Skripsi. Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh. Gelar Sarjana Teknik. Program Studi Teknik Elektro. Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Transkripsi

1 PERBANDINGAN ALGORITMA FLOOD-FILL DENGAN ALGORITMA BACKTRACKING DALAM PENCARIAN JALUR TERPENDEK PADA ROBOT MICROMOUSE Oleh Febryan Sutejoningtyas NIM : Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Oktober 2015

2

3

4

5 INTISARI Robot Micromouse didesain untuk menyelesaikan permasalahan dalam mencari jalan keluar dari suatu labirin baik itu labirin sempurna (perfect maze) maupun labirin tidak sempurna (imperfect maze). Agar robot mampu menyelesaikan permasalahan dengan proses yang cepat dan efisien, dibutuhkan algoritma pencarian jalur terpendek untuk diimplementasikan dalam robot micromouse. Dengan sekian banyaknya algoritma pencarian jalur terpendek yang ada, tidak semua algoritma mampu menyelesaikan permasalahan permasahan yang ada di dalam suatu labirin secara efisien. Robot micromouse ini memiliki sebuah sistem kontrol yang hanya terdiri dari satu bagian utama, yaitu kontrol utama dimana memiliki peran penting dalam melakukan pengontrolan terhadap keseluruhan sistem pada robot, seperti sistem navigasi dan sistem gerak. Dalam sistem navigasi robot, kontrol utama menerima segala data keluaran dari sensor dinding, kompas digital dan rotary encoder. Data yang diterima oleh kontrol utama berupa data mentah baik analog maupun digital yang kemudian diolah sehingga dapat digunakan oleh robot sebagai penunjuk jalan. Dalam sistem gerak robot, kontrol utama mengirimkan perintah perintah khusus terhadap kontrol aktuator untuk mengontrol segala pergerakan motor DC. Kecepatan motor dan arah perputaran motor ditentukan berdasarkan sistem navigasi robot. Pengujian dilakukan dengan membandingkan kinerja antara algoritma flood-fill dengan algoritma backtracking dalam pencarian jalur terpendek. Berdasarkan hasil pengujian, algoritma flood-fill memiliki kinerja yang lebih efisien daripada algoritma backtracking dalam mencari jalur terpendek pada peta labirin khususnya dalam menangani imperfect maze dimana total sel terpendek pada maze 2 terpaut sebanyak 26 sel, sedangkan pada maze 3 terpaut sebanyak 36 sel. i

6 ABSTRACT Micromouse robot is designed for resolving problems in finding a way out of a maze either perfect maze or imperfect maze. So that the robot is able to resolve problems quickly and efficiently, it needs the shortest path search algorithms to be implemented in the micromouse robot. With the many existing of the shortest path search algorithms, not all algorithms are able to resolve problems that are in a maze efficiently. This micromouse robot has a control system which only consist of one main part, it is the main control which has an important role in controlling the whole robot s system such as navigation system and motion system. In the robot s navigation system, the main control receives all of the data output from wall sensors, digital compass, and rotary encoder. Data received by the main control is a raw data either analog or digital which is processed so that it can be used by robot as a guide. In the robot s motion system, the main control send specific commands to actuator control for controlling the movements of the DC motors. The motor speed and the direction of the motor rotation are determined based on robot s navigation system. Testing done by comparing the performance between the flood-fill algorithm and the bactracking algorithm in the search of the shortest path. Based on the testing results, the flood-fill algorithm has performance that is more efficient than the backtracking algorithm in finding the shortest path in the maze especially in handle of imperfect maze which the difference among the shortest total cell in maze 2 is 26 cell, while in maze 3 is 36 cell. ii

7 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang tidak pernah meninggalkan penulis selama menempuh pendidikan sampai sekarang sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan serta penyusunan skripsi ini. Penulisan skripsi ini diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Tuhan Yesus yang selalu memberikan jalan terbaik sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. 2. Papa Rudy Yus Hendratno dan mama Nur Megawati, kedua orang tua yang selalu mendoakan penulis dalam segala hal dan selalu mendukung penulis terutama dalam hal finansial untuk membiayai segala keperluan yang dibutuhkan oleh penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 3. Bapak Deddy Susilo, M. Eng dan Bapak Darmawan Utomo, M. Eng selaku pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan dan saran yang telah diberikan kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini. 4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang telah memfasilitasi penulis selama belajar di FTEK UKSW. 5. Kakakku Yudi yang selalu memberikan dukungan, masukan, dan saran yang sangat bermanfaat sehingga penulis dapat menyelesaikan perkuliahan sampai pada akhirnya dapat menyelesaikan skripsi akhir ini. 6. Seluruh keluarga besar FTEK 2009 sebagai teman seperjuangan yang selalu memberi dukungan kepada penulis. 7. Kakak kakak angkatan atas yang pernah memberikan pelajaran pelajaran yang sangat berharga selama belajar di FTEK UKSW. iii

8 8. Teman teman sekitar yang pernah memberikan bantuan dalam menyelesaikan permasalahan permasalahan yang muncul saat mengerjakan skripsi ini. 9. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Salatiga, Oktober 2015 Penulis iv

