Implementasi OpenCV pada Robot Humanoid Pemain Bola Berbasis Single Board Computer - OpenCV Implementation on Single Board Computer Based Humanoid Soccer Robot.

(1)

Implementasi OpenCV pada Robot Humanoid Pemain Bola

Berbasis Single Board Computer

Disusun Oleh:

Nama : Edwin Nicholas Budiono NRP : 0922004

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no. 65, Bandung, Indonesia

Email : edwin_nicholas91@yahoo.com

ABSTRAK

Manusia selalu mempunyai keinginan untuk menciptakan robot humanoid yang mempunyai kecerdasan seperti manusia. Dibentuklah suatu lingkungan dimana kecerdasan robot dapat diperlihatkan, yaitu lingkungan dimana robot humanoid dapat bermain sepak bola. Kecerdasan dari robot humanoid pemain bola dapat dilihat dari kemampuan penglihatan robot karena segala informasi untuk menentukan aksi apa yang harus dilakukan didapat hanya dari sensor penglihatan, sehingga dibutuhkan kontroler yang mampu melakukan pemrosesan citra, pemrosesan data, dan algoritma yang cepat namun tetap akurat untuk tugas yang kompleks.

Pada tugas akhir ini diimplementasikan kemampuan pengolahan citra pada robot humanoid berbasis Single Board Computer Fit PC2i. Robot yang dipakai memiliki kecepatan pemrosesan 1.6GHz dan menggunakan kamera webcam sebagai sensor penglihatan. Proses pengolahan citra menggunakan OpenCV image processing tool.

Implementasi OpenCV pada robot humanoid berbasis single board computer FitPC2i telah berhasil direalisasikan dengan jarak maksimum pendeteksian bola adalah 385cm untuk metoda thresholding, dan 67cm untuk metoda circle hough transform. Robot memiliki kemampuan untuk mendeteksi bentuk bola, menentukan posisi gawang lawan, menghindari perebutan bola antar robot satu tim, serta menendang bola ke arah gawang lawan.

Kata Kunci : Robot Humanoid Pemain Bola, Single Board Computer, Pengolahan Citra , OpenCV, FitPC2i

(2)

OpenCV Implementation on Single Board Computer Based

Humanoid Soccer Robot

Composed By:

Name : Edwin Nicholas Budiono NRP : 0922004

Electrical Engineering, Maranatha Christian University, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia

Email : edwin_nicholas91@yahoo.com

ABSTRACT

Humans always had a desire to create a humanoid robot that has human-like intelligences. Human created environments where intelligences of the robot can be shown, in example environment where the humanoid robot can play football. Intelligence of humanoid soccer robot can be seen from its vision ability because all the information to determine what action should be taken only come from the vision sensor, so it is necessary to have a controller which are capable of images processing, data processing, and algorithms that are fast but remain accurate to do complex task are needed.

In this final project, image processing capabilities on a humanoid robot-based Single Board Computer Fit PC2i are implemented. The Robot has a 1.6 GHz processing speed and use a webcam as vision sensor The image processing using OpenCV image processing tool.

Implementation of OpenCV on a humanoid robot-based single board computer FitPC2i have successfully realized with maximum distance of ball that can be detected is 385cm for thresholding method, and 67cm for circle hough transform method. The Robot has the ability to detect the shape of the ball, determine the position of the opponent goal, avoiding the scramble of the ball between a team of robots, as well as kicking the ball towards the opponent goal.

Keyword: Humanoid Soccer Robot, Single Board Computer, Image Processing, OpenCV, FitPC2i.

(3)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

KATA PENGANTAR

ABSTRAK ... I

ABSTRACT ... II

DAFTAR ISI ... II

DAFTAR GAMBAR ... VI

DAFTAR TABEL ... VIII

BAB I PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang Masalah ... 1

I.2 Identifikasi Masalah ... 1

I.3 Perumusah Masalah ... 2

I.4 Tujuan ... 2

I.5 Pembatasan Masalah ... 2

I.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI II.1 Teori Robot Humanoid ... 4

II.2 Single Board Computer ... 4

II.2.1 FitPC2i ... 5

II.3 Sensor Percepatan ... 6

II.4 Sub Kontroler CM730 ... 7

II.4.1 Komponen-Komponen CM730 ... 7

II.4.2 Spesifikasi CM730 ... 9

(4)

