PROTOTYPE MOBILE ROBOT TANGGA DENGAN METODE KATROL TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan pendidikan Sarjana pada Program Studi Fisika Institut Teknologi Bandung Oleh INDRI YULIANTI 10203032 PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
ABSTRAK Mobile robot adalah jenis robot yang memiliki kemampuan bergerak bebas/berpindah, termasuk menaiki tangga. Pada tugas akhir ini akan dibangun mobile robot beroda yang dapat menaiki tangga menggunakan metode katrol. Metode ini diterapkan untuk mengangkat dan menurunkan roda depan robot. Untuk mendukung keberhasilan metode tersebut, robot ini juga dilengkapi dengan penggerak roda tengah dan roda belakang. Semua penggerak ini dikendalikan berdasarkan proses komparasi tegangan referensi dengan output sensor jarak inframerah yang menandakan jarak antara robot dan tangga. Hasil pengujian menunjukkan bahwa robot ini dapat melewati tangga hingga ketinggian 1.4cm. Kata Kunci: Metode Katrol, Sensor Jarak Inframerah i
ABSTRACT Mobile robot is a robot with ability to move freely, including climbing stairs. In this final project, a wheeled mobile robot with the ability to climb stairs using pulley method will be build. This method is implemented to lift and drop the robot's front wheel. To support the method, this robot is also equipped with rear and middle wheel drive. The driver is controlled based on a comparison process of reference voltage with the output from the infrared distance sensor which indicates the distance between the robot and the stairs. Test result shows that this robot was able to climb stairs with heights up to 1.4cm. Keywords: Pulley Method, Infrared Distance Sensor ii
PRAKATA Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T atas segala rahmat dan karunia-nya sehingga tugas akhir yang berjudul Prototype Mobile Robot Tangga Dengan Metode Katrol dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini dibuat untuk memenuhi salah satu syarat kelulusan pendidikan Sarjana Departemen Fisika di Institut Teknologi Bandung. Selama menjalani pendidikan S1, khususnya dalam penyusunan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan bantuan berupa bimbingan dan dorongan baik secara moril maupun materiil. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Suprijadi sebagai dosen pembimbing yang telah memberikan arahan dan bimbingan sehingga memberikan kemudahan dalam penyelesaian tugas akhir ini. 2. Bapak Mitra Djamal dan Ibu Euis Sustini sebagai dosen penguji pada sidang Tugas Akhir II. 3. Bapak dan Mama tercinta yang senantiasa memberikan segala daya dan upaya untuk keberhasilan penulis baik berupa dukungan, bantuan, kasih sayang maupun doa yang tak mungkin terbalas dengan segala pengorbanan ananda. 4. Kakak dan Abang tercinta, yaitu Irda Sophiya dan Indra Muhary yang telah memberikan penulis teladan, dukungan, do a, dan kasih sayang. 5. Fitria Daniyanthi Nirwan teman dan saudara seperjuangan dalam menyelesaikan tugas akhir ini. Tak lupa terima kasih penulis sampaikan iii
kepada teman dan saudaraku Rani Febriani atas segala do a dan motivasinya. Terima kasih untuk kalian berdua telah menjadi teman, sahabat, dan saudara. 6. Teman-teman HIMAFI 2003 atas persahabatan dan pengalaman yang tak terlupakan. Sungguh beruntung berada diantara kalian. 7. Teman-teman Lab. DSP yang sudah lulus dan yang akan lulus: Opik Pitung, Zamzam, Zaky, Yusuf kuncup maruncup, Atep, Nisa, Sandy, Ichee, Aah, Pian, K Farid, dan K Dimas atas bantuan dan dukungannya. Terima kasih telah berbagi ruangan, makanan, komputer, internet, dan film (rileks forum). 8. Teman-teman Lab lainnya penghuni Elka: Yanwar, Nur, Heri, Hari, Ferdi, Suryadi, Martin, K Arif, K Asep terima kasih atas bantuan dan dukungan selama penuyusunan tugas akhir. 9. Teman-teman 2003 lainnya: especially for Icha, Rena, Luan, Badai. 10. Pak Ohin yang telah membantu penulis menyelesaikan konstruksi robot, Terima kasih, Pak. 11. Segenap pengelola Lab Elka dan Bengkel: Pak Dadang, Pak Rohman, dan kawan-kawan. 12. Pengelola TU Departemen Fiiska khususnya Pak Yeye yang baik hati. 13. Terima kasih kepada Teteh Kost yang turut membantu penulis selama ini. 14. Segenap dosen Departemen Fisika Institut Teknologi Badung yang telah memberikan ilmu serta bimbingan dan dorongan kepada penulis selama menuntut ilmu. 15. Teman-teman lain yang tak bisa disebutkan di sini, terima kasih atas do a dan persahabatan yang terus terjalin. iv
