PERANCANGAN SISTEM GERAK DAN SISTEM NAVIGASI

PADA ROBOT HEXAPOD BERBASIS ARDUINO MEGA1280

Naskah Publikasi

diajukan oleh

Frian Hady Permana

08.11.2406

kepada

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER

AMIKOM

YOGYAKARTA

2012

DESIGNING OF MOTION SYSTEM AND NAVIGATION SYSTEM IN HEXAPOD ROBOT BASE ON ARDUINO MEGA1280

PERANCANGAN SISTEM GERAK DAN SISTEM NAVIGASI PADA ROBOT HEXAPOD BERBASIS ARDUINO MEGA1280

Frian Hady Permana

Jurusan Teknik Informatika

STMIK AMIKOM YOGYAKARTA

ABSTRACT

Hexapod Robot is a robot that has six legs as a means of motion. Hexapod robot have a lot of flexibility in moving. The design concept of the hexapod robot has adapted the insect nervous system.

In the design of hexapod robots, motion systems and navigation systems

become a very important part especially for create an autonomous robot. System requirements can be fulfilled by using one technology such as the Arduino.

Arduino is a microcontroller single board that open source, so it is easy to learn especially to design and build robotic systems. Arduino will be integrated with the robot sensors and actuators which will work together to achieve a function of autonomous robot that can move and navigate in search of a particular area.

Keyword: Hexapod robot, autonomous robot, arduino

1. Pendahuluan

Perkembangan teknologi informasi mengalami perkembangan pesat dari

masa ke masa yang terlihat dari invoasi yang dihasilkan dan terjadinya interaksi

sosial antara teknologi tersebut dengan kehidupan masyarakat yang

menyebabkan teknologi menjadi salah satu bagian dari kehidupan masyarakat.

Munculnya teknologi merupakan salah satu tuntutan dan kebutuhan dari manusia

yang menginginkan kemudahan dalam kehidupannya. Perkembangan teknologi

mengalami banyak evolusi baik dari teknologi komunikasi, transfortasi,

komputerisasi, otomasi, sistem informasi dan robotika.

Revolusi industri di Negara maju menjadi salah satu embrio yang

melahirkan teknologi yang terus menerus mengalami evolusi dan perkembangan.

Hal ini disebabkan oleh kompetisi untuk menciptakan teknologi yang memiliki

pengaruh besar bagi kehidupan manusia. Dengan adanya kompetisi ini

melahirkan ide-ide kreatif dan mengubah pola pikir manusia untuk lebih

berkembang dalam menciptakan teknologi seperti teknologi robotika. Pada

awalnya robot dioperasikan sebagai salah satu alat yang membantu dalam

industri tapi dewasa ini robot sudah bukan hal baru bagi manusia dimana semua

aspek kehidupan membutuhkan peran aktif dari teknologi robot tersebut. Para

praktisi dan peneliti mengembangkan teknologi robot ini bertujuan untuk

membantu manusia karena robot pada dasarnya merupakan sebuah alat yang

terbentuk dari kinerja mekanis, elektronis dan logika pemrograman yang dapat

membut robot bekerja sesuai dengan kebutuhan.

Bentuk dan konsep perancangan dari suatu robot dipengaruhi oleh fungsi

kerja dan tujuan dari robot tersebut, sehingga tidak semua robot memiliki

mobilitas untuk bergerak dari satu area ke area lain dan ada robot yang khusus

dirancang untuk dunia industri sehingga hanya diam dan bekerja secara

otomatis.

Pemerintah Indonesia sendiri mengadakan kompetisi robot di kalangan

mahasiswa dan pelajar yang bertujuan untuk pengembanan ide-ide kreatif dan

peningkatan kualitas sumber daya manusia sehingga menghasilkan inovasi baru

dalam dunia teknologi robotika tersebut. Indonesia meruapakan salah satu

Negara yang memiliki dukungan besar dalam dunia robotika, terbukti dengan

diadakannya berbagai kompetisi nasional dibidang robotika seperti Kontes Robot

Indonesia, Kontes Robot Cerdas Indonesia, Kontes Robot Seni Indonesia.

Tujuan dari kompetisi itu tidak lain untuk meningkatkan kualitas sumber daya

manusia khususnya dalam bidang IPTEK dan robotika.

