Docstoc

Line Following Robot

Document Sample
Line Following Robot Powered By Docstoc
					RANCANGAN MEKANIK ROBOT:
1.1 Chasis (rangka):
       Robot menggunakan acrylic sebagai rangka dengan ketebalan 3 mm. Bahan ini
dipilih karena mudah didapat dan mudah untuk dibentuk. Rangka terdiri dari tiga bagian.
Bagian pertama merupakan bagian dasar yang mana roda, gear, proximity sensor,
rangkaian utama serta baterai berada pada pada bagian ini.


        Pada bagian kedua ditempatkan 6 buah sensor ultrasonic. 4 buah sensor
diletakkan pada keempat sisinya yang sejajar pada sumbu X,Y. Kemudian 2 buah sensor
ultrasonic diletakkan dengan sudut 45˚. Hal ini untuk mendeteksi adanya pesimpangan
atau belokan. Bagian utuh rancangan dapat dilihat pada gambar dibawah ini:




                Gambar penepatan sensor Ultrasonic pada lantai dua


       Pada bagian ketiga dari robot berisi rangkain sensor Api (Hamamatsu R2868),
kipas pemadam bersama pengungkitnya, motor servo dan sensor PIR yang diletakkan




                                                                                     1
digantung pada bagian bawah lantai. Secara utuh bagian robot keseluruhan dapat dilihat
pada gambar dibawah ini:




                                Gambar Utuh robot


1.2 Roda
       Robot menggunakan tiga buah roda yang terdiri dari dua buah didepan sebagai
roda penggerak utama. Free thri-star wheels di bagian belakang. Pada bagian depan
kedua roda dibuat menggunakan 3 buah minidisc yang di gabung menjadi satu roda. Hal
ini dipilih mempermudah pembuatan robot. Untuk membuat roda memiliki daya
cengkram yang baik roda tersebut dilapisi karet. Kemudian roda dirangkaikan dengan
gear sistem penggerak.




                                                                                    2
                 Gambar sistem pengerak robot (tampak samping)




                  Gambar sistem pengerak robot (tampak Depan)


       Pada bagian belakang menggunakan roda dengan jenis Free thri-star wheels. Jenis
roda ini dipilih untuk memudahkan robot untuk menaiki tangga. Roda ini dipasang untuk
bergerak bebas mengikuti arah robot. Jenis roda ini meliki 3 buah roda yang dirangkai
membentuk tri-star.
       Pada saat bergerak ketiga roda akan bergerak berotasi tapi pada saat robot
bergerak hanya dua buah roda bergerak yang menyetuh jalur yang akan beroperasi. Pada
saat meniki tangga, ketika salah satu roda menyentuh tepian tangga maka roda akan
berotasi sehingga roda kedua akan menaiki tangga.



                                                                                    3
                                              TANGGA STAIR CASE


                       Gambar Ilustrasi Roda Menaiki Tangga
1.3 Gear
         Salah satu bagian penting dalam mekanik robot adalah penggunaan gearnya dan
untuk penggunan gear pada robot ini digunakan transmisi gear hubungan ohmic atau
worm gear. Transmisi ini memiliki keunggulan yaitu dari segi efisiensi mekanik karena
rasio gear yang dihasilkan dari perbandingan antara jumlah gigi gear pada poros motor
dan poros output dapat dibuat sangat besar dengan hanya sekali konversi.




                            Gambar gear robot pada roda
         Penggunaan transmisi worm gear juga lebih baik dari transmisi hubungan
langsung yang memiliki kelemahan yaitu memiliki waktu jedah ketika dikemudikan
dalam arah yang berlawanan. Gear tipe ini baik juga digunakan untuk menaiki tangga
stair case karna jarak antara ulir kecil sedangkan keliling gear outputnya besar sehinga
menghasilkan daya putar roda yang sangat kuat ketika menaiki tanggan (tidak mudah
terkilir).



