Otomasi kemudi pada traktor 4 roda menggunakan LabVIEW dan RTK DGPS
OTOMASI KEMUDI PADA TRAKTOR 4 RODA
MENGGUNAKAN LABVIEW DAN RTK-DGPS
(Studi Kasus Traktor Mini Empat Roda)
MUHAMMAD SJAHRUL ANNAS
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi otomasi kemudi pada
traktor 4 roda menggunakan labVIEW dan RTK-DGPS (studi kasus traktor
mini empat roda) adalah karya saya dengan arahan komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun.
Sumber yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Januari 2012
Muhammad Sjahrul Annas
ABSTRACT
MUHAMMAD SJAHRUL ANNAS. Steering Automation on 4 Wheels Tractor
using LabVIEW and RTK-DGPS (Case Study: 4 Wheels Mini Tractors). Under
Supervision of E. NAMAKEN SEMBIRING, RADITE P.A. SETIAWAN,
BAMBANG PRAMUDYA.
Automation has an important embedded function provided in almost all devices
and recently becomes a revolutionary function to agricultural machinery. This
research deals with the development of 4 wheels tractor’s steering automation
prototype. Identification of principal parameters on tractor steering has been done,
i.e. torque inflection, left and right maximum inflection angle of front wheel and
steering rotation angle to front wheel inflection ratio. Proximity sensor to sense
straight-line trajectory and potentiometer to sense inflection angle of front wheel
were used, which are objected as feedback for steering control position. All
hardware data acquisition were done through Ni-DAQ hardware interface. Data
were processed with labVIEW to instruct the motor driver related to change of
direction and speed of steering wheel. The result of the experiments showed that
steering control based on proximity sensor gave unsatisfied performance.
Maximum deviation on the asphalt straight-line trajectory reached the largest
deviation of 6.8 cm outer and 6.1 cm inner. Turn right test at the trajectories,
resulted the largest deviation at 4.5 cm outer and 7.0 cm inner, whereas turn left
test resulted the largest deviation of 6.2 cm outer and 7.2 cm inner. Steering
automation performance of RTK-DGPS testing results Steering automation
performance of RTK-DGPS testing results on the asphalt path the deviation
occurs, the right path of 223 cm, while the left path as far as 89 cm. The results of
the land right deviation of 171 cm, while the left side as far as 415 cm while
testing using plow implement. deviations occur for the right and left by 75 cm by
11 cm. While in the second test occurred deviation of 123 cm on the right, while
on the left by 56 cm.
Keywords: RTK-DGPS, LabVIEW, tractor automation, steering
control
RINGKASAN
MUHAMMAD SJAHRUL ANNAS. Otomasi Kemudi Pada Traktor 4
Roda Menggunakan LabVIEW dan RTK-DGPS (Studi Kasus Traktor Mini Empat
Roda), di bawah bimbingan E. NAMAKEN SEMBIRING, RADITE P. A.
SETIAWAN, BAMBANG PRAMUDYA.
Otomasi merupakan suatu keharusan pada hampir setiap perangkat dan
telah menjadi revolusi dalam bidang industri. Otomasi yang dikembangkan dalam
penelitian ini menggunakan bantuan program LabVIEW. Program dimaksud
dapat digunakan untuk mendisain suatu sistem menyerupai bentuk sistem aslinya,
melakukan pengamatan dengan hasil yang maksimal dan mengontrol suatu
aplikasi dengan programmable automation controllers. LabVIEW menggunakan
metode dataflow programming dimana alur data melalui berbagai ikon akan
menentukan urutan eksekusi dari setiap instruksi. Penggunaan LabVIEW dalam
penelitian ini adalah untuk otomatisasi dan pengumpulan data pengujian suatu
traktor 4 roda. Diagram yang digunakan merupakan siklus tertutup melalui
intrerpolator yang kemudian merespon perintah program asli yang berisi
serangkaian instruksi dengan faktor koreksi yang didapat dari algoritma
sebelumnya. Pada traktor prinsip otomasinya adalah dengan mengenali objek
sasaran, mendekatinya secara perlahan secara presisi, kemudian berhenti pada
posisi yang diinginkan
Parameter utama sistim kemudi traktor diantaranya adalah dimensi utama
traktor, torsi belok, besar sudut belok maksimum roda depan pada saat belok ke
kiri dan kanan, dan perbandingan besar putaran roda kemudi terhadap sudut belok
roda depan. Pengukuran parameter tersebut dilakukan pada traktor mini
penggerak 4 roda secara manual menggunakan alat ukur panjang dan besar sudut.
Besar sudut belok maksimum untuk arah kiri dan kanan pada saat menyentuh
permukaan adalah sebesar 32°, dan 48° pada saat tidak menyentuh permukaan. Di
samping itu, didapat 26 posisi traktor yang mungkin terjadi pada lintasan beserta
aksi roda kemudinya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sumbu dan diameter
roda depan lebih kecil dibandingan dengan roda belakang karena beban traksi
roda belakang jauh lebih besar dibanding dengan roda depan. Selain itu, karena
kemudi yang sudah tidak sesuai dengan kondisi aslinya dan usia traktor yang
sudah cukup tua, maka besar speling yang terjadi harus diantisipasi.
Penggerakan roda kemudi menggunakan motor DC dengan bantuan puli
dan sabuk bergigi dilengkapi dengan sensor potensiometer sebagai umpan balik
gerakan motor. Potensiometer diletakkan seporos dengan poros belok roda depan
traktor mengetahui arah dan besarnya sudut belok roda depan, hal tersebut untuk
mengurangi simpangan-simpangan yang mungkin terjadi karena keausan pada
mekanisme sistim kemudi. Pengolahan data sesuai instruksi untuk kerja motor
penggerak roda kemudi dilakukan melalui perintah Ni-DAQ, kemudian ke motor
driver yang memerintahkan arah dan kecepatan putar motor penggerak roda
kemudi. Traktor dapat mengikuti lintasan yang direncanakan.
Sistim otomasi traktor dapat mengurangi kelelahan operator memilliki
peranan penting pada abad mendatang, terutama sistim kendaraan yang
menghasilkan kerja lebih effisien dan mengurangi biaya produksi. Posisi absolut
dari penerima GPS ditentukan menggunakan teknik triangulasi sederhana
berdasarkan waktu tempuh sinyal radio yang secara unik dikodekan dari satelit.
Masalah utama dari sistem GPS meliputi: i) waktu sinkronisasi antara satelit dan
penerima, ii) lokasi real time satelit yang tepat, iii) sulit untuk mengukur waktu
propagasi sinyal iv) noise elektromagnetik dan pengaruh lain seperti penyumbatan
sinyal periodik oleh pohon-pohon dan bangunan saat platform pengujian bergerak
di bawah atau di dekat pohon-pohon atau bangunan. Aplikasi RTK-DGPS pada
traktor 4 roda yang digunakan dalam pengujian masih menggunakan Lab VIEW.
Hasil pengujian di lintasan aspal, terjadi simpangan, arah kanan lintasan sebesar
223 cm, sedang arah kiri lintasan sejauh 89 cm. Hasil dilahan simpangan sebelah
kanan sebesar 171 cm, sedang sabelah kiri sejauh 415 cm sedangkan pengujian
dengan menggunakan implement bajak singkal. terjadi simpangan untuk sebelah
kanan sebesar 75 cm dan kiri sebesar 11 cm. Sedangkan pada pengujian kedua
terjadi simpangan sebesar 123 cm disebelah kanan, sedangkan disebelah kiri
sebesar 56 cm.
Kata kunci: RTK-GPS, LabVIEW, otomasi traktor, kontrol kemudi
©Hak cipta milik IPB, tahun 2012
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan
pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan
kritik atau tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan
kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apapun tanpa izin IPB.
OTOMASI KEMUDI PADA TRAKTOR 4 RODA
MENGGUNAKAN LABVIEW DAN RTK-DGPS
(Studi Kasus Traktor Mini Empat Roda)
MUHAMMAD SJAHRUL ANNAS
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh geler Doktor
pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Bogor
2012
Penguji pada Ujian Tertutup:
Dr. Ir. I Made Dewa Subrata, MAgr
(Dosen Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
FATETA IPB)
Dr. Ir. Irmansyah, MSi
(Dosen Departemen Fisika, FMIPA, IPB)
Penguji pada Ujian Terbuka :
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS
(Dosen Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
FATETA IPB)
Dr. Mahfudz Al Huda, M Eng
(Kepala Lab Teknik Produksi, Balai Mesin
Perkakas, Teknik Produksi dan Otomasi - BPPT)
Judul Penelitian
: Otomasi Kemudi Pada Traktor 4 Roda Menggunakan
LabVIEW dan RTK-DGPS (Studi Kasus Traktor Mini
Empat Roda)
Nama
: Muhammad Sjahrul Annas
NRP
: F161020061
Program Studi
: Ilmu Keteknikan Pertanian
Disetujui:
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. E. Namaken Sembiring, M.S.
Ketua
Dr. Ir. Radite P. A. Setiawan, M.Agr.
Anggota
Prof Dr. Ir. Bambang Pramudya, M.Eng.
Anggota
Diketahui:
Ketua program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S.
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr.
Tanggal Ujian: 31 Januari 2012
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah
mencurahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyusun hasil
penelitian ini sebagai disertasi yang berjudul ” Otomasi Kemudi Pada Traktor 4
Roda Menggunakan LabVIEW dan RTK-DGPS (Studi Kasus Traktor Mini Empat
Roda)”.
Terimakasih penulis ucapkan kepada: Dr. Ir. E. Namaken Sembiring, MS
(Ketua Komisi Pembimbing), Dr. Ir. Radite P.A. Setiawan, M.Agr, dan Prof. Dr.
Ir. Bambang Pramudya, M.Eng (Anggota Komisi Pembimbing) yang telah
memberikan bimbingan dalam penelitian ini.
Terimakasih juga saya sampaikan kepada:
1.
Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor
2.
Ketua program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, Institut Pertanian Bogor
3.
Rektor Universitas Trisakti Jakarta
4.
Dekan Fakultas Teknologi Industri ,Universitas Trisakti
5.
Ketua Jurusan Teknik Mesin, Universitas Trisakti
6.
Dirjen Dikti, Kementrian Pendidikan Nasional yang telah memberikan
beasiswa BPPS kepada penulis untuk mengikuti studi program doktor pada
Institut Pertanian Bogor.
7.
P rogr am Hi bah P en el i t i an M ahas i s wa P rogram Dokt o r t ahu n
2009, P rogr am P as c as arj an a, Ins t i t ut P ert ani an Bo go r ( IP B) .
8.
Staf Bagian Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Mesin
dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor
9.
Direktur PT. Almega Geosystem yang telah memberikan bantuan alat
sehingga dapat dilaksanakannya penelitian di dalam disertasi ini,
10.
Rekan–rekan mahasiswa program pascasarjana Program Studi Ilmu
Keteknikan Pertanian, Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan,
rekan-rekan dosen di Universitas Trisakti, Politeknik Negeri Jakarta, serta
rekan-rekan lain yang telah membantu terbentuknya disertasi ini.
Tidak lupa ucapan terimakasih kepada istri dan anak tercinta, ibu, adik dan
kakak atas dorongan materiil dan spirituil semangat yang diberikan untuk
menyelesaikan studi doktoral ini.
Bogor, Januari 2012
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 3 Juli 1967 sebagai anak
pertama dari dua bersaudara dari pasangan Ir. H. Mohammad Sjah Hasni (alm)
dan Hj. Annasih, BA.
Penulis menempuh pendidikan sarjana di jurusan Teknik Mesin di
Universitas Trisakti lulus pada tahun 1993. Pada tahun 1996 penulis diterima di
Program
Magister
Jurusan
Teknik
Mesin
Universitas
Indonesia
dan
menamatkannya pada tahun 1998. Kesempatan untuk melanjutkan ke program
doktor pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian diperolah pada tahun 2002
dengan beasiswa BPPS dari DIKTI.
Penulis bekerja sebagai dosen di Fakultas Teknologi Industri jurusan
Teknik Mesin Universitas Trisakti sejak tahun 1995.
Selama mengikuti program S3, penulis menulis artikel berjudul Pengukuran
Torsi Roda Traksi Pada Model Bak Uji pada Seminar Nasional PERTETA tahu
2005 di Bandung. Disamping itu artikel lain berjudul Otomasi Kemudi Pada
Traktor 4 Roda Menggunakan LabVIEW dan RTK-DGPS (Studi Kasus Kubota B
6100) akan diterbitkan Jurnal Keteknikan Pertanian. Karya ilmiah terakhir
merupakan bagian dari program S3 penulis.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL……………………………………………………………..
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………..
DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………..
PENDAHULUAN
Latar Belakang…………………………………………………………..
Tujuan Penelitian………………………………………………………...
Manfaat Hasil Penelitian………………………………………………....
Pendekatan Masalah..........……………………………………………....
Kebaruan (Novelty) ..........……………………………………………....
Hal.
xv
xvi
xx
1
3
3
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Otomatisasi Traktor Pertanian……………..……..……………..
Kontrol Gerak Non-holonomik ……………………………………….....
7
8
Kontrol Dengan Umpan Balik……………………………...…………..
Pengaruh Slip Pada Kontrol Steering……………………………………
10
12
Sensor Untuk Pengidera………………………………………………….
13
METODE PENELITIAN
Alat dan Bahan Penelitian…………….……………………………….....
Tahapan Penelitian…..……………………………………………….......
25
26
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Sistem Kemudi Traktor dan Modifikasi Kontrol Otomatis
Sistem Kemudi…..…….………………………………………………..
33
Sistem Kontrol Kemudi pada Traktor 4 Roda dan membangun protip
perangkat pengontrol kemudi traktor secara mekatronis…..……............
