Skripsi

RANCANG BANGUN  REMOTELY OPERATED VEHICLE (ROV) DENGAN KONTROL  JOYSTICK WIRELESS  DAN SIMULASI DINAMIKA MENGGUNAKAN TOOLBOX SIMULINK MATLAB

SKRIPSI Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Sains (S.Si) Pada Prodi Fisika

ARIEF SULAEMAN 1127030012

JURUSAN JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2016

SURAT PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya yang bertanda tangan dibawah ini Nama

:

ARIEF SULAEMAN

Nim Jurusan

: :

1127030012 FISIKA

Dengan ini menyatakan sebagai berikut : 1. Skrips Skripsii yang berjudul berjudul : Rancan Rancangg Bangun Bangun Remotely  Remotely Operated Vehicle (ROV) Dengan Kontrol Joystick Kontrol Joystick Wireless  dan  dan Simulasi Dinamika Menggunakan Toolbox SIMULINK MATLAB . Penelitian yang terkait dengan skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri. 2. Setiap Setiap ide dan kutipa kutipan n hasil hasil karya arya orang orang lain lain berupa berupa publik publikasi asi atau atau bentuk bentuk lainnya dalam skripsi ini, telah diakui sesuai dengan standar prosedur disiplin ilmu. 3. Saya Saya juga mengakui bahwa bahwa skripsi skripsi ini dapat dihasilk dihasilkan an berk b erkat at bimbingan dan dukungan penuh oleh pembimbing saya yaitu : Mada Sanjaya W.S., Ph.D dan Dr. Bebeh Wahid Nuryadin. Apabila dikemudian hari dalam skripsi ini ditemukan hal-hal yang menunjukkan telah dilakukannya kecurangan akademik oleh saya, maka gelar akademik saya yang telah saya dapatkan ditarik sesuai dengan ketentuan dari Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung. Bandung, 31 Agustus 2016

Arief Sulaeman Sulaeman

i

SURAT PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI Saya yang bertanda tangan dibawah ini Nama

:

ARIEF SULAEMAN

Nim Jurusan

: :

1127030012 FISIKA

Dengan ini menyatakan sebagai berikut : 1. Skrips Skripsii yang berjudul berjudul : Rancan Rancangg Bangun Bangun Remotely  Remotely Operated Vehicle (ROV) Dengan Kontrol Joystick Kontrol Joystick Wireless  dan  dan Simulasi Dinamika Menggunakan Toolbox SIMULINK MATLAB . Penelitian yang terkait dengan skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri. 2. Setiap Setiap ide dan kutipa kutipan n hasil hasil karya arya orang orang lain lain berupa berupa publik publikasi asi atau atau bentuk bentuk lainnya dalam skripsi ini, telah diakui sesuai dengan standar prosedur disiplin ilmu. 3. Saya Saya juga mengakui bahwa bahwa skripsi skripsi ini dapat dihasilk dihasilkan an berk b erkat at bimbingan dan dukungan penuh oleh pembimbing saya yaitu : Mada Sanjaya W.S., Ph.D dan Dr. Bebeh Wahid Nuryadin. Apabila dikemudian hari dalam skripsi ini ditemukan hal-hal yang menunjukkan telah dilakukannya kecurangan akademik oleh saya, maka gelar akademik saya yang telah saya dapatkan ditarik sesuai dengan ketentuan dari Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Islam Negeri Sunan Gunung Djati Bandung. Bandung, 31 Agustus 2016

Arief Sulaeman Sulaeman

i

LEMBAR PERSETUJUAN RANCANG BANGUN  REMOTELY OPERATED VEHICLE (ROV) DENGAN KONTROL  JOYSTICK WIRELESS  DAN SIMULASI DINAMIKA MENGGUNAKAN TOOLBOX SIMULINK MATLAB

ARIEF SULAEMAN 1127030012 Menyetujui, Menyetujui , Pembimbing 1,

Pembimbing 2,

Mada Sanjaya WS, Ph.D

Dr. Beb eh Wahid Nuryadin

NIP. 198510112009121005

NIP. 198608162011011009 Mengetahui, Mengetahui,

Dekan

Ketua Jurusan Fisika,

Fakutas Sains dan Teknologi,

Dr. H. Opik Taupik Kurahman NIP. 196812141996031001

Dr. Yudha Satya Perkasa NIP. 197911172011011005

ii

LEMBAR PENGESAHAN Skripsi dengan judul : ”Rancang Bangun  Remotely Operated Vehicle (ROV) Dengan Kontrol  Joystick Wireless  dan Simulasi Dinamika Menggunakan Toolbox SIMULINK MATLAB ” telah dipertanggung jawabkan dalam sidang ujian Munaqasyah Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati Bandung pada Tanggal 24 Agustus 2016. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Jurusan Fisika Bidang Instrumentasi dan Komputasi. SIDANG MUNAQASYAH

Ketua Majelis,

Sekretaris,

Mada Sanjaya WS, Ph.D

Dr. Bebeh Wahid Nuryadin

NIP. 198510112009121005

NIP. 198608162011011009 Mengetahui ,

Penguji I

Penguji II,

Rena Denya, M.Si

Asti Sawitri, M.Si

NIP. 198308252015032002

NIP.

iii

LEMBAR PERSEMBAHAN

”Dengan menyebut nama Allah yang Maha Pemurah lagi Maha Penyayang, Dan Allah tidak menjadikan pemberian bala bantuan itu melainkan sebagai khabar gembira bagi (kemenangan)mu, dan agar tenteram hatimu karenanya. Dan kemenanganmu itu hanyalah dari Allah Yang Maha Perkasa lagi Maha Bijaksana”.(Q.S. AL-IMRAN : 126)

Skripsi ini dipersembahkan untuk : 1.  Ayah dan Ibu tercinta, terimakasih atas segalanya  2.  Kakakku dan Adikku, yang selalu mendukungku dalam segala hal apapun  3.  Dosen Pembimbing Skripsi, Pak Mada Sanjaya dan Pak Bebeh Wahid N  4.  Segenap Keluarga Tercinta  5.  Kau yang terkasih, Penyejuk hatiku, terimakasih atas motivasi dan  semangatnya, I love you  6.  My Almamater 

iv

ABSTRACT

Name

:

Arief Sulaeman

Study Program title

: :

Instrumentation and Computation of Physic Development Remotely Operated Vehicle (ROV) Control Joystick Wireless and Simulation Dynamics Using Toolbox SIMULINK MATLAB

ROV (Remotely Operated Vehicle) is a type of robot that operates in water, ROV is controlled by the operator using the remote control. The purpose of this study was to determine the dynamics of the ROV images before making by simulating the dynamics of the ROV using the toolbox SIMULINK / MATLAB R2008b and the establishment of an underwater robot that can replace conventional manner in underwater activities. ROV dynamics simulations produce their mass accretion, together with bouyancy ROV weight (W = B), and the movement of the ROV 6 DOF distinguished valid. ROV designed is based Arduino UNO types. This ROV using 3 motors thruster to maneuver and equipped with a depth sensor / proximity sensor. Arduino as a main controller connected to a wireless joystick so that the ROV can be controlled from the surface. It is most important in the design of ROV control system and the system is watertight . Watertight of the test results, 100 % there are no leaks in the body and systems. While testing the robot motion when in the water, the robot maneuver according command. ROV can float on water due to ρb  > ρf   or 1003, 56kg/m3 > 1000kg/m3 . The test results concluded that the robot can maneuver the air in accordance with instructions and can assist the underwater activity.

Keywords : ROV, dynamics, SIMULINK/MATLAB, Arduino UNO, Joystick wireless, Buoyancy, FOF, motor thruster, waterproof 

v

ABSTRAK

Nama

:

Arief Sulaeman

Program Studi Judul

: :

Fisika Instrumentasi dan Komputasi Rancang Bangun Remotely Operated Vehicle (ROV) Dengan Kontrol Joystick Wireless   dan Simulasi Dinamika Menggunakan Toolbox SIMULINK MATLAB

ROV (Remotely Operated Vehicle) merupakan jenis robot yang beroperasi didalam air, ROV ini dikontrol melalui  operator  menggunakan remote control . Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui gambaran-gambaran dinamika ROV sebelum rancang bangun dengan melakukan simulasi dinamika ROV menggunakan  toolbox  SIMULINK/MATLAB R2008b dan terwujudnya sebuah robot bawah air yang dapat beroperasi pada kegiatan bawah air. Simulasi dinamika ROV menghasilkan adanya pertambahan massa, berat ROV sama dengan bouyancy  (W = B), dan pergerakan ROV 6 DOF yg valid. ROV yang dirancang adalah jenis ROV berbasis Arduino UNO. ROV ini menggunakan 3 buah motor penggerak untuk ber- manuver  dan dilengkapi dengan sensor kedalaman/sensor jarak. Arduino sebagai pengendali utama yang terhubung ke joystick wireless  agar ROV dapat dikendalikan dari atas permukaan air. Hal yang paling penting dalam perancangan ROV adalah sistem pengendaliannya dan sistem kedap air (waterproof ). Dari hasil pengujian kekedapan air, 100 % tidak terdapat kebocoran pada bodi dan sistem. Sedangkan pengujian gerak robot ketika berada di air, robot ber-manuver   sesuai perintah. ROV dapat melayang di air dikarenakan ρb > ρf  atau 1034,06 kg/m3 ¿ 1000 kg/m3 . Hasil pengujian menyimpulkan bahwa robot bisa ber-manuver  sesuai perintah serta dapat membantu kegiatan aktivitas bawah air.

Kata Kunci : ROV, dinamika, SIMULINK/MATLAB, Arduino UNO, Joystick wireless,  Bouyancy , DOF, Motor penggerak,  waterproof 

vi

KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Wr. Wb. Puji dan Syukur senantiasa dipanjatkan kehadirat Allah SWT Yang Maha Pengasih dan Penyayang. Berkat Qudrot  dan Irodat -Nya penulis akhirnya dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini. Shalawat dan salam semoga tetap terlimpahkan kepada Nabi Muhammad SAW, keluarganya, sahabatnya, dan pengikutnya yang senantiasa setia, taat dan patuh pada ajarannya sampai akhir zaman. Amin. Skripsi ini ditulis dalam rangka memenuhi syarat kelulusan pada Program Sarjana Fisika Bidang Instrumentasi dan Komputasi Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati Bandung semunya terwujud berkat adanya bimbingan, dorongan dan bantuan tenaga baik moril maupun spiritual dari semua pihak, untuk itu penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Ibunda Ida Maesyaroh dan Ayahanda Drs.Rachmat Fadil, M.pd, yang selalu memberi motivasi dan senantiasa mendukung kegiatan penulis menuntut Ilmu, yang tak pernah lelah untuk terus memberi semangat. Semoga Allah SWT membalasnya dengan nikmat dunia dan akhirat yang tak ada habisnya. 2. Bapak Mada Sanjaya W.S., Ph.D. selaku dosen pembimbing I di Jurusan Fisika Sains. 3. Bapak Dr.Bebeh Wahid Suryadin. selaku dosen pembimbing II di Jurusan Fisika Sains. 4. Dr. Yudha Satya Perkasa, selaku Ketua Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, UIN SGD Bnadung. 5. Bapak Dr. Moch Nurul Subkhi. selaku sekretaris Jurusan Fisika Sains. 6. Semua staff dan dosen Jurusan Fisika Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati Bandung. 7. Dinda Maulina Putri atas do’a yang senantiasa tercurahkan, Selalu menyemangati dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

vii

8. Techno Bolabot School yang telah memberikan ijin untuk penelitian tugas akhir. 9. Sahabat-sahabatku yang memotivasi dan selalu bersama dalam suka duka. 10. Semua teman-teman Fisika angkatan 2012, Kelompok Keahlian Instrumentasi dan Komputasi, Bolabot School, dan Kotaro (Komunitas pencinta robot UIN SGD). Penulis berharap semoga skripsi ini dapat diterima dan bermanfaat sebagai sumbangan ilmu pengetahuan sehingga berguna bagi semua pihak khususnya bagi penulis dan pembaca pada umumnya. Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Bandung, Agustus 2016

Penulis

viii

DAFTAR ISI

SURAT PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI

i

LEMBAR PERSETUJUAN

ii

LEMBAR PENGESAHAN

iii

LEMBAR PERSEMBAHAN

iv

ABSTRACT

v

ABSTRAK

vi

KATA PENGANTAR

vii

DAFTAR ISI

xii

DAFTAR GAMBAR

xiv

DAFTAR TABEL

xv

1 PENDAHULUAN

1

1.1 Latar Belakang   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Rumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1 2

1.3 Batasan Masalah   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Tujuan Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3 4

1.5 Metode Pengumpulan Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1 Studi Literatur   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 4

1.5.2 1.5.3

Simulasi Modelling Dinamika ROV . . . . . . . . . . . . . . . Perancangan Sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 4

1.5.4 1.5.5

Perancangan Hardware  dan Software  . . . . . . . . . . . . . . Pengujian Analisis Sistem   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4 5

1.5.6 1.5.7

Perbaikan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak . . . . . . Pembuatan Laporan Akhir . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 5

1.6 Sistematika Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

ix

DAFTAR ISI

2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1

7

Definisi Remotely Operated Vehicle   (ROV) . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.2 Klasifikasi ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Bentuk dan Dimensi ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8 9

2.3.1 2.3.2

Koordinat dan Definisi Posisi ROV . . . . . . . . . . . . . . . Kinematika Model ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10 10

2.3.3 2.3.4

Pertambahan Massa dan Caroulis centripetal  ROV   . . . . . . Dinamika ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12 13

2.4 Gaya Apung dan Gravitasi ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Rangka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14 15

2.6 Motor DC (Direct Current )   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Motor Pendorong Thruster  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15 16

2.8 Baling-Baling (Propeller) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.9 Hukum Archimedes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16 17

2.10 Arduino Uno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.1 Definisi Arduino Uno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19 19

2.10.2 Struktur Arduino UNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10.3 Spesifikasi Arduino UNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 20

2.11 Catu Daya (Power Supply ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.12 Motor Driver L298N . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21 21

2.13 Sistem Komunikasi Antara Joystick dengan ROV   . . . . . . . . . . .

22

2.13.1   Transmitter  dan Receiver Wireless  . . . . . . . . . . . . . . 2.13.2   Joystick Wireless PS2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22 22

2.13.3 Konfigurasi Diagram joystick  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14 Sensor Jarak (JSN-SR04) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23 24

2.15 Software Penunjang Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.15.1 IDE Arduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24 24

2.15.2 MATLAB   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.15.3 Proteus 7 Profesional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25 26

2.15.4  Processing Development Environment   (PDE)   . . . . . . . . .

26

3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Kontribusi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28 28

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Alat, Bahan dan Software   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28 29

3.4 Alur Penelitian   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

4 Simulasi   Remotely Operated Vehicle  (ROV) Menggunakan  Toolbox 

MATLAB SIMULINK  4.1 Prosedur Percobaan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32 32 x

DAFTAR ISI

4.2 Simulasi Dinamika ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2.1 Pertambahan Massa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4.3

33 34

4.2.2 4.2.3

Caraoulis dan Sentripetal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Hydrodynamic Damping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35 35

4.2.4 4.2.5

Transformation Euler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Gaya Apung dan Gravitasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35 36

4.2.6 Kontrol PID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Analisis Data   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36 37

5 RANCANG BANGUN MINI   REMOTELY OPERATED VEHI39 CLE   (ROV) 5.1 Prosedur Rancang Bangun mini ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 5.2 Desain mini Remotely Operated Vehicle   (ROV) . . . . . . . . . . . . 5.3 Perancangan Perangkat Mekanik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.3.1

40 41

Perancangan dan Pembuatan Bodi ROV . . . . . . . . . . . .

41

5.3.2 Pembuatan dan Perancangan Motor Thruster   . . . . . . . . . Perancangan Hardware  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43 44

5.4.1 5.4.2

Catu Daya . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Rangkaian Kontrol Pada Joystick  dan Arduino   . . . . . . . .

44 44

5.4.3 5.4.4

Rangkaian H-Bridge  Motor DC Dengan Arduino   . . . . . . . Rangkaian Sensor Ultrasonik Pada ROV . . . . . . . . . . . .

