Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Optimalisasi Pergerakan dan Algoritma Robot Humanoid sebagai Kiper T1 612010022 BAB II

5 BAB II DASAR TEORI

Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan dalam merealisasikan sistem. Teori-teori yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri dari

2.1. Kajian Pustaka

a. Algoritma Pengambilan Keputusan Pada Kiper Robot Sepak Bola [1]

Pada jurnal ini penulis merancang dan membuat sebuah robot humanoid yang berfungsi sebagai kiper dengan menggunakan platform Bioloid. Robot ini menggunakan CM-510 sebagai kontroler dan HaViMo2 sebagai input warna. Robot kiper ini terdiri dari 16 servo sebagai pengeksekusi program. Algoritma pengambilan keputusan pada robot ini adalah menggunakan kombinasi dari kedua sudut pada servo kepala.

Pengujian dilakukan dengan memberikan variasi letak bola sehingga menghasilkan variasi sudut kepala. Berdasarkan hasil pengujian. Ada 4 kondisi yang dapat dilakukan robot kiper ini, yaitu robot mengidentifikasi bola, robot jatuh ke tengah, robot jatuh ke kiri atau jumping kiri dan robot jatuh ke kanan atau jumping kanan. Hasil pengujian ini juga tergantung pada keadaan cahaya dan kondisi warna karena kamera HaViMo2 mempunyai kelemahan dalam mengidentifikasi pola maka faktor cahaya akan sangat menentukan baik tidaknya kamera ini mengidentifikasi warna.

b. Tim Ichiro Dalam Kontes Robot Sepak Bola Indonesia 2014 [2]

Pada Jurnal ini penulis merancang robot humanoid menggunakan platform Darwin-OP. Beberapa penambahan algoritma yang dibuat pada tahun

6

ini adalah deteksi bola menggunakan filter jingga-hijau, deteksi gawang dan deteksi kawan. Deteksi bola menggunakan filter jingga-hijau ini dimaksudkan warna jingga bola yang berada di lapangan merupakan warna jingga yang valid, jadi warna jingga di luar lapangan tidak akan mengganggu dalam pedeteksian bola pada robot. Deteksi Gawang ini digunakan untuk mengenali gawang yang berwarna kuning. Dengan metode perpotongan garis vertical dan horizontal akan menghasilkan titik sudut kanan dan kiri. Semua benda kuning yang tertangkap kamera yang tidak memiliki perpotongan garis tersebut maka dianggap bukan gawang. Deteksi kawan ini menggunakan pedeteksian warna seragam yang digunakan sehingga lebih mudah untuk menjalankan koordinasi.

Riset yang dilakukan oleh penulis telah diaplikasikan ke robot. Penggunaan riset tersebut sangat berpengaruh terhadap performa permainan.

2.2. Deteksi Bola 2.2.1 Colorspace

Colorspace adalah model abstraksi matematis [3, 4] untuk menggambarkan representasi warna dalam angka-angka, dan biasanya terdiri dari tiga atau empat unsur warna, seperti RGB, CMYK, HSV, HSL [5], atau YUV. Masing-masing komponen dasar dalam colorspace adalah penyusun warna.

1. RGBA colorspace

Media transmisi warna seperti yang digunakan pada televisi dan layar LCD, membuat gambar menggunakan campuran aditif warna dari warna utama merah, hijau, dan biru. Selain RGB, RGBAcolorspace menambahkan elemen lain alpha, yang berisi informasi yang transparan dari pencampuran warna RGB.

7 2. YUV colorspace

YUV colorspace mendefinisikan warna dengan menggunakan elemen luminance (Y) dan dua elemen atau warna komponen chrominance (UV). Ini merupakan perbaikan dari informasi warna yang digunakan dalam televisi hitam putih tua yang hanya menggunakan elemen Y. Y elemen adalah tingkat kecerahan, dan U dan V komponen informasi warna.

Smartphone Android membuat gambar yang diambil oleh kamera dalam YUV420 colorspace. Hal ini dapat dilihat pada gambar 2.1 bahwa YUV420sp colorspace yang berperforma lebih baik dibandingkan RGBA colorspace. Ketika lampu intensitas berkurang, kinerja deteksi bola dari kedua colorspace akan terdegradasi, tetapi pada RGBA colorspace ini mengurangi tingkat akurasi warna[6].

Gambar 2.1 Menggunakan YUV420sp colorspace(kiri) & Menggunakan

RGBA colorspace(kanan)[6]

2.2.2 Segmentasi Warna

Segmentasi warna digunakan untuk memisahkan warna bola oranye dengan warna lingkungan lainnya. Segmentasi yang dilakukan oleh mengatur batas atas dan bawah untuk nilai-nilai elemen dalam gambar. Sebagai hasil, citra biner yang terdiri dari 0 untuk hitam dan 1 untuk putih.

