PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI COMPUTER VISION PADA ROBOT PENDETEKSI OBJEK BERBASIS SMARTPHONE ANDROID DAN MIKROKONTROLER ATMEGA128

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI COMPUTER VISION PADA ROBOT PENDETEKSI OBJEK BERBASIS SMARTPHONE ANDROID DAN ATMEGA128 Galih Aldio Putra Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pakuan, Bogor, Telp : (0251) , Fax : (0251) aldio4869@gmail.com Dalam industri automotif dan industri pertambangan, robot sudah menjadi penggerak utama dari industri ini. Alasan utama penggunaan robot adalah karena, robot dalam kondisi tertentu dapat menjadi pekerja yang ideal, dengan tingkat akurasi dan efisiensi yang tinggi robot juga menggantikan pekerjaan manusia yang tergolong berbahaya, serta yang lebih penting adalah biaya operasional yang rendah dengan output yang dihasilkan lebih tinggi.mengacu pada permasalahan diatas dan perkembangan teknologi saat ini maka akan di kembangkan ground robot yang digabungkan dengan arm robot (lengan robot), dengan mengimplementasikan computer vision untuk mendeteksi dan mengambil sample yang di inginkan, dimana pada prototipe ini sample akan di ganti menjadi bentuk kubus berwarna putih dengan lingkaran merah ditengahnya. Secara sederhana cara kerja dari robot ini adalah menggunakan sistem yang dikendalikan oleh sebuah smartphone android. Dimana smartphone android mengendalikan robot berdasarkan hasil yang didapat dari kamera smartphone secara real-time dan diolah menjadi sebuah matrik biner untuk mendeteksi keberadaan kubus yang berwarna putih dengan lingkaran merah ditengahnya dan mengambil sample tersebut serta kembali ke home membawa sample tersebut. Keywords Ground robot, arm robot, computer vision. 1. PENDAHULUAN Di zaman sekarang robotik sudah menjadi bagian terpenting dalam kehidupan manusia, Robot berasal dari bahasa Cek robota, yang berarti pekerja. Menurut arti bahasa, robat adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik menggunakan pengawasan dan control manusia, atau menggunakan program yang telah didefinisikan terlebih dahulu [1]. Dalam industri automotif dan industri pertambangan, robot sudah menjadi penggerak utama dari industri ini. Alasan utama penggunaan robot adalah karena, robot dalam kondisi tertentu (syarat minimum operasi terpenuhi) dapat menjadi pekerja yang ideal, dengan tingkat akurasi dan efisiensi yang tinggi robot juga menggantikan pekerjaan manusia yang tergolong berbahaya, serta yang lebih penting adalah biaya operasi yang rendah dengan output yang dihasilkan lebih tinggi. Mengacu pada permasalahan diatas dan perkembangan teknologi saat ini maka akan di kembangkan ground robot yang digabungkan dengan arm robot (lengan robot), dengan mengimplementasikan computer vision untuk mendeteksi dan mengambil sample yang di inginkan, dimana pada prototipe ini sample akan di ganti menjadi bentuk kubus berwarna putih dengan lingkaran merah ditengahnya, yang di letakkan di tengah-tengah bentuk bangun ruang yang lain dan dengan warna yang berbeda-beda. Secara sederhana cara kerja dari robot ini adalah menggunakan sistem yang dikendalikan oleh sebuah smartphone android. Dimana smartphone android mengendalikan robot berdasarkan hasil yang didapat dari kamera smartphone secara real-time dan diolah menjadi sebuah matrik biner untuk mendeteksi keberadaan kubus yang berwarna putih dengan lingkaran merah ditengahnya dan mengambil sample tersebut serta kembali ke home membawa sample tersebut. Sistem yang akan dibangun meliputi robot yang dapat berjalan mendekati dan mendeteksi kubus berwarna putih dengan lingkaran merah ditengahnya, perangkat kendali robot (hadware), dan antarmuka pengendali robot (Software). 2. TINJUAN PUASTAKA 2.1. Computer Vision Computer Vision adalah ilmu dan teknologi mesin yang melihat, di mana mesin mampu mengekstrak informasi dari gambar yang diperlukan untuk menyelesaikan tugas tertentu. Sebagai suatu disiplin ilmu. Computer Vision

