BAB III PERANCANGAN ALAT 3.1. Rangka Drone Rangka atau frame merupakan struktur yang menjadi tempat dudukan untuk semua komponen. Rangka harus kaku dan dapat meminimalkan getaran yang berasal dari motor. Selain kuat rangka juga harus ringan. Rangka terdiri dari beberapa bagian yaitu: - Plat pada bagian tengah untuk komponen elektronik - 4 buah lengan yang terhubung ke bagian tengah Beberapa material yang dapat digunakan yaitu: - Serat karbon - Alumunium - Kayu Serat karbon merupakan bahan yang paling kaku dan paling bagus dalam menyerap dari tiga bahan diatas, akan tetapi juga yang paling mahal. Bahan alumunium persegi yang berongga merupakan bahanyang paling populer untuk lengan quadcopter karena beratnya relatif ringan, kaku dan relatif terjangkau harganya. Namun alumunium kurang bagus dalam meredam getaran motor, jika getaran sangat kuat maka hal tersebut bisa mengacaukan pembacaan sensor. 44
45 Bahan kayu bagus dalam meredam getaran akan tetapi kurang kuat. Untuk plat bagian tengah dapat menggunakan bahan dari kayu ataupun plastik. Panjang lengan merupakan jarak antara pusat satu motor ke motor lainnya pada lengan yang sama. Jarak antar motor tergantung pada diameter balingbaling, hal tersebut agar baling-baling tidak saling bertabrakan. Adapun desain rangka drone yang dibuat pada tugas akhir ini tampak pada gambar 3.1. Gambar 3.1. Desain Rangka Drone Bahan dan alat yang dibutuhkan: - Batang aluminium 20mm x 10mm x 1000mm (lebar x tinggi x panjang). - Papan plastik dengan tebal 2mm - Foam atau busa untuk kaki drone - Double tape - Gergaji besi - Bor tangan dan mata bor ukuran 3mm - Baud ukuran 3 x 25 dan mur 3mm sebanyak 16 buah - Spacer plastik 3 x 20 sebanyak 4 buah
46 Selanjutnya dilakukan pembuatan rangka sebagai berikut: 1. Batang aluminium dipotong menjadi 3 bagian dengan ukuran panjang masing-masing 480mm (1 buah) dan 230mm (2 buah) untuk lengan drone. Seperti pada gambar 3.2. Gambar 3.2. Batang Aluminium Untuk Lengan 2. Potong papan plastik dengan ukuran 100mm x 100mm sebanyak tiga buah untuk dudukan komponen elektronika, seperti pada gambar 3.3. Gambar 3.3. Papan Plastik Untuk Plat Tengah 3. Foam atau busa dipotong dengan ukuran 50mm x 50mm 40mm (panjang x lebar x tinggi), sebanyak 4 buah untuk kaki drone, seperti pada gambar 3.4. Gambar 3.4. Foam Untuk Kaki Drone
47 4. Pembuatan lubang pada batang aluminium dengan diameter lubang 3 mm, untuk pemasangan pada plat tengah dan untuk pemasangan dudukan motor, seperti pada gambar 3.5. Gambar 3.5. Posisi Lubang Pada Rangka 5. Pembuatan lubang pada plat tengah no 1 dengan diameter lubang 3 mm, untuk pemasangan lengan (batang aluminium), seperti pada gambar 3.6. Gambar 3.6. Posisi Lubang Pada Plat Tengah no 1 6. Pembuatan lubang pada plat tengah no 2 dengan diameter lubang 3 mm, untuk pemasangan lengan (batang aluminium) dan untuk pemasangan spacer sebagai penyatu dengan plat tengah no 3, seperti pada gambar 3.7. Gambar 3.7. Posisi Lubang Pada Plat Tengah no 2
48 7. Pembuatan lubang pada plat tengah no 3 dengan diameter lubang 3 mm, untuk pemasangan spacer sebagai penyatu dengan plat tengah no 2, seperti pada gambar 3.8. Gambar 3.8. Posisi Lubang Pada Plat Tengah no 3 8. Lengan (batang aluminium) dan plat tengah disatukan dengan menggunakan baud ukuran 3 x 25 dan mur 3mm sebanyak 8 buah serta 4 buah spacer. Gambar 3.9. Desain Rangka Drone Yang Sudah Dirakit Gambar 3.10. Rangka Drone Yang Sudah Dirakit
