ABSTRAK SAMUDRA RAKSA adalah kapal yang didesain oleh tim SRIWIJAYA-ITS untuk mengikuti Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2013 (KKCTBN 2013) atau (Roboboat 2013) dalam bidang Kapal Autonomous yang diselenggarakan oleh DIKTI. Pembuatan SAMUDRA RAKSA melibatkan berbagai bidang keahlian yang meliputi : sistem perkapalan, arsitektur kapal, dan teknik elektro. Kapal tersebut didesain untuk dapat menyelesaikan misi dan tantangan dengan lintasan yang telah ditetapkan.
Kata kunci : SAMUDRA RAKSA, Roboboat, autonomous I. PENDAHULUAN SAMUDRA RAKSA adalah kapal otomatis yang didesain oleh tim SRIWIJAYA-ITS untuk mengikuti Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2013 (KKCTBN 2013) atau (Roboboat 2013) kategori Kapal Autonomous (kategori I). SAMUDRA RAKSA didesain dengan mengutamakan tujuan untuk dapat menyelesaikan misi dan tantangan dalam kategori autonomous. SAMUDRA RAKSA merupakan kapal yang menggunakan jenis lambung multi-hull yaitu menggunakan tiga lambung atau trimaran. trimaran. SAMUDRA RAKSA dilengkapi dengan berbagai sensor dan alat navigasi yang didukung oleh system propulsi yang memungkinkan SAMUDRA RAKSA dapat bergerak secara mandiri (autonomous). (autonomous). Selain itu SAMUDRA RAKSA dilengkapi pula dengan receiver sehingga kapal mampu dikendalikan secara manual oleh remote control (transmitter). Pemilihan jenis tiga lambung atau trimaran bertujuan untuk mendapatkan stabilitas yang baik sehingga mendukung kerja sensor agar lebih stabil. Selain itu penggunaan lambung jenis trimaran dapat meminimalisir resistance sehingga SAMUDRA RAKSA dapat mencapai kecepatan yang optimal dengan penggunaan daya mesin yang seminimal mungkin. Besarnya deck area pada tipe trimaran juga menjadi pertimbangan desain mengingat banyak komponen elektronik yang harus dipasang. Pada pemilihan sistem propulsi SAMUDRA RAKSA menggunakan satu propeller penggerak dengan motor elektrik di lambung utama. Propeller tersebut akan dilengkapi oleh rudder yang berfungsi sebagai kemudi. Dalam bagian elektronika, SAMUDRA RAKSA dilengkapi dengan sensor dan alat-alat navigasi. Terdapat dua macam sensor yang digunakan. Sensor tersebut adalah kamera webcam yang berfungsi sebagai penangkap warna bola dan pendeteksi bola serta sensor ultrasonik lagi yang berfungsi sebagai pendeteksi jarak buoy atau bola. Sedangkan untuk alat navigasi, SAMUDRA RAKSA menggunakan GPS dan kompas digital. GPS akan memberikan letak posisi SAMUDRA RAKSA di arena, sedangkan kompas digital menunjukkan ke mana arah ka pal bergerak.
II. METODE PEMBUATAN / DESAIN/ KONSEP DASAR Proses pembuatan SAMUDRA RAKSA menggunakan metode yang biasa digunakan dalam proses pengadaan kapal baru (ship acquisition process). process) . Dalam proses ini terdapat empat tahapan utama . Tahapan yang pertama adalah perencanaan. Tahapan yang kedua adalah aktifitas desain. desain. Tahapan yang ketiga adalah pencarian dana. Dan tahapan yang keempat adalah aktifitas produksi. Keempat tahapan tersebut akan dijelaskan lebih rinci pada subbab berikutnya.
