ROBOT PEMADAM API

PERANCANGAN ROBOT PEMADAM API MENGGUNAKAN KONTROL PID

1.1 Latar Belakang

Perkembangan teknologi saat ini begitu pesat, demikian pula dengan perkembangan teknologi elektronika. Robotika merupakan bukti peradaban manusia yang semakin maju dari waktu ke waktu. Wujud robot bukan hanya sebuah bentuk yang menyerupai manusia atau binatang tertentu, melainkan bergerak menyerupai bentuk yang ditirunya.

Kemampuan robot dalam menyelesaikan misinya sangat diperhitungkan, untuk  itu  diperlukan  sistem  navigasi  yang  handal sehingga  dapat  menunjang kinerja optimum robot. Pengontrolan robot tidak lepas dari suatu sistem kendali yang dapat mengolah sinyal yang diterima agar menjadi suatu perintah yang dapat menggerakan robot dan melakukan tugas sesuai dengan yang diinginkan.

Sistem kontrol dibutuhkan untuk memperbaiki tanggapan sistem dinamik agar didapat sinyal keluaran seperti yang diinginkan. Sistem kontrol yang baik mempunyai tanggapan yang baik terhadap sinyal masukan yang beragam. Dalam perancangan sistem kontrol ini diperlukan gambaran tanggapan sistem dengan sinyal  masukan dan aksi pengontrolan yang  meliputi :  (1) Tanggapan sistem terhadap masukan, (2) Kestabilan sistem yang dirancang, (3) Tanggapan sistem terhadap berbagai jenis aksi pengontrolan.

Robot diciptakan untuk memudahkan manusia dalam menyelesaikan masalah, contohnya dalam memadamkan api atau kebakaran. Resiko yang ditanggung oleh tim pemadam kebakaran sangat tinggi, untuk itulah diciptakanlah robot pemadam api untuk membantu manusia dalam pekerjaan ini.

Berdasarkan  permasalahan  tersebut,  pada  penelitian  ini  akan dikembangkan “Perancangan Robot Pemadam Api Menggunakan Kontrol PID” untuk menghasilkan navigasi yang efisien dalam mencapai target titik api yang akan dipadamkan.

2.1 Tinjauan Pustaka

1.       Pada hasil penelitiannya [1], robot bergerak maju dan mampu menghindari tabrakan dengan benda yang terdapat di depannya. Robot mampu mengitari ruangan dengan mengikuti dinding yang terdapat disebelah kirinya, tetapi robot bergerak secara zig-zag sehingga perpindahannya lambat. Robot belum mampu memadamkan lilin yang berhasil dideteksinya dengan baik karena masih terdapat kekurangan dari sisi perangkat keras dan perangkat lunak.

2.       Pada  hasil  penelitian  [2],  kondisi  area  yang  akan  digunakan  sudah ditentukan terlebih dahulu, hal ini disebabkan robot hanya dilengkapi satu buah sensor ultrasonik dan 2 buah LDR dengan kemampuan yang sangat terbatas. Secara teori, sensor ultrasonik menghasilkan pancaran dengan sudut lebih besar dari 30 °. Tetapi pada kenyataanya, ketika sudut yang dibentuk sensor dengan dinding memiliki deviasi lebih dari 15° (diukur dari sudut 90°), sensor  ultrasonik  sudah  tidak  dapat  mendeteksi  pantulan  dari  dinding tersebut.

Pengujian dilakukan di dalam ruangan dengan pencahayaan yang mendekati homogen,  hal  ini  dilakukan  karena  pengujian  di  luar  ruangan dengan sumber cahaya yang banyak akan menyebabkan proses pendeteksian dan pengukuran kekuatan cahaya menjadi tidak efektif karena mekanisme pencarian titik api hanya bergantung pada kedua LDR, mekanisme pengujian dengan cara mengamati data pada PWM pada layar PC kemudian mengubah- ubah posisi lilin secara acak sebanyak 8 buah kondisi yang mungkin akan muncul ketika robot dijalankan.