35
Analisa dan Kinerja Lapangan terhadap Prototip pada Lintasan Uji ……
Kinerja Penggunaan RTK-DGPS pada Otomasi Kemudi Traktor 4 Roda
38
40
KESIMPULAN dan SARAN …………………..……………………………
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….…….
Lampiran-lampiran……………………………………………………...…….
49
51
57
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
Deskripsi $GPGGA............................................................................
Deskripsi $GPGLL.............................................................................
Deskripsi $GPGSA ……………………..……………......................
Deskripsi $GPVTG. ……………….……………..............................
Deskripsi $GPGSV ………………………………………………....
Deskripsi $GPRMC ……….………………………………………..
Hasil pengukuran pada pengujian di berbagai jenis
lintasan……………………………………………………………….
Hal.
17
17
18
18
19
20
34
DAFTAR GAMBAR
Hal.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Kerangka konseptual pendekatan masalah dan tahapan penelitian
otomatik kemudian traktor empat roda (Kubota B6100) dengan
panduan RTK-RGPS...........................................................................
Dasar dari arah pembacaan untuk suatu mobil otomatis beroda.........
Konsep pergerakan robot beroda……………………..……………...
Model kendaraan kendali diferensial. ……………….……………...
Suatu model kinematik dari suatu kendaraan automasi……………...
Elemen dasar suatu sistem kendaraan automasi pertanian ……….…
Elemen dasar sistem kendaraan pertanian otonom………………….
Sistem pembuatan pola pada jalan aspal dan sistim monitoring
permukaaan kasar pada suatu implement yang terubung dengan
pengangkat three point hitch……..……………………….…………
Traktor uji untuk suatu kendaraan otomasi ………………………...
Posisi awal sudut α dan β terhadap traktor .…………………….…...
Posisi
ke
n
dengan
sudut
αn
dan
βn
….………..………………...…..
Traktor 4 roda yang di gunakan……………………………………...
Diagram alir kontrol lurus…………………………………………...
Suatu diagram alur sinyal untuk petunjuk kendaraan automasi….....
Komponen pada Algoritma Kontrol Lurus……………………..…...
Letak posisi sensor pada traktor tampak samping dan atas..………...
Tampilan data hasil simulasi pergerakan traktor dan lintasan traktor
hasil simulasi dengan labVIEW……………………………………...
Blok diagram dari simulasi dengan LabVIEW
Pengujian simulasi kontrol pada kemudi traktor 4 roda Kubota
B6100………………………………………………………………...
A) batang roda kemudi di gerakkan oleh motor DC dengan bantuan
sabuk bergigi, B) rotary encoder, sensor kecepatan maju traktor, C)
absolut rotary encoder, sensor sudut belok traktor, D)
Potensiometer sebagai sensor sudut belok roda depan……………....
A) besar sudut belok kiri dengan permukaan roda menyentuh
permukaan lintasan, B) besar sudut belok kanan dengan permukaan
roda menyentuh permukaan lintasan, C) Besar sudut belok kiri
dengan permukaan roda tidak menyentuh permukaan litasan
(diangkat), D) Besar sudut belok kanan dengan permukaan roda
tidak menyentuh permukaan lintasan (diangkat) …………………...
5
8
10
10
10
13
18
20
21
27
27
29
29
31
32
33
35
35
36
37
38
22
23
Besar torsi belok traktor pada berbagai macam permukaan………....
Potensiometer sebagai sensor sudut belok roda depan……………...
24
25
Sensor infrared yang digunakan pada awal penelitian….…………...
Diagram DAQ 6008 dan IRP detector serta foto instalasi motor
driver dan ADDA jenis Ni-DAQ 6008……………………………...
Front panel program sistim kemudi traktor………………..………...
Blok diagram Blok diagram program sistim kemudi traktor
menggunakan sensor proximity ………………………………...…...
Gerakan traktor dapat mengikuti lintasan lurus sepanjang 13 meter
dan berbelok dengan jari-jari 500 cm yang. ………………………...
Front panel program sistim kemudi traktor…………………….…...
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
Blok diagram program sistim kemudi traktor menggunakan RTKDGPS………………………………………………………………...
Foto aplikasi RTK-DGPS pada traktor 4 roda Kubota B6100……...
A) besar sudut belok kiri, B) besar sudut belok kanan keduanya saat
menyentuh permukaan lintasan……………………………………...
Besar torsi belok traktor pada berbagai macam permukaan…….…...
Sensor Proximity untuk mendeteksi garis…………………………...
Perangkat yang di hubungkan ke system akuisisi A) batang roda
kemudi di gerakkan oleh motor DC dengan bantuan sabuk bergigi,
B) Potensiometer sebagai sensor sudut belok roda depan…………...
39
40
41
42
43
43
44
45
45
47
48
48
49
Gerakan traktor mengikuti lintasan lurus dan berbelok……………...
49
51
Front panel program sistim kemudi traktor dengan panduan RTKDGPS………………………………………………………………...
51
DAFTAR LAMPIRAN
Hal.
1
Data kadar air tanah pada bagian-bagian strip olah tanah terbatas
di lahan penelitian (menggunakan metode gravimetri)…………..
142
Pengukuran nilai hambatan (k ohm)memekai gypsum blok
elektrode di strip olah tanah terbatas……………………………
150
3
Analisis sidik ragam perhitungan rancangan percobaan………...
154
4
Analisis fisika tanah di Laboratorium……………………….…..
160
5
Data suhu harian di dalam naungan plastic……………………...
164
6
Analisis data konduktivitas horizontal…………………………..
165
7
Analisis data konduktivitas horizontal: konversi dari difusivitas ke
konduktifitas hidrolik……………………………………………
167
8
Program DAQ – Visual C++ 6.0………………………………...
169
9
Program pergerakan kadar air pada strip olah tanah terbatas
beririgasi bawah permukaan (visual basic editor: macros Ms.
Excel)………………………………………………………..…...
172
Lembar pendaftaran paten……………………………………….
180
2
10
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Suatu operasi pertanian saat ini menuntut kemampuan kinerja dengan
ketelitian tinggi serta perbaikan produktivitas yang terus meningkat. Upaya yang
dilakukan diantaranya melalui aplikasi sistem pengendalian mesin secara otomatis
guna meminimalkan penggunaan waktu serta meminimalkan kejemuan suatu
pekerjaan dalam operasi pertanian. Aplikasi sistem cerdas dengan memanfaatkan
penginderaan jarak jauh dan teknologi informasi dapat meningkatkan efisiensi,
kecepatan, ketelitian dalam proses produksi. Sistem ini meliputi pengontrol
navigasi, kemudi otomatis, pengendalian posisi traktor dan implemennya
menggunakan DGPS, dan sistim sensor untuk pengenalan lingkungan.
Konsep otomasi robotik pada kendaraan sudah banyak diteliti sejak 50
tahun yang lalu. Pengoperasiannya mencakup berbagai bidang industri, militer
dan pertanian, dengan berbagai tujuan dan penggunaan. Pada pemanfaatan
robotika di sektor industri, sebuah robot industri merupakan manipulator kendali
otomatis dengan tiga atau lebih sumbu yang tetap atau bergerak di dalam ruangan
(indoor). Robot industri biasanya berbentuk mobil, dimana standar navigasi
kontrolnya dapat dengan mudah dilakukan karena lingkungannya terstruktur.
Berbeda dengan pemanfaatan robotika di sektor industri, untuk aplikasi pada
bidang pertanian robot yang digunakan harus dapat mengadaptasi lingkungan
alam seperti lahan pertanian dan ruas jalan (Morimoto 2003). Keberhasilan
aplikasi sistem tersebut di lingkungan lahan pertanian dipengaruhi berbagai faktor
seperti slip roda penggerak, lintasan yang tidak rata atau bergelombang, serta
kondisi lingkungan (hujan, asap, dan kabut). Hal tersebut menunjukkan bahwa
jenis sensor untuk kendali kendaraan pertanian tergantung pada status lapangan.
Penggunaan robot untuk otomasi dari masa ke masa dirancang sesuai
dengan kebutuhan manusia. Oleh karenanya otomasi pada traktor pertanian harus
memenuhi beberapa persyaratan, yaitu: multi fungsi dalam pemakaian di lapangan
serta mudah dalam pengoperasian dan perawatan dengan biaya yang terjangkau
(Soetiarso 2001). Kondisi sosiokultural pertanian di Indonesia pada umumnya
belum memadai untuk diperlakukan secara otomasi. Meskipun demikian upaya
2
otomasi harus tetap dilakukan untuk mengikuti perkembangan ilmu pengetahuan
dan mengantisipasi sistim pertanian masa depan.
Otomasi sistem kemudi traktor merupakan upaya untuk meningkatkan
efisiensi pengolahan lahan pertanian. Otomasi tersebut dapat mengurangi kerja
operator traktor dan dapat mengontrol pola pengolahan lahan melalui jalur
lintasan yang harus dilalui traktor secara mudah. Sistem kontrol yang tepat dan
akurat sangat dibutuhkan agar sistem kemudi traktor 4 roda dapat dikendalikan
dengan baik. Sampai saat ini sistem kontrol untuk kemudi traktor yang akan
diterapkan untuk pengolahan tanah masih belum dikembangkan di Indonesia.
Oleh karena itu, penelitian otomasi traktor pertanian khususnya sistem kontrol
kemudi pada traktor 4 roda perlu dilakukan.
Program otomasi di masa depan akan menjadi satu pada sistim jaringan
dimana kendaraan dapat berkomunikasi langsung dengan jaringan komputer.
Pemantauan kondisi mesin, kontrol dan data dapat diperoleh langsung di
lapangan. Jalur lintasan yang dilewati dapat diketahui pada saat yang bersamaan
dengan saat melintasnya (real time) dan dengan pemantauan fungsi mesin, kondisi
lapangan dan konsisi operator. Pada saat yang sama kendaraan juga dihubungkan
dengan GIS dalam perencanaan kerjanya (Tharom et al. 2000).
Hal yang perlu dilakukan terlebih dahulu dalam pengembangan otomasi
sistem kemudi traktor tersebut adalah menyelidiki mekanisme sistem kemudi
traktor serta mengembangkan algoritma dan sistem kontrol yang dapat
mensinkronkan gerakan maju traktor dengan gerakan mekanisme kemudi traktor.
Disamping itu, traktor otomatis yang dikembangkan harus dapat beradaptasi
dengan lingkungan alam seperti kondisi lahan pertanian (on farm) dan ruas jalan
(off farm).
Pada disertasi ini penelitian menggunakan traktor mini dengan penggerak
4 roda (4 Wheels Mini Tractor). Pemilihan traktor dengan penggerak 4 roda agar
traktor dapat bekerja pada berbagai kondisi, baik itu di lahan pertanian (on farm)
juga di tegalan (off farm). Selain itu penggunaan traktor 4 roda juga memiliki titik
gandeng (three-point hitch linkage) sehingga memungkinkan untuk menggandeng
berbagai jenis perlengkapan tambahan (implement)
3
Beberapa jenis sensor yang dapat digunakan untuk otomasi kemudi traktor
adalah: sensor inframerah, sensor ultrasonic, sensor RTK-DGPS, sensor kamera,
sensor sinar laser, navigasi radio dan lain-lain. Pada penelitian ini dipilih
menggunakan RTK-DGPS karena RTK-DGPS memiliki cakupan posisi yang
universal dan presisi. RTK-DGPS memilik akurasi yang sangat baik dengan
simpangan dibawah 5 cm
Penelitian otomasi kemudi traktor dengan panduan RTK-DGPS yang
dituangkan dalam disertasi ini diharapkan dapat berguna bagi pengembangan
otomasi traktor pertanian 4 roda secara keseluruhan di Indonesia. Penelitian
sejenis juga dapat dikembangkan untuk otomasi akselerator, transmisi, tuas untuk
menaikkan peralatan yang digandeng (implement), power take off (PTO), on-off
mesin traktor, sensor posisi dan lain-lain.
Tujuan Penelitian
Secara umum penelitian ini bertujuan membuat disain lapang (field design)
perangkat kontrol untuk otomasi kemudi traktor 4 roda dengan menggunakan
LabVIEW dan sensor RTK-DGPS (Real Time Kinematic Differential Global
Positining System) yang dapat dioperasikan di lahan tegalan secara efektif dan
efesien.
Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1. Mempelajari karakteristik sistim kemudi traktor dan modifikasi kontrol
otomatis sistim kemudi.
2. Membangun sistim kontrol kemudi pada traktor 4 roda dengan bantuan RTKDGPS sebagai pemandu jalannya traktor dan membangun prototip perangkat
pengontrol kemudi traktor secara mekatronis.
3. Melakukan uji lapangan untuk mengukur kinerja prototip sistim kontrol.
Manfaat Hasil Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah ditemukannya model awal dari traktor
otomatis yang dapat dipergunakan untuk lintasan lurus dengan panduan RTKDGPS untuk mencapai target.
4
Pendekatan Masalah
Efektifitas dan produktivitas traktor pertanian tidak diragukan pada suatu
operasi pertanian. Besar harapan untuk dapat meningkatkannya dari masa kemasa,
sehingga nilai efisiensi operasi traktor pertanian terus meningkat. Berbagai cara
dan metode diupayakan untuk meningkatkan efisiensi tersebut, salah satunya
dengan otomasi kemudi traktor.
Otomasi kemudi traktor merupakan hal yang menarik untuk dikerjakan
karena dengan otomasi kemudi banyak aspek otomasi lain yang dapat
dikembangkan. Diantaranya, dengan bantuan GIS dapat dilakukan pekerjaan
optimasi pengerjaan lahan, perlakuan yang diperlukan pada lahan dan lain-lain.
Otomasi kemudi traktor adalah mengembangkan sistem kemudi dengan
menambahkan beberapa perangkat sehingga sistem tersebut dapat berfungsi
secara
otomatis.
