MATA ROBOT

OLEH:

Roni Setiawan (08518241014)

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI YOGYAKARTA

2010

PENDAHULUAN

Untuk membuat suatu robot, dibutuhkan kerja sama dalam system robot

tersebut. Mulai dari system penggerak robot, system indera robot dan system

control pada robot harus mampu bekerja sama dengan baik. Pada dasarnya robot

adalah tiruan hewan ataupun manusia. Robot memiliki alat pendeteksi warna

sebagai indera penglihat, alat pendeteksi suara sebagai indera pendengar, alat

pendeteksi suhu, alat gerak dan system control sebagai otaknya, yang semuanya

bekerja menggunakan sinyal listirik.

Dalam suatu robot indera penglihat dapat disebut dengan mata robot. Mata

robot merupakan hal yang penting dalam membuat sebuah robot. Tentu saja

indera penglihat yang dimiliki robot tidak sesempurna jika dibandingkan dengan

indera penglihat pada manusia. Pada dasarnya mata robot berfungsi untuk

membedakan dua buah kondisi yang sangat berbeda. Seperti membedakan warna

yang sangat mencolok, untuk mengetahui keberadaan suatu benda, dan lain

sebagainya. Dengan perbedaan kondisi yang sangat dominan tersebut akan

menghasilkan sinyal listrik yang berbeda. Selanjutnya sinyal listrik diolah dalam

otak robot, dan hasilnya robot mampu membedakan kondisi yang dilihatnya.

Dengan memanipulasi rangkaian elektronik dan mekanik suatu robot, mata robot

yang sebenarnya sangat sederhana tersebut mampu berfungsi sebagai suatu sistem

indera penglihat yang penting bagi robot.

Sensor Cahaya Sebagai Mata Robot

Untuk membuat sebuah mata robot sederhana, dapat menggunakan

komponen elektronika yang dapat bekerja karena intensitas cahaya. Ketepatan dan

kesesuaian dalam memilih sebuah sensor akan sangat menentukan kinerja dari

robot. berikut ini:

• Photoresistor

Photoresistor biasanya terbuat dari sebuah Cadmium-sulfide (CdS),

biasanya disebut dengan photocell. Photocell bekerja seperti LDR yaitu akan

menghasilkan resistansi yang berbeda tergantung dari intensitas cahaya yang

mengenainya. Resistansi pada photocell berbanding terbalik dengan intensitas

cahaya yang mengenainya. Resistansi pada photocell akan sangat besar jika

tidak ada cahaya yang mengenainya yaitu lebih dari 100 kiloOhm atau

bahkan dalam orde Megaohm. Tetapi jika intensitas cahaya yang

mengenainya semakin kuat maka resistansi pada photoresistor akan semakin

kecil. Photoresistor sangat mudah digunakan sebagai sensor cahaya dalam

rangkaian elektronika. Tetapi photoresistor tidak mampu bekerja dengan baik

ketika ada cahaya yang menyinarinya dengan frekuensi 20-30 kali perdetik.

Hal itu merupakan kelemahan dari photoresistor, sehingga photoresistor tidak

terpengaruh dalam cahaya yang dihasilkan listrik AC.

• Phototransistor

Phototransistor kebanyakan seperti transistor yang tidak memiliki

lapisan pada bagian atasnya. Jadi jika pada transisitor biasa memiliki 3 kaki

dengan tutup/pelindung/lapisan plastic atau metal, pada phototransistor hanya

memiliki 2 kaki dengan lapisan yang sebagian terbuka. Lapisan yang terbuka

itu merupakan kaki basis yang berfungsi untuk mendeteksi cahaya.

Phototransistor berbeda dengan photocell, phototransistor mampu mendeteksi

sampai 1000 kali kilatan cahaya perdetiknya. Keluaran dari phototransistor

tidak linier dengan cahaya yang mengenainya. Jika phototransistor berada

ditempat yang terang maka phototransistor tidak mampu mendeteksi

perubahan cahaya yang mengenainya.