Pengujian dilakukan secara empiris dengan memberikan perlakuan dan penempatan posisi lilin yang berbeda sampai didapatkan hasil selisih yang mewakili tiap  – tiap  rentang data.  Berdasarkan hasil pengujian, aturan – aturan yang telah dibuat sudah menghasilkan kinerja robot yang memuaskan,

akan tetapi kinerja robot  juga sangat  tergantung pada kondisi lingkungan dimana robot di jalankan, kondisi ruangan dengan pecahayaan yang kuat dan heterogen  akan  sangat  mengganggu  kinerja  robot  dalam  pergerakannya menuju titik api. LDR yang dirangkai dengan konfigurasi pembagi tegangan menghasilkan keluaran tegangan yang tidak linier untuk setiap kenaikan intensitas cahaya yang mengenai permukaan LDR.

3.       Pada hasil penelitian  [3], telah berhasil menyelesaikan studi kasus search- and-safe pada lingkungan yang tertutup dan terbatas. Penerapan adopsi algoritma searching tree dengan metode heuristic dan pruning diharapkan dapat digunakan pada kehidupan yang sebenarnya. Akan tetapi, masih banyak hal yang harus dilakukan sebelum hal tersebut dapat direalisasikan.

Penelitian  ini  masih  memiliki  beberapa  keterbatasan  yang  diharapkan dapat diselesaikan pada tahap pengembangan yang selanjutnya. Selain masalah keterbatasan perangkat keras, serta ukuran dan kondisi lingkungan yang digunakan,  metode  algoritma  searching  tree  dengan  heuristic  dan  pruning masih menggunakan asumsi bahwa kemungkinan konfigurasi lingkungan diketahui sebelumnya. Pada kenyataannya, dalam kehidupan yang sebenarnya kemungkinan  konfigurasi  lingkungan  bersifat  tidak  terbatas  dan  beragam. Selain   itu,   pada   penelitian   ini  konfigurasi  lingkungan  yang  digunakan berbentuk lorong-lorong atau model labirin dengan dinding sebagai rintangannya. Hal ini dimaksudkan untuk memudahkan masalah persepsi robot otonom untuk  mendapatkan informasi yang akan diperlukan selama proses pembangunan peta internal. Dalam kehidupan sehari-hari kenyataannya masih banyak terdapat rintangan lain yang dapat menghalangi pergerakan robot otonom.

3.1.  Metode Penelitian

3.1.1. Waktu dan Tempat

Penelitian ini dilaksanakan di lingkungan Gedung Laboratorium Teknik Elektro  Fakultas  Teknik  Universitas  Bengkulu.  Waktu  pelaksanaan penelitian dimulai pada bulan Desember 2013.

3.1.2. Metode Pembuatan

Pembuatan robot pemadam api dilakukan dengan cara membuat rangkaian penghubung antara modul dan komponen dengan mikrokontroler dan sistem pengendaliannya menggunakan pemrograman bascom AVR. Sensor yang digunakan adalah flame detector yang dapat memberikan input ke mikrokontroler berupa sinyal yang sudah dikonversikan ke bentuk data. Untuk proses pembuatan dilakukan dengan cara mengeset satu persatu semua tata letak komponen.

3.1.3. Analisis Kinerja Robot Pemadam Api

Analisa kinerja dari robot pemadam api yang dirancang ini akan dilakukan setelah diperoleh hasil pengujian. Analisa yang dilakukan meliputi analisa kecepatan robot dalam mencapai sumber api, serta analisa performa dari sistem pergerakan robot tersebut.

3.1.4. Alat dan Bahan Penelitian

Alat dan bahan yang digunakan dalam perancangan robot pemadam api ini adalah sebagai berikut :

1.  Sistem minimum ATMega16

2.  Sensor Flame Detector

3.  Motor gear box (motor DC)

4.  Baterai

5.  Kabel dan konektor rangkaian.

6.  Achrylic

7.  Downloader

8.  Sensor ultrasonic Hc-SRO 04

3.1.5. Peralatan Pengujian

Dalam melakukan pengujian ini, digunakan peralatan-peralatan yang tersedia di Laboratorium Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Bengkulu. Peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut :

1.  Multimeter Analog dan Digital

2.  Alat ukur jarak

3.  Stopwacth

4.  Power supply

3.1.6.  Tahapan Penelitian

Penelitian dimulai dengan tahapan merancang prototype robot pemadam api yang meliputi perancangan bentuk kerangka, penempatan motor dc, penempatan baterai, penempatan sensor dan penempatan perangkat elektronik. Mengkonfigurasikan    sensor,  mikrokontroler,  dan  motor.  Membuat  software untuk pengontrolan robot, respon sensor dan pergerakan putaran motor, serta penentuan arah gerak robot terhadap sumber api.

