Perancangan dan Implementasi Algoritma Sistem Komunikasi dan Algoritma Strategi Bermain Sepak

Bola pada Robot Humanoid Kidsize

Maratush Sholihah, Imre Nagi, Dr. Widyawardhana Adiprawita, S.T., M.T., Dr. Kusprasapta Mutijarsa. S.T., M.T. Program Studi Teknik Elektro

Sekolah Teknik Elektro Dan InformatikaInstitut Teknologi Bandung

Bandung 40135, Jawa Barat, IndonesiaE-mail : ms.sholihah@yahoo.com, imre.here@yahoo.co.id, wadiprawita@yahoo.com, soni@stei.itb.ac.id

Abstrak--Proyek ini merupakan pengembangan algoritma desain komunikasi dan strategi robot humanoid bermain bola. Modul komunikasi digunakan untuk menentukan state permainan dan komunikasi dalam sebuah robot tim. Modul strategi mendapat informasi berupa kondisi lapangan dari modul persepsi, posisi robot di lapangan dari modul lokalisasi, orientasi dari kompas, dan state permainan dari modul komunikasi untuk menentukan tindakan apa yang harus dilakukan oleh modul gerakan. Robot yang bertindak sebagai eksekutor adalah robot yang berada pada posisi yang lebih dekat dengan bola dan atau memiliki orientasi yang terarah ke gawang lawan. Sementara robot lainnya akan tetap mengejar bola hingga jarak kemiringan kepala robot terhadap bola sebesar 30 derajat. Sistem komunikasi dan strategi telah berhasil diimplementasikan. Robot dapat mencetak gol dengan maksimal 3 kali tendangan dengan kondisi tanpa lawan serta berhasil mengirim dan menerima data dalam waktu kurang dari 0,5 detik.

Kata kunci--Robot, Humanoid, State, Komunikasi, Strategi

I. PENDAHULUAN Dunia robotika merupakan salah satu bentuk

pengembangan teknologi yang semakin hari semakin banyak peminatnya. Berbagai macam jenis robot diciptakan untuk memenuhi berbagai kebutuhan manusia. Mulai dari jenis robot yang dapat mempermudah pekerjaan rumah, robot yang digunakan dalam industri, maupun jenis robot yang digunakan sebagai hiburan. Robosoccer atau robot sepak bola adalah salah satu contoh pengembangan robot yang digunakan di bidang hiburan. Robosoccer merupakan sebuah sistem yang mengendalikan robot menggunakan kendali cerdas (intelligent control) dan multi agen (Multi Agent System).

Perkembangan teknologi robotika ditunjang dengan banyaknya kompetisi yang diselenggarakan. Di Indonesia kompetisi robot yang cukup bergengsi adalah Kontes Robot Sepak Bola Indonesia. Kontes ini menggunakan robot humanoid untuk saling berkompetisi mencetak gol ke gawang lawan. Sampai saat ini tim perwakilan ITB selalu mengikuti kompetisi ini namun prestasi yang diraih belum maksimal.

masih terdapat beberapa kelemahan yang menyebabkan robot tidak dapat memberikan performa yang maksimal dalam pertandingan. Beberapa kelemahan tersebut antara lain adalah belum diterapkannya sistem komunikasi dan strategi tim sehingga robot masih saling bertabrakan dan berebut dalam mengejar bola.

Atas permasalahan tersebut, maka diperlukan adanya pengembangan secara khusus untuk merancang algoritma komunikasi dan strategi robot dalam bermain bola. Diyakini dengan adanya sistem komunikasi yang baik, maka akan dapat menghasilkan pergerakan serangan yang lebih optimal sehingga dapat mencetak gol lebih banyak ke gawang lawan. Dengan demikian, tim ITB akan dapat membuktikan bahwa perkembangan robotika di ITB tidak kalah dengan institusi-institusi lain yang telah sering meraih prestasi tertinggi di kontes bergengsi tersebut.