1
Aktifitas Desain
Perencanaan
Pencairan Dana
Aktifitas Produksi
Gambar 1. Metode pembuatan kapal SAMUDRA RAKSA
II.1. Perencanaan Pada tahap perencanaan hal pertama yang dilakukan adalah membentuk tim sesuai dengan kebutuhan sumber daya manusia yang diperlukan. Dalam tahap ini pemilihan anggota tim didasarkan pada bidang kelimuan yang dikuasai. Bidang keilmuan yang dimaksud dalam pembuatan kapal SAMUDRA RAKSA adalah bidang perkapalan dan bidang elektronika. Setelah tim terbentuk tahap selanjutnya adalah mempelajari misi dan tujuan lomba. Hal ini dimaksudkan untuk menentukan langkah yang akan diambil selanjutnya. Setelah itu akan dilakukan analisa kondisi lingkungan. Dalam tahap ini tim akan melakukan analisa terhadap lingkungan dimana lomba akan dilaksanakan. Hal ini dimaksud untuk mencari data yang akan digunakan pada tahap desain, sehingga proses desain akan lebih mudah dan akurat. Data yang dihasilkan dari tahapan – tahapan tersebut dituliskan dalam proposal yang akan digunakan sebagai syarat mengikuti kompetisi.
Pembentukan Tim
Pemahaman Misi dan Tujuan Lomba
Analisa Kondisi Lingkungan
Pembuatan Proposal
Gambar 2.Tahap Perencanaan
II.2. Tahap Aktifitas Desain Pada aktifitas desain diperlukan input berupa batasan – batasan yang ditetapkan dalam lomba. Batasan -batasan tersebut dibuat berdasarkan peraturan yang tercantum dalam buku petunjuk Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2013 (KKCTBN 2013) atau (Roboboat 2013). Selain itu pembuatan kapal juga berdasar pada misi yang akan dilalukan. Sehingga SAMUDRA RAKSA dibangun berdasarkan kebutuhan untuk menyelesaikan misi yang ditetapkan pada buku petunjuk Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional 2013 (KKCTBN 2013) atau (Roboboat 2013). Pembuatan SAMUDRA RAKSA juga melibatkan tiga macam bidang ilmu yaitu bidang teknik perkapalan , bidang teknik sistem perkapalan dan bidang elektronika. Setelah mendapat input selanjutnya akan dilakukan aktifitas desain. Aktifitas tersebut akan menghasilkan output berupa hasil desain performance, propulsi, lambung dan elektronika.
2
Gambar 3. Aktifitas Desain
II.3. Pencairan Dana Dalam proses pembuatan SAMUDRA RAKSA tidaklah mungkin dilakukan tanpa adanya dana yang mencukupi. Diperlukan pembelian bahan-bahan pembuatan SAMUDRA RAKSA, sehingga pencairan dana penting dilakukan. Selain itu juga dana juga menjadi penilaian dalam lomba roboboat kali ini. Pencarian dana diawali dengan mendata dana yang diperlukan dalam proses pembuatan. Selanjutnya akan dibuat proposal pengajuan dana yang akan digunakan untuk pencarian sponsor. Setelah mendapat sponsor, dilakukan negosiasi kerjasama yang akan dituliskan didalam kontrak antar sponsor dengan tim SRIWIJAYA-ITS. Kontrak tersebut yang akan disetujui oleh tim dan pihak sponsor.
Pendanaan Kebutuhan Dana
Pembuatan Proposal Sponsor
Pencarian Sponsor
Negosiasi
Kontrak
Gambar 4. Diagram Pencairan Dana
II.4. Aktifitas Produksi Pada aktifitas produksi langkah awal yang akan dilakukan adalah melakukan pembelian bahan dan komponen yang diperlukan dalam pembuatan SAMUDRA RAKSA. Komponen yang dibeli meliputi bahan – bahan pembuatan lambung, komponen elektronika, propulsi, dan alat-alat bantu produksi yang diperlukan. Setelah komponen terkumpul proses selanjutnya yang akan dilakukan adalah melakukan pembuatan. Tahap pembuatan meliputi pembuatan lambung serta pembuatan sistem propulsi dan elektronika. Setelah semua komponen selesai dibuat, dilakukan perakitan dan pembuatan program untuk sinkronisasi antar komponen. Tahap terakhir dari aktifitas produksi adalah tahap uji coba. Pada tahap tersebut akan diuji semua komponen apakah sudah bekerja dengan baik atau belum.
