1.1    Diagram Alir PerencanaanPada bagian ini akan dijelaskan tahap perancangan underwaterremotely operated vehicle.

Dalam perancangan ROV dibagi menjadi 3 tahap, yaituperancangan mekanik, perancangan elektronik, dan perancangan perangkat lunakHal yang pertama dilakukan ialah perancangan mekanik. Rancangan mekanik dimulaidengan rancangan body utama yaitusebuah tabung akrilik dengan diameter 10-centimeter dan panjang 25-centimeterdengan ketebalan akrilik sebesar 5-milimeter. Bodi utama robot lalu dijepitdengan rancangan hasil printer 3 dimensi. Pada bagian kerangka ditambahkan pipakecil berukuran 1/2 inchi dan aluminium sebagai tulang penyangga robot. SensorpH ditaruh dibagian luar belakang robot untuk mengambil data nilai pH diperairan tertentu.Ketika ROV telah selesai dirancang, ROV ditugaskan bekerja dibawah perairan, semisal danau. Berikut ilustrasi integrasiantar sistem perancangan kerja underwater ROV dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.   Gambar 3.

1 Integrasi antar sistem Pada gambar di 3.1. terlihat bagaimana ilustrasiperancangan sistem robot ROV yang diharapkan pada pengerjaan Tugas Akhir ini.Secara umum sistemnya dibagi menjadi 2 bagian, yaitu bagian user dan bafianrobot. Pada bagian user, terdapat seorang user (atau pengguna) dan sebuahkontroller yang mengendalikan robot dari permukaan.

Pada bagian robot, terdapatbody utama dimana semua komponenelektronik berada. Di dalam bodyutama terdapat arduino mega, sensor mpu6050, motor driver, dan rangkaian buck.Ada bebereapa komponen elektronik yang diharuskan berada di dalam air, sepertimotor DC, sensor tekanan ms5803, dan sensor pH. Secara keseluruhan, tampak rancangan ROV pada Tugas Akhir inidapat ditunjukkan oleh gambar berikut.  Gambar 3.2 Perancangan ROV secarakeseluruhan Dari gambar perancangan ROV secara keseluruhan, berikut keterangangambar perancangan tersebut.

1.   Arduino Mega 25602.   Semsor IMU MPU60503.   Motor Driver VNH2SP304.   Sensor pH5.   Sensor tekanan MS58036.   Kabel (tethering)M1-M6 Motor DCSistem yang diajukan pada pengerjaan Tugas Akhir ini menggunakan mikrokontrolertipe Arduino Mega 2560 CH340 sebagai otak utama dalam proses pengolahan datadan eksekusi perintah. Ketika bekerja dalam sistem ROV pada tugas akhir ini,arduino mega juga memiliki tanggung jawab untuk mengatur pergerakan ROV keatas,kebawah, kedepan, dan ke belakang dengan kontrol PID.

Untuk kondisi bergeraknaik dan turun, diberikan nilai setpoint 0 untuk posisi x dan z. Setelah itu,nilai setpoint akan diubah, ditambah dan dikurangi berdadarkan nilai feedbackdari sensor MPU6050 dan MS5803. Berikut spesifikasi perancangan robot ROV yang diharapkan.Tabel3.1 Spesifikasi Robot Spesifikasi Data Dimensi Robot 30 x 28 x 25 Jumlah Motor 6 buah Input Tegangan 12 Volt Jarak Kendali 0 – 8 meter Kedalaman Maksimum 14 meter Berat 4 kg Pembacaan pH 0-14 Durasi Pemakaian 15 menit  Sistemkeseluruhan ROV digerakkan oleh 6 buah motor DC yang diatur dan diberi perintaholeh masing-masing sebuah motor driver vnh2sp30. Empat buah motor digunakanuntuk bergerak secara vertikal naik dan turun dan 2 buah motor digunakan untukpergerakan maju dan mundur. Gambar diagram blok sistem kontrol PID dalamperancangan underwater ROV pada Tugas Akhir ini sebagai berikut. Gambar 3.

