PEMBANGUNAN MOBILE ROBOT

DENGAN SMARTPHONE SEBAGAI SISTEM PENGENDALI GERAK Laurensius D.S

Teknik Informatika - Universitas Widyatama, Bandung, Indonesia

40124

laurensius@3gen-itdev.com

ABSTRAK

Mobile robot yang dibangun adalah mobile robot beroda yang dapat dikendalikan menggunakan

perangkat smartphone berbasis Android. Pengiriman instruksi dari smartphone ke mobile robot menggunakan dua

kali transmisi yaitu menggunakan Bluetooth dan XBee . Mobile robot yang dibangun dilengkapi dengan kamera

dan alat penjepit objek, serta memiliki roda yang mampu menjelajah berbagai medan. Microcontroller yang

digunakan dalam pembangunan mobile robot ini digunakan ATMega2560 dan ATMega328P-PU yang telah

dipaket menjadi development board DFRobot Mega 2560 ADK dan Arduino Duemilanove. Bahasa pemrograman

yang digunakan adalah Java Android untuk pemrograman perangkat smartphone dan Wiring untuk pemrograman

controllernya. Tools yang digunakan untuk proses coding menggunakan Arduino SDK dan Eclipse IDE.

Mobile robot yang dibangun diharapkan dapat membantu manusia dalam menyelesaikan masalah yang sulit untuk

dikerjakan oleh manusia seperti mengambil benda yang sulit untuk dijangkau oleh manusia dan memantau kondisi

terdekat dengan mobile robot.

Kata Kunci : Mobile robot, Mobile Application, Wireless Communication, Interfacing System

1. PENDAHULUAN

Robot adalah alat mekanik yang dapat melaksanakan tugas fisik dengan cara dikendalikan oleh manusia

maupun dikendalikan oleh program atau kecerdasan buatan (Artificial Intelligence) yang ditanam pada sistem

robot itu sendiri. Pada umumnya, robot digunakan pada dunia industri untuk mengerjakan pekerjaan berat,

berbahaya dan pekerjaan yang berulang-ulang [1]. Salah satu jenis robot yang cukup diminati pada saat ini adalah

jenis robot yang dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain (mobile robot) dan dapat dikendalikan dari jarak

jauh. Kebutuhan akan robot yang dapat dikendalikan dari jarak jauh cukup diminati karena dianggap dapat

membantu manusia dalam mengerjakan suatu aktivitas yang cenderung sulit dilakukan oleh manusia. Misalnya,

penggunaan mobile robot yang dikendalikan dari jarak jauh untuk mengambil suatu objek dari suatu lokasi atau

ruang yang cenderung sulit dijangkau oleh manusia [2]. Ketersediaan media penghantar perintah atau instruksi

merupakan hal penting dalam penggunaan mobile robot yang dikendalikan dari jarak jauh. Penggunaan teknologi

yang tepat diperlukan agar perintah dari pengendali dapat diterima dengan baik oleh robot, sehingga robot dapat

melaksanakan instruksi yang dikirimkan oleh pengendalinya. Dalam melaksanakan tugasnya, tidak semua medan

yang dilalui oleh mobile robot adalah jalur yang mudah untuk dilalui. Adakalanya jalur atau medan yang harus

ditempuh oleh mobile robot adalah jalur yang tidak wajar, seperti bergelombang dan terdapat benda yang

mengganggu mobilitas dari mobile robot. Di samping itu, untuk mengoptimalkan kinerja mobile robot yang dapat

dikendalikan dari jarak jauh diperlukan media yang berfungsi untuk melihat kondisi atau situasi terdekat dengan

robot. Hal ini diperlukan guna memberikan gambaran atau informasi secara visual di sekitar robot.