16. Terima kasih kepada Institut Teknologi Bandung karena telah menjadi saksi atas pengalaman indah yang tak terlupakan bagi penulis selama berada di sini. 17. Pihak-pihak lainnya yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang secara langsung maupun tidak langsung turut serta memberikan dukungan dan bantuan hingga tugas akhir ini selesai. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih banyak memiliki kesalahan dan kekurangan.oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan kritik dan saran para pembaca untuk perbaikan di masa mendatang. Demikianlah tugas akhir ini dibuat dengan harapan agar dapat memberikan sumbangan pikiran yang berguna bagi dunia pendidikan. Bandung, Februari 2008 Penulis v
DAFTAR ISI ABSTRAK. ABSTRACT.. PRAKATA DAFTAR ISI. DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL. i ii iii vi viii x Bab I Pendahuluan 1 1.1 Latar Belakang Masalah... 1 1.2 Rumusan Masalah. 2 1.3 Tujuan Penulisan 2 1.4 Ruang Lingkup Kajian... 3 1.5 Metode dan Teknik Pengumpulan Data. 3 1.6 Sistematika Penulisan. 3 Bab II Robot Berpindah (Mobile Robot) 5 2.1 Gambaran Umum Mobile Robot... 5 2.2 Mobile Robot Tangga. 10 2.3 Penggerak Robot 11 2.3.1 Motor Servo.. 12 2.3.2 Motor DC... 16 Bab III Analisa Model Robot Tangga 18 3.1 Gambaran Umum Model Robot. 18 3.2 Roda Depan 19 vi
3.3 Roda Belakang... 22 Bab IV Prototype Robot Tangga Beroda 26 4.1 Desain Sistem... 26 4.1.1 Proses Pada Sistem Kontrol... 27 4.2 Desain Perangkat Keras... 29 4.2.1 Desain Mekanik... 37 4.3 Sistem Kontrol Robot... 41 BabV Pengujian Sistem 44 5.1 Kalibrasi Sensor Jarak Inframerah... 44 5.2 Pengujian Desain Mekanik... 47 Bab VI Simpulan dan Saran 51 6.1 Simpulan... 54 6.2 Saran... 54 DAFTAR PUSTAKA... 55 LAMPIRAN... 56 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Robot Kaki Enam... 6 Gambar 2.2 Robot Bipedal... 6 Gambar 2.3 Tank Robot... 8 Gambar 2.4 Robot Shrimp... 9 Gambar 2.5 Sistem Kontrol Tertutup R/C Servo... 13 Gambar 2.6 Parallax Continuous Servo... 14 Gambar 2.7 Bagian-Bagian R/C Servo Secara Umum... 14 Gambar 2.8 Pulse Width Modulation... 15 Gambar 2.9 Ilustrasi Roda Tengah Dan Motor DC. 16 Gambar 3.1 Ilustrasi Robot Bergerak Menuju Tangga... 18 Gambar 3.2 Gaya-Gaya Pada Katrol.. 19 Gambar 3.3 Bagian Depan Robot Saat Roda Depan Terangkat... 20 Gambar 3.4 Roda Belakang... 23 Gambar 3.5 Analisa Gaya Saat Roda Bertumpu Pada Titik O... 23 Gambar 3.6 Analisa Diameter Roda-Tinggi Undakan... 24 Gambar 3.7 Tinggi Undakan Lebih Besar Dari Jari-Jari Roda... 25 Gambar 4.1 Diagram Konteks Sistem... 26 Gambar 4.2 Proses Pada Blok Sistem Kontrol... 28 Gambar 4.3 Diagram Blok Perangkat Keras... 29 Gambar 4.4 Rangkaian Transmitter... 30 Gambar 4.5 Output Astabil NE555 Berbentuk Square Wave (Tm dan Ts viii
mungkin berbeda)... 31 Gambar 4.6 Rangkain Receiver... 31 Gambar 4.7 Desain Rangkaian Atmega16... 33 Gambar 4.8 Desain Rangkaian Pengontrol Motor DC... 35 Gambar 4.9 Foto Rangkaian Sistem... 36 Gambar 4.10 (a) Robot Tampak Samping, (b) Robot Tampak Atas, (c) Robot Tampak Depan... 39 Gambar 4.11 Konstruksi Lengkap Robot... 40 Gambar 4.12 Konfigurasi Sensor Pada Robot... 40 Gambar 4.13 Diagram Alir Sistem... 41 Gambar 4.14 Susunan Bit Pada Register ACSR... 42 Gambar 5.1 Pengambilan Data Kalibrasi Sensor (Metode Pemantulan)... 44 Gambar 5.2 Kurva Output Sensor Terhadap Jarak 46 Gambar 5.3 Konfigurasi Roda Depan Dan Katrol... 47 Gambar 5.4 Proses Bagian Depan Melewati Undakan (Buku)... 49 Gambar 5.5 Ilustrasi Roda Belakang Menaiki Undakan (Buku)... 53 ix
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Logika Input Driver L293D... 36 Tabel 5.1 Frekuensi Sensor... 45 Tabel 5.2 Data Pengukuran Sensor... 45 Tabel 5.3 Perhitungan h dan θ... 50 Tabel 5.4 Hasil Pengujian Roda Depan, roda Belakang, Roda Tengah. 52 x