PERANCANGAN PROTOTIPE PERANGKAT C-UAV (COURIER UNMANNED AERIAL VEHICLE) BERBASIS GPS

Transkripsi

1 PERANCANGAN PROTOTIPE PERANGKAT C-UAV (COURIER UNMANNED AERIAL VEHICLE) BERBASIS GPS I Gede Mahendra Darmawiguna 1, Gede Saindra Santyadiputra 2, I Made Gede Sunarya 3 1,2,3 Jurusan Pendidikan Teknik Informatika FTK UNDIKSHA mahendra.darmawiguna@undksha.ac.id ABSTRACT This research aims to develop the prototype of C-UAV (Courier Unmanned Aerial Vehicle) based device GPS. The research method that is used is ADDIE (Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation) method. In the early stages will be an analysis of the development of the device including the needs analysis both the hardware and software requirements. In the Design stage will be designing the device, the development stage will be the development or assembly of existing hardware, the implementation stage is done by testing the device that has been in assembly in the development stage. Furthermore, at the evaluation stage will be an evaluation of the implementation that has been done. This research is a preliminary research in the development of C-UAV. The result of this research is C-UAV design which consist of the design stage are the hardware and software requirements used, the C-UAV frame design with the hex copter model, the design of the hardware placement on the frame. Keywords: CUAV, GPS, ADDIE, Hexcopter ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk merancang prototipe perangkat C-UAV (Courier Unmanned Aerial Vehicle) Berbasis GPS. Metode penelitian yang digunakan adalah metode pengembangan ADDIE (Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation). Pada tahap awal akan dilakukan analysis terhadap pengembangan perangkat termasuk analisis kebutuhan baik itu kebutuhan hardware dan software. Pada tahap design akan dilakukan perancangan perangkat, tahap development akan dilakukan pengembangan atau penggabungan/assembly dari hardware yang ada, tahap implementation dilakukan dengan melakukan uji coba perangkat yang telah di assembly pada tahap development. Selanjutnya pada tahap evaluation akan dilakukan evaluasi terhadap implementasi yang telah dilakukan. Penelitian ini merupakan penelitian pendahuluan dalam pengembangan perangkat C-UAV. Hasil dari penelitian ini adalah rancangan C-UAV yang terdiri dari adalah kebutuhan hardware dan software yang digunakan, rancangan frame C-UAV dengan model hexacopter, rancangan penempatan hardware pada frame. Kata kunci: CUAV, GPS, ADDIE, Hexacopter 1. Pendahuluan Perkembangan teknologi pada dewasa ini telah mempengaruhi segala aspek kehidupan manusia. Dalam penanganan bencana-bencana yang ada, teknologi-teknologi yang ada saat ini dapat digunakan untuk membantu baik dalam hal pencegahan maupun dalam penanganan pasca bencana. Pemanfaatan teknologi dalam pencegahan bencana bisa dilakukan dengan memberikan peringatan ataupun himbauan kepada masyarakat terkait dengan kemungkinan terjadinya suatu bencana. Pemanfaatan teknologi pasca bencana bisa dilakukan dengan pemantauan sampai pada pengiriman barang pada lokasi bencana yang cenderung berada pada posisi yang sulit terjangkau. Kondisi Indonesia secara geografis adala negara kepulauan dimana terdapat empat lempeng tektonik (lempeng enuan Australian, Benua Asia, Samudera Hindia, Samudera Pasifik). Terdapat sabuk vulkanik dengan posisi