T1__BAB III Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Algoritma Pencarian Titik Api (Pointing) Mengunakan Kamera pada Robot Pemadam Api T1 BAB III
BAB III
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai konsep dasar sistem, perancangan
mekanik robot, serta perangkat lunak dari algoritma robot, dan metode pengujian.
3.1.
Konsep Dasar Sistem
Untuk membuat algoritma yang baik, sebelumnya harus ada sebuah sistem
perangkat keras yang berguna untuk membantu kinerja dari algoritma yang diinginkan
dalam mencapai tujuan suatu robot itu dibuat. Gambar 3.1 menunjukkan blok diagram
sistem dari robot.
SRF
IR
Arduino
Mega2560
UV-Tron
Sensor Garis
Driver Motor
Kiri
Motor
Kiri
Driver Motor
Kanan
Motor
Kanan
Kipas
Kamera
Servo
Horizontal
Servo
Vertikal
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem
Mikrokontroler yang digunakan sebagai pengontrol utama robot adalah Arduino
Mega2560. Sedangkan ada tiga bagian penting lainnya yang digunakan dalam robot ini
sebagai penunjang, yaitu (ditunjukan dalam kotak berwarna):
12
a.
Kotak merah, adalah bagian sensor/input robot yang digunakan sebagai
penunjang pergerakan robot serta membantu dalam pointing api. Penunjang
pergerakan terdiri dari tiga buah SRF membantu dalam melakukan follow dan
tiga sensor garis (photodioda) digunakan untuk menemukan room. Sedangkan
dalam pointing api dibantu oleh UV-Tron dalam pendeteksi masih ada atau
tidaknya api dalam room dan sensor IR untuk menandakan jarak robot dengan api
sudah tepat pada saat akan memadamkan.
b.
Kotak biru, adalah bagian output robot berguna dalam pergerakan serta
pemadaman. Pergerakan dalam melakukan follow terdiri dari dua buah motor DC,
kiri dan kanan, lalu alat untuk pemadaman digunakan kipas.
c.
Kotak hijau, adalah bagian utama yang digunakan untuk pointing pemadaman api.
Terdiri dari kamera pixy dan dua buah servo baik secara horisontal dan vertikal.
Servo-servo tersebut dikontrol langsung oleh kamera.
3.2.
Perancangan Mekanik
Bagian ini menjelaskan tentang perancangan mekanik desain body robot dengan
maksimal dimensi (p × l × t) 31cm × 31cm × 27cm. Gambar 3.2 menunjukkan desain
awal robot yang dibuat.
13
1
3
2
4
5
6
9
8
7
Gambar 3.2. Desain awal robot
Keterangan nomor dari gambar diatas adalah :
1.
Kipas
2.
Arduino Mega2560
3.
Kamera
4.
SRF
5.
Sensor IR
6.
UV-Tron
7.
Sensor garis
8.
Driver Motor
9.
Motor
14
Perancangan navigasi robot saat melakukan follow kiri (menelusuri dinding
melalui jalur kiri) adalah sebagai berikut :
depan
60°
=5
60°
dinding
Gambar 3.3. Peletakan SRF pada robot
SRF (Ultrasonic Range Finder) adalah sensor ultrasonik yang berfungsi untuk
mengukur jarak suatu benda dengan prinsip memancarkan gelombang ultrasonik
kemudian menangkap pantulannya [10]. Gelombang ultrasonik termasuk gelombang
suara yang memiliki kecepatan sekitar
=34400cm/s. SRF kiri adalah sensor utama
ketika melakukan follow (follow kiri), di letakan 60° dari garis horizontal. Jarak ideal
antara robot dengan dinding ketika follow adalah
=5cm. Sehingga waktu
yang
diperlukan robot untuk dapat melakukan follow dengan baik adalah :
=
=
Nilai
2×
2×5
sin 60
sin 60
34400 /
= 0,000336
= 336µs
yang didapat menjadi nilai patokan robot ketika melakukan follow.
Sedangkan perancangan mekanik kamera dalam melakukan pointing adalah
sebagai berikut :
15
Servo vertikal
Servo horisontal
Gambar 3.4. Desain awal mekanik kamera
Terdiri dari dua buah servo di mana servo bawah bergerak secara horisontal yang
artinya membuat kamera bisa melihat ke kiri atau ke kanan, dan servo atas yang
bergerak secara vertikal di mana membuat kamera bisa melihat ke bawah atau ke atas.
