DESAIN DAN IMPLEMENTASI PENGENDALIAN JARAK JAUH PADA ROBOT BERODA TIPE HOLONOMIC BERBASIS ANDROID

  

DESAIN DAN IMPLEMENTASI PENGENDALIAN JARAK

JAUH PADA ROBOT BERODA TIPE HOLONOMIC

BERBASIS ANDROID

Sisdarmanto Adinandra, Ricky Eko Prasetyo

  

Universitas Islam Indonesia, Yogyakarta

Kontak Person:

  

Sisdarmanto Adinandra

Kampus Universitas Islam Indonesia

Jalan Kaliurang KM 14,1,

Yogyakarta

  

Telp: 0274-895287 ext 120, Fax: 0274-895007, E-mail: s.adinandra@uii.ac.id

Abstrak

  

Robot telah lama dikenal dalam kehidupan manusia. Salah satu tujuan diciptakannya robot adalah

untuk meningkatkan efisiensi dan keamanan kerja. Salah satu jenis robot yang berkembang pesat dan

banyak digunakan adalah robot beroda tipe holonomic. Robot tipe holonomic memiliki keunggulan

dalam pergerakan karena dapat bergerak ke segala arah tanpa harus merubah orientasi. Pada saat

bersamaan, berkembangnya teknologi komunikasi nirkabel memungkinkan implementasi

pengendalian jarak jauh secara murah dan mudah.

Penelitian ini mengimplementasikan pengendalian robot beroda holonomic jarak jauh menggunakan

  wi-fly berbasis android. Robot dapat dikendalikan melalui smartphone android dan memiliki fitur

  

pencegah tabrakan (crash prevention). Pada smartphone terdapat antarmuka pengendali robot yang

sangat mudah digunakan. Metode inverse kinematics digunakan untuk menentukan kecepatan masing-

masing roda berdasarkan masukan pada antarmuka. Fitur pencegah tabrakan secara otomatis akan

melindungi robot dari kerusakan benturan.

Dari hasil pengujian didapatkan bahwa robot telah dapat bekerja dengan baik. Pergerakan robot

dapat mengikuti keinginan operator yang memberi masukan lewat antarmuka smartphone. Robot

dapat dikendalikan dari jarak sampai 400m. Metode inverse kinematics memberikan ketepatan

perhitungan kecepatan individual robot. Hal yang sangat berpengaruh pada pengendalian robot

  holonomic adalah inersia dan slip dari motor. Tingginya nilai dua variabel ini akan menyebabkan robot bergerak diluar trayektori yang diinginkan.

  Kata kunci: robot beroda, omnidirectional robot, inverse kinematik, android

Pendahuluan

  Seiring dengan tingginya tuntutan industri terhadap efektifitas dan keamanan perkerjaan, robot menjadi salah satu alternative solusi yang tepat. Dengan kemampuannya melaksanakan tugas yang berulang-ulang, robot mengurangi resiko kesalahan yang mungkin dilakukan oleh manusia.

  Salah satu jenis robot yang mengalami perkembangan cukup pesat adalah robot beroda tipe

  

holonomic . Dengan dibekali kemampuan untuk bergerak ke segala arah tanpa perlu merubah orientasi,

  robot tipe ini mudah melakukan pergerakan di tempat-tempat yang sulit dijangkau oleh robot beroda tipe lainnya.

  Teknologi lain yang mengalami perkembangan pesat adalah teknologi smartphone. Sistem operasi android memudahkan pengguna untuk menghubungkan telepon seluler dengan piranti-piranti elektronis.

  Pada penelitian ini didesain sebuah robot beroda tipe holonomic dengan menggunakan komponen yang seluruhnya dapat dengan mudah diperoleh di Indonesia. Robot dikendalikan secara nirkabel menggunakan smartphone android. Robot dibekali dengan kemampuan crash prevention untuk mencegah tabrakan dengan robot lain atau halangan yang ada di sekitar robot.

Metode Penelitian

  Penelitian ini difokuskan pada desain robot beroda tipe holonomic dan implementasi pengendali jarak jauh robot berbasis android. Penelitian dibagi menjadi dua bagian utama: desain perangkat keras robot (mekanik dan elektrik) serta desain pengendali pada smartphone.

