Sistem Kendali Navigasi Quadcopter Menggunakan Suara Melalui Smartphone dan Arduino dengan Metode Text Processing

Transkripsi

1 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer e-issn: X Vol. 2, No. 2, Februari 2018, hlm Sistem Kendali Navigasi Quadcopter Menggunakan Suara Melalui Smartphone dan Arduino dengan Metode Text Processing Faviansyah Arianda Pallas 1, Gembong Edhi Setyawan 2, Barlian Henryranu Prasetio 3 Program Studi Teknik Komputer, 1 faviansyah1@gmail.com, 2 gembong@ub.ac.id, 3 barlian@ub.ac.id Abstrak Quadcopter merupakan kategori robot terbang yang dilengkapi dengan empat motor dan empat baling-baling di bagian sampingnya. Sistem kendali quadcopter membutuhkan remote control, sehingga perlu keahlian khusus supaya quadcopter dapat terbang sesuai dengan keinginan. Berdasarkan masalah tersebut, maka dikembangkan sistem kendali menggunakan suara melalui smartphone dan Arduino dengan metode text processing. Data suara yang masuk diubah menjadi teks. Setiap teks yang masuk berupa kalimat, dipisah menjadi satuan kata. Kemudian tiap kata dicocokkan dengan database yang telah dibuat sebelumnya menggunakan algoritme stopword removal wordlist. Hasil dari pencocokan database dikirim ke Arduino dan dilakukan pengolahan data dengan keluaran gerakan quadcopter. Quadcopter yang digunakan dalam penelitian ini berjenis Parrot Ar Drone 2.0. Dari hasil pengujian, sistem ini memiliki nilai kebenaran 100% pada pengujian fungsional dan pengujian pengolahan masukan pengguna. Pada pengujian ketepatan gerakan quadcopter, akurasi sistem mencapai 89.3%. Selanjutnya pengujian performa aplikasi, sistem ini memiliki rata-rata waktu yang bertambah ±1 detik dengan banyaknya masukan kata, sedangkan proses untuk pengolahan kalimat bertambah sebesar ±300 nano detik seiring dengan banyaknya masukan kata. Untuk pengujian performa terbang, diambil nilai data terbang quadcopter berupa sudut Roll, Pitch, dan Yaw dengan range antara 180 O hingga -180 O. Sedangkan nilai ketinggian minimal 0,062 meter dan maksimal 3 meter. Kata kunci: Arduino, quadcopter, smartphone, suara, text processing Abstract Quadcopter categorized as flying robot that has four motors and four propelers each side. Remote control requires to navigate quadcopter, so special skill and experience needed to navigate it well. Based on that problem, we developed a control system using sound through smartphone and Arduino with text processing method. Incoming sound from user converted into text, and then each text splitted into words. Each word will be matched into database that has been created before, using stopword removal wordlist algorithm. The results will be sent to Arduino to do data processing becoming quadcopter movement. In this research using parrot Parrot Ar Drone 2.0 as quadcopter. From testing result, this system has 100% value at functional testing and user input processing. At quadcopter precision movement testing, accuracy of this system reach 89.3%. At application performance testing, this system average time for sound processing increase ±1 second and average time for text preprocessing ±300 nanosecond along with the increase of words. At quadcopter fliying performance, taken quadcopter angel value of Roll, Pitch, and Yaw within -180 O to +180 O. While minimum value of height is meter and maximum height is 3 meter. Keywords: Arduino, quadcopter, smartphone, sound, text processing 1. PENDAHULUAN Quadcopter merupakan robot terbang dengan jenis pesawat tanpa awak atau biasa disebut dengan Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Quadcopter termasuk kategori UAV Micro yaitu robot kecil dan ringan dengan berat kurang dari 5 kg yang dilengkapi dengan empat motor dan baling-baling di bagian sampingnya, dua motor bergerak searah jarum jam dan dua bagian motor lainnya bergerak berlawanan jarum jam (Robotika, 2015). Quadcopter dapat dikendalikan sesuai keinginan manusia dengan menggunakan sistem kendali berupa remote control yang Fakultas Ilmu Komputer Universitas Brawijaya 732