46 47

5.5 Hasil Perancangan Sistem   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

6 Hasil Dan Pembahasan 6.1 Pengujian Pada Perangkat Mekanik . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50 50

5.4

6.1.1 6.1.2

Pengujian Kekedapan Bodi ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . Pengujian Motor Pendorong . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50 51

6.2 Pengujian Sistem Elektronik ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Pengujian Tombol Kontrol Arah pada ROV  . . . . . . . . . .

52 52

6.2.2 Pengujian Motor Driver   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Pengujian Sistem Gaya Apung ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52 53

6.4 Pengujian Gerak ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Analisis data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

55 56

7 PENUTUP

59

7.1

Kesimpulan   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

7.2

Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

60

A Editor MATLAB SIMULINK (Respon Posisi)

63

B

68

Program Arduino Kontrol Joystick

xi

DAFTAR ISI

C Program Arduino Interface Sensor Jarak C.1 Program Processing Untuk Data Sensor Jarak Real-time . . . . . . .

74 75

D Perhitungan Volume ROV

77

E Data Pergerakan Posisi

78

F BIOGRAFI PENULIS

79

xii

DAFTAR GAMBAR

1.1 Cara Pengamatan di dalam Air   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2.1 Komponen Dasar ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.2 2.3

Kaxan ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Berbagai Jenis Remotely Operated Vehicle   (ROV) . . . . . . . . . . .

8 9

2.4   Seaperch  ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.5 Kerangka acuan badan ROV dan kerangka acuan bumi. . . . . . . .

9 11

2.6 Konfigurasi Motor DC   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7 Tampilan Fisik Motor Pendorong (Thruster) . . . . . . . . . . . . .

16 16

2.8 Penempatan Motor dan Stabilitasnya . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.9 Bentuk Baling-Baling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10 Contoh Hukum Archimides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17 18

2.11 Struktur Arduino UNO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.12 Tampilan Fisik Motor driver   L298 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20 22

2.13   Joystick Wireless PS2  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14 Konfigurasi Pin Joystick PS2 Wireless   . . . . . . . . . . . . . . . . .

23 23

2.15 Sensor Ultrasonic  (JSN-SR04) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.16 Jendela atau Tampilan Softwere  Arduino 1.0.5-r2   . . . . . . . . . . .

24 25

2.17 Tampilan Software   MATLAB V.R2008a   . . . . . . . . . . . . . . . . 2.18 Tampilan Software   Proteus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26 26

2.19   Software   Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.20 Tampilan Software   Processing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27 27

3.1 Prosedur Penelitian Pada ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

4.1

Prosedur Simulasi Pergerakan ROV Menggunakan MATLAB/SIMULINK 32

4.2 Tampilan Toolbox   MATLAB/SIMULINK . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Blok Diagram SIMULINK Model Dinamika ROV  . . . . . . . . . . .

33 33

4.4 Blok Diagram 6 DOF Pada SIMULINK . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Blok Diagram Pertambahan Massa   . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34 34

4.6

35

Blok Diagram Caraoulis   Pada SIMULINK . . . . . . . . . . . . . . .

xiii

DAFTAR GAMBAR

4.7 4.8

Blok Diagram Hydrodynamic Damping  Pada SIMULINK . . . . . . Blok Diagram Transformation Euler   Pada SIMULINK . . . . . . . .

35 36

4.9

Blok Diagram Bouyancy   dan Gaya Gravitasi Hydrodinamik  Pada SIMULINK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

4.10 Blok Diagram Kontrol PID Pada SIMULINK   . . . . . . . . . . . . . 4.11   Output   Dinamika Pertambahan Massa, Caroulis dan Daya Apung

36

Pada ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.12   Output  Simulasi Dinamika ROV Kontrol PID (Referensi  input  x =

37

0.5m dan z  = 1   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

5.1 Prosedur Rancang Bangun ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.2 Tampilan Software   AUTOCAD   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39 40

5.3 Desain ROV : a.) Tampak Depan b.) Tampak Belakang c.) Tampak Samping   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

5.4 Bodi/Rangka ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.5 Bodi/Rangka ROV tampak atas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41 42

5.6 Bodi/Rangka ROV Tampak Samping . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.7 Bodi/Rangka ROV Tampak Depan  . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

42 43

5.8 Desain ROV Keseluruhan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.9 Tampilan Fisik Motor Thruster  ROV . . . . . . . . . . . . . . . . .

43 44

5.10 Konfigurasi Rangkaian Joystick  dengan Arduino . . . . . . . . . . . 5.11 Serial Komunikasi Antara   Transmitter  dan   Receiver Joystick  dan

45

Arduino   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5.12 Skema Blok Driver Motor  dan Motor DC . . . . . . . . . . . . . . .

45 46

5.13 Skema Rangkaian Sensor Ultrasonic  . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48

5.14 Hasil Serial Pembacaan Jarak Sensor JSN-SR04 . . . . . . . . . . . . 5.15 Rancangan Sistem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

48 49

6.1 Bagian-bagian Motor Penggerak . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

51

6.2 Keterangan Tombol Untuk Joystick  . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.3 Pengukuran massa ROV   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

52 54

6.4 Pengujian Gerak Robot pada Saat di Air Tampak dari Dalam Air . 6.5 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Posisi Diam   . . . . . . . . . . . .

55 56

6.6 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Tengggelam . . . . . . 6.7 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Naik  . . . . . . . . . . .

56 57

6.8 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Maju . . . . . . . . . . 6.9 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Mundur   . . . . . . . . .

57 57

6.10 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Naik dan Turun . . . .

58

xiv

DAFTAR TABEL

2.1 Notasi standar gerak benda   . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

3.1

Alat dan Bahan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

5.1

Konfigurasi Input Receiver Joystick  PS2 Dengan Arduino   . . . . . .

45

5.2 5.3

Konfigurasi Input  dan Output pin Motor Driver   L298N . . . . . . . Konfigurasi Input  dan Output pin Motor Driver   L298 . . . . . . . .

46 47

5.4 Logika Kebenaran Motor Driver  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

6.1 Hasil Pengujian Kekedapan Pada Sistem Bodi ROV . . . . . . . . . 6.2 Hasil Pengujian Kekedapan Pada Motor Thruster  . . . . . . . . . .

50 51

6.3 Hasil Penekanan Tombol pada Joystick Control   . . . . . . . . . . . . 6.4 Hasil Pengukuran Tegangan Input  dan Output Driver Motor  . . . .

52 53

6.5 Hasil Pengukuran Arus Input  dan Output Driver Motor   . . . . . . .

53

6.6 Data Pengukuran ROV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Hasil Penekanan Tombol pada Joystick Control   . . . . . . . . . . . .

54 56

E.1 Data Pergerakan Posisi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

78

xv

BAB 1 PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang

Perkembangan dunia robotika saat ini telah menjadi suatu hal yang menarik untuk dibicarakan. Penelitian dalam hal sistem navigasi robot juga sudah banyak dilakukan. Sistem navigasi robot merupakan sebuah sistem yang digunakan untuk mengendalikan pergerakan robot. Hasil dari keputusan sebuah navigasi robot diantaranya maju, mundur, belok kanan, belok kiri maupun berhenti. Untuk jenis robot otomatis, pergerakannya berdasarkan kondisi masukan sensor-sensor yang digunakan. Selain robot otomatis, ada juga robot yang navigasinya berdasarkan perintahperintah yang dikirimkan secara komunikasi melalui personal computer   (PC), remote  control   atau joystick  yang dinamakan teleoperated (Adriansyah, 2008). Secara umum, berdasarkan sistem pengendaliannya robot bawah air dibagi men jadi dua jenis yaitu:   Autonomous Underwater Vehicles  (AUV) dan Remotely Operated Vehicles (ROV) (Fossen, 2011).  Autonomous Underwater Vehicles  (AUV) adalah kendaraan bawah air yang mampu bergerak didalam air secara otomatis tanpa adanya kontrol langsung dari manusia (Eng et al.,   2008) . Sedangkan,   Remotely  Operated Vehicle  (ROV) adalah robot bawah air yang dioperasikan oleh seseorang di atas kapal melalui kabel yang membawa sinyal elektrik secara bolak balik antara operator dan wahana ini. Di dalam ROV biasanya terdapat  Charge Coupled Device  (CCD) dan lampu pencahayaan. Beberapa instrument   dapat ditambahkan untuk menambahkan kemampuan ROV seperti   manipulator ,  water sampler , dan  Conductivity, Temperature and Depth   (CTD) (Aras, Abdullah, Rashid, et al., 2013). Dari kedua jenis kendaraan bawah laut tersebut pada dasarnya mempunyai tugas yang sama yaitu untuk melakukan misi atau kegiatan dibawah air tersebut. Akan tetapi satu dengan lainnya mempunyai kelebihan dan kekurangan dalam men jalankan misi bawah air tersebut. Untuk saat ini, pengembangan robot bawah air

1

1.2. Rumusan Masalah

lebih ditekankan pada Remotely Overated Vehicle   (ROV) daripada Autonomous Underwaters Vehicle   (AUV) dikarenakan ROV memiliki kelebihan untuk menjalankan tugas-tugas yang menuntut ketelitian dan keakuratan (Fossen, 2011).

Gambar 1.1 Cara Pengamatan di dalam Air (a.)  Penyelaman langsung oleh manusia  (b.)  Penyelaman oleh Under Water  Robot  Sumber : (Fossen, 2011)

Gambar 1.1(a) memperlihatkan pengamatan kondisi bawah laut yang dilakukan oleh manusia dengan cara menyelam secara langsung kedalam laut. Cara ini mengandalkan keahlian penyelam dalam mengambil gambar/video beserta keadaan bawah laut lainnya. Jika keahlian dan kondisi fisik penyelam kurang optimal, maka keselamatan jiwa penyelam akan terancam dan hasil pengamatan dibawah air pun akan tidak sesuai harapan. Pada  Gambar 1.1(b)   pengamatan bawah laut yang dilakukan oleh robot air (ROV) yang dikontrol oleh operator dari permukaan atas air. Cara ini tidak membahayakan jiwa manusia, tetapi mengandalkan kemampuan operator dalam membuat dan mengoperasikan (ROV) Robot bawah air tersebut (Fossen, 2011). Kurangnya informasi dan pengembangan mengenai ROV di Indonesia, maka penulis mencoba untuk membuat mini ROV. Pembuatan ROV ini lebih ditekankan pada aspek mekanis pergerakan posisi robot. Diharapkan melalui penelitian ini akan semakin bermunculan ide-ide dan inovasi untuk memperkaya kemampuan ROV sehingga dapat membantu kegiatan eksplorasi Sumber Daya Alam (SDA) laut Indonesia.

1.2

Rumusan Masalah

Dalam mengerjakan tugas ini, ada beberapa tahapan permasalahan yang harus diselesaikan, antara lain : 2

1.3. Batasan Masalah

A.Mekanik 1. Bagaimana membuat robot yang sederhana serta mampu mengapung, tenggelam dan melakukan pergerakan navigasi didalam air? 2. Bagaimana membuat sistem kedap air agar piranti elektronika yang berada di kerangka robot tidak rusak dikarenakan oleh air? 3. Bagaimana membuat keseimbangan yang baik ketika robot berada didalam air?

B. Hardware 1. Bagaimana mengintegrasikan Arduino UNO dengan motor thruster   yang dikendalikan dengan control joystick  agar dapat berfungsi sesuai navigasi yang diinginkan? 2. Bagaimana membuat rangkaian elektronika sesimpel mungkin, agar tidak membutuhkan ruangan besar sehingga memudahkan dalam penempatan?

C. Software 1. Membuat simulasi dinamika ROV dengan menggunakan ToolBox   MATLAB/SIMULINK. 2. Bagaimana Membuat program arduino untuk mengendalikan motor thruster  dengan   control wireless joystick   agar dapat berfungsi dengan navigasi yang diinginkan?

1.3

Batasan Masalah

Penelitian ini dilaksanakan sebagai langkah awal untuk membuat Remotely Operated  Vehicle  (ROV) yang dapat digunakan secara luas oleh masyarakat ilmiah. Oleh karena itu, perlu adanya batasan penelitian. Penelitian ini dibatasi dalam hal simulasi dinamika ROV, pembuatan mini ROV dan kinerja secara fisik dari mini ROV ini. Secara khusus batasan penelitiannya adalah: 1. Simulasi dinamika dalam daya apung dan posisi respon ROV menggunakan SIMULINK/MATLAB. 2.   Frame  rangka yang digunakan ROV menggunakan pipa PVC dan dilengkapi dengan box  untuk penempatan piranti sistem elektronika ROV. 3. Uji coba dilakukan di kolam renang dengan maksimum kedalaman 1,7 meter. 3

1.4. Tujuan Penelitian

4. Kinerja yang diukur adalah sistem kekedapan air mini ROV, sistem kendali mini ROV, daya apung mini ROV, pergerakan mini ROV.

1.4

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah 1. Dapat membuat simulasi dinamika ROV dengan software Toolbox MATLAB/SIMULINK. 2. Dapat membuat mini ROV dan menguji kinerjanya di dalam air.

1.5 1.5.1

Metode Pengumpulan Data Studi Literatur

Tahap ini merupakan tahap persiapan dalam menyelesaikan proyek tugas akhir, dimana bertujuan untuk memperoleh teori-teori penunjang yang melandasi pemecahan masalah dilapangan, baik itu bersumber dari referensi, buku diktat,  website , ataupun jurnal ilmiah.

1.5.2

Simulasi Modelling Dinamika ROV

Tahap ini merupakan tahap pembuatan simulasi dinamika ROV, yaitu dengan menggunakan  software Toolbox   MATLAB/SIMULINK.

1.5.3

Perancangan Sistem

Tahap ini penulis merancang suatu sistem (baik  hardware   maupun  software ) yang dalam pembuatannya dilakukan pada tahap berikutnya.

1.5.4

Perancangan Hardware dan Software

Pada tahap ini dilakukan : 1. Pembuatan simulasi dinamika ROV dengan MATLAB/SIMULINK Toolbox  2. Pembuatan Desain ROV dengan  software  AUTOCAD 3. Pembuatan rangka frame  ROV 4. Pembuatan mekanik mini ROV 5. Pembuatan (Arduino) interface  dengan joystick  . 6. Pembuatan driver motor . 4

1.6. Sistematika Penulisan

7. Pembuatan navigasi kontrol arah. 8. Pembuatan program kontrol pada ROV.

1.5.5

Pengujian Analisis Sistem

Dalam tahap ini, dilakukan berbagai macam pengujian diantaranya yaitu menguji keseimbangan ROV didalam air, menguji sistem kedap air pada mini ROV, menguji kesesuaian gerakan kemudi mini ROV dengan perintah yang diberikan, dan menguji pergerakan mini ROV dengan menggunakan sensor jarak. Analisis sistem dilakukan setelah uji coba pengujian, apakah sistem bekerja baik atau belum.

1.5.6

Perbaikan Perangkat Keras dan Perangkat Lunak

Tahap ini dilakukan untuk penyempurnaan mini ROV, bila ada sistem yang belum bisa bekerja optimal sebelum pembuatan laporan.

1.5.7

Pembuatan Laporan Akhir

Pembuatan laporan akhir dilaksanakan setelah semua langkah-langkah terselesaikan sehingga hasil yang diperoleh dari pembuatan alat dapat dijelaskan secara rinci sesuai dengan data-data yang diperoleh.

1.6

Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam tugas akhir ini adalah sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Menguraikan tentang latar belakang, tujuan, permasalahan, batasan masalah, metodologi, dan sistematika pembahasan masalah yang digunakan dalam pembuatan tugas akhir ini. BAB II TEORI PENUNJANG Berisi teori tentang pembahasan secara garis besar ROV, pemodelan ROV, sistem mikrokontroller (Arduino UNO), motor driver   l298N, motor thruster , sensor jarak, sistem rakit rangka ROV, penjelasan secara fisika metode prinsip kerja  underwater  robot , dan software-software   pendukung. BAB III METODE PENELITIAN Membahas secara garis besar tentang perencanaan dan pembuatan sistem ROV yang

5

1.6. Sistematika Penulisan

akan dibangun diantaranya adalah simulasi pemodelan pergerakan ROV menggunakan Simulink Toolbox  MATLAB, perancangan mekanik dan sistem perangkat keras (hardware ). Pada bagian perangkat keras akan membahas tentang pembuatan sistem minimum mikrokontroller 328P, rangkaian  drive motor , pembuatan  motor  thruster   dan rangkaian kontrol. Untuk perangkat lunak akan dijelaskan tentang pembuatan program kontrol pada robot. BAB IV SIMULASI DINAMIKA ROV Membahas simulasi dan analisis dinamika ROV dengan Toolbox   MATLAB/SIMULINK. BAB V RANCANG BANGUN MINI ROV Membahas secara detail bagaimana cara membuat/rancang bangun mini ROV, baik itu dalam pembuatan sistem hardware  maupun software . BAB VI HASIL DAN ANALISA Membahas secara detail hasil dari rancangan pembuatan bodi mini ROV, Pengujian Hardware , pengujian software , pengujian mini ROV didalam air, dan data-data pendukung lainnya. BAB VII Kesimpulan Berisi tentang kesimpulan dan saran yang berdasarkan analisa hasil data yang diperoleh. DAFTAR PUSTAKA Pada bagian ini berisi tentang referensi-referensi yang telah dipakai oleh penulis sebagai acuan dan penunjang serta parameter yang mendukung penyelesaian tugas akhir ini, baik secara praktis maupun teoritis.