3
Pembelian Komponen
Pembuatan
Perakitan
Pembuatan Program
Uji Coba
Gambar 5. Produksi Roboboat
III. MATERI INTI III.1. Dimensi Adapun spesifikasi utama kapal adalah sebagai berikut : Tipe : trimaran Material : fiber : 7.01 kg Displacement desain menggunakan Maxsurf Pro
Gambar 6. Bentuk 3D kapal
4
Gambar 7. Data Perhitungan
III.2. Elektronika III.2.1. Sistem Elektronik Roboboat ini memiliki dua mode yaitu mode otomatis dan manual. Pada mode manual Roboboat dikendalikan menggunakan remote control menggunakan wireless. Kontrol sistem mode otomatis roboboat terlihat pada diagram. Terdapat dua kontroler utama yaitu Processor yang terdapat di single board computer dan mikro controller. Single Board Computer bertugas memproses hasil masukan dari sensor ultrasonik untuk menentukan jarak objek (pelampung), masukan dari GPS dan kompas digital untuk menentukan posisi, dan webcam sebagai image processing. Single board computer di komunikasikan dengan Atmega menggunakan USB to serial sebagai jalur komunikasi data. Atmega di program menggunakan bahasa C untuk melakukan control pada Semua actuator seperti servo dan motor DC serta propeller. Selain itu , Atmega dihubungkan dengan Kompas elektrik untuk control navigasi. Main processor yang dalam hal ini adalah single board computer akan menghimpun dan melakukan perhitungan data yang masuk dari webcam untuk menentukan letak dari pelampung. Data-data tersebut akan di olah dan dikirim ke mikro controller menggunakan komunikasi serial. Data yang di
5
terima akan di gunakan micro controller untuk memberikan perintah pada semua actuator ataupun propeller sesuai dengan program yang ditentukan.
Gambar 8. Control Diagram
III.2.2. Komponen Elektronik III.2.2.1. Processor Main Processor FIT PC 2
Gambar 9. Fit PC 2i Saat di arena kapal roboboat akan mendapatkan inputan dari berbagai macam sensor. Tidak hanya satu sensor melainkan dari semua sensor yang digunakan dalam kapal roboboat. Maka dalam mengolah data inputan yang didapatkan dari sensor-sensor tersebut dibutuhkan suatu prosesor yang memiliki kemampuan dalam mengolah data- data tersebut. Prosesor tersebut juga yang akan melakukan kontroling terhadap komponen aktuator yang digunakan di kapal roboboat. Dalam kapal roboboat ini digunakan prosesor berupa SBC (Single Board Computer ) bernama Fit PC 2i. Fit PC 2i memiliki spesifikasi berupa prosesor Intel Atom Z530 1.6GHz / Z510 1.1GHz, RAM 1GB / 2GB DDR2, 4 port USB 2.0, dan berat 370 grams. Main processor yang dalam hal ini adalah single board computer akan menghimpun dan melakukan perhitungan data yang masuk dari sensor untuk 6
menentukan letak dari rintangan. Data-data tersebut akan di olah dan dikirim ke mikro controller menggunakan komunikasi serial. Data yang di terima akan di gunakan micro controller untuk memberikan perintah pada semua actuator ataupun propeller sesuai dengan program yang tentukan.