Realisasi rancangan mekanik robot yang sudah dibuat ditunjukan oleh Gambar
3.5 dengan dimensi (p × l × t) 21cm × 21cm × 22cm dan bahan dasar untuk body adalah
akrilik.
a. Tampak kanan
b. Tampak tengah
16
c. Tampak kiri
d. Tampak belakang
Gambar 3.5. Realisasi desain robot
3.3.
Perancangan Elektronika
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika yang dipakai
dalam sistem yang akan dibuat. Perancangan elektronika dalam pembuatan tugas akhir
ini terdiri dari pengendali utama dan kamera.
3.3.1. Pengendali utama
Pengendali utama dari robot ini adalah Arduino Mega2560. Tugas-tugas
yang di lakukan oleh Arduino Mega2560 antara lain :
a.
Mengambil data dari SRF
b. Mengambil data dari sensor garis
c.
Mengambil data dari UV-Tron
d. Mengambil data dari sensor IR
e.
Mengolah data SRF, sensor garis, UV-Tron, dan sensor IR
f.
Menggerakan Motor
g. Menggerakan Kipas
h. Mengambil, mengolah serta mengirim data dari/ke kamera pixy
17
menggunakan jalur komunikasi SPI
Berikut adalah konfigurasi pin Arduino Mega2560 yang digunakan :
Tabel 3.1. Konfigurasi pin Arduino Mega2560
Nomor Pin
Fungsi
4
PWM1 driver motor Kanan
5
PWM2 driver motor Kanan
6
ENABLE driver motor kanan
12
sensor IR
14
Echo SRF tengah
15
trigger SRF tengah
16
Echo SRF kanan
17
trigger SRF kanan
18
Echo SRF kiri
19
trigger SRF kiri
38
Kipas
42
UV-Tron
43
ENABLE driver motor kiri
44
PWM1 driver motor kiri
45
PWM2 driver motor kiri
A13
Sensor garis 1
A14
Sensor garis 2
18
A15
Sensor garis 3
51
MOSI (SPI) Kamera
50
MISO (SPI) Kamera
52
SCK (SPI) Kamera
30
RST (SPI) Kamera
3.3.2. Kamera
Salah satu kelebihan kamera pixy yang digunakan pada tugas akhir ini
selain mempunyai algoritma pembacaan objek sendiri, kamera ini juga mampu
mengendalikan dua buah servo. Skema konfigurasi antara kamera pixy dengan
servo tersebut ditunjukan oleh Gambar 3.6.
Kuning
: Data
Merah
: Vcc
Coklat
: Ground
Gambar 3.6. Konfigurasi pin kamera dengan servo
19
3.4.
Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan algoritma yang digunakan pada robot. Algoritma
dapat dilihat dalam bentuk diagram alir sebagai berikut :
Mulai
A
Follow mencari
room
Tidak
Apakah room Ya
Tidak
Menghidupkan
pemadam selama
1 detik
terdeteksi?
Ya
Ya
Maju 5cm
Apakah api
sudah padam?
Hadap kanan
Tidak
Mencari api
Ya
Tidak
Tidak
Apakah sudah Ya
Follow keluar
room
dapat titik api?
Ya
Selesai
Mendekat ke titik api
Mempoisikan badan robot dan kamera
lurus di depan api
Apakah sudah
10cm dari api?
Tidak
Ya
A
Gambar 3.7. Diagram alir program
20
Penjelasan Algoritma
Posisi start Robot diletakan di depan pintu masuk room yang memiliki api, lalu
melakukan follow. Ketika sensor garis mendeteksinya adanya room dengan membaca
garis putih, maka robot akan maju sekitar 5cm lalu mencari api. Pertama kamera akan
melihat dari tengah, ke kiri, lalu ke kanan. Ketika tidak ditemukan api, maka robot akan
menghadap kanan lalu melakukan pencarian api lagi. Ketika api ditemukan, robot akan
menuju ke titik api sambil memposisikan badan robot serta posisi kamera tepat di depan
api. Pada saat robot sudah tepat berada di depan sumber api (sekitar 10cm dari api),
makan pemadam (kipas) akan dinyalakan selama satu detik. Ketika pemadam sudah
dinyalakan tetapi api masih terdeteksi maka robot akan menyalakan pemadam lagi.
Setelah api padam, maka robot akan melakukan follow keluar room dengan cara sensor
garis mendeteksi adanya garis, setelah keluar room maka robot akan berhenti.