II. KOMUNIKASI TIM

Komunikasi digunakan untuk mengetahui state pertandingan dan komunikasi antar robot dalam tim. State pertandingan diperoleh dari server yaitu seorang juri yang mengatur pertandingan. Selain state pertandingan, juri juga menentukan apakah robot boleh memasuki lapangan atau tidak. Komunikasi antar robot diperlukan tim untuk bekerja sama dalam bermain bola. Informasi yang dikomunikasikan antara lain robot manakah yang mengetahui posisi bola (diperoleh dari sistem persepsi), posisi robot yang mendeteksi bola terhadap bola, dan robot mana yang akan mengambil bola. Dengan adanya komunikasi dalam tim, maka robot dalam sebuah tim tidak akan berebut mengejar bola. Berikut diagram alir komunikasi untuk mempermudah ilustrasi:

START

Membangun socket komunikasi

Mengirimkan data jarak robot ke server

Menerima data balasan dari server

Parsing dan verifikasi data yang diterima dari server

Simpan data jarak pada variable

masing-masing

END

START

Membangun socket

komunikasi

Menerima data jarak robot dari masing-

masing client

Menyimpan data jarak robot pada

variabelnya masing-masing

Mengirimkan data jarak setiap robot ke

semua client

END

Gambar 1 Diagram Alir Komunikasi Data

Dalam proses pengiriman datanya, komunikasi antar wasit dan robot pemain bersifat satu arah, sedangkan komunikasi antar robot pemain bersifat dua arah. Data-data yang dikirim dan diterima antar pemain memiliki format paket struktur data sebagai berikut:

Gambar 2 Struktur Data Komunikasi

Header: Merupakan penanda data yang akan diproses. Pembuatan Header bersifat sangat penting agar data yang tidak diinginkan tidak turut mengganggu keberlangsungan komunikasi data.

X: Merupakan koordinat x posisi lapangan. Y: Merupakan koordinat y posisi lapangan. Ө: Merupakan besar sudut yang akan berfungsi dalam arah

putar Robot. Num Player: Merupakan nomor pemain yang sedang digu-

nakan. Status: Merupakan penjelasan mengenai status robot yang

dimaksud (aktif/tidak). Strategi: Merupakan jenis strategi yang digunakan. Jarak Bola: Merupakan besar jarak antara bola dengan ro-

bot.

Gambar 3 State Chart Sistem Komunikasi

Protokol komunikasi yang digunakan dalam proses pengembangan robot ini adalah protocol UDP. UDP dipilih karena memiliki beberapa kelebihan, diantaranya yakni lebih cepat koneksinya karena tidak harus bernegosiasi dan juga tidak berurutan pengirimannya, serta dapat melakukan broadcast (tidak membutuhkan handshaking). Selain itu, UDP juga tergolong hemat memori karena tidak harus memecah data terlebih dahulu. Sebelum membuat algoritma komunikasi, dilakukan pula pengembangan pada behavior robot yang dinilai masih kurang, terutama pada bagian turningBall (Mengitari Bola).

III. ALGORITMA STRATEGI

Dalam pembuatan algoritma strategi, dibuat bagian-bagian program strategi serangan yang bertujuan agar pemrograman strategi yang kompleks dapat menjadi lebih mudah dipahami. Bagian-bagian desain yang dirancang dibagi atas urgensi dari pemecahan kasus-kasus yang akan dihadapi.

Algorima strategi menentukan tindakan yang harus dilakukan oleh robot sesuai dengan input yang diberikan. Input yang diberikan berupa lokasi objek-objek yang terdeteksi, seperti posisi gawang lawan, gawang tim sendiri, posisi bola, posisi pole-pole pada lapangan, posisi anggota tim, posisi robot itu sendiri, serta jenis strategi yang akan digunakan. Strategi robot penyerang dan robot bertahan akan digunakan sebagai strategi utama dalam perancangannya. Berikut diagram UML bagaimana strategi penyerangan atau pertahanan akan dikembangkan:

Gambar 4 Ilustrasi Pembagian Posisi Antara R1 dan R2

IV. IMPLEMENTASI DAN PENGUJIAN

A. Konfigurasi PengujianPengujian sistem komunikasi dan strategi dilakukan

dengan menggunakan remote computer terhadap robot. Koneksi yang digunakan oleh remote komputer dan robot adalah koneksi ssh (secure shell). Komponen-komponen yang digunakan pada pengujian adalah sebagai berikut:1. Remote Computer

