BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 1.1 Pengertian Unmanned Surface Vehicle (USV) Unmanned Surface Vehicle (USV) merupakan kapal yang beroperasi di air tanpa awak. Sistem ini pada mulanya digunakan sebagai kebutuhan militer, seiring berjalannya waktu sistem ini dibuat dan dikembangkan untuk keperluan sipil [5]. Sistem ini memiliki kendali secara otomatis atau autonomous dan manual atau remote control. Kelebihan pengendali autonomous dapat bekerja berdasarkan menuju objek-objek yang telah ditentukan dan mampu menghindari halangan. Dalam pengendali autonomous, USV ini mampu melakukan operasi tanpa perlu adanya kendali penuh manusia. Sedangkan kekurangan dari USV sendiri adalah jika mengalami error maka tujuan perjalanan menjadi tidak sesuai berdasarkan objek-objek yang telah ditentukan dan hal itu menyebabkan USV menabrak semua objek yang ada didepannya. Gambar 2.1 adalah contoh dari desain Unmanned Surface Vehicle (USV) milik tim robotika UMM (Universitas Muhammadiyah Malang) Gambar 2.1 Desain Unmanned Surface Vehicle (USV) 5

2 1.1.1 Webcam Webcam atau web camera merupakan alat yang tersambung pada komputer dan bertujuan menangkap gambar pada lensa teleskoptik. Gambar yang ditangkap dikirim menuju komputer lewat kabel serial berkecepatan 15 frame per detik atau kabel USB (universal serial BUS). Webcam pada umumnya digunakan untuk online video conference, aplikasi pemantauan, kamera digital, dan lain-lain [6]. Sebuah webcam pada umumnya meliputi lensa standar ditaruh dipapan sirkuit sebagai penangkap citra. Terdapat casing (cover) yaitu casing samping dan casing depan sebagai menutupi lensa serta ada rongga lensa pada casing depan untuk mengambil citra, kabel pendukung terbuat dari bahan cukup elastis, dan terdapat connector pada ujung kabel dan ujung satunya terhubung pada papan sirkuit Mini PC Mini PC merupakan golongan komputer multi-user pada kelas menengah dibawah golongan sistem komputer single-user dan komputer mainframe. Sebutan mini PC pada zaman ini cukup usang dan dirubah sebutan-sebutan mini PC menjadi PC IBM (midrange system). Mini PC memiliki kelebihan kalau dibandingkan dengan PC, dikarenakan microprocessor yang dipakai mengolah data memiliki keunggulan lebih jika dibanding microprocessor dipakai PC. Mini PC umunya dipakai lebih dari satu user. Perangkat dari mini PC antara lain Intel Galileo, Cubie Board, Raspberry Pi, Banana Pi, Orange Pi, dan lain-lain [7] Arduino Arduino adalah alat sekelompok teknologi physical computing memiliki keunggulan open source. Perangkat ini merupakan papan pengembang mikrokontroler memakai bahasa coding serta Integrated Development Environment (IDE). Integrated Development Environment merupakan software cukup sangat membantu dalam memprogram, meng-upload ke dalam memori mikrokontoler dan meng-compile menjadi kode biner. 6

3 Arduino Nano merupakan development board (papan pengembangan) mikrocontroller memakai chip dari ATmega328P dalam ukuran cukup kecil. Sebagai kegunaan sama dengan Arduino Uno. Perbedaan terdapat pada penggunaan konektor Mini-B USB dan ketiadaan jack power DC. Arduino Nano merupakan board Arduino cukup kecil yang memakai mikrokontroler Atmega168 pada Arduino Nano 2.0 dan Atmega328 pada Arduino Nano 3.0. Versi ini memiliki rangkaian yang serupa pada Arduino Duemilanove, namun desain PCB dan ukuran yang tidak serupa. Arduino Nano tidak didukung soket catu daya, namun ada catu daya dari mini USB port atau pin untuk catu daya eksternal. Arduino Nano diproduksi dan didesain oleh Gravitech [8] Rudder Rudder atau kemudi adalah salah satu komponen pada kapal yang bertujuan mengubah arah aliran fluida yang diperoleh dari putaran propeller, sehingga terjadinya peralihan arah gerak kapal. Kemudi cukup penting pada pergerakan kapal. Fungsi kemudi digunakan untuk mengendalikan alur pergerakan kapal ataupun untuk maneuver [9]. Karena kemudi memiliki peran dalam kendali kapal, maka kemudi harus memenuhi standar keselamatan pelayaran. Sistem kemudi meliputi bagian alat-alat yang digunakan untuk mengendalikan kapal, mulai pada kemudi, instalasi pergerakan, dan poros sampai kemudinya sendiri [10] Motor Servo Motor servo merupakan jenis yang memiliki sistem umpan balik tertutup, yang dimana letak motor bakal diberitahukan balik pada rangkaian kontrol didalam motor servo. Perangkat ini meliputi bagian potensiometer, rangkaian kontrol, dan susunan gear. Potensiometer ini bertujuan membatasi angular perputaran servo. Sementara untuk angular pada sumbu motor servo dikontrol berlandaskan PWM (Pulse Width Modulation) yang disalurkan lewat kaki pada motor servo. Motor Servo adalah motor direct current (DC) mempunyai rangkaian kontrol elektronika serta terdapat gear yang digunakan mengontrol sudut angular serta pergeraknya. Motor servo bergerak putar lambat, dimana diperlihatkan pada 7