Kontes Robot Cerdas Indonesia atau KRCI merupakan bentuk kompetisi

yang mengedepankan perlombaan robot cerdas otomatis dalam menjalankan

tugas tertentu, dan terdapat beberapa divisi perlombaan yaitu divisi beroda, divisi

berkaki, dan divisi humanoid. Untuk perlombaan pada divisi beroda dan berkaki

mengadopsi peraturan dari kontes robot luar negeri yaitu Fire - Fighting Robot

Contest yang diadakan di Trinity College, Hartford, Connecticut, AS. Didalam

peraturan kontes robot pemadam api (Fire – Fighting Robot Contest), robot harus

memiliki kemampuan untuk menemukan dan memadamkan api di area lomba

yang sudah ditentukan. Tujuan dari perlombaan ini adalah sebagai simulasi

sebuah robot dalam usaha untuk memadamkan api di lokasi kebakaran.

Kemampuan bergerak dan bernavigasi merupakan modal yang harus

dimiliki robot untuk dapat menjalankan tugasnya tersebut. Banyak permasalahan

yang dihadapi para peserta kontes khususnya untuk KRCI devisi berkaki,

permasalahan dalam kemampuan robot untuk bergerak dan bernavigasi yang

menyebabkan robot tidak dapat menelusuri semua ruangan yang ada pada area

yang telah disediakan. Melihat latar belakang tersebut, penulis melakukan riset

dan membuat tulisan ilmiah ini dengan judul “Perancangan Sistem Gerak Dan

Sistem Navigasi Pada Robot Hexapod Berbasis Arduino Mega1280”.

Dengan adanya penelitian ini diharapkan dapat membantu masyarakat

dalam memahami dasar-dasar dalam perancangan sistem gerak dan sistem

navigasi pada sebuah robot cerdas berkaki sehingga dapat memberikan

kontribusi positif dalam dunia robotika Indonesia.

2. Landasan Teori

2.1. Mikrokontroler ATmega1280

Mikrokontroler yang merupakan salah satu teknologi semi konduktor

merupakan sebuah kombinasi dari sebuah CPU, memori dan I/O yang terintegasi

dalam bentuk sebuah IC atau dapat disebut dengan Single Chip. AT MEGA1280

merupakan salah satu mikrokontroller yang memiliki port yang lebih banyak

daripada seri ATMEL versi sebelumya, (seperti ATmega16, ATmega32,

ATmega8535). Sehingga dalam penanganan kontrol yang memerlukan I/O yang

banyak, membuat komponen menjadi lebih hemat baik dari segi sisi biaya dan

desain hardware yang dibutuhkan.

Gambar 2.5. Bentuk fisik mikrokontroler ATMEGA1280

Fitur yang dimiliki ATmega1280

1. Memiliki internal EPROM, sehingga tidak perlu lagi memakai baterai

untuk mem-backup isi RAM.

2. Memiliki 8 channel ADC 10 bit.

3. Ram internal 4kb (bandingkan 8535 yang hanya 2Kbyte).

4. 4KB EEPROM untuk program.

5. Internal watch dog. Nah ini penting, sehingga bisa mencegah sistem

hang.

6. Real Time Counter with Separate Oscillator.

7. Brown-out detector, juga mencegah hang.

8. In-system programming, tidak perlu programmer khusus.

9. 6 PWM Saluran dengan Programmable Resolusi 2-16 Bits.

10. 8-channel, 10-bit ADC :

a) 8 Single-ended Channels

b) 7 Differential Channels in TQFP Package Only

c) 2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or

200x

11. Byte-oriented Two-wire Serial Interface

12. Programmable Serial USART

13. Master/Slave SPI Serial Interface

14. Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator

15. Internal kalibrasi RC Oscillator

2.2. Motor Servo

Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah yaitu searah

jarum jam (clockwise) dan berlawanan jarum jam (counterclockwise) dimana

arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan

memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.

Gambar 2.3. Bentuk Fisik Hitec Servo HS-645MG

Motor servo pada umumnya terdiri dari dua jenis yaitu servo continuous

dan servo standar. Servo continuous dapat berputar sebesar 360 derajat,

sedangkan motor servo tipe standar hanya mampu berputar 180 derajat. Motor

Servo harus memiliki kemampuan yang baik ketika dihadapkan dalam mengatasi

perubahan yang sangat cepat baik dalam hal posisi, kecepatan dan akselerasi.

