7

BAB II

DASAR TEORI

Pada bab ini akan dibahas beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan

dalam merealisasikan sistem. Teori-teori yang digunakan dalam pembuatan skripsi ini terdiri

dari kajian pustaka, konsep dasar sistem, mikrokontroler ATMega324 dan ATMega8, sensor

jarak SRF04 dan IR sensor, Sensor garis, Servo Controller SSC-32 Ver 2.0, dan aturan

pertandingan.

2.1. Kajian Pustaka

a. Penerapan Inverse Kinematic Pada Pengendalian Gerak Robot[1] (D.Y.Habibi

2012)

Algoritma inverse kinematic diimplementasikan untuk mengatur

pergerakan robot hexapod yang memiliki 3 derajat kebebasan. Dengan

menggunakan perhitungan inverse kinematic, pergerakan robot menjadi lebih

halus dan lebih akurat, serta lebih cepat. Setiap kaki memiliki perhitungan yang

dilakukan untuk memperoleh sudut yang harus dibentuk oleh servo sehingga

membentuk bentuk kaki yang diinginkan, yang dapat digunakan untuk

melangkah dengan baik.

Pola pergerakan langkah berjalan (gait) dengan metode tripod dirasa

merupakan pola yang paling efisien yang dapat digunakan untuk berjalan.

Dengan menggunakan gait tripod, dapat diperoleh kecepatan maksimum robot

yang melebihi kecepatan dibandingkan dengan menggunakan gait lainnya.

b. Pengendalian Robot Berkaki Enam Penjejak Dinding Menggunakan Metode

Kontrol Proporsional Derivatif[2] (E.Nashrullah, A.Triwiyatno, dan B.Setiyono

2013)

Pada jurnal ini penulis membahas mengenai algoritma penelusuran dinding

secara sederhana, yang dinyatakan dalam pembentukan sebuah robot berkaki

enam (hexapod) dengan menggunakan Mikrokontroler ATMega32 sebagai

komponen pengendali sistem. Bahasa yang digunakan adalah bahasa C, karena

8

dirasa merupakan bahasa yang cukup umum. 18 servo digunakan sebagai

aktuator kakinya, dengan pembagian setiap kaki terdiri atas 3 servo.

Pembacaan jarak menggunakan sensor ultrasonik, yang diletakkan pada

servo mini untuk proses pemindaian. Metode kontrol proporsional dan derivatif

digunakan untuk mengendalikan sinyal belok berdasarkan nilai kesalahan

terhadap referensi yang dihasilkan. Berdasarkan hasil pengujian, robot hexapod

dapat menjejak dinding dengan baik.

c. Hexagonal Structure Hexapod Robot: Developing a Method for Omni-

directional Navigation[3] (Md.M.Billah, M.Ahmed, Md.R.Khan, dan S.Farhana

2009)

Dalam jurnal ini penulis membahas mengenai struktur segi enam robot

berkaki enam dan metode pergerakan yang dipergunakan untuk membuat robot

yang dapat bergerak secara omni-directional.

Pada pergerakan omni-directional tentunya dapat mempercepat pergerakan

robot dan menghilangkan pergerakan yang tidak diperlukan, namun juga terdapat

masalah yaitu adanya kemungkinan terjadi kejadian tabrakan antar kaki.

Algoritma yang ada telah dipakai oleh penulis untuk meendeteksi apakah ada

kaki yang akan bertabrakan apabila sebuah kaki hendak menelusuri jalurnya yang

telah ditentukan. Algoritma tersebut telah berhasil diterapkan pada robot yang

memiliki gait tripod, sedangkan untuk gait lainnya masih diperlukan tahap

pengembangan yang lebih lanjut.

9

2.2. Konsep Dasar Sistem

Gambar 2.1. Blok Diagram Sistem.

Blok diagram sistem di atas dapat di bagi menjadi beberapa bagian, yaitu pengendali

utama, pembaca, pemadam api, penggerak, dan sumber daya listrik.