2 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 733 memanfaatkan gelombang radio sebagai sistem komunikasinya. Selain itu, quadcopter juga dapat diimplementasikan menggunakan berbagai macam sistem kendali seperti joystick, leap motion, dan lain-lain (Hernandez-Martinez, et al., 2015). Namun dengan alat tersebut membutuhkan petunjuk penggunaan dan keahlian. Pada penelitian sebelumnya, quadcopter dapat dikontrol menggunakan pengolahan suara dengan metode Support Vector Machine (SVM), di mana suara diolah menggunakan MatLab (Supimrosl & Wongthanavasu, 2014). Selain itu, quadcopter dapat dikontrol menggunakan gesture dan suara dengan memanfaatkan LabView sebagai platform pengolahan suaranya (Krishna, et al., 2011). Namun, penelitian tersebut kurang efektif, hal ini dikarenakan tingkat kesalahan deteksi suara dan kata masih tinggi, serta sulit untuk mengeksekusi banyak perintah dalam satu waktu. Dari permasalahan tersebut, dikembangkan sistem kontrol quadcopter menggunakan suara melalui smartphone dan arduino dengan metode text processing. Kelebihan dari sistem ini, pengguna tidak membutuhkan keahlian apapun untuk mengendalikan quadcopter, karena hanya diperlukan perintah suara menggunakan bahasa sehari-hari. Metode yang digunakan akan lebih efektif dibandingkan metode sebelumnya, karena sistem yang dibuat berorientasi pada deteksi dan pengolahan kata masukan dari user (Dye, 2016). Memanfaatkan Android device untuk masukan suara dari pengguna dan tempat pengolahan kalimat, sedangkan Arduino sebagai menerima dan mengolah data dari Android. Hasil proses pada Arduino akan dijadikan gerakan quadcopter. Quadcopter yang digunakan pada penelitian ini berjenis Parrot Ar Drone 2.0. Quadcopter jenis ini dapat dikembangkan dengan bebas karena setiap komponen penyusunnya dapat diakses untuk menghasilkan feedback data navigasi atau data terbang dan dilengkapi dengan mekanisme sistem stabilisasi sehingga pengembang dapat berfokus pada algoritme dengan level yang lebih tinggi (Vyskovsky, 2015). Parameter yang diuji pada penelitian ini adalah masukan suara dari individu yang berbeda beda, pengujian efektivitas sistem dan uji waktu yang dibutuhkan aplikasi untuk mengolah data, uji masukan suara dan uji pemisahan kalimat dengan pengguna yang berbeda, dan yang terakhir uji performa gerakan quadcopter. Dengan adanya skripsi ini, penulis berusaha mengembangkan teknologi kontrol quadcopter supaya lebih mudah pengoperasiannya dalam berbagai bidang khususnya melalui suara. 2. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI Pada tahap perancangan terbagi menjadi empat bagian, yaitu perancangan komunikasi, sistem Android, sistem Arduino, dan sistem Node.JS. Seperti pada Gambar 1. Perancangan Sistem Perancangan Komunikasi Sistem Perancangan sistem Android Perancangan sistem Arduino Perancangan sistem Node.JS Gambar 1. Perancangan Sistem 2.1. Perancangan dan Implementasi Komunikasi Sistem Pada perancangan komunikasi, dibahas mengenai alur komunikasi sistem agar tahap implementasi dapat berjalan sesuai dengan harapan. Perancangan dan implementasi pada tahap ini dapat dilihat pada Gambar 2 dan Gambar 3. Gambar 2. Peracangan Komunikasi Sistem

