ABSTRAK

SAMUDRA RAKSA adalah kapal yang didesain oleh tim SRIWIJAYA-ITS untuk mengikuti Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2013 (KKCTBN 2013) atau (Roboboat 2013) dalam bidang Kapal Autonomous yang diselenggarakan oleh DIKTI. Pembuatan SAMUDRA RAKSA melibatkan berbagai bidang keahlian yang meliputi : sistem perkapalan, arsitektur kapal, dan teknik elektro. Kapal tersebut didesain untuk dapat menyelesaikan misi dan tantangan dengan lintasan yang telah ditetapkan.

Kata kunci : SAMUDRA RAKSA, Roboboat, autonomous

I. PENDAHULUAN

SAMUDRA RAKSA adalah kapal otomatis yang didesain oleh tim SRIWIJAYA-ITS untuk mengikuti Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2013 (KKCTBN 2013) atau (Roboboat 2013) kategori Kapal Autonomous (kategori I). SAMUDRA RAKSA didesain dengan mengutamakan tujuan untuk dapat menyelesaikan misi dan tantangan dalam kategori autonomous. SAMUDRA RAKSA merupakan kapal yang menggunakan jenis lambung multi-hull yaitu menggunakan tiga lambung atau trimaran. SAMUDRA RAKSA dilengkapi dengan berbagai sensor dan alat navigasi yang didukung oleh system propulsi yang memungkinkan SAMUDRA RAKSA dapat bergerak secara mandiri (autonomous). Selain itu SAMUDRA RAKSA dilengkapi pula dengan receiver sehingga kapal mampu dikendalikan secara manual oleh remote control (transmitter).

Pemilihan jenis tiga lambung atau trimaran bertujuan untuk mendapatkan stabilitas yang baik sehingga mendukung kerja sensor agar lebih stabil. Selain itu penggunaan lambung jenis trimaran dapat meminimalisir resistance sehingga SAMUDRA RAKSA dapat mencapai kecepatan yang optimal dengan penggunaan daya mesin yang seminimal mungkin. Besarnya deck area pada tipe trimaran juga menjadi pertimbangan desain mengingat banyak komponen elektronik yang harus dipasang. Pada pemilihan sistem propulsi SAMUDRA RAKSA menggunakan satu propeller penggerak dengan motor elektrik di lambung utama. Propeller tersebut akan dilengkapi oleh rudder yang berfungsi sebagai kemudi. Dalam bagian elektronika, SAMUDRA RAKSA dilengkapi dengan sensor dan alat-alat navigasi. Terdapat dua macam sensor yang digunakan. Sensor tersebut adalah kamera webcam yang berfungsi sebagai penangkap warna bola dan pendeteksi bola serta sensor ultrasonik lagi yang berfungsi sebagai pendeteksi jarak buoy atau bola. Sedangkan untuk alat navigasi, SAMUDRA RAKSA menggunakan GPS dan kompas digital. GPS akan memberikan letak posisi SAMUDRA RAKSA di arena, sedangkan kompas digital menunjukkan ke mana arah kapal bergerak.

II. METODE PEMBUATAN / DESAIN/ KONSEP DASAR

Proses pembuatan SAMUDRA RAKSA menggunakan metode yang biasa digunakan dalam proses pengadaan kapal baru (ship acquisition process). Dalam proses ini terdapat empat tahapan utama . Tahapan yang pertama adalah perencanaan. Tahapan yang kedua adalah aktifitas desain. Tahapan yang ketiga adalah pencarian dana. Dan tahapan yang keempat adalah aktifitas produksi. Keempat tahapan tersebut akan dijelaskan lebih rinci pada subbab berikutnya.

1

Gambar 1. Metode pembuatan kapal SAMUDRA RAKSA

II.1. Perencanaan

Pada tahap perencanaan hal pertama yang dilakukan adalah membentuk tim sesuai dengan kebutuhan sumber daya manusia yang diperlukan. Dalam tahap ini pemilihan anggota tim didasarkan pada bidang kelimuan yang dikuasai. Bidang keilmuan yang dimaksud dalam pembuatan kapal SAMUDRA RAKSA adalah bidang perkapalan dan bidang elektronika. Setelah tim terbentuk tahap selanjutnya adalah mempelajari misi dan tujuan lomba. Hal ini dimaksudkan untuk menentukan langkah yang akan diambil selanjutnya. Setelah itu akan dilakukan analisa kondisi lingkungan. Dalam tahap ini tim akan melakukan analisa terhadap lingkungan dimana lomba akan dilaksanakan. Hal ini dimaksud untuk mencari data yang akan digunakan pada tahap desain, sehingga proses desain akan lebih mudah dan akurat. Data yang dihasilkan dari tahapan – tahapan tersebut dituliskan dalam proposal yang akan digunakan sebagai syarat mengikuti kompetisi.

