Docstoc

Over Load

Document Sample
Over Load Powered By Docstoc
					    Makalah Tugas Mandiri 1

    Kuliah Robotika 2011




Stanley: Robot Mobil Autopilot Stanford




                               Mohamad Sani
                               0706272023


                               8 Mei 2011
Makalah Tugas Mandiri 1                                                                                               Kuliah Robotika 2011


Daftar Isi



1 PENDAHULUAN .................................................................................................................................... 3

   1.1. DARPA Grand Challange............................................................................................................... 4

   1.2. Sejarah Mobil Tanpa Awak .......................................................................................................... 6

2 IMPLEMENTASI TEKNIS STANLEY ......................................................................................................... 7

   2.1. Rak Sensor di Atap Mobil ............................................................................................................. 7

       2.1.1. Environment Sensor Group................................................................................................... 8

       2.1.2. Positioning Sensor Group...................................................................................................... 9

       2.1.3. Emergency Stop .................................................................................................................... 9

   2.2. Sistem Komputasi......................................................................................................................... 9

   2.3. Sistem Ambil Alih Kendali .......................................................................................................... 11

   2.4. Arsitektur Perangkat Lunak........................................................................................................ 12

       2.4.1. Sensor Interface Layer ........................................................................................................ 12

       2.4.2. Perception Layer ................................................................................................................. 13

       2.4.3. Control Layer ....................................................................................................................... 13

       2.4.4. Vehicle Interface Layer ....................................................................................................... 13

       2.4.5. User Interface Layer ............................................................................................................ 13

       2.4.6. Global Service Layer ............................................................................................................ 14

   2.5. Algoritma Menentukan Arah Jalan Mobil .................................................................................. 15

3 STANLEY DALAM TEORI...................................................................................................................... 17

   3.1. Perception .................................................................................................................................. 17

   3.2. Localization & Map Building ...................................................................................................... 18

   3.3. Cognition & Path Planning ......................................................................................................... 19

   3.4. Motion Control........................................................................................................................... 19

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................................................................. 20




Mohamad Sani                                                                                                                                    hal 2
Makalah Tugas Mandiri 1                                                Kuliah Robotika 2011


1 PENDAHULUAN


Stanley1 adalah mobil tanpa awak yang dibuat oleh Stanford Racing Team2 dari Stanford
University bekerja sama dengan Volkswagen Electronics Research Laboratory (ERL).
Stanley dibuat untuk mengikuti kompetisi 2005 DARPA Grand Challenge dan menjuarai
kompetisi yang diselenggarakan tanggal 8 Oktober 2005 itu. Sebagai juara 1, Stanford Racing
Team mendapatkan hadiah sebesar 2 juta dolar Amerika Serikat, hadiah terbesar dalam
sejarah dunia robotika.

Stanford Racing Team dipimpin oleh Professor Sebastian Thrun, direktur laboratorium
Stanford Artificial Intelligence Lab. Stanford Racing Team dibentuk untuk berkompetisi pada
DARPA Grand Challange 2005. Stanford tidak berpartisipasi pada DARPA Grand Challange
2004. Pada tahun 2005 tim ini diprediksi hanya mempunyai peluang 5% untuk menjadi juara.
Stanley saat ini dimuseumkan di Smithsonian National Museum of American History.
Stanford Racing Team membuat robot mobil baru, modifikasi Volkswagen Passat, yang
dinamai Junior untuk kompetisi DARPA Urban Challange 2007. Kontributor utama pada tim
termasuk Michael Montemerlo sebagai kepala bidang perangkat lunak, Sven Strohband
sebagai kepala bidang teknik, Cedric Dupont sebagai kepala bidang kendaraan, dan Pamela
Mahoney sebagai kepala bidang komunikasi.