Melakukan analisa dan pembahasan yang akan disesuaikan dengan hasil pengujian yang diperoleh. Hasil akhir dari penelitian ini adalah perancangan robot pemadam api dengan kendali otomatis yang dapat mendeteksi dan memadamkan sumber api.

3.2. Rancangan Sistem

3.2.1. Rancangan Bentuk Fisik Robot

Robot dirancang dengan menggunakan achrylic yang memiliki dimensi yang tidak terlalu besar dan ringan. Tujuan menggunakan achrylic ini karena bahan ini memiliki struktur yang ringan dan kuat. Komponen mekanik, elektronik dan power ditempatkan pada rangka dengan penempatan yang sesuai. Dudukan menggunakan sasis RJC 4 x 4 dengan ukuran panjang 22.5 cm dan lebar 13.5 cm dan rangka bagian atas dirancang menggunakan achrylic.

Susunan dari perancangan robot pemadam api yang akan dibuat dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Robot Pemadam Api

Secara keseluruhan, robot pemadam api ini terbagi dalam beberapa blok bagian, yaitu:

Gambar 3.2 Diagram Robot Pemadam Api

3.2.2.  Rancangan Mekanik Robot

Hal mendasar  yang perlu diperhatikan dalam desain mekanik robot adalah perhitungan kebutuhan torsi untuk menggerakkan sendi atau roda. Motor sebagai penggerak  utama  (prime-mover)  yang  paling  sering  dipakai,  umumnya  akan bekerja optimal (torsi dan kecepatan putar paling ideal) pada putaran yang relatif

tinggi dalam hal ini tidak sesuai bila porosnya dihubungkan langsung ke sendi gerak atau roda, sebab kebanyakan gerakan yang diperlukan pada sisi anggota badan robot adalah relatif pelan namun bertenaga.

Salah satu metode yang paling umum adalah menggunakan sistem gear dimana robot digerakkan menggunakan motor gearbox atau disebut motor dc. Membuat  dan  menggunakan dudukan  tempat  meletakkan  perangkat  hardware berupa mikrokontroler yang ditempatkan di atas dudukan yang terbuat dari bahan achrylic.

Penempatan motor, roda dan peralatan elektronik, serta sensor diatur sedemikian rupa hingga untuk menunjang kinerja dari robot pemadam api yang akan dibuat.

3.2.3   Rancangan Elektronik Robot

Dalam pengontrolan robot digunakan rancangan elektronik yang menggunakan mikrokontroler sebagai otak. Flame detector yang digunakan sebagai sensor pendeteksi api. Flame detector dihubungkan dengan perangkat mikrokontroler sebagai input. Sensor ultrasonik digunakan sebagai sensor pendeteksi  jarak  yang  dihubungkan dengan  perangkat  mikrokontroler  sebagai input. Sebagai output, mikrokontroler akan memberi perintah kepada motor gearbox atau motor dc untuk berputar mendekati sumber api dan memadamkan sumber api .

3.2.3.1 Rancangan Sistem Minimum ATMega16

Pada sistem minimum kita dapat melihat fungsi dari port-port yang ada pada mikrokontroler. Untuk mengontrol sistem keseluruhan digunakan mikrokontroler ATMega16 yang diprogram untuk memproses kerja dari robot pendeteksi sumber api.

ATMega16   memiliki   pin   ADC   sehingga   tidak   memerlukan   ADC

eksternal. Terlihat pada Gambar 3.3 Sistem Minimum Atmega16.

Gambar 3.3 Sistem Minimum Atmega16

3.2.3.2 Rangkaian Driver Motor

Pada penelitian kali ini digunakan driver mosfet yang berhubungan dengan kaki mikrokontroler yaitu keempat port pada mikro yaitu kaki PD3-PD6. Fungsi dari hubungan antara mikrokontroler dan driver adalah mikrokontroler memberi pulsa PWM kepada driver yang kemudian akan mengatur kecepatan motor dc. Digunakan  driver  motor  karena  arus  yang  keluar  dari  mikrokontroler  tidak mampu memenuhi kebutuhan kebutuhan dari motor dc. Untuk gambar rangkaian dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Rangkaian Driver Motor

