BAB II LANDASAN TEORI

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Sejarah Quadcopter Desainer pada awalnya bereksperimen dengan quadcopter, karena alternatif dari menggunakan helikopter dengan motor tunggal utamanya dan motor ekor untuk mengimbangi torsi yang ciptakan oleh motor utama tunggal yang tenyata boros, kompleks dan tidak efisien. Motor ekor pada desain helikopter motor tunggal mengkonsumsi antara 10 dan 15 % dari tenaga mesin namun tidak menciptakan dorong ke depan. Bagian dari motor utama berputar lebih kencang sehingga menghasilkan daya tekan kebawah yang besar dan tidak menghasilkan daya angkat yang efektif. Membuat baling-baling besar, 4 atau 5 m panjangnya atau bahkan lebih adalah masalah besar dan butuh waktu yang cukup banyak untuk membuatnya. Motor yang lebih besar juga jauh lebih berat dibandingkan dengan yang kecil. Quadcopter biasanya memiliki tempat mesin yang berpusat di badan pesawat helikopter, mengemudikan quadcopter melalui sabuk atau poros. Namun sabuk dan poros yang berat dan penting sering mengalami kerusakan. Quadcopter memiliki 4 motor yang tidak terlalu berbeda, quadcopter tidak sepenuhnya stabil, hanya berjalan 4 motor pada kecepatan yang sama, sambil menghasilkan cukup tekanan untuk membawa helikopter 8

2 ,dan tidak menghasilkan penerbangan yang stabil. Sebaliknya, quadcopter harus terus stabil. Dengan tidak adanya komputer, ini merupakan beban kerja yang lebih keras untuk pilot. Dengan munculnya motor listrik dan terutama perangkat mikroelektronik dan mikromekanik, beberapa tahun yang lalu itu menjadi mungkin untuk membangun multirotor handal dan efisien. Multicopter modern memiliki rotor listrik yang disambungkan dengan masing-masing motor. Sebuah komputer penerbangan selalu memantau orientasi helikopter dan mengoreksi ketidakstabilan dengan tidak mengubah pitch rotor tetapi hanya mengubah rpm dari motor tersebut. Desain ini tetap jauh lebih sederhana daripada mekanisme swashplate kompleks yang diperlukan untuk helikopter rotor tunggal. Desain ini telah terbukti sangat sukses, pesawat pehobi sekarang adalah drone modern, pesawat copter dengan satu motor mulai ditinggalkan. Sekitar 1907 Jacques dan Louis Breguet, saudara Perancis, menguji helikopter pertama meraka yaitu quadcopter A. Mereka berhasil take- off, meskipun dalam pembuatan nya sangat tidak stabil dan praktis. Pada tahun 1924 insinyur Perancis Étienne Oehmichen menerbangkan quadcopter nya dengan jarak jarak 360m membuat rekor dunia. Pada tahun yang sama dia terbang dengan jarak 1 km dan Sekitar waktu yang sama George de Bothezat membangun dan menguji coba quadcopter nya untuk tentara AS, menyelesaikan sejumlah tes penerbangan sebelum program itu dibatalkan. Quadcopter adalah robot penjelajah udara Unmanned Aerial Vehicle (UAV) yang termasuk kategori UAV micro dan banyak digunakan oleh beberapa lembaga atau instansi. 9

3 Robot quadcopter merupakan UAV yang memiliki ciri khusus yang mudah dikenali yaitu memiliki empat buah baling-baling motor yang digunakan sebagai penggeraknya. Dengan empat buah baling-baling tersebut memudahkan quadcopter untuk bermanuver sehingga dengan cepat dapat bergerak kesegala arah. Hal ini menjadi salah satu kelebihan dari quadcopter. Selain empat buah baling-baling, quadcopter juga dilengkapi dengan sensor diantaranya sensor Global Positioning System (GPS) yang digunakan untuk bernavigasi, sensor Inertial Measurement Unit (IMU) yang berfungsi untuk menghitung percepatan serta orientasi arah pergerakan, sensor ultra sonic untuk mendeteksi keberadaan benda dan sensor-sensor lainnya yang mendukung fungsi dan kinerja dari quadcopter. 2.2 Bagian - Bagian Quadcopter Quadcopter terdiri dari beberapa bagian, seperti brushless DC motor, Flight Controller, ESC, Frame, Remote Control, Gimbal, dan baterai LIPO Brushless DC Motor ( BLDC ) Brushless DC motor telah digunakan secara komersial sejak Tahun Motor BLDCmulai populer pada tahun Keterbatasan motor DC (menggunakan sikatsebagai media hantar arus dari sumber ke komutator), telah diatasi oleh motor BLDCini, penggunaan sumber DC untuk pengontrolan, dan tanpa adanya brush adalah ciriutama dari motor BLDC. BLDC motor adalah suatu jenis motor sinkron. Artinya medan magnet yang dihasilkan oleh stator dan medan magnet rotor berputar di frekuensi dan kecepatan yang sama. BLDC motor tidak mengalami slip, tidak seperti yang terjadi pada motor induksi biasa. 10