Sementara di lain sisi, perkembangan teknologi tidak pernah berhenti. Dalam beberapa tahun terakhir,

perkembangan perangkat elektronika berkembang dengan pesat. Smartphone merupakan salah satu perangkat

genggam yang mengalami perkembangan dengan pesat. Perkembangan teknologi smartphone tersebut tentunya

tidak terlepas dari perkembangan operating system dari smartphone itu sendiri. Android merupakan salah satu

operating system yang mengalami perkembangan dengan cepat. Namun, ditinjau dari segi penggunaannya,

penggunaan smartphone berbasis Android saat ini belum begitu optimal. Sebenarnya beberapa jenis smartphone

berbasis Android, memiliki keunggulan untuk dilakukan pengembangan lebih lanjut [3]. Berdasarkan kondisi

tersebut, akan dilaksanakan perancangan dan pembangunan mobile robot yang dapat berjalan dalam berbagai

macam medan dan memberikan informasi secara visual dari lokasi terdekat dengan robot dengan cara

dikendalikan dari jarak jauh menggunakan perangkat berbasis Android secara nirkabel.

Model Prototyping adalah pemodelan evolusioner yang bersifat iteratif yang merupakan model proses

perangkat lunak yang telah secara eksplisit dirancang untuk mengakomodasi suatu produk yang akan berubah

secara perlahan (berevolusi) sepanjang waktu. Pembuatan prototype dapat digunakan sebagai model proses yang

berdiri sendiri, pembuatan prototype lebih umum digunakan sebagai teknik yang dapat diimplementasikan di

dalam konteks setiap model perangkat lunak [4].

2. LANDASAN TEORI Mobile robot merupakan robot yang dirancang untuk dapat berpindah dari suatu tempat ke tempat lain,

sehingga memiliki ruang kerja yang luas. Untuk dapat berpindah dari satu tempat ke tempat lain biasanya mobile

robot menggunakan roda, jalur atau track, ataupun kaki. Untuk penjelasan lebih detail mengenai mobile robot

dapat dilihat di referensi nomor [2].

Pembangunan mobile robot pada kegiatan tugas akhir ini digunakan microcontroller ATMega 2560 yang

telah dipaket menjadi sebuah development board DFRobot Mega ADK 2560. Sedangkan untuk router sebagai

penghubung koneksi dari user ke mobile robot digunakan microcontroller ATMega 328P-PU yang telah dipaket

menjadi development board Arduino Duemilanove. Microcontroller ATMega 2560 dan Microcontroller ATMega

328P-PU merupakan microcontroller yang diproduksi oleh Atmel, Inc. Perbedaan yang terlihat jelas dari kedua

microcontroller ini terletak pada bentuk dan jumlah pinnya. Pin yang dimiliki oleh ATMega 328P-PU berjumlah

28 buah, sedangkan ATMega 2560 memiliki pin sebanyak 100 buah. Seluruh penjelasan mengenai susunan dan

fungsi dari setiap pin dari kedua microcontroller tersebut dapat dilihat di referensi nomor [5].

Development board Arduino merupakan rangkaian elektronika yang terdiri dari microcontroller dan

komponen elektronika lainnya yang berfungsi untuk memudahkan proses pengembangan perangkat keras, dimana

pada board ini telah disediakan Port-port untuk memudahkan para pengembang, dengan penggunaan development

board Arduino, penggunanya tidak perlu melakukan proses soldering terhadap komponen IC dan komponen

lainnya, dengan perangkat ini pengguna tinggal melakukan konfigurasi atau pemilihan pin mana saja yang akan

pakai dan memprogramnya dengan SDK yang telah disediakan, yaitu Arduino SDK. Arduino dikembangkan oleh

David Cuartielles dan Massimo Banzi beserta rekannya. Arduino Duemilanove merupakan salah satu varian dari

produk Arduino. Development board DFRobot Mega ADK 2560 merupakan salah satu produk development board

selain Arduino. DFRobot Mega ADK 2560 dikembangkan oleh tim DFRobot. Produk development board ini

memiliki fungsi seperti produk Arduino. Informasi lebih lanjut mengenai penjelasan Arduino dan berbagai varian

Arduino dapat diperoleh di referensi [6], sedangkan untuk penjelasan lebih lanjut mengenai DFRobot Mega ADK

dapat dilihat di referensi [7].

