BAB III PERANCANGAN SISTEM

Transkripsi

1 BAB III PERANCANGAN SISTEM Pada bab ini akan dijelaskan mengenai perancangan dari perangkat keras, serta perangkat lunak dari algoritma robot Perancangan Perangkat Keras Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan perangkat keras. Perancangan perangkat keras ng akan dijelaskan meliputi sistem kontrol, konstruksi robot, dan perangkat keras elektronik Sistem Kontrol Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem. Sistem kontrol pada robot dibagi menjadi 2 bagian utama, itu kontrol utama dan kontrol aktuator robot. Kontrol utama bertugas untuk menciptakan keputusan bagaimana robot harus bergerak ng diperintahkan oleh smartphone kemudian perintah-perintah tersebut diterjemahkan di dalam mikrokontroler sehingga perintah tersebut dapat diterima oleh servo controller. Sedangkan Kontrol aktuator robot dalam hal ini adalah servo controller untuk mengontrol sistem gerak robot ng 14

2 keseluruhann terdiri dari motor servo, di mana perintah pergerakan tersebut diputuskan di kontrol utama. 1. Kontrol Utama Kontrol utama pada robot terdiri dari sebuah smartphone dan mikrokontroler. Smartphone ini memiliki sensor-sensor ng digunakan untuk membuat suatu perintah. Kemudian untuk mengirimkan perintah gerakan robot ke servo controller digunakan sebuah mikrokontroler ng berfungsi untuk mengolah data dari smartphone tersebut. Dengan menggunakan modul bluetooth untuk komunikasi secara serial antara smartphone dan mikrokontroler. Selain itu, kontrol utama ini juga digunakan untuk menggerakan kedua servo di bagian kepala. 2. Kontrol Aktuator Robot Robot akan memiliki 16 motor servo di bagian bodyn, dengan rincian 3 servo di setiap lengan dan 5 servo di setiap kaki. Dengan demikian robot akan memiliki 16 derajat kebebasan di bagian body sehingga pergerakan robot akan mendekati pergerakan dari manusia. Untuk mengontrol 16 servo di bagian lengan dan kaki digunakan servo controller ng akan dibantu oleh sebuah dual-axis gyroscope ng berfungsi sebagai sensor keseimbangan dan stabilitas robot saat bergerak. 15

3 3.1.2 Konstruksi Robot Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai perancangan konstruksi robot. Gambar 3.2. Desain robot. Robot menggunakan perpaduan antara plastik, aluminium dan acrylic untuk bodin. Perpaduan bahan-bahan ini dimaksudkan agar robot memiliki bobot ng ringan sehingga robot memiliki keseimbangan ng baik serta kecepatan ng optimal. Robot ini akan memiliki 18 degree of freedom, dengan rincian 5 di setiap kaki, 3 di setiap lengan dan 2 di bagian kepala. Untuk control utaman, itu smartphone diletakan di punggung robot dengan tujuan mengubah titik berat. Sedangkan ukuran telapak kaki akan menyesuaikan dengan tinggi robot agar mampu menyokong robot agar tetap stabil. Tabel 3.1. Tabel Keterangan Mekanik Robot. HARDWARE Dimensi (pxlxt) : 200x100x440 [mm] Berat ± 2 [kg] DOF 18 (tangan 3x2, kaki 5x2, kepala 2) 16

4 3.1.3 Perangkat Keras Elektronik Pada bagian ini akan dijelaskan mengenai smartphone beserta sensor ng digunakan, board minimum sistem mikrokontroler Atmega 324 dan modul DFbluetooth V3. 1. Smartphone Smartphone berbasis android merupakan salah satu piranti ng dapat digunakan sebagai kontrol robot. Dengan kecepatan proses instruksi ng cepat, smartphone dapat memberikan perintah secara real time pada robot humanoid. Selain kecepatan proses instruksi, smartphone berbasis android dapat bekerja secara multitasking sehingga sangat jelas bahwa proses jalann program lebih cepat dan ringan. Adan OS android pada smartphone mempermudah proses pemrograman dan mengakses sensor-sensor serta fiturfitur ng ada dalam smartphone itu sendiri karena library android merupakan open source dimana library android untuk pengaksesan sensor serta fitur-fitur tersebut sudah tersedia di Google. Library untuk image processing menggunakan Open CV ng sudah tersedia dalam android sehingga pemrograman tracking ball menjadi lebih mudah. Smartphone ng digunakan pada robot R2C adalah Sony Xperia Mini ST15i. R2C menggunakan smartphone ini karena alasan dimensi ng cocok dan spesifikasi ng memadai [10]. Spesifikasi ng dimiliki Smartphone Sony Xperia ini adalah sebagai berikut : 1. Memiliki dimensi 88 x 52 x 16 mm dengan berat 99g. 2. Touchscreen dengan ukuran 320x 480 pixels 3. Terdapat Wi-FI dan Bluetooth 4. Kamera 5MP 5. Android OS v CPU 1Ghz Selain itu pemilihan smartphone berbasis android sebagai kontrol robot dapat menghemat bia untuk membeli modul kompas, wifi, accelerro, bluetooth, dan kamera sebab di dalam smartphone sudah terdapat sensorsensor tersebut. Dan juga, penggunaan smartphone dapat mempermudah 17