Gambar 2.Tahap Perencanaan

II.2. Tahap Aktifitas Desain

Pada aktifitas desain diperlukan input berupa batasan – batasan yang ditetapkan dalam lomba. Batasan -batasan tersebut dibuat berdasarkan peraturan yang tercantum dalam buku petunjuk Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2013 (KKCTBN 2013) atau (Roboboat 2013). Selain itu pembuatan kapal juga berdasar pada misi yang akan dilalukan. Sehingga SAMUDRA RAKSA dibangun berdasarkan kebutuhan untuk menyelesaikan misi yang ditetapkan pada buku petunjuk Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2013 (KKCTBN 2013) atau (Roboboat 2013). Pembuatan SAMUDRA RAKSA juga melibatkan tiga macam bidang ilmu yaitu bidang teknik perkapalan , bidang teknik sistem perkapalan dan bidang elektronika. Setelah mendapat input selanjutnya akan dilakukan aktifitas desain. Aktifitas tersebut akan menghasilkan output berupa hasil desain performance, propulsi, lambung dan elektronika.

2

Perencanaa

n

Aktifitas

Desain

Pencairan

Dana

Aktifitas Produks

i

Pembentukan Tim

Pemahaman Misi dan

Tujuan Lomba

Analisa Kondisi

Lingkungan

Pembuatan

Proposal

Gambar 3. Aktifitas Desain

II.3. Pencairan Dana

Dalam proses pembuatan SAMUDRA RAKSA tidaklah mungkin dilakukan tanpa adanya dana yang mencukupi. Diperlukan pembelian bahan-bahan pembuatan SAMUDRA RAKSA, sehingga pencairan dana penting dilakukan. Selain itu juga dana juga menjadi penilaian dalam lomba roboboat kali ini. Pencarian dana diawali dengan mendata dana yang diperlukan dalam proses pembuatan. Selanjutnya akan dibuat proposal pengajuan dana yang akan digunakan untuk pencarian sponsor. Setelah mendapat sponsor, dilakukan negosiasi kerjasama yang akan dituliskan didalam kontrak antar sponsor dengan tim SRIWIJAYA-ITS. Kontrak tersebut yang akan disetujui oleh tim dan pihak sponsor.

Gambar 4. Diagram Pencairan Dana

II.4. Aktifitas Produksi

Pada aktifitas produksi langkah awal yang akan dilakukan adalah melakukan pembelian bahan dan komponen yang diperlukan dalam pembuatan SAMUDRA RAKSA. Komponen yang dibeli meliputi bahan – bahan pembuatan lambung, komponen elektronika, propulsi, dan alat-alat bantu produksi yang diperlukan. Setelah komponen terkumpul proses selanjutnya yang akan dilakukan adalah melakukan pembuatan. Tahap pembuatan meliputi pembuatan lambung serta pembuatan sistem propulsi dan elektronika. Setelah semua komponen selesai dibuat, dilakukan perakitan dan pembuatan program untuk sinkronisasi antar komponen. Tahap terakhir dari aktifitas produksi adalah tahap uji coba. Pada tahap tersebut akan diuji semua komponen apakah sudah bekerja dengan baik atau belum.

3

Pendanaan

Kebutuhan

Dana

Pembuatan

Proposal

Sponsor

Pencarian

Sponsor

Negosias

i

Kontrak

Gambar 5. Produksi Roboboat

III. MATERI INTIIII.1. Dimensi

Adapun spesifikasi utama kapal adalah sebagai berikut : Tipe : trimaran Material : fiber Displacement : 7.01 kg

desain menggunakan Maxsurf Pro

Gambar 6. Bentuk 3D kapal

4

Pembelian Komponen

Pembuatan

Perakita

n

Pembuatan Progr

am

Uji Cob

a

Gambar 7. Data Perhitungan

III.2. Elektronika

III.2.1. Sistem Elektronik

Roboboat ini memiliki dua mode yaitu mode otomatis dan manual. Pada mode manual Roboboat dikendalikan menggunakan remote control menggunakan wireless. Kontrol sistem mode otomatis roboboat terlihat pada diagram. Terdapat dua kontroler utama yaitu Processor yang terdapat di single board computer dan mikro controller. Single Board Computer bertugas memproses hasil masukan dari sensor ultrasonik untuk menentukan jarak objek (pelampung), masukan dari GPS dan kompas digital untuk menentukan posisi, dan webcam sebagai image processing.