1
    http://robots.stanford.edu/talks/stanley/
2
    http://www.stanfordracing.org/

Mohamad Sani                                                                          hal 3
Makalah Tugas Mandiri 1                                                     Kuliah Robotika 2011




                       Gambar 1 Prof. Sebastian Thrun dan Stanford Racing Team




1.1. DARPA Grand Challange
DARPA Grand Challenge3 adalah kompetisi berhadiah di bidang mobil tanpa awak.
Kompetisi ini dibiayai oleh Defense Advanced Research Projects Agency, organisasi riset
paling terkemuka Amerika Serikat yang berada di bawah United States Department of
Defense. Kongres telah merestui DARPA untuk memberikan hadiah uang yang besar demi
misi DARPA ke depan yaitu untuk mensponsori riset revolusioner dan berdampak signifikan
yang menjembatani jurang pemisah antara penemuan akademis dengan kegunaannya di
bidang militer. DARPA memiliki teknologi yang dibutuhkan untuk membuat mobil darat
otomatis (tanpa awak) pertama yang dapat menyelesaikan perjalanan off-road dalam waktu
terbatas. Kompetisi ketiganya, berganti nama menjadi DARPA Urban Challange, diadakan
tanggal 3 November 2007 dan disiarkan melalui webcast. Perbedaan pada kompetisi tahun
2007 ini adalah mobil diharuskan dapat beroperasi otomatis pada lingkungan berpenduduk.

DARPA Grand Challenge merupakan kompetisi jarak jauh pertama untuk mobil tanpa awak
di dunia. Riset lain di bidang mobil tanpa awak lebih bersifat tradisional komersil dan
berpendekatan akademik. Kongres Amerika Serikat merestui DARPA menawarkan hadiah
uang 1 juta dolar Amerika Serikat untuk Grand Challenge yang pertama di tahun 2004 untuk

3
    http://www.darpa.mil/About/History/Archives.aspx

Mohamad Sani                                                                              hal 4
Makalah Tugas Mandiri 1                                                  Kuliah Robotika 2011


memfasilitasi pengembangan robot, dengan tujuan utama membuat sepertiga militer angkatan
darat Amerika Serikat bersifat otomatis pada tahun 2015. Setelah tahun 2004, Dr. Tony
Tether, direktur DARPA, mengumumkan bahwa hadiah uang Grand Challenge dinaikkan
menjadi 2 juta dolar pada tahun depannya. Juara 1, 2 dan 3 pada DARPA Urban Challenge
2007 masing-masing mendapatkan 2 juta, 1 juta dan setengah juta dolar Amerika Serikat.




      Nama                                                Waktu Sampai
                    Nama Tim             Asal Tim                            Perolehan
      Mobil                                                 Finish4
                  Stanford
Stanley                            Stanford University          6:54           Juara 1
                  Racing Team
                                   Carnegie Mellon
Sandstorm         Red Team                                      7:05           Juara 2
                                   University
                                   Carnegie Mellon
H1ghlander        Red Team                                      7:14           Juara 3
                                   University
                                   The Gray Insurance
Kat-5             Team Gray                                     7:30           Juara 4
                                   Company

                                                                          Juara 5, meskipun
                  Team             Oshkosh Truck                            melewati batas
TerraMax                                                       12:51
                  TerraMax         Corporation                               waktu 10 jam
                                                                           syarat kompetisi.

                              Tabel 1 Hasil DARPA Grand Challenge 2005




Kompetisi DARPA bersifat terbuka untuk seluruh tim dan organisasi dari seluruh dunia,
selama minimal terdapat seorang warga negara Amerika Serikat pada anggota tim. Tim yang
berpartisipasi berasal dari sekolah menengah, universitas, perusahaan dan organisasi. Lebih
dari 100 tim terdaftar pada tahun pertama, sehingga memberikan DARPA keahlian teknologi
yang sangat bervariasi dari kompetisi balapan. Di tahun kedua, terdaftar 195 tim dari 36
negara bagian Amerika Serikat ditambah 4 tim dari luar Amerika Serikat.




4
    Dalam satuan jam:menit

Mohamad Sani                                                                             hal 5
Makalah Tugas Mandiri 1                                             Kuliah Robotika 2011


1.2. Sejarah Mobil Tanpa Awak
Mobil tanpa awak pertama bisa dibilang dipamerkan di Futurama, sebuah pameran Norman
Bel Geddes yang disponsori oleh General Motors pada World Fair 1939. Mobil ini ditenagai
oleh sirkuit tertanam dan dikendalikan dengan radio.