3.2.3.3 Rangkaian LCD

Rangkaian lcd berfungsi untuk menampilkan data pada mikrokontroler, lcd yang digunakan adalah lcd 16 x 2. Untuk gambar skematik lcd dapat dilihat pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Skematik LCD

3.2.4   Rancangan Perangkat Lunak

Perancangan   perangkat   lunak   merupakan   hal   yang   penting,   untuk mengatur segala aktivitas robot pendeteksi sumber api yang dikendalikan oleh mikrokontroler yang telah diprogram sesuai dengan kinerjanya. Dalam penelitian ini digunakan pemrograman Bascom AVR sebagai bahasa program yang digunakan.

3.2.5   Baterai

Untuk menyeimbangkan penggunaan motor, sensor dan berat keseluruhan robot, digunakan jenis baterai Lipo yang memiliki bobot ringan dengan tegangan

11,1 V dan arus sebesar 2200mAh. Digunakan sebagai suplai untuk sensor, motor dan mikrokontroler. 

Untuk mensuplai tegangan mikrokontroler, sensor, dan motor  digunakan regulator pembagi tegangan sesuai dengan input  yang  dibutuhkan. r

Tegangan input dari baterai adalah 11,1 volt, maka dengan menggunakan rangkaian   regulator   seperti   pada   Gambar   3.7.   IC   7805   sesuai   dengan spesifikasinya dapat menurunkan tegangan menjadi 5 volt yang digunakan untuk suplai ke rangkaian pengontrol, rangkaian sensor dan rangkaian penggerak.

3.2.6   Motor DC

Motor dc adalah motor yang digunakan sebagai penggerak robot dalam bernavigasi dan berpindah tempat. Motor yang digunakan sebagai penggerak roda adalah   motor   dc,   motor   dc   memiliki   kecepatan   yang   baik   dan   mudah dikendalikan. Spesifikasi Motor dc sendiri adalah :

Vsuplai : 12 vdc

Arus : 3 A

Speed : 400 rpm Torsi : 6.5 Kg.cm Ratio gear : 1: 21

Dimensi body : panjang 6 cm x diameter 2 cm Dimensi shaft : panjang 1 cm x diameter 0, 1 cm Berat : 0, 2 Kg

Pada robot pemadam api menggunakan dua motor dc sebagai pengerak untuk  roda,  yaitu  satu  motor  dc  penggerak  roda  kanan  dan  satu  motor  dc penggerak roda kiri. Untuk membalikan arah putaran motor dc yaitu dengan cara membalikan sumber tegangan yang masuk ke motor dc untuk membalikan secara otomatis yang dikendalikan oleh mikrokontroler maka diperlukan driver sebagai pembalik putaran motor dc.

3.2.7   Sensor Flame Detector

Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumnya flame detector merupakan sebuah sistem sensor cerdas yang mampu mendeteksi posisi nyala api dengan ketelitian tinggi (hingga  nyala api sekecil cahaya  lilin)  menggunakan gabungan sensor mata api. Sistem ini terdiri dari sebuah sensor photodioda yang didesain untuk mendeteksi mata api dan sebuah modul berbasis mikrokontroler yang digunakan untuk mengatur kerja flame detector, mengambil sampling data sensor, dan mengatur antarmuka dengan sistem lain.

Rangkaian flame detector yang akan dibuat terlihat pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 Rangkaian flame detector

3.2.8   Kipas

Untuk proses memadamkan api digunakan motor dc 5 volt sebagai kipas. Ukuran propeler yang digunakan dengan diameter 10 cm dan lebar 1 cm

3.2.9   Sensor Ultrasonic Hc-SRO 04

Sebagai sensor pendeteksi jarak digunakan sensor ultrasonic Hc-SRO 04. Sensor jarak ini sendiri digunakan untuk mengetahui jarak depan, samping kanan dan samping kiri robot, apakah ada halangan atau tidak. 

3.3  Flowchart

Dalam pembuatan program, terlebih dahulu dibuat alur kerja robot sehingga lebih tertata dalam membuat program dan memahami program tersebut. Untuk lebih jelas dapat dilihat flowchart kerja robot pada Gambar 3.12.

SOURCE : 

http://repository.unib.ac.id/9190/2/I,II,III,II-14-ant-FT.pdf

 .