• Photodiode

Photodioda merupakan salah satu jenis diode yang bekerja berdasarkan

cahaya yang menyinarinya. Seperti pada phototransistor, photodiode

memiliki lapisan kaca atau plastic untuk melindungi bagian semikonduktor

yang ada didalamnya. Seperti pada phototrnsistor, Photodiode mampu

mendeteksi kilatan cahaya sampai 1000 kali perdetik. Kelebihan photodiode

jika dibandingkan dengan phototransistor adalah photodiode mampu bekerja

dengan baik di tempat yang terang. Yang menjadi sifat khas dari photodioa

adalah akan selalu menghasilkan sinyal keluaran yang kecil walaupun

photodiode terkena sinar dengan intensitas yag sangat kuat. Sehingga dalam

penggunaanya sinyal keluaran photodiode biasanya terhubung dengan

penguat.

Photoresistor, phototransistor dan photodiode memiliki fungsi yang sama

yaitu sebagai pendeteksi cahaya. Persamaan sifat dari ketiga komponen tersebut

adalah resistansi akan berubah jika intensitas cahaya yang mengenainya berubah.

Dalam penggunaanya ketiga komponen tersebut selalu disambung seri dengan

resistor dengan keluaran berada diantara komponen detector dan resistor,

penyambungan dapat dilihat dalam gambar berikut:

Karena disambung seri dengan resistor, maka rangkaian tersebut berfungsi

sebagai rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian pembagi tegangan adalah

rangkaian yang berfungsi untuk mendapatkan tegangan yang berbeda dari

hambatan yang dirangkai secara seri. Jika sensor cahaya mendeteksi perubahan

cahaya maka resistansinya akan berubah. Dengan perubahan resistansi pada

sensor cahaya, sedangkan resistansi resistor tetap, maka akan didapat perubahan

tegangan keluaran. Sehingga besar tegangan keluaran tergantung dari besar

intensitas cahaya yang mengenai sensor cahaya yang digunakan.

Sensor Cahaya Tunggal

Sensor cahaya merupakan resistor variable seperti potensiometer, tetapi

tidak memiliki tuas/tangkai untuk mengatur besar resistansinya. Perubahan

resistansi sensor cahaya tergantung dari naik turunya intensitas cahaya yang

mengenainya.

Sebagai contoh rangkailah sensor cahaya seperti dalam gambar :

Dalam rangkaian tersebut menggunakan R 3,3K. Untuk membuat rangkaian

sensor seperti gambar diatas tidak harus menggunakan R 3K3, tetapi dapat

dirubah sesuai dengan kebutuhan. Sebagai percobaan gantilah R3K3 dengan

potensiometer semisal 50K. Selanjutnya rangkaian disambung dengan tegangan

dan keluaran dihubungkan dengan multimeter. Kemudian aturlah besar resistansi

potensiometer untuk mendapatkan sensitifitas sensor yang diinginkan.

Dengan rangkaian tersebut sudah didapat ragkaian pendeteksi cahaya. Jika

rangkaian tersebut difungsikan sebagai sensor pada suatu robot, sebaiknya

keluaran tersebut disambung dengan sebuah komparator (misal LM339) seperti

dalam gambar berikut:

Catatan :

resistor disambung seri dengan sensor

cahaya dan output berada diantara

sensor cahaya dan resistor, hal ini

bertujuan untuk merubah besar

resistansi sensor cahaya menjadi

tegangan tertentu.

Pada rangkaian diatas, keluaran dari rangkaian sensor cahaya dihubungkan

dengan pin inverting komparator. Sedangakan pin non inverting disambung

dengan potensiometer yang berfungsi sebagai pengatur tegangan referensi. Cara

kerja dari rangkaian tersebut adalah ketika sensor cahaya menangkap cahaya

dengan intensitas yang lemah maka besar resistansinya sangat besar, dan tegangan

output (tegangan yang masuk pada kaki inverting) yang dihasilkan sangat kecil.