II.5 Kamera Webcam Logitech C905 ... 10

II.6 OpenCV Image Processing Tool ... 11

II.6.1 Konversi RGB ke HSV... 11

II.6.2 Metoda Thresholding ... 13

II.6.3 Momen ... 15

II.6.4 Smoothing ... 15

II.6.5 Circle Hough Transform ... 16

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI III.1 Realisasi Robot Humanoid ... 19

III.1.1 Sistem Mekanika Robot Humanoid ... 20

III.1.2 Sistem Elektronika Robot Humanoid ... 21

III. 2 Robot Vision ... 22

III.2.1 Metoda Thresholding untuk Pendeteksian Objek ... 23

III.2.2 Metoda Circle Hough Transform untuk Pendeteksian Bentuk Bola ... 26

III.2.3 Perancangan Software Penalaan Nilai Batas Ambang Thresholding ... 27

III. 3 Algoritma Pergerakan Robot... 27

III.3.1 Subroutine Cek Postur Tubuh Robot ... 30

III.3.2 Subroutine Ambil Data dari Kamera ... 32

III.3.3 Subroutine Cari Bola ... 33

III.3.4 Subroutine Gerakan Berjalan Robot ... 34

III.3.5 Subroutine Cari Posisi Gawang ... 35

III.3.6 Subroutine Gerakan Menendang Bola ... 36

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS IV.1 Data Pengamatan Kinerja Robot Pemain Bola ... 37

IV.1.1 Pengujian Kecepatan Berjalan Robot Humanoid ... 37

IV.1.2 Pengujian Kemampuan Robot dalam Menendang Bola ... 38

IV.1.3 Pengujian Pelacakan pada Bola yang Bergerak ... 39

(5)

IV.1.3.2 Pergerakan Bola pada Sumbu Y ... 43

IV.2 Data Pengamatan Penglihatan Robot ... 47

IV.2.1 Pengujian Kemampuan Robot Mendeteksi Bentuk Lingkaran .... 47

IV.2.2 Pengujian Kemampuan Robot Mendeteksi Bola ... 48

IV.2.3 Pengujian Kemampuan Robot Mendeteksi Gawang ... 50

IV.2.3.1 Gawang Berada di Sebelah Kiri Robot ... 50

IV.2.3.2 Gawang Berada di Depan Robot ... 52

IV.2.3.3 Gawang Berada di Sebelah Kanan Robot ... 53

IV.2.4 Pengujian Pengaruh Intensitas Cahaya Terhadap Kamera ... 55

IV.3 Uji Simulasi Permainan ... 58

BAB V SIMPULAN DAN SARAN V.1 Simpulan ... 61

V.2 Saran ... 61

DAFTAR PUSTAKA ... IX

LAMPIRAN A PROGRAM UTAMA ROBOT HUMANOID

LAMPIRAN B PROGRAM PENALAAN NILAI BATAS AMBANG THRESHOLDING

(6)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Gambar robot humanoid ... 4