5 kalibrasi warna untuk mendeteksi warna bola dan warna gawang karena smartphone memiliki lar sentuh ng digunakan untuk display sekaligus lar sentuh ng sangat membantu untuk mengatur kalibrasi warna[11]. Sensor-sensor ng ada dalam smartphone antara lain : 1) Sensor Accelerometer Sensor ini memiliki 3 sumbu fisik (x, y dan z). Jika sensor dimiringkan kearah sumbu x, maka akan memberikan nilai balikan positif dan akan naik secara linear sesuai dengan kemiringan sensor. Sebalikn jika sensor dimiringkan kearah sumbu x, maka akan memberikan nilai balikan negatif dan naik secara linear sesuai dengan kemiringan sensor pada sumbu x. Kerja sensor pada kemiringan sumbu y dan y, sumbu z dan -z sama dengan kerja sensor pada kemiringan sumbu x dan x. Dengan menggunakan kombinasi nilai dari ketiga sumbu fisik tersebut, dapat diketahui posisi robot sedang terjatuh atau, jatuh depan, jatuh belakang ataupun jatuh samping. Gambar 3.3. Sensor Accelerometer Smartphone[11] 2) Kompas Kompas (Sensor Orientation) Sensor ini mengembalikan 3 nilai itu azimuth, pitch, dan roll. Dimana azimuth merupakan rotasi di sekitar sumbu Z, pitch merupakan rotasi di sekitar sumbu X dan roll merupakan rotasi disekitar sumbu Y. 18

6 Gambar 3.4. Sensor Orientation Smartphone[11] Nilai ini dikembalikan dalam bentuk derajat dengan jangkauan antara 0 dan 360 derajat. Dengan menggunakan sensor ini, dapat diketahui kemana arah robot menjaga gawang sehingga mungkin robot terbalik dalam menjaga gawang. 3) Kamera Perangkat ini merupakan perangkat penting ng harus dimiliki oleh setiap robot pemain bola, karena kamera ini merupakan mata bagi robot. Setiap smartphone pasti dilengkapi dengan kamera. Keunggulan dari kamera pada smartphone adalah sudah dilengkapi dengan teknologi auto brightness, auto focus, dan white balance. Dengan memanfaatkan hal ini, kamera dapat digunakan untuk image processing ng maksimal tanpa khawatir kamera ini blur atau bermasalah dalam pencahaan. Perbedaan warna ng ada di lapangan dapat diproses sehingga dapat dideteksi bola dan gawang. Oleh karena itu, robot dapat mengejar bola berwarna oranye dan menangkisn jika bola ke arah gawang. 4) Bluetooth Bluetooth pada smartphone dapat digunakan untuk komunikasi secara serial. Hal ini dapat dimanfaatkan untuk berkomunikasi dengan servo controller secara nirkabel. Android mengirimkan instruksiinstruksi melalui bluetooth ng nantin diterima oleh bluetooth ng 19

7 terhubung dengan servo controller. Tugas dari servo controller adalah sebagai penerjemah data atau instruksi ng diterima via bluetooth dari android. Data atau instruksi ng telah diolah tersebut adalah data ng digunakan untuk menggerakan servo kepala dan memerintahkan servo controller dalam pemanggilan motion. 2. Mikrokontroler Tipe Atmega 324 Mikrokontroler adalah sebuah sistem microprosesor di mana didalamn sudah terdapat CPU, ROM, RAM, I/O, Clock, dan peralatan internal lainn ng sudah saling terhubung dan terorganisasi dengan baik oleh pabrik pembuatn dan dikemas dalam satu chip ng siap pakai. Sehingga kita tinggal memprogram isi ROM sesuai aturan penggunaan oleh pabrik ng membuatn [12]. Penulis menggunakan mikrokontroler tipe 324 karena selain dapat diprogram dengan bahasa C dan bank dijual dipasaran, mikrokontroler ini memiliki dua pin TX dan dua pin RX sehingga mikrokontroler ini dapat berkomunikasi secara serial dengan servo controller dan modul Bluetooth ng digunakan untuk berkomunikasi dengan smartphone android untuk memberikan perintah kepada robot. Gambar 3.5. Skema board Atmega

