Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Optimalisasi Pergerakan dan Algoritma Robot Humanoid sebagai Kiper
OPTIMALISASI PERGERAKAN DAN ALGORITMA ROBOT HUMANOID
SEBAGAI KIPER
Oleh
Aditya Tri Sutrisno Nugroho
NIM: 612010022
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Desember 2014
ABSTRACT
In 2013, R2C has won the second place in national competition. However, at the
national final match in 2013, R2C was slaughtered by PENS (Politeknik Elektronika
Negeri Surabaya) with a score of 0-10. It proved that humanoid robot which is owned
by R2C still has shortcomings. The major drawback which is owned by humanoid robot
R2C especially the goalkeeper lies in the decision to deflect the ball. This humanoid
robot will always fall when there is movement of the ball regardless of ball speed and
distance of the ball to the goal.
The robot control system is divided into two main parts, namely the actuator
control of the robot and the main control. Actuator control of the robot in this case is the
servo controller. It is used to control the motion of the robot system composed wholly of
servo motors, where servo controllers have orders movement which is already defined
in the main control. While the main control duty to synchronize the motion of the robot
with the command that has been processed by the microcontroller so that the robot will
be able to perform tasks in accordance with the commands sent from a smartphone. In
addition, the main control is also used to drive both the servo in the head where the
servo head is also used in decision making.
Testing is done by comparing the old algorithm used by the robot while
following KRSBI 2013 with a new algorithm created by the author. Speed response
increases so that it can deflect the ball with a speed of 400 cm / s which previously
could only parry the ball with a speed of 230 cm / s. In addition, the combination of
penalty mode and counter mode make the goalkeeper robot more accurate and efficient
to take the decision to block the ball coming.
ii
INTISARI
Pada tahun 2013, R2C telah meraih juara dua tingkat nasional. Meskipun begitu,
pada pertandingan final nasional tahun 2013, R2C dibantai PENS (Politeknik
Elektronika Negeri Surabaya) dengan skor 0-10. Ini membuktikan robot humanoid yang
dimiliki oleh R2C masih memiliki kekurangan. Kekurangan utama yang dimiliki robot
humanoid R2C terutama kiper terletak pada pengambilan keputusan untuk menangkis
bola. Robot humanoid ini akan selalu terjatuh apabila ada pergerakan bola tanpa
memperhatikan kecepatan bola dan jarak bola dengan gawang.
Sistem kontrol pada robot dibagi menjadi 2 bagian utama, yaitu kontrol aktuator
robot dan kontrol utama. Kontrol aktuator robot dalam hal ini adalah servo controller.
Ini digunakan untuk mengontrol sistem gerak robot yang keseluruhannya terdiri dari
motor servo, dimana servo controller mendapat perintah gerakan yang sudah
didefinisikan
di
kontrol
utama.
Sedangkan
kontrol
utama
bertugas
untuk
mensinkronisasi antara gerak robot dengan perintah yang telah diolah oleh
mikrokontroler sehingga nantinya robot dapat melakukan tugas-tugas sesuai dengan
perintah yang dikirim dari smartphone. Selain itu, kontrol utama ini juga digunakan
untuk menggerakan kedua servo di bagian kepala dimana kedua servo kepala ini juga
digunakan dalam pengambilan keputusan.
Pengujian dilakukan dengan membandingkan algoritma lama yang dipakai robot
saat mengikuti KRSBI 2013 dengan algoritma baru yang dibuat oleh penulis. Kecepatan
respon meningkat sehingga bisa menangkis bola dengan kecepatan mencapai 400 cm/s
yang sebelumnya hanya dapat menangkis bola dengan kecepatan 230 cm/s. Selain itu
dengan gabungan dua mode penalti dan mode counter , robot kiper dapat lebih akurat
dan efisien untuk mengambil keputusan dalam menghalau bola yang datang.
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang selalu
menyertai dan membimbing penulis selama menempuh pendidikan sampai sekarang
sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan serta penulisan tugas akhir sebagai
syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen
Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini :
1. Tuhan Yesus yang selalu memberikan jalan terbaik bagi penulis, sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Orang tua penulis yang selalu mendukung dan mendoakan penulis dalam
segala hal.
3. Bapak Daniel Santoso, M.S. selaku pembimbing I yang sudah memberikan
waktunya untuk memberi bimbingan, kritik dan saran kepada penulis selama
mengerjakan skripsi ini
4. Bapak Deddy Susilo, S.T.,M.Eng selaku pembimbing II, terima kasih atas
kerja sama, motivasi dan saran-saran yang telah diberikan kepada penulis..