memanjang dari Pulau Sumetera, Jawa, Nusa Tenggara, Sulawesi dimasa sisinya merupakan pegunungan vulkanik tua dan dataran rendah yang didominasi oleh rawarawa. Potensi bencana yan terjadi berupa gunung berapi, tsunami, tanah longsong, banjir, gempa bumi (BNPB, 2016). Permasalahan bencana yang terjadi sering menyebabkan kesulitan penanganan karena sulitnya medan yang digunakan untuk mencapai lokasi bencana. Pada kasus tertentu, pengiriman logistik baik itu makanan dan obat-obatan diperlukan dalam waktu yang singkat dan memiliki urgentinas yang tinggi. Pengiriman yang terhambat jalur darat, pengiriman logistik bisa dilakukan melalui jalur udara. Alternatif pengiriman jalur udara dapat menggunakan UAV (Unmanned Aerial Vehicle) sebagai alternatif. SENARI

2 Unmanned Aerial Vehicle (UAV) secara umum berarti kendaraan udara yang dioperasikan tanpa menggunakan manusia sebagai awaknya. UAV biasanya digunakan pada kondisi yang riskan jika menggunakan awak dan digunakan oleh kesatuan militer dalam pemantauan suatu situasi. Perangkat UAV dapat dilengkapi dengan perangkat Global Positioning System (GPS). GPS merupakan suatu sistem yang menggunakan satelit dan digunakan untuk menentukan posisi serta navigasi global.departemen Pertahanan Amerika merupakan pihak yang mengembangkan sistem ini pertama kali untu kepentingan sipil maupun militer (survei dan pemetaan). Kateori didasarkan pada bentuk sayap dan badan pesawat, UAV dikelompokan menjadi dua kelompok yaitu fix wing dan rotary wing dimana fix wing merupakan jenis pesawat dengn bentuk sayap tetap sedangkan rotari wing adalah pesawat dengan penggunaan baling-baling untuk menghasilkan gaya angkat. Hexacopter tersusun atas enam buah rotor dan merupakan benda terbang yang memiliki gerakan yang lebih leluasa dibandingkan dengan helicopter. Pergerakan pada hexacopter teridiri dari 4 gerakan dasar yaitu throtle (gerakan akselerasi), gerakan roll, gerakan pitch, dan gerakan yaw. Gerakan throttle adalah gerakan perpindahan translasi pada sumbu Z dan perubahan kecepatan rotor dengan nilai yang sama yang mempengaruhi gerakan ini. Gerakan throttle pada hexacopter akan berpengaruh pada naik atau turunnya hexacopter yang berdasarkan pada kecepatan di setiap rotor hexacopter. Gerakan roll adalah gerakan rotasi pada sumbu X dan gerakan ini dipengaruhi oleh perubahan kecepatan hexacopter pada rotor kiri dan kanan. Gerakan pitch merupakan gerakan rotasi pada sumbu Y dan gerakan ini dipengaruhi oleh perubahan kecepatan hexacopter pada rotor depan dan belakang. Gerakan sudut yaw adalah gerakan rotasi hexacopter pada sumbu Z. (Global Position System ) GPS merupakan sebuah sistem yang digunakan untuk menentukan letak di permukaan bumi dengan memanfaatkan penyelarasan sinyal pada satelit. GPS adalah sistem navigasi yang menggunakan satelit yang didesain agar dapat menyediakan posisi secara instan, kecepatan dan informasi waktu di hampir semua tempat di muka bumi, setiap saat dan dalam kondisi cuaca apapun. Alat yang digunakan untuk menerima sinyal satelit yang dapat digunakan oleh pengguna adalah GPS Tracker atau GPS Tracking, dengan penggunaan alat ini maka posisi kendaraan, armada ataupun mobil secara Real-Time dapat dilacak oleh pengguna. Electronic Speed Controler (ESC) adalah Sebuah modul rangkaian elektronik yang memiliki fungsi sengabai pengatur putara pada motor yang disesuaikan