Mikro Kontroller Arduino Uno
Gambar 10. Arduino Uno Main Processor akan mengirimkan data hasil perhitungan ke mikro controller menggunakan komunikasi serial. Data tersebut berupa k eputusan yang akan dilakukan sesuai dengan pr ogram yang telah dibuat. Mikro controller yang digunakan adalah Arduino Uno. Arduino Uno merupakan mikro controller yang menggunakan ATmega328 sebagai prosesornya. Fitur yang dimiliki adalah 14 pin digital I/O (6 pin bisa digunakan untuk output PWM),6 pin analog input , socket USB, 16 MHz ceramic resonator, dan operating voltage 5 v. Mikro controller bertugas untuk member kontrol terhadap pergerakan propeller dan arah kapal.
III.2.2.2. Sensor Kamera WebCam
Gambar 11. Webcam Logitech C210 Kamera di dalam roboboat, kali ini bekerja sebagai sensor utama. Kamera ini berfungsi sebagai pendeteksi kapal terhadap rintangan dan tantangan yang ada di lapangan. Kamera ini juga bisa 7
mengetahui warna – warna dari batasan – batasan di dalam arena. Kamera yang digunakan memiliki merek Logitech Webcam C210. Kamera ini memiliki spesifikasi 640 x 720 pixel dan 1,3 megapixel. Dengan spesifikasi tersebut, kapal dalam roboboat kali ini akan dapat bekerja secara optimal. Selain itu persyaratan minimum dari kamera Webcam Logitech C210 ini adalah processor 1 GHz dan RAM 512 MB. Persyaratan ini telah memenuhi dari kontroler utama yang akan digunakan di dalam kapal roboboat. Pemrograman pendeteksi object menggunakan C++ Visual studio 2010 express yang disediakan secara free oleh Microsoft serta menggunakan library dari OpenCV. Dalam pendeteksian warna pelampung, hal utama yang di lakukan yaitu mendeteksi adanya warna-warna tertentu dan menentukan posisi pixel dengan warna yang ditentukan. Gambar (Digital) yang di tangkap kamera adalah sekumpulan titik yang disusun dalam bentuk matriks, dan nilainya menyatakan suatu derajat kecerahan/ grey scale. Pada gambar berwarna nilai setiap titiknya adalah nilai derajat keabuan pada setiap kompoen warna RGB. Pada format RGB, suatu warna didefinisikan sebagai kombinasi (campuran) dari komponen warna R, G dan B. setiap komponen warna memiliki nilai-nilai tertentu dan nilai tersebut digunakan untuk mendeteksi benda yang di tangkap oleh kamera.
Sensor Ultrasonik
Gambar 12. Sensor Ultrasonik SRF-05 Dalam suatu perlombaan robot, terdapat faktor lain yang menyebabkan robot tidak bekerja sesuai yang diinginkan. Contoh dalam perlombaan roboboat adalah robot tidak bisa mendeteksi rintangan, sehingga bisa menyebabkan kapal menabrak dinding pembatas. Jika hal ini terjadi maka poin kapal tersebut dapat berkurang. Sensor Ultrasonik bekerja untuk menutupi kekurangan dalam hal ini. Ketika kapal akan menabrak rintangan, maka sensor akan mendeteksi bahwa kapal terlalu dekat dengan rintangan. Keputusan kapal akan
mengurangi kecepatannya, berbelok arah, atau
memberhentikan kapal, sehingga kapal tidak akan menabrak rintangan. Sensor Ultrasonik dalam roboboat bertugas sebagai pendeteksi cadangan dalam mendeteksi rintangan yang akan dihadapi oleh kapal. Sensor yang akan digunakan adalah sensor ultrasonic RF05. Sensor ini memiliki spesifikasi berupa pengukuran jarak 2 cm hingga 2,5 meter dan presisi hingga 0,3 cm. Spesifikasi tersebut sesuai dengan kebutuhan kapal roboboat.