21
PERANCANGAN SISTEM
Pada bab ini akan dijelaskan mengenai konsep dasar sistem, perancangan
mekanik robot, serta perangkat lunak dari algoritma robot, dan metode pengujian.
3.1.
Konsep Dasar Sistem
Untuk membuat algoritma yang baik, sebelumnya harus ada sebuah sistem
perangkat keras yang berguna untuk membantu kinerja dari algoritma yang diinginkan
dalam mencapai tujuan suatu robot itu dibuat. Gambar 3.1 menunjukkan blok diagram
sistem dari robot.
SRF
IR
Arduino
Mega2560
UV-Tron
Sensor Garis
Driver Motor
Kiri
Motor
Kiri
Driver Motor
Kanan
Motor
Kanan
Kipas
Kamera
Servo
Horizontal
Servo
Vertikal
Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem
Mikrokontroler yang digunakan sebagai pengontrol utama robot adalah Arduino
Mega2560. Sedangkan ada tiga bagian penting lainnya yang digunakan dalam robot ini
sebagai penunjang, yaitu (ditunjukan dalam kotak berwarna):
12
a.
Kotak merah, adalah bagian sensor/input robot yang digunakan sebagai
penunjang pergerakan robot serta membantu dalam pointing api. Penunjang
pergerakan terdiri dari tiga buah SRF membantu dalam melakukan follow dan
tiga sensor garis (photodioda) digunakan untuk menemukan room. Sedangkan
dalam pointing api dibantu oleh UV-Tron dalam pendeteksi masih ada atau
tidaknya api dalam room dan sensor IR untuk menandakan jarak robot dengan api
sudah tepat pada saat akan memadamkan.
b.
Kotak biru, adalah bagian output robot berguna dalam pergerakan serta
pemadaman. Pergerakan dalam melakukan follow terdiri dari dua buah motor DC,
kiri dan kanan, lalu alat untuk pemadaman digunakan kipas.
c.
Kotak hijau, adalah bagian utama yang digunakan untuk pointing pemadaman api.
Terdiri dari kamera pixy dan dua buah servo baik secara horisontal dan vertikal.
Servo-servo tersebut dikontrol langsung oleh kamera.
3.2.
Perancangan Mekanik
Bagian ini menjelaskan tentang perancangan mekanik desain body robot dengan
maksimal dimensi (p × l × t) 31cm × 31cm × 27cm. Gambar 3.2 menunjukkan desain
awal robot yang dibuat.
13
1
3
2
4
5
6
9
8
7
Gambar 3.2. Desain awal robot
Keterangan nomor dari gambar diatas adalah :
1.
Kipas
2.
Arduino Mega2560
3.
Kamera
4.
SRF
5.
Sensor IR
6.
UV-Tron
7.
Sensor garis
8.
Driver Motor
9.
Motor
14
Perancangan navigasi robot saat melakukan follow kiri (menelusuri dinding
melalui jalur kiri) adalah sebagai berikut :
depan
60°
=5
60°
dinding
Gambar 3.3. Peletakan SRF pada robot
SRF (Ultrasonic Range Finder) adalah sensor ultrasonik yang berfungsi untuk
mengukur jarak suatu benda dengan prinsip memancarkan gelombang ultrasonik
kemudian menangkap pantulannya [10]. Gelombang ultrasonik termasuk gelombang
suara yang memiliki kecepatan sekitar
=34400cm/s. SRF kiri adalah sensor utama
ketika melakukan follow (follow kiri), di letakan 60° dari garis horizontal. Jarak ideal
antara robot dengan dinding ketika follow adalah
=5cm. Sehingga waktu
yang
diperlukan robot untuk dapat melakukan follow dengan baik adalah :
=
=
Nilai
2×
2×5
sin 60
sin 60
34400 /
= 0,000336
= 336µs
yang didapat menjadi nilai patokan robot ketika melakukan follow.
Sedangkan perancangan mekanik kamera dalam melakukan pointing adalah
sebagai berikut :
15
Servo vertikal
Servo horisontal
Gambar 3.4. Desain awal mekanik kamera
Terdiri dari dua buah servo di mana servo bawah bergerak secara horisontal yang
artinya membuat kamera bisa melihat ke kiri atau ke kanan, dan servo atas yang
bergerak secara vertikal di mana membuat kamera bisa melihat ke bawah atau ke atas.
