PERANCANGAN ALGORITMA DAN SISTEM GERAKAN PADA ROBOSOCCER R2C R9 (ROBOTIS GP)
oleh Kurnia Sanjaya NIM: 612011052
Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
Agustus 2015
INTISARI
Robot GP yang baru dibeli perlu di konstruksi ulang untuk memenuhi spesifikasi ukuran robot pada KRSBI 2015 sehingga motion-motion awal yang dimiliki oleh robot sama sekali tidak dapat digunakan dan motion-motion yang dimiliki robot harus dibuat ulang. Oleh karena itu, tugas akhir ini dirancang untuk membuat sistem kontrol dan algoritma gerakan pada robot GP. Algoritma gerakan yang ditanamkan pada robot merupakan algoritma cut motion dimana robot dapat menghentikan gerakan dan langsung menyambung gerakan lain tanpa menyamakan kaki. Untuk dapat melakukan cut motion, motion berulang (maju, mundur, geser, putar, dan geser putar) dipisah menjadi 4 bagian motion yaitu angkat kaki kanan, angkat kaki kiri, tapak kaki kanan dan tapak kaki kiri dan diberikan penanda yang membedakan saat robot menapakkan kaki kanan atau kaki kiri. Dengan cara ini, robot dapat mengetahui sedang melangkah kaki kanan atau kiri dan jika robot diberi perintah gerakan motion berulang lainnya, robot dapat langsung mengetahui harus mulai dari kaki kanan atau kaki kiri. Untuk menjaga keseimbangan robot dalam melakukan motion-motion tersebut, robot dibantu oleh sensor gyroscope. Robot sekarang memiliki kecepatan pada motion maju 10,59 cm/detik, mundur 10,51 cm/detik, geser kanan 3,6 cm/detik, geser kiri 3,5 cm/detik, putar kanan 22,67 °/detik, dan putar kiri 26,06 °/detik. Robot dapat melakukan cut motion dengan keberhasilan 100% dan peralihan motion berulang dengan keberhasilan mencapai lebih dari 75%. Rata-rata kecepatan robot dalam merespon perintah adalah 356,67 mili detik. Robot dapat bermain dengan baik selama 458,5 detik dengan kondisi akhir baterai 11,7 Volt. Pembuatan jalan dinamis robot terhadap jarak bola tidak dapat direalisasikan karena keterbatasan sistem yang berhalangan dengan kerja gyroscope-nya.
i
ABSTRACT
Robotis GP that just bought had to be reconstructed to fulfill the robot’s minimal size spesification in Indonesian Robot Soccer Competition 2015 so robotis GP couldn’t use its motions at all and its motions had to be recreated from zero. Therefore, this final project is designed to create motion control system and motion algorithm for robotis GP. The motion algorithm in the robot is cut motion algorithm. Using this algorithm, the robot can stop the current motion and continue with another motion immediately. To be able to use the cut motion algorithm, a continuous motion is divided into 4 sub motion. They are lifting the right foot, lifting the left foot, stepping the right foot and stepping the left foot. There is a flag that differs whether the robot is stepping the right or left foot. By using this flag, if the robot has to stop the current motion and immediately change into another motion, it will know which sub motion should be use for the motion transition. To keep the robot in balance condition, the robot uses gyroscope sensor. Now, the robotis GP has the ability to move forward with a speed of 10,59 cm/detik, move backward with a speed of 10,51 cm/detik, shift to the right with a speed of 3,6 cm/detik, shift to the right with a speed of 3,5 cm/detik, turn right with a speed of 22,67 °/detik, and turn left with a speed of 22,06 °/detik. The robot can cut the current motion with 100% success rate and more than 75% to do the motion transition. The average time for the robot to respond to a command is 356,67 mili seconds. The robot can keep playing with good condition for 458,5 seconds until the battery reach the voltage of 11,7 V. The robot dynamic walking against the ball can’t be realized due to the limitation of the system that is unable to work with gyroscope sensor.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai penulis selama menempuh pendidikan dari awal hingga penyelesaian tugas akhir sebagai syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak langsung telah membantu penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini: 1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu memberkati, menyertai, dan memberikan jalan yang terbaik bagi penulis selama menempuh pendidikan S1 di FTEK UKSW hingga selesai. 2. Papa Sie Tjong Ming, Mama Ong An Hwa, kakak Bambang Subekti, dan adik Febry Wibowo, keluarga tercinta yang telah selalu mendukung, dan mendoakan penulis. 3. Bapak Saptadi Nugroho, M.Sc dan Bapak Daniel Santoso, M.S. sebagai pembimbing I dan pembimbing II yang telah membimbing dan memberikan kritik dan saran serta masukan kepada penulis selama mengerjakan tugas akhir ini. 4. Keluarga besar Tim R2C terutama Oei Kurniawan Utomo, Ivan Kurniawan, Silvester Kristian, Marcel Frans Wijadi, Evan Narendra, dan Novembri yang selalu memberikan semangat dan mendukung dalam melakukan riset, serta berjuang dalam suka dan duka selama mempersiapkan Kontes Robot Indonesia. 5. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis selama menempuh pendidikan S1 di FTEK UKSW. 6. Keluarga besar 2011 sebagai teman seperjuangan yang selalu memberi dukungan kepada penulis. 7. Teman-teman kos 73 terutama Ko Patrick, Surya Adhitano, Handoko, Raymond, dan Antony yang selalu memberikan dukungan motivasi dan doa.