4 BLDC motor menghasilkan torsi maksimal saat putaran awal, selanjutnya torsi akan menurun seiring dengan bertambahnya kecepatan motor. BLDC Motor merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk memutar impellerpompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan lain - lain. Digunakan di industri mapun di rumah, seperti: mixer, bor listrik, kipas angin. Motor ini terdiri dari empat bagian utama, yaitu: rotor, stator, hall sensor, dan rangkaian kontrol. Stator suatu BLDC motor terdiri dari tumpukan baja laminasi dengan lilitan ditempatkan di slot. Secara kebiasaan, stator menyerupai motor induksi; tetapililitannya dibuat sedikit berbeda. Kebanyakan BLDC motor mempunyai tigagulungan-stator dihubungkan secara bintang. Masing-Masing ini lilitan dibangundengan banyak coil saling behubungan untuk membentuk suatu lilitan. Satu atau lebihcoil ditempatkan dalam slot dan mereka saling behubungan untuk membuat suatu lilitan. Masing-Masing ini lilitan dibagi-bagikan diatas batas luar stator untuk membentuk suatu bilangan genap kutub. Ada dua jenis gulungan-stator: bentuk trapesium dan motor sinusoidal. Pembedaanini dibuat atas dasar interkoneksi coil di dalam gulungan-stator untuk memberikantipe yang berbeda terhadap Back Electromotive Force (EMF) terdapat dua macamkoneksi gulungan yang digunakan pada stator motor BLDC,yaitu koneksi bintang dan segitiga. 11

5 Gambar 2.1 Brushless DC motor ESC ( Electronic Speed Controller ) Sebuah Modul Rangkaian Electronic yg fungsinya mengatur putaran pada motor sesuai ampere yg di butuhkan oleh motor bisa dibilang ESC yg dimaksud disini bekerja dan hanya bisa digunakan untuk Motor Jenis AC (3 fasa connector) sedang untuk Dinamo DC bisa tanpa menggunakan ESC dan bisa juga dengan ESC 2 fasa dan cukup 2 kutub catu daya + dan - (2 fasa connector). Jika dilihat dari fungsinya, kerja ESC untuk copter dan quadcopter ini bekerja di pengaruhi oleh 2 faktor: 1. Kuat arus (Ampere) untuk di berikan motor untuk mengontrol Speed Ampere ESC harus lebih besar dari pada motor/minimal A.ESC=A.Motor esc minimal harus sama atau lebih besar ampere nya dari motor. Misal motor anda mampu menyedot arus maksimal 30a, esc anda harus minimal 30a atau lebih besar. kalau ESC ampere nya lebih kecil dari motor nya, daya kerja ESC akan semakin lebih besar untuk menyuply arus untuk diberikan ke motor, dan bisa mengakibatkan ESC cepat panas dan terbakar, terlebih motor itu tidak bergerak bebas/dalam keadaan memutar beban. 2. Di pengaruhi oleh bobot quadcopterjika beban (bobot heli) semakin berat, klo bisa Ampere ESC diberikan nilai yg besar, ini sangat mempengaruhi saat mengangkat bobot heli, putaran motor akan sedikit tertahan dan terbeban karena sifat saat membuat tekanan angin. 12