                                                                                      4
       SISTEM KONTROL ROBOT
       Sistem robot secara umum dapat dilihat pada gambar dibawah ini


                                         RANGKAIAN
                                      MIKROKONTROLER



                           AKTUATOR                        SENSOR


                                             ROBOT



       ada 3 bagian penting dalam sistem robot ini yaitu Sensor, Rangkaian Mikrokontroler
       (otak) dan Aktuator (Penggerak). Blok diagram rancangan robot secara keseluruhan dapat
       dilihat pada gambar dibawah ini.



Sensor Api                                                 Motor DC
Hamamatsu R2868                                            (Kipas)


Sensor PIR                                                 Driver       Servo          Motor servo
Pyroelectric Infra Red          Mikrokontroler             (Pengunkit kipas)
                                Atmega 103

Sensor Jarak (ping)                                        Drive Motor DC              Motor DC
Ultrasonic                                                 H.-Bridge (Navigasi)


Sensor Proximity                                           Encoder


Bagian Sensor Robot                                             Bagian Aktuator
                              Catu Daya
                              (Baterai)


                           Blok diagram Bagian Rancangan Robot




                                                                                           5
                                  Sensor Proximity
Sistem Navigasi                                                               Sistem Pemadam



  Sensor Jarak (ping)                                        Sensor Api
  Ultrasonic                                                 Hamamatsu R2868


  Driver Motor DC                                            Sensor PIR                  Sistem Scaner
  H-Bridge                         Mikrokontroler            Pyroelectric Infra Red      Titik Api
                                    Atmega 103

  Motor DC                                                   Driver    Motor             Motor Servo
                                                             Servo


  Encoder                                                    Motor DC
                                                             (Kipas)



                                      Catu Daya
                                       Baterai


                            Blok Diagram Rancangan Sistem Kontrol Robot

        2.1 Mikrokontroler
                  Sistem pengendali utama dari robot adalah mikrokontroler Atmega103.
        mikrokontroler ini dipakai untuk mengendalikan motor DC (H-brige), motor servo,
        sensor API (Hamamatsu R2868), Proximity sensor, PIR sensor, Ultrasonic sensor, Rotary
        Encoder dan kipas pemadam api. Mikrokontroler ini juga menghandle sistem Navigasi
        dan algoritma.
                  Dipilihnya mikrokontroler ini karena memiliki memori flash yang besar yaitu
        128Kb, keunggulan lainnya memiliki kecepatan yang tinggi 6 MIPS pada kristal 6Mhz,
        konsumsi daya yang rendah. Untuk sistem pemprogrammannya secara SPI untuk In
        system     Programable    yaitu   pemprograman   secara   langsung,    dapat   diprogram
        menggunakan bahasa C (CodeVision AVR). Memiliki I/O yang cukup (32 programable



                                                                                               6
I/O port, 8 ouput line, 8 Analog input line) sehingga semua sistem robot dapat di handle
oleh mikrokontroler Atmega 103.
       Dengan dipilihnya mikrokontroler ini robot dapat bermanuver, navigasi dengan
kecapatan dan ketepatan yang maksimal dibandingkan dengan dua buah mikrokontroler
sebab dapat bekerja secara realtime (distribute system) tanpa harus menunggu data dari
mikrokontroler lainnya.


2.2 Rotary Encoder
       Rotary encoder digunakan untuk mengubah atau mengkonversi posisi sudut ke
dalam kode digital yang nanti akan dibaca oleh mikrokontroler. Rotary encoder berfungsi
sebagai feedback yang akan memberitahukan besar sudut putaran dari motor dc. Dengan
rotary encoder diharapkan motor dc pada robot dapat dikendalikan dengan baik.




