PERANCANGAN SISTEM GERAK MOTOR PADA ROBOT BERODA

BERBASIS ARDUINO ATMEGA 128

Naskah Publikasi

diajukan oleh

Muhammad Furqan Ramadhan

09.11.2976

kepada

SEKOLAH TINGGI MANAJEMEN INFORMATIKA DAN KOMPUTER

AMIKOM

YOGYAKARTA

2012

Designing of Motion System Wheeled Robot Based on Arduino

Atmega 128

Perancangan Sistem Gerak Motor pada Robot Beroda Berbasis

Arduino ATmega 128

Muhammad Furqan Ramadhan

Jurusan Teknik Informatika

STMIK AMIKOM YOGYAKARTA

ABSTRACT

The development of technology is the reason a lot of popping one of a variety of

innovations including the Robotics Technology. The development of robotics in the

beginning instead of the discipline of electronics but from biologist and author of the novel

any drama in the eighteenth century. In 1920 the robot began to develop from the

disciplines of electronics, more specifically the branch of study disciplines, namely

electronic automatic control engineering, but in those days it was the computer that is the

main component of a robot that is used to refineries input data from sensors and control

actuators yet has fast computing capabilities than physical size computer at that time was

still quite large.

The robot revolution is the result of technological developments and have been

proven in the field of military, defense and security, production, and even in the field of

rescue or salvation. Robots that we know have expertise in defusing bombs, fire fighting,

and rescue victims of the earthquake. The ability of robots can not be separated from the

motor on the robot motion concepts and algorithms that have been planted therein.

Made robots have a variety of shapes one of which is a wheeled robot, the robot

wheels generally use the motor as a driving force and ultrasonic sensors as tools to

navigate and thus require a system board and logic algorithm to synchronize the

movement of the motor in order to create a robot that has the intelligence to run duties.

The use of technologies such as Arduino Board is very helpful especially for system

synchronization and integarasi board so the motion and navigation system can be

embedded in a single system. And in the end, the benefits of hardware and logic

embedded in the robot as one that can not be separated in the design of the motor

motion system on the robot's wheels.

Keywords : Motor, Robot, Technology

1. Latar Belakang Masalah

Perkembangan teknologi saat ini berkembang dengan pesat, hingga setiap

lapisan masyarakat memerlukannya. Perkembangan komunikasi, komputerisasi,

otomatisasi, dan robotika merupakan tuntutan teknologi modern yang sedang

berkembang saat ini dan perlu digali. Dengan semakin majunya ilmu pengetahuan

dan teknologi, masyarakat luas dapat menikmati kemudahan dalam mengerjakan

pekerjaannya dan terasa lebih menguntungkan dalam segi kenyamanan bekerja

dan finansial secara khususnya. Sebagai mahasiswa, sudah selayaknya berupaya

melakukan riset, penemuan dan pengembangan yang lebih lanjut, sehingga dapat

diperoleh pengalaman serta pengetahuan baru, yang akan menghasilkan praktisi

handal maupun ahli. Sehingga dapat menerapkan teknologi lebih tepat guna dan

efektif.

Dengan adanya persaingan teknologi dan ilmu pengetahuan yang ketat,

berbagai praktisi dan peneliti mengembangkan dan memanfaatkan alat kerja bantu

berupa robot. Secara umum robot merupakan perpaduan antara kinerja mekanis,

elektronis, dan pemrograman yang sesuai dengan kebutuhan. Robot yang kita

kenal memiliki keahlian dalam menjinakkan bom, pemadam api kebakaran, dan

penyelamat korban bencana gempa. Kemampuan dari robot-robot tersebut tidak

terlepas dari sebuah konsep gerak motor pada robot dan algoritma yang telah

ditanam didalamnya. Diantara robot-robot yang ada, terdapat jenis robot tak

berjalan dan robot berjalan atau disebut mobile robot. Keterbatasan bentuk

mekanis robot juga mempengaruhi kemampuan bagaimana robot dapat berjalan

dan area bagaimana robot tersebut bekerja.

2. Landasan Teori

2.1 Bagian Hardware

Hardware merupakan perangkat fisik dari sebuah sistem sehingga dapat

dilihat kasat mata dan dapat bekerja sebagaimana mestinya secara fisik. Hardware

dalam sebuah robot masih dikelompokan menjadi dua bagian yaitu :

1. Bagian Mekanis

2. Bagian Elektronis

2.1.1 Bagian Mekanis

Bagian Mekanis merupakan bagian – bagian robot yang bergerak secara

langsung, untuk melakukan gerakan – gerakan itu diperlukan yang sesuai dan

tepat dalam penggunaannya.