Single board computer di komunikasikan dengan Atmega menggunakan USB to serial sebagai jalur komunikasi data. Atmega di program menggunakan bahasa C untuk melakukan control pada Semua actuator seperti servo dan motor DC serta propeller. Selain itu , Atmega dihubungkan dengan Kompas elektrik untuk control navigasi.

Main processor yang dalam hal ini adalah single board computer akan menghimpun dan melakukan perhitungan data yang masuk dari webcam untuk menentukan letak dari pelampung. Data-data tersebut akan di olah dan dikirim ke mikro controller menggunakan komunikasi serial. Data yang di

5

terima akan di gunakan micro controller untuk memberikan perintah pada semua actuator ataupun propeller sesuai dengan program yang ditentukan.

Gambar 8. Control Diagram

III.2.2. Komponen Elektronik

III.2.2.1. Processor

Main Processor

FIT PC 2

Gambar 9. Fit PC 2i

Saat di arena kapal roboboat akan mendapatkan inputan dari berbagai macam sensor. Tidak hanya satu sensor melainkan dari semua sensor yang digunakan dalam kapal roboboat. Maka dalam mengolah data inputan yang didapatkan dari sensor-sensor tersebut dibutuhkan suatu prosesor yang memiliki kemampuan dalam mengolah data- data tersebut. Prosesor tersebut juga yang akan melakukan kontroling terhadap komponen aktuator yang digunakan di kapal roboboat. Dalam kapal roboboat ini digunakan prosesor berupa SBC (Single Board Computer) bernama Fit PC 2i. Fit PC 2i memiliki spesifikasi berupa prosesor Intel Atom Z530 1.6GHz / Z510 1.1GHz, RAM 1GB / 2GB DDR2, 4 port USB 2.0, dan berat 370 grams. Main processor yang dalam hal ini adalah single board

6

computer akan menghimpun dan melakukan perhitungan data yang masuk dari sensor untuk menentukan letak dari rintangan. Data-data tersebut akan di olah dan dikirim ke mikro controller menggunakan komunikasi serial. Data yang di terima akan di gunakan micro controller untuk memberikan perintah pada semua actuator ataupun propeller sesuai dengan program yang tentukan.

Mikro Kontroller

Arduino Uno

Gambar 10. Arduino Uno

Main Processor akan mengirimkan data hasil perhitungan ke mikro controller menggunakan komunikasi serial. Data tersebut berupa keputusan yang akan dilakukan sesuai dengan program yang telah dibuat. Mikro controller yang digunakan adalah Arduino Uno. Arduino Uno merupakan mikro controller yang menggunakan ATmega328 sebagai prosesornya. Fitur yang dimiliki adalah 14 pin digital I/O (6 pin bisa digunakan untuk output PWM),6 pin analog input , socket USB, 16 MHz ceramic resonator, dan operating voltage 5 v. Mikro controller bertugas untuk member kontrol terhadap pergerakan propeller dan arah kapal.

III.2.2.2. Sensor

Kamera WebCam

Gambar 11. Webcam Logitech C210

7

Kamera di dalam roboboat, kali ini bekerja sebagai sensor utama. Kamera ini berfungsi sebagai pendeteksi kapal terhadap rintangan dan tantangan yang ada di lapangan. Kamera ini juga bisa mengetahui warna – warna dari batasan – batasan di dalam arena. Kamera yang digunakan memiliki merek Logitech Webcam C210. Kamera ini memiliki spesifikasi 640 x 720 pixel dan 1,3 megapixel. Dengan spesifikasi tersebut, kapal dalam roboboat kali ini akan dapat bekerja secara optimal. Selain itu persyaratan minimum dari kamera Webcam Logitech C210 ini adalah processor 1 GHz dan RAM 512 MB. Persyaratan ini telah memenuhi dari kontroler utama yang akan digunakan di dalam kapal roboboat.

Pemrograman pendeteksi object menggunakan C++ Visual studio 2010 express yang disediakan secara free oleh Microsoft serta menggunakan library dari OpenCV. Dalam pendeteksian warna pelampung, hal utama yang di lakukan yaitu mendeteksi adanya warna-warna tertentu dan menentukan posisi pixel dengan warna yang ditentukan. Gambar (Digital) yang di tangkap kamera adalah sekumpulan titik yang disusun dalam bentuk matriks, dan nilainya menyatakan suatu derajat kecerahan/ grey scale. Pada gambar berwarna nilai setiap titiknya adalah nilai derajat keabuan pada setiap kompoen warna RGB. Pada format RGB, suatu warna didefinisikan sebagai kombinasi (campuran) dari komponen warna R, G dan B. setiap komponen warna memiliki nilai-nilai tertentu dan nilai tersebut digunakan untuk mendeteksi benda yang di tangkap oleh kamera.