3 Diagram blok perancangansistem kontrol ROVSecara keseluruhan proses pembuatan dan penyelesaian Tugas Akhirini digambarkan dalam diagram alir di bawah ini. Gambar 3.4 Diagram alir perencanaan 1.2    PenjelasanDiagram AlirProses penyelesaianTugas Akhir ini melalui beberapa tahap, sebagaiberikut :1.2.

1         Studi literaturPada studi literatur meliputi pencariandan mempelajari bahan pustaka yang berkaitan dengan segala perkembangan robotROV, permasalahan mengenai perancangan dan pengetahuan mengenai komponen-komponenyang digunakan. Literatur ini diperoleh dari berbagai sumber antara lain buku /text book, diktat yang mengacu pada referensi, jurnal ilmiah, Tugas Akhir yangberkaitan, dan mediainternet. 1.

2.2         Perancangan desain robotPada tahap ini dilakukan perancangan desainrobot secara keseluruhan yang nantinya akan mempermudah dalam melakukan tahap selanjutnya. 1.2.3         Perancangan mekanik dan sistem kontrolPada tahap inidilakukan perancangan sistem kontrol yang meliputi pemrograman pada Arduino sedangkanperancangan mekanik yakni memilih komponen-komponen yang akan digunakan dalampembuatan dan perakitan robot.a.         Perancangan mekanikPada perancangan mekanik dilakukanpemilihan komponen-komponen berikut spesifikasi yang nantinya digunakan untukpembuatan dan perakitan robot.

b.        Perancangan sistem kontrol Pada perancangan sistem kontrol, sistem motordimodelkan berdasarkan kesetimbangan torsi dan rangkaian listrik pada jangkar.Kemudian dirancang pemodelan PID yang diharapkan akan didapat respon cepat dantanpa overshoot dan dirangkai menjadisistem kontrol tertutup dengan sistem motor.  1.

2.4         Pembuatan dan perakitan robot               Padatahap ini dilakukan pembuatan dan perakitan robot dimana hasil pemrograman dariperancangan elektrik diintegrasikan dengan komponen-komponen mekanik yang telahdipilih sesuai dengan perancangan yang dibuat. 1.2.5         Pengujian robot ROV               Kemudian dilakukan pengujian robot dimanahasil dari pengujian ini akan dianalisa. Pengujian robot dilakukan pada perairan.1.

2.6         Pembuatan laporan                Pada tahap terakhir ini dilakukanpembuatan laporan yang berkaitan dengan hasil pengujian dan analisa robot.Setelah laporan selesai dibuat maka selanjutnya adalah menarik kesimpulansebagai hasil.

 1.3     Perancangan Robot ROVPerancangan mekanik untuk UnderwaterRemotely Operated Vehicle merupakan hal yang banyak tantangan, mulai darigambaran awal ROV bentuknya kotak atau bentuk lainnya, material yang digunakanuntuk body utama dan kerangka tulang,bagaimana body utama tempat komponenberada tidak bocor, desain body agarseimbang dan lainnya. Dalam perancangan mekanik ini juga dibahas tentang perancangan sistem elektronik dari robot ROV. 1.3.1         Rancangan Desain RobotRancangan awal robot didesain dengan software freecad dan tabungakrilik sebagai bahan utama bodi robot. Tabung akrilik mmpunyai diameter 10 cm,ketebalan 5mm dan panjang 25 cm. Hasil rancangan dari software freecad laludicetak menggunakan printer 3 dimensi.

Dalam rancangan ini pun digunakanaluminimum berukuran 2×1 cm dan pipa berukuran ½ inchi sebagai kerangka tulangrobot. Dibagian bawah robot diberi sepasang pipa dengan diameter 1½ incisebagai kaki dan pemberat robot. Berikut desain robot dari software freecad.