3 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 734 nantinya 2 kolom ini akan diisi dengan data kumpulan kata dan perintah. Kolom pada tabel diisi dengan perintah pergerakan quadcopter,kata hubung, kata imbuhan, dan lain-lain. Isi kata inti pada database tabel Drone_command dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1. Kata inti Drone_command Gambar 3. Implementasi Komunikasi sistem Sistem dimulai saat pengguna memberikan masukan suara. Hasil dari pengolahan suara akan menghasilkan data dengan tipe string. Lalu dilakukan proses text preprocessing, yaitu pemecahan kalimat menjadi kata, selanjutnya tiap kata dicek di dalam database yang berisi kumpulan kata. Data hasil pengolahannya dikirim ke Arduino melalui komunikasi Bluetooth. Arduino membutuhkan software serial untuk inisialisasi bluetooth module HC-05. Data yang diterima dari Android akan di lakukan text processing, yaitu pengolahan kata untuk menjadi output yang diinginkan dan hasilnya akan dikirim ke Node.JS melalui serial komunikasi USB. Node.JS mengirim data ke quadcopter dari Arduino dan dimasukkan ke dalam array, untuk diolah menjadi gerakan. Node.JS memberikan perintah untuk gerakan quadcopter dengan memanggil fungsi gerakan yang terdapat pada Node Package Manager. Selain memberikan perintah kontrol, Node.JS akan meminta untuk menampilkan data navigasi dari quadcopter dari pengolahan sensor yang dimilikinya. Komunikasi yang digunakan Antara Node.JS dan quadcopter menggunakan Wi-fi. Quadcopter akan mengirim data nilai Roll, Pitch, Yaw Perancangan dan Implementasi Sistem Android Android device berfungsi untuk masukan suara dan melakukan text preprocessing, menggunakan Android studio IDE sebagai tempat untuk pembuatan dan pengembangan software pengolahan suara. Hasil dari text preprocessing dikirim menuju Arduino dan dilakukan pengolahan data lebih lanjut. Database dibuat dengan nama Drone.db. Tahap selanjutnya membuat tabel dengan nama Drone_command. Tabel ini memiliki 2 kolom yaitu kolom Name dan kolom Command, Name Command TERBANG 1 LANDING 2 MENDARAT 2 NAIK 3 TURUN 4 KIRI 5 KANAN 6 MAJU 7 DEPAN 7 MUNDUR 8 BERPUTAR 9 PUTAR 9 LALU LANJUT SETELAH DAN KEMUDIAN SELANJUTNYA SEKALIAN Selain untuk tempat pembuatan database pada Android terdapat proses text preprocessing tahap pertama yang dilakukan pada text preprocessing berupa case folding, yaitu mengubah kata masukan menjadi huruf besar. lalu pemisahan kalimat menjadi kata, lalu pencocokan kata dengan database drone.db menggunakan algoritme stopword removal wordlist memanfaatkan tabel Drone_command. Hasil implementasi sistem pada Android dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 4. Implementasi Aplikasi Android

4 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 735 Alur pemisahan kalimat menjadi kata pada sistem Android dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 5. Alur Pemisahan Kalimat Pada Gambar 5, kalimat Kiri Kanan Atas Bawah akan dipisah menjadi satuan kata Kiri, Kanan, Atas, Bawah, tiap kata akan dicocokkan dengan database, kalimat Kiri terdapat pada kolom Kiri dan Command 5 maka isi dari tabel Command akan dimasukkan ke dalam array, kalimat Kanan terdapat pada kolom Kanan dan Command 6 maka isi dari tabel Command akan dimasukkan ke dalam array ke dua, kalimat Atas terdapat pada kolom Atas dan Command 3 maka isi dari tabel Command akan dimasukkan ke dalam array ke tiga, kalimat bawah terdapat pada kolom Bawah dan Command 4 maka isi dari tabel Command akan dimasukkan ke dalam array ke empat. Isi dari data array akan dikirim ke Arduino secara sekuensial Perancangan dan Implementasi Sistem pada Arduino Arduino