1. Pengendali Utama

Mikrokontroler utama adalah bagian dari pengendali utama. Mikrokontroler

dalam robot ini berfungsi sebagai penerima data dari pembaca, pemroses data

tersebut, dan pengeksekusi perintah kepada penggerak untuk menjalankan

algoritma yang ada.

2. Pembaca

Pada bagian ini, terdiri atas beberapa sensor dan perangkat keras, yaitu:

a. Sound Activation

Perangkat ini digunakan untuk memberikan sinyal kepada robot apabila

menerima sinyal suara diantara 3.5 KHz – 4 KHz. Sinyal tersebut kemudian

akan diproses oleh pengendali utama.

Servo

Controller

Mikrokontroler

Utama

ATMega324

Sound

Activation Tombol Start

Sensor Jarak

SRF04

Sensor Pendeteksi Api

UVTRON

Power

Supply

Driver

Penyemprot

(Extinguisher)

Tombol Stop

Sensor Boneka IR sensor

Sensor

Pendeteksi

Suhu

TPA81 &

Sensor Api

ATMega324

ATMega8

Servo

SSC-32

Sensor Garis

10

b. Tombol Start

Tombol yang digunakan untuk menjalankan robot apabila sound activation

tidak dapat bekerja.

c. Tombol Stop

Tombol yang digunakan untuk menghentikan robot atau mereset robot.

d. Sensor Jarak

Sensor jarak pada robot menggunakan SRF04, yang digunakan untuk

mengetahui jarak antara dinding dengan sensor. Data yang diperoleh oleh

sensor selanjutnya dikirim ke pengendali utama sebagai bahan untuk

algoritma telusur dinding. Sensor Jarak IR sensor digunakan untuk

mendeteksi boneka penghalang.

e. Sensor Garis

Sensor garis pada robot menggunakan LED dan photodioda. Data yang

diperoleh selanjutnya dikirim ke pengendali utama untuk mengetahui posisi

robot berada di atas garis atau Home.

f. Sensor Pendeteksi Api

Sensor pendeteksi api atau pendeteksi sinar UV pada robot menggunakan

sensor UVTRON. Sensor ini akan mengirimkan sinyal pada pengendali

utama ketika menemukan sumber api dengan jarak tertentu.

g. Sensor Suhu dan Sensor Api

Sensor suhu pada robot menggunakan TPA81, digunakan untuk mendeteksi

suhu di sekitar robot. Apabila posisi robot telah dekat dengan sumber api

yang ditandai dengan meningkatnya suhu disekitarnya, maka sensor suhu

akan mengirimkan sinyal kepada pengendali utama. Sensor api bertujuan

untuk memberikan tanda apabila telah menemukan api pada jarak yang telah

ditentukan.

3. Pemadam api

Pada bagian ini, terdapat driver beserta dengan penyemprot air. Driver motor

digunakan untuk memberikan arus langsung dari sumber listrik jika memperoleh

11

sinyal dari pengendali utama, sedangkan penyemprot air untuk memadamkan api

dengan menggunakan air.

4. Penggerak

Pada bagian ini terdapat Servo Controller untuk mengontrol servo sebagai alat

gerak utama robot, yang terdiri atas ATMega8 dan SSC-32. Servo controller

akan mendapatkan perintah dari pengendali utama untuk melakukan suatu gerak

tertentu, yang perintah tersebut diproses oleh ATMega8 untuk proses kalkulasi,

lalu akan memberikan perintah kepada SSC-32 yang akan mengirimkan sinyal

kepada servo untuk bergerak menuju sudut tertentu.

5. Sumber Daya Listrik

Sumber daya listrik yang digunakan adalah baterai lithium polymer 12 volt yang

disambungkan dengan regulator DC to DC untuk memperoleh tinggi tegangan

sesuai yang dibutuhkan masing – masing perangkat keras.