Gambar 2.2 Single board computer FitPC2i ... 6

Gambar 2.3 Arah sensor percepatan pada kontroler CM730 ... 7

Gambar 2.4 Gambar kontroler CM730 ... 8

Gambar 2.5 Peletakan komponen pada kontroler CM730 ... 8

Gambar 2.6 Motor servo MX-28 ... 10

Gambar 2.7 Kamera webcam logitech C905 ... 11

Gambar 2.8 Representasi penambahan ketiga komponen warna RGB ... 12

Gambar 2.9 Representasi warna HSV... 12

Gambar 2.10 Contoh gambar asli dan hasil thresholding... 14

Gambar 2.11 Illustrasi Hough Transform untuk objek lingkaran ... 20

Gambar 3.1 Struktur robot DARwIn-OP ... 19

Gambar 3.2 Arah gerak dan peletakan motor servo ... 20

Gambar 3.3 Diagram blok sistem elektronika robot ... 21

Gambar 3.4 Diagram blok sistem kontrol robot ... 21

Gambar 3.5 Diagram blok pengolahan citra pada robot ... 22

Gambar 3.6 Langkah-langkah metoda thresholding ... 23

Gambar 3.7 Hasil thresholding bola ... 24

Gambar 3.8 Hasil thresholding gawang ... 25

Gambar 3.9 Hasil thresholding objek robot satu tim ... 25

Gambar 3.10 Langkah-langkah metoda circle hough transform ... 26

Gambar 3.11 Hasil akhir metoda circle hough transform ... 26

Gambar 3.12 Tampilan software penalaan nilai batas ambang thresholding ... 27

Gambar 3.13 Diagram alir utama robot ... 29

Gambar 3.14 Grafik sensor percepatan saat robot dijatuhkan ke belakang ... 30

Gambar 3.15 Grafik sensor percepatan saat robot dijatuhkan ke depan ... 30

Gambar 3.16 Subroutine cek posisi robot ... 31

Gambar 3.17 Subroutine ambil data dari kamera ... 32

Gambar 3.18 Subroutine cari bola ... 33

(7)

Gambar 3.20 Subroutine pencarian posisi gawang ... 35

Gambar 3.21 Subroutine gerakan menendang bola ... 36

Gambar 4.1 Ilustrasi pengujian pelacakan pergerakan bola pada sumbu x ... 39

Gambar 4.2 Grafik pelacakan pergerakan bola dengan kecepatan 64cm/detik di sumbu x ... 40

Gambar 4.3 Grafik pelacakan pergerakan bola dengan kecepatan 93cm/detik di sumbu x ... 41

Gambar 4.4 Grafik pelacakan pergerakan bola dengan kecepatan 155cm/detik di sumbu x ... 42

Gambar 4.5 Ilustrasi pengujian pelacakan pergerakan bola pada sumbu y ... 43

Gambar 4.6 Grafik pelacakan pergerakan bola dengan kecepatan 82cm/detik di sumbu y ... 44

Gambar 4.7 Grafik pelacakan pergerakan bola dengan kecepatan 122cm/detik di sumbu x ... 45

Gambar 4.8 Grafik pelacakan pergerakan bola dengan kecepatan 184cm/detik di sumbu x ... 46

Gambar 4.9 Pendeteksian bola dengan metoda (a) Thresholding (b) Circle Hough Transform pada jarak dekat ... 48

Gambar 4.10 Pendeteksian bola dengan metoda (a) Thresholding (b) Circle Hough Transform pada jarak jauh ... 49

Gambar 4.11 Gawang di sebelah kiri robot ... 50

Gambar 4.12 Kepala robot menoleh ke kiri ... 51

Gambar 4.13 Gawang berada di depan robot ... 52

Gambar 4.14 Kepala robot menghadap ke depan ... 53

Gambar 4.15 Gawang di sebelah kanan robot... 54

Gambar 4.16 Kepala robot menoleh ke kanan ... 55

Gambar 4.17 Posisi awal simulasi permainan ... 58

Gambar 4.18 Robot 1 menendang ke arah gawang ... 58

Gambar 4.19 Robot 2 mengejar bola, dan robot 1 berhenti mengejar bola ... 59

Gambar 4.20 Robot 2 terjatuh, dan robot 1 mengejar bola lagi ... 60

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spesifikasi kamera webcam logitech C905 ... 10

Tabel 3.1 Bagian-bagian motor servo ... 20

Tabel 3.2 Hasil penalaan nilai batas ambang thresholding ... 28

Tabel 4.1 Kecepatan berjalan robot humanoid ... 37

Tabel 4.2 Kemampuan robot dalam menendang bola ... 38

Tabel 4.3 Pengujian pendeteksian objek lingkaran ... 47

Tabel 4.4 Jarak maksimum pendeteksian bola ... 49

Tabel 4.5 Pengamatan letak gawang di sebelah kiri robot ... 51

Tabel 4.6 Pengamatan letak gawang di depan robot ... 52

Tabel 4.7 Pengamatan letak gawang di sebelah kanan robot ... 54

Tabel 4.8 Pengamatan intensitas cahaya terhadap thresholding bola ... 56

(9)

BAB I

PENDAHULUAN

Pada bab ini dibahas tentang latar belakang masalah, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, serta sistematika penulisan laporan Tugas Akhir.