dilengkapi dengan modul Bluetooth HC-05 yang berfungsi untuk menerima data dari Android untuk dilakukan pengolahan data dengan keluaran nilai untuk gerakan quadcopter yang dikirim ke Node.JS melalui komunikasi serial. Perancangan serta implementasi Arduino dan HC-05 dapat dilihat pada Gambar 6 dan Gambar 7. Gambar 6. Perancangan Arduino dan HC-05 Gambar 7. Implementasi Arduino dan HC-05 Terdapat 4 pin yang digunakan pada HC- 05, yaitu pin VCC dihubungkan dengan 5V pada Arduino, pin GND yang dihubungkan dengan Ground pada Arduino, Pin Tx dihubungkan dengan pin 10 pada Arduino, dan pin Rx dihubungkan dengan pin 11 pada Arduino. Pada Arduino terdapat proses pengolahan data yang dapat dilihat pada Gambar 8. Gambar 8. Alur Pemrosesan Data Data yang masuk dari Android akan dimasukkan ke dalam array, aray tersebut akan diolah dengan digabungkan atau berdiri sendiri, proses ini dinamakan data processing. Output dari data processing berupa nilai integer, yang nantinya akan dikirim ke Node.JS langsung. Diberikan delay pada tiap tahapnya, serta program ini akan berulang sampai perintah dari pengguna habis. State program dimulai lagi setiap data dari Android masuk Perancangan dan Implementasi Sistem pada Node.JS Arduino mengirim data ke Node.JS untuk diklasifikasikan menjadi data array, Data array tersebut akan di inisialisasi menjadi gerakan quadcopter. Pengolahan array untuk gerakan quadcopter data dapat dilihat pada Tabel 2.

5 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 736 Tabel 2. Perintah gerakan quadcopter Name Command 1 TAKEOFF 2 LANDING 3 NAIK 4 TURUN 5 KIRI 6 KANAN 7 DEPAN 8 BELAKANG 9 PUTAR KANAN 10 PUTAR KIRI 11 HOVER Data yang masuk dari Arduino dengan tipe data integer akan dieksekusi langsung menjadi gerakan quadcopter. Tiap data yang masuk dari Arduino memiliki fungsi sendiri-sendiri. Jika data yang masuk dari Arduino bernilai 1, maka quadcopter akan melakukan takeoff. Jika data yang masuk dari Arduino bernilai 2, maka quadcopter akan melakukan landing. Jika data yang masuk dari Arduino bernilai 3, maka quadcopter akan melakukan naik ke atas, dan seterusnya. Hasil pengolahan data dari dapat dilihat pada Gambar 9. Gambar 9. Implementasi sistem Node.JS Perintah suara dari pengguna akan diolah menjadi kendali quadcopter. Arah gerakan quadcopter dapat dilihat pada console log. Node.JS mengirim perintah gerakan ke quadcopter melalui komunikasi Wi-Fi. 3. HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS Pengujian pada penelitian ini dibagi menjadi beberapa bagian yaitu: 1. Pengujian fungsional sistem. 2. Pengujian proses pengolahan teks. 3. Pengujian kendali quadcopter menggunakan individu yang berbeda. 4. Pengujian performa aplikasi. 5. Pengujian performa terbang quadcopter Pengujian Fungsional Sistem Pengujian ini untuk mengetahui apakah sistem sudah berjalan sesuai dengan keinginan peneliti. Sistem diuji dari segi Android, Arduino dan Node.JS. Pengujian dilakukan sebanyak 10x pada setiap masukan kata. hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3. Hasil pengujian fungsional sistem No Masukan Hasil Benar Hasil Salah (kata) (kata) (kata) Jumlah Hasil pengujian fungsional dengan 150 masukan yang telah dilakukan dapat dihitung persentase nilai benar dengan persamaan 1. X = Jumlah Nilai benar x 100% (1) Nilai Keseluruhan Hasil penghitungannya sebagai berikut X = 150 x 100% = 100% 150 Pengujian fungsional pada sistem ini dapat disimpulkan berhasil karena memiliki persentase kebenaran sebesar 100% Pengujian Proses Pengolahan Teks Pengujian ini berfungsi untuk mengetahui apakah sistem mampu mengolah kalimat yang dijadikan masukan dengan user yang berbedabeda secara benar dan akurat. Hasil pengujian pengolahan teks dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4. Pengujian Pengolahan teks No Pengguna ke Banyak Jumlah Kata Benar 1 Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Jumlah Dari data yang diperoleh dapat dihitung persentase nilai akurasi database dan pengolahan teks dengan persamaan 1. X = 105 x 100% = 100% 105