2.1.1.1 Motor DC

Motor DC digunakan dalam rangka yang memerlukan kepresisian yang

tinggi untuk pengaturan kecepatan, pada torsi yang konstan. Semua motor DC

beroperasi atas dasar arus yang melewati konduktor yang berbeda dalam magnet1.

2.1.2 Bagian Elektronis

Bagian elektronis tersebut terdiri dari komponen – komponen elektronika

yang terangkai sedemikian rupa sehingga bisa mendukung kinerja robot2. Bagian

elektronis pada robot ini terdiri dari empat bagian penting, yaitu :

1 Purwo,Setyo Aji,Perancangan Dan Sistem Pergerakan Robot Berkaki AV-COM Berbasis

Arduino Mega 128,hal 10 2011

2 Wasito.2006.Vademekum Elektronika Edisi Kedua.Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.

1. Mikrokontroler

2. Line Detector

3. Sensor Ultrasonik

4. Regulator tegangan

2.1.2.1 Mikrokontroler

Mikrokontroler merupakan system computer yang seluruh atau sebagian

besar elemennya dikemas dalam satu chip IC dan modul-modul lain sehingga

dapat memproses masukan dan output3.

2.1.2.1.1 Arduino MEGA128

Arduino MEGA128 merupakan salah satu jenis mikrokontroler single-

board yang bersifat open-source, diturunkan dari Wiring platform, dirancang

untuk memudahkan penggunaan elektronik dalam berbagai bidang. Hardware

memiliki prosesor Atmel AVR dan software memiliki bahasa pemrograman

sendiri.

2.1.2.1.2 ATMEGA128

AT MEGA128 merupakan salah satu mikrokontroller yang memiliki

PORT yang lebih banyak dari pada seri ATMEL versi sebelumya, (seperti AT

MEGA16, AT MEGA32, AT MEGA 8535). Sehingga dalam penanganan kontrol

3 Budiarto,Widodo.2004.Interfacing Komputer dan Mikrokontroler.Jakarta.Penerbit Elex Media

Komputindo.Hal 28.

yang memerlukan I/O yang banyak, membuat komponen menjadi lebih hemat

baik dari segi sisi biaya dan desain hardware yang dibutuhkan4.

Gambar 2.5: Board Arduino MEGA1285

2.2 Bagian Perangkat Lunak

Secara umum, semua komponen mikrokontroler dijalankan oleh program

yang dimasukkan ke dalam mikrokontroler. Program yang dijalankan oleh

mikrokontroler tersusun dari bahasa pemrograman tingkat rendah (low level

language) atau disebut juga bahasa mesin.

2.2.1 Software Arduino IDE

Arduino IDE adalah lingkungan pengembangan Arduino yang berisi teks

editor untuk menuliskan kode, pesan area, teks console, toolbar dengan tombol

fungsi umum, dan serangkaian menu.

4 Iswanto.2008.Desain dan Implementasi Desain Embeded Mikrokontroler ATMega8835 dengan

Bahasa Basic.Penerbit Gava Media.Yogyakarta.Hal 51.

5 Anonim, 2011. Arduino Mega (http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega, diakses 22

Maret 2012)

2.2.2 PID Control

Proportional Integral Differential Control atau disebut PID Control adalah

salah satu algoritma yang menjadi pendukung dalam perancangan robot agar

memiliki karakteristik dan kecerdasan. PID Control ini akan memberikan logika -

logika yang nantinya menjadi sebuah batasan - batasan bagi robot dalam bertindak

dalam mendukung tujuannnya. Sehingga perancangan robot yang dilengkapi oleh

PID control dapat memberikan kemudahan dalam membuat sebuah robot yang

memiliki kemampuan cerdas dalam menjalankan tugasnya. Sebuah kontroler PID

menghitung sebuah "kesalahan" nilai sebagai perbedaan antara variabel proses

diukur dan setpoint yang diinginkan. Controller mencoba untuk meminimalkan

kesalahan dengan menyesuaikan input proses kontrol6.

Gambar 2.21 : Diagram dari PID kontroler7

6 katsuhiko Ogata. 1997.Modern Control Engineering,hal 55-56.

7 Pitowarno,Endra.2007.Robotika desain,kontrol, dan kecerdasan buatan.Penerbit

Andi.Yogyakarta.Hal 43-45.

3.1 Perancangan Sistem

Sistem Robot Beroda 4T-Vi Wheel dirancang mengacu pada robot

bergerak otomatis. Sistem yang dirancang terlihat pada gambar 3.1

Gambar 3.1: Rancangan Sistem Robot Beroda 4T-Vi Wheel

Sensor digunakan untuk mengamati lingkungan luar berupa halangan yang

berupa dinding. Keluaran masing-masing sensor berbentuk tegangan analog

selanjutnya dikoversi oleh komparator kedalam bentuk sinyal digital. Sinyal

digital diteruskan dan diolah mikrokontroler ATMEGA128 pada board Arduino

MEGA128 berdasarkan basis pengetahuan yang ditanamkan di mikrokontroler

sehingga menghasilkan perintah aksi yang harus dilakukan oleh Robot Beroda 4T-

Vi Wheel.