Perangkat
dimaksud
berupa:
aktuator,
sensor
beserta
pendukungnya. Aktuator yang berfungsi sebagai penggerak roda kemudi,
sedangkan sensor berfungsi memantau gerakan roda kemudi. Sensor juga
menentukan ke mana arah dan besar putaran kemudi serta kecepatan belok
kemudi. Secara fungsional sensor memiliki fungsi sebagai penuntun dan
pemantau kondisi traktor. Sensor yang umumnya dipakai sebagai penuntun
otomasi kemudi traktor adalah: sensor inframerah, sensor ultrasonic, sensor RTKDGPS, sensor kamera, sensor sinar laser, navigasi radio dan lain-lain. Sedangkan
sensor pemantau yang biasa dipakai adalah rotary encoder dan potesiometer.
Pada penelitian ini dipilih RTK-DGPS sebagai sensor penuntun karena
RTK-DGPS memiliki cakupan posisi yang universal dan presisi. RTK-DGPS
memilik akurasi yang sangat baik dengan simpangan kurang dari 5 cm, sedangkan
untuk sensor pemantau menggunakan potensiometer. Pengolahan keseluruhan
perangkat diatas dilakukan di komputer dengan perangkat lunak (software)
LabVIEW untuk aplikasi kontrol, pengujian, pengukuran dan otomasi.
Kerangka konsep pendekatan masalah tahap penelitian disajikan pada
Gambar 1
Kebaruan (Novelty)
Kebaruan pada penelitian ini pada otomasi sistem kemudi traktor 4 roda
dan penggunaan RTK-DGPS dengan sistem koreksi NTRIP (Networked
5
Transport of RTCM via Internet Protocol) sebagai sensor posisi digunakan pada
bidang pertanian. Bidang tersebut pertama kali dilakukan dibidang pertanian
Indonesia
6
7
TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Otomatisasi Traktor Pertanian
Kontrol otomatis pada traktor pertanian telah dipelajari sejak beberapa
dekade yang lalu. Manfaat dari traktor pertanian otomatis meliputi peningkatan
produktivitas, peningkatan ketelitian aplikasi, dan peningkatan keselamatan
operasi (Reid et al. 2000). Kontrol kemudi merupakan kombinasi hidrolik dan
atau komponen elektronik yang menyebabkan roda kemudi berputar sesuai
keinginan. Berbagai teknologi pengendalian yang mencakup kontrol mekanik,
kontrol arah-mesin, navigasi radio, dan kontrol ultrasonik juga telah diteliti oleh
(Reid et al. 2000; Guo et al. 2003). Kebanyakan pekerjaan dinamika traktor hanya
mempertimbangkan
faktor
traktor
tanpa
menentukan
karakteristik
pengendaraannya.
Sistem kontrol kendaraan pertanian mendapat perhatian kalangan peneliti
lebih dari lima puluh tahun. Kebutuhan agar operator tidak harus selalu memutar
roda kemudi ketika menggunakan perlengkapan tambahan merupakan alasan yang
sering disebutkan bagi digunakannya sistim pengendalian (Wilson 2000). Para
peneliti
di
Universitas
Illinois
telah
sukses
mengembangkan
dan
mendemonstrasikan suatu prototip traktor otomatik yang dapat melakukan
penanaman otomatis dan pemupukan lahan (Zhang 1999).
Pada sistim pengendalian otomatis, operator menyetir kendaraannya
(traktornya) kurang lebih pada sebelah kanan ujung lahan, kemudian sistim
otomatis ini mengambil alih penyetiran traktor pada garis lurus. Operator hanya
memutar balik traktor di ujung lahan (Keicher and Seufert 2000). Walaupun
sistim pengendalian otomatis tidak menggantikan operator, hampir semua waktu
operator dapat digunakan untuk konsentrasi pada peralatan tambahan (implement)
traktor atau rileks tanpa harus melakukan mengemudi traktor. Sistim pengendalian
otomatis biasanya terdiri dari sensor-sensor posisi traktor, kontroler lintasan dan
aktuator untuk mengendalikan traktor tersebut (Reid et al. 2000). Teknologi yang
sama dapat diterapkan untuk kendaraan pertanian otomatis penuh (full otomatic).
Karena
itu
selama
bertahun
tahun
berbagai
usaha
dilakukan
untuk
8
mengembangkan sistim pengendalian otonomos atau dapat berjalan sendiri (Torii
2000).
Kontrol Gerak Non-holonomik
Saat derajat kebebasan sistem robot tidak independen seperti mobil yang
tidak dapat berputar disekitar porosnya tanpa merubah posisinya, maka keadaan
tersebut dapat dikatakan melakukan kontrol gerak non holonomic. Kondisi
tersebut menunjukkan setiap jalur dalam konfigurasi ruang bebas belum tentu
sesuai dengan yang semestinya. Kontrol gerak robot seperti mobil akan
membutuhkan komputasi yang sangat ekstensif karena kendala nonholonomic.
Kendala nonholonomic merupakan pembatasan kecepatan sebuah objek yang
diijinkan. Robot tersebut dapat bergerak dibeberapa arah (maju dan mundur),
tetapi tidak kearah yang lain (sisi ke sisi). Contoh hal tersebut mudah dilihat pada
robot beroda. Gambar 2 menunjukkan gerakan robot beroda sedangkan Gambar 3
menunjukkan model kendaraan kendali diferensial.
Gambar 2. Konsep steering diferensial pada robot beroda (Ahmed 2006)
Gambar 3. Model kemudi diferensial (Ahmed 2006)
9
Gambar 4 menunjukan suatu contoh model kinematik yang dapat
dilakukan oleh suatu kendaraan automasi, dimana xr, yr merupakan suatu
koordinat sumbu kartesius pada titik tengah dari roda belakang suatu kendaraan
automasi, θ merupakan sudut orientasi, α adalah sudut kemudi dan l adalah jarak
antara bagian depan dan belakang kendaraaan.
Gambar 4. Suatu model kinematik dari mobil seperti robot (Ahmed 2006)
Kendaraan automasi melakukan dua macam gerak nonholonomic yang
membatasi, yaitu mengikuti fungsi;
sin
sin
cos
0…………………………………………[1]
0…………………………………………………………[2]
dimana αfr dan θfr merupakan koordinat dari bagian roda depan kendaraan
automasi.
Perencanaan gerakan sistim non holomik adalah terkait dengan penentuan
rencana pergerakan loop terbuka yang menyetir sistim non holomonik dari
konfigurasi awal ke akhir pada interval waktu tertentu. Perencanaan gerakan non
holomik merupakan tugas yang rumit, maka perencanaan gerakan non holmonik
perlu dibandingkan dengan perencanaan gerakan holmonik. Pada perencanaan
gerak holmonik dimungkinkan terjadinya gerakan yang berubah-ubah pada ruang.
Sebagai contoh suatu piringan yang menggulung dengan terjadi slip dapat
melakukan gerakan berubah ubah dengan berganti dari gerakan tanpa slip ke
gerakan dengan slip. Keadaan akan sebaliknya dimana piringan tersebut dibatasi
10
hanya menggulung tanpa slip maka gerakan berubah ubah tidak akan terjadi.
Kesulitan perencanaan gerakan non holmonik bermula dari sini.
Kontrol Dengan Umpan Balik
Sistem kontrol (control system) adalah suatu alat (kumpulan alat) untuk
mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Contoh
sederhana istilah sistem kendali ini dapat dipraktekkan untuk mengendalikan stir
traktor pada saat kita mengendarai/menyetir traktor kita. Banyak contoh lain
dalam bidang industri atau instrumentasi dan dalam kehidupan kita sehari-hari di
mana sistem ini dipakai. Alat pendingin (AC) merupakan contoh yang banyak kita
jumpai yang menggunakan prinsip sistem kendali, karena suhu ruangan dapat
dikendalikan sehingga ruangan berada pada suhu yang kita inginkan.(Wikipedia)
Secara umum sistim kontrol terbagi atas:
1. Sistem kontrol lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak
berpengaruh pada aksi pengontrolan, jadi keluarannya tidak diukur atau
diumpan balikan untuk dibandingkan dengan masukan.
Masukan
Kontroler
Proses
Keluaran
Gambar 5 Sinyal lup terbuka
2. Sedangkan sistim kontrol lup tertutup merupakan sistem kontrol yang sinyal
keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Sistem
kontrol lup tertutup adalah system kontrol berumpan balik, sehingga sinyal
kesalahan penggerak merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal
umpan-balik
Masukan
Kontroler
∑
Proses
Umpan Balik
Keluaran
11
Gambar 6 Sinyal lup tertutup umpan balik negatif
Pada otomasi sistim kemudi traktor dimana umpan balik dipergunakan
sebagai parameter kondisi traktor, maka digunakan sistim kontrol sinyal tertutup.
Gambar 7 Dasar dari arah pembacaan untuk suatu robot otomatis beroda (a) titik
ke titik pergerakan, (b) jalur garis yang dilalui, (c) alur lintasan kerja.
(Junyusen 2005)
Gambar 7 mengasumsikan tugas bekerja dalam lingkungan bebas. Secara umum
(De Luca et al. 1998) membagi tugas dasar gerak robot adalah:
12
•
Gerak robot dari titik ke titik (point-to-point): robot harus mencapai tujuan
dari titik awal ke titik tujuan
•
Robot mengikuti jalur tertentu (path following): robot harus mencapai tujuan
akhir yang diinginkan yang dimulai dari konfigurasi awal sementara pada saat
yang bersamaan, robot harus mengikuti lintasan pada sumbu Cartesian.
•
Mengikuti lintasan (trajectory following): robot harus mencapai posisi akhir
lintasan pada sumbu geometri Cartesian.
Tugas dapat diperoleh dengan menggunakan lup terbuka, kontrol umpan balik
(loop tertutup) atau kombinasi antar
keduanya. Karena sistem umpan balik
kontrol baik dapat mengantisipasi gangguan, maka akan dipilih untuk digunakan.
Pengaruh Slip Pada Kontrol Steering
Secara umum pengujian di lahan karena reaksi dengan tanah; mobilisasi
traktor merupakan fungsi dari kondisi tanah, traktor, dan iklim setempat. Sehingga
pengujian di lahah bergantung pada:
1. Gaya reaksi tanah, yaitu gaya reaksi dari tanah yang arahnya tegak lurus
terhadap permukaan roda dan melewati sumbu roda. Gaya reaksi tanah
menentukan kekuatan tanah saat dilintasi traktor. Hal ini berkaitan dengan
kompleksitas, ketidakseragaman dan keragaman sifat-sifat tanah. Pada
kondisi tanah dengan kekerasan tidak seragam dan atau bongkahan besar
dapat terjadi benturan pada roda. Sebaliknya pada kondisi tanah dengan kadar
air sangat tinggi akan membuat traktor slip.
2. Tahanan gelinding (rolling resistence), yaitu tahanan pada roda kendaraan di
atas permukaan tanah. Besarnya tahanan ini tergantung pada permukaan tanah
tempat bekerja traktor (Filiyanti 2009). Tahanan tersebut terjadi akibat adanya
kompaksi pada tanah. Besarnya tahanan gelinding adalah besarnya energi
yang dilakukan untuk mengubah bentuk tanah (Roh 2009)
3. Traksi pada roda, yaitu gaya yang diberikan oleh mesin penggerak pada roda
supaya traktor bergerak. Besar gaya traksi bergantung pada :1) besarnya
beban yang di tumpu oleh ban: semakin besar beban maka semakin besar
gaya traksinya, 2) koefisien gesek antara ban dengan landasan (semakin besar
koefisien gesek maka semakin besar gaya traksinya). Sehingga traksi
memberi batasan besar torsi yang mampu diterima oleh traktor agar tetap
13
dapat berjalan dengan baik di landasan (Roh 2009). Gaya traksi horisontal
yang disalurkan (diteruskan) antara mesin dan tanah tergantung oleh kekuatan
tanah dan parameter desain mesin. Dalam hal ini, besar gaya traksi
maksimum adalah sama dengan jumlah kuat geser tanah di atas luasan kontak
(ground contact) total semua roda penggerak mesin (traktor) (McKyes 1985).
Dengan ketiga kendala di atas maka kendali traktor tidak dapat hanya bergantung
pada sistem kemudi saja (http://id.wikipedia.org/wiki/Traktor). Masalah ini dapat
diatasi dengan menggunakan beberapa cara, yaitu:
1.
Gunakan pengereman roda kiri atau kanan untuk belok kekiri atau kanan
2.
Gunakan kunci diferensial (differential lock) untuk mempertahankan kondisi
pada saat traktor berjalan lurus.
Sensor Untuk Pengindera
Para peneliti menekankan pemilihan sensor untuk kendali yang tepat dari
kendaraan pertanian. Salah satu sensor kendali adalah kontribusi sistem kendali
kendaraan pertanian yang menggunakan GPS, perhitungan titik henti (dead
reckoning) dan sensor inersia, visi mesin, laser triangulasi, dan multi sensor.
Sebuah gambaran singkat perpaduan dari sensor navigasi, model gerak kendaraan,
rencana navigasi, dan kontrol kemudi diilustrasikan pada Gambar 8.
Gambar 8 Elemen dasar suatu sistem kendaraan automasi pertanian
(Reid et al. 2000)
14
Beberapa sensor yang biasa digunakan pada system otomasi di lintasan
adalah:
1. Sensor Proximity (sensor jarak), di mana sensor ini dapat mendeteksi benda
tanpa menyentuh benda tersebut. Sensor ini bekerja dengan memancarkan
medan elektromagnetik atau radiasi elektromagnetik (inframerah misalnya).