Prosesor : Intel(R) Core(TM) i5-3317U CPU @ 1.70GHz

Memori (RAM) : 4.00 GB Sistem Operasi : Ubuntu 12.04 LTS

2. Prosesor pada robot, SBC Prosesor :1.6 GHz Intel

Atom Z530 (32 bit) Memori (RAM) : 1 GHz Sistem Operasi : Ubuntu 10.04

LTS3. Wireless Router

TP-Link TL-WR941ND 4. Lain-lain

Bola tenis orange Lapangan Gawang kuning

B. Prosedur PengujianProsedur pengujian sistem komunikasi dan strategi adalah:

1. Komputer dan kedua robot dihubungkan dengan menggunakan router yang sama.

2. Jalankan program demo dengan memberikan perintah “sudo ./demo” pada terminal.

3. Robot dinyalakan dalam mode soccer dan ditem-patkan pada tengah lapangan untuk bersiap melakukan kick off.

C. Hasil Pengujian1) Komunikasi TimKomunikasi digunakan untuk mengetahui state

pertandingan dan komunikasi antar robot dalam tim. State pertandingan diperoleh dari server yaitu seorang juri yang mengatur pertandingan. Selain state pertandingan, juri juga menentukan apakah robot boleh memasuki lapangan atau tidak.

Pada pengujian sistem komunikasi antar robot, dilakukan pengiriman dan penerimaan data untuk menetapkan:• Robot manakah yang mengetahui posisi bola (diperoleh

dari sistem persepsi) • Posisi robot yang mendeteksi bola terhadap bola• Robot mana yang akan mengambil bola.

Berikut tampilan terminal hasil pengujian komunikasi:

Gambar 5 Tampilan Terminal Saat Pengujian Sistem Komunikasi

Potongan gambar di atas menampilkan struktur data yang terkirim saat modul komunikasi antara dua robot dalam satu tim dijalankan. Terlihat bahwa data-data yang dikirim dan diterima sesuai dengan yang diharapkan, yakni:

Send: (Dago#A#B#C#D#E#F#G)Header dibuat tulisan “Dago”, dan komponen data A, B, C,

D, E, F, G dikomunikasikan pula sesuai dengan kebutuhan struktur data pada Gambar 2.13. Selain itu, data dari robot lain dalam satu tim juga ditampilkan sebagai informasi yang dapat menunjukkan berhasil atau tidaknya strategi yang diterapkan.

Tabel 1 Verifikasi Spesifikasi dan Hasil Uji Coba Komunikasi

No Spesifikasi Ketercapaian1 Selama pertandingan robot

harus bergerak secara otomatis

Tercapai

2 Robot dapat berkomunikasi melalui jaringan wireless dengan maksimal total bandwidth tiap tim 1 Mbit/s

Tercapai

3 Robot dapat berkomunikasi selama pertandingan

Dari keseluruhan percobaan (10/10), robot berhasil berkomunikasi antar robot dalam satu

tim4 Waktu untuk data yang

dikirim dalam komunikasi antar robot maksimal 0.5 detik

Tercapai degan waktu pengiriman data 5 ms.

2) Behavior RobotPada pengujian behavior robot, dibagi menjadi sub-sub

bagian implementasi berdasarkan posisi robot terhadap bola dan gawang: Robot Sejajar Terhadap Bola dan Gawang

Gambar 6 Ilustrasi Kondisi 1 Robot

Pada kondisi ini, Robot berada pada posisi yang sejajar terhadap bola dan gawang lawan. Kondisi ini bertujuan untuk menguji fungsi mencari gawang. Pengujian dinyatakan berhasil apabila robot berhasil mencetak gol dengan menendang bola ke arah gawang. Waktu yang dicatat adalah waktu dari robot mulai siap menendang hingga robot kembali ke posisi standby untuk state berikutnya. Berikut adalah tabel hasil pengujian.

Tabel 2 Hasil Pengujian I Behavior Robot

No.

Berhasil tendang kearah gawang

Waktu(mm:ss) Keterangan

1 Berhasil 00:15.40 Lancar2 Berhasil 00:18.02 Lancar3 Berhasil 00:17.31 Lancar4 Berhasil 00:15.09 Lancar

5 Gagal 00:16.22

Tendangan kurang kencang, posisi bola saat mau

menendang tidak tepat di depan kaki robot

6 Berhasil 00:14.54 Lancar7 Berhasil 00:14.40 Lancar8 Berhasil 00:15.02 Lancar

9 Berhasil 00:20.31Sempat kehilangan bola, namun segera ditemukan dan berhasil mencetak gol

10 Berhasil 00:14.11 Lancar

Dari hasil pengujian, dapat diambil kesimpulan bahwa behavior robot yang dirancang dapat dinyatakan berhasil untuk kondisi ini. Hal ini terlihat dari statistik keberhasilan robot mencetak gol yakni 9 dari 10 kali percobaan.