Dalam pembangunan robot ini digunakan Bluetooth sebagai perangkat pengirim instruksi secara nirkabel

dari user ke mobile robot. Bluetooth yang digunakan merupakan Bluetooth yang dikembangkan oleh tim DFRobot

dengan nama DFRobot Bluetooth v.3. Selain penggunaan Bluetooth untuk mengirim instruksi dari user ke mobile

robot dipergunakan juga XBee Series 2 (S2). XBee merupakan protokol komunikasi nirkabel yang berkerja pada

standarisasi 802.15.4. Untuk penjelasan lebih lanjut mengenai DFR Bluetooth v.3 dapat dilihat di referensi nomor

[8], sedangkan penjelasan untuk XBee S2 dapat dilihat di referensi nomor [9] .

3. PROTOTYPE Proses kegiatan tugas akhir ini dikembangkan dengan menggunakan metode prototyping. Kegiatan yang

terjadi pada saat berlangsungnya kegiatan tugas akhir tersebut dijabarkan dalam poin 3.1 sampai dengan 3.3.

3.1 Prototype Pertama Media penghantar diperlukan agar mobile robot dapat menerima instruksi atau perintah yang dikirimkan

oleh user atau pengendalinya. Maka dari itu untuk memenuhi kebutuhan tersebut diperlukan analisis terhadap

proses pengiriman instruksi dari user ke controller pada mobile robot untuk selanjutnya instruksi tersebut diolah

dan dikerjakan oleh mobile robot.

Pada prototype pertama dirancang sebuah perangkat lunak sederhana untuk controller pada mobile robot

agar dapat menerima instruksi dari user. Pada prototype pertama, instruksi yang dikirimkan oleh user masih

sederhana, yakni melalui sebuah kabel USB FTDI. Kabel USB FTDI ini akan mengirimkan instruksi dari user

yang dikirimkan dari PC menggunakan serial terminal. Perancangan use case dapat dilihat pada Gambar 1 Use

Case Prototype Pertama.

Gambar 1 Use Case Prototype Pertama

Mobile robot yang dikembangkan pada prototype pertama hanya terdiri dari alat gerak berupa roda

caterpillar (Tank) yang digerakkan oleh 2 buah motor DC yang terhubung dengan motor driver untuk mengatur

pulsa elektroniknya (PWM, Pulse Width Modulation).

Dari hasil pengujian yang dilakukan, perangkat lunak yang ditanam pada mobile robot dapat menerima

data yang dikirim dari PC melalui kabel USB. Pada prototype pertama, mobile robot hanya dapat bergerak maju,

mundur dan berbelok. Kendala terjadi ketika user mengirimkan instruksi untuk berbelok ke kiri dan ke kanan.

mobile robot mengalami kesulitan karena pengaturan PWM yang tidak tepat. Dari hasil pengujian tersebut untuk

sementara bahwa mobile robot diperlukan analisis dan perancangan lebih lanjut untuk menyelesaikan

permasalahan yang diperoleh dari proses pengujian.

3.2 Prorotype Kedua Berdasarkan pengujian prototype pertama diperoleh hasil bahwa instruksi dapat diterima dengan baik

oleh mobile robot, namun untuk alat gerak mengalami kendala manakala mobile robot hendak berbelok karena

pengaturan PWM yang tidak tepat. Untuk mewujudkan tujuan yang diharapkan dalam pembangunan mobile robot

ini, maka pada prototype kedua dilakukan perubahan untuk pengiriman instruksi, pengiriman instruksi dilakukan

oleh user dari perangkat smartphone Android melalui koneksi Bluetooth.