I.1 Latar Belakang Masalah

Pada perkembangan penelitian dalam bidang robotika, robot humanoid merupakan salah satu robot dengan perkembangan paling pesat. Manusia selalu mempunyai keinginan untuk menciptakan robot humanoid yang mempunyai kecerdasan seperti manusia sehingga diharapkan terbentuk suatu lingkungan yang mana robot dan manusia saling berinteraksi satu sama lain. Salah satu lingkungan yang telah ada dan terus dikembangkan adalah lingkungan robot humanoid yang dapat bermain sepak bola.

Pada robot humanoid pemain bola, hal yang cukup penting dalam menentukan kecerdasan robot adalah dalam hal penglihatan robot. Robot membutuhkan informasi dari penglihatannya untuk menentukan aksi apa yang harus dilakukan, sehingga diperlukan pemrosesan citra, pemrosesan data, dan algoritma yang cepat namun tetap akurat untuk tugas yang kompleks, sehingga pemilihan kontroler sangat penting untuk dipertimbangkan. SBC (Single Board

Computer) merupakan salah satu pilihan yang cukup baik, karena memiliki

kecepatan pemrosesan yang tinggi dan mampu untuk melakukan proses pengolahan citra dengan cepat.

Pada tugas akhir ini akan diimplementasikan pengolahan citra pada robot

humanoid berbasis Single Board Computer Fit PC2i. Robot yang dipakai

memiliki kecepatan pemrosesan 1.6 GHz dan menggunakan kamera webcam sebagai sensor penglihatannya. Dengan menggunakan spesifikasi hardware robot tersebut diharapkan robot dapat memiliki penglihatan yang baik untuk dapat diterapkan menjadi robot humanoid pemain bola.

(10)

I.2 Identifikasi Masalah

Diperlukan sebuah robot humanoid pemain bola yang memiliki kemampuan pengolahan citra untuk mendeteksi bentuk bola, mendeteksi rekan satu tim, serta menentukan posisi gawang lawan.

I.3 Perumusan Masalah

Perumusan yang akan dibahas pada Tugas Akhir ini adalah:

1. Bagaimana mengimplementasikan OpenCV image processing tool pada robot humanoid berbasis single board computer FitPC2i.

2. Bagaimana merealisasikan robot humanoid yang dapat mendeteksi bentuk bola, mendeteksi rekan satu tim, menentukan posisi gawang lawan, dan menendang bola ke arah gawang lawan.

I.4 Tujuan

Tugas akhir ini bertujuan untuk mengimplementasikan OpenCV image

processing tool pada robot humanoid berbasis single board computer untuk

menjadi robot pemain bola yang memiliki kemampuan mendeteksi bentuk bola, mendeteksi rekan satu tim, serta menentukan posisi gawang lawan.

I.5 Pembatasan Masalah

Karena luasnya pembahasan mengenai robot humanoid robot pemain sepak bola, maka dalam pelaksanaan Tugas Akhir ini dibatasi dengan permasalahan sebagai berikut :

1. Robot yang dipakai menggunakan kit DarWin-OP.

2. Proses pengolahan citra menggunakan OpenCV image processing tool. 3. Objek yang dapat deteksi berupa bola, gawang, dan rekan satu tim. 4. Bola yang di deteksi berupa bola tennis berwarna oranye.

5. Gawang terbuat dari pipa silinder dengan diameter 10 cm yang diberi warna biru. Gawang berukuran tinggi 80 cm dan lebar 150 cm.

6. Rekan satu tim berupa robot yang di kontrol secara manual dan diberi aksesoris berwarna biru muda.

(11)

I.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan untuk Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang masalah, identifikasi masalah, perumusan masalah, tujuan, pembatasan masalah, dan sistematika penulisan laporan Tugas Akhir.

BAB II. LANDASAN TEORI

Pada bab ini dijelaskan teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merealisasikan robot humanoid pemain bola berbasis single board computer, yaitu teori tentang single board computer, OpenCV image processing tool, serta teori dasar pengolahan citra.

BAB III. PERANCANGAN DAN REALISASI

Pada bab ini dijelaskan tentang struktur robot humanoid berbasis

single board computer, perancangan dan implementasi OpenCV pada robot serta

algoritma pemrograman robot humanoid pemain bola.