Robot Tidak Sejajar Terhadap Bola dan Gawang

Gambar 7 Ilustrasi Kondisi 2 Robot

Pada kondisi ini, Robot berada pada posisi yang tidak sejajar terhadap bola dan gawang lawan. Kondisi ini bertujuan untuk menguji fungsi mencari gawang dan turningball. Fungsi turningball adalah fungsi yang bertujuan untuk memposisikan robot agar sejajar dengan bola dan gawang lawan. Pengujian dinyatakan berhasil apabila robot berhasil mencetak gol dengan menendang bola ke arah gawang. Waktu yang dicatat adalah waktu dari robot mulai siap menendang hingga robot kembali ke posisi standby untuk state berikutnya. Berikut adalah tabel hasil pengujian.

Tabel 3 Hasil Pengujian II Behavior Robot

No.

Berhasil tendang kearah gawang

Waktu(mm:ss) Keterangan

1 Berhasil 00:52.06 Lancar2 Gagal 00:48.22 Bola meleset dari gawang3 Berhasil 00:56.30 Lancar

4 Gagal 00:36.18

Tendangan kurang kencang, posisi bola saat mau

menendang tidak tepat di depan kaki robot

5 Berhasil 00:45.20 Lancar, walaupun sempat kehilangan bola

6 Berhasil 00:21.46 Lancar7 Berhasil 00:33.40 Lancar8 Berhasil 00:43.27 Lancar9 Gagal 00:51.35 Tendangan Meleset10 Berhasil 01:00.17 Lancar

Dari hasil pengujian, dapat diambil kesimpulan bahwa behavior robot yang dirancang dapat dinyatakan berhasil untuk kondisi ini. Hal ini terlihat dari statistik keberhasilan robot mencetak gol yakni 7 dari 10 kali percobaan.

3) Sistem StrategiStrategi yang dikembangkan pada proyek ini yakni robot

yang memiliki posisi lebih “efektif” untuk menendang, maka robot itulah yang akan bertindak sebagai eksekutor. Kondisi yang lebih “efektif” ini dinyatakan dengan algoritma implementasi berupa robot yang memiliki jarak lebih dekat dengan bola, serta orientasi robot terhadap bola yang lebih baik. Jarak dekat atau tidaknya bola terhadap robot dinyatakan

dalam variabel tilt, yakni variabel yang nilainya diperoleh dari besarnya sudut arah kamera yang ada pada kepala robot dengan posisi titik tengah bola.

Gambar 8 Ilustrasi Strategi 1 Tim Robot

Gambar 9 Ilustrasi Strategi 2 Tim Robot

Modul strategi mendapatkan input informasi dari keseluruhan modul-modul yang ada, seperti: Modul Lokalisasi, Modul Komunikasi, Modul Gerakan, dan lainnya. Pengujian modul strategi ini dilakukan dengan menggunakan dua buah robot dengan kondisi tanpa lawang dan diuji dengan menggunakan separuh bagian lapangan.

Tabel 4 Verifikasi Spesifikasi dan Hasil Uji Coba Strategi

No Spesifikasi Ketercapaian1 Robot mampu menjalankan

algoritma strategi dengan baik sebanyak 5 kali dari 10 kali percobaan. Tidak bertabrakan dan tidak saling berebut antar robot.

Tercapai. 8 dari 10 kali percobaan, robot

berhasil menjalankan algoritma strategi yang

dirancang

2 Robot mampu mencetak gol ke gawang lawan maksimal 3 kali passing.

Tercapai. Posisi inisial robot ada di tengah

lapangan.3 Dalam durasi permainan

10 menit, robot dapat mencetak 5 gol ke gawang lawan.

Tercapai. Posisi inisial robot ada di tengah

lapangan.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

Berdasarkan pembahasan yang telah dijabarkan sebelumnya pada bagian perancangan, implementasi, dan pengujian, dapat disimpulkan bahwa algoritma komunikasi dan strategi untuk robot humanoid pemain sepak bola sudah berhasil dibuat. Algoritma yang dirancang pun dinilai mampu mengoptimalkan serangan. Namun, masih ada bagian-bagian yang dirasa dapat lebih dioptimalkan. Berikut merupakan beberapa saran penulis untuk pengembangan algoritma komunikasi dan strategi robot humanoid selanjutnya adalah: Pengembangan algoritma behavior untuk bermain sepak

bola pada robot humanoid masih dapat ditingkatkan den-gan memaksimalkan beberapa fungsi yang digunakan.