6 Gambar 2.2 Electronic Speed Controller Flight Controller Otak dari quadcopter. Merupakan Komponen penting quadcopter dan menentukan apa saja fitur dari quadcopter tersebut. Flight Controller adalah pusat saraf dari drone. Sistem kontrol penerbangan pesawat tak berawak ini banyak dan beragam. Dari GPS diaktifkan sistem autopilot dan diterbangkan melalui cara link telemetri untuk sistem stabilisasi dasar menggunakan hardware kelas hobi radio kontrol, dan ada sebuah program open source. Flight controller pada saat ini memiliki banyak sensor yang tersedia GPS, sensor tekanan udara, sensor kecepatan udara. perangkat utama perhitungan penerbangan masih gyroscope, ditambah dengan accelerometer. Sesuai namanya, Accelerometer sensor yang digunakan untuk mengukur percepatan suatu objek. Accelometer mengukur percepatan dynamic dan static. Pengukuran dynamic adalah pengukuran percepatan pada objek bergerak, sedangkan pengukuran static adalah pengukuran terhadap gravitasi bumi. Untuk mengukur sudut kemiringan (tilt). Di situlah gyroscope sebagai tingkat ukuran. giroskop adalah perangkat untuk mengukur atau mempertahankan orientasi, dengan prinsip ketetapan momentum sudut. Mekanismenya adalah sebuah roda berputar dengan piringan 13

7 didalamya yang tetap stabil. Giroskop sering digunakan pada robot atau heli dan alat-alat cangggih lainnya. Gambar 2.3 Flight Controller Remote Control Teknologi Pengendali ( Remote Control ) adalah sebuah alat elektronik yang digunakan untuk mengoperasikan sebuah mesin dari jarak jauh. Istilah remote control juga sering disingkat menjadi "remote" saja. Remote juga sering kali mengacu pada istilah "controller, donker, doofer, zapper, click-buzz, box, flipper, zippity, clicker, atau changer". Pada umumnya, pengendali jarak jauh digunakan untuk memberikan perintah dari kejauhan kepada televisi atau barang-barang elektronik lainnya seperti sistem stereo dan pemutar DVD. Remote control untuk perangkat-perangkat ini biasanya berupa benda kecil nirkabel yang dipegang dalam tangan dengan sederetan tombol untuk menyesuaikanberbagai setting, seperti misalnya saluran televisi, nomor trek, dan volume suara. Pada kebanyakan peranti modern dengan kontrol seperti ini, remote controlnya memiliki segala kontrol fungsi sementara perangkat yang dikendalikan itu sendiri hanya mempunyai sedikit kontrol utama yang mendasar. Kebanyakan remote berkomunikasi dengan perangkatnya masing-masing melalui sinyal-sinyal infra merah dan beberapa saja 14

8 melalui sinyal radio. Remote control biasanya menggunakan baterai AAA yang kecil atau AA sebagai catu dayanya. Digunakan Sebagai Alat pengendali Wahana jarak Jauh. Umumnya quadcopter sederhana menggunakan 4 channel utama yaitu Throttle, Elevator, Aileron dan Rudder. Sedangkan bila ada tambahan channel bisa dimanfaatkan untuk fungsi lainnya. Gambar 2.4 Remote Control Baterai Lipo ( Lithium Polymer ) Baterai Lithium Polimer atau biasa disebut dengan LiPo merupakan salah satu jenis baterai yang sering digunakan dalam dunia RC. Utamanya untuk RC tipe pesawat dan helikopter. Baterai LiPo tidak menggunakan cairan sebagai elektrolit melainkan menggunakan elektrolit polimer kering yang berbentuk seperti lapisan plastik film tipis. Lapisan film ini disusun berlapis-lapis diantara anoda dan katoda yang mengakibatkan pertukaran ion. Dengan metode ini baterai LiPo dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran. Diluar dari kelebihan arsitektur baterai LiPo, terdapat juga kekurangan yaitu lemahnya aliran pertukaran ion yang terjadi melalui elektrolit polimer kering. Hal ini menyebabkan penurunan pada charging dan discharging rate. Masalah ini sebenarnya bisa diatasi dengan 15

9 memanaskan baterai sehingga menyebabkan pertukaran ion menjadi lebih cepat, namun metode ini dianggap tidak dapat untuk diaplikasikan pada keadaan sehari-hari. Seandainya para ilmuwan dapat memecahkan masalah ini maka risiko keamanan pada batera jenis lithium akan sangat berkurang. Pada setiap paket baterai LiPo selain tegangan ada label yang disimbolkan dengan S. Disini S berarti sel yang dimiliki sebuah paket baterai (battery pack). Sementara bilangan yang berada didepan simbol menandakan jumlah sel dan biasanya berkisar antar 2-6S (meskipun kadang ada yang mencapai 10S). Sumber daya yang biasa digunakan untuk quadcopter. Ukurannya sendiri beragam namun biasanya menggunakan ukuran Lipo 3s, 4s dan 6s. Gambar 2.5 Baterai Lipo Gimbal Camera mount merupakan bagian yang berfungsi sebagai tempat meletakkan kamera saat dibawa mengudara. Dalam dunia aerial photography, camera mount ini sering juga disebut dengan nama Gimbal. Dengan makin berkembangnya dunia aerial 16