Karena tegangan non-inverting pada komparator lebih besar dari tegangan

invertingnya, maka keluaran komparator bernilai high (+). Sebaliknya, jika

intensitas cahaya yang mengenai sensor cahaya sangat kuat, resistansi sensor

cahaya akan sangat kecil dan tegangan output yang dihasilkan menjadi besar.

Karena tegangan non-inverting pada komparator lebih kecil dibanding tegangan

invertingnya, maka tegangan keluaran komparator menjadi low (-).

Multi Sensor Cahaya

Mata manusia terdiri dari berjuta-juta sel yang sangat kecil. Gabungan

jutaan sel tersebut mampu berfungsi sebagai penglihat yang mampu melihat suatu

bentuk dengan jelas, dan itulah arti melihat sebenarnya, bukan hanya sekedar

mendeteksi level intensitas cahaya saja. Maka dari itu mata robot (sebagai tiruan

mata manusia) untuk dapat berfungsi sebagai penglihatan dengan baik, mata robot

harus terdiri dari banyak sensor cahaya.

Rangkaian sensor cahaya pada dasarnya adalah sama seperti sensor cahaya

tunggal, yaitu sensor cahaya dirangkai seri dengan resistor. Kemudian keluaran

yang berada diantara resistor dengan sensor cahaya dihubungkan dengan

komparator. Untuk membuat sebuah mata robot diperlukan susunan beberapa

sensor cahaya yang tersusun dengan baik. Susunan sensor cahaya tersebut

kemudian dihubungkan dengan ADC. Dengan 8 buah sensor cahaya yang

terhubung dengan ADC akan mampu membedakan 256 level intensitas cahaya

yang berbeda. Tetapi jika ada 16 sensor cahaya yang terhubung dengan ADC

maka akan mampu membedakan 65536 level intensita cahaya.

Untuk mendapatkan mata robot yang mampu bekerja sebagaimana

mestinya, mata robot tersebut harus memiliki suatu pengendali. Pengendali ini

berfungsi untuk mengendalikan atau menterjemahkan cahaya yang ditangkap

mata robot tersebut menjadi sinyal yang berisi suatu pesan tertentu. Biasanya

pengendali tersebut berupa mikrokontroler. Setelah susunan sensor cahaya

dikonversi menjadi sinyal digital oleh ADC, kemudian sinyal digital diolah oleh

mikrokontroler yang selanjutnya menjadi keluaran mikrokontroler. Keluaran dari

mikrokontroler itu berupa respon robot ketika melihat suatu benda.

Contoh rangkaian 8 sensor cahaya dengan ADC:

Contoh susunan sensor cahaya sebagai mata robot:

Mata Robot Dengan Memory Statis CMOS

Sebelum Memory static CMOS banyak digunakan, pabrik pembuat mata

robot banyak menggunakan rangkaian RAM CMOS. Mata robot yang

menggunakan RAM CMOS ini dalam pengunaanya diprogram oleh pengguna,

sehingga untuk memprogram sebuah mata robot programnya lebih banyak dan

rumit. Sekarang dengan menggunakan Memory Static CMOS, mata robot telah

diprogram oleh pabrik pembuatnya. Untuk menggunakan mata robot sekarang

pengguna hanya perlu sedikit memprogramnya dengan mudah lewat

mikrokontroler. Chip memory static CMOS dapat ditemukan satu paket dengan

mata robot. Tetapi jika kita ingin membuat sendiri kita dapat menggunakan chip

memory 1K x 4-bit 2114L.

Sensor Cahaya Menggunakan Lensa dan Filter Cahaya

Lensa dan filter cahaya dapat digunakan untuk meningkatkan tingkat

kesensitifitasan sensor dan ketepatan sensor dalam menangkap cahaya, ataupun

keduanya. Dengan memasang lensa pada susunan sensor cahaya berarti

meningkatkan intensitas cahaya yang mengenai sensor tersebut. Selain

menggunakan lensa, untuk meningkatkan efektifitas sensor cahaya juga dapat

menggunakan filter optik. Filter optik bekerja dengan cara menyaring cahaya yang

memiliki panjang gelombang tertentu. Misalnya photocell lebih sensitif

mendeteksi cahaya infra merah.

