BAB I PENDAHULUAN 1.1. Tujuan Merancang dan merealisasikan pesawat terbang mandiri tanpa awak dengan empat baling-baling penggerak. 1.2. Latar Belakang Pesawat terbang tanpa awak atau UAV (Unmanned Aerial Vehicle) adalah jenis pesawat udara yang tidak memerlukan juru-terbang (pilot) untuk mengendalikannya. Beberapa jenis UAV dikendalikan oleh operator yang berada di darat (Ground Control Station) dan ada beberapa jenis UAV yang dapat bergerak mandiri (autonomous) sesuai dengan misi yang telah ditentukan. Berdasarkan kegunaannya UAV dibagi menjadi: 1. Target and decoy UAV sebagai target dan simulasi pesawat musuh untuk latihan militer. 2. Reconnaissance UAV diaplikasikan untuk pengintaian. 3. Combat UAV untuk agresi militer. 4. Logistics UAV untuk keperluan pengangkutan kebutuhan logistik. 5. Research and development UAV untuk keperluan riset. 6. Civil and Commercial UAVs UAV untuk keperluan sipil dan komersial. 1
2 Sebagian besar UAV diaplikasikan untuk kebutuhan militer, seperti pengintaian atau bahkan invasi militer. UAV sangat aplikatif untuk kebutuhan ini di mana kita dapat menyerang atau mengintai wilayah musuh tanpa membahayakan pilot. Atau kita dapat mengambil gambar dari wilayah yang belum diketahui, sebelum kita melewati wilayah tersebut. Tentunya, UAV untuk kebutuhan tersebut dimulai dari UAV untuk keperluan riset yang kemudian dikembangkan untuk aplikasi militer. Namun, riset tentang UAV belum pernah dikembangkan di FTEK UKSW. Dengan skripsi ini, penulis ingin memulai merintis riset tentang UAV, dengan merancang dan merealisasikan sebuah pesawat terbang tanpa awak yang dapat diaplikasikan untuk bergerak mandiri (autonomous). Dalam riset ini penulis ingin membuat mekanik dan kontrol aras rendah (low layer control) dari pesawat udara tanpa awak yang kemudian dapat menunjang aplikasi-aplikasiaplikasi aras tinggi. Untuk menunjang aplikasi-aplikasi tersebut, pesawat yang dirancang diharapkan memenuhi beberapa kriteria: 1. Stabil, low layer control system yang dibuat harus bisa menjaga kestabilan pesawat, sehingga dapat menunjang aplikasi pada high layer. High layer di sini seperti: sistem navigasi, aplikasi telemetri, first person view system (FPV) atau aplikasi-aplikasi lainnya. 2. Fleksibel, pesawat yang dirancang dapat terbang di dalam maupun di luar ruangan sehingga penggunaan pesawat ini akan lebih luas. Tentunya pesawat harus dapat melakukan vertical take off and landing (VTOL) untuk dapat terbang di dalam ruangan.
3 3. Sederhana, diharapkan mekanik pesawat yang dibuat mudah untuk direalisasikan tanpa menggunakan sistem mekanik yang rumit dan memerlukan kepresisian tinggi. Untuk menjawab kriteria tersebut, dalam skripsi ini penulis merancang sebuah UAV dengan empat baling-baling penggerak atau Quadcopter (quad rotor helicopter). Yaitu UAV sejenis helicopter dengan 4 baling-baling penggerak. Dibandingkan dengan helicopter dan pesawat terbang sayap tetap (fixed wing aircraft) yang seukuran, Quadcopter memiliki beberapa kelebihan: 1. Tidak memerlukan mekanik yang rumit untuk mengontrol sudut roll dan pitch seperti helicopter pada umumnya, sehingga perancangan mekanik akan lebih sederhana serta dapat menekan biaya. 2. Quadcopter memiliki empat baling-baling penggerak sehingga ukuran baling-baling akan lebih kecil dibandingkan dengan helicopter yang seukuran. Ukuran balingbaling yang lebih kecil ini memungkinkan untuk memberikan pelindung bagi setiap baling-balingnya, sehingga dapat menghindari kerusakan pada baling-baling jika menabrak objek saat terbang. Dengan 4 baling-baling yang terdistribusi, Quadcopter memerlukan motor dengan daya yang lebih kecil dibandingkan dengan helicopter dengan satu baling-baling. 3. Dibandingkan dengan fixed wing aircraft Quadcopter lebih lincah. Quadcopter dapat bergerak ke segala arah, dan dapat melakukan lepas landas atau pendaratan secara vertikal yang tidak bisa dilakukan oleh fixed wing aircraft. Riset Quadcopter dalam tugas akhir ini merupakan tantangan dalam sistem kontrol, embedded system dan sensor fusion, di mana sistem yang akan dibuat merupakan sistem MIMO (Multiple Input Multiple Output) serta dalam perancangan AHRS (Attitude and
4 Heading Reference System) digunakan sensor-sensor yang saling melengkapi kekurangan masing-masing sensor untuk mendapatkan informasi arah hadap yang akurat. Diharapkan hasil skripsi ini dapat menyediakan sistem mekanik dan sistem kendali aras rendah (low level control system) untuk diaplikasikan dan dikembangkan di kemudian hari. Pada skripsi ini dirancang middle-ware yang akan mengakomodir pengaplikasian pesawat dengan piranti high layer application yang akan menunjang kinerja pesawat untuk kebutuhan autonomous. Gerak pesawat yang secara realtime dikendalikan oleh low layer control membutuhkan proses yang padat dan sangat peka terhadap latency, di sisi lain tuntuan aplikasi penggunaan pesawat membutuhkan proses yang banyak membutuhkan waktu, seperti image proccessing, komunikasi dan proses lainnya. Middle-ware yang dirancang akan memberikan layanan high level command oleh high layer application untuk diteruskan ke low layer control. High layer application diimplementasikan dengan smartphone yang mewakili sistem soft-realtime yang kaya akan fitur, seperti kamera dengan resolusi tinggi, koneksi yang cepat dan memori yang besar, serta dukungan SDK (Standart Development Kit) yang memberikan kemudahan dalam membuat aplikasi. Penggunaan smartphone dalam tugas akhir ini juga berfungsi sebagai test payload (beban uji) untuk menguji kinerja dari mekanik dan gerak pesawat yang dirancang.
5 1.3. Sistematika Penulisan Skripsi ini dibagi dalam beberapa topik bahasan yang disusun secara sistematis sebagai berikut : Bab I Pendahuluan Bab ini membahas mengenai tujuan dan latar belakang serta sistematika penulisan. Bab II Dasar Teori Bab ini membahas sistem gerak dari Quadcopter dan prinsip dasar dari setiap bagian dari Quadcopter. Bab III Perancangan Bab ini membahas abstraksi arsitektur perancangan dan rincian dari perancangan Quadcopter. Bab IV Pengujian dan Analisis Bab ini membahas metode pengujian dan analisa hasil pengujian dari perancangan Quadcopter. Bab V Kesimpulan dan Saran Memberikan kesimpulan hasil perancangan dan saran pengembangan ke depan.