10 photography, gimbal tidak hanya digunakan sebagai tempat meletakkan kamera, namun juga sebagai alat untuk mengontrol pergerakan kamera serta menstabilkannya. Berdasarkan keleluasaan pergerakannya, gimbal dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu satu axis, dua axis dan tiga axis. Gimbal satu axis berarti hanya mampu melakukan pergerakan ke satu arah saja, yaitu pitch. Gimbal dua axis berarti dapat melakukan pergerakan ke dua arah, yaitu pitch dan roll. Sedangkan gimbal tiga axis berarti dapat melakukan pergerakan ke tiga arah, yaitu pitch, roll, dan yaw. Pergerakan dengan poros sumbu X disebut dengan istilah Roll, pergerakan dengan poros sumbu Y disebut Pitch dan pergerakan dengan poros sumbu Z disebut Yaw. Gambar 2.6 Ilustrasi pergerakan pitch, roll dan yaw Gambar 2.7 Gimbal ( Camera Mount ) 17

11 2.2.7 Frame Frame merupakan tempat untuk meletakkan komponen lain dari quadcopter. frame adalah badan dari quadcopter. desain pada quadcopter haruslah proporsional karena jika tidak quadcopter akan terbang tidak stabil, akibat beban yang tidak seimbang. tata letak komponen juga harus dipikirkan untuk membuat quadcopter lebih rapih dalam instal peralatan. Dalam membuat frame Untuk bahan aluminium, jika jatuh dari ketinggian bisa menyebabkan bengkok tapi mudah untuk diperbaiki. Sedangkan jika menggunakan akrilik, bahan ini rawan pecah namun mudah untuk dibuat karena sudah banyak jasa laser cutting untuk akrilik. Gambar 2.8 frame Dji phantom Sistem Pengambilan Gambar Udara Sistem pengambilan gambar udara pada quadcopter terdiri dari beberapa alat yang terintegrasi sehingga dapat mengahasilkan gambar yang diinginkan. Kamera digunakan sebagai media pengambilan gambar. OSD ( On Screen Display) berguna untuk memberikan indikator yang ada pada quadcopter. Video sender untuk memancarkan gambar beserta indikator yang ada pada quadcopter. Monitor untuk memantau gambar 18

12 yang dihasilkan oleh Kamera dan indikator yang terdapat pada quadcopter. Berikut diagram blok dari sistem pengambilan gambar udara. Gambar 2.9 Blok diagram Pengambilan gambar udara Kamera Kamera merupakan alat yang berfungsi dan mampu untuk menangkap dan mengabadikan gambar/image. Kamera pertama kali disebut sebagai camera obscura, yang berasal dari bahasa latin yang berarti ruang gelap. Camera obscura merupakan sebuah alat yang terdiri dari ruang gelap atau kotak, yang dapat memantulkan cahaya melalui penggunaan dua buah lensa konveks, kemudian menempatkan gambar objek eksternal tersebut pada sebuah kertas/film, film tersebut diletakkan pada pusat fokus dari lensa tersebut. Camera obscura yang pertama kalinya ditemukan oleh seorang ilmuwan Muslim yang bernama Alhazen, hal tersebut terdapat seperti yang dijelaskan pada bukunya yang berjudul Books of Optics ( ). Sementara di tahun 1660-an ilmuwan asal Inggris Robert Boyle dan asistennya Robert Hooke menemukan portable camera obscura. Namun kamera pertama yang cukup praktis dan cukup kecil untuk dapat digunakan dalam bidang fotografi ditemukan pertama 19