8 2.2.3 Metode Pusat Massa

Pusat massa atau pusat gravitasi pada gambar adalah titik di mana objek gambar tersebar merata. Setelah segmentasi warna telah dilakukan, pusat gravitasi pada gambar biner atau grayscale dihitung [7].

2.3. Menghitung Jarak Bola secaraVisual

Mengacu pada segmentasi warna pada deteksi bola, dimana warna bola oranye akan berubah menjadi citra biner 1 setelah mengatur batas atas dan batas bawah untuk setiap nilai elemennya. Untuk menghitung jarak bola, maka digunakan jumlah pixel yang berwarna putih atau citra biner 1. Semakin dekat bola dengan kamera semakin besar jumlah pixel yang dihasilkan, begitu pula sebaliknya semakin jauh bola dengan kamera semakin kecil jumlah pixel yang dihasilkan. Dengan ini kita bisa mengetahui jarak bola dengan kamera dan nantinya akan dipisah-pisahkan secara diskrit mana bola yang jaraknya jauh, mana bola yang jaraknya dekat dan mana bola yang jaraknya sedang.

2.4. Menghitung Kecepatan Bola secara Visual

Menghitung kecepatan membutuhkan dua variabel yaitu variabel waktu dan jarak.Untuk mendapatkan variabel waktu maka penulis mencari waktu yang telah dibutuhkan obyek dari mulai start (bola bergerak) hingga finish(jarak yang ditentukan) dengan menghitung banyaknya counter yang berjalan selama bola bergerak hingga finish. Hal ini dilakukan dengan berbagai batas counter dan batas jarak yang berbeda beda sesuai dengan jarak bola dengan kamera.

2.5. Penjaga Gawang (Kiper)

Seorang penjaga gawang merupakan suatu hal yang utama dalam permainan sepakbola. Untuk menjadi seorang penjaga gawang (kiper), ada beberapa hal yang harus diperhatikan. Pada dasarnya seorang kiper diharuskan memiliki kemampuan dasar handling, serta refleks yang cukup baik, selain itu ada kemampuan individual seorang kiper yang perlu diperhatikan, di antaranya[8] :

9 1) Daya Jangkau

Kemampuan kiper dalam menjangkau bola sangatlah penting untuk dikuasai. Kiper harus tahu dimana kemampuan menjangkau bola, sehingga dapat menentukan kapan bola akan ditangkap, ditinju, ditangkis, ataupun terbang menyelamatkan gawang.

2) Penempatan Posisi

Semakin baik posisi kiper berada, semakin mudah pula kiper menghalau serangan lawan. Kiper haruslah paham di mana kedua kaki harus berpijak. Sejauh apa dari gawang, berada pada sudut berapa dan di mana kira-kira lawan membidik tendangannya. Titik ini menjadi awal pengambilan keputusan ketika kiper memutuskan untuk tetap di tempat atau maju keluar sarang untuk menggagalkan usaha penyerang lawan. Di sini pula berawal pikiran untuk memutuskan untuk lompat, terbang, menangkis, menyergap.

3) Refleks

Poin penting untuk seorang kiper. Kecepatan bereaksi terhadap bola yang sering berubah arah. Karena apabila seorang kiper tidak memiliki refleks yang bagus, ia akan selalu terlambat dalam menangkis ataupun menghalau bola yang datang.

4) Konsentrasi

Seorang kiper, secara kasat mata seolah tidak selalu bekerja setiap menitnya. Ketika bola berada di area pertahanan lawan, kiper akan cenderung diam. Namun sebenarnya, ketika dalam situasi seperti ini, seorang kiper akan lebih baik jika berkonsentrasi penuh dalam permainan. Konsentrasi sejak serangan lawan belum dibangun akan lebih memudahkannya mengambil keputusan ketika serangan datang.

10 2.6 Aturan Pertandingan

Aturan main dalam KRSBI divisi KidSize Humanoid League ini diadopsi sepenuhnya dari RoboCup Soccer Humanoid League Rules and Setup. Robot dalam divisi KidSize ini berukuran antara 30 hingga 60 cm. Secara umum setiap pertandingan antara dua tim yang berhadap-hadapan dilaksanakan dalam 2 x 5 (atau 10) menit dengan masa istirahat di paruh pertandingan selama maksimal 5 menit. Setiap tim terdiri dari maksimal lima robot humanoid yang salah satunya harus diprogram sebagai penjaga gawang dengan robot lainnya sebagai pemain penyerang atau bertahan[9]. Untuk aturan-aturan yang lebih detail yaitu :

