Sistem Pengendalian Lengan Robot, IP Camera dan Sensor Gas CO

dengan WiFi Berbasis Arduino

Usulan Penelitian untuk Tesis S-2

Minat Studi Magistes Sistem Teknik

Konsentrasi Teknologi Industri Kecil dan Menengah

Kelompok Bidang Ilmu Teknik

Diajukan oleh :

Muchamad Malik

Kepada

PROGRAM PASCA SARJANA

UNIVERSITAS GADJAH MADA

YOGYAKARTA

Desember 2010

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Pendahuluan

Perkembangan teknologi komunikasi sangat pesat terutama di bidang robotika, hal ini

ditandai dengan b.anyaknya kompetisi robot yang dilakukan berbagai instasi baik milik

pemerinah maupun instansi swasta.

Robot banyak digunakan di dunia industry, militer, kesehatan maupun pendidikan. Di

bidang industry, penggunakaan robot sangat penting, karena untuk melakukan pekerjaan yang

membutuhkan keprsisian tinggi. Untuk dunia militer, robot digunakan untuk membantu

prajurit di medan perang seperti dalam menjinakkan bom yang dapat membahayakan nyawa

prajurit. Di dunia kesehatan, robot digunakan untuk membanntu dokter dalam melakukan

operasi kepada pasien, sementara di dunia pendidikan robotika dijadikan kurikulum

ekstrakulikuler dari ingkat SD hingga SMA.

Robot dapat dikendalikan secara manual maupun dikendalikan secara otomatis memalui

program yang telah ditanamkan ke dalam mikrokontroler. Dalam pengendalian manual bisa

menggunakan koneksi kabel maupun wireless. Koneksi kabel biasanya digunakan untuk

mengendalikan robot dengan jarak dekat, karena lebih mudah dalam proses pembuatannya.

Namun, dalam pengendalian jarak jauh, penggunaan kabel tidak efektif karena dapat

memakan biaya yang lebih tinggi serta tidak aman. Dalam pemanfaatan wireless pun dapat

memanfaatkan berbagai media, seperti sinyal radio, gprs, 3G atau wifi.

Dari segi biaya, pemanfaatan sinyal radio lebih ekonomis karena kita dapat

memanfaatkan sinyal tersebut secara gratis, namun sinyal tersebut hanya mentransmisika.

Memanfatkan sinyal 3G lebih bisa mengakomodasi karena disamping dapat mentransmisikan

audio juga dapat mentransmisikan visual namun biaya yang dibutuhkan sangat tinggi. Untuk

itu, pemanfaatan Wifi lebih relefan karena dapat mengakomodas semua kebutuhan dalam

penelitian, biaya yang akan digunakan juga relative rendah.

1.2 Rumusan Masalah

Dengan penjelasan latar belakang diatas, pemanfaatan WiFi dalam pengontrolan robot jarak

jauh lebih efektif dibandingkan dengan memanfaatkan media lain.

1.3 Batasan Masalah

Untuk menghasilkan perancangan yang baik, ada berbagai hal yang perlu diperhatikan.

Dalam perancangan robot ini, penulis memfokuskan dan menetukan batasan – batasan

sebagai berikut ;

1.3.1 Merancang system mekanik robot

Rangka utama

Roda utama

Lengan

1.3.2 Merancang system elektronik

Rangkaian mainboard Arduino

Rangkaian IP Camera

Rangkaian sensor

Rangkaian driver motor

1.3.3 Merancang software

Software super looping di dalam mainboard Arduino

1.4 Keaslian Penelitian

Sejauh studi pustaka yang dilakukan penulis, belum ada robot yang mengintegrasikan system

penggerak lengan, IP Camera serta sensor gas dalam satu esatuan system berbasis embedded

system Arduino.

1.5 Tujuan dan Manfaat

1.5.1 Tujuan dari Penelitian ini adalah :

Merancang robot yang dapat bermanfaat dan membantu tugas manusia

terutama di areal yang mengandung gas berbahaya

Mengetahui tingkat akurasi system pengontrolan menggunakan WiFi

Mengintegrasikan berbagai system kedalam satu kesatuan berbasis Arduino

1.5.2 Manfaat dari penelitian ini adalah:

Meningkatkan kinerja manusia

Menghasilkan teknologi yang tepat guna untuk berbagai bidang

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

2.1.1 Kontrol Robot

Kontrol adalah bagian amat penting dalam robotik. Sistem robotik tanpa kontrol

hanya akan menjadi benda mekatronik yg mati. Dalam sistem kontrol robotic terdapat dua

bagian yaitu perangkat keras elektronik dan perangkat lunak berisi program kemudi dan

algoritma kontrol. Secara garis besar, suatu sistem robotik terdiri dari 3 bagian seperti gambar

berikut ini :