                                Gambar 2 Pameran Futurama

Kendaraan yang benar-benar otomatis merupakan tantangan riset internasional yang
berkembang di Jepang (sejak 1977), Jerman (Ernst Dickmanns dan VaMP), Itali (proyek
ARGO), Uni Eropa (proyek EUREKA Prometheus), Amerika Serikat dan negara-negara
lainnya.




Mohamad Sani                                                                       hal 6
Makalah Tugas Mandiri 1                                                 Kuliah Robotika 2011


2 IMPLEMENTASI TEKNIS STANLEY
Stanley menggunakan mobil Volkswagen Touareg R5 bertenaga diesel. Touareg adalah
mobil 4WD (keempat rodanya diputar oleh mesin), suspensi udara variable-height, dan
automatic electronic locking differentials. Untuk melindungi mobil dari goresan, Stanley
dipasangi pelat dan bumper depan yang dimodifikasi. Suatu mekanisme buatan dirancang
sehingga katup dan rem dapat dikendalikan secara elektronika secara langsung. Sebuah motor
DC dipasang ke steer sehingga memungkinkan steer juga dikendalikan secara elektronik.
Aktuator linier dipasang ke tuas gigi dapat memindahkan gigi mobil baik pindah kecepatan,
mundur, maupun posisi parkir. Data status mobil seperti kecepatan roda dan sudut belok steer
diindera secara otomatis dan datanya dikirimkan ke komputer dengan antarmuka bus CAN.




2.1. Rak Sensor di Atap Mobil
Di bagian atas mobil terdapat rak atas seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. di
bagian ini diletakkan sebagian besar sensor Stanley.




                       Gambar 3 Rak Atas Stanley Berupa Sensor-Sensor




Mohamad Sani                                                                           hal 7
Makalah Tugas Mandiri 1                                                 Kuliah Robotika 2011


Atap mobil merupakan tempat yang paling menguntungan untuk meletakkan sensor. Dari
titik ini, didapatkan penglihatan lingkungan terbaik dan sinyal akses terbaik ke Global
Positioning System (GPS).




2.1.1. Environment Sensor Group
Untuk mengindera lingkungan, pada rak di atap mobil tersebut diletakkan 5 sensor SICK
Laser Range Finder. Laser-laser ditembakkan ke depan sesuai dengan arah kemudi mobil,
tetapi dengan sedikit sudut kemiringan yang berbeda. Laser mengukur daerah bersilangan
dari lingkungan yang sedang dijelajahi sejauh 25 m di depan mobil. Pada rak atap mobil juga
terdapat kamera yang berfungsi sebagai sensor warna yang ditembakkan ke depan tapi agak
ke bawah. Untuk mendeteksi rintangan berukuran besar, Stanley dilengkapi dengan dua
sensor RADAR 24GHz yang juga ditaruh di rak atap. Sensor RADAR ini diproduksi oleh
Smart Microwave Sensors. Kedua sensor RADAR dapat mengindera daerah di depan mobil
sampai 200 m dengan sudut azimuth sekitar 20 derajat. Dua sistem antena dipasang pada
kedua sisi larik sensor laser. Sensor laser, kamera dan sistem radar dikelompokkan dengan
istilah Environment Sensor Group. Kelompok sensor ini bertugas menginformasikan Stanley
lingkungan di depan sehingga Stanley dapat memutuskan harus bergerak ke mana dan pada
kecepatan berapa.




            Gambar 4 (a) Sensor Laser Mengindera 25 m Ke Depan; (b) Sensor Radar




Mohamad Sani                                                                          hal 8
Makalah Tugas Mandiri 1                                                 Kuliah Robotika 2011


2.1.2. Positioning Sensor Group
Pada rak di atap mobil juga dipasang beberapa antena berikut: sebuah antena untuk GPS
positioning system dan dua antena untuk kompas GPS. Alat GPS yang digunakan adalah
L1/L2/Omnistar HP receiver. Bersama dengan sebuah Inertial Measurement Unit (IMU) yang
dipasang di belakang mobil, sensor-sensor ini dikelompokkan dalam Positioning Sensor
Group. Fungsi utamanya adalah memperkirakan lokasi dan kecepatan mobil relatif terhadap
sistem kordinat eksternal.