6

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Definisi  Remotely Operated Vehicle   (ROV)

Menurut Fredrik Dukan Remotely Operated Vehicle   (ROV) adalah robot bawah air yang dapat ber-manuver   secara tinggi, dioperasikan oleh seseorang di atas kapal. ROV dihubungkan dengan kabel yang membawa sinyal elektrik secara bolak balik antara operator  dan wahana ini (Dukan, 2014). Peneliti Mohd Aras menjelaskan ROV adalah wahana bawah air yang bertenaga listrik dan dikontrol oleh operator, dapat ber-manuver   sesuai perintah dengan motor pendorong elektrik dan juga terdapat kamera yang dipasang dalam wadah tahan air, yang melekat pada kabel ke permukaan dimana sinyal video yang dikirim. Sebuah ROV menerima energi dan informasi perubahan dengan panel kontrol yang terletak di permukaan melalui kabel. Dari panel kontrol, operator dapat mengendalikan menggunakan joystick   untuk manuver  ROV secara langsung, (Gambar 2.1) (Aras, Abdullah, Rashid, et al., 2013).

Gambar 2.1 Komponen Dasar ROV Sumber : (Aras, Abdullah, Rashid, et al., 2013)

Penelitian lain yang dilakukan oleh Luis Govinda Garc´ıa-Valdovinos membahas tentang pentingnya peranan ROV ini pada sejumlah misi pada air dangkal dan dalam untuk ilmu kelautan, ekstraksi dan eksplorasi minyak dan gas dimana ROV yang

7

2.2. Klasifikasi ROV

terbentuk diberi nama Kaxan ROV (gambar 2.2). Pada aplikasi ini, gerakan ROV dipandu oleh pilot pada kapal pendukung permukaan melalui kabel  umbilical   yang memberikan daya dan  telemetri  atau dengan pilot otomatis (Garc´ıa-valdovinos et al., 2013).

Gambar  2.2 Kaxan ROV Sumber : (Garc´ıa-valdovinos et al., 2013)

Teknologi robot bawah air (ROV) dalam aplikasinya ternyata telah menghasilkan efisiensi kinerja bila dibandingkan dengan cara konvensional, bahkan ROV mampu menjalankan tugas yang teknologi konvensional tidak mampu melakukannya. Dengan ROV, banyak sekali penemuan-penemuan besar terjadi sehingga keberadaan ROV sampai saat ini sangat dibutuhkan untuk melaksanakan misi didalam air. Dalam proyek tugas akhir ini agar ROV bisa menjalankan misi dalam air dengan baik dan optimal maka dalam merancang, membuat dan mengimplementasikan robot bawah air, diperlukan pemahaman tentang teori-teori yang berhubungan dengan pembuatan robot bawah air tersebut.

2.2

Klasifikasi ROV

Ada beberapa jenis ROV yang telah dikembangkan di dunia (Gambar 2.3). Beberapa ahli telah mengklasifikasikan ROV menjadi beberapa kelompok. mengklasifikasikan sistem ROV menjadi tiga kategori dasar yaitu (Fossen, 2011). 1.   Observation class   (Kelas observasi). ROV kelas observasi didesain secara khusus untuk penggunaan yang ringan dengan sistem propulsi untuk membawa paket kamera dan sensor ke tempat yang dapat diambil gambar atau data yang berguna. ROV kelas observasi yang terbaru memiliki kemampuan yang lebih dari hanya sekedar melihat. Penambahan peralatan dan instrumen di dalam ROV memungkinkan wahana ini untuk melakukan kegiatan sebagai wahana bawah air yang memiliki fungsi penuh. 2.   Work class   (Kelas pekerja). Sistem ROV ini secara umum memiliki bingkai yang besar (ukuran dalam meter) dengan multifungsi   manipulator ,  propulsi  8

2.3. Bentuk dan Dimensi ROV

hidrolik , dan peralatan berat yang digunakan untuk proyek konstruksi bawah air. 3.  Special use  (Fungsi Khusus). Sistem ROV ini menggambarkan wahana bawah air yang didesain untuk tujuan khusus. Contoh wahana ini adalah ROV yang digunakan untuk membenamkan kabel di dasar laut. ROV didesain untuk mengeruk dasar laut agar dapat membenamkan kabel telekomunikasi.

Gambar 2.3 Berbagai Jenis Remotely Operated Vehicle   (ROV) Sumber : (Fossen, 2011)

2.3

Bentuk dan Dimensi ROV

Perancangan ROV ini diinspirasikan dari ROV sebelumnya, yaitu ROV   Seaperch , dengan beberapa modifikasi dan penyesuaian dilakukan. Bahan badan robot terbuat dari PVC ringan. Hal ini dirancang agar memudahkan perancangan atau perawatan rangkaian elektronika yang diletakkan pada bagian dalamnya. Dalam perancangan pembuatan desain ROV harus memperhatikan bagian-bagian yang harus dimiliki oleh ROV. ROV sendiri sama halnya dengan jenis robot lain. Terdapat beberapa bagian utama yang harus ada jika ingin membangun ROV. Pada Gambar 2.4 merupakan gambaran umum tentang bagian desain ROV sebagai syarat dari pembuatan desain yang terdiri dari frame, motor thruster, control system  (Morgan, 2015).

Gambar 2.4   Seaperch  ROV Sumber : (Morgan, 2015)

9

2.3. Bentuk Bentuk dan dan Dimensi Dimensi ROV ROV

2.3.1 2.3.1

Koordin Koordinat at dan dan Defin Definisi isi Posi Posisi si ROV ROV

Koordinat merupakan hal yang diperlukan untuk membahas gerakan kendaraan bawah air di enam derajat kebebasan untuk menentukan posisi dan orientasi dalam tiga dimensi ruang dan waktu. Yang pertama 3 dari 6 koordinat koordinat kebebasan kebebasan (x, y, z) adalah untuk menentukan posisi dan gerak translasi sepanjang X, Y, Z dan  ϕ,  ϕ, ϑ, ψ adalah untuk orientasi dan gerak rotasi(Henriksen rotasi(Henriksen,,  2014  2014)( )(Chin, Chin, 2012). 2012). Keteta Ketetapan pan untuk kendaraan bawah air komponen yang disebutkan di atas didefinisikan sebagai surge, sway, heave, roll, pitch, dan yaw . Posisi Posisi gerak translasi translasi dan orientasi gerak rotasi kaku bodi (di mana posisi relatif semua titik adalah konstan) dapat dijelaskan sehubungan sehubungan dengan posisi referensi. referensi. Untuk Untuk tujuan ini, beberapa set orthogonal  set  orthogonal  sumbu koordinat yang dipilih dan diasumsikan kaku terhubung ke asal dari bodi untuk membangun kerangka acuan(Chin, acuan(Chin, 2012). 2012). Demikian pula, kekuatan dan momen yang bekerja pada kendaraan bawah air harus direferensikan ke frame  ke  frame  yang  yang sama. Dalam penelitian ini, notasi standar adalah digunakan untuk menggambarkan jumlah arah kebebasan 6 DOF yang disebutkan diatas dan dirangkum dalam Tabel 2.1. Catatan bahwa bahwa dengan konven konvensi si untuk kendaraan bawah air, x-arah positif diambil sebagai depan, y-arah positif diambil ke kanan, z-arah positif adalah diambil sebagai bawah, dan aturan tangan kanan berlaku untuk sudut( sudut(Chin, 2012). 2012).

DOF 1.   2.   3.   4.   5.   6.

Motio Motion n Surge  Sway  Heave  Roll  Pitch  Yaw 

Tabel 2.1 Notasi standar standar gerak gerak benda Sumber : (Dukan, (Dukan, 2014) 2014) Forc orce and and Mome Moment nt Lini Linier er and and Angul ngular ar Posi Positio tion n and and Eule Eulerr angl angles  es  X u x  Y v y  Z w z  K p φ M q  θ N r  ψ

Pada Gambar 2.5 merupakan penentuan kerangka acuan badan ROV dan kerangka acuan bumi yang akan digunakan sebagai standar dalam penentuan gerak benda sebagaimana pada Tabel 2.1.

2.3.2 2.3.2

Kinema Kinematik tika a Model Model RO ROV V

Kinematika adalah bagian dari dinamika yang mempelajari gerakan suatu benda tanpa memperhatikan memperhatikan gay gaya-ga a-gaya ya yang yang menyeb menyebabk abkan an gerakan gerakan benda. Deskripsi Deskripsi kinematika dari ROV didasarkan pada dua macam kerangka acuan, yaitu kerangka

10

2.3. Bentuk Bentuk dan dan Dimensi Dimensi ROV ROV

Gambar 2.5 Gambar  2.5 Kerangka Kerangka acuan badan ROV dan kerangk kerangka acuan bumi. acuan badan ROV dan kerangka acuan bumi(Henriksen bumi(Henriksen,,  2014  2014). ). Untuk Untuk menentukmenentukan kerangka inersia digunakan kerangka acuan bumi dengan mengasumsikan bahwa bumi adalah datar dan pergerakanny pergerakannya a diabaikan. diabaikan. Untuk Untuk benda yang bergerak dalam tiga dimensi, variabel-variabel yang digunakan untuk menggambarkan model kinematikanya adalah sebagai berikut(Chin, berikut(Chin, 2012) 2012) η  = [η1 , η2 ]τ   posisilinier;  posisilinier ; η1  = [x,y,z] x,y,z]τ 

(2.1)

 posisisudut;  posisisudut; η2  = [φ,θ,ψ] φ,θ,ψ]τ 

(2.2)

v  = [v1 , v2 ]τ  kecepatanlinier; kecepatanlinier ; v1  = [u,v,w] u,v,w]τ 

(2.3)

kecepatansudut; kecepatansudut; v2  = [ p,  p, q, r ]τ 

(2.4)

τ 1  = [X,Y,Z ]τ 

(2.5)

τ 2  = [K,M,N ]τ 

(2.6)

Vector η   merupakan koordinat posisi dan orientasi pada ROV dalam kerangka acuan bumi, sedangkan vektor v  merupakan vektor kecepatan dan τ   τ   berdasarkan acuan badan ROV yang menunjukkan vektor gaya dan momen yang bekerja pada ROV(Chin ROV(Chin,,  2012  2012). ).

11

2.3. Bentuk Bentuk dan dan Dimensi Dimensi ROV ROV

Untuk mendapatkan persamaan kinematika dari ROV, dibutuhkan formula untuk merubah variabel di atas dari acuan ROV ke acuan bumi, matriks transformasinya biasa dituliskan seperti dibawah ini(Chin, ini( Chin, 2012). 2012). η˙  = J   =  J ((η2 )v J (η2 ) = J 1 (η2 )

 

(2.7)

0

(2.8)

0 J 2 (η2 ) v Dimana, J  Dimana,  J 1 (η2 ) dan J  dan  J 2 (η2 ) adalah :

cos ψ cos θ J 1 (η2 ) =

−

sin φ cos θ sin θ

sin ψ + cos ψ sin θ sin φ

sin ψ + cos ψ sin θ sin φ cos θ sin φ

−

sin ψ sin φ + cos ψ sin θ cos φ −

cos ψ sin φ + sin ψ sin θ cos φ cos θ cos φ (2.9)

Transformasi kecepatan rotasi koordinat yang kedua berkaitan antara koordinat body-fixed and earth-fixed ( earth-fixed (Chin, 2012) 2012)

1  J  (η ) =  0 2

cos φ tan θ

cos φ sin φ sin φ cos /θ cos φ/ cos θ −

2

0

2.3.3 2.3.3

sin φ tan θ −

 

(2.10)

Perta Pertamb mbaha ahan n Mass Massa a dan  dan   Caroulis centripetal  RO ROV V

Kerangka acuan (body-fixed  (body-fixed ) dipilih menjadi pusat gravitasi, diantaranya x diantaranya  xG  = y  =  y G  = zG  = 0. Koefisien massa adalah X  adalah  X u˙ , Y v˙ , Z w˙ , K  p˙ , M q˙ , N r˙  sedangkan element - element diagonal diagonal inersia inersia adalah I  adalah I xx dan  I zz xx , I xy xy , I xz xz , I yx yx , I yy yy , I yz yz , I zx zx , I zy zy dan I  zz . Massa total inersia dapat dihitung dengan menghitung massa ditambahkan koefisien massa dan elemenelemen diagonal inersia yang digunakan, yaitu (Chin ( Chin,,  2012  2012)) : m

 X u˙ 0 0 m  Y v˙

0 0

−

 −

M  =

0 0

0 0

0 0

0 0

m

0 0

 Z w˙ 0 0 I xx  K  p˙ xx

−

−

0 0

I yx yx I zx zx

I yy yy

0 0

0 0

0 I xy xy

0 I xz xz

 M q˙

−

I zy zy

(2.11)

I yz yz I zz  N r˙ zz −

12

2.3. Bentuk dan Dimensi ROV

C (v) = C R v + C A v   adalah  centripetal  dan caroulis matrix  yang termasuk pada pertambahan massa C A v dan rigid-body   adalah C R v. C RA (v) =

03x3

C 12 (v)

(2.12)

T  (C 12 (v)) C 22 (v)

−

m(yG q  + zG r) C 12 (v) =

−

(2.13)

m(yG p + w) m(zG r + xG p) m(yG r  u) m(zG p  v) m(zG q  + u) m(xG p + yG q ) −

 −

0

−

−

I yz q   I xz p + I z r −

I yz q  + I xz p  I z r 0 I yz r  I xy p + I y q I xz r + I xy q   I x p  −

−

m(xG r + v)

−

−

−

C 22 (v)

m(xG q   w)

−

−

−

I yz r + I xy p

 I y q 

−

(2.14)

I xz q   I xy q  + I x p 0

−

−

pada pusat gravitasi x G  = y G  = z G  = 0

2.3.4

Dinamika ROV

Berdasarkan Hukum dasar Newton kedua, kita bisa memperoleh persamaan dari gerak untuk ROV dengan asumsi rigid body  yang diturunkan dari persamaan dinamik yang secara umum adalah F = ma, dimana F adalah gaya eksternal yang beker ja pada pusat massa dari benda dengan satuan (N), sedangkan ma adalah massa (kg) dan percepatan (m/s2). Gaya eksternal terdiri dari gaya   radiation-induced, enviromental  dan propulsive . Gaya  radiational-indusced  terdiri dari gaya damping hidrodinamik, gaya restorsi(Henriksen, 2014). Walaupun turunan dari persamaan dinamik langsung didapatkan dari berbagai sumber referensi, pada bagian ini akan diringkas untuk mendapatkan data dan referensi yang lengkap mengenai model persamaan dinamika gerak dari ROV(Chin, 2012). Persamaan gaya aksial (surge):

 X 

ext  = m

 du dt

+ qw

 dq   rv + zG dt

−

−

dr yG  + ( pxG  + qy G  + rz G ) p dt

2

2

2

 ( p + q  + r )xG

−

(2.15)

 X  xt = m u + wq  ˙ e

 vr

−

 xG (q 2 + r 2 ) + zG ( pr + q ˙



−

 

(2.16)

Persamaan gaya lateral (sway) :

 Y  xt = m [v˙ e

 wp + ur + xG ( pq  + r)z ˙ G (qr

−

 p)] ˙

−

(2.17) 13



2.4.