Putaran motor tidak tergantung pada besarnya suplai tegangan ke motor, akan

tetapi seberapa besar sinyal inputan (PWM) yang diberikan. Untuk lebih jelasnya

perhatikan gambar dibawah ini.

Gambar 2.4. Prisip kerja Motor Servo

2.3. Prinsip Kerja Sensor Ultrasonik pada Navigasi Robot

Pengukuran jarak dengan gelombang ultrasonik umumnya menggunakan

metoda waktu tempuh (Time Of Flight), yaitu selang waktu yang dibutuhkan

sejak gelombang ditransmisikan atau dipancarkan oleh transduser pemancar

(Tx) sampai gelombang tersebut diterima kembali oleh transduser penerima (Rx)

setelah dipantulkan oleh objek pemantul. Dengan mengetahui selang waktu

tersebut maka jarak antara transduser dengan objek dapat ditentukan.

Gambar 2.14. Prinsip Pengukuran Jarak Dengan Metoda Time Of Flight

2.4. Konsep Komunikasi I2C pada Mikrokontroler

I2C (Inter-Integrated Circuit) bus adalah sebuah standar protocol

komunikasi yang efektif digunakan untuk menghubungkan perangkat periferal

dalam skala kecil pada embedded system.

I2C menggunakan dua kabel untuk menghubungkan beberapa perangkat

di sebuah bus multi-drop. Bus adalah dua arah, kecepatan rendah, dan sinkron

Arah piringanservo

Sinyal inputan

PWM

0o 180o

90o

pada clock yang saman. Beberapa produsen, seperti Microchip, Philips, Intel,

dan lain-lain menghasilkan mikrokontroler kecil dengan I2C built in. Data rate

pada I2C lebih lambat dari SPI yaitu 100 kbps dalam mode standar, dan 400

kbps dalam mode cepat.1

Dua kabel digunakan untuk menghubungkan dengan I2C adalah SDA (serial

data) dan SCL (serial clock). Mereka terhubung ke suplai positif melalui resistor

pull-up dan karena itu tetap High jika tidak digunakan. Perangkat yang

menggunakan bus I2C untuk berkomunikasi mengendalikan keadaan Low atau

membuat menjadi High. Setiap perangkat terhubung ke bus I2C memiliki alamat

unik dan dapat beroperasi baik sebagai pemancar (master bus), penerima (slave

bus), atau keduanya.

1Catsoulis J., Designing Embedded Hardware, (USA: O’Reilly Media Inc, 2006), hlm. 174

3. Perancangan sistem

Pada bagian software akan dirancang sebuah aplikasi tertanam yang

dibangun dengan Arduino IDE sehingga dapat melakukan penanaman

kecerdasan pada robot untuk dapat bergerak dan bernavigasi.

Gambar 3.1. Diagram Blok Sistem Robot

3.1. Flowchart Navigasi Robot

Karena robot hexapod akan beroperasi di dalam suatu labirin maka robot

ini harus mempunyai kemampuan untuk berjalan menyusuri dinding. Untuk

mendukung hal tersebut maka robot dilengkapi dengan lima buah sensor yang

saling bekerjasama yang menjadi inputan bagi robot. Nilai jarak dari hasil

pembacaan sensor ping akan direferensikan dalam gerakan kaki-kaki robot.

Algoritma wall follower (telusur dinding) merupakan algoritma yang akan

menentukan efesiensi penelusuran robot. Untuk robot hexapod ini dirancang

untuk dapat menelusuri dinding kanan karena dilihat dari efisiensi pada bentuk

lapangan yang mengacu pada lapangan KRCI Nasional.

Gambar 3.2. Flowcart Navigasi Robot

Mulai

Inisialisasi

Sub Sistem

Standby Mode

Inputan

Sound Sensor

Baca Sensor Ultrasonik

Jarak Depan > 20 Maju

Jarak Depan > 20

Jarak Kiri > Jarak KananMaju

Jarak Kanan > Jarak Kiri Kanan

Jarak Depan < 20

Jarak Kiri > Jarak KananKiri

Jarak Depan < 20

Jarak Sudut Kiri < 20

Jarak Sudut Kanan <20

Mundur, KiriMaju

Ya

Tidak

Ya

Ya

Ya

Ya

Ya

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

Tidak

4. Pembahasan

4.1 Bagian Mekanik

Untuk bagian badan secara keseluruhan menggunakan dengan ketebalan 3

mm sedangkan untuk bagian kaki dan lengan menggunakan akrilik dengan

ketebalan 5 mm.