2.1.3. Emergency Stop
Terakhir, sebuah antena radio dan tiga buah antena GPS dari sistem DARPA E-Stop juga
ditempatkan di rak atap. Sistem DARPA E-Stop adalah sambungan nirkabel yang membuat
mobil dapat dihentikan jika terjadi keadaan darurat. Di rak atap juga terdapat klakson, lampu
peringatan dan dua buah tombol E-stop manual.




2.2. Sistem Komputasi
Sistem komputasi Stanley terletak di bagasi mobil seperti yang ditunjukkan gambar di bawah.




Mohamad Sani                                                                            hal 9
Makalah Tugas Mandiri 1                                               Kuliah Robotika 2011




                        Gambar 5 Sistem Komputasi Stanley di Bagasi




Mekanisme khusus dibuat untuk mengalirkan aliran udara dari sistem AC mobil ke bagasi
untuk mendinginkan komputer di sini. Pada bagasi dipasang rak anti guncangan yang
menahan enam buah komputer Pentium M, sebuah switch ethernet merek Gigabit, dan
berbagai alat yang mengantarmuka sensor fisik dan aktuator mobil. Juga terdapat sistem
tenaga listrik modifikasi dengan baterai backup dan sebuah kotak switch yang membuat
Stanley dapat mengendalikan komponen sistem tenaga listrik melalui perangkat lunak. E-stop
dari DARPA diletakkan di rak ini pada penahan guncangan tambahan lain. Di bagasi juga
terdapat antarmuka buatan untuk aktuator mobil berikut: rem, katup, tuas gigi, dan
pengendali steer. IMU dengan 6 degree-of-freedom ditempelkan di bawah rak komputasi di
bagasi.

Kebutuhan tenaga listrik total untuk alat-alat tambahan adalah sekitar 500 W. Tenaga ini
diberikan oleh alternator stock mobil. Sistem tenaga backup Stanley menyediakan buffer
tambahan untuk mengakomodasi waktu idle yang dapat terjadi akibat panas gurun.

Sistem operasi yang menjalankan semua komputer adalah Linux. Linux dipilih karena
kemampuan jaringan dan time-sharing-nya yang baik. Ketika perlombaan, Stanley
menjalankan perangkat lunak untuk balapannya pada tiga dari enam komputer. Komputer
keempat digunakan untuk mencatat log data ketika Stanley sedang beroperasi. Dua komputer

Mohamad Sani                                                                        hal 10
Makalah Tugas Mandiri 1                                                 Kuliah Robotika 2011


lainnya dibiarkan idle. Satu dari tiga komputer seluruhnya diperuntukkan untuk pemrosessan
video (video processing) sedangkan dua lainnya untuk mengeksekusi perangkat lunak
lainnya. Komputer-komputer ini mampu melayani sensor pada kecepatan 100 Hz dan
mengendalikan steer, katup dan rem pada kecepatan 20Hz.




2.3. Sistem Ambil Alih Kendali
Salah satu aspek desain penting Stanley lainnya adalah manusia dapat mengemudikan robot
secara aman sebagai supir biasa. Ada sebuah antarmuka yang dapat menyalakan dan
mematikan sistem kemudi sesuai keinginan, bahka ketika mobil sedang berjalan. Dengan
demikian, supir dapat mematikan kendali komputer kapanpun ia mau dan mengendalikan
mobil secara manual. Stanley dilengkapi dengan beberapa tombol ambil alih kendali manual
(manual override) yang terletak di dekat bangku supir. Tombol-tombol ini masing-masing
berfungsi untuk mengambil alih kendali tiga aktuator (rem, gigi, dan steer). Sebuah switch
darurat diperuntukkan untuk mengambil alih kendali seluruh kendali dari komputer dan
menjadikan mobil layaknya mobil biasa.

Fitur-fitur ini tidak berguna ketika kompetisi berlangsung, tetapi sangat berguna ketika masa
uji coba. Ketika kompetisi berlangsung tentu saja tidak ada orang di dalam mobil dan semua
kendali dilakukan oleh komputer. Ada lagi antarmuka operasional berupa touch screen yang
dipasang di samping bangku supir. Antarmuka ini memungkinkan manusia mematikan dan
menyalakan ulang (restart) kendaraan.