Mikrokontroler Komparator Gerak

Sensor Lingkungan

Luar

3.2 Perancangan Elektronis

Skema rangkaian Robot Beroda 4T-Vi Wheel menggunakan 3 buah board

yaitu board utama Arduino ATMEGA128, konverter pin untuk mempermudah

pemasangan komponen sensor, servo, motor, dan board regulator tegangan.

3.2.1 Board Utama

Board utama pada Robot Beroda 4T-Vi Wheel adalah Arduino MEGA128

dengan IC AVR ATMEGA128 didalamnya.

Gambar 3.2: Arduino Shield

3.2.2 Prinsip Kerja

Gerakan Robot Beroda 4T-Vi Wheel digerakkan oleh motor DC, dimana

kombinasi motor DC dengan konsep 4WD untuk pergerakan robot yang lebih maksimal.

3.3 Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak ini dibuat dengan bahasa pemrograman C pada Arduino

IDE untuk membuat program pada mikrokontroller Arduino MEGA128 dan

Visual Basic untuk melakukan setting pengendalian motor sehingga diperoleh

pergerakan yang baik pada system gerak motor yang diinginkan. Perancangan

perangkat lunak terdiri dua bagian yaitu perangkat lunak di sisi hardware dan

software yaitu:

3.3.1 Flowchart Program Mikrokontroller

Diagram alir pada Robot Beroda 4T-Vi Wheel dibuat untuk mengetahui

proses kerja robot ketika berjalan, Sistem pengendalian robot dan menanggapi

lingkungan.

4. Pembahasan

4.1 Bagian Mekanis

Konstruksi mekanis Robot Beroda 4T-Vi Wheel dibuat layaknya robot

beroda empat atau wheeled robot. Bahan yang digunakan menggunakan bahan

yang ringan tetapi kuat, sehingga mampu menopang berat robot ketika berjalan.

Desain body dibuat menggunakan bahan akrilik dengan ketebalan 3 mm, 2

lapis. Bagian atas dan bawah untuk mengunci board utama Arduino , menata

baterai, sensor-sensor, regulator tegangan robot bagian atas.

Gambar 4.1: Bentuk bodi

Desain roda dibuat menggunakan bahan plastik karbon dengan ketebalan 7

mm, yaitu untuk menopang 4 buah motor DC menghadap ke atas (body). Serta

untuk menggerakkan roda ke depan dan ke belakang. Untuk menjaga kestabilan

robot ketika berjalan.

4.2 Bagian Elektronis

Bagian elektronis disini digunakan untuk menjembatani antara program

dan mekanis. Bagian ini terbagi menjadi 3 yaitu bagian regulator tegangan,

mikrokontroler dan sensor.

4.2.1 Regulator Tegangan

Regulator tegangan digunakan untuk menurunkan dan menstabilkan antara

tegangan baterai dan tegangan yang dibutuhkan oleh Arduino dan motor DC yaitu

sebesar 5volt.

4.2.2 Board Mikrokontroler

Bagian mikrokontroler yaitu Arduino ATMEGA128. Dimana bagian ini

menyimpan kode pemrograman dan tempat program dijalankan.

Gambar 4.10: Bagian mikrokontroler

4.2.3 Sensor Ultrasonik

Sensor ultrasonik digunakan untuk mengukur jarak robot terhadap dinding.

Mengubah data analog menjadi digital.

4.2.4 Sensor Line Detektor

Sensor line detektor digunakan untuk menbedakan gerak robot di area

hitam atau putih.

4.3 Pemrograman

4.3.1 Pemrograman Pengendali Motor

Mengarahkan pin kontrol pada setiap motor dc, ke masing-masing port.

Menentukan pengendalian line follower yaitu linekanan,dan linekiri.

4.3.2 Pemrograman Robot

Hasil dari perpaduan antara pergerakan dengan memadukan sensor-sensor

yang ada, sehingga diperoleh kombinasi perpaduan sudut, yang menyebabkan

robot bisa bergerak maju, belok kanan, belok kiri,berhenti dan mundur.