2 didefinisikan sebagai salah satu cabang ilmu pengetahuan yang mempelajari bagaimana komputer dapat mengenali objek yang diamati [2] OpenCV Library OpenCV adalah suatu library gratis yang dikembangkan oleh developer-devloper intel Corporation. Library ini terdiri dari fungsi-fungsi computer vision dan API (Aplication Programming Interface) unutk image processing high level maupun low level dan sebagai optimasi aplikasi realtime. Metode yang digunakan oleh OpenCV adalah metode Haar-Cascade Classifer [2] Mikrokontroler Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer yang seluruh atau sebagian besar elemennya dikemas dalam suatu chip IC, sehingga sering disebut single chip mikrokomputer. Lebih lanjut, mikrokontroler merupakan sistem komputer yang mempunyai satu atau beberapa tugas yang sangat spesifik, berbeda dengan personal komputer yang memiliki beragam fungsi. Perbedaan lainnya RAM dan ROM yang sangat berbeda antar komputer dengan mikrokontroler. Dalam mikrokontroler, ROM jauh lebih besar dibanding RAM, sedangkan dalam komputer PC RAM jauh lebih besar dibanding ROM [3] Robot Robot berasal dari bahasa Cek robota, yang berarti pekerja. Robot diperkenalkan pertama kali oleh Wright Karel Capek pada tahun 1920 melalui sandiwara ng dibuatnya yaitu R. U. R. (Rossum s Universal Robots). Pada tahun 1941, penulis fiksi ilmiah Isaac Asimov memperkenalkan istilah robotics dalam teknologi robot. Tidak semua robot berwujud manusia (robot humanoid) yang mempunyai tangan, kaki, dan kepala. Ada beberapa robot yang hanya berupa tangan atau lebih sering disebut sebagai lengan robot (robot manipulator), robot yang dapat berpindahpindh(flying robot), dan robot yang menyerupai binatang (robot Animalia) [1] Robot Pendeteksi Bentuk Robot pendeteksi bentuk merupakan sebuah sistem kecerdasan pada robot modern yang dikembangakan pada piranti lunak, Kecerdasan buatan dapat dirancang menggunakan algoritma yang memungkinkan robot bergerak secara otomatis, dengan mempertimbangkan informasi sekitar yang dibaca dari sensor yang ada Mikrokontroler ATMega128 merupakan salah satu varian dari mikrokontroler AVR 8-bit. Beberapa fitur yang dimiliki adalah memiliki beberapa memory yang bersifat non-volatile, yaitu 128Kbytes of In-System Self-Programmable Flash program memory (128Kbytes memory flash untuk pemrograman), 4Kbytes memori EEPROM, 4Kbytes memori Internal SRAM, write/erase cycles : Flash/ EEPROM (program dalam mikrokontroler dapat diisi dan dihapus berulang kali sampai kali untuk flash memori atau kali untuk penyimpanan program/data di EEPROM) [4] Android Android merupakan sebuah sistem operasi berbasis linux yang bersifat terbuka (open source) dan dirancang untuk perangkat seluler layar sentuh seperti smartphone dan komputer tablet [5]. Android menyediakan platform terbuka bagi para pengembang untuk menciptakan aplikasi mereka sendiri untuk digunakan oleh bermacam piranti bergerak. 3. PERANCANGAN 3.1. Gambaran Umum Sistem Gambaran umum pada sistem ini adalah terdiri dari 3 aspek yaitu input berupa gambar atau video yang ditangkap secara real-time dari smartphone Android, Proses berada pada smartphone android serta output berupa bergeraknya robot. Untuk lebih jelas ada pada gambar 1.