49 3.2. Pemasangan Komponen Elektronik Setelah rangka drone selesai dirakit langkah selanjutnya dilanjutkan dengan pemasangan komponen elektronik pada rangka drone, yaitu sebagai berikut: 1. Baterai Lipo: Baterai lipo dipasang dengan cara direkatkan pada plat nomor 3 atau diantara plat 2 dan plat 3 dengan memakai perekat khusus untuk baterai. 2. Modul Power: Modul power dipasang sedemikian rupa dekat baterai yaitu diantara plat 2 dan plat 3, posisi konektor modul power diletakkan berdekatan dengan posisi konektor baterai lipo, hal ini untuk memudahkan dalam menyambung dan memutus hubungan ke baterai. 3. Dudukan motor brushless: Empat buah dudukan motor brushless dipasang pada setiap motor brushless dengan menggunakan baud bawaan motor brushless. 4. Selanjutnya empat buah dudukan motor yang sudah dipasangi motor brushless dipasang pada lubang yang sudah dibuat, yaitu pada setiap ujung lengan drone dengan memakai 2 buah baud ukuran 3 x 25 dan mur 3mm untuk setiap motor. 5. Modul ESC: Empat buah modul ESC masing-masing dipasang dekat motor brushless, modul ESC dipasang pada sisi bawah setiap lengan drone dengan menggunakan karet double tape atau bisa dibunakan kabel ties, dan kabel output dari modul ESC yang berjumlah 3 buah dihubungkan dengan kabel motor brushless yang berjumlah 3 buah.
50 6. Kabel Distribusi Power: Konektor kabel distribusi power dihubungkan dengan konektor modul power, sedangkan setiap ujung lainnya berjumlah empat pasang, masing-masing pasangan (kabel warna merah dan hitam) dihubungkan kesetiap modul ESC yang berjumlah 4 buah. 7. Modul APM: Modul APM (yang sudah dilengkapi casing) selanjutnya di pasang pada bagian tengah plat no 1 memakai karet double tape, dengan posisi pemasangan melihat arah panah pada casing, arah panah kedepan.menunjukkan bagian depan drone. Selanjutnya kabel dari modul power dihubungkan ke port PM pada modul APM. 8. Modul GPS: Modul GPS dipasang dengan posisi agak jauh dari komponen listrik seperti motor, modul APM, modul power, hal tersebut untuk mengurangi gangguan terhadap fungsi pembacaan dari modul GPS. Kabel dari modul GPS ada dua buah, satu kabel dipasang pada port I2C dan satu kabel dipasang pada port GPS pada modul APM. 9. Modul Telemetri: Modul telemetry yang sudah dilengkapi dengan antena dipasang pada salah satu lengan drone dengan memakai karet double tape, sedangkan kabelnya dihubungkan ke port telemetri pada modul APM. 10. Modul Remote Kontrol Penerima: Modul remote kontrol penerima dipasang pada salah satu lengan drone dengan memakai karet double tape, modul remote kontrol penerima dihubungkan ke port input pada modul APM dengan menggunakan 7 buah kabel (5 buah kabel untuk sinyal dan dua buah kabel untuk power) yang telah dipasangi konektor betina khusus pada setiap ujungnya.
51 11. Baling-baling: Baling-baling yang sudah dilengkapi dengan adapter selanjutnya dipasang pada setiap motor dengan memakai mur bawaan motor brushless. 3.3. Pemasangan Software ArduPilot-Arduino Versi 1.0.3 Software ArduPilot-Arduino merupakan versi modifikasi dari software arduino, yang dibuat khusus untuk aplikasi APM. Software aplikasi ArduPilot- Arduino versi 1.0.3 didapatkan secara gratis dengan men-download dari alamat website: http://firmware.diydrones.com /Tools/Arduino/, dengan nama file: ArduPilot-Arduino-1.0.3-gcc-4.8.2-windows.zip, berupa file zip dengan ukuran file sekitar 181.585KB. Gambar 3.11. Alamat Website Software ArduPilot Arduino Pemasangan software ArduPilot-Arduino versi 1.0.3 yaitu dengan cara mengekstrak file zip hasil download. Kemudian simpan folder hasil ekstrak pada direktori C:\. Folder tersebut bernama ArduPilot-Arduino-1.0.3-windows.