Struktur pada mobile robot pun dirancang kembali dan ditambahkan alat gerak lain, yakni berupa gripper

atau alat gerak yang berfungsi untuk penjepit objek. Gripper digerakkan dengan menggunakan servo, gripper ini

dapat bergerak 180 derajat serta pada pagan penjepitnya dapat membuka dan menutup yang memungkinkan untuk

menjepit sebuah benda dengan lebar 3cm. Sedangkan untuk menerima instruksi dari user ditambahkan modul

DFR Bluetooth v.3. Pada perangkat smartphone sebagai tools yang digunakan oleh user untuk mengirim instruksi

pada mobile robot, maka diperlukan perancangan aplikasi mobile bebasis Android untuk mengirimkan instruksi

ke mobile robot. Pemodelan pada prototype kedua dapat dilihat pada Gambar 2 Use Case Diagram Prototype

Kedua (sebelah kiri). Sedangkan untuk prototype antarmuka aplikasi pengendali mobile robot dapat dilihat pada

Gambar 3 Prototype Antarmuka Aplikasi Mobile

Gambar 2 Use Case Diagram Prototype Kedua Gambar 3. Prototype Antarmuka Aplikasi Mobile

Pengujian dilakukan setelah prototype kedua selesai dikerjakan. Setelah dilakukan pengujian terhadap

prototype kedua diperoleh hasil bahwa penambahan alat berupa penjepit (gripper) pada mobile robot dapat

berfungsi sesuai dengan yang diharapkan. Pengujian Bluetooth sebagai sarana untuk mengirimkan perintah dari

user ke mobile robot berhasil dilakukan. Namun, di sisi lain penggunaan Bluetooth sebagai media pengirim

instruksi mengalami kendala. Jarak maksimum yang dapat tercipta dari koneksi Bluetooth adalah 10-12 meter,

sementara hasil yang diharapkan setidaknya mencapai jarak lebih dari 15 meter. Penambahan alat gerak berupa

gripper pada body mobile robot, mengakibatkan bertambahnya beban mobile robot tersebut. Dengan adanya

gripper tersebut konsumsi listrik cenderung lebih boros. Dengan demikian, dari hasil pengujian yang telah

dilakukan protoytpe kedua disimpulkan bahwa pada prototype kedua ini hasil akhir belum sesuai dengan yang

diharapkan dan perlu dilakukan analisis dan perancangan lebih lanjut.

3.3 Prototype Ketiga Prototype ketiga dikembangkan guna memenuhi kekurangan yang terdapat pada pengembangan

prototype kedua. Di samping itu, pada pengembangan prototype ketiga dilakukan penambahan fitur-fitur yang

sebelumnya belum ada pada mobile robot yang dikembangkan pada prototype sebelumnya. Pada pengujian

prototype kedua diperoleh hasil bahwa jarak tempuh dari koneksi Bluetooth dari user ke mobile robot adalah

sekitar 10-12 meter. Sementara tujuan yang diharapkan adalah mobile robot dapat menempuh jarak lebih dari 15

ketika dikendalikan secara nirkabel. Berdasarkan kondisi tersebut pada prototype ketiga dirancang dan dibangun

sebuah perangkat pembantu yang berfungsi sebagai router untuk membantu menyambung koneksi dari user ke

mobile robot. Sehingga koneksi yang dibentuk akhirnya terbagi dua kali proses pengiriman data. Pertama, koneksi

dari smartphone user ke router dengan menggunakan Bluetooth. Kedua, koneksi dari router ke mobile robot

menggunakan XBee S2. Dengan digunakannya perangkat tambahan berupa router yang terdiri dari XBee S2,

Arduino dan Bluetooth, maka pada gambar di bawah ini merupakan gambaran secara utuh mengenai proyek tugas

akhir yang dikembangkan.

Gambar 4 Gambaran Umum Proyek Tugas Akhir

Prototype ketiga ini dilakukan perancangan dan penataan ulang posisi komponen pada mobile robot. Hal

ini disebabkan karena semakin banyaknya komponen yang terpasang pada mobile robot. Prototype ketiga

dirancang sebuah mekanika tambahan yakni berupa dudukan yang berfungsi untuk menyimpan sebuah perangkat

yang berfungsi menyimpan IP Cam, smartphone yang memiliki aplikasi IP Cam atau perangkat sejenisnya agar

user dapat melihat kondisi terdekat dengan robot melalui media tersebut.