  Gambar 3.5 Desain robot tampak depan  Gambar 3.6 Desain robot tampak isometri Dalam pergerakannya, robot menggunakan 6 buah motor untukbergerak di dalam air, 4 buah motor untuk bergerak secara vertikal dan 2 buahmotor untuk bergerak secara horizontal. Motor 1 bagian horizontal kanan, motor2 berada di horizontal kiri, motor 3 ditaruh di depan bagian kanan, motor 4berada di bagian depan kiri, motor 5 bagian belakang kanan, dan motor 6 beradadi bagian belakang kiri.

Berikut gambar rancangan peletakan motor pada UROV.  Gambar 3.7 Perancangan peletakanmotor robot Untuk perancanganmekanik, robot ROV diawali dengan sebuah pipa/tabung akrilik dengan ukurandiameter 100 milimeter dan panjang 350 milimeter dengan ketebalan tabung 5milimeter. Tabung akrilik yang digunakan memiliki warna bening atau tidakberwarna. Tabung akrilik ini berfungsi sebagai badan utama dalam robot, tempatdimana komponen elektronik robot diletakkan. Warna bening pada tabung akrilikakan membantu pengguna untuk menmantau keadaan komponen ketika berada di dalamtabung. Dari dimensi tabung, volume tabung dapat dihitung sebagai berikut.V = r = 50 mmt = 250 mm sehingga didapatkan besar volume tabung ialah :v = 1011271.

24297mm3 dibulatkan menjadi :v = 101 cm3 Gambar 3.8 Ilustrasi tabung akrilik Selanjutnya, dalamperancangan mekanik ialah perancangan tutup depan, tutup belakang, dan domeROV. Semua rancangan dibuat sedemikian rupa sehingga tidak ada celah masuknyaair ketika tutup rov ditutup.

Untk itu, tutup ROV dirancang dengan bahanakrilik dengan beberapa lapisan. Diantara lapisan-lapisan piring akrilik diberikaret o-ring yang berfungsi untuk menahan masuknya air dengan sifat adesifkaret.  Gambar 3.9 Perancangan tutup tabung  Gambar 3.10 Perancangan tutup tabungakrilik Tutup tabungakrilik dirancang ke dalam 3 bagian. Bagian pertama dan bagian kedua serupa,yaitu 2 buah piringan akrilik berukuran diameter 83,7mm dan 89,7mm.

Ada 6mm selisihdiameter antar 2 piring akrilik digunakan sebagai tempat karet oring denganketebalan 3mm. Bagian ketika merupakan bagian terluar dari tutup, dirancangmenggunakan piring akrilik dengan diameter lebih besar yaitu 120mm danketebalan 5mm. Bagian terluar tutup ini berfungsi sebagai bagian untukmempermudah membuka dan menutup tutup tabung akrilik. Semua bagian tutupakrilik disambungkan menggunakan lem jenis G. Antara lapisan 1 dan 2, danlapisan 2 dan 3 ditaruh karet oring.

Untuk memepermudahtutup tabung masuk muat ke dalam tabung akrilik ketika proses penutupan tabung,digunakan liquid seperti stampede (grease). Grease merupakan cairan kentalsejenis lubricant yang biasa digunakan dalam permesinan dalam kendaraanbermotor. Stampede (bahasa pasar) bersifat licin sehingga dapat memudahkantutup tabung masuk tertutup ke dalam tabung dengan sempurna.Dalam perancangandome ROV, digunakan acrylic ball dengan diameter 12-centimeter. Acrylic ballyang digunakan hanya setengah bagian, sedangkan bagian setengahnya lagi dapatdisimpan. Setengah bola acrylic ball lalu di tempelkan dengan akrilik tutup.Dome berfungsi sebagai housing bagi kamera jika ROV yang digunakan menggunakankamera. Gambar 3.

11 Perancangan dome Dalam perancanganawal, ada tambahan perancangan yaitu perancangan pemberat. Perancangan pemberatini dibutuhkan jika rancangan robot yang telah dibuat belum memiliki berat yangseimbang antara bagian depan dan belakang, dan bagian kanan dan kiri. Pemberatini dirancang dengan menggunakan pipa berukuran 2 inchi dan panjang 10centimeter. Pipa pemberat ini lalu diisi dengan paku masing-masing dengan berat500 gram. Berat pipa pemberat dapat berubah-ubah sesuai dengan kebutuhan. 1.