dengan ampere yang dibutuhkan oleh motor. ESC bekerja dan digunakan untuk jenis motor 3 fasa connector sedangkan untuk motor DC yang bisa bekerja tanpa menggunakan ESC dan dapat juga dengan ESC 2 fasa. Brushless DC motor listrik (BLDC motor) adalah motor sinkron yang menggunakan sumber listrik DC melalui inverter, yang menghasilkan sinyal listrik AC untuk menggerakkan motor. Remote control merupakan alat yang digunakan langsung oleh pengguna untuk memberikan sinyal dalam menggerakakkan robot dengan arah naik, turun, maju, mundur, kiri dan kanan. Propeller merupakan penggerak mekanik pada pesawat terbang, kapal laut, hovercraft dan jenis turbin. Propeller terdiri dari dua jenis yaitu dan Controllable Pitch Propeler (CPP) dan Fixed Pitch Propeller (FPP). Propeller FPP merupakan jenis propeller yang tidak dapat diubah (tetap) dan sudut pitch tertentu dan Propeller jenis CPP merupakan jenis propller yang dirancang dimana sudut pitch dari propeler dapat diatur. Beberapa penelitian sebelumnya yang telah dilakukan terkait dengan pengembangan UAV telah dilakukan oleh (Dharmawan & Firdaus, 2012, p. 87) melakukan pengembangan sistem untuk quadcopter yang dapat diterbangkan dan mendarat secara otomatis dari satu posisi titik ke posisi lainnya dengan penggunaan kontroler arduino mega. (Utama, Komarudin, & Trisanto, 2013, p. 35) melakukan penelitian tentang pengembangan quadcopter dimana quadcopter tersebut mampu mempertahankan posisinya (holding position) ketia mode tersebut diaktifkan dari remote kontrol dan melaukan pengiriman data ke GCS dalam bentuk GUI pada radio frekuensi 900Mhz. (Wang & Ma, 2013, p. 1027) membahas tentang pengontrolan attitude dan altitude pada quad-rotor tipe MAV (Micro Air Vehicles). (Swamardika, 2014, p. 47) melakukan pengembangan quadcopter dengan mengimplementasi hand motion control berbasis mikrokontroler ATmega32. (Patel, Thakor, Joshi, & Patel, 2015, p. 166) melakukan perancangan dan pembuatan multirotor UAV dengan mempertimbangkan tingkat keringanan, kelincahan dan dapat dioperasikan pada kondisi di dalam dan luar ruangan. (Tefay, Eizad, Crosthwaite, Singh, & Postula, 2011, p. 1) membahas tentang Integrated SENARI

3 Speed Control berbasis elektronik (ESC) berbasis FPGA untuk menggerakkan motor listrik brushless DC. (Tamtomi, Sulistiyanti, & Komarudin, 2016, p. 201) mengembangkan wahana udara yang dapat digunakan dalam pemantauan dan pemotretan kondisi utara di suatu daerah sehingga dapat dianalisis dan diambil proses citranya. (Utomo, 2015, p. 57) mengembangkan UAV (Unmanned Aerial Vehicle) dengan menggunakan model Quadcopter berbasis pada Algoritma PID (Proportional Integral Derivative). (Setyawan et al., 2015, p. 127) merancang sistem kendali ketinggian pada UAV quadcopter menggunakan metode PID. (Wenang, Dikairono, & Utami, 2012, p. 50) mengembangkan Sistem Takeoff UAV Quadrotor berbasis pada Sensor Jarak Inframerah. Berdasarkan permasalahan dan perkembangan teknologi yang telah dijabarkan sebelumnya maka akan dikembangkan prototipe Perangkat C-UAV (Courier Unmanned Aerial Vehicle) Berbasis GPS. Pada paper ini merupakan tahap awal berupa perancangan dari pengembangan prototipe Perangkat C-UAV berbasis GPS. 2. Metode Dalam pengembangan prototipe perangkat C-UAV (Courier Unmanned Aerial Vehicle) Berbasis GPS digunakan metode pengembangan ADDIE (Analysis, Design, Development, Implementation, Evaluation). Pada