Robot Pemanjat Dinding Oleh Eka Pramudia Santoso NIM: 612008003 Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga April 2014.
.
.
INTISARI Saat ini robotika semakin berkembang seiring dengan perkembangan teknologi pada dunia ini. Berbagai penelitian dalam bidang robotika telah dikembangkan untuk membantu kehidupan manusia termasuk dengan pengembangan dari sebuah robot yang dapat menempel atau memanjat dinding. Perkembangan robot pemanjat dinding (Wall Climbing Robot) saat ini menggunakan metode vacuum motor. Salah satunya adalah skripsi ini, dalam perancangannya menggunakan vacuum motor yang digunakan sebagai alat utama agar robot dapat memanjat dinding dan dalam pengendaliannya menggunakan sebuah remote. Secara keseluruhan, alat akan terbagi menjadi dua bagian, yaitu modul master dan modul slave. Modul master disini adalah sebuah modul yang berfungsi sebagai pengontrol utama yang terdiri dari RF link, mikrokontroler, LCD penampil, dan joystick PS2. Sedangkan modul slave ini adalah sebuah kesatuan perangkat dan sistem yang dikontrol oleh master, terdiri dari robot beroda, vacuum motor, mikrokontroler utama, dan RF link. Data perintah diambil dari keluaran joystick PS2 kemudian diolah oleh sebuah mikrokontroler (ATMega 328), lalu data akan dikirim melalui modul RF link secara nirkabel kepada modul slave. Data perintah akan diterima oleh modul slave menggunakan antarmuka RF link, yang kemudian diteruskan ke mikrokontroler utama (ATMega 2560) untuk diproses. Sistem yang diuji antara lain besar gaya hisap yang dapat dilakukan oleh vacuum motor serta berapa tinggi yang dapat dicapai oleh robot. Hasilnya, robot pemanjat dinding dapat memanjat dinding dengan tinggi maksimal 3 meter dari permukaan tanah. Sedangkan vaccum motor dapat menghisap dengan gaya 5.5 N. i
ABSTRACT Nowadays robotics is growing along with the development of technology in the world. Various studies in the field of robotics has been developed to help human life, including the development of a robot can climbing the wall. The development of Wall Climbing Robot currently using vacuum motors. One of them is this thesis, the design of robot using a vacuum motor is used as the primary that means the robot can climb walls and remote control using for control of the robot. Generally, this device will be separated into two major parts, that are master module and slave module. Master module means the main control module consists of a RF link, microcontroller, the LCD viewer, and PS2 joystick. In other side, slave module means the whole hardwares and systems controlled by master, consists of a wheeled robot, vacuum motors, the main microcontroller and RF links. The data is taken command of the PS2 joystick output is then processed by a microcontroller (ATMega 328), then the data will be transmitted through the RF link module wireless to the slave module. Data commands will be received by the slave module using RF link interface, which is then forwarded to the main microcontroller (ATMega 2560) for processing. Systems tested include suction force which can be done by vacuum motors and how high that can be achieved by the robot. As a result, the wall climbing robot can climb high walls maximum 3 m from the ground. While the vaccum motor can suck with force 5.5 N. ii