Mohamad Sani                                                                           hal 11
Makalah Tugas Mandiri 1                                                          Kuliah Robotika 2011




                            Gambar 6 Sistem Ambil Alih Kendali Manual




2.4. Arsitektur Perangkat Lunak
Arsitektur perangkat lunak Stanley berhubungan erat dengan Three-Layer Architectures5.
Teknologi arsitektur ini sebenarnya sudah lama, namun sangat terkenal.

Perangkat lunak yang menangani balapan terdiri dari 30 modul seperti yang digambarkan
pada gambar di bawah. Sistem dibagi ke dalam enam lapisan yaitu sebagai berikut:




2.4.1. Sensor Interface Layer
Terdiri dari 13 modul yang fokus pada pengambilan dan time-stamping data dari semua
sensor. Lapisan ini menerima data dari masing-masing sensor laser pada frekuensi 75 Hz,
dari kamera sekitar 12 Hz, dari GPS dan kompas GPS sekitar 10 Hz dan dari IMU serta bus
CAN mobil pada frekuensi 100 Hz. Pada lapisan ini juga terdapat server basisdata berisi
koordinat jalur balapan (berkas RDDF).




5
 Gat, E. (1998). Three-layered architectures. In D. Kortenkamp, R. Bonasso, & R. Murphy (Eds.), AI-based
mobile robots: Case studies of successful robot systems (pp. 195–210). Cambridge, MA: MIT Press.

Mohamad Sani                                                                                     hal 12
Makalah Tugas Mandiri 1                                                  Kuliah Robotika 2011


2.4.2. Perception Layer
Lapisan ini memetakan data dari sensor menjadi model internal sistem. Modul utama pada
lapisan ini adalah Uncented Kalman Filter (UKF). UKF berfungsi sebagai estimator status
mobil (vehicle state estimator) yang menentukan koordinat mobil, orientasi, dan kecepatan.
Tiga buah modul pemetaan yang berbeda membuat peta lingkungan 2 dimensi berdasarkan
data yang didapat dari sistem laser, kamera dan radar. Modul pencarian jalan menggunakan
peta yang diambil dari laser untuk menentukan tepi jalan sehingga mobil dapat memposisikan
dirinya tetap di tengah jalan. Terakhir, modul penentu permukaan mengekstrak parameter
dari jalan yang sedang dilalui untuk menentukan kecepatan aman melaju.




2.4.3. Control Layer
Lapisan ini bertanggung jawab untuk mengatur respon steer, katup dan rem. Modul utama
pada lapisan ini adalah path planner, yang menset rencana lintasan untuk keperluan steering
dan kecepatan. lintasan ini berhubungan ke dua buah loop tertutup trajectory tracking
controller. Satu untuk kendali steer dan satu untuk kendali katup dan rem. Kedua kontroler
mengirim perintah low-level ke aktuator yang diharapkan mengeksekusi seperti apa lintasan
berikutnya dari path planner. Control layer juga terdiri dari modul Top Level Control, yang
diimplementaskan sebagai finite state machine sederhana. Level ini menentukan mode umum
mobil sebagai respon terhadap perintah manusia melalui touch screen atau E-stop nirkabel
dan mempertahankan status gigi jika diperlukan bergerak mundur.




2.4.4. Vehicle Interface Layer
Lapisan ini berfungsi sebagai antarmuka ke sistem drive-by-wire robot. Lapisan ini terdiri
dari semua antarmuka ke rem, katup dan roda mobil. Pada lapisan ini juga terdapat antarmuka
ke server mobil, sirkuit yang mengatur tenaga listrik ke komponen-komponen sistem.




2.4.5. User Interface Layer
Lapisan ini terdiri dari modul E-stop dan modul touch screen untuk perangkat lunak di sis
pengguna.