tahap awal akan dilakukan analisis terhadap pengembangan perangkat termasuk analisis kebutuhan baik itu kebutuhan hardware dan software. Pada tahap Design akan dilakukan perancangan perangkat, tahap development akan dilakukan pengembangan atau penggabungan/assembly dari hardware yang ada, tahap implementation dilakukan dengan melakukan uji coba perangkat yang telah di assembly pada tahap development. Selanjutnya pada tahap evaluation akan dilakukan evaluasi terhadap implementasi yang telah dilakukan. Gambar 1. Metode Penelitian Tahap Analisis Pada tahap analysis ini dilakukan analisis terhadap permasalahan dan analisis kebutuhan hardware maupun software. Berdasarkan permasalahan yang telah diuraikan sebelumnya, dalam pengiriman barang pada daerah-daerah yang sulit terjangkau, pengiriman barang-barang atau logistik sering mengalami hambatan. Pada bencana seperti banjir, longsor, gempa sering mengakibatkan jalur darat terhambat. Dengan menggunaan UAV memungkinkan pengiriman barang melalui jalur udara. Pada penelitian ini, C-UAV yang dikembangkan menggunakan model hexacopter. Analisis kebutuhan hardware Dalam mengembangkan prototipe C-UAV model hexacopter diperlukan hardware sebagai berikut : a. Electronic Speed Controler (6 buah) b. Motor Brushless (6 buah) SENARI

4 c. Properler : Clockwise (3 buah), Unclockwise (3 buah) d. Flight Controller dengan GPS e. Batere Li-PO f. Frame model hexacopter g. Remote Transmitter dan Receiver h. Peralatan First Person View (FPV) Analisis kebutuhan perangkat lunak Perangkat lunak yang digunakan untuk pengembangan prototipe C-UAV model hexacopter sebagai berikut: a. Microsoft Windows 8 b. Mission Planner Tahap Design Pada tahap Design, akan dilakukan perancangan berdasarkan analisis kebutuhan yang telah dilakukan pada tahap sebelumnya. Design Frame Frame merupakan bagian yang digunakan untuk meletakkan hardware-hardware yang akan digunakan. Frame berbentuk palang segi enam dimana pada masing-masing ujung frame diletakkan motor brushless. Gambar 2 menunjukkan rancangan frame C-UAV. Gambar 1. Rancangan Frame Design Posisi Hardware Rancangan posisi hardware pada frame C-UAV ditunjukkan pada Gambar 3. Gambar 2 Rancangan penempatan hardware SENARI

5 3. Hasil dan Pembahasan Berdasarkan metode Pengembangan protipe perangkat C-UAV berbasis GPS. Langkah pertama yang dilakukan adalah melakukan analisis terhadap kebutuhan kebutuhan hardware dan software. Software yang digunakan disesuaikan dengan hardware yang dipilih. Hardware yang digunakan dalam pengembangan protipe perangkat C-UAV adalah: a. Flight controller : HKPilot32 Autonomous Vehicle 32Bit b. Brushless motor : GARTT ML KV c. Electronic speed controller : Hobbywing XRotor Pro 50A d. Propeller : Quanum Carbon Fiber T-Style Propeller 20x5.5 e. Batere Lipo : Tattu 6s 10000mah dan Xpower 6s 10000mah f. Frame : Frame Hexacopter Sofware yang digunakan adalan Mission Planner. Gambar 4 menunjukkan aplikasi dari mission planner. Gambar 3 Aplikasi Mission Planner Rancangan perangkat C-UAV terdiri dari 2 tahap yaitu rancangan frame dan rancangan posisi hardware. Rancangan frame berbentuk hexacopter ditunjukkan pada Gambar 5.2. Panjang antara 2 motor sebesar 42 inci ( cm). Sudut antara 2 lengan sebesar 60. Penampang tengah untuk penempatan elektronik flight controler berukuran 25x25cm. Gambar 5 menunjukkan rancangan C- UAV. Gambar 4 Rancangan detail CUAV SENARI