1. Setup Lapangan

1.1Konstruksi Lapangan

Lapangan sepak bola memiliki ukuran luas karpet dengan panjang 10,4 meter dan lebar 7,4 meter. Dimensi lapangan ditunjukan pada gambar berikut :

11

Gambar 2.2 Dimensi lapangan[9]

Untuk dimensi gawang adalah sebagai berikut :

Gambar 2.3 Dimensi gawang tampak atas[9]

12

Tiang gawang terbuat dari silinder kuning dengan diameter 10cm. Untuk net memilki tinggi 80cm, berwarna putih, abu-abu atau hitam dan berlubang dengan lubang yang memiliki diameter lebih kecil dari bola.

1.2Warna Lapangan

Gambar 2.5 Layout dan warna lapangan [9]

Lapangan berwarna hijau dengan garis lapangan berwarna putih. Untuk gawang keduanya berwarna kuning dan bola berwarna oranye.

2. Robot

Sebuah pertandingan dimainkan oleh 2 tim dengan masing-masing tim terdiri dari tidak lebih dari 5 robot pemain. Dengan salah satu robot pemain berfungsi sebagai kiper dan robot yang lain sebagai pemain penyerang atau bertahan. Robot yang berpartisipasi dalam kompetisi harus memiliki tubuh mirip manusia, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.6 Mereka harus terdiri dari dua kaki, dua tangan, dan satu kepala, yang melekat pada batang. Robot harus dapat berdiri tegak di atas kaki mereka dan berjalan di atas kaki

13

mereka. Semua tindakan dari robot harus kinematik setara dengan gerakan humanoid.

Gambar 2.6 Contoh tubuh robot humanoid (kiri) dan berdiri tegak (kanan)[9].

Untuk kategori KidSize, tinggi robot memiliki range 40cm ≤ H ≤ 90cm dan memiliki luas permukaan telapak kakisebesar (2,2 x H)2/32.

3. Struktur pertandingan

Sebuah pertandingan terdiri dari 3 bagian, yaitu babak pertama, istirahat dan babak kedua. Setiap babak berlangsung selama 5menit, begitu juga untuk istirahat 5 menit. Pada saat istirahat, tim diperbolehkan untuk mengganti robot, mengganti program atau melakukan hal yang bisa dilakukan selama waktu yang diberikan. Setelah istirahat, kedua tim akan bertukar posisi gawang.

8 2.2.3 Metode Pusat Massa

Pusat massa atau pusat gravitasi pada gambar adalah titik di mana objek gambar tersebar merata. Setelah segmentasi warna telah dilakukan, pusat gravitasi pada gambar biner atau grayscale dihitung [7].

2.3. Menghitung Jarak Bola secara Visual

Mengacu pada segmentasi warna pada deteksi bola, dimana warna bola oranye akan berubah menjadi citra biner 1 setelah mengatur batas atas dan batas bawah untuk setiap nilai elemennya. Untuk menghitung jarak bola, maka digunakan jumlah pixel yang berwarna putih atau citra biner 1. Semakin dekat bola dengan kamera semakin besar jumlah pixel yang dihasilkan, begitu pula sebaliknya semakin jauh bola dengan kamera semakin kecil jumlah pixel yang dihasilkan. Dengan ini kita bisa mengetahui jarak bola dengan kamera dan nantinya akan dipisah-pisahkan secara diskrit mana bola yang jaraknya jauh, mana bola yang jaraknya dekat dan mana bola yang jaraknya sedang.

2.4. Menghitung Kecepatan Bola secara Visual

Menghitung kecepatan membutuhkan dua variabel yaitu variabel waktu dan jarak.Untuk mendapatkan variabel waktu maka penulis mencari waktu yang telah dibutuhkan obyek dari mulai start (bola bergerak) hingga finish(jarak yang ditentukan) dengan menghitung banyaknya counter yang berjalan selama bola bergerak hingga finish. Hal ini dilakukan dengan berbagai batas counter dan batas jarak yang berbeda beda sesuai dengan jarak bola dengan kamera.

2.5. Penjaga Gawang (Kiper)

Seorang penjaga gawang merupakan suatu hal yang utama dalam permainan sepakbola. Untuk menjadi seorang penjaga gawang (kiper), ada beberapa hal yang harus diperhatikan. Pada dasarnya seorang kiper diharuskan memiliki kemampuan dasar handling, serta refleks yang cukup baik, selain itu ada kemampuan individual seorang kiper yang perlu diperhatikan, di antaranya[8] :

9 1) Daya Jangkau

Kemampuan kiper dalam menjangkau bola sangatlah penting untuk dikuasai. Kiper harus tahu dimana kemampuan menjangkau bola, sehingga dapat menentukan kapan bola akan ditangkap, ditinju, ditangkis, ataupun terbang menyelamatkan gawang.