Mohamad Sani                                                                          hal 13
Makalah Tugas Mandiri 1                                                           Kuliah Robotika 2011


2.4.6. Global Service Layer
Lapisan ini menyediakan sejumlah layanan dasar untuk semua modul perangkat lunak.
Layanan penamaan dan komunikasi diperoleh dari Carnegie Mellon University (CMU)
Interprocess Communication Toolkit6. Server mempertahankan sebuah basisdata untuk
semua parameter mobil dan memperbaharuinya secara konsisten. Tenaga listrik dari
komponen sistem diatur oleh server tenaga (power server). Suatu modul lain memonitor
kondisi seluruh komponen sistem, apakah bekerja dengan baik atau ada masalah. Jika
diperlukan, modul ini akan menyalakan ulang (restart) suatu komponen sistem. Sinkronisasi
waktu dilakukan melalui server waktu. Terakhir, server pencatatan data mencatat (log) data
dari sensor, kendali dan diagnosa ke media penyimpanan sehingga bisa diteliti setelahnya.




                            Gambar 7 Arsitektur Perangkat Lunak Stanley



6
 Simmons, R., & Apfelbaum, D. (1998). A task description language for robot control. In Proceedings of the
Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), Victoria, CA. New York: IEEE Industrial Electronics
Society.

Mohamad Sani                                                                                       hal 14
Makalah Tugas Mandiri 1                                                                      Kuliah Robotika 2011


2.5. Algoritma Menentukan Arah Jalan Mobil
Memprediksi status (state) kendaraan adalah kunci untuk kemudi yang akurat. Estimasi yang
tidak akurat dapat membuat kendaraan berjalan di luar jalur atau membuat pemetaan
lingkungan yang salah, sehingga mengakibatkan pengambilan keputusan yang salah. Pada
Stanley, status kendaraan terdiri dari 15 variabel. Desain parameter ini mengikuti metodologi
standar7 seperti yang dideskripsikan pada tabel di bawah.




                   Tabel 2 Parameter Metodologi Standar Menentukan Arah Jalan Mobil




Unscented Kalman Filter memprediksi nilai pada frekuensi 100 Hz. UKF mengkoordinasi
pengamatan dari GPS, kompas GPS, IMU dan encoder roda. Sistem GPS memberikan posisi
absolut dan juga kecepatan kendaraan dimana keduanya diolah di UKF. Dalam sudut
pandang matematis, linierisasi titik sigma pada UKF biasanya menghasilkan error yang lebih
kecil daripada linierisasi ekspansi Taylor pada Extended Kalman Filter (EKF). UKF juga
lebih disukai karena dari sudut pandang implementasi, UKF tidak memerlukan perhitungan
Jacobian, meskipun jika dihitung akan berguna untuk analisis lebih lanjut.

Ketika GPS tersedia, UKF hanya menggunakan model 'lemah'. Model ini maksudnya mobil
bergerak yang dapat berjalan ke arah manapun. Lebih lanjut, pada mode operasi normal, UKF
tidak menempatkan batasan apapun pada arah vektor kecepatan relatif terhadap orientasi
kendaraan. Model seperti ini memang tidak akurat, tetapi interaksi mobil dengan permukaan
tanah pada gurun yang licin sangat sulit untuk dimodelkan. Model ‘mobil bergerak’ akan
mentoleransi slip yang terjadi ketika berjalan di gurun licin.


7
    Farrell, J., & Barth, M. (1999). The global positioning system. New York: McGraw-Hill.

Mohamad Sani                                                                                              hal 15
Makalah Tugas Mandiri 1                                                  Kuliah Robotika 2011


Namun, model ini bekerja tidak baik ketika GPS tidak tersedia, karena posisi mobil
bergantung banyak ke akurasi akselerometer IMU. Sebagai konsekuensinya, model
pergerakan UKF yang lebih ketat harus digunakan ketika GPS tidak tersedia. Model ini
membatasi mobil hanya bergerak ke arah yang ditujukan sistem. Integrasi gyroscope IMU
untuk orientasi, dipasangkan dengan kecepatan roda untuk menghitung posisi, akan dapat
mempertahankan posisi akurat mobil ketika GPS tidak tersedia selama 2 menit. Error akibat
inakurasi biasanya dalam skala centimeter. Monitor kinerja Stanley akan mengurangi
kecepatan maksimum ketika GPS tidak tersedia menjadi hanya 10 mph dengan tujuan
memaksimalkan akurasi ‘model lemah yang sedang dijalankan. Gambar (a) di bawah
menunjukkan hasil dari estimasi posisi ketika GPS tidak tersedia (model 'lemah'). Gambar (b)
menunjukkan model 'kuat'. Akurasi modelling kendaraan ketika GPS tidak tersedia menjadi
penting. Pada percobaan berjalan sejauh 1.3 km pada jalan lurus, error akumulasi kendaraan
tercatat hanya sebanyak 1.7 m.