  Model matematis obot beroda tipe holonomic

  Robot beroda tipe holonomic dapat bergerak ke segala arah dengan memanfaatkan resultan gaya yang ditimbulkan oleh roda tipe omniwheel yang dipasang pada robot [1]. Pada penelitian ini digunakan tiga buah roda pada robot seperti terlihat pada Gambar 1.

  

Gambar 1. Arah gaya dan pegerakan robot holonomic tiga roda

  Model kinematic robot tersebut [2]: (1) dimana , , menunjukkan arah pergerakan robot relatif terhadap center-of-gravity robot, sedangkan , , menunjukkan kecepatan masing-masing roda.

  Perancangan mekanik dan fisik robot

  Robot didesain menggunakan software Solid Works dengan nilai pada Gambar 1 sama dengan 60 , dengan bahan utama berupa akrilik 3mm. Ukuran roda omniwheel menyesuaikan dimensi robot. Gambar 2 menunjukkan ukuran robot dan hasil perakitan mekanik robot.

  

Gambar 2. Dimensi dan bentuk robot beroda holonomic.

  Perancangan sistem elektronis

  Komponen utama pada robot yang dibuat adalah Arduino Uno, driver motor, sensor ultrasonik, motor DC (3buah), EMS Wi-Fi, dan baterai Lithium (12 V). Driver motor dan EMS Wi-Fi dirangkai dalam bentuk arduino shield untuk memudahkan pemasangan piranti tersebut di arduino. Sensor ultrasonik dihubungkan pada pin A4 dan A5 dari arduino.

  Perancangan pengendali

  Secara umum proses pengendalian robot holonomic mengikuti diagram alir yang ditunjukkan Gambar 3.

  Gambar 3. Diagram alir pengendalian robot.

  Pengendalian diawali dengan pembacaan data input yang diterima EMS Wi-Fi shield dari antarmuka

  

smartphone android melalui port serial arduino. Data yang diterima akan dipisah (di-parsing) untuk

  menentukan apakah perintah yang dikirim adalah perintah berhenti atau bukan. Jika perintah bukan berhenti, robot akan mengecek apakah robot berada pada jarak aman. Jika ya, maka robot akan menghitung nilai , , berdasarkan kecepatan yang diinginkan oleh pengguna.

  Perancangan user-interface pada smartphone android

  Untuk memudahkan proses pengendalian, pada smartphone dibuat sebuah user-interface dalam bentuk aplikasi (apps) dengan nama HOLO ROBO CONTROLLER. Aplikasi ini dapat digunakan untuk menentukan arah pergerakan robot secara nirkabel menggunakan bantuan access point. Smartphone menggunakan access point untuk mengakses robot secara nirkabel jika IP address dari robot telah diketahui.

  

Gambar 4. Tampilan user-interface pada smartphone .

  Saat awal, pengguna dapat memilih IP address robot sebelum koneksi dibuat. Jika robot dan

  

smartphone telah terhubung, pengguna dapat memilih arah dan nilai kecepatan robot dengan menekan

sebarang lokasi pada lingkaran berwarna oranye. Nilai dan berada pada range -200 sampai 200.

  Robot akan berhenti jika diberi nilai = . Hal ini dapat dilakukan dengan menekan zona biru yang ada pada user-interface.

  Penggunaan inverse-kinematic untuk menghitung kecepatan roda

  Nilai dan yang dikirim dari smartphone (dalam penelitian ini diabaikan atau orientasi robot diabaikan) harus diterjemahkan menjadi kecepatan masing-masing motor. Dalam penelitian ini digunakan metode inverse kinematic untuk menghitung kecepatan motor tersebut. Dengan melakukan

  inverse terhadap persamaan 1 sehingga didapatkan:

  (2) Jika dimensi robot dimasukkan, didapatkan persamaan pengendali yang ditanamkan pada arduino sebagai berikut:

  (3)

Hasil Penelitian dan Pembahasan

  Performa sistem hasil perancangan diuji menggunakan tiga parameter: akurasi pergerakan, kemampuan mencegah tabrakan dan jarak jangkauan pengendalian.

  Pengujian pergerakan

  Pengujian pertama dilakukan untuk mengetahui posisi akhir dari center-of-gravity (COG) robot

  

holonomic. Robot diberi nilai dan tertentu selama jangka waktu tertentu. Sudut yang dibentuk

  oleh COG dan garis 0 , , akan diukur dengan busur derajat (lihat Gambar 5) dan dibandingkan dengan nilai perhitungan matematis dengan rumus . Pengujian dilakukan untuk 16 pasang nilai , dan masing-masing diulang tiga kali.