4.4 Pengujian

4.4.1. Pengujian Mikrokontroler

Adapun pengujian mikrokontroler bertujuan untuk mengetahui sejauh mana

perancangan sistem yang dilakukan dapat berjalan dengan baik. Pengujian

mikrokontroler akan dilakukan dengan melakukan komparasi yaitu antara sistem

robot yang menggunakan 1 buah mikrokontroler.

void setup(){

//setup line follower;

pinMode(lineKanan,INPUT);

pinMode(lineKiri,INPUT);

myservo.attach(37);

Serial.begin(9600);

}

#include <Servo.h>

Gambar 4.13: Diagram Blok Robot Menggunakan Satu Mikrokontroler

Dari Gambar 4.13 Menggambarkan sistem dari robot yang menggunakan 1 buah

mikrokontroler dimana proses input dari sensor dan output ke aktuator dilakukan

oleh satu mikrokontroler. Perancangan sistem pada robot 4T-Vi Wheel yang

dirancang oleh penulis menggunakan satu buah mikrokontroler.

Permasalahan terletakan ketika sensor ultrasonik dan aktuator bekerja

dalam waktu yang bersamaan dan diproses dalam satu mikrokontroler. Hal ini

dapat menyebabkan terjadi tabrakan pada timer yang ada di arduino karena untuk

mengontrol servo dibutuhkan servo library.

Percobaan Pengecekan Jarak Tempuh Sensor Ultrasonik :

Gambar 4.14: Pengecekan Jarak Tempuh Sensor Ultrasonik

Hal ini disebabkan oleh kebutuhan timer pada mikrokontroler yang tidak

dapat mengerjakan inputan dari sensor dan memperoses gerakan untuk aktuator

pada waktu yang bersamaan. Sehingga proses gerakan robot akan menjadi lambat,

dan cenderung tidak real time dalam menjalankan algoritma yang tertanam

didalam mikrokontroler.

4.4.2. Pengujian Robot Pada Lapangan KRCI

Robot akan ditempatkan didalam lapangan standar dari Kontes Robot

Cerdas Indonesia seperti pada Gambar 4.14. Ukuran lapangan menjadi parameter

dalam perancangan sistem navigasi pada robot hexapod ini. Adapun pengujian

dilakukan pada beberapa kondisi untuk memastikan navigasi robot sudah dapat

berjalan dengan baik.

5. Penutup

5.1 Kesimpulan

Dari beberapa tahap perancangan, pembuatan dan pengujian yang telah

dilakukan dapat diambil kesimpulan antara lain :

Dengan cara pemilihan motor DC yang mempunyai torsi memadai,

peletakan motor yang tepat serta memperhitungkan dimensi robot dari Robot

Beroda 4T-Vi Wheel akan menunjang kerja maksimal.

5.2 Saran

Dalam Perancangan dan Pembuatan Robot Beroda 4T-Vi Wheel penulis

memberi saran-saran pengembangan lebih lanjut untuk mencapai sistem

pengendalian robot dan komuniasi yang lebih sempurna:

1. Penggunaan komunikasi via wireless menggunakan Arduino WiFi

Shield, dan penambahan camera berbasis Internet Protokol menjadikan

robot lebih dinamis dan dapat dikendalikan tidak secara otomasi saja

tetapi juga dikendalikan manual secara jarak jauh.

2. Merapikan komponen elektronis dan mekanis sehingga robot tampak

lebih rapi. Serta pemasangan casing sehingga komponen elektronika

lebih terlindungi dari lingkungan luar.

3. Penggunaan elektronis yang lebih sederhana dan kecil tapi maksimal,

pemilihan baterai yang berukuran kecil, ringan dan memiliki arus

besar.

4. Pembuatan database didalam aplikasi Visual Basic, ditujukan agar

kombinasi gerakan motor pada roda dapat terekam, sehingga tidak

hanya dapat terlihat langsung posisi realtime saja, tetapi rekaman

posisi juga dapat disimpan. Ditujukan agar pergerakan robot dapat

dijalankan dan dilihat secara realtime.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim, 2011. Arduino Mega

(http://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega, diakses 22 Maret 2012)

Anonim, 2011. Ping Ultrasonic Range Finder

Tutorial(http://www.arduino.cc/en/Tutorial/Ping, diakses 22 Maret 2012)

Anonim, 2011. Servo Library and Tutorial

(http://www.arduino.cc/playground/ComponentLib/Servo, diakses 5 April 2011)

Budiarto,Widodo.2004.Interfacing Komputer dan Mikrokontroler.Jakarta: Elex

Media Komputindo.

Iswanto.2008.Desain dan Implementasi Desain Embeded Mikrokontroler

ATMega8835 dengan Bahasa Basic. Yogyakarta: Gava Media.

Katsuhiko,Ogata.1997.Modern Control Enginneering.Upper Saddle River, NJ,

USA: Prentice Hall.

Pitowarno,Endra.2007.Robotika desain, kontrol, dan kecerdasan

buatan.Yogyakarta: Andi.

Suyadi,Taufiq Dwi Septian.2008.Build Your Own Line Follower

Robot.Yogyakarta: Andi.

Wasito.2006.Vademekum Elektronika Edisi Kedua.Jakarta: PT Gramedia Pustaka

Utama.