Image processing dapat ditingkatkan sehingga kegagalan dalam pencarian objek bola dan gawang dapat dikurangi.

Fungsi TurningBall masih dapat ditingkatkan. Pada bagian ini pendeteksian bola masih belum optimal.

Sistem Lokalisasi dan dipercepat waktu pemrosesannya, sehingga strategi dapat berjalan lebih baik.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Ha, Inyong, dkk. Gait Pattern Generation and Stabilization for Humanoid Robot Based on Coupled Oscillators. 2011. IEEE/RJS International Conference on Intelligent Robots and Systems, San Fransisco.

[2] Ha, Inyong, dkk. Development of Open Humanoid Plat-form DARwIn-OP. 2011. SICE Annual Conference, Tokyo.

[3] Fu, K.S, dkk. Robotics Control, Sensing, Vision, and Intel-ligence.1987. Singapore: McGraw-Hill, Inc.

[4] Nagi, Imre, Harish Mahatma Putra, dan Maratush Sholi-hah, “Humanoid Robosoccer League (Proposal)”, Dokumen B100, Institut Teknologi Bandung, 2013

[5] Nagi, Imre, Harish Mahatma Putra, dan Maratush Sholi-hah, “Humanoid Robosoccer League (Spesifikasi)”, Dokumen B200, Institut Teknologi Bandung, 2012

[6] Nagi, Imre, Harish Mahatma Putra, dan Maratush Sholi-hah, “Humanoid Robosoccer League (Perancangan)”, Dokumen B300, Institut Teknologi Bandung, 2014

[7] Nagi, Imre, Harish Mahatma Putra, dan Maratush Sholi-hah, “Humanoid Robosoccer League (Implementasi)”, Dokumen B400, Institut Teknologi Bandung, 2014

[8] Nagi, Imre, Harish Mahatma Putra, dan Maratush Sholi-hah, “Humanoid Robosoccer League (Verifikasi)”, Dokumen B500, Institut Teknologi Bandung, 2014

[9] Surya Adiputro, Azhari, Rancang Bangun Robot Humanoid Pemain Sepak Bola, Laporan Tugas Akhir, Institut Teknologi Bandung, 2011.

[10] Kristanto, dkk. 2012. Nao Humanoid Robosoccer Team. Bandung : Prodi Teknik Elektro ITB.

[11] Friedmann, M, dkk., Darmstadt Dribblers Team Description for Humanoid KidSize League of RoboCup 2011,2011.http://www.sim.informatik.tu-darmstadt.de/publ/download/2011_tdp_hum.pdf

[12] Kuhn, J, dkk., Darmstadt Dribblers Team Description for Humanoid KidSize League of RoboCup 2012, 2012. http://application2012.germanteam.org/upload/99ea768df22e9e05cc9d7eb3910fb7cb04e4260b/TDP2012_DD.pdf

[13] Kuhn, J, dkk., Darmstadt Dribblers KidSize Robot 2012, 2012.

[14] McGill, Stephen, dkk., Team DARwIn Team Description for Humanoid KidSize League of RoboCup 2012,2012. http://application2012.germanteam.org/upload/fbe7f71262c0045d1660fde9b679e35971e84d5b/Team%20DARwIn%20TDP%202012.pdf

[15] RoboCup Technical Committee, RoboCup Soccer Hu-manoid League Rules and Setup for the 2012 Competition in Mexico City, 2012. http://www.tzi.de/humanoid/pub/Website/Downloads/HumanoidLeagueRules2012-06-07-with-changes.pdf

[16] RoboCup Technical Committee, RoboCup Soccer Hu-manoid League Rules and Setup for the 2013 Competition in Eindhoven, 2012. http://www.tzi.de/humanoid/pub/Website/Downloads/HumanoidLeagueRules2013_DRAFT_20121010.pdf

[17] Rofer Thomas, dkk. B-Human Team Report and Code Re-lease 2011. Universitat Bremen, Germany.

[18] Sporea, Radu. Color Model Alternative Colorimetric Sys-tems and Color Modelshttp://www.photozone.de/colorimetric-systems-and-color-models.