3.2         Persamaan Gaya Apung RobotGaya apung merupakan lawan dari gaya berat ke dalam sebuah bendaketika berada dalam air. Gaya apung ini dicatat sejarah dikenal pertama kalioleh orang Yunani bernama Archimedes. Ketika benda masuk kedalam air, bendamendorong air keatas dan air juga mendorong benda ke atas.

Maka terbentuklah 2gaya berlawanan. Besar gaya apung dapat dihitung dengan menggunakan rumussebagai berikut.                                                   (3.1)                                      (3.2) Dimana  adalah besar gaya apung,  adalah massa zat cair ke benda,  adalah gaya gravitasi bumi,  adalah massa jenis zat cair dan  adalah volume benda yang tercelup dalam zatcair.Dari hukum archimedes, dapat ditentukan besarnyagaya apung robot. Dikarenakan adanya gaya apung, berat benda dalam zat cairakan berkurang. Hal ini dapat terlihat ketika mengangkat benda yang berada didalam zat cair terasa lebih ringan dibandingkan ketika mengangkat benda yangsama ketika berada di daratan.

Hal ini sesuai denga prinsip hukum archimedes dimana ketika suatu benda berada di dalam air, akan ada gaya ke atasyang ditimbulkan oleh air dan diterima oleh benda. Sehingga resultan gaya(hasil gaya akhir) antara gaya berat dan gaya apung benda ke atas merupakanberat benda di dalam air. Benda di dalam air diberi simbol Wa. Hubungan antaraberat benda di udara (W), gaya apung ke atas (Fa), dan berat semu dapatdirumuskan sebagai berikut.                                               (3.3) Dimana, Wa adalah berat benda dalam zat cair, W sebesar45 gram cm/s2 dan Fa sebesar gaya apung dengan satuan Newton.

Gaya apung diasumsikan sebagai gaya angkat yangdiberikan oleh tabung akrilik berisi udara. Dengan volume udara yang sama dengavolume tabung yaitu sebesar 101 cm3, dan gaya apung udara padatabung dapat dihitung sebagai berikut.                                        (3.4) Untuk mendapatkan kalkulasi keseimbangan padarobot, makan dapat dihitung menggunakan ekspresi matematika sebagai berikut.

                           (3.5) Dimana,  sebesar 0.0012 g/  ( ),  sebesar 1 g/  ( ),  sebesar 1.031g/  ( ), Vb sebesar 101 cm3 dan 980 cm/ , sehingga didapatkan nilai gaya apung (Fa) sebesar9,8 Newton. 1.3.3         Model Matematik Pergerakan Quadrotor RobotRobot dirancang dengan model quadrotor artinya pergerakan robotdan kesinmbangannya dibantu oleh pergerakan 4 buah motor.

Perancangan robotdengan 4 buah motor juga membantu robot untuk bergerak lebih leluasa dan dapatmenyeimbangkan bodinya dengan lebih baik.Setiap motor pada pergerakan gerak pitch dan roll memilikimomen gaya, momen inersia, dan percepatan sudut. Momen gaya ( ) ialah sebuahbesaran dalam menyatakan besarnya gaya yang bekerja pada sebuah benda sehinggamengakibatkan benda tersebut bergerak rotasi, sedangkan momen inersia ialahukuran kelembaman suatu benda untuk berotasi terhadap porosnya sedangkanpercepatan sudut ( ) adalah lajuperubahan kecepatan sudut terhadap waktu.Momen gaya dapat dirumuskan sebagai berikut.                                             (3.