Sensor Ultrasonik

Gambar 12. Sensor Ultrasonik SRF-05

Dalam suatu perlombaan robot, terdapat faktor lain yang menyebabkan robot tidak bekerja sesuai yang diinginkan. Contoh dalam perlombaan roboboat adalah robot tidak bisa mendeteksi rintangan, sehingga bisa menyebabkan kapal menabrak dinding pembatas. Jika hal ini terjadi maka poin kapal tersebut dapat berkurang. Sensor Ultrasonik bekerja untuk menutupi kekurangan dalam hal ini. Ketika kapal akan menabrak rintangan, maka sensor akan mendeteksi bahwa kapal terlalu dekat dengan rintangan. Keputusan kapal akan mengurangi kecepatannya, berbelok arah, atau memberhentikan kapal, sehingga kapal tidak akan menabrak rintangan. Sensor Ultrasonik dalam roboboat bertugas sebagai pendeteksi cadangan dalam mendeteksi rintangan yang akan dihadapi oleh kapal. Sensor yang akan digunakan adalah sensor ultrasonic RF05. Sensor ini memiliki spesifikasi berupa pengukuran jarak 2 cm hingga 2,5 meter dan presisi hingga 0,3 cm. Spesifikasi tersebut sesuai dengan kebutuhan kapal roboboat.

8

Sensor Gyrocompass

Gambar 13. Ardupilot Mega AMP2.5

Autopilot-Ardupilot Mega AMP2.5 (with 3Axis Gyro-3Axis Accel-3Axis Compass-Pressure Sensor)

Untuk dapat mengenali arah dan mempermudah navigasi kapal. Sensor ini mampu memberikan informasi mengenai arah kapal. Sensor yang digunakan adalah sensor Autopilot-Ardupilot Mega AMP2.5. Fitur yang dimiliki adalah Invensense's 3 axis Accelerometer/3 Axis Gyro MPU-6000 dan Honeywell's HMC5883L-TR 3 Axis Compass. Sensor ini juga dapat dihubungkan dengan sensor GPS.

III.2.2.3. Aktuator

Motor DC Brushhless

Gambar 14. Outrunner Brushless Motor

Roboboat ini menggunakan satu Motor DC brushless sebagai penggerak utama kapal. Propeller ini berfungsi dalam memberikan daya dorong kapal. Jika jumlah motor yang digunakan terlalu banyak maka hal ini akan menyebabkan kapal tidak stabil. Motor ini di pilih karena memiliki banyak keunggulan dibanding dengan motor dc brush, antara lain:

9

Memiliki effiensi yang lebih tinggi, karena menghilangkan drop tegangan pada sikat dan gesekan sikat

Noise lebih ekcil, karena tidak terjadi gesekan antara sikat dan komutator

Kecepatan lebih tinggi, karena tidak terdapat batasan mekaik akibat sikat dan komutator

Dapat mengurangi biaya pemeliharaan

Berkurang ukuran dan berat

Motor Servo

Gambar 15. Motor Servo

Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Tipe dari Motor servo menentukan kapasitas motor dalam menahan beban beban. Motor Servo secara garis besar ada 2 jenis, yaitu Motor Servo Standar 180° dan Motor Servo Continuous. Motor Servo Standar 180° ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masingmasing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan – tengah – kiri adalah 180°. Sedangkan Motor Servo Continuous ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu). Motor inilah yang menjadi aktuator dalam mengatur navigasi kapal.

Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya diberikan sinyal PWM dengan frekuensi 50Hz. Dimana pada saat sinyal dengan frekuensi 50Hz tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1.5ms, maka rotor dari motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 0° / netral). Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1.5ms, maka rotor akan berputar ke arah kiri dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty cycle, dan akan bertahan diposisi tersebut. Dan sebaliknya, jika Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1.5ms, maka rotor akan berputar ke arah kanan dengan membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty cycle, dan bertahan diposisi tersebut.

10

Remote Control

Gambar 16. Remote Control Hi -Tech

Dalam perlombaan, kapal roboboat harus bisa berjalan secara otomatis dan manual. Kemampuan dalam manual menjadi syarat minimum bagi kapal roboboat dalam mengikuti lomba. Untuk memudahkan pengendalian kapal maka digunakan remote control dengan merek AGGRESSOR SRX PRO. Fitur remote control tersebut adalah high response, 2,4 GHz (DSSS), 10 model memori, dan 3 Channel DSSS Micro Receiver. Dengan remote control ini kapal juga dapat dikontrol arah dan kecepatan geraknya.