3 Input Proses Output Kamera Smartphone Processor Android Berjalannya Roda/Ban ATMega128 Bergerak Servo/Lengan Gambar 1 : Diagram Blok Sistem 1. Kamera Smartphone, yaitu menangkap gambar atau video secara real-time pada kamera. 2. Processor Android sebagai otak/prosesor utama pada robot beroda ini. 3. ATMega128 sebagai prosessor slave yang digunakan untuk menggerakkan robot dan mengatur pergerakan lengan robot. 4. Roda sebagai alat bergeraknya robot. 5. Servo sebagai tangan pada robot Prinsip Kerja Sistem Robot beroda ini mempunyai prinsip kerja sebagai berikut: Kamera pada Smartphone akan digunakan sebagai penangkap gambar atau video secara real-time, kemudian video tersebut diolah prosessor pada smartphone untuk diubah menjadi data matriks RGB, dari RGB kemudian diubah menjadi data HSV (Hue Saturatiun Value) yang kemudian data di filter untuk menentukan apakah ada objek yang terdeteksi, jika ada, smartphone akan menentukan posisi objek tersebut dari sudut pandang kamera, hasil dari posisi akan menentukan perintah navigasi yang akan di berikan kapada ATMega128 melalui Bluetooth. Data perintah navigasi yang diterima oleh ATMega128 akan diproses ke driver motor untuk mengerakan roda, dan untuk mengerakkan lengan pada robot. Untuk objek yang dideteksi hanya kubus berwarna putih dengan lingkaran merah ditengahnya Perancangan Hardware (Alat) Perancangan hardware secara umum digambarkan pada blok diagram seperti terlihat dalam gambar 2 berikut ini. KAMERA BLUETOOTH PROSESOR ARM v7 SMARTPHONE ANDROID BLOETOOT HC-05 ATMega128 MOTOR SHIELD MOTOR SERVO MOTOR DC BLOK RANGKAIAN ATMega128 Gambar 2 : Diagram Blok Sistem

4 3.4. Perancangan Software Pembuatan perangkat lunak sistem harus mengutamakan cara kerja yang efisien. Gambar 3 menunjukkan flowchart utama pada program : START KAMERA CEK KEBERADAAN APAKAH ADA CEK POSISI A APAKAH BERADA DITENGAH APAKAH MERAH BERADA DIKANAN APAKAH MERAH BERADA DIKIRI A KIRIM PERINTAH MAJU MELALUI BLUETOOTH KE KIRIM PERINTAH BELOK KANAN MELALUI BLUETOOTH KE KIRIM PERINTAH BELOK KIRI MELALUI BLUETOOTH KE MEMERINTAHKAN MOTOR UNTUK MAJU MEMERINTAHKAN MOTOR UNTUK BELOK KANAN MEMERINTAHKAN MOTOR UNTUK BELOK KIRI A CEK JARAK DENGAN ROBOT APAKAH BERADA DI DEPAN ROBOT KIRIM PERINTAH MAJU MELALUI BLUETOOTH KE MEMERINTAHKAN MOTOR UNTUK MAJU KIRIM PERINTAH AMBIL MELALUI BLUETOOTH KE MEMERINTAHKAN MOTOR SERVO UNTUK MENGAMBIL END Gambar 3 : Flowchart Program Utama

5 4. PEMBAHASAN 4.1. Pengujian Motor Servo Tabel pengujian motor servo ini dilakukan untuk mengetahui posisi motor servo ketika sistem dijalankan. Pada ARM (lengan) robot ini, digunakan tiga motor servo, dimana masing-masing motor servo tersebut memiliki kegunaan tersendiri, servo pertama berfungsi sebagai penggerak jepitan atau jari pada ARM (lengan) robot, servo kedua berfungsi sebagai siku pada ARM (lengan) robot, dan servo ketiga berfungsi sebagai penggerak bahu pada ARM (lengan) robot. Posisi yang digunakan pada motor servo, yaitu posisi servo untuk kondisi mencari objek kubus berwarna putih dengan lingkaran merah ditengahnya, posisi servo untuk mengambil objek, dan kondisi