13 kali oleh Johann Zahn, penemuan tersebut terjadi pada tahun Kamera fotografi pada awalnya banyak yang menerapkan prinsip model Zahn, dimana selalu menggunakan slide tambahan yang digunakan untuk memfokuskan objek. Sistem tersebut adalah dengan memberikan tambahan sebuah plat sensitif di depan lensa kamera tersebut setiap sebelum melakukan pengambilan gambar. Gambar 2.10 Kamera OSD ( On Screen Display) OSD singkatan On Screen Display. Dalam hobi quadcopter, OSD adalah alat yang memberi informasi penerbangan ke receiver video dan ditampilan memalui monitor. Hal ini memungkinkan untuk memonitor status quadcopter secara real time saat terbang. Jika kita memiliki sensor dan OSD yang tepat, kita dapat menampilkan data penerbangan di monitor, seperti tegangan baterai, jarak, kecepatan, ketinggian Anda, GPS koordinat dan lainnya. Itu membuat terbang lebih aman jika kita mengetahui tingkat baterai kita, ketika harus mendarat, atau jarak yang telah ditentukan dan melakukan perdaratan setelah jarak ditempuh. OSD tidak diperlukan untuk terbang, tetapi karena indikator itu sangat berguna. Kebanyakan orang setidaknya mendapatkan OSD sederhana untuk menampilkan tegangan 20

14 baterai untuk menghindari kelebihan pemakaian baterai, karena peringatan alarm tidak akan terdengar ketika kita terbang jauh. Gambar 2.11 OSD ( On Screen Display ) Gambar 2.12 Tampilan OSD Video Sender Video sender merupakan alat untuk mengirim atau mentransmisikan gambar dan indikator yang terdapat pada quadcopter dan kamera sehingga dapat terlihat oleh operator. Video sender sangat penting karena untuk melihat dan memantau gambar yang dihasilkan 21

15 oleh quadcopter dengan video sender kita dapat melihat gambar secara real time. video sender terdiri dua bagian yaitu transmitter dan receiver. A. Transmitter video Sebuah pemancar (transmitter atau radio) adalah perangkat elektronik yang menghasilkan gelombang radio dengan bantuan antena. Sebuah pemancar menghasilkan arus frekuensi radio diterapkan pada antena, kemudian memancarkan gelombang radio. Sebuah pemancar menghasilkan gelombang radio untuk komunikasi, radar dan keperluan navigasi. Sebuah pemancar yang baik dapat menjadi bagian terpisah dari peralatan elektronik atau sirkuit terpadu (IC) dalam perangkat elektronik lain. Kebanyakan pemancar digunakan untuk komunikasi radio informasi lebih jarak tertentu. Informasi yang yang dihasilkan oleh pemancar adalah bentuk sinyal elektronik. Ini termasuk audio dari mikrofon, video dari kamera TV, atau sinyal digital untuk perangkat jaringan nirkabel. Pemancar menggabungkan sinyal informasi dengan sinyal RF yang menghasilkan gelombang radio (carrier). Ini disebut modulasi. Dalam sebuah pemancar FM, informasi tersebut akan ditambahkan ke sinyal radio dengan sedikit variasi frekuensi sinyal radio. Dalam sebuah pemancar AM, itu akan ditambahkan dengan memvariasikan amplitudo. Beberapa jenis lain dari modulasi juga digunakan. Gambar 2.13 Transmitter Video 22

16 B. Receiver video Receiver menerima sinyal dari sistem transmisi dan menggabungkannya ke dalam bentuk tertentu yang dapat ditangkap oleh tujuan. Sistem kerja dari receiver adalah sebagai berikut, antena menerima berbagai macam gelombang elektromagnetik dari berbagai pemancar. Penala kemudian melakukan pemilihan gelombang mana yang akan diterima. Gelombang elaktromagnetik dari pemancar yang dipilih akan diubah menjadi sinyal listrik yang termodulasi. Gambar 2.14 Receiver Receiver Video Monitor Monitor adalah perangkat keras yang digunakan sebagai alat output data secara grafis, monitor juga kerap disebut sebagai layar tampilan. Monitor merupakan salah satu perangkat keras (Hardware) yang digunakan sebagai penampilan output video, dan kegunaannya tersebut tidak dapat dipisahkan dengan receiver video, receiver tidak dapat digunakan jika tidak terdapat monitor untuk menampilkan gambar yang dihasilkan. Monitor disebut juga dengan VDU (Visual Display Unit). Ukuran layar monitor saat ini cukup beragam apalagi dipasaran sangat bervariasi mulai dari 14, 17, sampai

17 Monitor yang disarankan adalah yang memiliki Resolusi piksel agar mata kita tidak cepat lelah dan tidak merusak mata Gambar 2.15 Monitor 24