6 Rancangan penempatan hardware terdiri dari penempatan motor brushless, flight controller, ESC, Batere Lipo, propeller. Motor brushless ditempatkan dengan posisi simetris pada masing-masing ujung lengan hexacopter. Filight controller dan batere lipo ditempatkan pada posisi tengah-tengah frame. ESC ditempatkan pada lengan hexacopter pada posisi di bawah propeller. Gambar 6 menunjukkan rancangan penempatan hardware pada frame. Gambar 5 Rancangan detail penempatan hardware 4. Simpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan ada beberapa kesimpulan yang diperoleh adalah rancangan dan implementasi perangkat C-UAV mengadopsi model hexacopter yang terdiri dari 6 lengan dengan model X. Konfigurasi flight controler menggunakan aplikasi mission planner. Hardware yang digunakan adalah Flight controller : HKPilot32 Autonomous Vehicle 32Bit, Brushless motor : GARTT ML KV, Electronic speed controller : Hobbywing XRotor Pro 50A, Propeller : Quanum Carbon Fiber T-Style Propeller 20x5.5, Batere Lipo : Tattu 6s 10000mah dan Xpower 6s 10000mah, Frame : Frame Hexacopter. Untuk kelanjutan dari penelitian ini dilakukan implementasi rancangan dan penambahan sensor vision dalam penentuan target dalam melepaskan barang. Daftar Rujukan BNPB. (2016). Potensi dan Ancaman Bencana. Retrieved from Dharmawan, A., & Firdaus, I. N. (2012). Purwarupa Sistem Otomasi Terbang Landas dan Mendarat Quadcopter. IJEIS (Indonesian Journal of Electronics and Instrumentation Systems), 2(1), Patel, H. P., Thakor, M. B., Joshi, V. J., & Patel, J. R. (2015). Design and Development of Multi- Copter. IJIRST International Journal for Innovative Research in Science & Technology, 1, Setyawan, G. E., Setiawan, E., Kurniawan, W., Ilmu, F., Universitas, K., & Malang, B. (2015). Penelitian ini bertujuan untuk mengendalikan ketinggian UAV dengan PID. Jurnal Teknologi Informasi Dan Ilmu Komputer, 2(2), Swamardika, I. B. A. (2014). Hand Motion Control Untuk Menggerakkan Quadcopter Robot Dengan Menggunakan Sensor Accelerometer Adxl335 Dan Wireless Xbee-Pro Series 1 60 Mw Berbasis Mikrokontroller ATmega32. Jurnal Ilmiah Mikrotek, 1(2), 47. Tamtomi, M. Y., Sulistiyanti, S. R., & Komarudin, M. (2016). Rancang Bangun Wahana Udara Tanpa Awak VTOL-UAV Sebagai Wahana Identifikasi Dini Kondisi Udara Berbasis Video Sender. ELECTRICIAN Jurnal Rekayasa Dan Teknologi Elektro Rancang, 10(3), 201. Tefay, B., Eizad, B., Crosthwaite, P., Singh, S., & Postula, A. (2011). Design of an Integrated Electronic Speed Controller for Compact Robotic Vehicles. Australasian Conference on Robotics SENARI

7 and Automation, 1 8. Retrieved from Utama, R. W. M., Komarudin, M., & Trisanto, A. (2013). Sistem Kendali Holding Position Pada Quadcopter Berbasis Mikrokontroler Atmega 328P. ELECTRICIAN Jurnal Rekayasa Dan Teknologi Elektro, 7(1), 35. Utomo, B. J. (2015). Rancang Bangun UAV (Unmanned Aerial Vehicle) Model Quadcopter dengan Menggunakan Algoritma Proportional Integral Derivative. In e-proceeding of Applied Science (Vol. 1, p. 57). Wang, W., & Ma, H. (2013). Control System Design For Multi-Rotor MAV. Journal Of Theoretical And Applied Mechanics, 51(4), Wenang, B., Dikairono, R., & Utami, H. (2012). Rancang Bangun Sistem Takeoff Unmanned Aerial Vehicle Quadrotor Berbasis Sensor Jarak Inframerah. Jurnal Teknik ITS, 1(1), 50. SENARI