Gaya Apung dan Gravitasi ROV

Persamaan gaya normal (heave) :

 Z  xt = m w ˙ e

−

 uq  + vp + xG ( pr

−

q ˙)

 zG (q 2 + p2 )



−

 

(2.18)

Persamaan momen rotasi rolling :

 K  xt = l x p˙ e

x

 lx y + (lz z

 ly y)qr

−

−

 m[zG (v + ur ˙

−

 wp)]

−

(2.19)

Persamaan momen rotasi pitching  :

 M  xt = l y ˙q  + (l x e

y

x

 −

 lz z) pr + m[zG (u + wq  ˙  vr) −

 xG (w + vp ˙

−

 uq ) ] (2.20)

−

Persamaan momen rotasi yaw  :

 N  xt = l zr + ˙ (l y e

2.4

z

y

−

 lx x) pq  + m[zG (v + ur ˙

 wp)]

−

(2.21)

Gaya Apung dan Gravitasi ROV

g(η) merupakan istilah untuk menggambarkan gravitasi dan gaya apung (Henriksen, 2014). Gaya gravitasi dan daya apung adalah fungsi dari orientasi pada pergerakan ROV. Ketika terendam sepenuhnya, daya apung ROV adalah sama dengan berat air yang dipindahkan, yaitu B = ρ.g.V   dimana ρ  adalah densitas fluida dan v adalah volume ROV. Dalam sistem koordinat  body-fixed , vektor gaya pemulih menjadi (Chin, 2012)

(W   B)sin θ −

(W   B)cos θ sin φ (W   B)cos θ cos φ

g(η) =

−

−

−

−

(yG W   yb B)cos θ cos φ + (zG W   zB B)cos θ sin φ (zG W   zb B)sin θ + (xG W   xB B)cos θ cos φ

−

−

(2.22)

−

−

−

(X G W   xb B)cos φ sin φ  yG W   yB B)sin θ

−

−

 −

−

ROV dibuat menjadi gaya apung netral dengan menambahkan pelampung tambahan atau menyeimbangkan massa, berat ROV dapat dibuat sama dengan kekuatan daya apung, W  = B. Dan dengan menempatkan massa tambahan pada ROV pada lokasi yang tepat, XY koordinat pusat apung bertepatan dengan XY koordinat pusat gravitasi, yang x G = x B = 0, yG = y B  = 0. Persamaan (2.27) menjadi(Chin,

14

2.5. Rangka

2012) 0 0 g(η) = (zG

0  zB )W  cos θ cos φ

(zG

2.5

(2.23)

−

 zB )W  sin θ 0

−

Rangka

Rangka yang digunakan dalam ROV dapat berasal dari beberapa bahan seperti : aluminium, pipa PVC, dan Polimetil Metakrilik. Ukuran rangka ROV sangat bergantung dari beberapa kriteria berikut: 1. Berat total ROV di udara, 2. Volume komponen di dalam ROV, 3. Volume daya apung, ROV yang akan dibuat menggunakan pipa PVC dan pipa besi. Pipa PVC digunakan karena memiliki kelebihan yakni sulit rusak, tahan lama, tidak berkarat, membusuk, dapat digunakan setiap waktu, dan awet(Morgan, 2015).

2.6

Motor DC (Direct Current )

Jenis motor dapat dibedakan menjadi dua yakni motor AC (Alternating Current ) dan motor DC (Direct Current ). Sejauh ini, ROV menggunakan motor DC karena kekuatan, ketersediaan, keragaman, kehandalan, dan kemudahan antarmuka (interface ). Bagaimanapun juga motor DC memiliki kesulitan dalam desain dan karakteristik operasionalnya. Motor DC biasa digunakan karena memiliki kecepatan dan torsi yang bagus serta mudah dikontrol arah putaran dan kecepatannya (Waren,   2011). Motor DC memiliki 2 pin input yaitu tegangan dan   ground   (Gambar 2.6). Pembalikan arah putaran motor DC dapat dilakukan dengan membalikkan masukan tegangan dan ground (Adriansyah, 2008).

15

2.7. Motor Pendorong Thruster 

Gambar 2.6 Konfigurasi Motor DC

2.7

Motor Pendorong  Thruster 

Sistem penggerak ROV terdiri dari dua pendorong atau lebih, dan biasanya memakai motor DC yang dipadukan dengan sebuah  propeller   atau kipas pendorong untuk menghasilkan gaya dorong yang terlihat pada Gambar 2.7 (Nazer, 2014).   Bilge pump   merupakan salah satu jenis pompa yang menggunakan motor DC untuk menggerakkan pompa ini.  Bilge pump biasa digunakan di dalam kapal atau perahu untuk menyedot air yang ada di lambung kapal ( Aras, Abdullah, Rashid, et al., 2013).   Bilge pump   dioperasikan pada tegangan 12 VDC dengan arus yang sesuai dengan tipe dari bilge pump itu sendiri. ROV yang akan dibuat menggunakan motor DC pada bilge pump ini sebagai penggerak ROV karena motor ini sudah kedap air.

Gambar 2.7 Tampilan Fisik Motor Pendorong (Thruster)

Penempatan motor dapat mempengaruhi stabilitas ROV. Pada ROV, stabilitas diperlukan agar ROV mudah dikendalikan. Penempatan motor yang baik dapat dilihat pada Gambar 2.8(Aras et al., 2015)

2.8

Baling-Baling  (Propeller)

Baling-baling adalah salah satu tipe kipas yang menghasilkan tenaga dari hasil rotasi menjadi dorongan, seperti digunakan pada kapal laut. Sekat dari baling-baling seperti sayap, hal tersebut membangkitkan perbedaan tekanan antara bagian depan dan belakang sekat baling-baling dan memindahkan massa air ke belakang (Aras, 16

2.9. Hukum Archimedes

Gambar 2.8 Penempatan Motor dan Stabilitasnya Sumber : (Aras et al., 2015) Abdullah, Rahman, & Aziz, 2013). Berdasarkan bentuk sekat, baling-baling dapat dibedakan menjadi tiga jenis (Fossen, 2011), diantaranya : 1. Bentuk sekat yang paling umum digunakan yaitu elips. Salah satu keuntungan bentuk ini adalah mengurangi kemungkinan baling-baling tersangkut di tali. 2. Sekat dengan ujung yang runcing memiliki efisiensi lebih, tetapi muatan dorongan jadi lebih berkurang. 3. Sekat dengan ujung lebih melebar sangat berguna dalam menambah kecepatan. Bentuk ini biasanya digunakan untuk desain khusus. Bentuk sekat baling-baling dapat dilihat pada Gambar 2.09

Gambar  2.9 Bentuk Baling-Baling Sumber : (Fossen, 2011)

2.9

Hukum Archimedes

Hukum Archimedes menyatakan sebagai berikut, Sebuah benda yang tercelup sebagian atau seluruhnya ke dalam zat cair akan mengalami gaya ke atas yang besarnya 17

2.9. Hukum Archimedes

sama dengan berat zat cair yang dipindahkannya(Paul A. Tipler, 1998). Besarnya gaya ke atas menurut Hukum Archimedes ditulis dalam persamaan (Paul A. Tipler, 1998) F a  = ρ.g.V 

 

(2.24)

Keterangan : F a  = gaya ke atas (N ) ρ = massa jenis zat cair (kg/m3 ) g = percepatan gravitasi (N/kg) V  = volume benda yang tercelup (m3 )

Bila benda dicelupkan ke dalam air maka ada tiga kemungkinan yang akan dialami oleh benda tersebut, yaitu mengapung, melayang dan tenggelam(Paul A. Tipler, 1998). Suatu benda dikatakan terapung dalam zat cair bila sebagian benda tercelup dan sebagian lagi muncul di udara, dengan kata lain benda akan terapung diatas permukaan air bila massa jenis benda lebih kecil dari massa jenis zat cair seperti terlihat pada gambar 2.10 berikut(Haliday, David Resnick, 1985) :

Gambar  2.10 Contoh Hukum Archimides Sumber : (Haliday, David Resnick, 1985)

Berdasarkan hukum Newton I, bila suatu benda dalam keadaan diam (setimbang), maka resultan gaya yang bekerja pada benda harus sama dengan nol (Paul A. Tipler, 1998).

F a

 F  = 0, sehingga

 W b  = 0, maka didapatkan

−

F a  = W b

 

(2.25)

18

2.10. Arduino Uno

Berdasarkan hubungan massa dan berat benda: W b  = m.g

 

(2.26)

Dari persamaan : m = ρ.V   ,maka W b  = ρ b .V b .g

 

(2.27)

Berdasarkan hukum Archimedes bahwa besarnya gaya apung yang dikerjakan fluida pada benda adalah sama dengan berat fluida yang dipindahkan oleh benda. Maka kita subtitusikan persamaan (2.24) dan persamaan (2.27) kedalam persamaan (2.28)(Paul A. Tipler, 1998) maka diperoleh: F a  = W b

 

(2.28)

ρf .V bf .g = ρ b .V b .g

ρf .V bf  = ρ b .V b

ρb  = (

V bf  ρf ) V b

 

 

(2.29)

(2.30)

(2.31)

dimana : F a  = gaya ke atas (N ) W  = gaya berat benda (N ) V bf  = volume benda yang tercelup dalam fluida ( m3 ) V b  = volume benda seluruhnya (m3 ) ρf  = massa jenis fluida (kg/m3 ρb  = massa jenis benda (kg/m3 )

2.10

Arduino Uno

2.10.1

Definisi Arduino Uno

Arduino uno merupakan sebuah board  mikrokontroler yang didasarkan pada ATmega328 (Banzi, 2012). Arduino ini memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah komputer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya. Arduino UNO merupakan single-board  mikrokontroler 19

2.10. Arduino Uno

yang bersifat  open-source  dan merupakan rangkaian sistem minimum yang diperlukan pada dasar pemrograman   digital . Arduino UNO memiliki 14 pin  digital input/output  (6 diantarnya dapat digunakan sebagai   output   PWM), 6 input analog . resonator keramik/crystal   16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah  power jack ,   header   ICSP, dan tombol reset(Waren, 2011). ATmega328 pada Arduino Uno hadir dengan sebuah bootloader  yang memungkinkan kita untuk meng-upload   kode baru ke ATmega328 tanpa menggunakan pemrogram hardware eksternal (Banzi, 2012).

2.10.2

Struktur Arduino UNO

Untuk struktur pada Arduino UNO dapat dilihat pada gambar 2.11 :

Gambar 2.11 Struktur Arduino UNO Sumber : (Darmawaan, 2014)

2.10.3

Spesifikasi Arduino UNO

Spesifikasi Arduino UNO dapat dijelaskan sebagai berikut(Darmawaan, 2014) •

  Terdapat 14 pin input/output digital  (0-13), Berfungsi sebagai input   atau output , dapat diatur oleh program. Khusus untuk 6 buah pin 3, 5, 6, 9, 10 dan 11, dapat juga berfungsi sebagai pin  analog output  dimana tegangan  output -nya dapat diatur. Nilai sebuah pin output analog  dapat diprogram antara 0-255, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0-5 V

•

 USB, Berfungsi untuk memuat program dari komputer ke dalam papan, komunikasi serial  antara papan dan komputer, dan memberi daya listrik kepada papan.

•

 Sambungan SV1, Sambungan atau jumper   untuk memilih sumber daya papan, apakah dari sumber eksternal atau menggunakan USB. Sambungan ini tidak 20

2.11. Catu Daya (Power Supply )

diperlukan lagi pada papan Arduino versi terakhir karena pemilihan sumber daya eksternal atau USB dilakukan secara otomatis. •

 Q1 - Kristal (quartz crystal oscillator ), Jika mikrokontroler dianggap sebagai sebuah otak, maka kristal adalah jantung-nya karena komponen ini menghasilkan detak-detak yang dikirim kepada mikrokontroler agar melakukan sebuah operasi untuk setiap detak-nya. Kristal ini dipilih yang berdetak 16 juta kali per detik (16 MHz).

•

  Tombol Reset   S1, untuk me-reset   papan sehingga program akan mulai lagi dari awal. Perhatikan bahwa tombol reset   ini bukan untuk menghapus program atau mengosongkan mikrokontroler.

•

  In-Circuit Serial Programming   (ICSP),  port  ICSP memungkinkan pengguna untuk memprogram mikrokontroler secara langsung, tanpa melalui bootloader . Umumnya pengguna Arduino tidak melakukan ini sehingga ICSP tidak terlalu dipakai walaupun disediakan.

•

•

•

 IC 1 - Mikrokontroler ATmega, komponen utama dari papan Arduino, di dalamnya terdapat CPU, ROM dan RAM.  X1 - sumber daya eksternal, jika hendak disuplai dengan sumber daya eksternal, papan Arduino dapat diberikan tegangan DC antara 9-12V.  Enam pin input analog  (0-5), pin ini sangat berguna untuk membaca tegangan yang dihasilkan oleh sensor analog, seperti sensor suhu. Program dapat membaca nilai sebuah pin input  antara 0 - 1023, dimana hal itu mewakili nilai tegangan 0 - 5V.

2.11

Catu Daya (Power Supply )

Power supply  adalah alat atau sistem yang berfungsi untuk menyalurkan energi listrik atau bentuk energi jenis apapun yang sering digunakan untuk menyalurkan energi listrik. Secara prinsip rangkaian power supply   adalah menurunkan tegangan AC, menyearahkan tegangan AC sehingga menjadi DC, menstabilkan tegangan DC yang terdiri atas transformator, dioda dan kapasitor atau kondensator(Adriansyah, 2008).

2.12

Motor Driver L298N

Motor driver  adalah rangkaian elektronik yang berfungsi untuk memperkuat arus dan tegangan yang dibutuhkan oleh motor. Jika suplai arus dan tegangan kecil, 21

2.13. Sistem Komunikasi Antara Joystick dengan ROV

maka tidak akan berputar secara maksimal.   Motor driver IC L298   pada Gambar 2.12 memiliki fungsi yaitu sebagai pengendali motor. Dalam IC ini juga terdapat dua buah pengendali yang dapat digunakan untuk mengendalikan dua buah motor. IC L298 mampu mengalirkan arus hingga 4 A dan menerima tegangan 0-46 volt (Waren, 2011).

Gambar  2.12 Tampilan Fisik Motor driver   L298 Sumber : (Waren, 2011)

2.13

Sistem Komunikasi Antara Joystick dengan ROV

Sebagai bentuk cara komunikasi atau interaksi manusia dengan robot, maka perlu adanya data-data yang diinputkan kedalam suatu sistem robot untuk dibaca oleh robot tersebut. Terkait hal tersebut, teknologi wireless   dapat digunakan pada media transmisi  data dari media input  kedalam sistem ROV yaitu dengan memanfaatkan gelombang radio frekuensi transmitter  dan receiver (Aras, Abdullah, Rashid, et al., 2013).

2.13.1   Transmitter  dan Receiver Wireless Pada   wireless transmitter   terdapat beberapa tombol sebagai masukan data. Jika wireless transmitter  menerima suatu masukan data, maka kemudian masukan data tersebut dikirim ke bagian  receiver . Selanjutnya dari receiver   dikirim ke mikrokontroler melalui komunikasi SPI (Aras, Abdullah, Rashid, et al., 2013).

2.13.2

Joystick Wireless PS2 

Pada Gambar 2.13 merupakan Joystick Wireless  yang terdiri dari dua modul, yaitu modul transmitter   dan modul  receiver . Modul transmitter   berfungsi sebagai data input   dan mengirim data  input   tersebut ke modul   receiver . Sedangkan modul receiver  berfungsi sebagai penerima data yang dikirim dari modul transmitter . Pada

22

2.13. Sistem Komunikasi Antara Joystick dengan ROV

setiap joystick   terdapat kontroler yang bertugas untuk berkomunikasi dengan  console comunication . Komunikasi yang digunakan adalah  serial sinkron , yaitu data dikirim satu per satu melalui jalur data. Untuk mengkoordinasikan antara pengirim dan penerima terdapat satu jalur clock  (Technology et al., 2013).