Objek yang menjadi target sering disebut dengan target sensor. Jarak
maksimum sensor ini bervariasi, bebrapa sensor memilik kisaran jarak yang
dapat di sesuaikan (wikipedia). Rata-rata jarak diteksi untuk warna putih
sejauh 5-25 cm. Sensor ini memiliki keandalan yang tinggi dan umur
fungsional yang panjang karena tidak memiliki bagian mekanis dan kurangya
kontak fisik antar sensor dan objek.
2. Sesor infra merah, sistem yang pada dasarnya menggunakan inframerah
sebagai media komunikasi data antara receiver dan transmitter. Sistem akan
bekerja jika sinar infra merah yang dipancarkan terhalang oleh suatu benda
yang mengakibatkan sinar infra merah tersebut tidak dapat terdeteksi oleh
penerima. Keuntungan atau manfaat dari sistem ini dalam penerapannya
antara lain sebagai pengendali jarak jauh, alarm keamanan, otomatisasi pada
sistem.Pemancar pada sistem ini tediri atas sebuah LED infra merah yang
dilengkapi dengan rangkaian yang mampu membangkitkan data untuk
dikirimkan melalui sinar infra merah, sedangkan pada bagian penerima
biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau modul inframerah yang
berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.
(Anto Susilo 2009)
3. Sensor ultrasonik, yang bekerja dengan prinsip serupa dengan radar. Cara
mengenali target melalui pantulan dari gelombang yang dihasilkannya.
Gelombang yang dihasilkan berfrekuensi tinggi (di atas 1800 hertz) dan
diterima oleh sensor. Untuk menentukan jarak obyek, sensor menghitung
selisih interval waktu antara pengrirman dan penerimaan sinyal. Teknologi ini
dapat digunakan untuk mengukur kecepatan dan arah angin. Berbagai aplikasi
yang telah digunakan seperti pada pengukuran kelembababan, USG medis,
pengujian tak merusak (non-destructive test) (Wikipedia).
4. Sensor GPS, yaitu sistem radio navigasi dan penentuan posisi menggunakan
satelit. Sistem ini dapat digunakan oleh banyak orang dan dalam segala
15
macam cuaca, serta didesain untuk memberikan informasi mengenai posisi
dan waktu secara kontinyu di seluruh dunia (Muh. Altin Massinai 2005). GPS
secara luas digunakan untuk lokalisasi robot dan objek bergerak, dan
pelacakan
manusia.
Posisi
absolut
dari
penerima
GPS
ditentukan
menggunakan teknik triangulasi sederhana berdasarkan waktu tempuh sinyal
radio yang secara unik dikodekan dari satelit. Masalah utama dari sistem GPS
meliputi: i) waktu sinkronisasi antara satelit dan penerima, ii) lokasi real time
satelit yang tepat, iii) tingkat kesulitan untuk mengukur waktu propagasi
sinyal iv) noise elektromagnetik dan pengaruh lain seperti penyumbatan sinyal
periodik oleh pohon-pohon dan bangunan saat platform pengujian bergerak di
bawah atau didekat pohon-pohon atau bangunan. Kekurangan utama yang lain
dari GPS adalah degradasi sinyal terjadi ketika penerimaan dari satelit tujuan
asal menunjukkan sinyal kurang dari empat satelit atau ketika interferensi. Hal
tersebut terjadi terhadap jarak yang pendek dalam suatu lintasan perjalanan
kendaraan automasi.
RTK-DGPS
1. RTK-DGPS adalah sistem navigasi berbasis satelit yang sering digunakan
pada teknik survei tanah. Pada penggunaannya menggunakan fase (carrier
phase) dari GPS Glonass dan atau sinyal Galileo. Sistem ini menggunakan
stasiun referensi yang mengirimkan data koreksi presisi tingkat tinggi (ordo
centimeter) secara real time. (Wikipedia).
2. Sistim koreksi, secara umum ada dua metode dalam mengirim data koreksi,
yaitu dengan menggunakan:
a. frekuensi radio, aplikasi metode ini membutuhkan base station dekat
dengan area kerja DGPS yang bekerja bergerak di lapangan (mobile), data
koreksi dikirim dengan frekuensi radio. Secara umum, sistem tersebut
merupakan sistem frekuensi-rangkap (Gan-Mor dan Clark, 2001).
Kelemahan dari sistem ini pada wilayah yang koreksi, yaitu hanya seluas
jangkauan frekuensi radio.
b. melalui internet, aplikasi lain yang digunakan saat ini dan terbukti praktis
untuk penggunaan DGPS adalah pengirimak koreksi melalui internet.
16
Sistem bernama NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet
Protocol), sebuah jaringan dari RCTM (Radio Technical Commission. for
Maritime Services), yang dikembangkan oleh Federal Agency for
Cartography and Geodesy of Germany, sebuah Badan di Jerman untuk
Kartografi dan Geodesi. Dengan NTRIP memungkinkan data koreksi RTK
dikirim melalui GSM, GPRS, EDGE, atau UTMS. Dengan menggunakan
NTRIP akses koreksi dapat digunakan pada radius yang cukup luas (Lenz
2004)
3. Format NMEA adalah format data keluaran GPS, sebanyak lima jenis yaitu
NMEA 0180, NMEA 0182, NMEA 0183, AVIATION, dan PLOTTING.
Format tersebut ditetapkan oleh NMEA (National Maritime Electronic
Association). Pada umumnya data keluaran yang digunakan adalah format
data NMEA 0183 berbentuk kalimat (string) yang merupakan rangkaian
karakter ASCII 8 bit. Setiap kalimat (string) diawali dengan satu karakter '$',
dua karakter Talker ID, tiga karakter Sentence ID, dan diikuti oleh data
koordinat lapangan yang masing-masing dipisahkan oleh koma serta diakhiri
oleh optional checksum dan karakter cariage return/line feed (CR/LF) (Ali
Murtadlo, 2010). NMEA-0183 berisi informasi yang berhubungan dengan
geografi seperti tentang waktu, longitude, latitude, ketinggian, kecepatan dan
masih banyak lagi. Untuk menampilkan informasi yang lebih dimengerti oleh
user data NMEA-0183 perlu diolah lebih lanjut (Andi 2009).
Jenis-jenis kalimat NMEA:
a. $GPGGA (Global Positioning System Fixed Data)
Contoh:
$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F
Tabel 1 Deskripsi $GPGGA
Field
Sentence ID
UTC Time
Latitude
N/S Indicator
Longitude
E/W Indicator
Position Fix
Contoh isi Deskripsi
$GPGGA
092204.999 hhmmss.sss
4250.5589 ddmm.mmmm
S
N = North, S = South
14718.5084 dddmm.mmmm
E
E = East, W = West
0 = Invalid, 1 = Valid SPS, 2 =
1
Valid DGPS, 3 = Valid PPS
17
Satellites Used
HDOP
04
24.4
Altitude
19.7
Altitude Units
M
Geoid Seperation
Seperation Units
DGPS Age
DGPS Station ID 0000
Checksum
*1F
Terminator
CR/LF
Satellites being used (0-12)
Horizontal dilution of precision
Altitude in meters according to
WGS-84 ellipsoid
M = Meters
Geoid seperation in meters
according to WGS-84 ellipsoid
M = Meters
Age of DGPS data in seconds
c. $GPGLL (Geographic –Latitude/Longitude
Contoh: $GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D
Tabel 2 Deskripsi $GPGLL
Field
Sentence ID
Latitude
N/S Indicator
Longitude
E/W Indicator
UTC Time
Status
Checksum
Terminator
Contoh isi
$GPGLL
4250.5589
S
14718.5084
E
092204.999
A
*2D
CR/LF
Deskripsi
ddmm.mmmm
N = North, S = South
dddmm.mmmm
E = East, W = West
hhmmss.sss
A = Valid, V = Invalid
d. $GPGSA (GNSS DOP and Aktive Satelites)
Contoh: $GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A
Tabel 3 Deskripsi $GPGSA
Field
Sentence ID
Mode 1
Mode 1
Satellite used 1
Satellite used 2
Satellite used 3
Contoh isi
$GPGSA
A
3
01
20
19
Deskripsi
A = Auto 2D/3D, M = Forced 2D/3D
1 = No fix, 2 = 2D, 3 = 3D
Satellite used on channel 1
Satellite used on channel 2
Satellite used on channel 3
18
Satellite used 4
Satellite used 5
Satellite used 6
Satellite used 7
Satellite used 8
Satellite used 9
Satellite used 10
Satellite used 11
Satellite used 12
PDOP
HDOP
VDOP
Checksum
Terminator
13
40.4
24.4
32.2
*0A
CR/LF
Satellite used on channel 4
Satellite used on channel 5
Satellite used on channel 6
Satellite used on channel 7
Satellite used on channel 8
Satellite used on channel 9
Satellite used on channel 10
Satellite used on channel 11
Satellite used on channel 12
Position dilution of precision
Horizontal dilution of precision
Vertical dilution of precision
e. $GPGSV (GNSS Satelite In View)
Contoh:
$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70
Tabel 4 Deskripsi $GPGSV
Field
Sentence ID
Contoh isi Deskripsi
$GPGSV
Number of messages in complete
Number of messages 3
message (1-3)
Sequence number of this entry
Sequence number
1
(1-3)
Satellites in view
10
Satellite ID 1
20
Range is 1-32
Elevation 1
78
Elevation in degrees (0-90)
Azimuth 1
331
Azimuth in degrees (0-359)
Signal to noise ration in dBHZ
SNR 1
45
(0-99)
Satellite ID 2
01
Range is 1-32
Elevation 2
59
Elevation in degrees (0-90)
Azimuth 2
235
Azimuth in degrees (0-359)
Signal to noise ration in dBHZ
SNR 2
47
(0-99)
Satellite ID 3
22
Range is 1-32
19
Elevation 3
Azimuth 3
41
069
SNR 3
Satellite ID 4
Elevation 4
Azimuth 4
13
32
252
SNR 4
45
Checksum
Terminator
*70
CR/LF
Elevation in degrees (0-90)
Azimuth in degrees (0-359)
Signal to noise ration in dBHZ
(0-99)
Range is 1-32
Elevation in degrees (0-90)
Azimuth in degrees (0-359)
Signal to noise ration in dBHZ
(0-99)
f. $GPRMC (Recommended Minimum Specific GNSS Data)
Contoh:
$GPRMC,092204.999,A,4250.5589,S,14718.5084,E,0.00,89.68,211200,,*
25
Tabel 5 Deskripsi $GPRMC
Field
Sentence ID
UTC Time
Status
Latitude
N/S Indicator
Longitude
E/W Indicator
Speed over ground
Course over ground
UTC Date
Magnetic variation
Checksum
Terminator
Contoh isi
$GPRMC
092204.999
A
4250.5589
S
14718.5084
E
0.00
0.00
211200
Deskripsi
hhmmss.sss
A = Valid, V = Invalid
ddmm.mmmm
N = North, S = South
dddmm.mmmm
E = East, W = West
Knots
Degrees
DDMMYY
Degrees
*25
CR/LF
g. $GPVTG (Course Over Ground and Ground Speed)
Contoh: $GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F
20
Tabel 6 Deskripsi $GPVTG
Field
Sentence ID
Course
Reference
Course
Reference
Speed
Units
Speed
Units
Checksum
Terminator
Contoh isi Deskripsi
$GPVTG
89.68
Course in degrees
89.68
T = True heading
Course in degrees
89.68
M = Magnetic heading
0.00
Horizontal speed
N
N = Knots
0.00
Horizontal speed
K
K = KM/h
*5F
CR/LF
4. Sistem Konversi, adalah prosedur matematis yang memungkinkan hasil
pengukuran yang dilakukan di permukaan bumi secara fisik bisa digambarkan
diatas bidang datar (peta). Karena permukaan bumi tidak teratur maka akan
sulit untuk melakukan perhitungan-perhitungan langsung dari pengukuran.
Untuk itu diperlukan pendekatan secara matematis (model) dari bumi fisis
tersebut. Model matematis bumi yang digunakan adalah ellipsoid putaran
dengan besaran-besaran tertentu. Maka secara matematis proyeksi peta
dilakukan dari permukaan ellipsoid putaran ke permukaan bidang datar (Ira
2004). Ada beberapa system konversi, diantaranya:
a. Sistim proyeksi ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed) merupakan sistem
koordinat Cartesian tiga dimensi X, Y, dan Z, dimana titik (0,0,0)
didefinisikan sebagai pusat massa bumi. Oleh sebab itu diberi nama Pusat
Bumi dimana sumbunya sejajar dengan Referensi Kutub Internasional
(IRP) dan International Referensi Meridian (IRM) yang tetap terhadap
permukaan bumi, maka dinamakan Bumi Tetap.
Dimana sistim koordinatnya adalah sumbu z menunjuk ke arah utara,
sumbu x memotong bola bumi pada 0 ° lintang (Equator) dan 0 ° bujur
(Greenwich) dan sumbu Y memanjang dari geocenter ke persimpangan
Khatulistiwa dan meridian 90° ke timur di bidanga meridian utama. Ini
berarti bahwa ECEF berputar dengan bumi dan karena itu, koordinat titik
21
tetap di permukaan bumi tidak berubah. Konversi dari Datum WGS84
untuk ECEF dapat digunakan sebagai langkah menengah dalam
mengkonversi kecepatan ke Timur Utara sistem
MENGGUNAKAN LABVIEW DAN RTK-DGPS
(Studi Kasus Traktor Mini Empat Roda)
MUHAMMAD SJAHRUL ANNAS
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2012
PERNYATAAN MENGENAI DISERTASI DAN
SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa disertasi otomasi kemudi pada
traktor 4 roda menggunakan labVIEW dan RTK-DGPS (studi kasus traktor
mini empat roda) adalah karya saya dengan arahan komisi pembimbing dan
belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi manapun.
Sumber yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun yang
tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan
dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir disertasi ini.
