Lego Mindstorms NXT

Lego Mindstorms NXT adalah perangkat robot edukasional keluaran LEGO, seri NXT sebagai penerus atau peningkatan dari seri sebelumnya, yaitu RIS (Robotics Invention System) yang sukses di pasaran. Penggunaan Lego Mindstorms NXT membantu mempermudah pembuatan robot, hal ini dikarenakan Lego NXT menghilangkan kebutuhan untuk menyolder sirkuit dan menghilangkan kesulitan saat pemasangan motor. Robot yang dibuat menggunakan LEGO tidak dapat dianggap sebagai sebuah robot final, tapi dapat dianggap sebagai sebuah model.Lego Mindstorms NXT merupakan hasil dari perkembangan lego mindstorms generasi pertama yaitu RIS, Seiring dengan perkembangan teknologi yang cukup pesat ini, robot bukan lagi pada suatu konsep yang sulit seperti yang kita tahu sebelumnya, namun robot merupakan bentuk alat bantu manusia yang dapat diaplikasikan pada kehidupan sehari-hari.

Dengan kreatifitas generasi muda dan kalangan professional dalam mendesain dan membuat program pada robot, pemrograman terhadap device robotika dapat dilakukan dengan menggunakan high level language, atau menggunakan drag and drop. Inovasi ini akan menjadi terobosan baru dalam hal pemrograman terhadap peralatan robotika, sehingga teman-teman pelajar akan dipermudah dalam penerapan segi elektriknya dan dapat lebih berkonsentrasi terhadap perintah-perintah logikanya. Selain dari kemudahan yang ditawarkan oleh Robot Lego Mindstorms NXT, perangkat robotika LEGO juga memiliki kelebihan antara lain : Dapat dibentuk sesuai dengan imaginasi (mobil, helikopter, robot, mesin, dan lain-lain). NXT Mindstorms dioperasikan dengan program. Program berbasis drag and drop (user friendly).Robot, kendaraan, dan mesin dibentuk dari NXT Brick, terdapat satu processor 32-bit untuk menggerakkan motor berdasarkan input dari sensor. Komponen pada lego mindstorms nxt terdapat sensor-sensor yang dapat digunakan antara lain sensor cahaya, sensor suara, sensor warna, sensor touch, dan sensor ultrasonik.

Robot Lego Mindstorm NXT membuat pekerjaan yang berhubungan dengan elektronika, misalnya kebutuhan menyambungkan beberapa perangkat dengan solder, mengukur tegangan dari peralatan elektrik menjadi tidak ada.

Pengguna dapat merkait Robot Lego NXT layaknya merakit mainan lego dan melakukan programming dengan cara melakukan drag and drop diatas user interface Lego Mindstorm NXT, Selain robot lego nxt, ada lagi robot yang lebih canggih yaitu robot Lego EV3.

Software NXT-G Software NXT-G merupakan salah satu aplikasi yang digunakan untuk memprogram robot NXT, NXT-G adalah software bawaan dari lego mindstorms nxt yang membantu dalam pembuatan program yang kita inginkan tanpa harus mengerti bahasa pemrograman.

NXT-G atau Lego Mindstorms Education NXT adalah software untuk memprogram NXT Brick dari komputer yang dapat dilakukan secara grafikal. Perangkat lunak ini adalah cukup untuk pemrograman dasar, seperti driving motor, membuat sensor sebagai masukan/input, membuat kalkulasi/perhitungan, dan mempelajari struktur program sederhana dan aliran kontrol.

Mindstorms NXT digunakan untuk menciptakan perangkat lunak yang mengendalikan tindakan dari perangkat keras robot, Software NXT MINDSTORMS adalah suatu sistem instruksi assembling visual/icon. Aliran arah yang pada umumnya bergerak dari kiri ke kanan.

Perangkat lunak ini adalah suatu contoh dari suatu program yang di-compile, Program yang dibuat di NXT-G harus di-compile dan di-download ke NXT Brick sebelum robot melaksanakan program itu.

Tampilan Awal Program NXT-G

Gambar di atas merupakan overview dari software NXT-G, pada bagian yang bernomor 1 (satu) adalah bagian untuk memulai suatu program baru. Sebelum memulai, nama file dapat diubah terlebih dahulu, setelah itu tekan tombol Go untuk menuju ke lembar kerja baru. Untuk bagian yang bernomor 2 (dua), jika kita sebelumnya telah memiliki file program, maka dapat kita buka dengan cara memilih nama file yang kita punya terlebihdahulu sebelum menekan tombol Go.

Tampilan Lembar Kerja Baru NXT-G

Gambar di atas adalah gambar saat kita menekan tombol Go pada bagian membuat lembar kerja baru pada nxt-g, Block function yang dapat digunakan untuk memprogram adalah yang berada di sebelah kiri.

Cara untuk memprogramnya cukup dengan klik blok fungsi yang kita inginkan kemudian di-drag menuju awal rangkaian program star, kemudian letakkan di tempat yang disediakan.

Tampilan Mulai Program di NXT-G

Setelah kita memasang blok, maka panel bagian bawah akan muncul parameter dari blok tersebut (masing-masing blok memiliki parameter sendiri), dari parameter tersebut, dapat kita atur berbagai kondisi yang dapat terjadi sesuai dengan keinginan kita.