                              Gambar Rotary Encoder


2.3 Motor DC
       Motor dc (2 Buah) digunakan sebagai penggerak utama robot dimana motor ini
berfungsi untuk mengerakkan roda dari robot. Pada robot ini diperlukan arah putaran
motor yang berubah-ubah. Berjalan maju atau mundurnya robot sesuai dengan keadaan
lapangan diatur dengan membalikkan polaritas pada catu tegangannya. Untuk mencapai
kecepatan dan torsi yang diinginkan maka digunakan motor dc12V.
       Untuk mengatur kecepatan motor maka digunakan Pulse width modulation
(PWM). disamping itu PWM berfungsi untuk mengurangi konsumsi daya yang
berlebihan dari rangkaian. Cara kerja dari PWM yaitu dengan mengatur arus yang masuk




                                                                                      7
atau dengan prinsip duty cycle yaitu rasio waktu ON terhadap waktu total (dinyatakan
dalam %).
        Motor DC digunakan pula untuk memutar kipas yang akan mematikan lilin yang
ada didalam ruangan. Penggunaan motor dc untuk memutar kipas dengan alasan mudah
dalam pengendaliannya dengan hanya menggunakan sistem saklar ON OFF. Apabila api
telah terditeksi dan terkunci posisinya maka saklar pada motor akan ON ketika api padam
maka saklar OFF.


2.4. Driver Motor DC
        Untuk dapat mengendalikan/ menggerakkan arah putaran motor sesuai dengan
keinginan    (maju, mundur dan berhenti) maka digunakan drive motor DC dengan
Topologi H-Bridge dengan menggunakan IC L293D dari ST-Thomson yang memiliki
arus output yang cukup besar untuk memacu putaran motor dc secara optimal.




                          Gambar Rangkaian Dirver Motor DC


Pada gambar diatas di hubungkan pada PWM dari mikrokontroler. Penggunaan inverter
pada direction hal ini untuk memudahkan pengontrolan arah motor (maju atau mundur).


2.5 Motor Servo
        Motor servo digunakan untuk menggerakkan gear pada ssytem pengungkit kipas
pemadaman yang posisinya ada diatas robot. Sehingga pada saat robot akan mematikan
lilin posisi kipas berdiri tegak.



                                                                                      8
       Alasan utama pemakaian motor servo kerena lebih mudah dalam pengontrolan
dalam menggerakkan pengungkit kipas.


2.6 Batterai
       Sumber tegangan utama robot ini berasal dari batterai NI-cad 12V 600mAh.
Namun mengingat motor dc memerlukan daya yang lumayan besar maka dipasang
sebuah batterai NI-CAD 12V lagi untuk motor dc. Jadi jumlah baterai yang dipakai
sebanyak 2 buah.




                           Gambar Rangkaian Catu Daya


       Rangkaian catudaya ini menggunakan tiga buah IC regulator yaitu 7812, 7809 dan
7805. IC 7812 digunakan untuk menstabilkan tegangan input dari baterai. Ic ini mampu
menangani daya sampai 1A hal ini sangat penting untuk mensuplai motor dc.
Penggunaan kapasitor elektrolit diperlukan untuk memfilter tegangan dari distorsi pada
rangkaian.
       IC 7805 sebagai penstabil tegangan sebasar 5 V untuk mensuplai rangkaian
mikrokontroler. IC 7809 diperlukan untuk menghasilkan tegangan sebesar 9V




                                                                                    9
SENSOR DAN INTERFACE


3.1 Sensor Ultrasonic (Ping)
       Untuk mengetahui jarak (area) dalam maze robot menggunakan sensor ultrasonic.
Sensor ini berguna untuk untuk mengukur jarak robot terhadap dinding ataupun lintasan
serta sebagi input panduan posisi robot. Sensor ini bekerja berdasarkan prinsip ultrasonic
yang mana memanfaatkan suara berfrekuensi tinggi sebagai media untuk mengukur jarak.
Suara tersebut dipancarkan oleh transmitter ultrasonic dan dipantulkan kesuatu benda
(dinding), hasil pantulan tersebut diterima kembali oleh receiver ultrasonic. Hasil
pantulan yang diterima oleh rx diubah menjadi pulsa oleh sensor penerima ultrasonic,
lebar pulsa pantulan tersebut merupakan informasi jarak benda terhadap robot.