Bogor, Januari 2012
Muhammad Sjahrul Annas
ABSTRACT
MUHAMMAD SJAHRUL ANNAS. Steering Automation on 4 Wheels Tractor
using LabVIEW and RTK-DGPS (Case Study: 4 Wheels Mini Tractors). Under
Supervision of E. NAMAKEN SEMBIRING, RADITE P.A. SETIAWAN,
BAMBANG PRAMUDYA.
Automation has an important embedded function provided in almost all devices
and recently becomes a revolutionary function to agricultural machinery. This
research deals with the development of 4 wheels tractor’s steering automation
prototype. Identification of principal parameters on tractor steering has been done,
i.e. torque inflection, left and right maximum inflection angle of front wheel and
steering rotation angle to front wheel inflection ratio. Proximity sensor to sense
straight-line trajectory and potentiometer to sense inflection angle of front wheel
were used, which are objected as feedback for steering control position. All
hardware data acquisition were done through Ni-DAQ hardware interface. Data
were processed with labVIEW to instruct the motor driver related to change of
direction and speed of steering wheel. The result of the experiments showed that
steering control based on proximity sensor gave unsatisfied performance.
Maximum deviation on the asphalt straight-line trajectory reached the largest
deviation of 6.8 cm outer and 6.1 cm inner. Turn right test at the trajectories,
resulted the largest deviation at 4.5 cm outer and 7.0 cm inner, whereas turn left
test resulted the largest deviation of 6.2 cm outer and 7.2 cm inner. Steering
automation performance of RTK-DGPS testing results Steering automation
performance of RTK-DGPS testing results on the asphalt path the deviation
occurs, the right path of 223 cm, while the left path as far as 89 cm. The results of
the land right deviation of 171 cm, while the left side as far as 415 cm while
testing using plow implement. deviations occur for the right and left by 75 cm by
11 cm. While in the second test occurred deviation of 123 cm on the right, while
on the left by 56 cm.
Keywords: RTK-DGPS, LabVIEW, tractor automation, steering
control
RINGKASAN
MUHAMMAD SJAHRUL ANNAS. Otomasi Kemudi Pada Traktor 4
Roda Menggunakan LabVIEW dan RTK-DGPS (Studi Kasus Traktor Mini Empat
Roda), di bawah bimbingan E. NAMAKEN SEMBIRING, RADITE P. A.
SETIAWAN, BAMBANG PRAMUDYA.
Otomasi merupakan suatu keharusan pada hampir setiap perangkat dan
telah menjadi revolusi dalam bidang industri. Otomasi yang dikembangkan dalam
penelitian ini menggunakan bantuan program LabVIEW. Program dimaksud
dapat digunakan untuk mendisain suatu sistem menyerupai bentuk sistem aslinya,
melakukan pengamatan dengan hasil yang maksimal dan mengontrol suatu
aplikasi dengan programmable automation controllers. LabVIEW menggunakan
metode dataflow programming dimana alur data melalui berbagai ikon akan
menentukan urutan eksekusi dari setiap instruksi. Penggunaan LabVIEW dalam
penelitian ini adalah untuk otomatisasi dan pengumpulan data pengujian suatu
traktor 4 roda. Diagram yang digunakan merupakan siklus tertutup melalui
intrerpolator yang kemudian merespon perintah program asli yang berisi
serangkaian instruksi dengan faktor koreksi yang didapat dari algoritma
sebelumnya. Pada traktor prinsip otomasinya adalah dengan mengenali objek
sasaran, mendekatinya secara perlahan secara presisi, kemudian berhenti pada
posisi yang diinginkan
Parameter utama sistim kemudi traktor diantaranya adalah dimensi utama
traktor, torsi belok, besar sudut belok maksimum roda depan pada saat belok ke
kiri dan kanan, dan perbandingan besar putaran roda kemudi terhadap sudut belok
roda depan. Pengukuran parameter tersebut dilakukan pada traktor mini
penggerak 4 roda secara manual menggunakan alat ukur panjang dan besar sudut.
Besar sudut belok maksimum untuk arah kiri dan kanan pada saat menyentuh
permukaan adalah sebesar 32°, dan 48° pada saat tidak menyentuh permukaan. Di
samping itu, didapat 26 posisi traktor yang mungkin terjadi pada lintasan beserta
aksi roda kemudinya. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sumbu dan diameter
roda depan lebih kecil dibandingan dengan roda belakang karena beban traksi
roda belakang jauh lebih besar dibanding dengan roda depan. Selain itu, karena
kemudi yang sudah tidak sesuai dengan kondisi aslinya dan usia traktor yang
sudah cukup tua, maka besar speling yang terjadi harus diantisipasi.
Penggerakan roda kemudi menggunakan motor DC dengan bantuan puli
dan sabuk bergigi dilengkapi dengan sensor potensiometer sebagai umpan balik
gerakan motor. Potensiometer diletakkan seporos dengan poros belok roda depan
traktor mengetahui arah dan besarnya sudut belok roda depan, hal tersebut untuk
mengurangi simpangan-simpangan yang mungkin terjadi karena keausan pada
mekanisme sistim kemudi. Pengolahan data sesuai instruksi untuk kerja motor
penggerak roda kemudi dilakukan melalui perintah Ni-DAQ, kemudian ke motor
driver yang memerintahkan arah dan kecepatan putar motor penggerak roda
kemudi. Traktor dapat mengikuti lintasan yang direncanakan.
Sistim otomasi traktor dapat mengurangi kelelahan operator memilliki
peranan penting pada abad mendatang, terutama sistim kendaraan yang
menghasilkan kerja lebih effisien dan mengurangi biaya produksi. Posisi absolut
dari penerima GPS ditentukan menggunakan teknik triangulasi sederhana
berdasarkan waktu tempuh sinyal radio yang secara unik dikodekan dari satelit.
Masalah utama dari sistem GPS meliputi: i) waktu sinkronisasi antara satelit dan
penerima, ii) lokasi real time satelit yang tepat, iii) sulit untuk mengukur waktu
propagasi sinyal iv) noise elektromagnetik dan pengaruh lain seperti penyumbatan
sinyal periodik oleh pohon-pohon dan bangunan saat platform pengujian bergerak
di bawah atau di dekat pohon-pohon atau bangunan. Aplikasi RTK-DGPS pada
traktor 4 roda yang digunakan dalam pengujian masih menggunakan Lab VIEW.
Hasil pengujian di lintasan aspal, terjadi simpangan, arah kanan lintasan sebesar
223 cm, sedang arah kiri lintasan sejauh 89 cm. Hasil dilahan simpangan sebelah
kanan sebesar 171 cm, sedang sabelah kiri sejauh 415 cm sedangkan pengujian
dengan menggunakan implement bajak singkal. terjadi simpangan untuk sebelah
kanan sebesar 75 cm dan kiri sebesar 11 cm. Sedangkan pada pengujian kedua
terjadi simpangan sebesar 123 cm disebelah kanan, sedangkan disebelah kiri
sebesar 56 cm.
Kata kunci: RTK-GPS, LabVIEW, otomasi traktor, kontrol kemudi
©Hak cipta milik IPB, tahun 2012
Hak cipta dilindungi
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan
pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan
kritik atau tinjauan suatu masalah, dan pengutipan tersebut tidak merugikan
kepentingan yang wajar IPB.
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruhnya dalam
bentuk apapun tanpa izin IPB.
OTOMASI KEMUDI PADA TRAKTOR 4 RODA
MENGGUNAKAN LABVIEW DAN RTK-DGPS
(Studi Kasus Traktor Mini Empat Roda)
MUHAMMAD SJAHRUL ANNAS
Disertasi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh geler Doktor
pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
Bogor
2012
Penguji pada Ujian Tertutup:
Dr. Ir. I Made Dewa Subrata, MAgr
(Dosen Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
FATETA IPB)
Dr. Ir. Irmansyah, MSi
(Dosen Departemen Fisika, FMIPA, IPB)
Penguji pada Ujian Terbuka :
Dr. Ir. Wawan Hermawan, MS
(Dosen Departemen Teknik Mesin dan Biosistem,
FATETA IPB)
Dr. Mahfudz Al Huda, M Eng
(Kepala Lab Teknik Produksi, Balai Mesin
Perkakas, Teknik Produksi dan Otomasi - BPPT)
Judul Penelitian
: Otomasi Kemudi Pada Traktor 4 Roda Menggunakan
LabVIEW dan RTK-DGPS (Studi Kasus Traktor Mini
Empat Roda)
Nama
: Muhammad Sjahrul Annas
NRP
: F161020061
Program Studi
: Ilmu Keteknikan Pertanian
Disetujui:
Komisi Pembimbing
Dr. Ir. E. Namaken Sembiring, M.S.
Ketua
Dr. Ir. Radite P. A. Setiawan, M.Agr.
Anggota
Prof Dr. Ir. Bambang Pramudya, M.Eng.
Anggota
Diketahui:
Ketua program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S.
Dr. Ir. Dahrul Syah, M.Sc.Agr.
Tanggal Ujian: 31 Januari 2012
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT yang telah
mencurahkan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga penulis dapat menyusun hasil
penelitian ini sebagai disertasi yang berjudul ” Otomasi Kemudi Pada Traktor 4
Roda Menggunakan LabVIEW dan RTK-DGPS (Studi Kasus Traktor Mini Empat
Roda)”.
Terimakasih penulis ucapkan kepada: Dr. Ir. E. Namaken Sembiring, MS
(Ketua Komisi Pembimbing), Dr. Ir. Radite P.A. Setiawan, M.Agr, dan Prof. Dr.
Ir. Bambang Pramudya, M.Eng (Anggota Komisi Pembimbing) yang telah
memberikan bimbingan dalam penelitian ini.
Terimakasih juga saya sampaikan kepada:
1.
Dekan Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor
2.
Ketua program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian, Institut Pertanian Bogor
3.
Rektor Universitas Trisakti Jakarta
4.
Dekan Fakultas Teknologi Industri ,Universitas Trisakti
5.
Ketua Jurusan Teknik Mesin, Universitas Trisakti
6.
Dirjen Dikti, Kementrian Pendidikan Nasional yang telah memberikan
beasiswa BPPS kepada penulis untuk mengikuti studi program doktor pada
Institut Pertanian Bogor.
7.
P rogr am Hi bah P en el i t i an M ahas i s wa P rogram Dokt o r t ahu n
2009, P rogr am P as c as arj an a, Ins t i t ut P ert ani an Bo go r ( IP B) .
8.
Staf Bagian Teknik Mesin Budidaya Pertanian, Departemen Teknik Mesin
dan Biosistem, Institut Pertanian Bogor
9.
Direktur PT. Almega Geosystem yang telah memberikan bantuan alat
sehingga dapat dilaksanakannya penelitian di dalam disertasi ini,
10.
Rekan–rekan mahasiswa program pascasarjana Program Studi Ilmu
Keteknikan Pertanian, Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan,
rekan-rekan dosen di Universitas Trisakti, Politeknik Negeri Jakarta, serta
rekan-rekan lain yang telah membantu terbentuknya disertasi ini.
Tidak lupa ucapan terimakasih kepada istri dan anak tercinta, ibu, adik dan
kakak atas dorongan materiil dan spirituil semangat yang diberikan untuk
menyelesaikan studi doktoral ini.
Bogor, Januari 2012
Penulis
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bandung pada tanggal 3 Juli 1967 sebagai anak
pertama dari dua bersaudara dari pasangan Ir. H. Mohammad Sjah Hasni (alm)
dan Hj. Annasih, BA.
Penulis menempuh pendidikan sarjana di jurusan Teknik Mesin di
Universitas Trisakti lulus pada tahun 1993. Pada tahun 1996 penulis diterima di
Program
Magister
Jurusan
Teknik
Mesin
Universitas
Indonesia
dan
menamatkannya pada tahun 1998. Kesempatan untuk melanjutkan ke program
doktor pada Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian diperolah pada tahun 2002
dengan beasiswa BPPS dari DIKTI.
Penulis bekerja sebagai dosen di Fakultas Teknologi Industri jurusan
Teknik Mesin Universitas Trisakti sejak tahun 1995.
Selama mengikuti program S3, penulis menulis artikel berjudul Pengukuran
Torsi Roda Traksi Pada Model Bak Uji pada Seminar Nasional PERTETA tahu
2005 di Bandung. Disamping itu artikel lain berjudul Otomasi Kemudi Pada
Traktor 4 Roda Menggunakan LabVIEW dan RTK-DGPS (Studi Kasus Kubota B
6100) akan diterbitkan Jurnal Keteknikan Pertanian. Karya ilmiah terakhir
merupakan bagian dari program S3 penulis.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL……………………………………………………………..
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………..
DAFTAR LAMPIRAN………………………………………………………..
PENDAHULUAN
Latar Belakang…………………………………………………………..
Tujuan Penelitian………………………………………………………...
Manfaat Hasil Penelitian………………………………………………....
Pendekatan Masalah..........……………………………………………....
Kebaruan (Novelty) ..........……………………………………………....
Hal.
xv
xvi
xx
1
3
3
4
4
TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Otomatisasi Traktor Pertanian……………..……..……………..
Kontrol Gerak Non-holonomik ……………………………………….....
7
8
Kontrol Dengan Umpan Balik……………………………...…………..
Pengaruh Slip Pada Kontrol Steering……………………………………
10
12
Sensor Untuk Pengidera………………………………………………….
13
METODE PENELITIAN
Alat dan Bahan Penelitian…………….……………………………….....
Tahapan Penelitian…..……………………………………………….......
25
26
HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Sistem Kemudi Traktor dan Modifikasi Kontrol Otomatis
Sistem Kemudi…..…….………………………………………………..
33
Sistem Kontrol Kemudi pada Traktor 4 Roda dan membangun protip
perangkat pengontrol kemudi traktor secara mekatronis…..……............