5. Kedua adik penulis Krisna dan Retha yang selalu memberikan doa, semangat
dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan studinya.
6. Sahabat terkasih, Ruth Johana yang selalu medampingi penulis saat susah
maupun senang sehingga penulis dapat mengerjakan skripsi ini dengan baik.
7. Sahabat-sahabat penulis dari PPSM Ana, Ani, Okky, Cita, Ratna, Fista, Dea,
Naris, Ella, Rika, Dio, Monang, Erent, Kecing dan Paijo yang selalu
menghibur dan memberi semangat serta masukan yang sangat membantu
penulis dalam menyelesaikan studinya.
8. Keluarga besar R2C yang pernah melakukan riset bersama dan memberikan
pengalaman “nge-kos” yang tidak terlupakan selama di lab robot.
9. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis
selama belajar di FTEK UKSW.
iii
10. Keluarga besar 2010 sebagai teman seperjuangan yang selalu memberi
dukungan kepada penulis.
11. Teman-teman SMA, teman-teman FTEK, teman-teman dari fakultas lain,
teman-teman Game, dan seterusnya.
12. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan
terima kasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.
Salatiga, Desember 2014
Penulis
iv
DAFTAR ISI
INTISARI .................................................................................................................. i
ABSTRACT .............................................................................................................. ii
KATA PENGANTAR .............................................................................................. iii
DAFTAR ISI ............................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. vii
DAFTAR TABEL .................................................................................................. viii
BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................... 1
1.1.
Tujuan ........................................................................................................ 1
1.2.
Latar Belakang............................................................................................ 1
1.3.
Batasan Masalah ......................................................................................... 3
1.4.
Sistematika Penulisan ................................................................................. 4
BAB II DASAR TEORI ............................................................................................ 5
2.1.
Kajian Pustaka ............................................................................................ 5
2.2.
Deteksi Bola ............................................................................................... 6
2.2.1.
Colorspace ............................................................................................ 6
2.2.2.
Segmentasi Warna................................................................................. 7
2.2.3.
Metode Pusat Massa .............................................................................. 8
2.3.
Menghitung Jarak Bola secara Visual ......................................................... 8
2.4.
Menghitung Kecepatan Bola secara Visual ................................................. 8
2.5.
Penjaga Gawang (Kiper) ............................................................................. 8
2.6.
Aturan Pertandingan ................................................................................. 10
BAB III PERANCANGAN SISTEM ...................................................................... 14
3.1.
Perancangan Perangkat Keras ................................................................... 14
3.1.1.
Sistem Kontrol .................................................................................... 14
3.1.2.
Konstruksi Robot ................................................................................ 16
3.1.3.
Perangkat Keras Elektronik ................................................................. 17
3.2.
Perancangan Perangkat Lunak .................................................................. 21
3.2.1.
Proses Mengejar Bola ......................................................................... 24
3.2.2.
Proses Membuang Bola ....................................................................... 25
3.2.3.
Mode Penalti ....................................................................................... 25
v
3.2.4.
Mode Counter ..................................................................................... 26
3.2.5.
Proses Kembali ke Awal ..................................................................... 28
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ................................................................. 29
4.1.
Pengujian Proses Mengejar Bola ............................................................... 29
4.2.
Pengujian Proses Membuang Bola ............................................................ 30
4.3.
Pengujian Mode Pinalty ............................................................................ 31
4.4
Pengujian Mode Counter........................................................................... 33
4.5.
Pengujian Kembali ke Posisi Awal ............................................................ 35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 38
5.1.
Kesimpulan............................................................................................... 38
5.2.