1. Lensa

Lensa adalah alat yang berfungsi untuk membiaskan cahaya. Dua hal

penting yang harus diperhatikan dalam memilih lensa untuk sensor cahaya

adalah:

• Jarak titik fokus lensa

Jarak titik focus lensa merupakan jarak antara titik pusat lensa dengan titik

api lensa. Okus lensa terdiri dari 2 jenis yaitu lensa positip dan lensa

negatip.

• Diameter lensa

Diameter lensa menunujukan tingkat kemampuan lensa tersebut. Semakin

besar diameter lensa semakin banyak cahaya yang ditangkap oleh lensa.

Ada 6 tipe lensa yang berbeda seperti dalam gambar berikut :

Gabungan dari lensa planconvex dan biconcave dapat menggantikan

semua tipe lensa. Sebuah lensa planconvex datar dibagian salah satu sisinya

dan cembung dibagian sisi lainya. Sedangkan lensa biconcave memiliki

bentuk cekung di kedua sisinya. Lensa positif an lensa negative dapat

diketahui dengan melihat bentuk lensa tersebut. Jika disalah satu sisi lensa

tersebut cembung berarti lensa tersebut adalah lensa positif. Tetapi jika

disalah satu sisi lensa tersebut adalah cekung, berarti lensa tersebut adalah

lensa negative.

Bayangan lensa ada 2 jenis yaitu bayangan nyata dan bayangan maya.

Bayangan nyata terbentuk di depan titik focus lensa, contohnya kita dapat

membakar kertas hanya dengan menggunakan lensa cembung dibawah

panasnya matahari. Hal ini dikarenakan lensa cembung merupakan lensa

positip dan mengumpulkan sinar matahari yang selanjutnya di biaskan

melalui titik fokusnya. Jika selembar kertas ditempatkan didepan focus lensa

maka akan terbentuk bayangan nyata dari matahari, dan bayangan ini mampu

membakar kertas. Sedangkan bayangan maya terbentuk dibelakang titik focus

lensa. Bayangan maya dapat terlihat pada saat kita menggunakan lensa

pembesar. Jika lensa positip digunakan sebagai lensa pembesar, lensa ini akan

menghasilkan bayangan nyata dan juga bayangan maya. Tetapi untuk lensa

negative hanya membentuk bayangan maya.

Untuk menggunakan lensa sebagai mata robot, sebaiknya menggunakan

lensa plano convex atau double convex dengan diameter 0,5`` sampai 1,25``,

dengan jarakfocus yang berfariasi antara 1`` sampai 3``. Biasanya dalam

membeli lensa, ukuran diameter lensa dan jarak focus lensa telah

dicantumkan. Seandainya kita pada saat membeli lensa tidak tercantum

ukuranya kita dapat mengukur jar focus dan diameter lensa dengan cara

seperti dalam gambar:

Cara pemasangan lensa pada mata robot dapat dilakukan dengan cara

memasang lensa pada bidang yang tidak tembus cahaya seperti plastic hitam,

kayu, PVC, maupun kertas. Setelah itu baru di ikuti pemasangan susunan

sensor cahaya di belakang lensa tersebut. Lensa dipasang pada bidang yang

tidak tembus cahaya supaya sensor cahaya hanya menangkap cahaya yang

dibiaskan oleh lensa. Sehingga mata robot akan bekerja lebih sensitive.