2) Penempatan Posisi

Semakin baik posisi kiper berada, semakin mudah pula kiper menghalau serangan lawan. Kiper haruslah paham di mana kedua kaki harus berpijak. Sejauh apa dari gawang, berada pada sudut berapa dan di mana kira-kira lawan membidik tendangannya. Titik ini menjadi awal pengambilan keputusan ketika kiper memutuskan untuk tetap di tempat atau maju keluar sarang untuk menggagalkan usaha penyerang lawan. Di sini pula berawal pikiran untuk memutuskan untuk lompat, terbang, menangkis, menyergap.

3) Refleks

Poin penting untuk seorang kiper. Kecepatan bereaksi terhadap bola yang sering berubah arah. Karena apabila seorang kiper tidak memiliki refleks yang bagus, ia akan selalu terlambat dalam menangkis ataupun menghalau bola yang datang.

4) Konsentrasi

Seorang kiper, secara kasat mata seolah tidak selalu bekerja setiap menitnya. Ketika bola berada di area pertahanan lawan, kiper akan cenderung diam. Namun sebenarnya, ketika dalam situasi seperti ini, seorang kiper akan lebih baik jika berkonsentrasi penuh dalam permainan. Konsentrasi sejak serangan lawan belum dibangun akan lebih memudahkannya mengambil keputusan ketika serangan datang.

10 2.6 Aturan Pertandingan

Aturan main dalam KRSBI divisi KidSize Humanoid League ini diadopsi sepenuhnya dari RoboCup Soccer Humanoid League Rules and Setup. Robot dalam divisi KidSize ini berukuran antara 30 hingga 60 cm. Secara umum setiap pertandingan antara dua tim yang berhadap-hadapan dilaksanakan dalam 2 x 5 (atau 10) menit dengan masa istirahat di paruh pertandingan selama maksimal 5 menit. Setiap tim terdiri dari maksimal lima robot humanoid yang salah satunya harus diprogram sebagai penjaga gawang dengan robot lainnya sebagai pemain penyerang atau bertahan[9]. Untuk aturan-aturan yang lebih detail yaitu :

1. Setup Lapangan

1.1Konstruksi Lapangan

Lapangan sepak bola memiliki ukuran luas karpet dengan panjang 10,4 meter dan lebar 7,4 meter. Dimensi lapangan ditunjukan pada gambar berikut :

11

Gambar 2.2 Dimensi lapangan[9]

Untuk dimensi gawang adalah sebagai berikut :

Gambar 2.3 Dimensi gawang tampak atas[9]

12

Tiang gawang terbuat dari silinder kuning dengan diameter 10cm. Untuk net memilki tinggi 80cm, berwarna putih, abu-abu atau hitam dan berlubang dengan lubang yang memiliki diameter lebih kecil dari bola.

1.2Warna Lapangan

Gambar 2.5 Layout dan warna lapangan [9]

Lapangan berwarna hijau dengan garis lapangan berwarna putih. Untuk gawang keduanya berwarna kuning dan bola berwarna oranye.

2. Robot

Sebuah pertandingan dimainkan oleh 2 tim dengan masing-masing tim terdiri dari tidak lebih dari 5 robot pemain. Dengan salah satu robot pemain berfungsi sebagai kiper dan robot yang lain sebagai pemain penyerang atau bertahan. Robot yang berpartisipasi dalam kompetisi harus memiliki tubuh mirip manusia, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.6 Mereka harus terdiri dari dua kaki, dua tangan, dan satu kepala, yang melekat pada batang. Robot harus dapat berdiri tegak di atas kaki mereka dan berjalan di atas kaki

13

mereka. Semua tindakan dari robot harus kinematik setara dengan gerakan humanoid.

Gambar 2.6 Contoh tubuh robot humanoid (kiri) dan berdiri tegak

(kanan)[9].

Untuk kategori KidSize, tinggi robot memiliki range 40cm ≤ H ≤ 90cm dan memiliki luas permukaan telapak kakisebesar (2,2 x H)2/32.

3. Struktur pertandingan

Sebuah pertandingan terdiri dari 3 bagian, yaitu babak pertama, istirahat dan babak kedua. Setiap babak berlangsung selama 5menit, begitu juga untuk istirahat 5 menit. Pada saat istirahat, tim diperbolehkan untuk mengganti robot, mengganti program atau melakukan hal yang bisa dilakukan selama waktu yang diberikan. Setelah istirahat, kedua tim akan bertukar posisi gawang.