2.3. Mikrokontroler ATMega324

Mikrokontroler ATMega324 merupakan salah satu mikrokontroler dalam keluarga

AVR yang diproduksi oleh Atmel Corporation. Fasilitas – fasilitas yang dimiliki oleh

ATMega324 adalah sebagai berikut [4]:

1. Memori flash sebesar 32 KB.

2. 1 KB EEPROM.

3. 2 KB SRAM.

4. Tiga buah timer/counter.

5. Delapan saluran 10-bit ADC.

6. Serial USART.

7. Interupsi internal/external.

8. 32 saluran input/output ( PORTA, PORTB, PORTC, PORTD).

Gambar 2.2 menunjukkan konfigurasi pin pada ATMega324.

12

Gambar 2.2. Konfigurasi Pin Mikrokontroler ATMega324 [4]

Berikut penjelasan pin ATMega324:

1. PA0-PA7 adalah delapan saluran port A, port ini dapat difungsikan sebagai

saluran input/output. Port A juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai port

Analog to Digital Converter (ADC).

2. PB0-PB7 adalah delapan saluran port B, port ini dapat difungsikan sebagai

saluran input/output. Port B juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai SPI, chip

clock oscilator dan timer/counter.

3. PC0-PC7 adalah delapan saluran port C, port ini dapat difungsikan sebagai

saluran input/output. Port C juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai protokol

I2C.

4. PD0-PD7 adalah delapan saluran port D, port ini dapat difungsikan sebagai

saluran input/output. Port D juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai

komparator analog, timer/counter, dan komunikasi serial (USART).

5. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi masukan daya sebesar 5 volt.

6. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC.

7. GND adalah pin ground.

8. AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC.

13

2.4. Mikrokontroler ATMega8

Mikrokontroler ATMega8 termasuk dalam mikrokontroler keluarga AVR yang

dibuat oleh Atmel Corporation. Fasilitas-fasilitas yang dimiliki oleh ATMega8 adalah

sebagai berikut[5]:

1. Memori flash sebesar 8 KB.

2. 512 Byte EEPROM.

3. 1 KB SRAM.

4. Tiga buah timer/counter.

5. Enam saluran 10-bit ADC.

6. Serial USART.

7. Interupsi internal/external.

8. 23 saluran input/output ( PORTB, PORTC, PORTD).

Gambar 2.3. menunjukkan konfigurasi pin mikrokontroler ATMega8.

Gambar 2.3. Konfigurasi pin mikrokontroler ATMega8 [5]

Penjelasan Pin ATMega 8 adalah sebagai berikut:

1. PB0-PB7 adalah delapan saluran port B, port ini dapat difungsikan sebagai

saluran input/output. Port B juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai SPI, chip

clock oscilator dan timer/counter.

14

2. PC0-PC6 adalah tujuh saluran port C, port ini dapat difungsikan sebagai saluran

input/output. Port C juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai protokol I2C,

RESET, dan Analag to Digital Converter (ADC).

3. PD0-PD7 adalah delapan saluran port D, port ini dapat difungsikan sebagai

saluran input/output. Port D juga memiliki fungsi khusus yaitu sebagai

komparator analog, timer/counter, saluran interupsi external, dan komunikasi

serial (USART).

4. VCC adalah pin yang digunakan untuk memberi masukan daya sebesar 5 volt.

5. AREF adalah pin masukan tegangan referensi ADC.

6. GND adalah pin ground.

7. AVCC adalah pin untuk masukan tegangan ADC.

2.5. Sensor Jarak SRF04

SRF04 adalah sensor yang dapat mengukur jarak benda atau objek yang ada di

depannya. Sensor ini bekerja dengan sinyal ultrasonik (40KHz) dengan mengirimkan pulsa

selama 10 mikrodetik. Sinyal akan dipantulkan ke objek yang ada di depan sensor tersebut

dan akan diterima oleh modul yang sama. Waktu yang ditempuh untuk proses pemancaran

sinyal disebut echo. Echo berbentuk sinyal high pada keluaran modul sensor, lamanya sinyal

echo ini akan menunjukkan jarak benda terhadap sensor. Lebar pulsa echo antara 100

mikrodetik – 18 milidetik dan sebanding dengan jarak 3 sentimeter – 3 meter.