4 rate putaran pelan, akan tetapi mempunyai torsi cukup besar disebabkan oleh susunan gear [11] Propeller Propeller adalah komponen alat penggerak kapal paling sering dipakai dalam penggerak kapal. Propeller termasuk salah satu komponen penting dalam penggerak kapal dan berfungsi pada sistem propulsi kapal. Kemampuan propeller sangat mempengaruhi kinerja kapal. Kemampuan propeller dipengaruhi pada desain propeller tersebut. Propeller pada kondisi tertentu harus mempunyai desain yang menghasilkan kemampuan ketahananan kapal yang didapat dan mampu menyerap daya sekecil mungkin. Propeller adalah alat untuk menggerakkan kapal yang paling umum pada kapal, sebab dapat memperoleh momentum pada fluida sehingga mengakibatkan gaya dorong yang mampu menggerakkan kapal [12] Motor Brushless DC (BLDC) Motor BLDC (Brushless DC) merupakan motor direct current (DC) minus sikat (brush), perangkat ini merupakan motor magnet permanen tiga fase untuk sumber tegangan DC, material yang digunakan adalah semikonduktor sebagai pengubah arah putarannya pada penggerak motor [13]. Mengatur kecepatan motor BLDC menurut variabel bisa dicapai dengan cara memanfaatkan kendali PWM (Pulse Width Modulation). Pengatur PWM merupakan pengendalian duty cyle yang mempengaruhi tegangan motor. Saat tegangan naik, maka arus motor BLDC tersebut akan naik juga. Arus sebanding dengan torka motor, sehingga torka juga akan meningkat [14] ESC (Electronic Speed Controller) Electronic Speed Controler (ESC) merupakan modul rangkaian elektronik yang memiliki fungsi untuk pengatur putaran motor yang disesuaikan dengan ampere yang dibutuhkan oleh motor. ESC digunakan untuk jenis motor 3 fasa [15]. Pada ESC ada mikrokontroler tersendiri, sehingga ESC mempunyai program sendiri. Bagian utama untuk mengendalikan ESC merupakan bagian MOSFET 8

5 (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor diatur lewat PWM (Pulse Width Modulation) pada chip microcontroller Electronic Speed Controler. Output tegangan pada MOSFET sama dengan input sinyal PWM ESC. Keluaran tegangan pada Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor dihubungkan pada motor brushless DC (BLDC). 1.2 Colour Filtering Colour filtering merupakan teknik pengolahan citra berdasarkan warna tertentu. Colour filtering berkerja dengan membandingkan warna setiap pixel dengan warna tertentu [16]. Saat warna tertentu didapat saat proses colour filtering maka komponen warna pixel tersebut dibiarkan ada. Apabila warna tidak sama dengan yang ditentukan maka warna pixel dirubah sebagai warna latar belakang atau warna hitam. Warna pada colour filtering digambarkan dalam bermacam ruang warna. Ada berbagai macam ruang warna yang diketahui, yaitu HSV (hue, saturation, value), YCbCr, RGB (red, green, blue), dan lain-lain Gaussian Filter Bluring merupakan filter yang berfungsi untuk menghilangkan detail halus dari suatu citra. Gaussian Blur merupakan metode Bluring yang sering digunakan pada filtering [17]. Gaussian Blur digunakan untuk memperhalus noise menggunakan metode yang menggunakan fungsi Gaussian Segmentasi Citra Segmentasi citra merupakan tahap pengolahan citra yang memiliki tujuan memisah wilayah objek pada latar belakang, sehingga objek lebih gampang untuk dianalisis pada mengenali objek yang sering menyangkut persepsi visual [18]. Hasil dalam segmentasi citra berupa citra biner dimana hasil dari objek (foreground) berwarna putih (1), dan untuk latar belakang (background) berwarna 9