52 Gambar 3.12. Folder ArduPilot-Arduino-1.0.3-windows pada Direktori C: Selanjutnya buka folder ArduPilot-Arduino-1.0.3-windows dan double klik file aplikasi dengan nama arduino. Gambar 3.13. Software Ardupilot-Arduino Versi 1.0.3 Perbedaan antara software arduino standar dan arduino ardupilot adalah adanya tambahan menu ArduPilot pada tab menu. Kemudian klik pada menu File dan pilih Preferences seperti pada gambar 3.15 dibawah.
53 Gambar 3.14. Pilih Menu Preferences Pada jendela baru yang terbuka dilakukan setting seperti tampak seperti pada gambar 3.16, yaitu: - Set sketchbook location ke folder ardupilot - Set Verbose dengan menandai pada Compilation dan Upload - Klik Ok dan software arduino ditutup 3.4. Program Aplikasi Arduino Program aplikasi dibuat dengan tujuan utama agar drone bisa terbang. Untuk mencapai hal tersebut maka modul APM harus mengontrol putaran motor, mengontrol aerodinamis dan membaca input dari receiver. Sedangkan untuk fungsi terbang secara otomatis modul APM harus mampu mendeteksi keadaan dan membuat keputusan untuk membuat perubahan pada output. Untuk keperluan tersebut modul APM telah dilengkapi dengan beberapa sensor yaitu: giroskop, accelerometer, magnetometer dan GPS. Masukan dari
sensor melewati filter berupa routine PID untuk membatasi dan merubah output ke motor. 54 Gambar 3.15. Blok Diagram Program Aplikasi Blok diagram program aplikasi untuk drone seperti terlihat pada gambar 3.16 yang terdiri dari blok sensor, blok status, blok kontrol, blok perintah dan blok aktuator. - Blok sensor berfungsi untuk membaca nilai dari sensor untuk diproses pada blok selanjutnya. - Blok status berfungsi untuk memproses nilai yang didapatkan dari sensor guna menentukan ketinggian, kecepatan dan posisi drone. - Blok kontrol berfungsi untuk membatasi dan merubah output ke motor. - Blok aktuator berfungsi untuk merubah nilai dari blok PID menjadi nilai PWM. - Blok perintah berfungsi untuk memberikan perintah pergerakkan yang berasal dari remote kontrol, smartphone dan peranti elektronik lainnya. Flowchart mode manual dan mode otomatis untuk program aplikasi seperti terlihat pada gambar 3.16.
55 Gambar 3.16 Flowchart untuk mode manual dan mode otomatis Pada saat dijalankan variabel mode akan berisi mode manual, semi-otomatis atau otomatis. Routine mode berfungsi untuk merubah input dari remote kontrol (kanal 1, 2, 3, 4 dan 5) atau dari navigasi GPS menjadi nilai sudut, kecepatan memutar dan kecepatan vertikal. Sebagai contoh pada mode manual merubah input roll dan pitch menjadi sudut (derajat), input yaw menjadi kecepatan memutar (derajat/detik) dan input throttle menjadi kecepatan vertikal (cm/detik). Selanjutnya hasil konversi yang berupa nilai integer tersebut selanjutnya diterjemahkan oleh library kontrol attitude sebagai berikut: roll= -1000 artinya miringkan sisi kiri drone sebesar 10 derajat. pitch= -1500 artinya miringkan sisi depan drone sebesar 15 derajat. yaw= 500 artinya putar drone kekanan dengan kecepatan 5 derajat/detik.
56 Kemudian hasil konversi dari library kontrol attitude tersebut dipakai oleh library AP Motor. Library AP Motor berfungsi merubah nilai roll, pitch, yaw dan throttle dari library Kontrol attitude menjadi nilai PWM untuk motor. Nilai roll/pitch/yaw berkisar antara -4500~4500. Sebagai contoh: nilai -4500 berarti drone bergerak ke kiri dengan kecepatan max. Nilai throttle berkisar antara 0~1000, 0 = motor mati, 1000 = motor kecepatan penuh. Kemudian nilai PWM dari library Motor dipakai oleh library AP HAL yang berfungsi mengirim nilai PWM dari AP Motor ke pin output pada modul APM. Selanjutnya nilai PWM tersebut akan diterima modul ESC (Pengontrol kecepatan elektronik) untuk mengontrol putaran motor.