iii
8. Teman-teman CG Pro-M yang selalu mendukung dan mendoakan penulis dalam menyelesaikan tugas akhir ini. 9. Sahabat-sahabatku David Setyadi, Ivander Tanuwijaya, Silvester Kristian, Yose Indrawan, dan Dani Gunawan yang walaupun jauh tetap memberikan dukungan. 10. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan terima kasih. Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca sehingga tugas akhir ini dapat berguna bagi kemajuan pendidikan FTEK UKSW dan riset tim R2C UKSW.
Salatiga, 24 September 2015
Penulis
iv
DAFTAR ISI
INTISARI .......................................................................................................................... i ABSTRACT...................................................................................................................... ii KATA PENGANTAR ..................................................................................................... iii DAFTAR ISI..................................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR ..................................................................................................... viii DAFTAR TABEL............................................................................................................ ix DAFTAR SINGKATAN ................................................................................................. xi BAB 1 PENDAHULUAN ................................................................................................ 1 1.1. Tujuan .................................................................................................................... 1 1.2. Latar Belakang ....................................................................................................... 1 1.2.1. Pendahuluan .................................................................................................... 1 1.2.2. Permasalahan ................................................................................................... 2 1.3. Sistematika Penulisan ............................................................................................ 3 1.4. Spesifikasi .............................................................................................................. 4 BAB 2 DASAR TEORI .................................................................................................... 5 2.1. Mikrokontroler Tipe Atmega 644p ........................................................................ 5 2.2. Modul Bluetooth .................................................................................................... 6 2.3. Servo Controller .................................................................................................... 6 2.4. Kontrol Dasar Robot .............................................................................................. 8 2.5. Sensor Gyroscope................................................................................................... 9 2.6. R/2R Ladder ........................................................................................................... 9 BAB 3 PERANCANGAN SISTEM ............................................................................... 11 3.1. Sistem Kontrol ..................................................................................................... 11 3.1.1. Kontrol Actuator Robot .................................................................................... 12
v
3.1.2. Kontrol Utama ................................................................................................... 12 3.2. Desain Perangkat Keras ....................................................................................... 13 3.2.1. Konstruksi Robot ........................................................................................... 13 3.2.2. Mikrokontroler Tipe Atmega 644p ............................................................... 15 3.2.3. Modul Bluetooth ............................................................................................ 15 3.2.4. Sensor Gyroscope .......................................................................................... 15 3.2.5. R/2R Ladder .................................................................................................. 15 3.3. Bagian Software ................................................................................................... 17 3.3.1. Roboplus Motion ........................................................................................... 17 3.3.3. Roboplus Task ............................................................................................... 19 3.3.4. Algoritma Cut Motion ................................................................................... 20 BAB 4 HASIL PENGUJIAN DAN ANALISIS............................................................. 23 4.1. Pengujian Kecepatan Motion Robot..................................................................... 23 4.1.1 Pengujian Kecepatan Motion Maju Robot ..................................................... 23 4.1.2 Pengujian Kecepatan Motion Mundur Robot ................................................. 24 4.1.3 Pengujian Kecepatan Motion Geser Kanan Robot ......................................... 24 4.1.4 Pengujian Kecepatan Motion Geser Kiri Robot ............................................. 25 4.1.5 Pengujian Kecepatan Motion Putar Kanan Robot .......................................... 25 4.1.6 Pengujian Kecepatan Motion Putar Kiri Robot .............................................. 25 4.2. Pengujian keberhasilan Cut Motion ..................................................................... 26 4.3. Pengujian Waktu Respon Robot .......................................................................... 26 4.4. Peralihan Motion Berulang .................................................................................. 27 4.5. Pengujian Lama Waktu Robot Berjalan dengan Baik.......................................... 27 4.6. Pengujian Robot Berjalan Dinamis terhadap Jarak Bola ..................................... 28 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................................... 30 5.1. Kesimpulan .......................................................................................................... 30