Realisasi rancangan mekanik robot yang sudah dibuat ditunjukan oleh Gambar
3.5 dengan dimensi (p × l × t) 21cm × 21cm × 22cm dan bahan dasar untuk body adalah
akrilik.
a. Tampak kanan
b. Tampak tengah
16
c. Tampak kiri
d. Tampak belakang
Gambar 3.5. Realisasi desain robot
3.3.
Perancangan Elektronika
Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan elektronika yang dipakai
dalam sistem yang akan dibuat. Perancangan elektronika dalam pembuatan tugas akhir
ini terdiri dari pengendali utama dan kamera.
3.3.1. Pengendali utama
Pengendali utama dari robot ini adalah Arduino Mega2560. Tugas-tugas
yang di lakukan oleh Arduino Mega2560 antara lain :
a.
Mengambil data dari SRF
b. Mengambil data dari sensor garis
c.
Mengambil data dari UV-Tron
d. Mengambil data dari sensor IR
e.
Mengolah data SRF, sensor garis, UV-Tron, dan sensor IR
f.
Menggerakan Motor
g. Menggerakan Kipas
h. Mengambil, mengolah serta mengirim data dari/ke kamera pixy
17
menggunakan jalur komunikasi SPI
Berikut adalah konfigurasi pin Arduino Mega2560 yang digunakan :
Tabel 3.1. Konfigurasi pin Arduino Mega2560
Nomor Pin
Fungsi
4
PWM1 driver motor Kanan
5
PWM2 driver motor Kanan
6
ENABLE driver motor kanan
12
sensor IR
14
Echo SRF tengah
15
trigger SRF tengah
16
Echo SRF kanan
17
trigger SRF kanan
18
Echo SRF kiri
19
trigger SRF kiri
38
Kipas
42
UV-Tron
43
ENABLE driver motor kiri
44
PWM1 driver motor kiri
45
PWM2 driver motor kiri
A13
Sensor garis 1
A14
Sensor garis 2
18
A15
Sensor garis 3
51
MOSI (SPI) Kamera
50
MISO (SPI) Kamera
52
SCK (SPI) Kamera
30
RST (SPI) Kamera
3.3.2. Kamera
Salah satu kelebihan kamera pixy yang digunakan pada tugas akhir ini
selain mempunyai algoritma pembacaan objek sendiri, kamera ini juga mampu
mengendalikan dua buah servo. Skema konfigurasi antara kamera pixy dengan
servo tersebut ditunjukan oleh Gambar 3.6.
Kuning
: Data
Merah
: Vcc
Coklat
: Ground
Gambar 3.6. Konfigurasi pin kamera dengan servo
19
3.4.
Perancangan Perangkat Lunak
Pada bagian ini akan dijelaskan algoritma yang digunakan pada robot. Algoritma
dapat dilihat dalam bentuk diagram alir sebagai berikut :
Mulai
A
Follow mencari
room
Tidak
Apakah room Ya
Tidak
Menghidupkan
pemadam selama
1 detik
terdeteksi?
Ya
Ya
Maju 5cm
Apakah api
sudah padam?
Hadap kanan
Tidak
Mencari api
Ya
Tidak
Tidak
Apakah sudah Ya
Follow keluar
room
dapat titik api?
Ya
Selesai
Mendekat ke titik api
Mempoisikan badan robot dan kamera
lurus di depan api
Apakah sudah
10cm dari api?
Tidak
Ya
A
Gambar 3.7. Diagram alir program
20
Penjelasan Algoritma
Posisi start Robot diletakan di depan pintu masuk room yang memiliki api, lalu
melakukan follow. Ketika sensor garis mendeteksinya adanya room dengan membaca
garis putih, maka robot akan maju sekitar 5cm lalu mencari api. Pertama kamera akan
melihat dari tengah, ke kiri, lalu ke kanan. Ketika tidak ditemukan api, maka robot akan
menghadap kanan lalu melakukan pencarian api lagi. Ketika api ditemukan, robot akan
menuju ke titik api sambil memposisikan badan robot serta posisi kamera tepat di depan
api. Pada saat robot sudah tepat berada di depan sumber api (sekitar 10cm dari api),
makan pemadam (kipas) akan dinyalakan selama satu detik. Ketika pemadam sudah
dinyalakan tetapi api masih terdeteksi maka robot akan menyalakan pemadam lagi.
Setelah api padam, maka robot akan melakukan follow keluar room dengan cara sensor
garis mendeteksi adanya garis, setelah keluar room maka robot akan berhenti.
21