KATA PENGANTAR Segala puji syukur hanya pada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan anugerah-nya yang selalu tercurah tanpa ada habisnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan serta penulisan skripsi ini dengan baik tanpa kurang suatu apapun. Karena anugerah-nya pulalah akhirnya penulis dapat menyelesaikan studi di Kawah Candradimuka Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga tercinta ini dengan tepat waktu, semata-mata demi hari esok yang Ia rencanakan dengan begitu indah. Segala usaha yang penulis lakukan tidak akan berarti dan berhasil tanpa bantuan, dukungan, serta bimbingan dari berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Oleh karena itu pada kesempatan ini penulis hendak mengucapkan banyak terima kasih pada: 1. Keluargaku tercinta, papa Sugeng Santoso, mama Tanti Sinansari, adik Yanuar Caesar Santoso dan kekasihku, Sheila Evelyn Hardjo. Terima kasih untuk segalanya, Kalianlah sumber inspirasiku, semangat hidupku. Terima kasih yang tak terhingga buat doa kalian yang tak pernah putus sepanjang waktu untukku. 2. Bapak Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng. dan Bapak Deddy Susilo, M.Eng. selaku pembimbing I dan II, terima kasih atas bimbingan, arahan, serta kesediaan waktu dan tenaga untuk membimbing penulis selama pengerjaan skripsi ini. 3. Seluruh staff, dosen, karyawan, dan laboran FTEK atas dukungan material maupun moral selama penulis berkuliah di fakultas tercinta ini. 4. Sahabat-sahabat setiaku, Henry betab Sutanto, Kristian Visi Paijo Subekti, Om Edwin C. Mone, bang Ernanda AW, Andreas Koh Ndong Kristianto, S.T. Kuliah dan skripsi ini, susah senang kita lalui bersama, semua untuk satu, satu untuk semua. Terimakasih buat segalanya! 5. Teman-temanku angkatan 2008 yang udah duluan lulus terima kasih buat inspirasinya, teman-temanku seangkatan 2008 serta seluruh adik angkatanku di FTEK, ayo ndang lulus! iii
6. Sahabat-sahabatku Yosua, Yudi, Ko Fred, Ci utine, Ci Dewi, "Polek", Ryan "Yin Yun", Koh I Feng terimakasih buat segala nasehat dan dukungannya. 7. Teman-teman Tim Mancing KFC Aryanto, Purnamasidi, Bagas, terimakasih buat segala dukungan serta kebersamaan melampiaskan hobi kita. 8. Seluruh pihak yang telah membantu pengerjaan skripsi ini, toko Gloria, Digital, Bina Jaya, toko-toko online: Kamkits, Tembalang hobby, Ishady Hobby, Digi-Ware, Indo-Ware, dan toko-toko lainnya, serta seluruh pihak yang tidak dapat disebutkan satu-persatu. Terima kasih untuk semuanya. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat lebih berguna, khususnya bagi kemajuan teknik elektronika. Akhir kata, semoga pengerjaan dan penulisan skripsi ini dapat bermanfaat dan boleh menjadi inspirasi bagi siapapun yang membacanya. Salatiga, April 2014 Penulis iv
DAFTAR ISI INTISARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR SINGKATAN... x BAB I... 1 PENDAHULUAN... 1 1.1. Tujuan... 1 1.2. Latar Belakang... 1 1.3. Spesifikasi Sistem... 3 1.4. Sistematika Penulisan... 4 BAB II... 5 DASAR TEORI... 5 2.1. Motor BLDC... 5 2.2. Electric Speed Control (ESC)... 5 2.3. Mikrokontroler AVR... 6 2.3.1. Mikrokontroler ATMega 328... 6 2.3.2. Mikrokontroler ATMega 2560... 7 2.4. Liquid Crystal Display (LCD)... 8 2.5. Motor DC... 9 2.6. Komunikasi Nirkabel Serial RF (radio frequency)... 10 2.6.1. Mode Transmisi Data... 10 2.6.2. Modul RF (Radio Frequency)... 10 2.7. Perhitungan gaya hisap Wall Climbing Robot... 11 BAB III... 14 PERANCANGAN ALAT... 14 3.1. Gambaran Alat... 14 3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras... 15 v