Gambar 2.13   Joystick Wireless PS2 

2.13.3

Konfigurasi Diagram joystick 

Konfigurasi pin wiring connector joystik wireless PS2 , berikut Gambar 2.14 :

Gambar 2.14 Konfigurasi Pin Joystick PS2 Wireless  Sumber :(www.billporter.com) Joystick wireless  menggunakan komunikasi SPI (Serial Pheripehal Interface) atau biasa orang sebut sebagai 3 wire interface . Adapun penjelasan setiap pin dari connector joystick controller  sebagai berikut : 1.   Data  : Dihubungkan pada pin PA.7 pada mikrokontroler. 2.   Command  : Dihubungkan pada pin PA.6 pada mikrokontroler 3.   Motor Vibrate   : Vcc 4.   Ground  :   Ground  5. Vcc   : 3,3v 6.   Attention   : Dihubungkan pada pin PA.5 7.   Clock  : Dihubungkan pada pin PA.4 (SCK) 23

2.14. Sensor Jarak (JSN-SR04)

8. NC : Tidak dihubungkan 9. ACK : Tidak dihubungkan

2.14

Sensor Jarak (JSN-SR04)

Sensor jarak (JSN-SRO4) merupakan sensor pengukur jarak berbasis gelombang ultrasonic . Prinsip kerja sensor ini mirip dengan radar ultrasonic . Gelombang ultrasonic  di pancarkan kemudian diterima balik oleh   receiver ultrasonic . Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek. Sensor ini cocok untuk aplikasi elektronik yang memerlukan deteksi jarak termasuk untuk sensor pada robot. Sensor ini dapat digunakan didalam air, karena bersifat waterproof . Pada Gamabar 2.15 Berikut adalah gambar tampilan sensor jarak (JSN-SR04) (Fauzi, 2009).

Gambar 2.15 Sensor Ultrasonic  (JSN-SR04) Sumber : (Fauzi, 2009)

2.15

Software Penunjang Penelitian

2.15.1

IDE Arduino

Software  Arduino berfungsi membuat program yang ditanamkan pada  chip   Arduino. Bahasa pemrograman yang digunakan oleh arduino yaitu bahasa C/C++ library  yang terhubung dengan CVAVR Libc  sehingga dapat menjalankan fungsi  AVR Libc (Sanjaya, 2015). Bagian-bagian dari software   Arduino yaitu sebagai berikut (Banzi, 2012). 1.  Editor program , berfungsi untuk menulis atau mengubah kode program sesuai yang diinginkan. 2.   Compiler , berfungsi untuk mengubah kode program menjadi kode biner yang selanjutnya dikirim ke hardware  Arduino melalui kabel USB   secara otomatis. 24

2.15. Software Penunjang Penelitian

3.   Verify , berfungsi untuk memverifikasi tingkat kevalidan program yang telah dibuat. Tampilan software   Arduino dapat dilihat pada Gambar 2.16 berikut.

Gambar  2.16 Jendela atau Tampilan Softwere  Arduino 1.0.5-r2

2.15.2

MATLAB

Matlab yaitu sebuah program untuk menganalisis dan mengolah data numerik , yang  juga merupakan bahasa pemrograman matematika lanjutan berupa dasar pemikiran dalam bentuk matriks. Matlab dikembangkan oleh The Mathwork Inc   dengan fungsi dan karakteristik yang berbeda dengan bahasa pemrograman lain yang sudah ada lebih dahulu seperti   Delphi, Basic   maupun C++. Matlab berkembang menjadi sebuah  environment   pemrograman yang canggih yang berisi fungsi-fungsi   built-in  untuk melakukan tugas pengolahan sinyal, aljabar linier dan kalkulasi matematis lainnya (Sanjaya, 2015). Beberapa manfaat dari Matlab, antara lain : 1. Perhitungan matematika 2. Komputasi numerik 3. Simulasi dan pemodelan 4. Visualisasi dan analisis data 5. Pembuatan grafik untuk keperluan sains dan teknik 6. Pengembangan aplikasi, misalnya memanfaatkan GUI Matlab.

25

2.15. Software Penunjang Penelitian

Gambar 2.17 Tampilan Software   MATLAB V.R2008a

2.15.3

Proteus 7 Profesional

Proteus adalah software untuk mendesain PCB sebelum rangkaian diupgrade ke PCB sehingga dapat meminimalisir kesalahan pada PCB yang akan dicetak. Proteus mengkombinasikan program ISIS untuk membuat skematik desain rangkaian dengan program ARES untuk membuat layout PCB dari skematik yang dibuat. Tampilan software  proteus dapat dilihat pada Gambar 2.18 (Swarzkop, 2013).

Gambar 2.18 Tampilan Software   Proteus

2.15.4

Processing Development Environment   (PDE)

Processing   adalah software open source   yang sangat fleksibel berbasis skechbook  dan sebuah bahasa untuk membuat program dalam konteks seni visual. PDE merupakan fasilitas untuk mempermudah penulisan program processing (M. Sanjaya, 2015). software processing  dapat dilihat pada Gambar 2.19.

26

2.15. Software Penunjang Penelitian

Gambar 2.19   Software   Processing Program yang ditulis pada  processing   disebut   sketch .   Sketch   ini ditulis pada text editor. Fitur ini memiliki fasilitas  cut/paste  dan  search/replace   sebuah   text . Message area   memberikan feed back  saat menyimpan ataupun mengubah dan juga dapat menampilkan error .   Console  menampilkan output text   dari sketch processing  termasuk pesan   error   secara lengkap dan   output text   dari   sketch   dengan fungsi print() dan println().

Gambar 2.20 Tampilan Software   Processing Gambar 2.20 merupakan tombol pada toolbar berfungsi untuk menjalankan dan mematikan program : 1. Run  Memulai sketch . dalam mode java, tombol ini berfungsi untuk menjalankan kode program dan membuka tampilan baru window. 2.   Stop Mematikan  sketch  yang sedang berjalan.

27

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

3.1

Kontribusi

Metode penelitian pada dasarnya merupakan cara ilmiah untuk mendapatkan data dengan tujuan dan kegunaan tertentu. Kontribusi penelitian ini dari segi  output  mini ROV adalah untuk mengetahui gambaran-gambaran analisa dalam simulasi pada ROV dengan menggunakan Toolbox   SIMULINK dan dapat menggerakan posisi manuver  (turun, naik, maju, mundur, kanan, dan kiri). Kontribusi lebih lanjutnya dari hasil penelitian ini adalah menjadi bahan representatif untuk membantu kinerja manusia dibidang migas, militer, rekonstruksi fluida, observasi bawah laut dan lainlain. Kemudian dapat dijadikan bahan referensi atau literatur untuk melakukan penelitian selanjutnya. Adapun keterbaruan dari penelitian ini dibandingkan yang telah dilakukan adalah sebagai berikut: 1. Rancang bangun mini ROV ini merupakan hasil desain sendiri. 2. Penggunaan sistem minimum yang terintegrasi yaitu Arduino Uno. 3. Penggunaan Joystiks PS2 wireless  sebagai pengendali   motor thruster   untuk tujuan manuver  pada mini ROV.

3.2

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari 2016 - Juli 2016 di BOLABOT Techno Robotic Bandung Komplek Permata Biru Blok AH No. 75 A Desa Cinunuk, Kecamatan Cileunyi, Kabupaten Bandung dan kolam renang Erlangga Cibiru-Hilir.

28

3.3.. Alat, 3.3 Alat, Baha Bahan n dan dan  Software 

3.3 3.3

Alat Alat,, Ba Baha han n da dan n  Software

No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17 17.. 18. 19.

Tabel 3.1 3.1 Ala Alatt dan Bahan Bahan Alat dan Bahan   Notebook  atau Laptop   Software  Auto cad V.2015   Software  MATLAB/Simulink   Software  Proteus   Software  IDE Arduino   Software  Pro cessing Arduino UNO Pipa PVC Akrilik Obeng Box  Plastik Motor DC 12V Bilge pump 12V Joystick Wireless PS2  Module Module motor driver l298N  Catu daya (12V - 5A) Sensor  Ultrasonic waterproof  (JSN-SR04) Kabel  Thether  Mur dan Baud

Jumlah 1 1 Secukupnya Secukupnya 1 2 1 1 2 1 1 10 meter Secukupnya

Adapun beberapa uraian dari alat dan bahan adalah sebagai berikut: 1.   Notebook   Notebook   atau Laptop yang digunakan adalah   ASUS Series model   model   X450CA yang memiliki sistem operasi op erasi  Microsoft  Microsoft Windows  Windows  7   Enterprise  6464-bi bit. t. SeSedangkan, prosesornya adalah Intel(R) Core(TM)i3-3217U CPU (4 CPUs) 1.8GHz. RAM sebesar 2048 MB, Hardisk sebesar 500 GB, dan Monitor 15 inci. 2.   Software   Software   Matlab Software  Matlab Software  Matlab yang digunakan adalah Matlab (R2008b). 3.   Software   Software   Pemrograman Arduino Software  Pemrograman Software  Pemrograman Arduino yang digunakan adalah versi 1.0.5-r2 4. Software Software Proteus Software  Proteus Software  Proteus yang digunakan adalah versi ISIS Profesional v7.8 SP2 5. Software Software processing processing  Software  Processing   Processing yang digunakan adalah versi processing 3 (Processing (Processing foundation )

29

3.3.. Alat, 3.3 Alat, Baha Bahan n dan dan  Software 

6. Sistem Minimu Minimum m Arduino Uno Sistem Minimum yang digunakan adalah Arduino Uno dengan spesifikasi Mikrokontroler adalah ATmega328, Operating ATmega328, Operating Voltage  sebesar Voltage  sebesar 5V, Input  Voltage  (recommended) sebesar 7-12V, Input 7-12V,  Input Voltage  (limits)   (limits) sebesar 6-20V, Digital I/O Pins sebanyak 14 (6 diantaranya adalah output PWM), Analog Input Pin sebanyak 6 pin,   DC Current  per Current  per I/O Pin adalah 40 mA, DC   Current   Current   untuk 3.3V adalah Pin 50 mA, Flash mA,  Flash Memory  sebesar Memory  sebesar 32 KB (ATmega328). 7.  Joystik PS2 Wireless  Joystick PS2 Wireless  frekuensi wireless    frekuensi wireless  2,4   2,4 Ghz, menggunakan 2 buah baterai alkaline tipe ”AA”,   Support multi-loop signal ,  Simultaneous control ,   Support  mode digital  dan analog  dan  analog , Jarak penggunaan maksimum 8 meter,  Double vibration .

30

3.4.. Alur 3.4 Alur Pene Penelit litian ian

3.4 3.4

Alur Alur Penel enelit itia ian n

Gambar  3.1 Prosedur Prosedur Penelitian Penelitian Pada Pada ROV ROV

Alur penelitian ini terdiri dari dua bagian. bagian pertama membuat simulasi dinamika ROV menggunakan MATLAB/SIMULINK dan yang kedua rancang bangun ROV. Bagian pertama yaitu membuat diagram blok di SIMULINK untuk aplikasi simulasi dinamika ROV, dan meliputi model diagram blok pertambahan massa dari massa inersia, coroulis, model transformasi euler, model   bouyancy  dan bouyancy  dan gravitasi dengan tujuan untuk mendapatkan hasil output posisi respon ROV. Adapun Adapun bagian bagian kedua kedua yaitu yaitu rancang rancang bangun bangun mini mini   Remotely Remotely Operated Operated Vehicle  (ROV). Dimulai dengan pembuatan design  pembuatan  design  3D  3D Rangka/bodi dengan  dengan   software  Autocad Versi 2015, Rancang bangun sistem ROV dan  hardware    hardware   sesuai desain, lalu Pembuatan program Arduino dengan proses pengiriman data melalui  transmitter   joystick  dikirim  joystick  dikirim ke receiver  ke  receiver  yang  yang dihubungkan ke arduino, Arduino memerintahkan module  L298N module  L298N ke motor ke  motor thruster   untuk tujuan manuver  tujuan  manuver  navigasi  navigasi posisi ROV.

31

BAB 4 Simulasi  Remotely Operated Vehicle   (ROV) Menggunakan   Toolbox MATLAB SIMULINK 

4.1

Prosedur Percobaan

Prosedur percobaan simulasi pada ROV dapat dilihat pada flowchart  berikut :

Gambar 4.1 Prosedur Simulasi LAB/SIMULINK

Pergerakan

32

ROV

Menggunakan

MAT-

4.2. Simulasi Dinamika ROV

4.2

Simulasi Dinamika ROV

Pada bagian ini, model yang digunakan untuk mensimulasikan dinamika ROV. Penggunaan MATLAB SIMULINK dapat dilihat pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Tampilan Toolbox   MATLAB/SIMULINK

Untuk pemodelan keseluruhan dinamika ROV, telah dirancang pada Gambar berikut :

Gambar 4.3 Blok Diagram SIMULINK Model Dinamika ROV

Gerakan ROV secara umum dapat dijelaskan menggunakan   body-fixed   bingkai relatif terhadap kerangka acuan dan dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan : M  v + C  ˙ (v)v + g(η) = τ 

 

(4.1)

Dimana M  = M RB  + M A  adalah pertambahan massa dan inersia matriks, C  = 33

4.2. Simulasi Dinamika ROV

C RB + C A   adalah jumlah   coroulis   dan gaya sentripetal, g(η) adalah vektor dari gravitasi dan daya apung ROV, dan τ  adalah jumlah dari semua gaya dan momen input  yang menghasilkan suatu respon posisi.

Gambar 4.4 Blok Diagram 6 DOF Pada SIMULINK

perpindahan nilai diagonal X,Y yaitu xd = yd = 0.5m. Pada model Gambar 4.3 tersebut, inputan sinyal diteruskan ke kontroller PID untuk mengontrol ROV melalui pseudo-inverse  yang mengoptimalkan sinyal kontrol dalam 6 DOF (Surge, sway, heave, pitch, yaw, roll ) meliputi model pertambahan massa, model  caraoulis , model  hydrodynamic damping , model transformasi Euler, gaya gravitasi dan daya apung (Restoring force ).

4.2.1

Pertambahan Massa

Pada blok diagram pertambahan massa pada Gambar 4.5, pertambahan massa (M) dilakukan dengan menggunakan persamaan 2.11. nilai parameter untuk koefisien massa dan koefisien inersia menggunakan nilai literatur, yaitu : X u˙ = 21.14, Y v˙ = 51.7, Z w ˙ = 92.45, K  p˙ = 5.619, M q˙ = 2.643, N r˙ = 2.303 sedangkan element - element diagonal inersia adalah I xx  = 6.1kg.m2 I xy = 0.00016kg.m2,Ixz = 0.185kg.m2 , I yx  = 0.00016kg.m2 , I yy = 5.98kg.m2 , I yz = 0.0006kg.m2 , I zx = 0.185kg.m2 , I zy = −

−

−

0.0006kg.m2 dan I zz = 5.59kg.m2

Gambar 4.5 Blok Diagram Pertambahan Massa

34

4.2. Simulasi Dinamika ROV

4.2.2

Caraoulis dan Sentripetal

Matriks Caraoulis   dan sentripetal terdiri dari kedua   rigid body   dan pertambahan massa dengan membuat blok diagram berikut :

Gambar  4.6 Blok Diagram Caraoulis   Pada SIMULINK

Pada Gambar 4.5, input untuk blok diagram matriks coriolis menggunakan persamaan 2.12 - 2.14 pada pusat gravitasi x G  = y G  = z G  = 0

4.2.3

Hydrodynamic Damping

Gambar 4.6 merupakan blok diagram hydrodynamic damping , fungsi dari blok hydrodynamic damping   yaitu untuk menentukan solusi dari respon posisi linier dan respon posisi rotasi.

Gambar  4.7 Blok Diagram Hydrodynamic Damping  Pada SIMULINK

4.2.4

Transformation Euler

Pada Gambar transformasi Euler terdiri dari 2 sub-matriks Transformation   T untuk J 1  dan Transformation R untuk J 2 . Input masukkan menggunakan persamaan 2.8 - 2.10

35

4.2. Simulasi Dinamika ROV

Gambar  4.8 Blok Diagram Transformation Euler   Pada SIMULINK

4.2.5

Gaya Apung dan Gravitasi

Gaya Apung (Bouyancy ) dapat dimodelkan seperti blok diagram berikut dengan menggunakan persamaan 2.22 dan 2.23. Dari hasil pemodelan tersebut maka Bouyancy  bersifat netral W = B.