Saran Pengembangan ................................................................................ 39
DAFTAR PUSTAKA.............................................................................................. 40
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Menggunakan YUV420sp colorspace(kiri) & Menggunakan
RGBA colorspace(kanan)[6] ...................................................................................... 7
Gambar 2.2. Dimensi lapangan[10] ......................................................................... 10
Gambar 2.3 Dimensi gawang tampak atas[10] ......................................................... 11
Gambar 2.4 Dimensi gawang [10] ........................................................................... 11
Gambar 2.5 Layout dan warna lapangan [10] ........................................................... 12
Gambar 2.6 Contoh tubuh robot humanoid (kiri) dan berdiri tegak (kanan)[9] ......... 13
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem .......................................................................... 14
Gambar 3.2. Design robot........................................................................................ 16
Gambar 3.3. Sensor Accelerometer Smartphone[2]................................................. 18
Gambar 3.4. Sensor Orientation Smartphone[2] ...................................................... 19
Gambar 3.5. Skema board Atmega324..................................................................... 20
Gambar 3.6. DF-Bluetooth V3 [4] ............................................................................. 21
Gambar 3.7. Diagram alir algoritma pertama ........................................................... 22
Gambar 3.8 Diagram alir algoritma kedua ............................................................... 23
Gambar 3.9. Diagram Alir Proses Mengejar Bola...................................................... 24
Gambar 3.10. Diagram Alir Proses Membuang Bola ................................................. 25
Gambar 3.11. Diagram Alir Mode Pinalty ................................................................. 26
Gambar 3.12. Diagram Alir Mode Counter ............................................................... 27
Gambar 3.13. Diagram Alir Proses Kembali ke Posisi Awal ....................................... 28
Gambar 4.1. Ilustrasi Pengujian Proses Mengejar Bola ............................................ 29
Gambar 4.2. Ilustrasi Pengujian Proses Membuang Bola ......................................... 30
Gambar 4.3. Ilustrasi Pengujian Mode Penalti ......................................................... 31
Gambar 4.4. Ilustrasi Pengujian Mode Counter ....................................................... 34
Gambar 4.5. Ilustrasi Pengujian Proses Kembali ke Posisi Awal ................................ 36
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Tabel Keterangan Mekanik Robot ........................................................... 16
Tabel 4.1. Pengujian Proses Mengejar Bola ............................................................. 29
Tabel 4.2. Pengujian Proses Membuang Bola .......................................................... 30
Tabel 4.3. Pengujian Respon Robot Algoritma Lama (Penalti) ................................ 32
Tabel 4.4. Pengujian Respon Robot Mode Pinalty ................................................... 32
Tabel 4.5. Pengujian Respon Robot Algoritma Lama(Counter)................................ 34
Tabel 4.6. Pengujian Respon Robot Mode Counter .................................................. 35
Tabel 4.7. Pengujian Proses Kembali ke Posisi Awal............................................... 36
viii
SEBAGAI KIPER
Oleh
Aditya Tri Sutrisno Nugroho
NIM: 612010022
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh
Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana
Salatiga
Desember 2014
ABSTRACT
In 2013, R2C has won the second place in national competition. However, at the
national final match in 2013, R2C was slaughtered by PENS (Politeknik Elektronika
Negeri Surabaya) with a score of 0-10. It proved that humanoid robot which is owned
by R2C still has shortcomings. The major drawback which is owned by humanoid robot
R2C especially the goalkeeper lies in the decision to deflect the ball. This humanoid
robot will always fall when there is movement of the ball regardless of ball speed and
distance of the ball to the goal.
The robot control system is divided into two main parts, namely the actuator
control of the robot and the main control. Actuator control of the robot in this case is the
servo controller. It is used to control the motion of the robot system composed wholly of
servo motors, where servo controllers have orders movement which is already defined
in the main control. While the main control duty to synchronize the motion of the robot
with the command that has been processed by the microcontroller so that the robot will
be able to perform tasks in accordance with the commands sent from a smartphone. In
addition, the main control is also used to drive both the servo in the head where the
servo head is also used in decision making.
Testing is done by comparing the old algorithm used by the robot while
following KRSBI 2013 with a new algorithm created by the author. Speed response
increases so that it can deflect the ball with a speed of 400 cm / s which previously
could only parry the ball with a speed of 230 cm / s. In addition, the combination of
penalty mode and counter mode make the goalkeeper robot more accurate and efficient
to take the decision to block the ball coming.
ii
INTISARI
Pada tahun 2013, R2C telah meraih juara dua tingkat nasional. Meskipun begitu,
pada pertandingan final nasional tahun 2013, R2C dibantai PENS (Politeknik
Elektronika Negeri Surabaya) dengan skor 0-10. Ini membuktikan robot humanoid yang
dimiliki oleh R2C masih memiliki kekurangan. Kekurangan utama yang dimiliki robot
humanoid R2C terutama kiper terletak pada pengambilan keputusan untuk menangkis
bola. Robot humanoid ini akan selalu terjatuh apabila ada pergerakan bola tanpa
memperhatikan kecepatan bola dan jarak bola dengan gawang.