Penulis menggunakan sensor jarak SRF04 sebagai sensor untuk navigasi robot.

Sensor ini dipilih karena mempunyai spesifikasi yang sesuai dengan kebutuhan tugas akhir

ini. Spesifikasi yang dimiliki SRF04 diantaranya[6]:

1. Bekerja pada level tegangan 5 volt.

2. Arus yang dibutuhkan 30 - 50 miliampere.

3. Mengukur jarak antara 3 sentimeter – 3 meter.

4. Keluaran berupa tegangan TTL.

5. Dimensi 43 mm x 20 mm x 17 mm.

15

Data – data dari sensor SRF04 ini adalah sebagai berikut[8]:

Tabel 2.1. Data-Data Sensor Jarak SRF04.

Jarak

Benda(cm)

Data

Sensor(cm)

Perbedaan

(cm)

Jarak

Benda(cm)

Data

Sensor(cm)

Perbedaan

(cm)

3 3,1 0,1 32 32,1 0,1

4 4 0 33 33,2 0,2

5 5,1 0,1 34 34,1 0,1

6 6,1 0,1 35 35,2 0,2

7 7 0 36 36,1 0,1

8 8,1 0,1 37 37,1 0,1

9 9,1 0,1 38 38,2 0,2

10 10,1 0,1 39 39 0,0

11 11 0 40 40,1 0,1

12 12,1 0,1 41 41,2 0,2

13 13,1 0,1 42 41,9 0,1

14 14,1 0,1 43 42,8 0,2

15 15 0 44 44 0,0

16 16 0 45 45,1 0,1

17 17,2 0,2 46 46,2 0,2

18 18,1 0,1 47 47,1 0,1

19 18,9 0,1 48 48,2 0,2

20 20 0 49 49 0,0

21 21,1 0,1 50 50 0,0

22 22,2 0,2 60 60,2 0,2

23 23,1 0,1 70 69,8 0,2

24 23,9 0,1 80 79,9 0,1

25 25 0 90 90,3 0,3

26 26,2 0,2 100 99,8 0,2

27 27,1 0,1 110 109,7 0,3

16

28 28,1 0,1 120 120,3 0,3

29 29,1 0,1 130 130,3 0,3

30 30,2 0,2 140 140,1 0,1

31 31 0 150 150,2 0,2

Gambar 2.4. Sensor SRF04 [6].

2.6. Sensor Infrared (IR Sensor)

Sensor yang digunakan untuk mendeteksi boneka pada lapangan pertandingan

KRPAI adalah Adjustable Infrared Sensor Switch. Sensor ini merupakan satu set dari

transmitter dan receiver yang menggunakan LED Infrared. Spesifikasi dari sensor ini adalah

sebagai berikut[7]:

1. Bekerja pada level tegangan 5 volt.

2. Mengukur jarak antara 3 cm – 80 cm yang dapat diset.

3. Keluaran berupa keluaran digital, dimana “0” merupakan kondisi saat sensor

menemukan penghalang dan “1” merupakan kondisi dimana tidak ada

penghalang.

Gambar 2.5. Sensor Infrared [7].

17

2.7. Sensor Garis

Sensor garis adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya warna putih dan

hitam pada lapangan pertandingan KRPAI. Sensor ini sangat membantu robot untuk

mengenali pintu ruangan yang ditunjukkan dengan adanya garis putih atau juring lingkaran

tempat lilin berada. Sensor ini terdiri dari rangkaian resistor, LED, dan photodioda seperti

pada gambar 2.6.

Gambar 2.6. Rangkaian Sensor Garis.