Gambar 4.9 Blok Diagram Bouyancy   dan Gaya Gravitasi Hydrodinamik  Pada SIMULINK

4.2.6

Kontrol PID

Gambar 4.10 Blok Diagram Kontrol PID Pada SIMULINK

36

4.3. Analisis Data

Input blok diagram : •

  Surge  : K  p1  = 2; K d1  = 0.5; K i1  = 0.5

•

  Sway  : K  p2  = 3; K d2  = 0.5; K i2  = 0.5

•

  Heave  : K  p3  = 3; K d3  = 0.5; K i3  = 0.5

•

4.3

Yaw  : K  p4  = 2; K d4  = 0.5; K i4  = 0.5

Analisis Data

Gambar 4.11   Output   Dinamika Pertambahan Massa, Caroulis dan Daya Apung Pada ROV

Pada Gambar 4.11 menunjukkan hasil dari perubahan pada pertambahan massa. Ma merupakan koefisien massa ROV, M adalah massa ROV setelah terjadi perubahan, sedangkan M-Ma adalah sistem kalkulasi massa ROV dan sistem  caraoulis  dan sentripetal yaitu rg  = 0. sehingga pada simulasi simulink pada Gambar 4.5 tejadi perubahan massa ROV. Sedangkan pada sistem bouyancy  dan gravitasi menunjukkan bahwa B (1128) = W (1128), ROV dibuat menjadi gaya apung netral dengan menambahkan pelampung tambahan atau menyeimbangkan massa, berat ROV dapat dibuat sama dengan kekuatan daya apung, W  = B.

37

4.3. Analisis Data

Gambar 4.12   Output   Simulasi Dinamika ROV Kontrol PID (Referensi  input  x = 0.5m dan z  = 1

Respon posisi dan kecepatan pada simulasi ROV dapat dilihat pada Gambar 4.10. ROV mampu memposisikan diri pada saat ber-manuver . Pada manuver surge  kecepatan tidak melebihi 1 m/s selama proses manuver , ROV bermanuver sway   dengan kecepatan 0,2 m/s - 0,8 m/s. Pada saat ber-manuver sway , kecepatan ROV dapat memposisikan kestabilan pada saat 50 sekon dengan kecepatan 0,2 m/s, Untuk manuver heave   awal pergerakan ROV meningkat hingga 1,5 m/s dan pada waktu 50 sekon ROV berada pada Kecepatan stabil di 1 m/s. Pada gambar roll  dan   pitch  posisi ROV menurun ke nol, Setelah mencapai posisi target pada sekitar waktu 50 sekon ROV ber-manuver  stabil dengan kecepatan 0,2 dan 0,02 rad/s tanpa ada tindakan kontrol. Sedangkan untuk pergerakan manuver yaw , ROV bergerak dengan kecepatan meningkat.

38

BAB 5 RANCANG BANGUN MINI  REMOTELY  OPERATED VEHICLE   (ROV)

5.1

Prosedur Rancang Bangun mini ROV

Prosedur rancang bangun ROV dapat dilihat pada flowchart  dibawah ini :

Gambar  5.1 Prosedur Rancang Bangun ROV

39

5.2. Desain mini Remotely Operated Vehicle   (ROV)

5.2

Desain mini  Remotely Operated Vehicle   (ROV)

Desain dan rancangan mini ROV dibuat dengan menggunakan software  desain Autocad (Gambar 5.2). Pembuatan desain ini dimaksudkan untuk memudahkan proses pembuatan konstruksi alat hingga tata letak komponen.

Gambar 5.2 Tampilan Software  AUTOCAD Desain mini ROV dibuat dengan memperhatikan bentuk dari ROV studi yang sudah dipelajari. Desain alat ini dibedakan ke dalam beberapa bagian yaitu, bagian mekanik, dan kompartemen elektronik. Adapun untuk gambar rancangan pada penelitian ini adalah sebagai berikut :

Gambar 5.3 Desain ROV : a.) Tampak Depan b.) Tampak Belakang c.) Tampak Samping

40

5.3. Perancangan Perangkat Mekanik

Desain robot bawah air mini ROV dilengkapi dengan kerangka atau bodi, pelampung, motor thruster   atau motor pendorong dan Box controller . Pada perancangan ini akan terlihat bahwa sistem ini bekerja dengan menggunakan tiga buah   motor  thruster  yang diletakkan sesuai dengan fungsinya yaitu satu  motor thruster   untuk bergerak kebawah dan atas, lalu dua motor thruster  untuk navigasi ke maju, mundur, kanan dan kiri yang dipasang di samping kiri dan kanan pada bodi. sedangkan, Untuk pengendalinya yaitu arduino maupun komponen pendukung lainnya diletakkan pada sebuah kotak/box   yang tertutup rapat agar terhindar dari masuknya air yang dapat merusak komponen. Bentuk Penelitian mini ROV dapat dilihat pada gambar 5.3.

5.3

Perancangan Perangkat Mekanik

Pada project   tugas akhir kali ini, desain perancangan mekanik merupakan salah satu hal terpenting dalam membuat mini ROV bawah air. Perancangan dan pembuatan mekanik terbagi menjadi dua yaitu perancangan perancangan bodi ROV dan motor  thruster , perlu diperhatikan agar memudahkan dalam mengatur letak komponen dan pemberat.

5.3.1

Perancangan dan Pembuatan Bodi ROV

Terlihat pada Gambar 5.4 bodi robot dibuat sesederhana mungkin dengan maksud untuk memudahkan dalam pengendalian keseimbangan pada saat didalam air. Bodi robot terbuat dari pipa, ukuran diameternya adalah 3/4 dim (satuan diameter pipa) sekitar 3/4 inchi atau ukuran diameter 3,125 cm. Bodi ini dibuat tidak terlalu kecil dan tidak terlalu besar dengan maksud agar memudahkan dalam peletakan komponen dan motor thruster . Disamping itu jika bodi terlalu besar nantinya juga akan membutuhkan tenaga yang besar untuk dapat melakukan kondisi tenggelam.

Gambar  5.4 Bodi/Rangka ROV Tampak dari latar bagian depan mini ROV dibuat lebih maju pada bagian bawah dengan tujuan menghindari benturan benda keras dan supaya ROV tetap dalam 41

5.3. Perancangan Perangkat Mekanik

keadaan seimbang. Mini ROV memiliki panjang total 30 cm dan lebar 27 cm. Rangka bagian atas dengan panjang 23 cm adalah dilengkapi dengan pelampung mini ROV dan dibagian bawahnya merupakan tempat box controller /kendali yang terlihat pada Gambar 5.5.

Gambar 5.5 Bodi/Rangka ROV tampak atas Motor penggerak untuk   manuver   maju, mundur, belok kanan dan kiri akan ditempatkan di samping dengan dua  mounting   pengunci agar lebih kuat. Bagian sisi rangka dapat dilihat dimana motor penggerak diletakkan. ROV memiliki tinggi 22 cm, tiang pipa yang ditengah mempunyai tinggi 14 cm. Untuk lebih jelasnya lihat pada Gambar 5.6.

Gambar 5.6 Bodi/Rangka ROV Tampak Samping Sedangkan, Untuk motor penggerak ke atas dan ke bawah akan ditempatkan di posisi tengah. Bagian posisi tengah rangka dapat dilihat pada Gambar 5.7 dimana motor penggerak diletakkan. Posisi tengah mempunyai lebar 27 cm, tempat menempelnya motor menggunakan mounting   agar motor thruster   dapat tertahan kuat 42

5.3. Perancangan Perangkat Mekanik

ketika ROV ber-manuver .

Gambar 5.7 Bodi/Rangka ROV Tampak Depan Pada Gambar 5.8 berikut merupakan tampak hardware   mini ROV keseluruhan, baik itu dalam   hardware   mekanik dan  hardware  kompartemen elektronik sebagai kontrolnya

Gambar  5.8 Desain ROV Keseluruhan

5.3.2

Pembuatan dan Perancangan   Motor Thruster 

Untuk pembuatan baling-baling/motor thruster   pada robot bawah air, hal yang harus diperhatikan adalah faktor kekedapan air. Disini motor thruster   harus waterproof   karena tersusun atas motor DC, jadi perencanaan pembuatannya harus dipikirkan secara matang. Hal-hal yang dilakukan dalam pembuatan baling-baling robot bawah air antara lain: 1. Membungkus motor DC dengan menggunakan isolasi, lalu memasukkan cairan lilin kedalam wadah. 2. Menutup bagian poros motor DC dengan  sheell /karet kemudian ditutup dengan akrilik. 43

5.4. Perancangan Hardware 

3. Menutup bagian belakang motor dengan karet. 4. Menambah sambungan poros motor yang akan diintegrasikan ke baling-baling. 5. Mengintegrasikan motor dengan diameter luar baling-baling menggunakan cairan lem. 6. Melapisi bagian-bagian yang rawan kemasukan air dengan gluegun . Berikut ini Gambar 5.9 merupakan motor thruster  yang telah dibuat.

Gambar  5.9 Tampilan Fisik Motor Thruster  ROV

5.4

Perancangan  Hardware

Komponen-komponen pendukung Pembuatan robot bawah air ini menggunakan Catu daya, Arduino UNO, Joystick wireless ,  Module H-Bridge L298N , dan Motor DC 12 Volt.

5.4.1

Catu Daya

Power Supply  yang digunakan adalah power supply   produksi pudak scientific   dengan spesifikasi  supply   tegangan 0 - 12 Volt DC, Arus maksimal 5A.   Power supply  ini digunakan untuk suplai tegangan ke motor driver   sebesar 12 volt dan arus 4 Ampere.

5.4.2

Rangkaian Kontrol Pada Joystick   dan Arduino

Perancangan rangkaian kontrol disini dengan menggunakan  joystick wireless  PS2 yang telah dimodifikasi sedemikian rupa dan terhubung pada Arduino secara nirkabel.   Receiver   pada   joystick   terhubung ke pin  input  Arduino, Sehingga tomboltombol joystick   PS2 dapat terintegrasi dengan arduino. Adapun konfigurasi joystick  control   sistem di mini ROV ditunjukkan pada Gambar 5.10 dan programnya dapat dilihat pada lampiran B.

44

5.4. Perancangan Hardware 

Gambar  5.10 Konfigurasi Rangkaian Joystick   dengan Arduino Berikut adalah tabel konfigurasi inputan  receiver joystick   yang dihubungkan ke arduino. Tabel 5.1 Konfigurasi Input Receiver Joystick  PS2 Dengan Arduino No. Keterangan Pin Receiver Pin Arduino 1. Data 13 2. Command 12 3. Gnd Gnd 4. Vcc 3.3 V 5. Attention 11 6. Clock 10

untuk pengecekan integrasi antara joystick wireless  dengan arduino dapat dilihat pada Gambar 5.11. Gambar berikut merupakan serial   komunikasi antara transmitter  dan receiver joystick wireless  pada arduino.

Gambar 5.11 Serial Komunikasi Antara  Transmitter  dan   Receiver Joystick  dan Arduino 45

5.4. Perancangan Hardware 

5.4.3

Rangkaian  H-Bridge  Motor DC Dengan Arduino

ROV ini menggunakan  module EMS 2A Dual H-Bridge .   Module   ini menggunakan IC driver L298N   memiliki kemampuan menggerakkan motor DC sampai arus 2A dan tegangan kerja maksimum 46 Volt DC untuk satu kanalnya, sedangkan tegangan yang digunakan untuk ROV ini hanya 12 volt dengan menggunakan catu daya. ROV ini membutuhkan 2 buah H-Bridge L298  untuk dapat menggerakkan 3 buah motor  thruster . Pin INPUT dan EN akan membaca data dari arduino untuk menentukan motor yang aktif dan menentukan polaritas putaran. Agar kecepatan motor stabil maka diberi tegangan maksimum VCC   +5volt.

Gambar  5.12 Skema Blok Driver Motor  dan Motor DC Konfigurasi pin input   arduino dan output motor thruster  untuk pergerakan ROV posisi naik dan turun dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 5.2 Konfigurasi Input  dan Output pin Motor Driver   L298N No. Pin L298N Keterangan Input dan Output 1. IN 1 P.D 9 Arduino 2. IN 2 P.D 8 Arduino 3. IN 3 P.D 7 Arduino 4. IN 4 P.D 6 Arduino 5. EN A Vcc 6. EN B Vcc 7. OUT 1 M1 8. OUT 2 M1

Sedangkan Untuk Konfigurasi pin  input  arduino dan output motor thruster   pergerakan ROV posisi maju, mundur, belok kanan, dan belok kiri dapat dilihat pada tabel 5.3 berikut. Motor thruster  1, 2, dan 3 yang dihubungkan pada  module driver   ini bergerak sesuai dengan Tabel 5.4. keterangan : 46

5.4. Perancangan Hardware 

Tabel 5.3 Konfigurasi Input  dan Output pin Motor Driver   L298 No. Pin L298N Keterangan Input dan Output 1. IN 1 P.D 5 Arduino 2. IN 2 P.D 4 Arduino 3. IN 3 P.D 3 Arduino 4. IN 4 P.D 2 Arduino 5. EN A Vcc 6. EN B Vcc 7. OUT 1 M2 8. OUT 2 M2 9. OUT 3 M3 10. OUT 4 M3

EN1 H H H

Tabel 5.4 Logika Kebenaran Motor Driver  IN1 IN2 OUT1 OUT2 Fungsi H L Vcc M1 Gnd M1 MOTOR CW L H GND M1 Vcc M1 MOTOR CCW L L Gnd M1 Gnd M1 BERHENTI

H : Logika High   (5V) L : Logika Low   (0V) CW : ClockWise   (Searah jarum jam) CCW : Counter ClockWise   (Arah berlawanan)

5.4.4

Rangkaian Sensor Ultrasonik Pada ROV

Pada Sistem ROV ini dilengkapi dengan sensor jarak guna untuk bertujuan dalam pengambilan data jarak kedalaman ROV maupun jarak pergerakan dari ROV. Prinsip kerja sensor ini mirip dengan radar ultrasonik. Gelombang ultrasonik di pancarkan kemudian diterima balik oleh receiver ultrasonik . Jarak antara waktu pancar dan waktu terima adalah representasi dari jarak objek. Sensor ini merupakan aplikasi elektronik yang memerlukan deteksi jarak sehingga cocok untuk diterapkan pada ROV. Sensor ini dapat digunakan didalam air, karena bersifat  waterproof . Pada Gambar 5.13 berikut adalah skema rangkaian dari sensor ultrasonik.

47

5.5. Hasil Perancangan Sistem

Gambar 5.13 Skema Rangkaian Sensor  Ultrasonic  Sensor ultrasonic JSN-SR04  memiliki 4 buah pin, yaitu ground, vcc, Trigger , dan echo. Pin ground  dan Vcc   dari sensor hubungkan dengan pin ground  dan Vcc   pada board arduino. Selanjutnya, Pin Trigger  dan echo dihubungkan dengan pin A0, dan A1 pada board arduino. Program untuk membaca jarak sensor dibuat menggunakan IDE Arduino. Adapun Programnya dapat dilihat pada lampiran C dan lampiran D untuk sensor jarak  interface  ke program processing , untuk hasil cek serial jarak dapat dilihat pada Gambar 5.14.

Gambar 5.14 Hasil Serial Pembacaan Jarak Sensor JSN-SR04

5.5

Hasil Perancangan Sistem

Perancangan sistem terdiri dari Laptop digunakan untuk program dan pengolahan data mini ROV, Joystick wireless  PS2 sebagai pengendali perintah pergerakan mini ROV, Sensor JSN-SRO4 sebagai sensor jarak untuk pengambilan data kedalaman dan data pergerakan mini ROV, robot mini ROV sebagai aplikasi dari keluaran data. Adapun hasil dari perancangan sistem dapat dilihat pada Gambar 5.15 dibawah ini.

48

5.5. Hasil Perancangan Sistem

Gambar 5.15 Rancangan Sistem

49

BAB 6 Hasil Dan Pembahasan Dalam Bab ini akan dibahas tentang hasil pengujian berdasarkan perencanaan dari sistem yang dibuat. Pengujian ini dibuat untuk mengetahui kehandalan dan kinerja dari sistem mini ROV.

6.1

Pengujian Pada Perangkat Mekanik

Pengujian kerangka mini ROV meliputi pengujian keseimbangan bodi mini ROV dan kekedapan bahan penyusun bodi mini ROV untuk memastikan tidak adanya kebocoran pada bodi mini ROV sehingga tidak merusak perangkat elektronika yang ada didalamnya.