III.2.2.4. Distribusi Daya

Distribusi Daya

Suplai yang digunakan adalah baterai Lipo 11.1 volt untuk Motor penggerak yaitu Motor DC Brushless, dan Lipo 7,4 volt untuk rangkaian sensor dan main Processor. Penggunaan baterai ini di sesuaikan dengan kebutuhan rangkaian elektronik dan spesifikasi masing-masing komponen untuk menghindari kerusakan atau error.

11

Gambar 17. Baterai Lipo

Rangkain catu daya disebut juga rangkaian Power Supply. Rangkaian ini digunakan untuk membatasi tegangan yang masuk pada sensor-sensor dan prosesor yang menggunakan tegangan sebesar 5 volt dc.

Gambar 18. Rangkaian Power Supply

IV. PEMBIAYAAN

IV.1. BIaya Pembuatan LambungNo Nama Spesifikasi Fungsi Jumlah Harga

Satuan(Rp)

Harga(Rp)

1 Kayu Triplex 1 x 2 m Pembuatan cetakan

6 lembar 48.000 288.000

2 Resin + Katalis - Bahan Lambung

5 Liter 49.000 245.000

3 Met - Bahan Lambung

5 lembar 50.000 250.000

4 Dempul+katalis Dempul untuk mobil dan katalis

Penghalus dan Pengkedap

4 kaleng 37.500 150.000

5 Sterofoam 1x1 mTebal 5 cm

Pembuatan Cetakan

3 lembar 20.000 60.000

TOTAL 993.000

IV.2 Biaya Pembuatan Sistem Elektronika dan PropulsiNo Nama Spesifikasi Fungsi Jumlah Harga

satuan(Rp)

Harga(Rp)

1 Single Board Computer

Fit – PC 2i Sebagai unit proses

1 3.700.000 3.700.000

2 Webcam Logitech Webcam c210

Sebagai Unit Sensor

2 300.000 600.000

3 Outrunner Brushless Motor

Series 2835-10

Sebagai Unit Propulsi

2 550.000 1.100.000

4 Mikro Kontroller Arduino UNO

Sebagai Unit

2 300.000 600.000

12

Proses5 Sensor Ultrasonik SRF-05 Sebagai

Sensor Jarak

3 100.000 300.000

5 Motor Servo Hitec-HS-805BB

Sebagai Unit Propulsi

1 800.000 800.000

6 Gyro Compass Ardupilot Mega AMP2.5

Sebagai unit navigasi

1 2.500.000 2.500.000

7 Baterei Lippo 3s Max Force 3S 11.1V, 30C, 2200mAh

Sebagai power suply

2 180.000 360.000

8 Baterei Lippo 2s Zippy FM 1000mAH 20C JST

Sebagai power suply

2 95.000 190.000

9 Mikrokontroller ARM STM32F4

Sebagai unit proses

1 500.000 500.000

10 Electronic Speed Control

Hobbywing Seaking 120A ESC rc boat brushless

Sebagai pengatur kecepatan

1 1.200.000 1.200.000

TOTAL 11.250.000

IV.3 Biaya Alat – alat Bantu Produksi No

Nama Spesifikasi Fungsi Jumlah Harga satuan (Rp)

Harga(Rp)

1 Kertas gosok Kertas gosok nomor 100

penghalus 10 lembar 5.000 50.000

2 Cat Aerosol Warna merah dan abu-abu

coating 5 botol 25.000 125.000

3 Lem Lem G Perekat 15 buah 6.000 90.000TOTAL 265.000

IV.4 TOTAL BIAYANO NAMA BIAYA (Rp)1 Pembuatan Lambung 993.0002 Elektronika dan Propulsi 11.250.0003 Alat-alat Bantu Produksi 265.000

TOTAL 12.498.000

13

DAFTAR PUSTAKA

Parallax. 2012. PMB-648 GPS SiRF Internal Antenna. http://www.parallax.com/Store/ Sensors/CompassGPS/tabid/173/ProductID/644/List/0/Default.aspx?SortField=ProductName,ProductName diakses tanggal 4 April 2013

“ “, “ “, Daftar Kebutuhan Raspberry Pi, [online], (http://www.raspiku.com/daftar-kebutuhan-raspberry-pi, diakses tanggal 30 April 2013 )

14