Kontrol

Mekanik Elektro

nik

Gambar Sistem Robotic

Tiga prosedur utama, yaitu baca sensor, memproses data sensor, dan mengirim sinyal

aktuasi ke aktuator adalah tugas utama kontroler. Ada dua macam teknik yang digunakan

kontroler dalam menghubungi dan membaca sensor yaitu polling dan interrupt. Teknik

polling adalah prosedur membaca data berdasarkan pengalamatan langsung yang dapat

dilakukan kapan saja kontroler menghendaki, sedang pada teknik interrupt, kontroler

melakukan pembacaan jika sistem sensor melakukan interupsi, yaitu dengan memberikan

sinyal interupt kekontroler (via perangkat keras) agar kontroler (CPU) melakukan proses

pembacaan.selama tidak ada interupt maka kontroler tidak dapat mengakses sensor tersebut.

Bagian yang berfungsi untuk memproses data sensor adalah bagian yang paling

penting dalam program kontroler.Disinilah para peneliti dan enginer dapat dengan leluasa

mengembangkanberbagai ide, teori dan teknik bagaimana membuat robot bekerja sesuai

harapan. Berbagai algrithma kontrol mulai dari teknik klasik seperti control P , I dan D dapat

diterapkan.jika dikehendaki control yang lebih pintar dan dapat beradaptasi dapat

memasukkan berbagai algorithm kontrol adaptive hingga teknik artificial intelligent seperti

fuzzy control, neural network, geneticalgorithm,dll

Bagian ketiga yaitu prosedur “tulis data” adalah bagian yang berisi pengalamatan

keaktuator untuk proses penulisan data. Dalam kontek rangkaian elektronik, data ini adalah

sinyal aktuasi kekontroler seperti berapa besar tegangan atau arus yang masuk kemotor dsb.

Baik aktuator maupun sensor memenuhi tegangan kerja. (Hilarion Hmanjen, 2008)

2.2 Dasar Teori

2.2.1 WiFi

Wi-Fi (atau Wi- fi, WiFi, Wifi, wifi) merupakan kependekan dari Wireless Fidelity,

memiliki pengertian yaitu sekumpulan standar yang digunakan untuk Jaringan Lokal

Nirkabel (Wireless Local Area Networks - WLAN) yang didasari pada spesifikasi IEEE

802.11.

Fungsinya menghubungkan jaringan dalam satu area lokal secara nirkabel. Awalnya

Wi-Fi digunakan untuk penggunaan perangkat nirkabel dan jaringan area lokal (LAN),

namun saat ini lebih banyak digunakan untuk mengakses internet. Hal ini memungkinkan

seseorang dengan komputer dengan kartu nirkabel (wireless card) atau personal digital

assistant (PDA) untuk terhubung dengan internet dengan menggunakan titik akses (hotspot)

terdekat.

2.2.1.1 Spesifikasi Wi –Fi

Wi-Fi dirancang berdasarkan spesifikasi IEEE 802.11. Sekarang ini telah ada 4 variasi

802.11 yakni : 802.11a, 802.11b, 802.11g, dan 802.11n.Spesifikasi b merupakan produk

pertama Wi-Fi. Berikut detail dari masing masing variasi 802.11 tersebut :

Table spesifikasi koneksi WiFi

Di banyak bagian dunia untuk frekuensi yang digunakan oleh Wi-Fi, pengguna tidak

diwajibkan untuk mendapatkan ijin dari pengatur lokal. Varian 802.11a mendapatkan

frekuensi yang lebih tinggi dan oleh sebab itu daya jangkauannya lebih sempit dibandingkan

dengan 3 varian yang lainnya yang relatif sama.

Secara teknis operasional, Wi-Fi merupakan salah satu varian teknologi komunikasi

dan informasi yang bekerja pada jaringan dan perangkat WLAN (Wireless Local Area

Network). Dengan kata lain, Wi-Fi adalah sertifikasi merek dagang yang diberikan pabrikan

kepada perangkat telekomunikasi (internet) yang bekerja di jaringan WLAN dan sudah

memenuhi kualitas kapasitas interoperasi yang dipersyaratkan.

2.2.1.2 Metode Akses Koneksi Wi-Fi

Ada 2 cara menghubungkan antar PC dengan sistem Wi-Fi yaitu adhoc dan

infrastruktur. Kedua cara ini memiliki keuntungan dan kelemahan masing masing sesuai

dengan kondisi yang dihadapi saat melakukan pemasangan jaringan wireless sesuai

kebutuhan.