                            Gambar modul sensor ultrasonic


       Sensor ultrasonic yang digunakan sebanyak 6 buah sensor yang peletakannya
dibagi menjadi dua bagian yang mana 4 buah sensor diletakan pada bagian depan,
belakang serta samping kiri dan kanan robot. 2 buah lagi sensor diletakkan pada sisi 45°
pada kiri dan kanan robot. Penempatan 4 buah sensor pada bagian pertama digunakan
untuk navigasi robot berjalan maju atau mundur tidak menyetuh atau menabrak dinding
pada lorong ataupun di dalam ruangan. 2 buah sensor lagi diletakkan 45° terhadap sensor
bagian depan dimaksudkan sebagai alat bantu panduan pada saat robot bermanuver belok
kiri dan kanan serta memutar agar tidak mengenai dinding pembatas atau lainnya. Pada
saat bermanuver, robot tidak hanya menggunakan 2 sensor bagia kedua tapi juga
menmanfaatkan 4 buah sensor yang lain. Pembagian dua buah posisi sensor ini
dimaksudkan untuk menyederhanakan algoritma pada pengontrol agar robot dapat
berreaksi lebih cepat dan gesit.



                                                                                       10
3.2 Proximity Sensor
       Karena batas ruangan dengan lorong diberi tanda dengan garis berwarna putih
serta batas memadamkan lilin juga ditandai dengan garis berwarna putih maka robot
membutuhkan sebuah sensor garis. Robot menggunakan proximity sensor sebagai
pendeteksi garis. Sensor proximity berupa 4 pasang led infrared yang terdiri dari infrared
tx dan infrared receiver yang berupa fototransistor. Pemilihan infrared sebagai sensor
proximity dimaksudkan agar robot tidak terpengaruh pada cahaya tampak serta ambien
cahaya ruangan lomba. Sensor proximity ini dihubungkan kesebuah komparator
(pembanding) yang berupa IC opamp komparator LM339N. Ic ini berisi 4 buah opamp
komparator sehingga dihasilkan 4 buah sensor proximity yang identik. Untuk pengaturan
sensitivitasnya digunakan masing – masing sebuah trimmer resistor.


3.3 Sensor Api Hamamatsu R2868
       Pencarian api lilin merupakan salah satu tujuan lomba robot ini, sehingga
dibutuhkan suatu sensor yang hanya mendeteksi api dengan jarak tertentu. Penggunaan
sensor api dengan tipe Hamamatsu R2868 dapat mendeteksi api pada jarak 5 meter.
Sensor ini bekerja pada cahaya ultaraviolet dengan range 185-260 nm. Pada range
tersebut cahaya lilin dapat dideteksi dengan baik oleh sensor hamamatsu R2838. sensor
ini memerlukan tegangan yang cukup besar yaitu 400 VDC, untuk itu sensor ini. Driver
dari sensor ini menggunakan Hamamatsu C3704. driver ini menggunakan input 10V-
30V. karakteristik sensor hamamatsu R2868 sebagai berikut:




                       Gambar Karakteristik Sensor Api Hamamatsu



                                                                                       11
       Dari karakteristik sensor diatas bahwa api lilin termasuk cahaya yang tampak
maka penggunaan sensor hamamatsu R2868 sebagai sensor api sangat cocok, selain itu
ditunjang oleh lebar deteksi spectrum yang tidak terlalu lebar membuat sensor ini hanya
akan mendeteksi api saja tidak mendeteksi cahaya yang tampak lainnya seperti cahaya
lampu atau lainnya