membawa objek, sekaligus mengetahui seberapa besar sudut derajat yang diperoleh untuk dua kondisi tersebut. Berikut tabel pengujiannya ditunjukkan pada tabel 1 : Tabel 1: Pengujian Motor Servo Kondisi Tegangan Derajat Derajat Derajat Servo1 Servo2 Servo3 Mencari Objek 5V Mengambil Objek 5V Membawa Objek 5 V Pengujian Motor DC PWM (Push Width Modulation) dipengaruhi oleh resolusi dari PWM itu sendiri. Misalkan PWM digital 8 bit berarti PWM tersebut memiliki resolusi 28 = 256, maksudnya nilai keluaran PWM ini memiliki 256 variasi, variasinya mulai dari yang mewakili duty cycle 0 100% dari keluaran PWM tersebut. Pada perancangan driver ini, sinyal PWM akan diatur secara digital yang dibangkitkan oleh mikrokontroler ATMega128. PWM ini lah sebagai pengatur kecepatan robot pada saat bermanuver. Dibawah ini di jelaskan tentang uji validasi Motor dc ditunjukan pada table 2 : Tabel 2: Pengujian Validasi Motor DC Motor DC Bergerak Motor Kanan Motor Kiri Hasil Maju Maju Maju Mundur Maju Putar kanan Maju Mundur Putar Kiri Diam Diam Berhenti 4.3. Pengujian Komunikasi Bluetooth Pengujian ini dilakukan untuk mengecek komunikasi yang terjadi antara smartphone android dan modul ATMega128. Pada tahap ini pengujian dilakukan dengan menggunakan aplikasi BlueTerm2 yang di sambungkan dengan ATMega128 dengan mengunakan bluetooth. Tampilannya aplikasinya terlihat pada gambar 4. Gambar 4 : Serial monitor pada Blue Term 2

6 4.4. Pengujian Pin-Pin Komponen Pengujian ini dilakukan dengan cara menghubungkan semua pin komponen yang digunakan ke modul mikrokontroler ATmega128 sesuai port-nya masing-masing, sehingga bisa diketahui apakah masih ada pin komponen yang sudah terpasang dan sesuai atau belum. Berikut tabel pengujiannya ditunjukkan pada tabel 3. Tabel 3: Pengujian Pin Pin Komponen Nama Pin Pin yang Komponen digunakan Keterangan Motor Servo PORTA.0 PORTA.2 Sesuai Somo PORTB.1 PORTB.3 Sesuai I2c PORTD.0 PORTD.1 Sesuai Motor DC PORTE.2 PORTE.5 Sesuai Pada tabel 3 dijelaskan bahwa port yang digunakan dari keseluruhan komponen hanya beberapa port saja, tidak semua port pada mikrokontroler ATMega128 digunakan. Tujuan dari pengujian pin-pin tersebut, yaitu untuk mengetahui apakah masih ada pin-pin dari komponen yang sudah terhubung atau belum, karena jika salah satu pin komponen yang tidak sesuai dan tidak terhubung maka komponen tersebut tidak akan berjalan sesuai dengan apa yang kita inginkan Pengujian Aplikasi Android Pengujian dilakukan dengan menjalankan aplikasi pada smartphone android dan menggunakan fitur debug pada Eclipse IDE. Dalam mode debug tesebut juga digunakan untuk mengambil screenshot pada saat aplikasi berjalan. Tabel 4: Pengujian aplikasi pada android Kondisi Posisi objek terhadap sumbu x layar smartphone > 230 Posisi objek terhadap sumbu x layar smartphone <= < Posisi objek terhadap sumbu x layar smartphone < 173 Diameter > 35 (pixel) Serial Output (dalam Byte) R L U C 4.6. Pengujian Deteksi Jarak Objek Pengujian deteksi jarak objek dilakukan agar dapat mengetahui jarak efektif robot untuk mengetahui jarak robot sudah sangat dekat dengan objek, sehingga objek dapat di ambil oleh ARM (lengan) robot. Pembacaan jarak objek dengan robot didapatkan dengan mengukur diameter objek dalam pixel, semakin besar pixel diameter objek maka semakin kecil jarak objek dengan robot. Tabel 5: Tabel Pengujian Deteksi Jarak Kubus Jarak awal Jarak akhir Diameter kubus (cm) kubus (cm) kubus (pixel)