Sistem adhoc adalah sistem peer to peer, dalam arti satu komputer dihubungkan ke

satu komputer dengan saling mengenal SSID. Bila digambarkan mungkin lebih mudah

membayangkan sistem direct connection dari satu komputer

2.2.2 IP Camera

IP Camera adalah CCTV (Closed-circuit television) kamera yang menggunakan

Internet Protokol (IP) untuk mengirimkan data gambar dan sinyal kendali atas Fast Ethernet

link. IP Camera bisa juga disebut sebagai kamera jaringan, sejumlah IP Camera biasanya di

tempatkan bersama-sama dengan perekam video digital (DVR) atau jaringan perekam video

(NVR) untuk membentuk sistem pengawasan video.

IP Camera bisa digunakan untuk memantau aktivitas melalui perangkat mobile,

seperti ponsel atau PDA lewat jaringan 3G atau 3,5G, sedangkan CCTV biasa yang terdahulu

tidak dapat dihubungkan dengan jaringan internet, melainkkan hanya terhubung dengan

sebuah kabel yang dihubungkan kembali dengan sebuah Television.Dengan Kelebihan yang

dimiliki IP Camera ini maka banyak digunakan untuk fasilitas memantau suatu daerah atau

tempat. Seperti sekarang ini di Indonesia dibidang lalu lintasnya telah memanfaatkan IP

Camera untuk memantau keadaan lalu-lintas transportasi, yang dapat di akses semua

masyarakat melalui Smart Phone atau Web Browse.

Cara Kerja IP Camera dapat digambarkan seperti ini:

Gambar Cold IP Camera

Kamera Menangkap Gambar

Gambar yang ditangkap dirubah menjadi signal elektrik.

signal ini diKonversi dari format analog menjadi digital

Signal digital di kompres dan dikirim melalui jaringan.

2.2.3 Sensor Gas CO

Diantara berbagai jenis sensor kimia, sensor gas carbon monoxide (CO) sangat dibutuhkan

untuk memantau gas CO yang dihasilkan dari perubahan keadaan alam. Sensor gas

mikroelektronika pertama yang dibuat berbasis bahan metal oksida, diantaranya ZnO2, Fe2O3,

dan SnO2. Ahir - ahir ini bahan SnO2 yang paling digunakan dan dikembangkan untuk sensor

gas Com karena mempunyai kelebihan disbanding sensor berbahan lainnya. Adapun

kelebihannya yaitu masa pemakaian yang lama dan relative stabil dan daya tahan yang tinggi

serta persentase kesalahan yang kecil.

Spesifikasi sensor gas yang adalah :

Suhu operasi : 250 – 300

0C

Resistanis pemanas : 2 Ω

Tegangan sensor : 5 v

Jangkauan pengukuran : 0 ~ 1000 ppm

Grafik resistansi sensor gas

Sensor gas ini bekerja memakai prinsip chemoresistor, konduktifitas sensor akan

berubah dengan adannya unsur – unsur kimia (dari gas) yang bekerja pada permukaan lapisan

sensor (SnO2). Nilai resistan dari lapisan sensor merupakan parameter utama yang tergantung

oleh distribusi suhu ( I Dewa Putu Hermida, 2006)

2.2.4 Arduino

Arduino adalah board mikrokontroler opensource yang sangat powerfull dan mudah

digunakan. Board ini bisa digunakan untuk membuat robotika, seniman, penggemar yang

tertarik untuk membuat obyek interaktif. Arduino bisa menerima input dari berbagai sensor

dan menggerakkan servo motor, lampu LED, aktuator dan lainnya. Arduino ini menggunakan

bahasa C/C++ yang disederhanakan. Program untuk uploadernya bisa diunduh secara bebas.

Jadi mudah sekali untuk dipelajari. Software Arduino bisa berjalan di Windows, GNU/Linux,

MacOSX.

Board Arduino yang saya jual ini dua macam yaitu:

Arduino Duemilanove 2009 AVR ATmega328 20PU USB board/3

Gambar Board Arduino Duemilanove

Arduino Mega 1280

Gambar Board Arduino Mega 1280

Kelebihan Arduino

Tidak perlu perangkat chip programmer karena di dalamnya sudah ada bootloader

yang akan menangani upload program dari komputer.

Sudah memiliki sarana komunikasi USB, sehingga pengguna Laptop yang tidak

memiliki port serial/RS323 bisa menggunakan nya.

Bahasa pemrograman relatif mudah karena software Arduino dilengkapi dengan

kumpulan library yang cukup lengkap.

Memiliki modul siap pakai (shield) yang bisa ditancapkan pada board Arduino.

Misalnya shield GPS, Ethernet, SD Card, dll.

Bahasa Pemrograman Arduino

Bahasa pemrograman Arduino adalah bahasa C. Tetapi bahasa ini sudah dipermudah

menggunakan fungsi-fungsi yang sederhana sehingga pemula pun bisa mempelajarinya

dengan cukup mudah.