8
Sensor Gyrocompass
Gambar 13. Ardupilot Mega AMP2.5 Autopilot-Ardupilot Mega AMP2.5 (with 3Axis Gyro-3Axis Accel-3Axis Compass-Pressure Sensor) Untuk dapat mengenali arah dan mempermudah navigasi kapal. Sensor ini mampu memberikan informasi mengenai arah kapal. Sensor yang digunakan adalah sensor Autopilot-Ardupilot Mega AMP2.5. Fitur yang dimiliki adalah Invensense's 3 axis Accelerometer/3 Axis Gyro MPU-6000 dan Honeywell's HMC5883L-TR 3 Axis Compass. Sensor ini juga dapat dihubungkan dengan sensor GPS.
III.2.2.3. Aktuator Motor DC Brushhless
Gambar 14. Outrunner Brushless Motor
Roboboat ini menggunakan satu Motor DC brushless sebagai penggerak utama kapal. Propeller ini berfungsi dalam memberikan daya dorong kapal. Jika jumlah motor yang digunakan terlalu banyak maka hal ini akan menyebabkan kapal tidak stabil. Motor ini di pilih karena memiliki banyak keunggulan dibanding dengan motor dc brush, antara lain: Memiliki effiensi yang lebih tinggi, karena menghilangkan drop tegangan pada sikat dan gesekan sikat
9
Noise lebih ekcil, karena tidak terjadi gesekan antara sikat dan komutator
Kecepatan lebih tinggi, karena tidak terdapat batasan mekaik akibat sikat dan komutator
Dapat mengurangi biaya pemeliharaan
Berkurang ukuran dan berat
Motor Servo
Gambar 15. Motor Servo Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya. Tipe dari Motor servo menentukan kapasitas motor dalam menahan beban beban. Motor Servo secara garis besar ada 2 jenis, yaitu Motor Servo Standar 180° dan Motor Servo Continuous. Motor Servo Standar 180° ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masingmasing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan – tengah – kiri adalah 180°. Sedangkan Motor Servo Continuous ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu). Motor inilah yang menjadi aktuator dalam mengatur navigasi kapal. Motor Servo akan bekerja secara baik jika pada bagian pin kontrolnya diberikan sinyal PWM dengan frekuensi 50Hz. Dimana pada saat sinyal dengan frekuensi 50Hz tersebut dicapai pada kondisi Ton duty cycle 1.5ms, maka rotor dari motor akan berhenti tepat di tengah-tengah (sudut 0° / netral). Pada saat Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan kurang dari 1.5ms, maka rotor akan berputar ke arah kiri dengan membentuk sudut yang besarnya linier terhadap besarnya Ton duty cycle, dan akan bertahan diposisi tersebut. Dan sebaliknya, jika Ton duty cycle dari sinyal yang diberikan lebih dari 1.5ms, maka rotor akan berputar ke arah kanan dengan membentuk sudut yang linier pula terhadap besarnya Ton duty cycle, dan bertahan diposisi tersebut.
10
Remote Control
Gambar 16. Remote Control Hi -Tech Dalam perlombaan, kapal roboboat harus bisa berjalan secara otomatis dan manual. Kemampuan dalam manual menjadi syarat minimum bagi kapal roboboat dalam mengikuti lomba. Untuk memudahkan pengendalian kapal maka digunakan remote control dengan merek AGGRESSOR SRX PRO. Fitur remote control tersebut adalah high response, 2,4 GHz (DSSS), 10 model memori, dan 3 Channel DSSS Micro Receiver.
Dengan remote control ini kapal juga dapat dikontrol arah dan
kecepatan geraknya.
III.2.2.4. Distribusi Daya Distribusi Daya Suplai yang digunakan adalah baterai Lipo 11.1 volt untuk Motor penggerak yaitu Motor DC Brushless, dan Lipo 7,4 volt untuk rangkaian sensor dan main Processor. Penggunaan baterai ini di sesuaikan dengan kebutuhan rangkaian elektronik dan spesifikasi masing-masing komponen untuk menghindari kerusakan atau error.