Dengan semakin banyaknya komponen yang membutuhkan sumber daya listrik, pada perancangan

prototype ketiga dilakukan perancangan power supply dari baterai sebesar 9,6 V. Pada paragraf sebelumnya

disebutkan bahwa pada mobile robot ditambahkan komponen yang berfungsi sebagai IP Cam. Pada perancangan

prototype ketiga digunakan smartphone Samsung Galaxy Y yang diinstall aplikasi IP Cam, sehingga smartphone

ini difungsikan layaknya IP Cam. Untuk mengakses hasil capture dari perangkat ini dapat diakses melalui wifi

tethering. Aplikasi pengendali pada perangkat smartphone dilakukan perancangan ulang. Pada aplikasi

ditambahkan fitur yang berfungsi untuk menampilkan hasil capture video dari Mobile robot. Selain itu, pada

aplikasi pengendali ini ditambahkan juga fitur untuk menggerakkan dudukan perangkat capture pada mobile

robot. Sehingga perangkat capture yang ada pada mobile robot dapat bergerak ke beberapa arah yang

memungkinkan user dapat melihat ke wilayah sekitar robot. Pada gambar di bawah ini merupakan activity

diagram pada pengembangan prototype ketiga.

Gambar 5 Activity Diagram

Setelah dilakukan perancangan terhadap prototype ketiga, selanjutnya prototype tersebut dilakukan

pengujian. Pengujian dilakukan terhadap mobile robot, router dan aplikasi pengendali mobile robot pada

perangkat smartphone. Tabel 1 merupakan hasil pengujian aplikasi smartphone pengendali mobile robot

Tabel 1 Hasil Pengujian Aplikasi Pengendali

No Nama Antarmuka Tampilan Antarmuka Proses Pengujian Hasil Yang Diharapkan Status

1 Kendali Arah

Gerak Mobile

robot dan IpCam

Mengirim instruksi

untuk menggerakkan

mobile robot ke arah

tertentu dan

menampilkan video

kondisi di sekitar

mobile robot

Robot bergerak ke arah

yang diperintahkan dan

menampilkan kondisi

terkini sekitar mobile robot

Sukses

2 Kendali Gripper

dan IpCam

Mengirim instruksi

untuk menggerakkan

Gripper pada mobile

robot ke arah tertentu

dan menampilkan

video kondisi di

sekitar mobile robot

Gripper bergerak sesuai

perintah dan kondisi terkini

sekitar mobile robot

Sukses

Sedangkan untuk hasil pengujian yang dilakukan terhadap mobile robot dan perangkat router yang terdiri

dari Bluetooth dan XBee S2 sebagai penghubung koneksi dari user ke mobile robot dapat dilihat pada tabel 2 di

bawah ini.

Tabel 2 Hasil Pengujian Perangkat Keras

No Perangkat

Keras Perangkat Keras Proses Pengujian Hasil yang Diharapkan Hasil

1 Angelist Mobile

robot

Robot dinyalakan dan

diberikan instruksi

untuk bergerak ke arah

yang dikirimkan user,

menggerakkan

gripper, menyegerakan

dudukan IP Cam,

menjepit dan

membawa objek. Alat

gerak robot digunakan

roda jenis caterpillar

Robot menerima instruksi

dan menjalankan instruksi

untuk bergerak ke arah

yang dikirimkan user,

menggerakkan gripper,

menyegerakan dudukan IP

Cam, menjepit dan

membawa objek. Robot

dapat melalui berbagai

macam medan.