vi
5.2. Saran Pengembangan ........................................................................................... 31 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 32 Lampiran A ..................................................................................................................... 33
vii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. DF-Bluetooth V3 [2]. ................................................................................... 6 Gambar 2.2. Pin pada DF-Bluetooth V3 [2]. .................................................................... 6 Gambar 2.3. CM530[3]..................................................................................................... 7 Gambar 2.4. Port External (Pin Aux device). ................................................................... 7 Gambar 2.5. Controller RC-100A[4]. .............................................................................. 8 Gambar 2.6. Format Paket Data yang dikirimkan ke CM-530[4]. ................................... 8 Gambar 2.7. Sensor Gyroscope GS-12[6]. ....................................................................... 9 Gambar 2.8. Contohrangkaian R/2R resolusi 4 bit [7]. .................................................. 10 Gambar 2.9. Rangkaianekuivalen R/2R resolusi 4 bit. ................................................... 10 Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem. ................................................................................ 11 Gambar 3.2. (a)Perancangan mekanik robot dari depan (b)Perancangan mekanik robot dari samping. ................................................................................................................... 13 Gambar 3.3. Rangkaian R/2R resolusi 8 bit yang digunakan pada robot. ...................... 16 Gambar 3.4. Rangkaian skematik R/2R resolusi 8 bit. ................................................... 16 Gambar 3.5. User Interface Roboplus Motion. .............................................................. 18 Gambar 3.6. User Interface Roboplus Task ................................................................... 19 Gambar 3.7. Diagram Alir Algoritma Bawaan Robot. ................................................... 20 Gambar 3.8. Diagram Alir Cut Motion. .......................................................................... 22 Gambar 4.1. Ilustrasi Pengujian Kecepatan Motion Robot. ........................................... 23
viii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Tabel Keterangan Mekanik Robot. ................................................................ 14 Tabel 3.2. Tabel Spesifikasi Servo AX-12A[8]. ............................................................. 14 Tabel 3.3. Tabel Spesifikasi Servo AX-18A[9]. ............................................................. 14 Tabel 3.4. Tabel Spesifikasi Servo MX-28[10]. ............................................................. 14 Tabel 4.1. Tabel Pengujian Kecepatan Motion Maju Robot........................................... 23 Tabel 4.2. Tabel Pengujian Kecepatan Motion Mundur Robot. ..................................... 24 Tabel 4.3. Tabel Pengujian Kecepatan Motion Geser Kanan Robot. ............................. 24 Tabel 4.4. Tabel Pengujian Kecepatan Motion Geser Kiri Robot. ................................. 25 Tabel 4.5. Tabel Pengujian Kecepatan Motion Putar Kanan Robot. .............................. 25 Tabel 4.6. Tabel Pengujian Kecepatan Motion Putar Kiri Robot. .................................. 26 Tabel 4.7. Tabel Pengujian Waktu Respon Robot .......................................................... 26 Tabel 4.8. Tabel Pengujian Lama Waktu Robot Berjalan dengan Baik ......................... 27 Tabel 4.9. Tabel Pengujian perbandingan antara gyroscope yang dikolaborasikan dengan jalan dinamis dan gyroscope yang tanpa jalan dinamis. .................................... 28 Tabel A.1. Tabel Lengkap Pengujian Kecepatan Motion Maju Robot. .......................... 33 Tabel A.2. Tabel Lengkap Pengujian Kecepatan Motion Mundur Robot. ..................... 34 Tabel A.3. Tabel Lengkap Pengujian Kecepatan Motion Geser Kanan Robot. ............. 35 Tabel A.4. Tabel Lengkap Pengujian Kecepatan Motion Geser Kiri Robot. ................. 36 Tabel A.5. Tabel Lengkap Pengujian Kecepatan Motion Putar Kanan Robot. .............. 37 Tabel A.6. Tabel Lengkap Pengujian Kecepatan Motion Putar Kiri Robot. .................. 38 Tabel A.7. Tabel Pengujian Cut Motion. ........................................................................ 39 Tabel A.8. Tabel Lengkap Pengujian Waktu Respon Robot. ......................................... 40 Tabel A.9. Tabel Peralihan Motion Maju ke Motion Berulang Lainnya. ....................... 41 Tabel A.10. Tabel Peralihan Motion Mundur ke Motion Berulang Lainnya. ................. 42 Tabel A.11. Tabel Peralihan Motion Geser ke Motion Berulang Lainnya. .................... 43 ix
Tabel A.12. Tabel Peralihan Motion Putar ke Motion Berulang Lainnya. ..................... 44 Tabel A.13. Tabel Peralihan Motion Geser Putar ke Motion Berulang Lainnya. ........... 45 Tabel A.14. Tabel Lengkap Pengujian Lama Waktu Robot Berjalan dengan Baik. ...... 46 Tabel A.15. Tabel Lengkap Pengujian perbandingan antara gyroscope yang dikolaborasikan dengan jalan dinamis dan gyroscope yang tanpa jalan dinamis. .......... 47
x
DAFTAR SINGKATAN
R2C
Robotic Research Center
KRI
Kontes Robot Indonesia
KRSBI
Kontes Robot Sepakbola Indonesia
xi