6 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 737 Dari hasil penghitungan pengujian pengolahan teks memiliki tingkat kebenaran 100% Pengujian Kendali dengan Individu Berbeda pengujian ini untuk menguji efektivitas sistem, dan akurasi sistem. Selain itu memastikan bahwa sistem ini berjalan lancar dengan masukan suara dari pengguna yang berbeda-beda. sebanyak 10 user yang berbeda diberikan sistem ini. Setiap user akan mencoba berbagai kombinasi perintah yang berbeda. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 5. No Tabel 5. Hasil Pengujian Kendali Quadcopter Dengan Individu Yang Berbeda Pengguna ke- Jumlah gerakan benar Jumlah gerakan salah 1 Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Pengguna Jumlah Dari hasil pengujian 10 responden pada Tabel 5, dihitung persentase akurasi dari sistem yang dibuat dengan persamaan 1. X = 134 x 100% = 89.3% 150 Dari hasil penghitungan Sistem ini memiliki akurasi sebesar 89.3% Pengujian Performa Aplikasi Pengujian ini untuk mengetahui delay dari sistem yang dibuat pada Android, berapa waktu yang dibutuhkan sejak masukan suara dari pengguna sampai melakukan text preprocessing. Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6 Hasil Pengujian Performa Aplikasi Jenis pengujian Rata-Rata Hasil pengujian Pengolahan Text suara/mili Preprocessing/ second Nano second Masukan 1 Kata 3160,5 3002,7 Masukan 2 Kata 4091,8 3307,2 Masukan 3 Kata 4847,1 3570,3 Masukan 4 Kata 5934,5 3901,7 Masukan 5 Kata ,6 Dari data pengujian Tabel 6 dapat disimpulkan bahwa rata-rata waktu yang diperlukan untuk pengolahan suara bertambah ±1 detik sesuai dengan banyaknya kata masukan, sedangkan waktu untuk pengolahan text preprocessing memiliki rata-rata yang bertambah sebesar ± 300 nano second seiring dengan banyaknya kata masukan pula. Berdasarkan 5 jenis pengujian pada Tabel 6 membuktikan bahwa waktu yang dibutuhkan untuk melakukan text preprocessing dan waktu yang dibutuhkan untuk pengolahan suara akan bertambah terus menerus seiring dengan banyaknya kata yang diberikan 3.5. Pengujian Performa Terbang Quadcopter Tujuan dari pengujian ini untuk mengetahui performa terbang dari quadcopter. Hasil klasifikasi pengujian dapat dilihat pada Tabel 7 sampai 11. Tabel 7. Klasifikasi Nilai Sudut Roll Gerakan quadcopter Bergerak ke kanan Bergerak ke kiri Nilai Sudut Roll 0 sampai +180 O 0 sampai -180 O Sudut sumbu X atau Roll yang dibentuk oleh quadcopter dengan kemiringan ke arah kanan dapat mencapai +180 O, sedangkan sudut yang dibentuk saat kemiringan ke arah kiri mencapai -180 O. Tabel 8. Klasifikasi Nilai Sudut Pitch Gerakan quadcopter Bergerak ke belakang Bergerak ke depan Nilai Sudut Pitch 0 sampai +180 O 0 sampai -180 O Sudut sumbu Y atau Pitch yang dibentuk oleh quadcopter dengan kemiringan ke arah belakang dapat mencapai +180 O, sedangkan sudut yang dibentuk saat kemiringan ke arah depan mencapai -180 O. Tabel 9. Klasifikasi Nilai Sudut Yaw Gerakan quadcopter Berputar ke kiri Berputar ke kanan Nilai Sudut Yaw 0 sampai -180 O 0 sampai +180 O Sumbu Z atau Yaw yang dibentuk oleh quadcopter Berputar ke arah kiri dapat mencapai -180 O, sedangkan sudut yang dibentuk saat Berputar ke arah kanan mencapai +180 O.