       Gambar Sensor dan Modul Rangkaian Sensor Api Hamamatsu R2868


3.4 Sensor PIR (Pyroelectric Infra Red)
       Agar lebih tepat mendeteksi api lilin, robot menggunakan sebuah Pyroelectric
infrared (PIR) dengan tipe RE200B. PIR sensor cukup sensitive terhadap radiasi
inframerah dari api. Sensor ini akan mendeteksi perubahan ambient radiasi inframerah
dari api lilin, pada area deteksi yang dapat di cover oleh sensor PIR. Perubahan nyala api
lilin cukup untuk mentriger sensor PIR. Untuk memfokuskan hanya pada api lilin saja
maka sensor PIR dikurangi sudut deteksinya sehingga hanya mendeteksi api kecil saja
(api lilin). Dengan sudut deteksinya yang kecil maka perubahan magnitudenya juga
diperkecil    sehingga robot harus melakukan scanning (sweeping) pada ruangan
meggunakan PIR yang dirangkaikan dengan stepper motor agar robot dapat mengetahui
apakah diruangan tersebut ada api lilin atau tidak.




                                                                                       12
               PIR Sensor (Pyroelectric Infra Red) dan Lensa Fresnel
       Untuk sudut fokusnya PIR menggunakan lensa fresnel. Dengan lensa fresnel PIR
akan mendeteksi radiasi elektromagnetik dalam area inframerah


3.5 Sistem Pemadam Api
    Robot ini menggunakan Sensor api Hamamatsu untuk menemukan zona api lilin
pada salah satu raungan. Setelah berhasil menemukan api lilin mikrokontroler akan
mengaktifkan system scanning yang mana robot akan bermanuver untuk mendapatkan
sudut yang tepat kearah sumber api. Apabila sensor PIR telah menemukan posisi titik api
maka PIR akan mengunci titik api tersebut. Robot akan mengarah sejajar dengan posisi
PIR kemudian bergerak mendekati titik api. Ketika sensor proximity menangkap adanya
garis berwara putih maka robot akan berhenti.
    Untuk memadamkan api, mikrokontroler akan menggerakkan motor stepper yang
akan untuk menarik kipas kedepan dengan menjalankan gear pada rel kipas pemadam
sehingga posisi kipas berada pada posisi siap. Setelah sudut dikunci maka mikrokontroler
akan mengaktifkan motor dc dan kipas akan berputar meniup sumber api.




                                                                                     13
ALGORITMA ROBOT


          Untuk algoritma robot ini pertama kami memetakan lapangan kedalam matriks
berukuran 6x6 dimana ukuran panjang dan lebar satu sel matriks adalah 41cm. Robot
akan menyimpan perpindahan sel yang dilakukan ke dalam indeks matriks sehingga
keberadaan api dala sel yang telah dilalui tidak akan diperiksa dua kali. Robot
dimungkinkan melintasi sel yang sama jika tidak ada alternative jalan lain dan tidak
menemukan titik api. Hal ini untuk menghindari penggunaan death reckoning.
          Robot tidak akan memerikasa keberadaan titik api pada setiap sel hal ini
dimungkinkan karena kemampuan dari sensor api yang bias mendeteksi adanya api dari
jarak 5 meter. Maka dari itu sensor hanya memeriksa keberadaan api pada setiap
persimpangan. Apabila sensor api menangkap adanya sinyal api pada satu arah maka
robot akan berpindah satu sel kearah tersebut dan kembali melakukan pemeriksaan
apabila sinyal melemah maka robot akan kembali kepersimpangan dengan cara
mengingat mepping sel yang tersimpan dimemori robot, kemudian robot akan bergerak
memilih jalan yang lain dipersimpangan tersebut dan mengulangi kembali prosedur
diatas.
          Agar tidak masuk keruangan      yang telah dimasuki sebelumnya robot
menggunakan sensor proximity yaitu dengan cara mendeteksi adanya garis ketika akan
masuk kesalah satu ruangan. Ruangan yang telah dimasuki akan dimaping ke dalam
memori untuk menjaga kemungkinan robot tidak kembali masuk keruanggan sebelum
atau setelah pemadaman.