6.1.1

Pengujian Kekedapan Bodi ROV

Hasil pengujian kekedapan bodi dapat dilihat pada Tabel 6.1. Tabel 6.1 Hasil Pengujian Kekedapan Pada Sistem Bodi ROV No Celah yang dimungkinkan bocor Hasil Pengujian bocor Pada Mekanik ROV Bocor Tidak Bocor 1. Box  Komponen x 2.   Seal  Kabel catu daya x 3.   seal  kabel motor (M1, M2, M3) x 4. Motor thruster  x x = hasil pengujian yang didapatkan (Hasiltidakbocor  H asilbocor) % Kekedapan bahan = x100% Kemungkinanbocor (4  0) % Kekedapan bahan = x100% = 100% 4 −

−

Dari hasil pengujian kekedapan bodi sesuai pada Tabel 6.1 yaitu tidak adanya celah kebocoran pada sistem mekanik bodi mini ROV, Parameter yang dihasilkan 50

6.1. Pengujian Pada Perangkat Mekanik

rata-rata 100%. Sehingga bodi mini ROV dengan penyusun mekanik dapat digunakan dan berfungsi dengan baik.

6.1.2

Pengujian Motor Pendorong

Pengujian motor pendorong meliputi sistem kedap air pada motor serta gerakan putaran motor. Gambar 6.1 memperlihatkan bagian motor yang akan di uji sistem kekedapan terhadap air dan hasil pengujian pada tabel 6.2

Gambar  6.1 Bagian-bagian Motor Penggerak

No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Tabel 6.2 Hasil Pengujian Kekedapan Pada Motor Thruster  Celah yang dimungkinkan bocor Hasil Pengujian bocor Bocor Tidak Bocor Kabel Motor DC x Pelindung Kabel x Housing Motor  x   Seal  x Motor DC x Cover housing  x Oil seal  x

x = hasil pengujian yang didapatkan (Hasiltidakbocor  H asilbocor) % Kekedapan bahan = x100% Kemungkinanbocor (7  0) % Kekedapan bahan = x100% = 100% 7 −

−

Berdasarkan hasil pengujian pada Tabel 6.2, bahwa bahan penyusun  motor thruster  yang telah dibuat pada mini ROV tidak ada celah yang bocor. Dengan demikian kekedapan  motor thruster  telah berhasil.

51

6.2. Pengujian Sistem Elektronik ROV

6.2 6.2.1

Pengujian Sistem Elektronik ROV Pengujian Tombol Kontrol Arah pada ROV

Dalam pengujian tombol kontrol arah terlebih dahulu harus diintegrasikan dengan arduino UNO, driver motor   dan motor DC. Dengan memasukan program kontrol mini ROV pada arduino maka dapat dilihat hasil penekanan dari masing-masing tombol (source code program   dapat dilihat di Lampiran B). Hasil dari pengujian ini dapat dilihat pada Tabel 6.3 dan keterangan tombol joystick   dapat dilihat pada Gambar 6.2.

Gambar 6.2 Keterangan Tombol Untuk Joystick 

Tabel 6.3 Hasil Penekanan Tombol pada Joystick Control  Tombol joystick Output   Arah ROV Keterangan Analog Up Motor I (CW) Naik Valid Analog Down  Motor I (CCW) Turun Valid Tombol Up Motor II (CW), Motor III (CW) Ma ju Valid Tombol Down  Motor II (CCW), Motor III (CCW) Mundur Valid Tombol Left  Motor II (CW),Motor III (CCW) Kiri Valid Tombol Right  Motor II (CCW), Motor III (CW) Kanan Valid

Pada data tersebut dilakukan untuk menentukan tombol pergerakan navigasi mini ROV, penentuan arah pergerakan ROV dilakukan dengan input program pada arduino. Hasil input  program yg dilakukan yaitu memberikan perintah arah gerak pada motor thruster   melalui motor driver  dan melakukan fungsinya, penekanan tombol  joystick  dilakukan dengan valid sesuai dengan Tabel 6.3.

6.2.2

Pengujian Motor Driver

Pengujian  driver motor   bertujuan untuk mengetahui bahwa   driver motor   dapat bekerja dengan baik serta mengukur tegangan masukan atau keluaran dan arus

52

6.3. Pengujian Sistem Gaya Apung ROV

masukan atau keluaran pada driver motor . Hasil pengukuran tegangan ditunjukan pada Tabel 6.4 dan pengukuran arus ditunjukkan pada Tabel 6.5. Tabel 6.4 Hasil Pengukuran Tegangan Input  dan Output Driver Motor  V in   OutputM 1   OutputM 2   OutputM 3 V M 1 V M 2 12,20 V Naik (CW) 10 V Turun (CCW) -10 V Maju (CW) Maju(CW) 9,8 V Mundur (CCW) Mundur (CCW) -9,8 V Kanan (CCW) Kanan(CW) -9,5 V Kiri (CW) Kiri(CCW) 9,5 V

Tabel 6.5 Hasil Pengukuran Arus Input  dan Output Driver Motor  I i n OutputM1    OutputM 2   OutputM 3 I M 1 I M 2 1,08A Naik(CW) 1,09 A 1,05A Turun(CCW) 1,05 A 2,01A Maju (CW) Maju(CW) 1,07 A 1,97A Mundur (CCW) Mundur (CCW) 1,03 A 2,00A Kanan (CCW) Kanan(CW) 1,03 A 2,00A Kiri (CW) Kiri(CCW) 1,09 A

V M 3

9,8 V -9,8 V 9,5 V -9,5 V

I M 3

1,07 1,03 1,03 1,09

Keterangan : Motor (CW) : ClockWise   (Searah jarum jam) Motor (CCW) : Counter ClockWise   (Arah berlawanan)

Pada tabel 6.4 menunjukkan hasil   output   tegangan pada masing-masing   motor  thruster   mini ROV. Setiap pergerakan   manuver   mempunyai nilai tegangan yang sama, tegangan nilai positif untuk pergerakan motor yang searah dengan arah jarum  jam dan nilai tegangan negatif untuk pergerakan motor yang berlawanan arah.

6.3

Pengujian Sistem Gaya Apung ROV

Perhitungan dimensi ROV ini dilakukan untuk mengetahui nilai parameter dari ROV itu sendiri. Dari perhitungan hasil parameter ROV didapatkan nilai ditabel 6.6. Sesuai tabel 6.6, maka perhitungan volume total ROV tersebut didapatkan : V t  = V rangkapipa + V box = 1908, 75cm3 + 1479, 2cm3 = 0, 00338795m3

(6.1)

53

A A A A

6.3. Pengujian Sistem Gaya Apung ROV

No. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

Tabel 6.6 Data Pengukuran ROV Keterangan Hasil Pengukuran Volume total ROV 0,00338795m3 Massa ROV di udara 3,4 kg Massa ROV di air 3,9 kg Berat ROV di udara 33,32 N  Berat ROV di air 33,21 N  Massa jenis ROV di udara 1003,36 kg/m3 Massa jenis fluida 1000 kg/m3

Maka volume total ROV didapatkan sebesar 0,00338795 m3 , sedangkan untuk perhitungan massa ROV di udara dan di air dilakukan menggunakan timbangan seperti pada Gambar 6.3, dan didapatkan massa ROV di udara sebesar 3,4  kg dan massa ROV di air sebesar 3,9  kg.

Gambar  6.3 Pengukuran massa ROV Untuk hasil pengukuran massa jenis air (ρf ) adalah 1000 kg/m3 , Massa jenis ROV (ρb ) dapat dilihat dipersamaan 6.2, Berat jenis ROV di udara persamaan 6.3 (W b ) dan berat jenis ROV di air (W bf ) persamaann 6.4. ρb  = m/v t = 1003, 56kg/m3

 

(6.2)

W b  = ρ b .g.vt = 1003, 56kg/m3 .9.8kg/m2 .0, 00338795m3 = 33, 32N  W bf  = ρ f .g.vt = 1000kg/m3 .9.8kg/m2 .0, 00338795m3

(6.3)

(6.4)

= 33, 21N  Sesuai dengan perhitungan dan percobaan diatas didapatkan nilai volume ROV yang sesuai syarat agar ROV dapat mengapung dan tenggelam. ROV ini mempunyai 54

6.4. Pengujian Gerak ROV

nilai gaya tekan pada persamaan 6.5 dan melayang pada persamaan 6.6, ROV ini dilakukan uji coba di kedalaman 170 cm. Dimana gaya tekan yang terjadi pada ROV adalah sebagai berikut : F 1  = ρ a .vb .g.h F 1  = 1000kg/m3 .0, 00338795m3.9, 8m/s2 .0.17m

(6.5)

F 1  = 0, 57579N  dengan nilai gaya tekan pada mini ROV sebesar 0,57579 N  dibandingkan dengan gaya dorong yang dimiliki motor torsi maka motor akan lebih mudah mendorong pergerakan ROV. W  = F A ρb .vb .g = ρ a .vb .g ρb  = ρ a 1003, 36kg/m3 > 1000kg/m3 (ROV melayang)

(6.6)

Dengan menggunakan analisa ini ROV dapat melayang dengan baik, dengan tu juan mempermudah gerakan ROV ketika bermanuver naik/turun dengan memanfaatkan kecepatan putar motor penggerak ROV tersebut dikarenakan gaya tekan tehadap ROV tidak terlalu besar.

6.4

Pengujian Gerak ROV

Pengujian gerak robot pada saat di air bertujuan membuktikan apakah hasil yang diharapkan sama dengan perancangan awal atau sama dengan kodisi di darat. Pengujian ini dilakukan didalam kolam berisikan air pada kedalaman 170 cm dan ROV dikendalikan dari atas permukaan oleh operator untuk mengetahui kinerja mini ROV dalam melakukan gerakan. Pengujian dapat dilihat pada Gambar 6.4.

Gambar 6.4 Pengujian Gerak Robot pada Saat di Air Tampak dari Dalam Air 55

6.4. Pengujian Gerak ROV

Hasil Pengujian gerak ROV pada saat diair dapat dilihat pada Tabel 6.7. Tabel 6.7 Hasil Penekanan Tombol pada Joystick Control  Tombol joystick  Arah Gerakan Hasil Analog Up Naik Berhasil Analog Down  Turun Berhasil Tombol Up Maju Berhasil Tombol Down  Mundur Berhasil Tombol Left  Belok Kiri Berhasil Tombol Right  Belok Kanan Berhasil Tombol Right   atau left  Berputar Berhasil

6.4.1

Analisis data

Dilakukan pengujian pergerakan posisi ROV dengan dipasang sensor jarak (waterproof   ) dan didapatkan data sebagai berikut :

Gambar 6.5 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Posisi Diam

Gambar 6.6 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Tengggelam

56

6.4. Pengujian Gerak ROV

Gambar 6.7 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Naik

Gambar 6.8 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Maju

Gambar 6.9 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Mundur

57

6.4. Pengujian Gerak ROV

Gambar 6.10 Pengujian Gerak Robot Pada Saat Gerakan Naik dan Turun Grafik pada Gambar 6.5, menunjukkan bahwa mini ROV berada pada posisi diam dipermukaan air. Pada titik acuan ROV, ROV berada diketinggian 165 cm dari bawah dasar air. ROV dapat menyeimbangkan posisi dikarenakan adanya gaya apung untuk mempertahankan posisi berat ROV untuk keberadaan di air. Pada Grafik Gambar 6.6 menunjukkan, pergerakan  manuver   ROV pada saat tenggelam yang digerakkan oleh motor thruster , ROV  bermanuver   ke bawah/tenggelam sepanjang  jarak 120 cm atau 1,2 meter. Pergerakan ROV lebih lambat dibandingkan pergerakan keatas dikarenakan kinerja   motor thruster   menghambat sistem gaya apung pada ROV. Pada Grafik Gambar 6.7, ROV menunjukkan pergerakan manuver   naik keatas permukaan air. ROV bergerak lebih cepat dibandingkan pergerakan kebawah dikarenakan kinerja motor thruster  lebih ringan dengan adanya sistem gaya apung pada ROV. Pada grafik Gambar 6.8 menunjukkan pergerakan manuver  ROV posisi maju, ROV bergerak sepanjang 175 cm atau 1,75 m. Dan pada Grafik 6.9 menun jukkan pergerakan posisi mundur ROV bergerak mundur sepanjang 144 cm atau 1,4 m. Pada Gambar 6.10 merupakan pergerakan manuver ROV dengan gerakan naik dan turun, posisi ROV awal berada pada ketinggian 23 cm dilantai dasar kolam dan bergerak naik keatas pada ketinggian 118 cm kemudian bergerak turun kembali.

58

BAB 7 PENUTUP

7.1

Kesimpulan

Kesimpulan dari penelitian yang berjudul rancang bangun   remotely operated vehicle  (ROV) dengan kontrol   joystick   dan simulasi dinamika menggunakan  toolbox  SIMULINK adalah sebagai berikut: 1. Telah dilakukan simulasi dinamika ROV menggunakan   toolbox   SIMULINK, Hasil simulasi menunjukkan bahwa massa ROV diudara dan massa ROV diair berbeda karena akan terjadi pertambahan massa yang diakibatkan adanya gravitasi, untuk sistem bouyancy /gaya apung dengan berat ROV bernilai sama B = W, dan untuk posisi respon menghasilkan pergerakan  manuver   stabil pada masing-masing gerakan (surge, sway, heave, roll, pitch, dan yaw ) . 2. Dalam proses rancang bangun ROV banyak mendapatkan kendala mulai dari materi sampai kegagalan dalam pembuatan part   atau bagian ROV. ROV yang telah dibuat kemudian diuji, namun sebelumnya dibuat terlebih dahulu simulasi pada Proteus. Simulasi yang dibuat pada Proteus menunjukkan hasil yang memuaskan. Dalam uji coba pada ROV juga menunjukkan hasil yang sama dengan apa yang sudah disimulasikan. 3. Tidak terjadi kebocoran pada bagian ROV, ROV menghasilkan sistem kekedapan air yang baik sehingga part   dan komponen berfungsi dengan baik ketika ROV beroperasi, 4. Keseimbangan bodi ROV sangat mempengaruhi kemampuan menyelam dan gerakan saat ber-manuver . ROV akan melayang di air namun tidak tenggelam ketika  motor thruster  dimatikan dikarenakan ρb > ρf   atau 1003,56 kg/m3 ¿ 1000 kg/m3

59

7.2. Saran

7.2

Saran

Adapun saran yang dapat diberikan untuk pengembangan ROV ini agar penelitian selanjutnya mendapatkan hasil yang lebih maksimal adalah: 1. Menambahkan kamera CCD pada ROV, agar ROV dapat memantau keberadaan bawah air (monitoring). 2. Menambahkan sensor tekanan dan suhu agar ROV dapat mengambil data tekanan dan suhu pada kedalaman air. 3. Menambahkan sensor gyroscope  dan  magnetic compas  agar robot dapat menyeimbangkan kondisi robot dan menyesuaikan arah gerakannya. 4. Menambahkan motor pendorong agar jumlah DOF yang dihasilkan lebih banyak serta memilih motor dengan torsi yang lebih besar agar dapat melawan tekanan air

60

DAFTAR PUSTAKA Adriansyah, A. (2008). Perancangan Pergerakan Robot Bawah Air.   Semnas 2008  UPN ”Veteran”, 121–129. Aras, M. S. M., Abdullah, S. S., Abdurahman, A. F. N., Hasim, N., Aziz, F. A., Teck, L. W., et al. (2015). Jurnal Teknologi.   Jurnal Teknologi (Sciences and  Engineering ,  9 , 85–93. Aras, M. S. M., Abdullah, S. S., Rahman, A. A., & Aziz, M. A. A. (2013). Thruster modelling for underwater vehicle using system identification method.   International Journal of Advanced Robotic Systems , 10 , 12. Aras, M. S. M., Abdullah, S. S., Rashid, M. Z. A., Rahman, A. A., & Aziz, M. A. A. (2013). Development and modeling of unmanned underwater remotely operated vehicle using system identification for depth control.  Journal of Theoretical and  Applied Information Technology ,  56 (1), 136–145. Available from  www.jatit.org Banzi, M. (2012).   Getting Started With Arduino. USA : O’REILLY. Chin, C. S. (2012). Systematic modeling and model-based simulation of a remotely operated vehicle using matlab and simulink.   ResearchGate , 26. Available from https://www.researchgate.net/publication/263621362