7 Tabel 6: Tabel Pengujian Deteksi Drajat Kanan Kubus Jarak awal Drajat awal Drajat akhir Jarak kanan kubus (cm) kubus kubus layar (pixel) Tabel 7: Tabel Pengujian Deteksi Drajat Kiri Kubus Jarak awal Drajat awal Drajat akhir Jarak kiri kubus (cm) kubus kubus layar (pixel) Pengujian Keseluruhan Sistem Pengujian dilakukan untuk menguji pengaruh intensitas cahaya terhadap sensitifitas pendeteksian objek dan kecepatan mekanik dalam mendekati objek. Pengujian ini dilakukan dengan meletakkan objek dengan jarak 30 cm dari robot dan menghitung waktu yang dibutuhkan oleh robot untuk mendekati objek tersebut dengan daya lampu neon pada ruangan yang di gunakan adalah 5 watt, 15 watt dan 20 watt. Tabel 8: Pengujian Keseluruhan Sistem pada Ruangan dengan Lampu Neon 5 watt Jarak awal Jarak akhir Waktu yang Daya lampu kubus (cm) kubus (cm) dibutuhkan (detik) neon (watt) gagal Gagal Gagal 5 Tabel 9: Pengujian Keseluruhan Sistem pada Ruangan dengan Lampu Neon 15 watt Jarak awal Jarak akhir Waktu yang Daya lampu kubus (cm) kubus (cm) dibutuhkan (detik) neon2 (watt)

8 Tabel 10: Pengujian Keseluruhan Sistem pada Ruangan dengan Lampu Neon 20 watt Jarak awal Jarak akhir Waktu yang Daya lampu kubus (cm) kubus (cm) dibutuhkan (detik) neon (watt) KESIMPULAN Perancangan dan Implementasi Computer Vision pada Robot Pendeteksi Objek Berbasis Smartphone Android dan Mikrokontroler ATMega128 pada dasarnya dibuat sebagai pengembangan sistem navigasi robot menggunakan terknologi kecerdasan buatan yakni Computer Vision serta untuk menunjukkan bahwa penggunaan teknologi Computer Vision ini dapat digunakan sebagai alat bantu dalam bidang pekerjaan otomatisasi driver, dan object detection. Berdasarkan hasil uji coba yang dilakukan dapat diambil kesimpulan bahwa penelitian Perancangan dan Implementasi Computer Vision pada Robot Pendeteksi Objek Berbasis Smartphone Android dan Mikrokontroler ATMega128, fungsi prosessor utama berada pada smartphone android sedangkan modul ATMega128 sebagai prosessor slave sebagai penggerak motornya. Karena keterbatasan resource pada perangkat mobile, yaitu pada perangkat smartphone android membuat kecepatan proses data matriks mengakibatkan Frame Per Second (FPS) aplikasi sangat kecil sehingga pada aplikasi terlihat pemrosesan gambar terlihat ada delay. Dalam sistem ini pula menggunakan komunikasi bluetooth, dimana jalur komunikasi ini dapat berjalan dengan baik antara smartphone android dengan ATMega128. DAFTAR PUSTAKA [1] Winarno, Dani A. Bikin Robot Itu Gampang. Jakarta : Kawan Pustaka [2] Eziekim. Computer Vision. Diunduh dari (Diakses : 23 Maret 2015). [3] Yesi Rosalyna. Mikrokontroller. Diunduh dari (Diakses : 23 Maret 2015) [4] (Diakses : 23 Maret 2015) [5] Salbino Sherief. Buku Pintar Gadget Android Untuk Pemula. Jakarta : Kunci Komunikai