Sistem kontrol pada robot dibagi menjadi 2 bagian utama, yaitu kontrol aktuator
robot dan kontrol utama. Kontrol aktuator robot dalam hal ini adalah servo controller.
Ini digunakan untuk mengontrol sistem gerak robot yang keseluruhannya terdiri dari
motor servo, dimana servo controller mendapat perintah gerakan yang sudah
didefinisikan
di
kontrol
utama.
Sedangkan
kontrol
utama
bertugas
untuk
mensinkronisasi antara gerak robot dengan perintah yang telah diolah oleh
mikrokontroler sehingga nantinya robot dapat melakukan tugas-tugas sesuai dengan
perintah yang dikirim dari smartphone. Selain itu, kontrol utama ini juga digunakan
untuk menggerakan kedua servo di bagian kepala dimana kedua servo kepala ini juga
digunakan dalam pengambilan keputusan.
Pengujian dilakukan dengan membandingkan algoritma lama yang dipakai robot
saat mengikuti KRSBI 2013 dengan algoritma baru yang dibuat oleh penulis. Kecepatan
respon meningkat sehingga bisa menangkis bola dengan kecepatan mencapai 400 cm/s
yang sebelumnya hanya dapat menangkis bola dengan kecepatan 230 cm/s. Selain itu
dengan gabungan dua mode penalti dan mode counter , robot kiper dapat lebih akurat
dan efisien untuk mengambil keputusan dalam menghalau bola yang datang.
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang selalu
menyertai dan membimbing penulis selama menempuh pendidikan sampai sekarang
sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan serta penulisan tugas akhir sebagai
syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen
Satya Wacana.
Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada
berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam
menyelesaikan skripsi ini :
1. Tuhan Yesus yang selalu memberikan jalan terbaik bagi penulis, sehingga
penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Orang tua penulis yang selalu mendukung dan mendoakan penulis dalam
segala hal.
3. Bapak Daniel Santoso, M.S. selaku pembimbing I yang sudah memberikan
waktunya untuk memberi bimbingan, kritik dan saran kepada penulis selama
mengerjakan skripsi ini
4. Bapak Deddy Susilo, S.T.,M.Eng selaku pembimbing II, terima kasih atas
kerja sama, motivasi dan saran-saran yang telah diberikan kepada penulis..
5. Kedua adik penulis Krisna dan Retha yang selalu memberikan doa, semangat
dan motivasi sehingga penulis dapat menyelesaikan studinya.
6. Sahabat terkasih, Ruth Johana yang selalu medampingi penulis saat susah
maupun senang sehingga penulis dapat mengerjakan skripsi ini dengan baik.
7. Sahabat-sahabat penulis dari PPSM Ana, Ani, Okky, Cita, Ratna, Fista, Dea,
Naris, Ella, Rika, Dio, Monang, Erent, Kecing dan Paijo yang selalu
menghibur dan memberi semangat serta masukan yang sangat membantu
penulis dalam menyelesaikan studinya.
8. Keluarga besar R2C yang pernah melakukan riset bersama dan memberikan
pengalaman “nge-kos” yang tidak terlupakan selama di lab robot.
9. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis
selama belajar di FTEK UKSW.
iii
10. Keluarga besar 2010 sebagai teman seperjuangan yang selalu memberi
dukungan kepada penulis.
11. Teman-teman SMA, teman-teman FTEK, teman-teman dari fakultas lain,
teman-teman Game, dan seterusnya.
12. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan
terima kasih.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena
itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga
skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.
Salatiga, Desember 2014
Penulis
iv
DAFTAR ISI
INTISARI .................................................................................................................. i
ABSTRACT .............................................................................................................. ii
KATA PENGANTAR .............................................................................................. iii
DAFTAR ISI ............................................................................................................. v
DAFTAR GAMBAR .............................................................................................. vii
DAFTAR TABEL .................................................................................................. viii
BAB I PENDAHULUAN.......................................................................................... 1
1.1.
Tujuan ........................................................................................................ 1
1.2.
Latar Belakang............................................................................................ 1
1.3.
Batasan Masalah ......................................................................................... 3
1.4.
Sistematika Penulisan ................................................................................. 4
BAB II DASAR TEORI ............................................................................................ 5
2.1.
Kajian Pustaka ............................................................................................ 5
2.2.
Deteksi Bola ............................................................................................... 6
2.2.1.
Colorspace ............................................................................................ 6
2.2.2.
Segmentasi Warna................................................................................. 7
2.2.3.