6 hitam (0). Sehingga dalam proses pengolahan citra memudahkan untuk mencari objek yang akan dideteksi Thresholding Thresholding merupakan metode untuk segmentasi citra yang memecah antara objek dengan background citra yang berlandaskan selisih gelap terangnya atau tingkat kecerahannya [19]. Thresholding sering disebut proses binerisasi, proses thresholding digunakan untuk merubah nilai derajat keabuan dimana nilai 255 atau 1 warna putih dan 0 warna hitam. Proses thresholding merubah citra menjadi hitam putih Morfologi Morfologi adalah teknik pengolahan citra dengan tujuan merubah wujud objek dalam gambar asli. Proses pengolahan hanya bisa untuk gambar grayscale dan gambar biner. Pada proses morfologi menggunakan dua baris pixel. Baris pertama merupakan citra untuk dikenakan operasi morfologi, sedangkan baris kedua dinamai kernel atau elemen penstruktur (structuring element) [20]. Macammacam operasi morfologi yaitu antara lain erosi, dilasi, closing, dan opening. Dilasi merupakan suatu cara yang digunakan untuk membesarkan dengan segmen objek (citra biner) melalui cara menambahkan tumpukan disekitar objek. Dengan cara dot latar (0) ada yang berdekatan pada dot objek (1) berubah sebagai dot objek (1). Dapat dirumuskan sebagai berikut: (2.1) Gambar 2.2 Operasi Morfologi Dilasi 10

7 Erosi merupakan lawan dari dilasi dengan cara yang digunakan sebagai mengikis atau memperkecil batas objek. Dengan cara dot objek (1) yang berdekatan pada dot latar (0) berubah sebagai dot latar (0). Dapat dirumuskan sebagai berikut: (2.2) Gambar 2.3 Operasi Morfologi Erosi Opening merupakan teknik pengolahan erosi kemudian diikuti proses pengolahan dilasi. Diawali untuk melakukan proses erosi terhadap citra selanjutnya output dilakukan kembali proses dilasi. Opening pada umumnya dipakai sebagai penghilang objek-objek kurus dan kecil serta menciptakan batas citra yang halus. Dapat dirumuskan sebagai berikut: (2.3) Gambar 2.4 Operasi Morfologi Opening Sedangkan closing merupakan teknik pengolahan dilasi yang diikuti dengan proses pengolahan erosi, hasil dari proses closing menggabungkan objek-objek 11

8 yang berdekatan, mengisi lubang kecil pada objek, dan pada umumnya memperhalus limit pada objek gemuk minus merubah bagian pada objek dengan signifikan. Dapat dirumuskan sebagai berikut: (2.4) Gambar 2.5 Operasi Morfologi Closing 1.3 Logika Fuzzy Logika fuzzy ialah logika yang kabur. Bahwa pada logika fuzzy satu nilai dapat menjadi false dan true langsung bebarengan. Level false dan true pada logika fuzzy terkait pada jenis keanggotaan. Logika fuzzy mempunyai level derajat keanggotaan 1 sampai 0, beda pada logika digital cuman mempunyai keanggotaan 1 atau 0. Logika fuzzy kerap dipakai untuk mencurahkan sesuatu nilai yang diartikan pada bahasa (linguistic). Logika fuzzy ialah teknik paling cocok sebagai menggambarkan satu bagian masukan pada satu bagian keluaran dan mempunyai nilai yang konstan [21]. Himpunan fuzzy adalah gabungan yang menggantikan suatu hal atau kondisi khusus pada satu nilai fuzzy. Pada himpunan fuzzy mempunyai dua karakter, antara lain numeris dan linguistic Fungi Keanggotaan Fuzzy Membership function (Fungsi Keanggotaan) merupakan suatu kurva yang memperlihatkan pemetaan setiap masukan data pada nilai fungi keanggotaan memiliki interval sekitar 1 hingga 0. Terdapat macam fitur yang dapat dipakai yaitu: 12

9 1. Representasi Kurva Segitiga 2. Representasi Kurva Bahu 3. Representasi Kurva Trapesium 4. Representasi Linear Sistem Inferensi Fuzzy Fuzzy inferensi system (Sistem Inferensi Fuzzy), merupakan rangkaian proses berlandaskan aturan himpunan fuzzy, dan teori fuzzy bentuk IFTHEN. Contohnya menentukan bentuk pendukung keputusan. Terdapat tiga metode pada bentuk inferensi fuzzy diantaranya metode Mamdani, metode Takagi Sugeno, metode Tsukamoto. Metode Mamdani yang dipakai penelitian ini. Metode Min-Max. Metode Mamdani ini guna mendapatkan keluaran, dibutuhkan 4 tahap: 1. Pembentukan Himpunan Fuzzy Pada metode Mamdani, variabel output dan variabel input dipecah sebagai satu atau bisa lebih humpunan fuzzy. Dipakai sebagai pengubah data masukan crips pada bangun derajat keanggotaan. 2. Aplikasi Fungsi Implikasi Pada metode Mamdani, fungsi implikai yang dipakai untuk tiap-tiap aturan memakai Min. Bentuk yang sering dipakai pada aturan fungsi implikasi adalah: µ(xi) = min(µsf(xi), µkf(xi)) (2.5) µsf(xi) = nilai keanggotaan resolusi fuzzy mencapai aturan ke - i µkf(xi) = nilai keanggotaan logis fuzzy aturan ke - i 3. Komposisi Aturan Bila bentuk aturan terdiri dari lebih dari satu aturan, maka inferensi didapat pada kumpulan antar aturan. Terdapat tiga metode yang dipakai untuk menjalankan inferensi sistem fuzzy antara lain: additive, probabilistik OR (probor) dan max. 13