Gambar 4.1 Bentuk Badan Robot Dari Atas

Gambar 4.2 Bentuk Lengan Atas

Gambar 4.3 Bentuk Lengan Tengah

Gambar 4.4. Bentuk Kaki

Gambar 4.5. Bagian Sensor Ultrasonik

4.2 Pengendalian Pergerakan Motor Servo

Dalam membuat gerakan pada robot ada beberapa hal yang harus

diperhatikan yaitu karakteristik dari pergerakan sudut di setiap bagian kaki dimana

tiap bagian kaki memiliki karakteristik pergerakan sudut yang berbeda, untuk lebih

jelasnya perhatikanlah gambar dibawah ini.

Gambar 4.6. Sudut dan Poros Pada Semua Kaki Robot

(axis L1) (axis L2)

(axisL3)

0

180o

o

180o

0o

0

180o

o

(axis L1) (axis L2) (axis L3)

(axis R1)(axis R2)

(axis R3)

180o

0o

180o

0o

180o

0o

(axis R1) (axis R2) (axis R3)

4.3 Pemrograman

4.3.1 Pemrograman Motor Servo

Arduino IDE menyediakan library yang sangat membantu dalam melakukan

penanaman perangkat lunak pada robot hexapod.

#include <Servo.h>

Servo.h merupakan library untuk servo kontroler sehingga servo sebanyak 18 buah

dapat dikontrol melalui mikrokontroler.

4.3.2 Pemrograman Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik berperan penting dalam sistem navigasi robot yaitu

sebagai subsistem yang akan menghitung jarak robot dengan dinding.

Mikrokontroler mengirimkan pulsa (trigger pulse) minimal sebesar 2 μS.

Perintah ini dikirim menggunakan instruksi

pinMode(pingPin, INPUT);

duration = pulseIn(pingPin, HIGH);

Setelah pengiriman pulsa HIGH maka sensor ultrasonik akan menerima

gema (echo) yang dipantulkan menuju objek dan nantinya akan di konversi ke nilai

jarak inci dan centimeter.

inches = microsecondsToInches(duration);

cm = microsecondsToCentimeters(duration);

4.3.3 Pemrograman Komunikasi I2C

Melakukan setup terhadap komunikasi I2C dengan menambahkan library

wire pada kedua program yang tertanam didalam arduino master dan arduino slave.

#include <Wire.h>

Pada void setup arduino slave dan arduino master harus saling

berkomunikasi dimana akan terjadi proses send dan request antara kedua arduino.

Master akan bekerja untuk membaca data yang dikirim dari slave yang akan

diproses didalam loop.

Wire.requestFrom(2, 6);

while(Wire.available()){

char c = Wire.receive();

Serial.print(c); }

delay(500);

wire.requestFrom merupakan sebuah aksi yang dilakukan oleh arduino

master untuk meminta pengiriman data dari arduino slave melalui address 2.

void setup()

{

Wire.begin(2);

Wire.onRequest(requestEvent);

}

5. PENUTUP

5.1. Kesimpulan

Dari rangkaian proses analisis masalah, perancangan, pembuatan dan

pengujian robot hexapod yang telah dilakukan, dalam penyusunan penelitian ini

dapat ditarik beberapa kesimpulan penting yang berkaitan dengan perancangan

robot hexapod antara lain:

1. Penggunaan dua buah Arduino Mega1280 sebagai mikrokontroler pada

robot hexapod berjalan sesuai perancangan dimana arduino master

menjalankan tugasnya dengan maksimal dalam mengontrol pergerakan

18 buah motor servo. Sedangkan arduino slave mengontrol inputan dari

sensor ultrasonik. Komunikasi I2C antara kedua arduino ini berjalan

dengan lancar tanpa mengalami kendala.

2. Penggunaan motor servo dengan torsi 9 kilo sebagai aktuator robot yang

terpasang pada mekanik robot bekerja dengan baik. Lengan tengah dan

lengan bawah menggunakan akrilik dengan ketebalan 5mm sehingga

kuat untuk menopang badan robot. Tingkat kepresisian pada

pemasangan motor servo sangat mempengaruhi sudut dari pergerakan

tiap kaki khususnya pada proses kalibrasi sudut sehingga nilai dari sudut

tidak langsung bisa di generate pada nilai tertentu.