                                                                                 14
4.1 Algoritma Pencarian zona Api dan Pemadaman Api
        Berikut ini adalah asumsi kemungkinan peletakan lilin dan layout lapangan:




        Saat start dari home base, hal pertama yang dilakukan oleh robot adalah
mengidentifikasi terhadap lingkungan sekitar. Ketika start diperoleh persimpangan maka
robot akan mengukur sempel input dari Sensor api kedua persimpangan. Ketika diperoleh
bahwa sample input sinyal arah 2 lebih besar maka robot akan bergerak maju kearah 2.
kemudian robot akan menyimpan sample awal dari pergerakan Saat start dengan indeks
sel (0,0) ketika robot mencapai step selanjutnya (1) maka robot akan menyimpan indeks
sel pada step ini. Ketika pada step selanjutnya robot mendapat persimpangan maka robot
harus   mengecek     (mengambil     sample    sinyal   input   sensor   api)   kemudian
membandingkannya. Setiap perpindahan gerak robot per sel langsung disimpan ke dalam
memori agar tidak melalui jalan yang sama ketika mencari sumber api. Setelah diperoleh
sample input sinyal ternyata arah 6 mempunyai intensitas yang tinggi, maka robot akan
bergerak keaarah 6. selanjutnya tidak mendapat persimpangan maka robot maju kearah 7
robot setelah itu robot masuk ke ruangan zona api di sel selanjutnya dan di sel ini robot
akan bergerak maju dengan cara sistem pemadaman api.


                                                                                      15
       Jika pada saat memeriksa ruangan sensor api mendeteksi adanya sumber api (api
lilin) robot akan memasuki ruangan dan memastikan bahwa itu sumber api. Kemudian
robot akan mendekati sumber api      samabil terus memastikan bahwa dalam ruangan
tersebut ada sumber api.
       Karena jarak robot ketika melakukan pemadaman api harus sekitar 30 cm serta
jarak tersebut ditandai dengan garis putih maka proximity sensor mendeteksi garis
tersebut agar robot dapat melakukan pemadaman api dari jarak yang telah ditentukan.
Pada saat robot mendeteksi garis tersebut, robot akan melakukan manuver deteksi sumber
api, jika robot sudah memastikan bahwa sumber api sudah sesuai jaraknya dengan jarak
pemadaman maka sensor api akan medeteksi posisi sumber api. Hal ini dilakukan untuk
mengetahui posisi sumber api apakah disisi kiri atau sisi kanan dari robot. Jika posisi
sumber api sudah didapatkan PIR sensor akan mengunci posisi robot agar sesuai dengan
posisi kipas pemadam api yang ada pada robot.
       Karena posisi kipas berapa pada bagian atas robot. Mikrokontroler akan
menginstruksikan motor servo untuk menarik kipas kedepan dengan menjalankan gear
pada pengungkit kipas pemadam sehingga posisi kipas berada pada posisi siap untuk
memadamkan api lilin. Setelah kipas on selama 3 detik, sensor api dan PIR sensor akan
mendeteksi lagi apakah api sudah padam atau belum. Jika belum motor pada kipas
pemadam akan di on kan kembali selama 3 detik lagi hingga api padam.


4.2 Algoritma Kembali ke Home base
       Karena robot telah menyimpan titik start sebagai sel dengan indeks (0,0) maka ia
akan kembali ke titik itu dengan cara mencari jalan tercepat. Setiap robot melakukan
pergerakan (perubahan Indeks sel) maka ia akan menyimpannya ke dalam memori dan
ketika ia kembali ia akan menghitung jarak tempuh minimumnya. Maka robot akan terus
melakukan pergeseran indeks sel dengan cara memeriksa daerah sekitarnya. Jika jalan
tercepat yang dilalui adalah buntu maka robot akan kembali mengambil jalan lain sambil
mengacu pada indeks sel.

                                                       By. Mario Enstein Poli/020213044
                                                Teknik Elektro-Universitas Sam Ratulangi




                                                                                     16