2.2.5 Kinematika Robot

Sebuah konstruksi manipulator robot dapat dimodelkan sebagai rangkaian bodi kaku yang

disebut link. Link tersebut saling berhubungan satu sama lain oleh adanya joint. Salah satu

rangkaian dari link ini berdiri pada saru landasan (base), sedangkan ujung yang lain

bergeraak bebas untuk menggerkkan tool atau end effector. Untuk mempermudah

pemahaman, maka diberikan notasi berbeda untuk tiap join. Variable – variable yang dimiliki

oleh sebuah join akan diikuti notasi “n” (n=0,1,2,3,…) di mana n=0 dimulai dari join yang

merupakan dasar/base dari robot.

Gambar Lengan

Dalam perhitungan kinematika robot, ada dua cara menentukan posisi dari manipulator. Yang

pertama adalah direct kinematic dan yang kedua adalah invers kinematics dimana hubungan

keduanya adalah untuk mencari orientasi posisi end-effector dengan masukan yang berbeda.

Pada direct kinematics maka masukan berupa posisi sudut tiap link sehingga didapat posisi

manipulator pada sudut karnesian. Sedangkan pada invers kinematics masukannya berupa

posisi manipulator pada susut kartesian sejingga dapat mengetaui posisi sudut tiap link.

BAB III

METODE PENELITIAN

Metode penelitian yang digunakan untuk menguji robot ini adalah metode eksperimental

dengan membuat robot secara bertahap dan dilakukan ujian serta pengambilan data dari uji

tersebut.

3.1 Langkah Penelitian

Langkah penelitian dimulai dengan melakukan pendefinisian masalah dan tujuan

dilakukannya penelitian. Observasi dilakukan langsung di laboratorium robotika STMIK

AMIKOM Yogyakarta.

3.1.1 Perancangan

Dalam suatu perancangan hendaknya terlebih dahulu mengetahui dan membuat data-data

perancangan yang akan dikerjakan sehingga proses perancangan dapat berjalan dengan baik.

Dalam perancangan robot ini, data perancangan yang dimiliki adalah :

1. Berat beban maksimal yang dapat diangkat oleh robot

2. Sensitifitas sensor

3. Resolusi gambar yang dihasilkan dari kamera robot

3.1.2 Pengujian

Pengujian robot terdiri dari uji fungsional dan uji performansi. Uji fungsional bertujuan untuk

mengetahui apakah hasil rancang bangun dapat berfungsi sesuai dengan disain yang

diharapkan. Setelah dilakukan uji fungsional dilakukan uji performansi. Parameter yang

digunakan untuk mengevaluasinya Perbaikan-perbaikan terhadap robot yang telah dibuat

dimungkinkan bilamana hasil yang dicapai tidak sesuai dengan tujuan penelitian ini, yaitu

dapat melakukan kerja secara efektif, efisien, aman, dan secara operasional dan

perawatannya mudah dilakukan.

3.2 Variabel

Variabel yang diteliti terdiri dari variabel bebas dan terikat:

1) Variabel Bebas : kecepatan gerak robot, dan jarak maksimal pegontrolan robot.

2) Variabel Terikat :sensitifitas sensor, resolusi gambar yang dihasilkan dan beban

maksimum yang dapat diangkat oleh robot.

Flowchart Penelitian

Selesai

Hasil dan Kesimpulan

Pengambilan,

analisis data

hasil Uji Robot

Uji Robot

Perancangan dan Pengujian

Robot

Analisis data

Studi literatur Obseervasi

Mulai

Identifikasi Masalah

3.3 Waktu dan Tempat Penelitian

Pembuatan mesin akan dilaksanakan di laboratorium robotika STMIK AMIKOM

Yogyakarta. Ringroad Utara, Depok, Sleman, Yogyakarta. Waktu pelaksanaan direncanakan

dimulai awal April 2011 sampai Agustus 2011. Rincian rencana waktu penelitian seperti

yang terlihat pada Tabel berikut ini

Tabel Rencana Kegiatan Penelitian

No

Keterangan Bulan

April mei Juni Juli Agustus

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

1 Persiapan

Pegumpulan

data

2 Permasalahan

3 Studi

Literatur

4 Metodelogi

5 Pengajuan

Proposal

6 Pengajuan

dan revisi

Proposal

7 Pengesahan

8 Seminar

9 Penelitian

10 Persiapan

alat, bahan

dan tempat

11 Perancangan

robot

12 pengujian

robot

13 Pengolahan

Data

14 Seminar

Kemajuan

15 Penyusunan

Draft Tesis

16 Seminar hasil

17 Penyusunan

Tesis

18 Ujian

Pendadaran

19 Tesis Final