  COG

  Sudut _o

Gambar 5. Cara mengukur .

  Grafik perbandingan rata-rata dari tiga kali pengujian untuk 16 masukan yang berbeda dengan nilai matematis dapat dilihat pada Gambar 6. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa selisih antara hasil percobaan dan perhitungan relatif kecil. Nilai root-mean-square-error, RMSE yang dihitung dengan persamaan [4]:

  (4) dimana error i adalah selisih rata-rata pengukuran dengan nilai matematis ke i, n adalah banyaknya _o data, adalah sebesar 1,909 . Hal ini menunjukkan jika robot memiliki tingkat kepresisian yang cukup tinggi.

  Pengujian crash prevention

  Dengan menggunakan sensor ultrasonik, robot dapat membuat zona aman untuk mencegah terjadinya tabrakan. Area aman robot yang dibuat adalah melingkar sejauh 22 cm dari COG (lihat Gambar 6 kiri). Kemampuan tabrakan diuji terhadap variasi sudut pembacaan sensor terhadap benda (lihat Gambar 6 kanan).

  Dari pengujian didapatkan hasil bahwa untuk nilai dan nilai cm yang berarti terjadi tabrakan. Untuk nilai diluar jangkauan tersebut robot dapat berhenti sebelum terjadi tabrakan.

  Pengujian jarak pengendalian

  Pengujian ini dilakukan untuk melihat jarak efektif antara pengguna dan robot sehingga proses pengendalian masih dapat dilakukan dengan baik. Pengujian dilakukan di dalam dan luar ruangan. Proses pengujian dilakukan dengan memberikan perintah maju dan berhenti secara berulang-ulang dan terus-menerus sampai muncul delai dalam menerima perintah dan sampai robot tidak dapat lagi menerima perintah pengguna.

  Dari pengujian dalam ruangan diperoleh delai mulai dirasakan robot saat jarak antara pengguna dan robot sejauh 361 cm. Saat jarak keduanya mencapai 476 cm, robot tidak dapat lagi menerima sinyal kendali dari pengguna. Sedangkan untuk pengujian di luar ruangan, delai muncul ketika jarak pengguna dan robot sama dengan 624 cm dan sinyal kendali akan hilang jika jarak keduanya diatas 854 cm.

  Area Aman

Gambar 6. Zona aman dan cara pengujian crash prevention.

Kesimpulan

  Pada penelitian ini telah diimplementasikan sebuah sistem pengendalian robot beroda holonomic secara nirkabel menggunakan smartphone android. Dari hasil pengujian didapatkan bahwa robot memiliki akurasi pergerakan yang cukup baik dengan nilai RMSE 1,909 . Sistem crash prevention bekerja dengan baik jika sudut antara sensor dan benda terletak pada antara -60 sampai 60 . Robot dapat dikendalikan dengan baik jika jarak antara pengguna dan robot dibawah 321 cm (dalam ruangan) dan 854 cm (luar ruangan).

  Untuk pengembangan dan penelitian berikutnya perlu digunakan motor dengan gearbox besi. Penggunaan gearbox besi dapat mengurangi resiko slip. Slip yang kecil akan meningkatkan akurasi pergerakan robot beroda holonomic yang dikendalika dengan metode inverse kinematic.

Referensi

  

[1] R. Rojas dan A.G. F¨orster, "Holonomic Control of a robot with an omnidirectional," K¨unstliche Intelligenz,

2006.

[2] A. S. Al-Ammri dan I. Ahmed, "Control of Omni-Directional Mobile Robot Motion," Al-Khwarizmi

Engineering Journal , vol. Vol. 6, p. 1 –9, Nov. 2010

  

[3] W. A. Pangestu, "Pengendali Robot Jarak Jauh Berbasis Smartphone Android," Teknik Elektro Universitas

Islam Indonesia Laporan Skripsi TA/SEKJUR/TE/2014/23, 2014.

[4] T. Chai dan R. R. Draxler, "Root mean square error (RMSE) or mean absolute error (MAE)," Geosci. Model

Dev , vol. 7, pp. 1247-1250, Jun. 2014.