8 3. Modul Bluetooth Modul bluetooth digunakan untuk media pengiriman data ng berupa perintah dari smartphone android ke mikrokontroler. Perintah akan dikirimkan dari smartphone melalui bluetooth sehingga diperlukan modul bluetooth agar mikrokontroler dapat terhubung dengan smartphone dan menerima data ng dikirimkan. Modul bluetooth ng digunakan adalah modul bluetooth tipe DF- Bluetooth V3. Berikut adalah gambar dari DF-Bluetooth V3. Gambar 3.6. DF-Bluetooth V3 [13] Perancangan Perangkat Lunak Untuk merancang robot humanoid kiper ng dapat secara cepat dan tepat, penulis memilih untuk menggunakan penggabungan dua mode itu mode pinalti dan mode counter. Yang dimaksud dengan mode pinalti adalah mode di mana robot akan mengunci bola ng diam dan apabila bola ditendang ke arahn dia langsung akan merespon secara seketika. Mode pinalti ini digunakan pada saat bola sudah masuk ke daerah pinalti (180cm dari gawang). Sedangkan ng dimaksud dengan mode counter adalah mode ng menghitung kecepatan bola, jadi dengan mode ini robot dapat memperkirakan apakah bola sampai ke daerahn dan perlu menangkisn atau. Mode ini digunakan pada saat bola berada di luar daerah pinalti dengan maksud robot melakukan gerakan ng sia-sia dengan jatuh ke kanan, jatuh ke kiri ataupun split untuk menjaga bola. Agar robot bisa lebih efisien dalam menjaga gawang, penulis akan mencoba membuat robot agar tetap di goal area. Mengingat salah satu kriteria ng harus diperhatikan seorang kiper adalah penempatan posisi, dengan penempatan posisi ng pas akan mempermudah kiper untuk menghalau bola. 21

9 Akan dibahas dua algoritma itu algoritma pertama dan algoritma kedua. Algoritma kedua dibuat untuk dijadikan pembanding dengan algoritma pertama. Algoritma pertama ini adalah algoritma baru ng dirancang dalam penelitian ini. Perancangan algoritma ini dibuat dengan tujuan optimalisasi. Beberapa hal ng perlu diperhatikan dalam algoritma ini adalah dalam pengambilan keputusan. Gambar menunjukan diagram alir algoritma pertama. Buang bola Kejar bola Inisialisasi mode counter Inisialisasi mode penalti Gambar 3.7. Diagram alir algoritma pertama 22

10 Algoritma kedua merupakan algoritma ng lama, sebelum dioptimalisasi. Algoritma ini masih belum optimal karena robot belum bisa mengejar bola dan membuang bola apabila dekat. Selain itu algoritma ini masih kurang akurat dalam menghalau bola. Gambar 3.8 menunjukkan diagram alir algoritma kedua. Gambar 3.8 Diagram alir algoritma kedua 23

11 Optimalisasi ng dilakukan pada robot dari algoritma lama menjadi ng baru, penulis menambahkan beberapa algoritma di setiap prosesn agar menjadi lebih akurat dan efisien. Optimalisasi ng sudah dilakukan penulis : Proses Mengejar Bola Proses ini ditambahkan dengan tujuan robot kiper dapat mengejar bola ng berada di daerahn. Apabila bola di daerahn dikejar, ini akan menguntungkan pihak lawan untuk mencetak gol. Pada algoritma lama belum ada proses ini dikarenakan hardware ng belum stabil, dengan hardware ng sekarang robot mampu melakukan proses ini. Gambar 3.9. Diagram Alir Proses Mengejar Bola 24

12 3.2.2 Proses Membuang Bola Proses ini merupakan lanjutan dari proses mengejar bola. Proses ini bertujuan untuk menjauhkan bola ng berada di dekat robot kiper, sehingga robot kiper memiliki space untuk kembali bersiap-siap dalam posisi menjaga bola. Berikut adalah diagram alir dari proses membuang bola : Gambar Diagram Alir Proses Membuang Bola Mode Penalti Mode ini sebenarn pengembangan dari algoritma lama ng sudah dioptimalisasi dalam eksekusi menghalau bola. Dalam algoritma baru, mode ini han digunakan dalam jarak dekat saja. Berikut diagram alir dari mode penalti : 25

13 Gambar Diagram Alir Mode Pinalty Mode Counter Mode ini merupakan pelengkap dari mode penalti, ng digunakan untuk eksekusi bola ng berada dalam jarak jauh. Penambahan mode ini dimaksudkan agar robot kiper lebih akurat, apabila bola ng mengarah ke gawang sampai ke daerah jangkauann maka robot kiper perlu jatuh sehingga akan lebih siap untuk menjaga gawang jika robot dari tim lawan kembali menendang ke arah gawang. Selain itu robot kiper menjadi terlalu sering jatuh berulang-ulang untuk hal ng sia-sia seperti pada algoritma lama. 26

14 Berikut adalah diagram alir dari mode counter : Gambar Diagram Alir Mode Counter 27

15 3.2.5 Proses Kembali ke Posisi Awal Untuk membuat robot kiper menjadi lebih effisien, penulis membuat robot agar dapat kembali ke posisi awal setelah robot kiper melakukan proses mengejar dan membuang bola. Mengingat di mana pentingn penempatan posisi kiper agar dapat lebih akurat untuk menjaga gawang. Berikut merupakan diagram alir dari proses robot untuk kembali ke posisi awal : Gambar Diagram Alir Proses Kembali ke Posisi Awal 28