35
Analisa dan Kinerja Lapangan terhadap Prototip pada Lintasan Uji ……
Kinerja Penggunaan RTK-DGPS pada Otomasi Kemudi Traktor 4 Roda
38
40
KESIMPULAN dan SARAN …………………..……………………………
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………….…….
Lampiran-lampiran……………………………………………………...…….
49
51
57
DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
Deskripsi $GPGGA............................................................................
Deskripsi $GPGLL.............................................................................
Deskripsi $GPGSA ……………………..……………......................
Deskripsi $GPVTG. ……………….……………..............................
Deskripsi $GPGSV ………………………………………………....
Deskripsi $GPRMC ……….………………………………………..
Hasil pengukuran pada pengujian di berbagai jenis
lintasan……………………………………………………………….
Hal.
17
17
18
18
19
20
34
DAFTAR GAMBAR
Hal.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Kerangka konseptual pendekatan masalah dan tahapan penelitian
otomatik kemudian traktor empat roda (Kubota B6100) dengan
panduan RTK-RGPS...........................................................................
Dasar dari arah pembacaan untuk suatu mobil otomatis beroda.........
Konsep pergerakan robot beroda……………………..……………...
Model kendaraan kendali diferensial. ……………….……………...
Suatu model kinematik dari suatu kendaraan automasi……………...
Elemen dasar suatu sistem kendaraan automasi pertanian ……….…
Elemen dasar sistem kendaraan pertanian otonom………………….
Sistem pembuatan pola pada jalan aspal dan sistim monitoring
permukaaan kasar pada suatu implement yang terubung dengan
pengangkat three point hitch……..……………………….…………
Traktor uji untuk suatu kendaraan otomasi ………………………...
Posisi awal sudut α dan β terhadap traktor .…………………….…...
Posisi
ke
n
dengan
sudut
αn
dan
βn
….………..………………...…..
Traktor 4 roda yang di gunakan……………………………………...
Diagram alir kontrol lurus…………………………………………...
Suatu diagram alur sinyal untuk petunjuk kendaraan automasi….....
Komponen pada Algoritma Kontrol Lurus……………………..…...
Letak posisi sensor pada traktor tampak samping dan atas..………...
Tampilan data hasil simulasi pergerakan traktor dan lintasan traktor
hasil simulasi dengan labVIEW……………………………………...
Blok diagram dari simulasi dengan LabVIEW
Pengujian simulasi kontrol pada kemudi traktor 4 roda Kubota
B6100………………………………………………………………...
A) batang roda kemudi di gerakkan oleh motor DC dengan bantuan
sabuk bergigi, B) rotary encoder, sensor kecepatan maju traktor, C)
absolut rotary encoder, sensor sudut belok traktor, D)
Potensiometer sebagai sensor sudut belok roda depan……………....
A) besar sudut belok kiri dengan permukaan roda menyentuh
permukaan lintasan, B) besar sudut belok kanan dengan permukaan
roda menyentuh permukaan lintasan, C) Besar sudut belok kiri
dengan permukaan roda tidak menyentuh permukaan litasan
(diangkat), D) Besar sudut belok kanan dengan permukaan roda
tidak menyentuh permukaan lintasan (diangkat) …………………...
5
8
10
10
10
13
18
20
21
27
27
29
29
31
32
33
35
35
36
37
38
22
23
Besar torsi belok traktor pada berbagai macam permukaan………....
Potensiometer sebagai sensor sudut belok roda depan……………...
24
25
Sensor infrared yang digunakan pada awal penelitian….…………...
Diagram DAQ 6008 dan IRP detector serta foto instalasi motor
driver dan ADDA jenis Ni-DAQ 6008……………………………...
Front panel program sistim kemudi traktor………………..………...
Blok diagram Blok diagram program sistim kemudi traktor
menggunakan sensor proximity ………………………………...…...
Gerakan traktor dapat mengikuti lintasan lurus sepanjang 13 meter
dan berbelok dengan jari-jari 500 cm yang. ………………………...
Front panel program sistim kemudi traktor…………………….…...
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
Blok diagram program sistim kemudi traktor menggunakan RTKDGPS………………………………………………………………...
Foto aplikasi RTK-DGPS pada traktor 4 roda Kubota B6100……...
A) besar sudut belok kiri, B) besar sudut belok kanan keduanya saat
menyentuh permukaan lintasan……………………………………...
Besar torsi belok traktor pada berbagai macam permukaan…….…...
Sensor Proximity untuk mendeteksi garis…………………………...
Perangkat yang di hubungkan ke system akuisisi A) batang roda
kemudi di gerakkan oleh motor DC dengan bantuan sabuk bergigi,
B) Potensiometer sebagai sensor sudut belok roda depan…………...
39
40
41
42
43
43
44
45
45
47
48
48
49
Gerakan traktor mengikuti lintasan lurus dan berbelok……………...
49
51
Front panel program sistim kemudi traktor dengan panduan RTKDGPS………………………………………………………………...
51
DAFTAR LAMPIRAN
Hal.
1
Data kadar air tanah pada bagian-bagian strip olah tanah terbatas
di lahan penelitian (menggunakan metode gravimetri)…………..
142
Pengukuran nilai hambatan (k ohm)memekai gypsum blok
elektrode di strip olah tanah terbatas……………………………
150
3
Analisis sidik ragam perhitungan rancangan percobaan………...
154
4
Analisis fisika tanah di Laboratorium……………………….…..
160
5
Data suhu harian di dalam naungan plastic……………………...
164
6
Analisis data konduktivitas horizontal…………………………..
165
7
Analisis data konduktivitas horizontal: konversi dari difusivitas ke
konduktifitas hidrolik……………………………………………
167
8
Program DAQ – Visual C++ 6.0………………………………...
169
9
Program pergerakan kadar air pada strip olah tanah terbatas
beririgasi bawah permukaan (visual basic editor: macros Ms.
Excel)………………………………………………………..…...
172
Lembar pendaftaran paten……………………………………….
180
2
10
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Suatu operasi pertanian saat ini menuntut kemampuan kinerja dengan
ketelitian tinggi serta perbaikan produktivitas yang terus meningkat. Upaya yang
dilakukan diantaranya melalui aplikasi sistem pengendalian mesin secara otomatis
guna meminimalkan penggunaan waktu serta meminimalkan kejemuan suatu
pekerjaan dalam operasi pertanian. Aplikasi sistem cerdas dengan memanfaatkan
penginderaan jarak jauh dan teknologi informasi dapat meningkatkan efisiensi,
kecepatan, ketelitian dalam proses produksi. Sistem ini meliputi pengontrol
navigasi, kemudi otomatis, pengendalian posisi traktor dan implemennya
menggunakan DGPS, dan sistim sensor untuk pengenalan lingkungan.
Konsep otomasi robotik pada kendaraan sudah banyak diteliti sejak 50
tahun yang lalu. Pengoperasiannya mencakup berbagai bidang industri, militer
dan pertanian, dengan berbagai tujuan dan penggunaan. Pada pemanfaatan
robotika di sektor industri, sebuah robot industri merupakan manipulator kendali
otomatis dengan tiga atau lebih sumbu yang tetap atau bergerak di dalam ruangan
(indoor). Robot industri biasanya berbentuk mobil, dimana standar navigasi
kontrolnya dapat dengan mudah dilakukan karena lingkungannya terstruktur.
Berbeda dengan pemanfaatan robotika di sektor industri, untuk aplikasi pada
bidang pertanian robot yang digunakan harus dapat mengadaptasi lingkungan
alam seperti lahan pertanian dan ruas jalan (Morimoto 2003). Keberhasilan
aplikasi sistem tersebut di lingkungan lahan pertanian dipengaruhi berbagai faktor
seperti slip roda penggerak, lintasan yang tidak rata atau bergelombang, serta
kondisi lingkungan (hujan, asap, dan kabut). Hal tersebut menunjukkan bahwa
jenis sensor untuk kendali kendaraan pertanian tergantung pada status lapangan.
Penggunaan robot untuk otomasi dari masa ke masa dirancang sesuai
dengan kebutuhan manusia. Oleh karenanya otomasi pada traktor pertanian harus
memenuhi beberapa persyaratan, yaitu: multi fungsi dalam pemakaian di lapangan
serta mudah dalam pengoperasian dan perawatan dengan biaya yang terjangkau
(Soetiarso 2001). Kondisi sosiokultural pertanian di Indonesia pada umumnya
belum memadai untuk diperlakukan secara otomasi. Meskipun demikian upaya
2
otomasi harus tetap dilakukan untuk mengikuti perkembangan ilmu pengetahuan
dan mengantisipasi sistim pertanian masa depan.
Otomasi sistem kemudi traktor merupakan upaya untuk meningkatkan
efisiensi pengolahan lahan pertanian. Otomasi tersebut dapat mengurangi kerja
operator traktor dan dapat mengontrol pola pengolahan lahan melalui jalur
lintasan yang harus dilalui traktor secara mudah. Sistem kontrol yang tepat dan
akurat sangat dibutuhkan agar sistem kemudi traktor 4 roda dapat dikendalikan
dengan baik. Sampai saat ini sistem kontrol untuk kemudi traktor yang akan
diterapkan untuk pengolahan tanah masih belum dikembangkan di Indonesia.
Oleh karena itu, penelitian otomasi traktor pertanian khususnya sistem kontrol
kemudi pada traktor 4 roda perlu dilakukan.
Program otomasi di masa depan akan menjadi satu pada sistim jaringan
dimana kendaraan dapat berkomunikasi langsung dengan jaringan komputer.
Pemantauan kondisi mesin, kontrol dan data dapat diperoleh langsung di
lapangan. Jalur lintasan yang dilewati dapat diketahui pada saat yang bersamaan
dengan saat melintasnya (real time) dan dengan pemantauan fungsi mesin, kondisi
lapangan dan konsisi operator. Pada saat yang sama kendaraan juga dihubungkan
dengan GIS dalam perencanaan kerjanya (Tharom et al. 2000).
Hal yang perlu dilakukan terlebih dahulu dalam pengembangan otomasi
sistem kemudi traktor tersebut adalah menyelidiki mekanisme sistem kemudi
traktor serta mengembangkan algoritma dan sistem kontrol yang dapat
mensinkronkan gerakan maju traktor dengan gerakan mekanisme kemudi traktor.
Disamping itu, traktor otomatis yang dikembangkan harus dapat beradaptasi
dengan lingkungan alam seperti kondisi lahan pertanian (on farm) dan ruas jalan
(off farm).
Pada disertasi ini penelitian menggunakan traktor mini dengan penggerak
4 roda (4 Wheels Mini Tractor). Pemilihan traktor dengan penggerak 4 roda agar
traktor dapat bekerja pada berbagai kondisi, baik itu di lahan pertanian (on farm)
juga di tegalan (off farm). Selain itu penggunaan traktor 4 roda juga memiliki titik
gandeng (three-point hitch linkage) sehingga memungkinkan untuk menggandeng
berbagai jenis perlengkapan tambahan (implement)
3
Beberapa jenis sensor yang dapat digunakan untuk otomasi kemudi traktor
adalah: sensor inframerah, sensor ultrasonic, sensor RTK-DGPS, sensor kamera,
sensor sinar laser, navigasi radio dan lain-lain. Pada penelitian ini dipilih
menggunakan RTK-DGPS karena RTK-DGPS memiliki cakupan posisi yang
universal dan presisi. RTK-DGPS memilik akurasi yang sangat baik dengan
simpangan dibawah 5 cm
Penelitian otomasi kemudi traktor dengan panduan RTK-DGPS yang
dituangkan dalam disertasi ini diharapkan dapat berguna bagi pengembangan
otomasi traktor pertanian 4 roda secara keseluruhan di Indonesia. Penelitian
sejenis juga dapat dikembangkan untuk otomasi akselerator, transmisi, tuas untuk
menaikkan peralatan yang digandeng (implement), power take off (PTO), on-off
mesin traktor, sensor posisi dan lain-lain.
Tujuan Penelitian
Secara umum penelitian ini bertujuan membuat disain lapang (field design)
perangkat kontrol untuk otomasi kemudi traktor 4 roda dengan menggunakan
LabVIEW dan sensor RTK-DGPS (Real Time Kinematic Differential Global
Positining System) yang dapat dioperasikan di lahan tegalan secara efektif dan
efesien.
Tujuan khusus dari penelitian ini adalah:
1. Mempelajari karakteristik sistim kemudi traktor dan modifikasi kontrol
otomatis sistim kemudi.
2. Membangun sistim kontrol kemudi pada traktor 4 roda dengan bantuan RTKDGPS sebagai pemandu jalannya traktor dan membangun prototip perangkat
pengontrol kemudi traktor secara mekatronis.
3. Melakukan uji lapangan untuk mengukur kinerja prototip sistim kontrol.
Manfaat Hasil Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah ditemukannya model awal dari traktor
otomatis yang dapat dipergunakan untuk lintasan lurus dengan panduan RTKDGPS untuk mencapai target.
4
Pendekatan Masalah
Efektifitas dan produktivitas traktor pertanian tidak diragukan pada suatu
operasi pertanian. Besar harapan untuk dapat meningkatkannya dari masa kemasa,
sehingga nilai efisiensi operasi traktor pertanian terus meningkat. Berbagai cara
dan metode diupayakan untuk meningkatkan efisiensi tersebut, salah satunya
dengan otomasi kemudi traktor.
Otomasi kemudi traktor merupakan hal yang menarik untuk dikerjakan
karena dengan otomasi kemudi banyak aspek otomasi lain yang dapat
dikembangkan. Diantaranya, dengan bantuan GIS dapat dilakukan pekerjaan
optimasi pengerjaan lahan, perlakuan yang diperlukan pada lahan dan lain-lain.
Otomasi kemudi traktor adalah mengembangkan sistem kemudi dengan
menambahkan beberapa perangkat sehingga sistem tersebut dapat berfungsi
secara
otomatis.