Metode Pusat Massa .............................................................................. 8
2.3.
Menghitung Jarak Bola secara Visual ......................................................... 8
2.4.
Menghitung Kecepatan Bola secara Visual ................................................. 8
2.5.
Penjaga Gawang (Kiper) ............................................................................. 8
2.6.
Aturan Pertandingan ................................................................................. 10
BAB III PERANCANGAN SISTEM ...................................................................... 14
3.1.
Perancangan Perangkat Keras ................................................................... 14
3.1.1.
Sistem Kontrol .................................................................................... 14
3.1.2.
Konstruksi Robot ................................................................................ 16
3.1.3.
Perangkat Keras Elektronik ................................................................. 17
3.2.
Perancangan Perangkat Lunak .................................................................. 21
3.2.1.
Proses Mengejar Bola ......................................................................... 24
3.2.2.
Proses Membuang Bola ....................................................................... 25
3.2.3.
Mode Penalti ....................................................................................... 25
v
3.2.4.
Mode Counter ..................................................................................... 26
3.2.5.
Proses Kembali ke Awal ..................................................................... 28
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ................................................................. 29
4.1.
Pengujian Proses Mengejar Bola ............................................................... 29
4.2.
Pengujian Proses Membuang Bola ............................................................ 30
4.3.
Pengujian Mode Pinalty ............................................................................ 31
4.4
Pengujian Mode Counter........................................................................... 33
4.5.
Pengujian Kembali ke Posisi Awal ............................................................ 35
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................................... 38
5.1.
Kesimpulan............................................................................................... 38
5.2.
Saran Pengembangan ................................................................................ 39
DAFTAR PUSTAKA.............................................................................................. 40
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Menggunakan YUV420sp colorspace(kiri) & Menggunakan
RGBA colorspace(kanan)[6] ...................................................................................... 7
Gambar 2.2. Dimensi lapangan[10] ......................................................................... 10
Gambar 2.3 Dimensi gawang tampak atas[10] ......................................................... 11
Gambar 2.4 Dimensi gawang [10] ........................................................................... 11
Gambar 2.5 Layout dan warna lapangan [10] ........................................................... 12
Gambar 2.6 Contoh tubuh robot humanoid (kiri) dan berdiri tegak (kanan)[9] ......... 13
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem .......................................................................... 14
Gambar 3.2. Design robot........................................................................................ 16
Gambar 3.3. Sensor Accelerometer Smartphone[2]................................................. 18
Gambar 3.4. Sensor Orientation Smartphone[2] ...................................................... 19
Gambar 3.5. Skema board Atmega324..................................................................... 20
Gambar 3.6. DF-Bluetooth V3 [4] ............................................................................. 21
Gambar 3.7. Diagram alir algoritma pertama ........................................................... 22
Gambar 3.8 Diagram alir algoritma kedua ............................................................... 23
Gambar 3.9. Diagram Alir Proses Mengejar Bola...................................................... 24
Gambar 3.10. Diagram Alir Proses Membuang Bola ................................................. 25
Gambar 3.11. Diagram Alir Mode Pinalty ................................................................. 26
Gambar 3.12. Diagram Alir Mode Counter ............................................................... 27
Gambar 3.13. Diagram Alir Proses Kembali ke Posisi Awal ....................................... 28
Gambar 4.1. Ilustrasi Pengujian Proses Mengejar Bola ............................................ 29
Gambar 4.2. Ilustrasi Pengujian Proses Membuang Bola ......................................... 30
Gambar 4.3. Ilustrasi Pengujian Mode Penalti ......................................................... 31
Gambar 4.4. Ilustrasi Pengujian Mode Counter ....................................................... 34
Gambar 4.5. Ilustrasi Pengujian Proses Kembali ke Posisi Awal ................................ 36
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Tabel Keterangan Mekanik Robot ........................................................... 16
Tabel 4.1. Pengujian Proses Mengejar Bola ............................................................. 29
Tabel 4.2. Pengujian Proses Membuang Bola .......................................................... 30
Tabel 4.3. Pengujian Respon Robot Algoritma Lama (Penalti) ................................ 32
Tabel 4.4. Pengujian Respon Robot Mode Pinalty ................................................... 32
Tabel 4.5. Pengujian Respon Robot Algoritma Lama(Counter)................................ 34
Tabel 4.6. Pengujian Respon Robot Mode Counter .................................................. 35
Tabel 4.7. Pengujian Proses Kembali ke Posisi Awal............................................... 36
viii