10 a. Metode Max (maximum) Metode max pemecahan himpunan fuzzy didapat dengan cara memilih nilai terbesar aturan, kemudian memakainya untuk mengubah wilayah fuzzy, dan mengimplementasikan keluaran dengan memakai operator OR (union). Dapat dirumuskan sebagai berikut: µsf(xi) = max(µsf(xi), µkf(xi)) (2.6) µsf(xi) = nilai keanggotaan resolusi fuzzy sampai aturan ke - i µkf(xi) = nilai keanggotaan logis fuzzy aturan ke - i b. Metode Additive (Sum) Pada metode sum pemecahan himpunan fuzzy didapat dengan cara menjalankan bounded-sum pada semua keluaran wilayah fuzzy. Dapat dirumuskan sebagai berikut: µsf(xi) = min(1, µsf(xi) + µkf(xi)) (2.7) µsf(xi) = nilai keanggotaan resolusi fuzzy sampai aturan ke - i µkf(xi) = nilai keanggotaan logis fuzzy aturan ke - i c. Metode Probabilistik OR (probor) Pada metode probor pemecahan himpunan fuzzy didapat dengan cara menjalankan product pada semua keluaran wilayah fuzzy. Dapat dirumuskan sebagai berikut: µsf(xi) = (µsf(xi) + µkf(xi)) (µsf(xi) µkf(xi)) (2.8) µsf(xi) = nilai keanggotaan resolusi fuzzy sampai aturan ke - i 14

11 µkf(xi) = nilai keanggotaan logis fuzzy aturan ke - i 4. Penegasan (defuzzifikasi) Terdapat macam-macam metode defuzzifikasi pada kompoisi aturan Mamdani yaitu: a. Metode Centroid (composite moment) Pada metode centroid pemecahan crips didapat dengan cara memilih titik tengah pusat (z*) wilayah fuzzy. Dapat dirumuskan sebagai berikut: z* = u(z)z dz u(z) dz (2.9) u(z)z dz = momen (M) u(z) dz = luas (A) b. Metode Bisektor Pada metode bisektor pemecahan crips didapat dengan cara memilih nilai yang terdapat pada domain fuzzy yang mempunyai nilai keanggotaan separuh dari total nilai keanggotaan pada wilayah fuzzy. Dapat dirumuskan sebagai berikut: U (d) = 1 n U 2 i=1 A 1 (d i ) (2.10) d d i = nilai output penegasan (defuzzyfikai) = nilai output pada aturan ke-i U A1 (d i ) = derajat keanggotaan nilai output pada aturan ke-i n = banyak aturan yang dipakai 15

12 c. Metode Mean of Maksimum (MOM) Pada metode MOM pemecahan crips didapat dengan cara memilih nilai rata-rata domain yang mempunyai nilai keanggotaan terbesar. d. Metode Largest of Maximum (LOM) Pada metode LOM pemecahan crips didapat dengan cara memilih nilai maksimum dari domain yang mempunyai nilai keanggotaan terbesar. e. Metode Smallest of Maximum (SOM) Pada metode SOM pemecahan crips didapat dengan cara memilih nilai minimum dari domain yang mempunyai nilai keanggotaan. 1.4 Fuzzy PD Kontrol Fuzzy dibutuhkan tindakan derivative untuk membantu memperkirakan kesalahan dan meningkatkan kestabilan pada kontrol loop tertutup memakai kontrol proporsional-derivative aksi kontrol derivative [22]. Gambar 2.6 Desain Kontroler Fuzzy PD Metode desain kontroler fuzzy PD diperlihatkan pada Gambar 2.6, yang mana input fuzzy PD berbentuk error (e) dan delta error (de). Bila timbul selisih, kontroler fuzzy akan melaksanakan metode penalaan gain pada sinyal kontrol (Ku) agar diperolah sistem yang konstan. Kontrol fuzzy PD dapat dirumuskan sebagai berikut: 16

13 Ke = (R(k) Ku)Kp (2.11) Ke = banyak nilai error R(k) = banyak nilai acuan (set point) Ku = banyak nilai output plant Kp = gain proporsional, parameter tunning Kde = (e(k) e(k 1))Td (2.12) Dengan: Kde e(k) e(k 1) Td = banyak nilai delta error = banyak nilai sehabis error = banyak nilai sebelum error = time derivative, parameter tunning 17