Perangkat
dimaksud
berupa:
aktuator,
sensor
beserta
pendukungnya. Aktuator yang berfungsi sebagai penggerak roda kemudi,
sedangkan sensor berfungsi memantau gerakan roda kemudi. Sensor juga
menentukan ke mana arah dan besar putaran kemudi serta kecepatan belok
kemudi. Secara fungsional sensor memiliki fungsi sebagai penuntun dan
pemantau kondisi traktor. Sensor yang umumnya dipakai sebagai penuntun
otomasi kemudi traktor adalah: sensor inframerah, sensor ultrasonic, sensor RTKDGPS, sensor kamera, sensor sinar laser, navigasi radio dan lain-lain. Sedangkan
sensor pemantau yang biasa dipakai adalah rotary encoder dan potesiometer.
Pada penelitian ini dipilih RTK-DGPS sebagai sensor penuntun karena
RTK-DGPS memiliki cakupan posisi yang universal dan presisi. RTK-DGPS
memilik akurasi yang sangat baik dengan simpangan kurang dari 5 cm, sedangkan
untuk sensor pemantau menggunakan potensiometer. Pengolahan keseluruhan
perangkat diatas dilakukan di komputer dengan perangkat lunak (software)
LabVIEW untuk aplikasi kontrol, pengujian, pengukuran dan otomasi.
Kerangka konsep pendekatan masalah tahap penelitian disajikan pada
Gambar 1
Kebaruan (Novelty)
Kebaruan pada penelitian ini pada otomasi sistem kemudi traktor 4 roda
dan penggunaan RTK-DGPS dengan sistem koreksi NTRIP (Networked
5
Transport of RTCM via Internet Protocol) sebagai sensor posisi digunakan pada
bidang pertanian. Bidang tersebut pertama kali dilakukan dibidang pertanian
Indonesia
6
7
TINJAUAN PUSTAKA
Konsep Otomatisasi Traktor Pertanian
Kontrol otomatis pada traktor pertanian telah dipelajari sejak beberapa
dekade yang lalu. Manfaat dari traktor pertanian otomatis meliputi peningkatan
produktivitas, peningkatan ketelitian aplikasi, dan peningkatan keselamatan
operasi (Reid et al. 2000). Kontrol kemudi merupakan kombinasi hidrolik dan
atau komponen elektronik yang menyebabkan roda kemudi berputar sesuai
keinginan. Berbagai teknologi pengendalian yang mencakup kontrol mekanik,
kontrol arah-mesin, navigasi radio, dan kontrol ultrasonik juga telah diteliti oleh
(Reid et al. 2000; Guo et al. 2003). Kebanyakan pekerjaan dinamika traktor hanya
mempertimbangkan
faktor
traktor
tanpa
menentukan
karakteristik
pengendaraannya.
Sistem kontrol kendaraan pertanian mendapat perhatian kalangan peneliti
lebih dari lima puluh tahun. Kebutuhan agar operator tidak harus selalu memutar
roda kemudi ketika menggunakan perlengkapan tambahan merupakan alasan yang
sering disebutkan bagi digunakannya sistim pengendalian (Wilson 2000). Para
peneliti
di
Universitas
Illinois
telah
sukses
mengembangkan
dan
mendemonstrasikan suatu prototip traktor otomatik yang dapat melakukan
penanaman otomatis dan pemupukan lahan (Zhang 1999).
Pada sistim pengendalian otomatis, operator menyetir kendaraannya
(traktornya) kurang lebih pada sebelah kanan ujung lahan, kemudian sistim
otomatis ini mengambil alih penyetiran traktor pada garis lurus. Operator hanya
memutar balik traktor di ujung lahan (Keicher and Seufert 2000). Walaupun
sistim pengendalian otomatis tidak menggantikan operator, hampir semua waktu
operator dapat digunakan untuk konsentrasi pada peralatan tambahan (implement)
traktor atau rileks tanpa harus melakukan mengemudi traktor. Sistim pengendalian
otomatis biasanya terdiri dari sensor-sensor posisi traktor, kontroler lintasan dan
aktuator untuk mengendalikan traktor tersebut (Reid et al. 2000). Teknologi yang
sama dapat diterapkan untuk kendaraan pertanian otomatis penuh (full otomatic).
Karena
itu
selama
bertahun
tahun
berbagai
usaha
dilakukan
untuk
8
mengembangkan sistim pengendalian otonomos atau dapat berjalan sendiri (Torii
2000).
Kontrol Gerak Non-holonomik
Saat derajat kebebasan sistem robot tidak independen seperti mobil yang
tidak dapat berputar disekitar porosnya tanpa merubah posisinya, maka keadaan
tersebut dapat dikatakan melakukan kontrol gerak non holonomic. Kondisi
tersebut menunjukkan setiap jalur dalam konfigurasi ruang bebas belum tentu
sesuai dengan yang semestinya. Kontrol gerak robot seperti mobil akan
membutuhkan komputasi yang sangat ekstensif karena kendala nonholonomic.
Kendala nonholonomic merupakan pembatasan kecepatan sebuah objek yang
diijinkan. Robot tersebut dapat bergerak dibeberapa arah (maju dan mundur),
tetapi tidak kearah yang lain (sisi ke sisi). Contoh hal tersebut mudah dilihat pada
robot beroda. Gambar 2 menunjukkan gerakan robot beroda sedangkan Gambar 3
menunjukkan model kendaraan kendali diferensial.
Gambar 2. Konsep steering diferensial pada robot beroda (Ahmed 2006)
Gambar 3. Model kemudi diferensial (Ahmed 2006)
9
Gambar 4 menunjukan suatu contoh model kinematik yang dapat
dilakukan oleh suatu kendaraan automasi, dimana xr, yr merupakan suatu
koordinat sumbu kartesius pada titik tengah dari roda belakang suatu kendaraan
automasi, θ merupakan sudut orientasi, α adalah sudut kemudi dan l adalah jarak
antara bagian depan dan belakang kendaraaan.
Gambar 4. Suatu model kinematik dari mobil seperti robot (Ahmed 2006)
Kendaraan automasi melakukan dua macam gerak nonholonomic yang
membatasi, yaitu mengikuti fungsi;
sin
sin
cos
0…………………………………………[1]
0…………………………………………………………[2]
dimana αfr dan θfr merupakan koordinat dari bagian roda depan kendaraan
automasi.
Perencanaan gerakan sistim non holomik adalah terkait dengan penentuan
rencana pergerakan loop terbuka yang menyetir sistim non holomonik dari
konfigurasi awal ke akhir pada interval waktu tertentu. Perencanaan gerakan non
holomik merupakan tugas yang rumit, maka perencanaan gerakan non holmonik
perlu dibandingkan dengan perencanaan gerakan holmonik. Pada perencanaan
gerak holmonik dimungkinkan terjadinya gerakan yang berubah-ubah pada ruang.
Sebagai contoh suatu piringan yang menggulung dengan terjadi slip dapat
melakukan gerakan berubah ubah dengan berganti dari gerakan tanpa slip ke
gerakan dengan slip. Keadaan akan sebaliknya dimana piringan tersebut dibatasi
10
hanya menggulung tanpa slip maka gerakan berubah ubah tidak akan terjadi.
Kesulitan perencanaan gerakan non holmonik bermula dari sini.
Kontrol Dengan Umpan Balik
Sistem kontrol (control system) adalah suatu alat (kumpulan alat) untuk
mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem. Contoh
sederhana istilah sistem kendali ini dapat dipraktekkan untuk mengendalikan stir
traktor pada saat kita mengendarai/menyetir traktor kita. Banyak contoh lain
dalam bidang industri atau instrumentasi dan dalam kehidupan kita sehari-hari di
mana sistem ini dipakai. Alat pendingin (AC) merupakan contoh yang banyak kita
jumpai yang menggunakan prinsip sistem kendali, karena suhu ruangan dapat
dikendalikan sehingga ruangan berada pada suhu yang kita inginkan.(Wikipedia)
Secara umum sistim kontrol terbagi atas:
1. Sistem kontrol lup terbuka adalah sistem kontrol yang keluarannya tidak
berpengaruh pada aksi pengontrolan, jadi keluarannya tidak diukur atau
diumpan balikan untuk dibandingkan dengan masukan.
Masukan
Kontroler
Proses
Keluaran
Gambar 5 Sinyal lup terbuka
2. Sedangkan sistim kontrol lup tertutup merupakan sistem kontrol yang sinyal
keluarannya mempunyai pengaruh langsung pada aksi pengontrolan. Sistem
kontrol lup tertutup adalah system kontrol berumpan balik, sehingga sinyal
kesalahan penggerak merupakan selisih antara sinyal masukan dan sinyal
umpan-balik
Masukan
Kontroler
∑
Proses
Umpan Balik
Keluaran
11
Gambar 6 Sinyal lup tertutup umpan balik negatif
Pada otomasi sistim kemudi traktor dimana umpan balik dipergunakan
sebagai parameter kondisi traktor, maka digunakan sistim kontrol sinyal tertutup.
Gambar 7 Dasar dari arah pembacaan untuk suatu robot otomatis beroda (a) titik
ke titik pergerakan, (b) jalur garis yang dilalui, (c) alur lintasan kerja.
(Junyusen 2005)
Gambar 7 mengasumsikan tugas bekerja dalam lingkungan bebas. Secara umum
(De Luca et al. 1998) membagi tugas dasar gerak robot adalah:
12
•
Gerak robot dari titik ke titik (point-to-point): robot harus mencapai tujuan
dari titik awal ke titik tujuan
•
Robot mengikuti jalur tertentu (path following): robot harus mencapai tujuan
akhir yang diinginkan yang dimulai dari konfigurasi awal sementara pada saat
yang bersamaan, robot harus mengikuti lintasan pada sumbu Cartesian.
•
Mengikuti lintasan (trajectory following): robot harus mencapai posisi akhir
lintasan pada sumbu geometri Cartesian.
Tugas dapat diperoleh dengan menggunakan lup terbuka, kontrol umpan balik
(loop tertutup) atau kombinasi antar
keduanya. Karena sistem umpan balik
kontrol baik dapat mengantisipasi gangguan, maka akan dipilih untuk digunakan.
Pengaruh Slip Pada Kontrol Steering
Secara umum pengujian di lahan karena reaksi dengan tanah; mobilisasi
traktor merupakan fungsi dari kondisi tanah, traktor, dan iklim setempat. Sehingga
pengujian di lahah bergantung pada:
1. Gaya reaksi tanah, yaitu gaya reaksi dari tanah yang arahnya tegak lurus
terhadap permukaan roda dan melewati sumbu roda. Gaya reaksi tanah
menentukan kekuatan tanah saat dilintasi traktor. Hal ini berkaitan dengan
kompleksitas, ketidakseragaman dan keragaman sifat-sifat tanah. Pada
kondisi tanah dengan kekerasan tidak seragam dan atau bongkahan besar
dapat terjadi benturan pada roda. Sebaliknya pada kondisi tanah dengan kadar
air sangat tinggi akan membuat traktor slip.
2. Tahanan gelinding (rolling resistence), yaitu tahanan pada roda kendaraan di
atas permukaan tanah. Besarnya tahanan ini tergantung pada permukaan tanah
tempat bekerja traktor (Filiyanti 2009). Tahanan tersebut terjadi akibat adanya
kompaksi pada tanah. Besarnya tahanan gelinding adalah besarnya energi
yang dilakukan untuk mengubah bentuk tanah (Roh 2009)
3. Traksi pada roda, yaitu gaya yang diberikan oleh mesin penggerak pada roda
supaya traktor bergerak. Besar gaya traksi bergantung pada :1) besarnya
beban yang di tumpu oleh ban: semakin besar beban maka semakin besar
gaya traksinya, 2) koefisien gesek antara ban dengan landasan (semakin besar
koefisien gesek maka semakin besar gaya traksinya). Sehingga traksi
memberi batasan besar torsi yang mampu diterima oleh traktor agar tetap
13
dapat berjalan dengan baik di landasan (Roh 2009). Gaya traksi horisontal
yang disalurkan (diteruskan) antara mesin dan tanah tergantung oleh kekuatan
tanah dan parameter desain mesin. Dalam hal ini, besar gaya traksi
maksimum adalah sama dengan jumlah kuat geser tanah di atas luasan kontak
(ground contact) total semua roda penggerak mesin (traktor) (McKyes 1985).
Dengan ketiga kendala di atas maka kendali traktor tidak dapat hanya bergantung
pada sistem kemudi saja (http://id.wikipedia.org/wiki/Traktor). Masalah ini dapat
diatasi dengan menggunakan beberapa cara, yaitu:
1.
Gunakan pengereman roda kiri atau kanan untuk belok kekiri atau kanan
2.
Gunakan kunci diferensial (differential lock) untuk mempertahankan kondisi
pada saat traktor berjalan lurus.
Sensor Untuk Pengindera
Para peneliti menekankan pemilihan sensor untuk kendali yang tepat dari
kendaraan pertanian. Salah satu sensor kendali adalah kontribusi sistem kendali
kendaraan pertanian yang menggunakan GPS, perhitungan titik henti (dead
reckoning) dan sensor inersia, visi mesin, laser triangulasi, dan multi sensor.
Sebuah gambaran singkat perpaduan dari sensor navigasi, model gerak kendaraan,
rencana navigasi, dan kontrol kemudi diilustrasikan pada Gambar 8.
Gambar 8 Elemen dasar suatu sistem kendaraan automasi pertanian
(Reid et al. 2000)
14
Beberapa sensor yang biasa digunakan pada system otomasi di lintasan
adalah:
1. Sensor Proximity (sensor jarak), di mana sensor ini dapat mendeteksi benda
tanpa menyentuh benda tersebut. Sensor ini bekerja dengan memancarkan
medan elektromagnetik atau radiasi elektromagnetik (inframerah misalnya).