7 Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer 738 Tabel 10. Klasifikasi Nilai Altitude Gerakan quadcopter Bergerak ke atas Bergerak ke bawah Nilai Ketinggian meter sampai 3 meter n meter sampai meter Nilai altitude yang dapat dicapai oleh quadcopter saat bergerak naik sebesar 3 meter, Quadcopter dapat bergerak turun ke bawah nilai minimal setinggi meter, quadcopter tidak mampu bergerak kebawah lagi dikarenakan nilai minimum terbang quadcopter sebesar meter. Tabel 11. Klasifikasi Nilai Altitude Gerakan quadcopter takeoff landing Nilai Ketinggian 0 meter sampai ±1 meter n meter sampai 0 meter Nilai ketinggian quadcopter ketika diberikan perintah takeoff akan naik setinggi ±1 meter. Quadcopter dapat melakukan landing dari ketinggian berapapun tanpa ada batas, dan nilai ketinggian akan terus berkurang sampai mencapai angka KESIMPULAN Berdasarkan hasil pengujian dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut. 1. Dengan adanya penelitian ini sehingga di tarik kesimpulan bahwa Android device dapat digunakan untuk pengolahan suara menggunakan speech recognition android sekaligus melakukan pengolahan teks dengan memanfaatkan database SQLite untuk nantinya diproses menjadi gerakan quadcopter. Hasil pengujian fungsional dinyatakan berhasil dengan tingkat keberhasilan 100%. 2. Dari hasil percobaan 10 pengguna berbeda yang telah dilakukan, pengolahan teks dan pengolahan suara memiliki tingkat kebenaran mencapai 100%. Sehingga dapat disimpulkan sistem ini mampu berjalan seperti yang diharapkan peneliti. 3. Dari percobaan 10 pengguna, sistem memiliki nilai benar sebesar 134 dan memiliki nilai salah sebesar 16. dapat disimpulkan bahwa pengolahan suara dan pemrosesan teks yang dilakukan untuk menjadi gerakan quadcopter memiliki akurasi yang tinggi, yaitu sebesar 89.3%. 4. waktu yang dibutuhkan untuk melakukan text preprocessing dan waktu yang dibutuhkan untuk pengolahan suara akan bertambah terus menerus seiring dengan banyaknya kata yang diberikan. 5. Dari pengujian yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan bahwa performa quadcopter saat terbang dapat dilihat dari tabel hasil percobaan. Nilai sudut Roll berubah ketika bergerak ke arah kanan atau kiri. Nilai sudut Pitch berubah ketika bergerak ke arah depan atau belakang. Nilai sudut Yaw berubah ketika bergerak berputar ke arah kanan atau kiri. Nilai ketinggian akan berubah sesuai dengan state pergerakan quadcopter. 5. DAFTAR PUSTAKA Dye, J., Google says Voice Search faster and more accurate. [Online] Available at: -voice-search-improvements / [Accessed ]. Hernandez-Martinez, E. et al., Trajectory Tracking of a Quadcopter UAV. Ciudad, IFAC. Krishna, R. et al., Modelling and control of quadcopter. Coimbatore, IEEE. Robotika, E. (2015). Pesawat Tanpa Awak, Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Retrieved Mei 4, 2017, from Supimrosl, S. & Wongthanavasu, S., Speech recognition - based Control System. Thailand, IEEE. Vyskovsky, A., Any Object Tracking and Following. Prague, IEEE.