6) Dimana  adalah momengaya,  adalah gayayang bekerja,  adalahjari-jari dan  adalah sudutantara  dan .Sedangkan momeninersia dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut.                                                                 (3.7) Dimana  adalah momeninersia,  adalah momengaya dan  adalahpercepatan sudut. Gambar 3.12 Model matematik quadrotor Berdasarkan Gambar 3.13 maka momen gaya yang bekerja dapat dibagimenjadi 2 yaitu pada sumbu x dan sumbu y.

Gambar 3.13 Model matematis rotasiterhadap sumbu x Sedangkan rotasi terhadap sumbu x dapat dimodelkan dengan rumus sebagaiberikut.                                                        (3.8)              (3.9)                                              (3.10) Model matematik rotasi terhadap sumbu x diatas artinyaa modelmatematis pergerakan robot untuk jenis gerak roll.

Ketika ? bernilai positifmaka robot bagian samping kanan akan lebih rendah daripada bagian kirisebaliknya jika ketika ? bernilai negatif maka robot bagian kiri akan lebihrendah daripada robot bagian kanan.  Gambar 3.14 Model matematis rotasiterhadap sumbu y                 Rotasi terhadap sumbu y dapat dimodelkandengan rumus sebagai berikut.                                                      (3.11)            (3.12)                                              (3.

13) Model matematik rotasi terhadap sumbu yartinya model matematis pergerakan robot untuk sumbu pitch. Ketika  bernilai positif maka robot bagian depanakan lebih rendah daripada bagian belakang sebaliknya jika ketika  bernilai negatif maka robot bagian belakangakan lebih rendah daripada robot bagian depan robot.     1.3.4         Driver MotorDalam pengerjaan Tugas Akhir ini, driver motor yang digunakanialah driver motor modulan tipe VNH2SP30.

Pemilihan motor driver ini ialahsebab penggunaanya yang cukup mudah, arus yang yang dapat dilewati motor drivercukup besar.Ada 7 pin dalam IC motor driver ini, yaitu VCC, GND, EN, CS, INA,INB, dan PWM. Pin CS tidak digunakan sebab pin CS untuk sensor arus (CurrentSensor) yang tidak digunakan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. PIN EN disambungkan dengan pin +5v agar tidak perlu di program di arduino IDE, danadanya efesiensi program.

Berikut gambaran koneksi motor driver ke arduinomega. Gambar 3.15 Koneksi motor driver kearduino mega Secara umum, semua driver motor menggunakan rangkaianH-Bridge. H-bridge merupakan rangkaian yang cukup sederhana. Rangkaian H-Bridgememiliki 4 buah switching elemen, dengan beban load berada di tengah, sehinggaberbentuk menyerupai huruf H.  Gambar 3.

16 Rangkaian skematik motordriver vnh2sp30 1.3.5         Perancangan Sensor pHSensor pH yang digunakan merupakan hasilmodulan dari dfrobot. Sensor ini dibagi menjadi 2 bagian, yaitu sensor probedan modul PCB sensor. Sensor pH dari dfrobot ini sudah cukup gampang digunakan.Ada 3 pin output yang tersedia, yaitu pin Vcc, ground, dan analog. Pin Vccdihubungkan dengan rangkaian buck yang telah di setting dengan tegangan +5,04 volt,pin ground digabungkan dengan pin ground yang lainnya, dan pin analogdihubungkan ke pin A0 pada arduino mega. Berikut gambar koneksi sensor denganarduino mega.

Gambar 3.17 Koneksi sensor pH ke arduino mega Hasil data analog yang didapatkan oleh sensor pH sangatbergantung kepada besarnya input tegangan ke sensor pH. Semakin dekat nilaibesar sumber tegangan dengan angka +5 volt, maka semakin presisi hasil bacaansensor. Untuk itu, supply tegangan untuk sensor pH diusahakan untuk mendekatiangka +5volt.Dalam penggunaan sensor pH dari dfrobot, pengguna sangatdisarankan untuk menggunakan supply 5 volt independent. Artinya sumber dayasensor pH dalam rancangan Tugas Akhir ini langsung dari batrai ke rangkaianbuck dan selanjutnya ke sensor pH, sumber daya bukan dari pin 5volt arduinomega.