9 DAFTAR ISI INTISARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN Tujuan Latar Belakang Batasan Masalah Sistematika Penulisan... 3 BAB II DASAR TEORI Kajian Pustaka Penerapan Sensor Perbandingan Algoritma Algoritma Flood-Fill Algoritma Backtracking BAB III PERANCANGAN SISTEM Gambaran Sistem Perancangan Peta Labirin Perancangan Mekanik Robot Perancangan Perangkat Keras Sistem Kontrol Perangkat Keras Elektronik Perancangan Perangkat Lunak Flowchart Program Utama Flowchart Algoritma Flood-Fill Flowchart Algoritma Backtracking BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS v

10 4.1. Pengujian Sensor Dinding (Photodiode dan LED) Pengujian Kompas Digital HMC5983L Pengujian Rotary Encoder Pengujian Algoritma Pencarian Jalur Terpendek Pengujian Algoritma Flood-Fill Pengujian Algoritma Backtracking Perbandingan Kinerja Algoritma BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Pengembangan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A TAHAPAN PROSES KERJA ALGORITMA FLOOD-FILL PADA MAZE LAMPIRAN B TAHAPAN PROSES KERJA ALGORITMA BACKTRACKING PADA MAZE vi

11 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. (a) Contoh labirin sempurna, (b) Contoh labirin tidak sempurna... 1 Gambar 2.1. Proses pemantulan cahaya pada sensor cahaya... 6 Gambar 2.2. Pengaruh warna objek terhadap pantulan cahaya... 7 Gambar 2.3. Penempatan Sensor Cahaya... 7 Gambar 2.4. Susunan Rotary Encoder... 8 Gambar 2.5. Penempatan Kompas Digital... 9 Gambar 2.6. Ilustrasi pembangkitan nilai awal pada peta labirin 5 x Gambar 2.7. Bentuk Kondisi Lapangan Gambar 2.8. Ilustrasi proses pembaharuan nilai sel Gambar 2.9. Struktur pohon akar Depth-First Search Gambar Ilustrasi proses runut-balik pada peta labirin 5 x Gambar Pohon solusi proses runut-balik dan pencarian jalur terpendek Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem Gambar 3.2. Rancangan Peta Labirin 10 x Gambar 3.3. Dinding Adjustable Gambar 3.4. Posisi Start dan Finish Gambar 3.5. Bentuk Variasi Peta Labirin Gambar 3.6. Bentuk Realisasi Peta Labirin 10 x Gambar 3.7. Kerangka Robot Gambar 3.8. Bentuk Realisasi Robot Micromouse Gambar 3.9. Kontroler Arduino UNO Gambar Konfigurasi Pin Arduino UNO Gambar Rangkaian Sensor Cahaya Gambar Konfigurasi Pin 74HC Gambar Sensor Magnet HMC5983L Gambar Roda Piringan Rotary Encoder Gambar Rangkaian Rotary Encoder Gambar Driver Motor TB6612FNG Gambar Konfigurasi Pin EEPROM AT24C Gambar Flowchart Program Utama vii

12 Gambar Flowchart Algoritma Flood-Fill Gambar Flowchart Algoritma Backtracking Gambar 4.1. Grafik Perubahan Nilai Keluaran Sensor Dinding Gambar 4.2. Grafik Hasil Keluaran Sensor Magnet HMC5983L Gambar 4.3. Tempat Uji Coba : (a) Maze 1, (b) Maze 2, (c) Maze Gambar 4.4. Run-Test Pertama Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar 4.5. Run-Test Kedua Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar 4.6. Run-Test Ketiga Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar 4.7. Run-Test Pertama Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar 4.8. Run-Test Kedua Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar 4.9. Run-Test Ketiga Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar Run-Test Pertama Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar Run-Test Kedua Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar Run-Test Ketiga Algoritma Flood-Fill pada Maze Gambar Run-Test Pertama Algoritma Backtracking pada Maze Gambar Run-Test Kedua Algoritma Backtracking pada Maze Gambar Run-Test Ketiga Algoritma Backtracking pada Maze Gambar Run-Test Pertama Algoritma Backtracking pada Maze Gambar Run-Test Kedua Algoritma Backtracking pada Maze Gambar Run-Test Ketiga Algoritma Backtracking pada Maze Gambar Run-Test Pertama Algoritma Backtracking pada Maze Gambar Run-Test Kedua Algoritma Backtracking pada Maze Gambar Run-Test Ketiga Algoritma Backtracking pada Maze viii

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Perbandingan Algoritma Tabel 3.1. Tabel Keterangan Mekanik Robot Tabel 3.2. Tabel Spesifikasi Pololu Micro Metal Gearmotors Tabel 3.3. Kegunaan Pin Arduino UNO Tabel 3.4. Fungsi Kontrol H-Bridge pada TB6612FNG Tabel 4.1. Hasil Pengujian Arah pada Kompas Digital Tabel 4.2. Hasil Pengujian Jumlah Penghitungan pada Rotary Encoder Tabel 4.3. Hasil Pengujian Algoritma Flood-Fill pada Maze Tabel 4.4. Hasil Pengujian Algoritma Flood-Fill pada Maze Tabel 4.5. Hasil Pengujian Algoritma Flood-Fill pada Maze Tabel 4.6. Hasil Pengujian Algoritma Backtracking pada Maze Tabel 4.7. Hasil Pengujian Algoritma Backtracking pada Maze Tabel 4.8. Hasil Pengujian Algoritma Backtracking pada Maze Tabel 4.9. Hasil Perbandingan Kinerja Algoritma ix