Pada rangkaian diatas, apabila LED memancarkan cahaya ke permukaan bidang

berwarna hitam dan cahaya tersebut akan diterima photodioda. Hal ini menyebabkan

resistansi pada photodioda akan menjadi besar (diasumsikan tak terhingga) dan

mengakibatkan tidak ada arus yang masuk ke output. Sedangkan sebaliknya, bila cahaya

pantulan pada bidang putih yang diterima photodioda, menyebabkan resistansi pada

photodioda akan menjadi kecil dan mengakibatkan ada arus yang masuk ke output. Sehingga,

akan ada tegangan pada output yang bermacam-macam tergantung pada warna permukaan

bidang yang dipantulkan oleh LED dan diterima photodioda[8].

Tegangan-tegangan output yang bermacam-macam ini akan diolah datanya dengan

Atmega324. Dengan memanfaatkan fasilitas ADC 10-bit pada Atmega324, tegangan output

yang analog akan dikonversikan ke digital. Sehingga, nilai-nilai tiap mengenai permukaan

tertentu akan terbaca.

18

Pada robot digunakan enam buah sensor garis yang diletakkan sepanjang tubuh robot,

dan berada pada bagian bawah robot. Penggunaan tujuh buah sensor garis supaya robot

mudah membedakan antara garis putih pintu ruangan atau juring Home. Peletakan tujuh buah

sensor garis dapat dilihat pada gambar 2.7.

Gambar 2.7. Peletakan Tujuh Buah Sensor Garis.

Data – data yang didapat dari sensor garis adalah sebagai berikut:

Tabel 2.2. Data-Data Sensor Garis.

Depan

Kiri

Depan

Kanan

Depan

Tengah

Kiri

Tengah

Kanan

Tengah

Belakang

Tengah

Kanan

Tengah

Putih 1023 824 1023 1023 1020 1023 1023

Hitam 449 80 318 315 216 260 280

19

2.8. Servo Controller SSC-32 Ver 2.0

Mikrokontroler merupakan sebuah sistem komputer dalam chip tunggal[9].

Mikrokontroler mempunyai fungsi yang lebih spesifik dibandingkan dengan Personal

Computer (PC).

Dalam tugas akhir ini, digunakan servo controller SSC-32 Ver 2.0 sebagai servo

controller. Servo controller SSC-32 merupakan sebuah modul khusus yang dibuat

sedemikian rupa untuk mengatur pergerakan servo secara lebih akurat dan lebih mudah.

Berikut adalah spesifikasi dari SSC-32[10]:

1. Menggunakan mikrokontroler Atmel ATMEGA168-20PU.

2. Bekerja dengan kecepatan 14,75MHz.

3. Memiliki 32 output yang dapat digunakan sebagai servo atau TTL.

4. Memiliki 4 input analog atau digital.

5. Membutuhkan arus sebesar 31mA.

6. Menggunakan serial DB9F sebagai komunikasi dengan PC.

Gambar 2.8. SSC-32[10].

20

2.9. Aturan Pertandingan

Pada KRPAI 2016 ini, panitia pelaksana memiliki peraturan yang berbeda dari tahun

sebelumnya dan mengadopsi pada Trinity College Fire Fighting Home Robot Contest,

peraturannya sebagai berikut[11]:

1. Pada KRPAI tahun 2016 ini, sistem perlombaan dibuat sebagai berikut, dengan

metode time trial:

Bagian lapangan yang digunakan adalah hanya 1 sisi lapangan dengan

jumlah room adalah 4.

Mode start yang digunakan adalah non arbitrary start atau arbitrary start

(opsional).

Ada room factor.

Penggunaan aksesori lapangan bersifat opsional.

Jumlah lilin yang harus dipadamkan adalah 1 lilin.

Waktu yang disediakan adalah 3 menit.

2. Lapangan terbuat dari papan multipleks dengan tebal 2 cm. Bentuk dan ukuran

lapangan pertandingan dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9. Bentuk dan Ukuran Lapangan [11, h.50].