Objek yang menjadi target sering disebut dengan target sensor. Jarak
maksimum sensor ini bervariasi, bebrapa sensor memilik kisaran jarak yang
dapat di sesuaikan (wikipedia). Rata-rata jarak diteksi untuk warna putih
sejauh 5-25 cm. Sensor ini memiliki keandalan yang tinggi dan umur
fungsional yang panjang karena tidak memiliki bagian mekanis dan kurangya
kontak fisik antar sensor dan objek.
2. Sesor infra merah, sistem yang pada dasarnya menggunakan inframerah
sebagai media komunikasi data antara receiver dan transmitter. Sistem akan
bekerja jika sinar infra merah yang dipancarkan terhalang oleh suatu benda
yang mengakibatkan sinar infra merah tersebut tidak dapat terdeteksi oleh
penerima. Keuntungan atau manfaat dari sistem ini dalam penerapannya
antara lain sebagai pengendali jarak jauh, alarm keamanan, otomatisasi pada
sistem.Pemancar pada sistem ini tediri atas sebuah LED infra merah yang
dilengkapi dengan rangkaian yang mampu membangkitkan data untuk
dikirimkan melalui sinar infra merah, sedangkan pada bagian penerima
biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau modul inframerah yang
berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.
(Anto Susilo 2009)
3. Sensor ultrasonik, yang bekerja dengan prinsip serupa dengan radar. Cara
mengenali target melalui pantulan dari gelombang yang dihasilkannya.
Gelombang yang dihasilkan berfrekuensi tinggi (di atas 1800 hertz) dan
diterima oleh sensor. Untuk menentukan jarak obyek, sensor menghitung
selisih interval waktu antara pengrirman dan penerimaan sinyal. Teknologi ini
dapat digunakan untuk mengukur kecepatan dan arah angin. Berbagai aplikasi
yang telah digunakan seperti pada pengukuran kelembababan, USG medis,
pengujian tak merusak (non-destructive test) (Wikipedia).
4. Sensor GPS, yaitu sistem radio navigasi dan penentuan posisi menggunakan
satelit. Sistem ini dapat digunakan oleh banyak orang dan dalam segala
15
macam cuaca, serta didesain untuk memberikan informasi mengenai posisi
dan waktu secara kontinyu di seluruh dunia (Muh. Altin Massinai 2005). GPS
secara luas digunakan untuk lokalisasi robot dan objek bergerak, dan
pelacakan
manusia.
Posisi
absolut
dari
penerima
GPS
ditentukan
menggunakan teknik triangulasi sederhana berdasarkan waktu tempuh sinyal
radio yang secara unik dikodekan dari satelit. Masalah utama dari sistem GPS
meliputi: i) waktu sinkronisasi antara satelit dan penerima, ii) lokasi real time
satelit yang tepat, iii) tingkat kesulitan untuk mengukur waktu propagasi
sinyal iv) noise elektromagnetik dan pengaruh lain seperti penyumbatan sinyal
periodik oleh pohon-pohon dan bangunan saat platform pengujian bergerak di
bawah atau didekat pohon-pohon atau bangunan. Kekurangan utama yang lain
dari GPS adalah degradasi sinyal terjadi ketika penerimaan dari satelit tujuan
asal menunjukkan sinyal kurang dari empat satelit atau ketika interferensi. Hal
tersebut terjadi terhadap jarak yang pendek dalam suatu lintasan perjalanan
kendaraan automasi.
RTK-DGPS
1. RTK-DGPS adalah sistem navigasi berbasis satelit yang sering digunakan
pada teknik survei tanah. Pada penggunaannya menggunakan fase (carrier
phase) dari GPS Glonass dan atau sinyal Galileo. Sistem ini menggunakan
stasiun referensi yang mengirimkan data koreksi presisi tingkat tinggi (ordo
centimeter) secara real time. (Wikipedia).
2. Sistim koreksi, secara umum ada dua metode dalam mengirim data koreksi,
yaitu dengan menggunakan:
a. frekuensi radio, aplikasi metode ini membutuhkan base station dekat
dengan area kerja DGPS yang bekerja bergerak di lapangan (mobile), data
koreksi dikirim dengan frekuensi radio. Secara umum, sistem tersebut
merupakan sistem frekuensi-rangkap (Gan-Mor dan Clark, 2001).
Kelemahan dari sistem ini pada wilayah yang koreksi, yaitu hanya seluas
jangkauan frekuensi radio.
b. melalui internet, aplikasi lain yang digunakan saat ini dan terbukti praktis
untuk penggunaan DGPS adalah pengirimak koreksi melalui internet.
16
Sistem bernama NTRIP (Networked Transport of RTCM via Internet
Protocol), sebuah jaringan dari RCTM (Radio Technical Commission. for
Maritime Services), yang dikembangkan oleh Federal Agency for
Cartography and Geodesy of Germany, sebuah Badan di Jerman untuk
Kartografi dan Geodesi. Dengan NTRIP memungkinkan data koreksi RTK
dikirim melalui GSM, GPRS, EDGE, atau UTMS. Dengan menggunakan
NTRIP akses koreksi dapat digunakan pada radius yang cukup luas (Lenz
2004)
3. Format NMEA adalah format data keluaran GPS, sebanyak lima jenis yaitu
NMEA 0180, NMEA 0182, NMEA 0183, AVIATION, dan PLOTTING.
Format tersebut ditetapkan oleh NMEA (National Maritime Electronic
Association). Pada umumnya data keluaran yang digunakan adalah format
data NMEA 0183 berbentuk kalimat (string) yang merupakan rangkaian
karakter ASCII 8 bit. Setiap kalimat (string) diawali dengan satu karakter '$',
dua karakter Talker ID, tiga karakter Sentence ID, dan diikuti oleh data
koordinat lapangan yang masing-masing dipisahkan oleh koma serta diakhiri
oleh optional checksum dan karakter cariage return/line feed (CR/LF) (Ali
Murtadlo, 2010). NMEA-0183 berisi informasi yang berhubungan dengan
geografi seperti tentang waktu, longitude, latitude, ketinggian, kecepatan dan
masih banyak lagi. Untuk menampilkan informasi yang lebih dimengerti oleh
user data NMEA-0183 perlu diolah lebih lanjut (Andi 2009).
Jenis-jenis kalimat NMEA:
a. $GPGGA (Global Positioning System Fixed Data)
Contoh:
$GPGGA,092204.999,4250.5589,S,14718.5084,E,1,04,24.4,19.7,M,,,,0000*1F
Tabel 1 Deskripsi $GPGGA
Field
Sentence ID
UTC Time
Latitude
N/S Indicator
Longitude
E/W Indicator
Position Fix
Contoh isi Deskripsi
$GPGGA
092204.999 hhmmss.sss
4250.5589 ddmm.mmmm
S
N = North, S = South
14718.5084 dddmm.mmmm
E
E = East, W = West
0 = Invalid, 1 = Valid SPS, 2 =
1
Valid DGPS, 3 = Valid PPS
17
Satellites Used
HDOP
04
24.4
Altitude
19.7
Altitude Units
M
Geoid Seperation
Seperation Units
DGPS Age
DGPS Station ID 0000
Checksum
*1F
Terminator
CR/LF
Satellites being used (0-12)
Horizontal dilution of precision
Altitude in meters according to
WGS-84 ellipsoid
M = Meters
Geoid seperation in meters
according to WGS-84 ellipsoid
M = Meters
Age of DGPS data in seconds
c. $GPGLL (Geographic –Latitude/Longitude
Contoh: $GPGLL,4250.5589,S,14718.5084,E,092204.999,A*2D
Tabel 2 Deskripsi $GPGLL
Field
Sentence ID
Latitude
N/S Indicator
Longitude
E/W Indicator
UTC Time
Status
Checksum
Terminator
Contoh isi
$GPGLL
4250.5589
S
14718.5084
E
092204.999
A
*2D
CR/LF
Deskripsi
ddmm.mmmm
N = North, S = South
dddmm.mmmm
E = East, W = West
hhmmss.sss
A = Valid, V = Invalid
d. $GPGSA (GNSS DOP and Aktive Satelites)
Contoh: $GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A
Tabel 3 Deskripsi $GPGSA
Field
Sentence ID
Mode 1
Mode 1
Satellite used 1
Satellite used 2
Satellite used 3
Contoh isi
$GPGSA
A
3
01
20
19
Deskripsi
A = Auto 2D/3D, M = Forced 2D/3D
1 = No fix, 2 = 2D, 3 = 3D
Satellite used on channel 1
Satellite used on channel 2
Satellite used on channel 3
18
Satellite used 4
Satellite used 5
Satellite used 6
Satellite used 7
Satellite used 8
Satellite used 9
Satellite used 10
Satellite used 11
Satellite used 12
PDOP
HDOP
VDOP
Checksum
Terminator
13
40.4
24.4
32.2
*0A
CR/LF
Satellite used on channel 4
Satellite used on channel 5
Satellite used on channel 6
Satellite used on channel 7
Satellite used on channel 8
Satellite used on channel 9
Satellite used on channel 10
Satellite used on channel 11
Satellite used on channel 12
Position dilution of precision
Horizontal dilution of precision
Vertical dilution of precision
e. $GPGSV (GNSS Satelite In View)
Contoh:
$GPGSV,3,1,10,20,78,331,45,01,59,235,47,22,41,069,,13,32,252,45*70
Tabel 4 Deskripsi $GPGSV
Field
Sentence ID
Contoh isi Deskripsi
$GPGSV
Number of messages in complete
Number of messages 3
message (1-3)
Sequence number of this entry
Sequence number
1
(1-3)
Satellites in view
10
Satellite ID 1
20
Range is 1-32
Elevation 1
78
Elevation in degrees (0-90)
Azimuth 1
331
Azimuth in degrees (0-359)
Signal to noise ration in dBHZ
SNR 1
45
(0-99)
Satellite ID 2
01
Range is 1-32
Elevation 2
59
Elevation in degrees (0-90)
Azimuth 2
235
Azimuth in degrees (0-359)
Signal to noise ration in dBHZ
SNR 2
47
(0-99)
Satellite ID 3
22
Range is 1-32
19
Elevation 3
Azimuth 3
41
069
SNR 3
Satellite ID 4
Elevation 4
Azimuth 4
13
32
252
SNR 4
45
Checksum
Terminator
*70
CR/LF
Elevation in degrees (0-90)
Azimuth in degrees (0-359)
Signal to noise ration in dBHZ
(0-99)
Range is 1-32
Elevation in degrees (0-90)
Azimuth in degrees (0-359)
Signal to noise ration in dBHZ
(0-99)
f. $GPRMC (Recommended Minimum Specific GNSS Data)
Contoh:
$GPRMC,092204.999,A,4250.5589,S,14718.5084,E,0.00,89.68,211200,,*
25
Tabel 5 Deskripsi $GPRMC
Field
Sentence ID
UTC Time
Status
Latitude
N/S Indicator
Longitude
E/W Indicator
Speed over ground
Course over ground
UTC Date
Magnetic variation
Checksum
Terminator
Contoh isi
$GPRMC
092204.999
A
4250.5589
S
14718.5084
E
0.00
0.00
211200
Deskripsi
hhmmss.sss
A = Valid, V = Invalid
ddmm.mmmm
N = North, S = South
dddmm.mmmm
E = East, W = West
Knots
Degrees
DDMMYY
Degrees
*25
CR/LF
g. $GPVTG (Course Over Ground and Ground Speed)
Contoh: $GPVTG,89.68,T,,M,0.00,N,0.0,K*5F
20
Tabel 6 Deskripsi $GPVTG
Field
Sentence ID
Course
Reference
Course
Reference
Speed
Units
Speed
Units
Checksum
Terminator
Contoh isi Deskripsi
$GPVTG
89.68
Course in degrees
89.68
T = True heading
Course in degrees
89.68
M = Magnetic heading
0.00
Horizontal speed
N
N = Knots
0.00
Horizontal speed
K
K = KM/h
*5F
CR/LF
4. Sistem Konversi, adalah prosedur matematis yang memungkinkan hasil
pengukuran yang dilakukan di permukaan bumi secara fisik bisa digambarkan
diatas bidang datar (peta). Karena permukaan bumi tidak teratur maka akan
sulit untuk melakukan perhitungan-perhitungan langsung dari pengukuran.
Untuk itu diperlukan pendekatan secara matematis (model) dari bumi fisis
tersebut. Model matematis bumi yang digunakan adalah ellipsoid putaran
dengan besaran-besaran tertentu. Maka secara matematis proyeksi peta
dilakukan dari permukaan ellipsoid putaran ke permukaan bidang datar (Ira
2004). Ada beberapa system konversi, diantaranya:
a. Sistim proyeksi ECEF (Earth-Centered, Earth-Fixed) merupakan sistem
koordinat Cartesian tiga dimensi X, Y, dan Z, dimana titik (0,0,0)
didefinisikan sebagai pusat massa bumi. Oleh sebab itu diberi nama Pusat
Bumi dimana sumbunya sejajar dengan Referensi Kutub Internasional
(IRP) dan International Referensi Meridian (IRM) yang tetap terhadap
permukaan bumi, maka dinamakan Bumi Tetap.
Dimana sistim koordinatnya adalah sumbu z menunjuk ke arah utara,
sumbu x memotong bola bumi pada 0 ° lintang (Equator) dan 0 ° bujur
(Greenwich) dan sumbu Y memanjang dari geocenter ke persimpangan
Khatulistiwa dan meridian 90° ke timur di bidanga meridian utama. Ini
berarti bahwa ECEF berputar dengan bumi dan karena itu, koordinat titik
21
tetap di permukaan bumi tidak berubah. Konversi dari Datum WGS84
untuk ECEF dapat digunakan sebagai langkah menengah dalam
mengkonversi kecepatan ke Timur Utara sistem