3. Penggunaan sensor ultrasonik sebagai sub sistem navigasi yang

mengukur jarak antara robot dengan dinding sudah cukup baik akan

tetapi terdapat beberapa masalah yang berkaitan dengan efektifitas

penggunaan jumlah sensor. Sudut tembak dari sensor ultrasonik sudah

berjalan baik khususnya sensor yang berada pada bagian depan, kanan,

dan kiri. Pada proses ujicoba menggunakan lima buah sensor pada robot

mengalami banyak error yang terjadi akibat tabrakan sinyal antara sensor

satu dengan sensor yang lain.

5.2. Saran

Dalam perancangan dan pembuatan sistem gerak dan navigasi pada robot

hexapod penulis memberi saran-saran pengembangan lebih lanjut untuk mencapai

sistem yang lebih sempurna:

1. Untuk menyempurnakan konstruksi mekanik robot khususnya masalah

tingkat kepresisian dalam integrasi aktuator dengan mekanik robot yaitu

dengan menggunakan pengerjaan mekanik robot yang dilakukan dengan

mesin yang memiliki tingkat kepresisian tinggi seperti mesin laser.

Dengan memiliki tingkat presisi yang tinggi maka proses kalibrasi pada

motor servo akan lebih mudah khususnya pada proses perancangan

sistem gerak.

2. Dibutuhkannya sebuah algoritma problem solving khususnya ketika salah

satu sensor mengalami permasalahan atau bahkan lebih dari satu buah

sensor tidak dapat bekerja. Hal ini tentunya menjadi bagian yang sangat

mendasar mengingat fungsi dari sensor ultrasonik sebagai bagian yang

menjadi inputan untuk dapat menghasilkan sebuah navigasi pada robot.

3. Dibutuhkannya pengembangan pada algoritma wall follower robot dimana

masih sering terjadinya error pada saat robot melakukan navigasi.

Adapun pengembangan yang dapat dilakukan adalah dengan

menambahkan algoritma PID khususnya untuk mendapatkan tingka

presisi yang tinggi dari navigasi robot.

Penulis sangat bahagia dengan senang hati ketika pembaca memberikan

sumbangan ilmu berupa kritik dan saran, karena penulis sadar keterbatasan

kemampuan sehingga diharapkan masukkan yang membangun agar robot hexapod

ini dapat berkembang jauh lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2011. Arduino Mega (http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega, diakses 4 Mei 2012)

Anonim, 2012. Ping Ultrasonic Range Finder Tutorial (http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Ping, diakses 4 Mei 2012)

Anonim, 2012. ATmega640/1280/1281/2560/2561 Datasheet

(www.atmel.com/Images/doc2549.pdf, diakses 22 Mei 2012)

Anonim, 2012. Servo Library and Tutorial (http://www.arduino.cc/playground/ComponentLib/Servo, diakses 4 Mei 2012)

Anonim, 2012, PING )))™ Ultrasonic Distance Sensor (#28015)

(http://www.parallax.com/dl/docs/prod/acc/28015-PING-v1.3.pdf, diakses 22 Mei 2012)

Anonim, 2012. PID

(http://id.wikipedia.org/wiki/PID, diakses 25 Mei 2012)

Pitowarno E., 2006 “Desain, Kontrol, dan Kecerdasan Buatan” , Penerbit C.V Andi Offset, Yogyakarta

Catsoulis J., 2006 “Designing Embedded Hardware”, Penerbit O’Reilly Media Inc, USA

Budiarto. Widodo, S.Si, M.Kom, 2004 “interfacing Komputer dan Mikrokontoler”, Penerbit Elex Media Komputindo

Iswanto, 2008 “Desain dan Implementasi Desain Embeded Mikrokontroler ATMega8535 dengan Bahasa Basic”, Penerbit Gava Media, Yogyakarta

Suyadi Taufiq Dwi Septian, 2008 “Build Your Own Line Follower Robot”, Penerbit Andi, Yogyakarta

Wasito, 2006 “Vademekum Elektronika Edisi Kedua”, Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta