Mobile Robot Pendeteksi Jalur Otomatis Menggunakan Kamera.

MOBILE ROBOT PENDETEKSI JALUR OTOMATIS
MENGGUNAKAN KAMERA
Susijanto Tri Rasmana1), Hanny Kristianto2)
1)Program Studi/Jurusan Sistem Komputer, STIKOM Surabaya, email : susyanto@stikom.edu
2)Program Studi S1 Sistem Komputer, STIKOM Surabaya, email: hanny.kristianto@gmail.com

AB
AY
A

Abstract: Mobile robot using a camera is one type robot developed to date. In this research, designed and built a
robot that utilizes data from the camera to detect the path to be taken. Three-wheeled robot with electro-mechanics
controller using ATMega 8535 microcontroller and image processing using a personal computer (PC) has been
successfully created. Using a webcam, camera positioning and selection of appropriate threshold values to produce
images that can be used by the robot to traverse the path specified. The robot can walk along 16 m following the
path taken in an average of 2 minutes 20 seconds.
Keywords : Mobile Robot, Camera, Microcontroller

 
Mobile robot merupakan teknologi yang


Tujuan

dari

penelitian

ini

adalah

mendapatkan metode yang tepat untuk pengendalian

manusia dalam mengendalikan kendaraan atau alat

mobile robot menggunakan data dari kamera. Dari

transportasi

Beberapa


data gambar yang diperoleh dapat dibedakan antara

dilakukan

badan jalan dan bahu jalan. Kemudian dari data

barang

penelitianMobile

di

industri.
yang

robot

telah

diantaranya oleh (Jin Cao, 1999), yang


ini

SU

diharapkan dapat dijalankan sesuai dengan jalur yang

R

sedang dikembangkan untuk membantu pekerjaan

telah ditentukan dengan presisi dan dirancang agar

koordinat badan dapat digunakan untuk pengendalian
robot agar selalu berjalan di dalam badan jalan dan
selalu mengikuti lintasan yang telah ditentukan.

dapat menghindari hambatan pada lintasan yang
dilalui.


METODE

Bermacam-macam metode yang digunakan

diantaranya

dengan

menggunakan
1989),

gelombang

sensor

infra

O

ultrasound(Crowley,


M

untuk mendeteksi lintasan yang akan dilalui robot,

merah(Tzuu-Hseng S. Li, et al., 2004), juga
kamera(Gian Luca Mariottini, et al., 2007) atau

IK

gabungan beberapa sensor (Akihisa Ohya, et al.,
1998).Model juga

digunakan

untuk

menentukan algoritma yang paling cocok untuk

ST


menemukan dan pelacakan fitur jalan di gambar
berdasarkan tugas

saat

ini

dan

Gambar 1. Blok diagram mobile robot

informasi

penginderaan.Perencana menggunakan informasi dari

Pada penelitian perancangan mobile robot

untuk


ini dimulai dari pembuatan blok diagram yang

kendaraan di sepanjang jalan.Beberapa algoritma

tampak pada gambar 1. Blok diagram tersebut

yang berbeda telah dikembangkan dan diuji pada

menggambarkan proses dari capture gambar hingga

beragam rangkaian urutan jalan(Tsai-Hong Hong,

perintah ke robot. Terdapat beberapa komponen

2002).

penting pada blok diagram tersebut antara lain adalah

model


untuk

menentukan

jalur

terbaik

SNASTI 2012, ICCS - 27

webcam, PC, mikrokontroler dan aktuator robot

robot selama beberapa saat ditunjukkan pada gambar

berupa motor DC.

3.

Kinematika Mobile Robot
Pada penelitian dengan menggunakan robot

tiga roda ini kinematika gerak mobile robot dapat
diperhitungkan

berdasarkan

sistem

koordinat

AB
AY
A

Cartesian seperti ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 3.Geometri Odometry gerakan robotselama
beberapa saat.

Dengan memperhitungkan rotasi motor dan


diameter roda, maka dapat dihitung jarak yang

R

ditempuh robot. Misal roda kiri bergerak sejauh
d_left dan roda kanan bergerak sejauh d_right, dapat

diasumsikan robot telah bergerak seperti pada

Gambar 2 .Kinematika gerak mobile robot
berdasarkan sistem koordinat Cartesian.

SU

gambar 3. Maka jarak yang telah ditempuh robot
dapat diperhitungkan dari panjang busur tengah :

Untuk persamaan kinematika dari robot

(3)


dapat diperhitungkan berdasarkan kecepatan anguler

Dari geometri dasar didapatkan :

(1)

(4)

(2)

(5)

O

M

dua roda penggerak kiri (VL) dan kanan (VR).

Dengan memberikan input posisi robot (x, y)

dapat dituliskan :

(6)

IK

dan sudut belok (θ) robot dapat dikontrol gerakannya.

Jika d_baseline adalah jarak antara roda kiri dan kanan,

Maka untuk melakukannya digunakan kinematika
terbalik (inverse kinematics problem).Dan untuk

Dengan mengurangkan (5) dari (4), dapat

ST

melakukannya digunakan metode dasar navigasi
yaitu ordometri.

ditulis :
(7)

Misal akan digerakkan robot dari posisi awal

(x, y, θ) menuju posisi target (x’, y’, θ’). Dengan

(8)

mengatur kecepatan dua roda penggerak, maka
terdapat dua nilai ang akan didapatkan. Nilai tersebut

Pusat lingkaran (P) dapat dihitung dengan

adalah seberapa jauh robot maju dan seberapa jauh

menjadikan d_left dan d_right dua busur dengan

robot berubah posisi.Maka kedua nilai tersebut harus

sudut yang sama φ. Maka dapat dihitung posisi robot

diintegrasikan.Dengan geometri odometry gerakan

yang baru (x’, y’, θ’).

SNASTI 2012, ICCS - 28

tiang dengan ketinggian 80 cm.Pengolahan gambar

t (9)

dari kamera menggunakan komputer PC (laptop),

(10)

sedangkan pengontrol gerak robot menggunakan
microcontroller.Lebih jelas robot dapat dilihat pada
Maka dapat dihitung posisi robot yang baru :

(11)

=

(12)

AB
AY
A

=

gambar 4.

Maka x’ dan y’ dapat dihitung :
 

(a)

(b)

Gambar 4. Mekanik robot (a) tampak atas,
(b) tampak depan

(13)
Dan

R

Pengontrol Elektronik

 

Pengontrol utama untuk perangkat mekanik-

SU

elektronik yang digunakan pada robot ini terdiri dari :

Mikrokontroler ATMEGA8535

(14)

M

Untuk nilai φ yang kecil dapat ditentukan sin(φ) = φ,

 

 
(15)

ST

IK

Dan

O

dan cos(φ) = 1. Maka didapatkan :

Gambar 5. Minimum sistem ATMEGA 8535

Sebagai
 
(16)

pengontrol

mekanik

elektronik

robot dipilih mikrokontroller ATMEGA 8535 dengan
spesifikasi :8KB Flash Memory dan 8 channel ADC
dengan resolusi 10 bit, Memiliki jalur I/O hingga 35
pin.Frekwensi Osilator sebesar 4 MHz.Tersedia jalur

Pembuatan

rangka

robot

terbuat

dari

komunikasi serial UART RS-232 dengan konektor

aluminium. Base robot berbentuk segi empat dengan

RJ-11.Tegangan input Power Supply 9-12 VDC dan

ukuran panjang x lebar : 40 cm x 26 cm.

output tegangan 5 VDC.

Menggunakan dua roda penggerak di belakang dan

Driver Motor

satu roda bebas di depan dengan diameter roda

Rangkaian motor driver yang digunakan

7,5cm. Kamera terletak di belakang, pada sebuah

pada penelitian ini menggunakan relay sebagai
SNASTI 2012, ICCS - 29

komponen utama. Switch pada relay digunakan untuk
Grayscale

Gamba

mengatur arah putaran pada motor. Sedangkan untuk
kecepatan motor diatur dengan sinyal pulse width

Perintah arah
jalan
berdasarkan
k di
l

Threshold

Gambar 8.Blok Diagram Pengolahan gambar

modulation (PWM). Pulsa PWM dihasilkan dari
mikrokontroler, kemudian dikuatkan menggunakan
metal–oxide–semiconductor

field-effect

transistor

(MOSFET).Skematik rangkaian driver motor dapat
dilihat pada gambar 6.

Databerupa gambar RGB diperoleh dari
hasil capture kamera.

Selanjutnya gambar diubah

menjadi gambar grayscale dan proses threshold untuk

AB
AY
A

mendapatkan gambar dalam mode biner. Pada
gambar biner, gambar jalan terlihat kontras antara

jalan dan bahu jalan.Sehingga diambil lah koordinat
pada bahu jalan untuk menjadi acuan mobile robot
bergerak ke kiri, ke kanan atau lurus.

Perubahan Warna dari RGB ke Grayscale

SU

Kamera

R

Gambar 6.Skematik Motor Driver

(a)

(b)

Gambar 9. Gambar jalur dalam format (a) RGB,
(b) grayscale

Perubahan warna ke grayscale bertujuan

untuk menyederhanakan data warna.Dari warna RGB

M

yang

Gambar 7. Kamera Webcam

terdiri

dari

tiga

matrik

menjadi

satu

matrik.Format gambar grayscaledisebut jugaformat

O

sebagai

citra

intensitas,

karena

gambar

akan

ditampilkan dalam warna keabuan dengan itensitas

robot adalah kamera webcam. Dengan menggunakan

yang sama dengan warna aslinya(Achmad Basuki,

sensor 1/6 inchi CMOS lima megapixels dapat

2005).

IK

Kamera yang digunakan untuk mendeteksi jalur pada

menghasilkan gambar dengan resolusi maksimal
2592

x

1944

pixels.

Webcam

dengan

jalur

Perubahan Warna Grayscale ke Biner
Proses perubahan warna grayscale ke biner

dengan frame rate hingga 30fps.Jenis kamera yang

dengan menggunakan threshold bertujuan untuk

digunakan seperti tampak pada gambar 7.

membedakan warna secara kontras antara bahu jalan

ST

komunikasi USB 2.0 ini dapat mengambil gambar

Deteksi Jalur

dan badan jalan. Dengan gambar yang hanya terdiri
dari dua warna (hitam dan putih) juga akan

Deteksi jalur dilakukan dengan program

mempermudah pemberian perintah pada robot untuk

yang dijalankan Processor (Notebook) tampak pada

menentukan arah jalannya robot, kanan, kiri atau

blok diagram gambar 8.

lurus dapat semakin jelas.

SNASTI 2012, ICCS - 30

(a)

(b)

Gambar 10. Gambar jalur dalam format (a) grayscale

AB
AY
A

(b) biner

Deteksi Koordinat Jalur/Jalan
Pada proses ini ditetapkan koordinat pixel
yang digunakan sebagai acuan mobile robot untuk
bergerak ke kiri maupun ke kanan. Koordinat pixel
yang dipakai adalah koordinat pixel bahu jalan
(kanan dan kiri robot) pada posisi robot di tengah
jalan, sehingga koordinat tersebut dapat digunakan
acuan.Apabila

posisi

acuan

tersebut

terdeteksi mengenai jalan maka robot melakukan
aksi, yaitu belok kiri atau kanan tergantung pada

SU

acuan kiri atau kanan yang terkena badan jalan.Pada

R

sebagai

 
Gambar 11. Flowchat deteksi Jalan

gambar 11adalah flowchart untuk memperjelas dari
proses pendeteksian jalan.

Pada gambar 11 terlihat bahwa terdapat

Pulse Width Modulation (PWM)
PWM digunakan untuk mengatur kecepatan

dan kiri. Pixel tersebut menjadi acuan bagi PC untuk

robot.Kecepatan dari mobile robot dapat dikendali-

M

proses pembacaan pixel yang menjadi batas kanan

memberikan perintah kepada mikrokontroler agar

kan dengan mengubah-ubah nilai PWM yang diatur

menggerakkan robot untuk ke kanan atau ke kiri.

melalui mikrokontroler. Pada penelitian ini kecepatan

O

Jarak antara kamera dengan jalan yang

dari mobile robot dapat diatur menjadi tiga
kecepatan,

Dengan jarak 80

Pemberian nilai PWM dapat diberikan sebagai

IK

terproyeksi oleh pixel baris 460 adalah 80 cm.
cm, perbandingan jarak yang

sebenarnya dengan pixel adalah 1 : 13. Dapat

yaitu

berhenti,

sedang

dan

cepat.

berikut :

diartikan bahwa 1 cm sama dengan 13 pixel, dengan
Tabel 1. Kecepatan Motor DC

ST

ketentuan jarak kamera dengan pixel yang dimaksud
adalah 80 cm.

No.
1.
2.
3.
4.

Kecepatan
Berhenti
Pelan
Sedang
Cepat

Nilai PWM
0
1-85
86-170
171-255

Lintasan Jalan
Jalan yang digunakan untuk menjadi lintasan
pada penelitian ini mempunyai karakteristik tikungan
SNASTI 2012, ICCS - 31

ke kiri dan ke kanan sama banyak dan sama besar,

Sedangkan untuk percobaan pengaturan nilai

sehingga penelitian ini berimbang antara tikungan

threshold gambar dari kamera dapat dilihat pada tabel

kanan dan tikungan kiri.

3.
Tabel 3. Hasil Pengaturan Thresholding
Nilai Thresholding
> 37

2
3

37 – 62
< 62

Gambar 12.Lintasan jalan mobile robot

Hasil Pada PC
Banyak noise,
badan jalan tidak
terlihat
Jelas
Terlalu gelap, bahu
jalan tidak terlihat

AB
AY
A

No.
1

Dari tabel 2 dan 3, terlihat bahwa diperlukan

Dengan panjang jalan 16 m dan lebar jalan

pengaturan threshold yang tepat terkait dengan

39 cm yang terbuat dari bahan vinyl yang dicetak

itensitas cahaya di sekitar robot.Pengaturan yang

dengan digital printing.Warna jalan dan bahu jalan

tidak

hanya terdiri dari warna hitam dan putih.Gambar

pembacaan data dari kamera.Seperti terlihat pada

lintasan jalan yang digunakan pada penelitian ini

gambar 13, pengaturan threshold pada itensitas yang

ditunjukkan pada gambar 12.

tidak tepat dapat menimbulkan banyak noise pada

tepat

dapat

mengakibatkan

kesalahan

HASIL DAN PEMBAHASAN

SU

Dari hasil perancangan dan pembuatan

R

gambar yang dihasilkan.

robot, maka robot diuji coba pada lintasan yang telah
ditentukan.Pengujian dilakukan dengan melihat data

dari kamera dan mengukur kuat cahaya yang ada di
sekitar lintasan.

Gambar 13. Gambar dengan banyak noise

M

Pengukuran dilakukan dengan menggunakan
fluxmeter.Kuatnya cahaya sangat mempengaruhi

Maka sesuai dari penjelasan di atas maka

gambar lintasan yang ditangkap oleh kamera.Hal ini

diuji coba robot berjalan pada lintasan dengan

disebabkan

bahan

itensitas cahaya 4 lx dan threshold diatur dengan nilai

vinyl.Cahaya yang terang membuat lintasan menjadi

40.Mobile robot dijalankan dengan tujuh kondisi

silau

(lihat tabel 4).Pengaturan diutamakan untuk arah

terbuat

O

yang

mengacaukan

data

dari

yang

ditangkap

IK

dan

lintasan

kamera.Berikut ini tabel 2, hasil pengukuran itensitas

robot (lurus, belok kiri dan kanan).

cahaya menggunakan fluxmeter dan hasil gambar
Tabel 4. Pengaturan jalannya robot

ST

grayscale dari kamera.Pengukuran ini dilakukan
dengan nilai threshold 4 pada gambar dari kamera.

No.
1.
2.
3.

Tabel 2. Pengukuran Cahaya dan
hasil grayscale pada PC
Intensitas Cahaya
Hasil pada PC
(fluks)
(grayscale)
> 3,5
Terlalu gelap
3,5 – 5,5
Jelas
< 5,5
Terlalu terang
(silau)

SNASTI 2012, ICCS - 32

No

Kondisi

1

Kanan
tajam
Kanan
sedang
Kanan
landai
Lurus

2
3
4

Tepi kiri
- kanan
jalan
(pixel)
>=100
=60
=20
=-20
-60
=-100