Tegangan input ke sensor pH merupakan elemen terpenting dalam keakurasianpembacaaan sensor, sebab sensor pH membaca data analog tegangan. Tegangan pin5volt pada arduino acap kali tidak stabil disebabkan beberapa hal, diantaranyabanyak komponen lain yang juga terkoneksi dengan pin 5volt arduino dan ketikaberproses pin 5volt arduino sesekali terjadi drop tegangan. Drop tegangan dapatmenyebabkan pembacaan sensor yang kurang akurat. Berikut gambar rangkaianskematik sensor pH dari dfrobot.

Gambar 3.18 Rangkaian skematik sensorpH 1.4     Perancangan Perangkat LunakSetelah perancangan sistem mekanik danrangkaian elektronik, langkah selanjutnya ialah perancangan perangkat lunak.Dalam perancangan perangkat lunak, ada akuisisi data sensor IMU dengan sensortipe MPU6050 GY-521, dan perancangan program gerak robot dengan kontrol PID(Propotional, Integral, dan Derivative). 1.4.1         Akuisisi data sensor IMUSensor IMU yang digunakan dalam Tugas Akhir ini ialah MPU6050GY-521 (sensor accelerometer dan gyroscope) Sensor IMU menggunakan komunikasitipe i2c dengan address sensor 0x68 saat address device AD0 = 0. (IsfahanUniversity of Technology ROV team.

2005)Sensor IMU jikadigunakan harus dikalibrasi terlebih dahulu agar dapat berfungsi sesuai keinginanpengguna. Ketika mengakuisisi data giroskop sering kali terdapat kesalahanpembacaan nilai kemiringan, maka kalibrasi diperlukan sehingga nilai kemiringanakan sesuai dengan nilai setup. Kalibrasi snsor dilakukan dengan caramemberikan pengertian arah kepada sensor dan robot, termasuk di dalamnya arahkanan-kiri, atas-bawah, dan miring. Hasil pembacaan arah ini lalu dimasukkandata nya ke EEPROM (Electricaly Erasable Programmable Read-Only Memeory) padaarduino mega. Gambar 3.19 Flowchart kalibrasi arahsensor MPU6050 GY-521 1.

4.2         Akuisisi data sensor IMUKontrolPID dalam Tugas Akhir ini mempunyai keluaran sinyal PWM yang mengontrol jumlaharus yang dihasilkan dari driver motor vnh2sp30 untuk menggerakkan motor dengankecepatan yang diinginkan. Untuk mengatur nilai PID, dilakukan dengan metodetuning nilai Kp, Ki, dan Kd secara manual, nilai dari masing-masing koefesientersebut akan membuat respon motor cepat dan meminimunkan timnunlnya osilasisinyal (C.

S. Chin, M. W.2005)Implementasikontrol PID di dalam Tugas Akhir ini berada di Mikrokontroler Arduino Mega2560. Algoritma yang digunakan untuk mengontrol kecepatan motor untuk bergerakmaju dan naik-turun berbeda.

Perbedaannya pada tipe kontrol PID, dimana motoruntuk kanan-kiri dikontrol untuk differential sedangkan untuk atas bawah tidak.Algoitmadari kontrol PID yang dirancang untuk sistem ini meliputi pencarian nilaisinyal error, dilanjutkan dengan pencarian integral error dan nilai derivativeerror. Setelah ketiga nilai didapatkan, perumusan kontrol PID akan memperolehnilai keluaran PWM.Secarakeseluruhan, flowchart perangkat lunak robot underwater ROV pada tugas akhirini dapat dilihat seperti berikut.   Gambar 3.20 Flowchart sensor IMU, kedalaman,PID dan kontrol robot Secara keseluruhan, berikut skematikrangkaian dalam perancangan ROV pada Tugas Akhir ini.

x

Hi!
I'm Erica!

Would you like to get a custom essay? How about receiving a customized one?

Check it out