          Gambar 8 (a) GPS Tak Tersedia: memprediksi; (b) GPS Tersedia: Lebih Akurat




Mohamad Sani                                                                           hal 16
Makalah Tugas Mandiri 1                                              Kuliah Robotika 2011


3 STANLEY DALAM TEORI
Pada buku Introduction to Autonomous Mobile Robots, diagram proses kerja robot
didefiniskan seperti pada gambar berikut:




                          Gambar 9 Diagram Alur Proses Kerja Robot




Proses kerja Stanley juga relevan dijelaskan menurut diagram tersebut. Penulis akan
membahas satu per satu blok diagram di atas terkait Stanley:




3.1. Perception
Stanley mengindera ‘Real World Environment’ dengan sensor-sensor exteroceptive berikut:

   1. Environment Sensor Group




Mohamad Sani                                                                       hal 17
Makalah Tugas Mandiri 1                                                    Kuliah Robotika 2011


       Kelompok sensor ini bertugas menginformasikan Stanley lingkungan di depan
       sehingga Stanley dapat memutuskan harus bergerak ke mana dan pada kecepatan
       berapa. Sensor-sensor ini diletakkan di rak atap mobil, terdiri dari:
          a. 5 sensor SICK Laser Range Finder, untuk mengukur lingkungan yang sedang
              dijelajahi sejauh 25 m di depan mobil.
          b. kamera yang berfungsi sebagai sensor warna, untuk mengenal lingkungan
          c. 2 sensor RADAR 24GHz, untuk mengetahui lingkungan yang sedang
              dijelajahi sejauh 200m di depan mobil.
   2. Positioning Sensor Group
       Kelompok sensor ini bertugas memperkirakan lokasi dan kecepatan mobil relatif
       terhadap sistem kordinat eksternal. Terdiri dari sensor berikut:
          a. sebuah antena untuk GPS positioning system L1/L2/Omnistar HP receiver di
              rak atap, untuk mendapatkan posisi absolut robot
          b. dua antena untuk kompas GPS di rak atap, untuk mengetahui arah robot.
          c. sebuah Inertial Measurement Unit (IMU) yang dipasang di belakang mobil

Selain itu, Stanley juga mengindera status dirinya sendiri dengan sensor-sensor
proprioceptive. Beberapa diantaranya adalah sensor kinerja peralatan, untuk memonitor
kondisi alat-alat apakah masih baik atau ada kerusakan. Dari sensor-sensor ini, Stanley
memperoleh data untuk dapat memodelkan lingkungannya dan kondisi dirinya.




3.2. Localization & Map Building
Stanley menerapkan localization untuk mengetahui posisinya terhadap lingkungannya
menggunakan posisi absolut. Posisi absolut didapatkan dari GPS. Namun, Stanley juga telah
menyiapkan mekanisme apabila GPS tidak tersedia. Untuk itu, posisi akan dikalkulasi
menggunakan algoritma dan teknik perangkat lunak. Algoritma yang digunakan adalah
Uncented Kalman Filter (UKF). UKF berfungsi sebagai estimator status mobil (vehicle state
estimator) yang menentukan koordinat mobil, orientasi, dan kecepatan. Tiga buah modul
pemetaan yang berbeda membuat peta lingkungan 2 dimensi berdasarkan data yang didapat
dari sensor. Modul pencarian jalan menggunakan peta yang diambil dari laser untuk
menentukan tepi jalan sehingga mobil dapat memposisikan dirinhya tetap di tengah jalan.
Terakhir, modul penentu permukaan mengekstrak parameter dari jalan yang sedang dilalui
untuk menentukan kecepatan aman melaju.