BAB IV. DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA

Pada bab ini ditampilkan data-data hasil pengamatan kinerja robot, pengujian pergerakan robot, pengujian kemampuan robot untuk dapat mendeteksi bentuk bola, pengujian kemampuan robot untuk menentukan posisi gawang, kemampuan untuk mendeteksi rekan satu tim, serta pengujian robot untuk melakukan tendangan ke arah gawang.

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang simpulan-simpulan yang didapat dari keseluruhan perancangan dan realisasi robot humanoid pemain bola dari awal sampai akhir. Lalu bab ini juga berisi saran yang diberikan untuk penelitian lebih lanjut oleh pihak lain.

(12)

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini penulis akan menyatakan kesimpulan dari tugas akhir ini, serta memberikan saran untuk dapat mengembangkan tugas akhir ini selanjutnya.

V.1 Simpulan

1. Pengimplementasian OpenCV pada robot humanoid pemain bola berbasis

single board computer FitPC2i telah berhasil di realisasikan dengan

menggabungkan metoda thresholding dan circle hough transform untuk pendeteksian objek.

2. Pengolahan citra diimplementasikan menggunakan library OpenCV dengan jarak maksimum pendeteksian bola adalah 385 cm untuk metoda

thresholding, dan 67 cm untuk metoda circle hough transform.

3. Secara keseluruhan, robot humanoid pemain bola ini memiliki kemampuan untuk mendeteksi bentuk bola, menentukan posisi gawang lawan, menghindari perebutan bola antar robot satu tim, serta menendang bola ke arah gawang lawan.

V.2 Saran

Saran-saran yang dapat diberikan untuk pengembangan selanjutnya mengenai Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Penggunaan metoda pengolahan citra yang lebih baik agar dapat mendeteksi bentuk bola dengan jarak yang lebih jauh.

2. Penambahan sensor kompas agar mendapatkan letak posisi gawang lawan dengan lebih cepat dan tepat.

(13)

DAFTAR PUSTAKA

1. Ardiansyah Al-Farouq, Edwin Aditya H, Hans Bastian P, Achmad Subhan Khalilullah, Azhar Aulia S, Amirul Huda. 2013.” Disain Robot Vision pada

EROS-1(EEPIS ROBOSOCCER-1)”. Prosiding ISCRC 2013. Semarang : Dian Nuswantoro University.

2. Budiharto, Widodo dan Purwanto, Djoko. 2012. “Robot Vision – Teknik

Membangun Robot Cerdas Masa Depan”. Yogyakarta : Penerbit ANDI.

3. Circle Hough Transform

(http://docs.opencv.org/doc/tutorials/imgproc/imgtrans/hough_circle/hough_c

ircle.html , diakses Desember 2013)

4. Eka Samsul Maarif, Rusminto Tjatur Widodo. “Applied Canny Edge

Detection in Trajectory Planning for Auto-Sealant Cartesian Robot”. Prosiding ISCRC 2013. Semarang : Dian Nuswantoro University.

5. Konversi Model Warna

(http://docs.opencv.org/modules/imgproc/doc/miscellaneous_transformations.

html?highlight=cvtcolor#cv.CvtColor, diakses Desember 2013)

6. Momen Gambar

(http://docs.opencv.org/modules/imgproc/doc/structural_analysis_and_shape

_descriptors.html?highlight=moment#Moments moments(InputArray array, bool binaryImage), diakses Desember 2013)

7. Muhammad Anwar Ma’sum, Dean Zaka Hidayat. 2013. “Optimasi Pencarian

Objek Bola Pada Robot Soccer Humanoid Menggunakan Metode Hough

Transform”. Prosiding ISCRC 2013. Semarang : Dian Nuswantoro

University.

8. OpenCV Image Processing Tool

(14)

9. Smoothing Gambar

(http://docs.opencv.org/doc/tutorials/imgproc/gausian_median_blur_bilateral

_filter/gausian_median_blur_bilateral_filter.html, diakses Desember 2013)

10.Spesifikasi Darwin-OP dan FitPC2i

(http://support.robotis.com/en/product/darwin-op.htm, diakses November 2013).

11.Teori RobotHumanoid

(1)

Universitas Kristen Maranatha