Sukses

2 Angelist Router

Router dinyalakan dan

dikirimkan instruksi

dari smartphone

dengan koneksi

Bluetooth untuk

selanjutnya instruksi

tersebut dikirimkan ke

mobile robot melalui

XBee S2

Router dapat menerima

instruksi dari smartphone

dengan koneksi Bluetooth

dan mengirimkan instruksi

ke mobile robot melalui

XBee S2. Jarak tempuh

robot lebih dari 15 meter

Sukses

(jarak

tempuh

21 meter)

4. HASIL PEMBAHASAN Berdasarkan aktivitas yang telah dilakukan mulai dari pembangunan prototype pertama sampai dengan

prototype ketiga, tujuan yang hendak dicapai dari pelaksanaan tugas akhir ini dianggap telah terpenuhi. Hal ini

didasarkan atas terpenuhinya tujuan-tujuan yang hendak dicapai dari pembangunan mobile robot yang akan

dikendalikan dari jarak jauh secara nirkabel, dimana mobile robot memiliki alat gerak yang dapat bergerak dalam

berbagai macam medan serta dapat memindahkan objek (benda) serta dapat memberikan gambaran situasi sekitar

mobile robot tersebut secara visual.

5. PENUTUP Kesimpulan yang diambil dari hasil pembangunan mobile robot dengan smartphone sebagai sistem

pengendali gerak adalah sebagai berikut:

1. Penggunaan roda jenis tank thread atau caterpillar mendukung mobile robot untuk bergerak dalam berbagai

macam medan.

2. Mobile robot yang dibangun sudah dilengkapi dengan device berupa smartphone yang telah terinstall

aplikasi IP Camera yang mendukung untuk memberikan suatu informasi berupa gambaran situasi terkini

dari sekitar robot yang disajikan secara visual

3. Penggunaan perangkat Bluetooth dan XBee dapat digunakan sebagai media untuk mengirimkan instruksi

dari user ke mobile robot sehingga mobile robot dapat dikendalikan dari jarak jauh secara nirkabel.

Adapun di bawah ini adalah saran pengembangan diperlukan agar pengembangan mobile robot pada tahap

selanjutnya :

1. Pada pengembangan selanjutnya, diharapkan pada aplikasi pengendali mobile robot terdapat fitur untuk

pengaturan kecepatan dari modul roda pada mobile robot. Sehingga mobile robot dapat dikendalikan

kecepatannya melalui aplikasi pengendali.

2. Pada mobile robot ditambahkan sensor-sensor lain (seperti suhu, kadar oksigen, dan lain sebagainya)

sehingga informasi yang diperoleh dari sekitar robot menjadi lebih bervariasi.

3. Untuk pengembangan selanjutnya aplikasi pengendali mobile robot diharapkan memiliki tombol-tombol

yang lebih interaktif seperti penggunaan tombol seperti joypad / joystick game.

REFERENSI

[1] Robot, http://id.wikipedia.org/wiki/Robot, Tanggal akses : Juni 2013.

[2] Siswaja, Hendy Djaja. 2008. “Prinsip Kerja dan Klasifikasi Robot”. Bandung: Media Informatika.

[3] Safaat H, Nazaruddin. 2011. “Android – Pemrograman Aplikasi Mobile Smartphone dan Tablet PC Berbasis

Android”. Bandung: Informatika.

[4] Pressman, Roger S. 2012. “Rekayasa Perangkat Lunak”. Edisi 7 Buku 1. Yogyakarta : Andi.

[5] Microcontroller, http://www.atmel.com/products/microcontrollers/default.aspx, Tanggal akses : Maret 2013

[6] Getting Started with Arduino, http://arduino.cc/en/Guide/HomePage, Tanggal akses : Maret 2013.

[7] DFR Mega, http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&product_id=501#.UwQWpfl_v3Y,

Tanggal akses : Maret 2013.

[8] DFR Bluetooth v3, http://www.dfrobot.com/index.php?route=product/product&product_id=360#.UwQV- fl_v3Y,

Tanggal akses : Maret 2013.

[9] Point-to-Point XBee Setup, http://xbee.wikispaces.com/Point+to+Point+XBee+Set+up, Tanggal akses :

Maret 2013