Mohamad Sani                                                                            hal 18
Makalah Tugas Mandiri 1                                                                      Kuliah Robotika 2011


Stanley tidak telalu membutuhkan map building global karena koordinat jalur balapan telah
diberkan pada berkas RDDF. Berkas ini disimpan pada server basisdata di bagasi mobil.
Namun, dengan sensor-sensor yang ada Stanley tetap melakukan map building lokal untuk
memetakan lingkungan lokal di depan dan di sampingnya ketika berjalan.




3.3. Cognition & Path Planning
Stanley melakukan cognition menggunakan Vehicle State Estimation. Metode ini
menggunakan status kendaraan terdiri dari 15 variabel. Desain parameter ini mengikuti
metodologi standar8 seperti yang dideskripsikan pada tabel 2. UKF berperan di sini.

Path planning dilakukan oleh modul Path Planner yang berada pada Planning & Control
Layer. Modul ini menset rencana lintasan untuk keperluan steering dan kecepatan. lintasan
ini berhubungan ke dua buah loop tertutup trajectory tracking controller. Satu untuk kendali
steer dan satu untuk kendali katup dan rem. Kedua kontroler mengirim perintah low-level ke
aktuator yang diharapkan mengeksekusi seperti apa lintasan berikutnya dari Path Planner.




3.4. Motion Control
Motion control juga dilakukan oleh lapisan yang sama oleh planning, tetapi pada modul yang
berbeda yaitu modul Top Level Control, yang diimplementaskan sebagai finite state machine
sederhana. Top Level Control menentukan mode umum mobil sebagai respon terhadap
perintah manusia melalui touch screen atau E-stop nirkabel dan mempertahankan status gigi
jika diperlukan bergerak mundur.

Selain itu, motion control juga dilakukan oleh modul Steering Control dan Throttle-Brake
Control. Modul ini mengendalikan steer, katup dan rem. Implementasi teknis modul ini
tergolong rumit karena membutuhkan kalibrasi dan berhubungan dengan perangkat keras.




8
    Farrell, J., & Barth, M. (1999). The global positioning system. New York: McGraw-Hill.

Mohamad Sani                                                                                              hal 19
Makalah Tugas Mandiri 1                                              Kuliah Robotika 2011


                                DAFTAR PUSTAKA


Thrun, Sebastian, Mike Montemerlo, Hendrik Dahlkamp, et all. "Stanley: The Robot that
Won the DARPA Grand Challenge." Journal of Field Robotics 23 23.9 (2006): 661–692.
Web. 8 May 2011. <http://www.interscience.wiley.com>.

"Stanley." Wikipedia. Wikimedia Publishing Foundation, Inc, 9 April 2011. Web.
<http://en.wikipedia.org/wiki/Stanley_(vehicle)>.

"DARPA Grand Challange." Wikipedia. Wikimedia Publishing Foundation, Inc, 3 May 2011.
Web. <http://en.wikipedia.org/wiki/DARPA_Grand_Challenge>.

"Driverless Car: History." Wikipedia. Wikimedia Publishing Foundation, Inc, 4 May 2011.
Web. <http://en.wikipedia.org/wiki/Driverless_car#History>.

"DARPA Grand Challenge 2005." Wikipedia. Wikimedia Publishing Foundation, Inc, 3
August 2010. Web. <http://en.wikipedia.org/wiki/DARPA_Grand_Challenge_(2005)>.

Gingichashvili, Sarah. "DARPA's Urban Challenge 2007." The Future Things. The Future
Things, 04 Nov 2007. Web. 8 May 2011. <http://thefutureofthings.com/articles/1001/darpas-
urban-challenge-2007.html>.

"Stanford Racing Team." Podcast episode 25: Sebastian Thrun gives us a tour of the
Stanford       Artificial    Intelligence      Lab.      Web.        9   May 2011.
<http://diydrones.ning.com/profiles/blogs/podcast-episode-25-sebastian>.

"Superpositioned.com." How Stanley drove to DARPA fame. Web. 9 May 2011.
<http://superpositioned.com/2006/01/13/how-stanley-drives-itself/>.

"AutoBlog." DARPA Grand Challenge won by Stanford's Stanley. Web. 9 May 2011.
<http://www.autoblog.com/2005/10/11/darpa-grand-challenge-won-by-stanfords-stanley/>.




Mohamad Sani                                                                       hal 20