3.2.1. Perangkat Keras Modul Mekanik... 15 3.2.2. Perangkat Keras Modul Elektronik... 17 3.2.2.1. Perancangan Modul Mikrokontroler Master... 17 3.2.2.2. Perancangan Mikrokontroler Slave... 19 3.2.2.3. Perancangan Modul Driver Motor L293... 20 3.2.2.4. Perancangan Sistem Catu Daya... 22 3.3. Perancangan Perangkat Lunak... 23 3.3.1. Perangkat Lunak Mikrokontoler Master... 23 3.3.2. Perangkat Lunak Mikrokontroler Slave... 25 BAB IV... 27 PENGUJIAN DAN ANALISIS... 27 4.1. Pengujian Pengukuran Komunikasi Data RF... 27 4.2. Pengujian Kecepatan Motor Brushless... 29 4.3. Pengujian Massa pada Wall Climbing Robot... 30 4.4. Pengujian Gaya Hisap pada Wall Climbing Robot... 31 4.5. Pengujian Tinggi yang Dapat Dilakukan Robot... 33 4.6. Pengujian Catu Daya pada Modul Master... 32 4.7. Pengujian Catu Daya pada Modul Slave... 34 4.8. Pengujian Indikator Baterai... 35 4.9. Pengujian Kecepatan Motor... 37 4.10. Pengujian Keberhasilan pada Robot... 38 BAB V... 40 KESIMPULAN DAN SARAN... 40 5.1. Kesimpulan... 40 5.2. Saran Pengembangan... 41 vi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. William Morris Beserta Robot Buatannya.... 3 Gambar 2.1. Gambar EDF fan 64mm dan BLDC motor.... 5 Gambar 2.2. Gambar ESC 30A yang digunakan.... 6 Gambar 2.3. Konfigurasi pin ATMega 328... 7 Gambar 2.4. Konfigurasi pin ATMega 2560... 8 Gambar 2.5. LCD 16x2... 8 Gambar 2.6. PPN7PA12B... 10 Gambar 2.7. RF Link 3DR Radio... 11 Gambar 2.8. Gambar ilustrasi robot secara fisika.... 12 Gambar 3.1. Blok diagram modul master... 14 Gambar 3.2. Blok diagram modul slave... 15 Gambar 3.3. Desain mekanik robot beroda isometric view... 15 Gambar 3.4. Realisasi mekanik robot beroda beserta keterangannya... 16 Gambar 3.5. Realisasi mekanik robot beroda tampak bawah... 16 Gambar 3.6. Skema perancangan mikrokontroler master... 18 Gambar 3.7. Realisasi perancangan elektronik master... 18 Gambar 3.8. Skema perancangan mikrokontroler slave... 19 Gambar 3.9.(a) Gambar konfigurasi pin L293D, (b) skematik driver motor L293D... 21 Gambar 3.10. Skema regulator teganngan LDO AMS1117... 22 Gambar 3.11. Diagram Alir perangkat lunak mikrokontroler master... 23 Gambar 3.12. Diagram Alir perangkat lunak mikrokontroler slave... 25 Gambar 4.1. Gambar Ilustrasi pengambilan data komunikasi RF.... 28 Gambar 4.2. Gambar Grafik Hubungan antara PWM dan Kecepatan Motor Brushless yang Dihasilkan.... 30 Gambar 4.3. Gambar Massa Keseluruhan Robot... 31 Gambar 4.4. Sketsa Robot pada Bidang Vertikal... 31 Gambar 4.5. Pengujian Motor Tengah saat Keadaan Maksimum... 33 Gambar 4.6. Hasil Pengujian Catu Daya Keluaran Regulator AMS1117.... 35 Gambar 4.7. Hasil Pengujian Catu Daya Keluaran ESC HobbyKing Blue Series 30A.... 35 Gambar 4.8. Pengujian Indikator Baterai... 36 vii
Gambar 4.9. Sketsa Pengujian Kecepatan Robot... 37 viii
DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Perbandingan Penelitian Sistem Wall Climbing Robot... 2 Tabel 2.1. Konfigurasi pin LCD 16x2.... 9 Tabel 3.1. Konfigurasi penggunaan pin ATmega328 pada master... 18 Tabel 3.2. Konfigurasi penggunaan pin AtMega2560 pada slave... 20 Tabel 3.3. Konfigurasi penggunaan L293D untuk motor DC... 21 Tabel 4.1. Pengujian Pengukuran Komunikasi Data RF... 28 Tabel 4.2. Pengujian Ketinggian yang Dapat Dilakukan Robot... 34 Tabel 4.3. Pengujian Indikator Baterai... 36 Tabel 4.4. Pengujian Kecepatan Robot... 38 Tabel 4.4. Pengujian Keberhasilan Robot dalam Memanjat Dinding... 38 ix
DAFTAR SINGKATAN ADC ADJ AMR AVR BLDC CPU CW CCW DC ESC LCD LDO LIPO PWM RF RISC R/W SCL SDA Analog to Digital Converter Adjustable Anisotropic Magneto Resistive Advance Versatile Risc Brushless Direct Curent Central Processing Unit Clockwise Counter Clockwise Direct Current Electric Speed Control Liquid Crystal Display Low Drop Out Lithium Polymer Pulse Width Modulation Radio Frequency Reduced Instruction Set Computer Read-Write Serial Clock Serial Data x