2. Filter Optik

Cara kerja filter optic adalah menyaring cahaya yang memiliki panjang

gelombang tertentu. Didalam robotika, filter optic digunakan untuk

menangkap sinar infra merah. Contohnya seperti filter yang digunakan pada

phototransistor dan photodiode. Hanya sinar infrared yang dapat menembus

filter dan mengenai sensor tersebut. Filter optic memiliki 3 bentuk yang

berbeda, yaitu:

• Colored gel filters (filter gel warna)

Dibuat dengan cara dilapisi gel yang terbuat dari milar atau plastic. Filter

ini dibuat dengan lapisan yang dapat menyaring cahaya dengan panjang

gelombang tertentu. Sehingga filter ini mampu menangkap cahaya dengan

warna tetentu, tergantung dari pabrik yang membuatnya. Filter gel ini

memiliki daerah spectrum sendiri yaitu 40 – 60 nm(diluar spectrum

cahaya). Dengan mempertimbangkan spectrum cahaya yaitu 400 – 700

nm, rata-rata filter gel ini dirancang dengan spectrum 50nm sekitar 15%

dari rata-rata spectrum cahaya.

• Interference filter

Memiliki beberapa lapisan dielektrik yang berfungsi sebagai penyaring

panjang gelombang suatu cahaya. Misalnya satu lapisan berfungsi untuk

menyaring cahaya yang memiiki panjang gelombang dibawah 500nm, dan

lapisan selanjutnya berfungsi untuk menyaring cahaya yang memiliki

panjang gelombang diatas 550nm. Sehingga akan didapat cahaya yang

memiliki panjang gelombang antara 500nm – 550nm yang mampu

menembus dinding filter. Kebanyakan filter ini dirancang dengan

jangkauan panjang gelombang yang kecil.

• Dichroic filter

Menggunakan lapisan organic atau lapisan kimia untuk menyaring cahaya

dengan panjang gelombang tertentu. Biasanya filter ini terbuat dari Kristal

yang menunjukan dua atau lebih warna berbeda ketika dilihat dari berbagi

sudut. Perbedaan warna ini menunjukan penyaringan cahaya. Dimana

cahaya dengan panjang gelombang tertentu akan membias dengan sudut

tertentu. Sehingga akan ada cahaya dengan panjang gelombang tertentu

yang mampu menembus filter ini.

Sensor yang Lebih Peka daripada Sensor Cahaya

Sensor ini dapat menangkap cahaya yang secepat kilat yang berada

disekitarnya. Dengan susunan sel sensor cahaya yang peka ini, dapat

menghasilkan gambar yang lebih jelas hampir menyerupai mata hewan yang

sangat tajam.

Sensor Ultrasonik

Cara kerja berdasarkan prinsip pantulan gelombang suara, dimana sensor

ini menghasilkan gelombang suara yang kemudian menangkapnya kembali

dengan perbedaan waktu sebagai dasar penginderaannya. Perbedaan waktu antara

gelombang suara dipancarkan dengan ditangkapnya kembali gelombang suara

tersebut adalah berbanding lurus dengan jarak atau tinggi objek yang

memantulkannya. Jenis objek yang dapat diindera diantaranya adalah: objek

padat, cair, butiran maupun tekstil.

Radar

Radar bekerja berdasarkan prinsip sensor ultrasonic, tetapi memerlukan

frekuensi suara tinggi menggunakan sinyal radio frekuensi tinggi. Pada umumnya

digunakan pada sistem penerbangan pesawat, tetapi pada aplikasi sederhana

digunakan sebagai system keamanan, pintu otomatis, memback-up tanda bahaya

dan masih banyak yang lainnya, seperti alat pengukur kecepatan yang dipakai

polisi.

Radar jarang dipakai dalam system robotika karena harganya lebih mahal

dari sensor ultra sonic. Keuntungan penggunaan ini adalah tidak terpengaruh oleh

angin, suhu dan jarak.

PIR ( Passive Infrared)

PIR sering dan paling banyak digunakan sebagai sistem keamanan dan

lampu penerangan luar otomatis. Panas ini diambil dari penyinaran inframerah

dari bentuk cahaya yang melebihi keterbatasan manusia. Sistem PIR hanya

mendeteksi perubahan panas yang mencapai sensor, seperti perubahan

pergerakan.