21

3. Assesori lapangan yang akan digunakan adalah sebagai berikut :

a. Boneka

Boneka berbentuk boneka anjing atau kucing yang akan menghalangi 50

– 70% lebar lorong. Jika menyentuh boneka tidak ada penalti, tetapi

menggeser boneka lebih dari 1 cm akan mendapat penalti. Jika melewati

boneka diskualifikasi. Berat boneka 500 gr. Jumlah boneka 1.

Gambar 2.10. Bentuk dan Ukuran Boneka [11, h.22].

b. Furniture

Furniture mensimulasikan peralatan yang berada dalam suatu ruangan.

Furniture berbentuk silinder berwarna kuning terang (R:255, G:255, B:0)

dengan diameter 11 cm, tinggi 30 cm, dan berat lebih dari 1 kg. Posisi

furniture tidak akan menghalangi pintu masuk ruang dan robot berukuran

maksimum akan bisa masuk ke ruang paling tidak separuh body robot

sebelum menemukan furniture. Furniture bisa menghalangi pandangan

robot ke lilin. Robot boleh menyentuh furniture, tetapi tidak boleh

menggeser letak furniture. Robot yang menggeser furniture lebih dari 5

cm akan mendapat penalti.

22

Gambar 2.11. Bentuk dan Ukuran Furniture [12, h.53].

c. Api

Api akan disimulasikan dengan nyala lilin. Tinggi lilin adalah 15 sampai

20 cm dari lantai. Peserta tidak boleh mengukur tinggi lilin sebelum

pertandingan dimulai. Diameter lilin antara 2 – 3 cm. Tinggi dan besarnya

nyala lilin tidak ada ketentuan yang pasti. Tinggi dan besar nyala api ini

akan berubah-ubah sepanjang pertandingan. Robot harus mampu

mendeteksi api berapapun tinggi dan besar nyala lilin. Lilin akan dipasang

pada tempat lilin yang berbentuk silinder dengan warna putih. Lilin tidak

akan diletakkan tepat didepan pintu ruang.

d. Uneven floor dan hanging object bersifat opsional.

4. Letak lilin dan assesori lapangan

Hanya terdapat 1 lilin yang terletak dilapangan. Peletakan lilin dalam ruangan

bersifat acak, jadi lilin bisa terletak di ruang 1, 2, 3 , atau 4. Di dalam ruangan

akan ada masing-masing satu furniture. Di sekitar ruang 4 akan ada satu boneka

anjing. Posisi lilin dan letak assesori lapangan ditentukan melalui undian.

Kemungkinan peletakan lilin dan aksesori lapangan dapat dilihat pada Gambar

2.12.

30 c

m

11 cm

(R:255, G:255, B:0)

23

Gambar 2.12. Contoh Letak dan Assesori Lapangan [12, h.75].

5. Peserta diharapkan membuat sendiri mobile robot yang bisa bergerak

autonomous, bisa mengenali dan menjelajahi lorong dan ruang, bisa mengenali

semua asesori yang ada tanpa pengendalian dari luar. Pada robot tidak boleh

terdapat alat komunikasi apapun, walaupun tidak dipakai.

6. Dimensi robot (panjang × lebar × tinggi) maksimum adalah 31 cm × 31 cm ×

27 cm.

7. Alat pemadaman api lilin yang boleh menggunakan kipas atau extinguisher.

8. Masing-masing robot harus menemukan dan mematikan lilin yang ada dalam

ruangan dengan benar.

9. Untuk mematikan lilin yang tanpa juring :

Sebelum mematikan lilin, robot harus menyalakan LED secara berkedip

sebagai tanda menemukan lilin. Frekuensi kedipan 2 Hz. LED harus tetap

berkedip selama 5 detik setelah lilin mati. Robot hanya boleh mematikan lilin

sesudah seluruh badan robot masuk ke ruangan.

10. Setelah memadamkan lilin, robot harus kembali ke home tempat awal robot

start.