. Berikut adalah
konfigurasi pada tricopter:
-
10
Gambar Konfigurasi pada Tricopter
Sistem kendali pada tricopter yakni dengan mengatur arah motor M3 dengan motor servo dan
mengatur kecepatan kedua buah motor tersebut, dengan pengaturan sebagai berikut:
a. Forward : M1 dan M2 dikurangi kecepatannya, M3 ditambah
b. Back : M1 dan M2 dikurangi kecepatannya, M3 ditambah
c. Turn left : M1, M2, dan M3 berputar pada kecepatan yang sama, dan servo diarahkan
kekanan
d. Turn right : M1, M2, dan M3 berputar pada kecepatan yang sama, dan servo diarahkan
kekiri
Quadcopter
Adalah salah satu jenis multirotor dengan jumlah rotor yang digunakan adalah 4 buah sebagai
kontrol gerakan pada wahana ini. Quadcopter atau quadrotor, berdasarkan sistem
konfigurasinya dibedakan atas quadcopter P dan quadcopter X, dapat dilihat pada berikut:
Gambar Konfigurasi pada quadcopter P
-
11
Sistem kendali pada quadcopter P yakni dengan mengatur kecepatan masing-masing motor
sehingga menimbulkan torsi yang berbeda, dengan pengaturan sebagai berikut:
a. Forward : M2 dan M4 berputar pada kecepatan yang sama, M1 dengan kecepatan lebih
rendah dibanding M3
b. Back : M2 dan M4 berputar pada kecepatan yang sama, M3 dengan kecepatan lebih
rendah dibanding M1
c. Turn left : M1 dan M3 berputar pada kecepatan yang sama, M4 dengan kecepatan lebih
rendah dibanding M3
d. Turn right : M1 dan M3 berputar pada kecepatan yang sama, M3 dengan kecepatan
lebih rendah dibanding M4
Pada quacopter X konfigurasi dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar Konfigurasi pada quadcopter X
Sistem kendali pada quadcopter X yakni dengan mengatur kecepatan masing-masing motor
sehingga menimbulkan torsi yang berbeda, dengan pengaturan sebagai berikut:
a. Forward : M1 dan M2 berputar kecepatan lebih rendah dibanding M3 dan M4
b. Back : M3 dan M4 berputar kecepatan lebih rendah dibanding M1 dan M2
c. Turn left : M1 dan M3 berputar kecepatan lebih rendah dibanding M2 dan M4
d. Turn right : M2 dan M4 berputar kecepatan lebih rendah dibanding M1 dan M3
Hexacopter
-
12
Adalah salah satu jenis multirotor dengan jumlah rotor yang digunakan adalah 6 buah sebagai
kontrol gerakan pada wahana ini.
Sistem kendali pada heksacopter yakni dengan mengatur kecepatan masing-masing motor
sehingga menimbulkan torsi yang berbeda, dengan pengaturan sebagai berikut:
a. Forward : M1, M2, M6 berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dibandingkan
dengan kecepatan M3, M4, dan M5.
b. Back : M3, M4, M5 berputar dengan kecepatan yang lebih rendah dibandingkan
dengan kecepatan M1, M2, dan M6.
c. Turn left : M1, M2, M3, dan M4 berputar kecepatan lebih rendah dibanding M5 dan
M6.
d. Turn right : M1, M6, M5, dan M4 berputar kecepatan lebih rendah dibanding M2 dan
M3.
Quadrotor
Quadrotor memiliki 4 buah motor yang masing-masing dapat bergerak bersamaan ataupun
tidak. Jika menginginkan suatu perpindahan dalam satu titik ke titik lain. (satu tempat ke tempat
lain) dibutuhkan diferensial kecepatan pada motor quadrotor. Karena prinsip kerja dari
pergerakan quadrotor bertitik pada kecepatan motor masing masing sisi.
-
13
(a)
(b)
Gambar Quadrotor helikopter dikontrol dengan memvariasikan . (a) Pitch dan roll sehingga torsi
yang dihasilkan secara independen dengan mengontrol kecepatan relatif dari rotor pada sisi
berlawanan helikopter. (b) torsi yaw dihasilkan dengan mengendalikan kecepatan relatif motor, yang
berputar terbalik untuk menghasilkan reaksi torsi total yang berbeda-beda pada tiap motor.
Percepatan vertikal dikendalikan oleh kecepatan total dari semua rotor, dan percepatan lateral
dikendalikan melalui pitch dan roll pesawat.
Torsi dihasilkan oleh rotor dengan persamaan berikut:
Dimana Q adalah torsi yang dihasilkan dari rotor, V adalah tegangan yang melewati rotor, I
adalah arus yang berada di rotor, dan ω adalah sudut yang dihasilkan ketika rotor berputar. Kq,
Ke,dan Ra merupakan konstanta dari spesifikasi motor yang digunakan, dimana Kq adalah torsi
motor, Ke adalah kecepatan motor yang berkaitan dengan EMF, dan Ra adalah resistansi total
dari rotor.
Konversi dari tegangan kedalam bentuk daya, menghasilkan:
Dimana torsi dapat disamakan dengan daya yang dihasilkan oleh motor dengan daya yang ideal
untuk menghasilkan daya dorong dan meningkatkan momentum diudara. Daya ideal adalah
torsi motor yang dikalikan dengan kecepatan motor tersebut. Pada saat hover atau mengudara,
daya didapat dengan:
-
14
Dimana vh, merupakan kecepatan induksi motor pada saat hover, yaitu perubahan kecepatan
udara yang disebabkan o