Gambar 17. Baterai Lipo
11
Rangkain catu daya disebut juga rangkaian Power Supply. Rangkaian ini digunakan untuk membatasi tegangan yang masuk pada sensor-sensor dan prosesor yang menggunakan tegangan sebesar 5 volt dc.
Gambar 18. Rangkaian Power Supply
IV. PEMBIAYAAN IV.1. BIaya Pembuatan Lambung No Nama Spesifikasi
Fungsi
Jumlah
Harga Satuan (Rp)
Harga (Rp)
1
Kayu Triplex
1x2m
Pembuatan cetakan
6 lembar
48.000
288.000
2
Resin + Katalis
-
Bahan Lambung
5 Liter
49.000
245.000
3
Met
-
Bahan Lambung
5 lembar
50.000
250.000
4
Dempul+katalis
Dempul untuk mobil dan katalis
Penghalus dan Pengkedap
4 kaleng
37.500
150.000
5
Sterofoam
1x1 m Tebal 5 cm
Pembuatan Cetakan
3 lembar
20.000
60.000
TOTAL
993.000
IV.2 Biaya Pembuatan Sistem Elektronika dan Propulsi No Nama Spesifikasi Fungsi Jumlah
1
Single Board Computer
Fit – PC 2i
2
Webcam
Logitech Webcam c210
3
Outrunner Brushless Motor
Series 283510
4
Mikro Kontroller
Arduino UNO
Sebagai unit proses Sebagai Unit Sensor
1
Harga satuan (Rp) 3.700.000
Harga (Rp)
2
300.000
600.000
Sebagai Unit Propulsi Sebagai Unit Proses
2
550.000
1.100.000
2
300.000
600.000
3.700.000
12
5
Sensor Ultrasonik
SRF-05
5
Motor Servo
Hitec-HS805BB
6
Gyro Compass
Ardupilot Mega AMP2.5
7
Baterei Lippo 3s
8
Baterei Lippo 2s
9
Mikrokontroller
Max Force 3S 11.1V, 30C, 2200mAh Zippy FM 1000mAH 20C JST ARM STM32F4
10
Electronic Speed Control
Hobbywing Seaking 120A ESC rc boat brushless
Sebagai Sensor Jarak Sebagai Unit Propulsi Sebagai unit navigasi Sebagai power suply
3
100.000
300.000
1
800.000
800.000
1
2.500.000
2.500.000
2
180.000
360.000
Sebagai power suply
2
95.000
190.000
Sebagai unit proses Sebagai pengatur kecepatan
1
500.000
500.000
1
1.200.000
1.200.000
11.250.000
TOTAL IV.3 Biaya Alat – alat Bantu Produksi No Nama Spesifikasi
Fungsi
Jumlah
1
Kertas gosok
Kertas gosok nomor 100
penghalus
10 lembar
2
Cat Aerosol
Warna merah dan abu-abu
coating
5 botol
3
Lem
Lem G
Perekat
15 buah
IV.4 TOTAL BIAYA NO 1 2 3
NAMA
Pembuatan Lambung Elektronika dan Propulsi Alat-alat Bantu Produksi TOTAL
Harga satuan (Rp)
Harga (Rp)
5.000
50.000
25.000
125.000
6.000
90.000
TOTAL
265.000
BIAYA (Rp) 993.000 11.250.000 265.000 12.498.000
13
DAFTAR PUSTAKA Parallax.
2012.
PMB-648
GPS
SiRF
Internal
Antenna.
http://www.parallax.com/Store/
Sensors/CompassGPS/tabid/173/ProductID/644/List/0/Default.aspx?SortField=ProductName,Produc tName diakses tanggal 4 April 2013 “ “, “ “, Daftar Kebutuhan Raspberry Pi , [online], (http://www.raspiku.com/daftar-kebutuhan-
raspberry-pi , diakses tanggal 30 April 2013 )
14