Darmawaan, S. R. (2014). Rancang bangun robot arm menggunakan kontrol cerdas adaptive neuro - fuzzy (anfis) dan komputer vision untuk deteksi objek berwarna. Dukan, F. (2014). ROV Motion Control Systems . Unpublished doctoral dissertation, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim. Available from http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:no:ntnu:diva-27350

Eng, Y., Lau, W., Low, E., Seet, G., & Chin, C. (2008). Identification of the Hydrodynamics Coefficients of an Underwater Vehicle using Free Decay Pendulum Motion.   IMECS , 2 (3), 326–331. Fauzi, M. N. (2009). SISTEM NAVIGASI PADA WAHANA BAWAH AIR NAVIGATION SYSTEM ON THE UNDERWATER ROBOT. 61

DAFTAR PUSTAKA

Fossen, T. I. (2011). Lecture Notes: TTK 4190 Guidance and Control. In Control  (pp. 1–35). Trondheim: NTNU. Available from   http://www.fossen.biz/ Garc´ıa-valdovinos, L. G., Salgado-jim´enez, T., & Bandala-s´anchez, M. (2013). Modelling , Design and Robust Control of a Remotely Operated Underwater Vehicle. International Journal of Advanced Robotic Systems , 16. Haliday, David Resnick, R. (1985).   FISIKA  (3rd ed.; E. Pantur, Silaban Sucipto, Ed.). Jakarta: Erlangga. Henriksen, E. H. (2014).  ROV Control System for Positioning of Subsea Modules . Unpublished doctoral dissertation, Norwegian University of Science and Technology. M. Sanjaya. (2015). Membuat Robot Cerdas Berbasis Vision Menggunakan Matlab dan Arduino. Yogyakarta: Andi. Morgan, M. (2015).   Emergency blow simulation with the SeaPerch   (Tech. Rep.). Provo. Nazer, M. F. I. B. M. (2014). Control System of Remotely Operated Vehicle ( ROV  ). Unpublished doctoral dissertation, Universiti Teknologi malaysia. Paul A. Tipler. (1998).   FISIKA Untuk Sains dan Teknik  (1st ed.; Joko Sutrisno, Ed.). Jakarta: Erlangga. Sanjaya, M. (2015).  Membuat Robot Cerdas Berbasis Vision Menggunakan Processing . Bandung: Bolabot Techno Robotic Institute. Swarzkop, N. (2013). Analisis Pengukuran Jarak Menggunakan Metode Geometri dan Image Processing dari Robot Anti Penghalang. Waren, J. (2011).   Arduino Robotic . Apress.

62

Lampiran A Editor MATLAB SIMULINK (Respon Posisi)

clc close all clear dir(’c:\Program Files(x86)\MATLAB\R2008B\... toolbox\rov_design_analysis\mat_file’) load (’rrcrovf’) dir(’c:\Program Files(x86)\MATLAB\R2008B\... toolbox\rov_design_analysis\hybrid’) uc1=0; uc2=0; uc3=2; uc4=2 for i=1:14 sim(’controllable_property’) uc1=0 uc2=0 uc3=uc3+5 uc4=uc4+5

unact_vel(:,:,i)=bout(:,4:5); unact_pos(:,:,i)=eout(:,4:5);  max_unact_vel1(i)=max(bout(:,4));

63

% roll

 max_unact_vel2(i)=max(bout(:,5));

% pitch

final_unact_pos1(i)=eout(length(t),4); final_unact_pos2(i)=eout(length(t),5);

act_vel(:,:,i)=bout(:,[1:3,6]); act_pos(:,:,i)=eout(:,[1:3,6]);  max_act_vel1(i)=max(bout(:,1)); % u  max_act_vel2(i)=max(bout(:,2)); % v  max_act_vel3(i)=max(bout(:,3)); % w  max_act_vel4(i)=max(bout(:,6)); % r final_act_pos1(i)=eout(length(t),[1]); final_act_pos2(i)=eout(length(t),[2]); final_act_pos3(i)=eout(length(t),[3]); final_act_pos4(i)=eout(length(t),[6]); end figure plot(t,unact_vel(:,1,1),’y:’) hold on plot(t,unact_vel(:,1,2),’-’) plot(t,unact_vel(:,1,3),’:’) plot(t,unact_vel(:,1,4),’-.’) plot(t,unact_vel(:,1,5),’--’) plot(t,unact_vel(:,1,6),’b’) plot(t,unact_vel(:,1,7),’g’) plot(t,unact_vel(:,1,8),’r’) plot(t,unact_vel(:,1,9),’c’) plot(t,unact_vel(:,1,10),’m’) plot(t,unact_vel(:,1,11),’y’) plot(t,unact_vel(:,1,12),’k’) plot(t,unact_vel(:,1,13),’b:’) plot(t,unact_vel(:,1,14),’r:’) title(’Roll rate at different u(t)’) xlabel(’Time (in sec)’) ylabel(’Roll rate (in rad/s)’) legend(’u=5’,’u=10’,’u=15’,’u=20’,’u=25’,... ’u=30’,’u=35’,’u=40’,’u=45’,’u=50’...

64

,’u=55’,’u=60’,’u=65’,’u=70’) figure plot(t,unact_vel(:,2,1),’y:’) hold on plot(t,unact_vel(:,2,2),’-’) plot(t,unact_vel(:,2,3),’:’) plot(t,unact_vel(:,2,4),’-.’) plot(t,unact_vel(:,2,5),’--’) plot(t,unact_vel(:,2,6),’b’) plot(t,unact_vel(:,2,7),’g’) plot(t,unact_vel(:,2,8),’r’) plot(t,unact_vel(:,2,9),’c’) plot(t,unact_vel(:,2,10),’m’) plot(t,unact_vel(:,2,11),’y’) plot(t,unact_vel(:,2,12),’k’) plot(t,unact_vel(:,2,13),’b:’) plot(t,unact_vel(:,2,14),’r:’) title(’Pitch rate at different u(t)’) xlabel(’Time (in sec)’) ylabel(’Pitch rate (in rad/s)’) legend(’u=5’,’u=10’,’u=15’,’u=20’,’u=25’,... ’u=30’,’u=35’,’u=40’,’u=45’,’u=50’... ,’u=55’,’u=60’,’u=65’,’u=70’)

figure plot(t,unact_pos(:,1,1),’y:’) hold on plot(t,unact_pos(:,1,2),’-’) plot(t,unact_pos(:,1,3),’:’) plot(t,unact_pos(:,1,4),’-.’) plot(t,unact_pos(:,1,5),’--’) plot(t,unact_pos(:,1,6),’b’) plot(t,unact_pos(:,1,7),’g’) plot(t,unact_pos(:,1,8),’r’) plot(t,unact_pos(:,1,9),’c’) plot(t,unact_pos(:,1,10),’m’) plot(t,unact_pos(:,1,11),’y’)

65

plot(t,unact_pos(:,1,12),’k’) plot(t,unact_pos(:,1,13),’b:’) plot(t,unact_pos(:,1,14),’r:’) title(’Roll angle at different u(t)’) xlabel(’Time (in sec)’) ylabel(’Roll angle (in rad)’) legend(’u=5’,’u=10’,’u=15’,’u=20’,’u=25’,... ’u=30’,’u=35’,’u=40’,’u=45’,’u=50’... ,’u=55’,’u=60’,’u=65’,’u=70’)

figure plot(t,unact_pos(:,2,1),’y:’) hold on plot(t,unact_pos(:,2,2),’-’) plot(t,unact_pos(:,2,3),’:’) plot(t,unact_pos(:,2,4),’-.’) plot(t,unact_pos(:,2,5),’--’) plot(t,unact_pos(:,2,6),’b’) plot(t,unact_pos(:,2,7),’g’) plot(t,unact_pos(:,2,8),’r’) plot(t,unact_pos(:,2,9),’c’) plot(t,unact_pos(:,2,10),’m’) plot(t,unact_pos(:,2,11),’y’) plot(t,unact_pos(:,2,12),’k’) plot(t,unact_pos(:,2,13),’b:’) plot(t,unact_pos(:,2,14),’r:’) title(’Pitch angle at different u(t)’) xlabel(’Time (in sec)’) ylabel(’Pitch angle (in rad)’) legend(’u=5’,’u=10’,’u=15’,’u=20’,’u=25’,... ’u=30’,’u=35’,’u=40’,’u=45’,’u=50’... ,’u=55’,’u=60’,’u=65’,’u=70’)

clc; velf=sum(bout(:,1:6)’*bout(:,1:6)); posf=sum(eout(:,1:6)’*eout(:,1:6)); format long e

66

disp(’---Controllability --vel---’) velf disp(’---Controllability --pos---’) posf figure subplot(2,1,1) bar(1:1:6,velf’) title(’2-norm at each velocity’) xlabel(’Velocity’) ylabel(’2-norm’) subplot(2,1,2) bar(1:1:6,posf’) title(’2-norm at each Position’) xlabel(’Position’) ylabel(’2-norm’)

67

Lampiran B Program Arduino Kontrol Joystick

#include #define PS2_DAT

13

#define PS2_CMD

12

#define PS2_SEL

11

#define PS2_CLK

10

#define pressures

false

#define rumble

false

PS2X ps2x; int error = 0; byte type = 0; byte vibrate = 255; void setup(){ Serial.begin(57600); pinMode(9,OUTPUT); pinMode(8,OUTPUT); pinMode(7,OUTPUT); pinMode(6,OUTPUT); pinMode(5,OUTPUT); pinMode(4,OUTPUT); pinMode(3,OUTPUT); pinMode(2,OUTPUT); delay(300);

68

error = ps2x.config_gamepad(PS2_CLK, PS2_CMD, PS2_SEL, PS2_DAT, pressures, rumble); if(error == 0){ Serial.print(""); Serial.print("pressures = "); if (pressures) Serial.println("true "); else Serial.println("false"); Serial.print("rumble = "); if (rumble) Serial.println("true)"); else Serial.println("false"); } else if(error == 1) Serial.println(""); else if(error == 2) Serial.println(""); else if(error == 3) Serial.println(""); //

Serial.print(ps2x.Analog(1), HEX);

type = ps2x.readType(); switch(type) { case 0: Serial.print(""); break; case 1: Serial.print(""); break; case 2: Serial.print(""); break;

69

case 3: Serial.print(""); break; } } void loop() { if(error == 1) return; if(type == 2) { ps2x.read_gamepad(); } else { //DualShock Controller ps2x.read_gamepad(false, vibrate); if((ps2x.Analog(PSS_LY) < 64) && ((ps2x.Analog(PSS_LX) >= 64) && (ps2x.Analog(PSS_LX) <= 192))) { //move forward Serial.println("Maju"); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(3,HIGH); digitalWrite(2,LOW); } else if((ps2x.Analog(PSS_LY) > 192) && ((ps2x.Analog(PSS_LX) >= 64) && (ps2x.Analog(PSS_LX) <= 192))) { //move backward Serial.println("Mundur"); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(2,HIGH); }

70

else if((ps2x.Analog(PSS_LX) < 64) && ((ps2x.Analog(PSS_LY) >= 64) && (ps2x.Analog(PSS_LY) <= 192))) { //move left Serial.println("Kanan"); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(2,HIGH); } else if((ps2x.Analog(PSS_LX) > 192) && ((ps2x.Analog(PSS_LY) >= 64) && (ps2x.Analog(PSS_LY) <= 192))) { //move right Serial.println("Kiri"); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(3,HIGH); digitalWrite(2,LOW); } else if((ps2x.Analog(PSS_RY) < 64) && ((ps2x.Analog(PSS_RX) >= 64) && (ps2x.Analog(PSS_RX) <= 192))) { //move forward Serial.println("Naik"); digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(7,HIGH); digitalWrite(6,LOW); } else if((ps2x.Analog(PSS_RY) > 192) && ((ps2x.Analog(PSS_RX) >= 64) && (ps2x.Analog(PSS_RX) <= 192))) { //move backward Serial.println("Turun");

71

digitalWrite(9,LOW); digitalWrite(8,LOW); digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(6,HIGH); } else if(ps2x.Button(PSB_PAD_UP)) { Serial.println("Maju"); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(3,HIGH); digitalWrite(2,LOW); } else if(ps2x.Button(PSB_PAD_RIGHT)){ Serial.println("Kiri"); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(3,HIGH); digitalWrite(2,LOW); } else if(ps2x.Button(PSB_PAD_LEFT)){ Serial.println("Kanan"); digitalWrite(5,HIGH); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(2,HIGH); } else if(ps2x.Button(PSB_PAD_DOWN)){ Serial.println("Mundur"); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(4,HIGH); digitalWrite(3,LOW); digitalWrite(2,HIGH); } else{ digitalWrite(7,LOW); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(5,LOW); digitalWrite(4,LOW); digitalWrite(3,LOW);

72

digitalWrite(2,LOW); } } delay(50); }

73

Lampiran C Program Arduino Interface Sensor Jarak const int trig = A1; const int echo = A0; void setup() { pinMode(11, OUTPUT); // initialize serial communication: Serial.begin(9600); } void loop() { digitalWrite(11,HIGH); pinMode(trig, OUTPUT); digitalWrite(trig, LOW); delayMicroseconds(2); digitalWrite(trig, HIGH); delayMicroseconds(5); digitalWrite(trig, LOW); pinMode(echo, INPUT); duration = pulseIn(echo, HIGH); // convert the time into a distance cm = microsecondsToCentimeters(duration); float cm1 = 1.005*cm - 1.4996; float m = cm1/100; Serial.print(cm1);

74

C.1. Program Processing Untuk Data Sensor Jarak Real-time

Serial.print(""); Serial.println(); delay(70); } long microsecondsToCentimeters(long microseconds) { return microseconds / 29 / 2; }

C.1

Program Processing Untuk Data Sensor Jarak Realtime

import processing.serial.*; Serial myPort; GCurva_Classic_v_1_1 Grafik; float inbyte; String [] dataOutput = {}; String [] datatime = {};

void setup(){ size(650, 450); background(600, 400, 600); //println(Serial.list());  myPort = new Serial(this, "COM8",9600); Grafik = new GCurva_Classic_v_1_1 (10, 10, 600, 450, 10, 2, "from_left", "line_and_dot", color (150,100,50), color (255,255,255), color (0,0,255), color (0,255,0), color (255,0,0)); Grafik.Write_Title("Grafik Realtime Kedalaman ROV Terhadap Waktu", "Arial", 18, color(0,0,0)); } void draw(){ String inString = myPort.readStringUntil(’\n’); if (inString != null) {

75

C.1. Program Processing Untuk Data Sensor Jarak Real-time

inString = trim(inString);// trim off whitespaces. inbyte = float(inString);// convert to a number println(inbyte); } //save data dataOutput = append(dataOutput, inString); //print(inString); Grafik.update_FloatData(inbyte, 0, 250); Grafik.display(); //float s = (millis()/1000.00)-2.00; //text(s, 220, 180); textAlign(RIGHT); textSize(12); text("Waktu (s)",350,435); text("Jarak (cm)",100,50); saveStrings("ROV/Turun-Naik/1.txt", dataOutput); save("ROV/Naik/1.jpeg"); }

76

Lampiran D Perhitungan Volume ROV

V olume = π.r 2 .h

 

(D.1)

V s1  = 3, 14.1, 56252 .22 = 168, 652cm3 V s2  = 3, 14.1, 56252 .23 = 176, 318cm3 V s3  = 3, 14.1, 56252 .22 = 168, 652cm3 V s4  = 3, 14.1, 56252 .30 = 229, 98cm3 V s5  = 3, 14.1, 56252 .27 = 206, 982cm3 V s6  = 3, 14.1, 56252 .30 = 229, 98cm3

(D.2)

V s7  = 3, 14.1, 56252 .22 = 168, 652cm3 V s8  = 3, 14.1, 56252 .23 = 176, 318cm3 V s9  = 3, 14.1, 56252 .22 = 168, 652cm3 V s10  = 3, 14.1, 56252 .14 = 107, 9375cm3 V s11  = 3, 14.1, 56252 .14 = 107, 9375cm3 V st  = 1908, 75cm3

(D.3)

V box  = 17, 2.17, 2.5 = 1479, 2cm3

(D.4)

77

Lampiran E Data Pergerakan Posisi

Tabel E.1 Data Pergerakan Posisi

78