Kabel Konektor NXT

Kabel Konektor NXT berfungsi untuk menyambungkan nxt brick ke motor servo dan sensor menggunakan suatu 6-position modular connector yang mengutamakan kedua antar muka digital dan analog. Antarmuka yang analog adalah backward-compatible (dengan menggunakan suatu adapter) dengan Robotics Invention System yang lama. Antarmuka yang digital mampu untuk kedua komunikasi I2C dan RS-485.Tabel 2.1. NXT sensor interface pin-out.

Selain komponen utama nxt, ada juga komponen tambahan untuk membuat robot lego mindstorms NXT. Komponen-komponen yang terdapat di robot lego mindstorms NXT secara lengkap, yaitu :

NXT Brick NXT Brick atau biasa disebut dengan Brick NXT adalah komponen utama yang paling penting dari Robot Lego NXT, karena berfungsi sebagai pengendali (otak dan sumber tenaga robot NXT). Program yang sudah dibuat dapat di-upload ke NXT Brick untuk di compile.

Spesifikasi teknis dari NXT Brick, yaitu : 32-bit AT91SAM7S256 (ARM7TDNI) main microprocessor @48 MHz (256 KB flash memory, 64 KB RAM). 8-bit Atmega48microcontroller @ 4 MHz (4 KB flash memory, 512 Bytes RAM). LCD display 100 x 64 piksel. Bluetooth. Satu port USB 2.0. Empat port input : port 1, port 2, port 3, dan port 4. Tiga port output : port A, port B, dan port C. Speaker terintegrasi untuk mengeluarkan output suara. Empat tombol : cancel, OK, left, dan rightPenggunaan dua processor pada NXT Brick membuat Lego Mindstorms NXT dapat menjalankan lebih dari satu Thread pada program. Hal ini disebabkan oleh adanya 2 (dua) processor yang mengerjakan fungsi yang berbeda pada saat bersamaan.

Mikrocontroller ARM7 di dalam NXT Brick berfungsi sebagai master controller yang fungsi utamanya mengatur jalur komunikasi. Fungsi dari mikrokontroler (PMW) untuk mengendalikan ketiga motor servo nxt, serta Analog to Digital Converter (ADC) dari terminal masukan.

Diagram blok NXT brick

NXT Brick dapat menerima masukan dari 4 sensor, dan menjalankan 3 motor sekaligus, dengan bentuk seperti dibawah ini :

Brick dengan 4 sensor dan 3 motor

Tampilan pada layar LCD NXT Brick adalah sebagai berikut :

Tampilan pada layar LCD NXT Brick

Brick NXT dapat kita ibaratkan seperti CPU pada komputer yang berfungsi untuk mengolah data. NXT Brick berfungsi untuk mengendalikan jalannya robot sesuai dengan program yang kita buat. Pada pembuatan program dengan NXT kita dapat melakukannya dengan 2 cara : Membuat program secara langsung pada NXT Brick. Membuat program melalui komputer, selanjutnya kita upload ke NXT Brick.Untuk program-program yang sederhana kita dapat membuatnya secara langsung pada NXT Brick, sedangkan untuk program-program yang kompleks dan rumit kita dapat membuatnya di komputer terlebih dahulu dengan menggunakan software NXT-G. Sensor Warna NXT (RGB) Sensor RGB NXT atau biasa disebut dengan sensor warna nxt menggunakan LED RGB dan mengeluarkan sinar lampu merah, hijau dan biru pada objek secara berturut-turut. Cahaya dari sensor warna nxt (RGB) yang dipantulkan lalu dikumpulkan oleh sensor peka cahaya dengan panjang gelombang.

Sensor warna nxt (RGB) type HiTechnic memiliki LED putih, dan sebuah chip warna khusus yang sensitive, chip ini memiliki tiga daerah sensitive tercakup merah, hijau dan biru. Keuntungan sensor warna nxt tambahan dari metode HiTechnic dapat mendeteksi warna cahaya yang dikirim di atasnya (dalam mode pasif, dengan Led putih).

Sensor Sound NXT Sensor Suara atau biasa disebut dengan sensor sound nxt adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi adanya suara, Sensor sound ini disesuaikan dengan kemampuan pendengarkan manusia, yaitu antara 20 Hz samapai 20 KHz. Sensor sound pada lego mindstrom NXT digunakan untuk mengukur intensitas suara lingkungan. Sensor ini dapat mendeteksi suara sampai maksimum 90 desibel (dB). Gambar di bawah ini merupakan sensor suara pada lego mindstorms NXT.

Sensor sound nxt (suara) berfungsi seperti telinga, yaitu untuk menangkap suara. Sensor suara dalam Lego Mindstorms NXT ini mampu untuk mengukur kenyaringan dari lingkungan robot. Dengan menggunakan sensor ini, robot lego mindstorms NXT dapat berpindah atau bergerak ke area yang lebih tinggi atau menurunkan kenyaringan tergantung pada kode NXT-G yang telah dibuat.

Sensor sound nxt mengukur tingkat volum pada skala 0 sampai 100, 100 menjadi yang sangat keras, 0 menjadi yang sepenuhnya diam. Sensor suara nxt mampu untuk mengukur kenyaringan berciri sama dengan decibel (dB) dan dBA (frekwensi sekitar 3-6 kHz, yang mana telinga manusia adalah yang paling sensitif).

Kerja sensor sound nxt dimulai ketika sensor menerima input suara dari lingkungan, suara tersebut akan diterima oleh mikrofon yang ada pada sensor. Diafragma dalam mikrofon akan menangkap getaran suara dan ikut bergetar sesuai dengan frekuensi getaran yang ditangkap. Getaran tersebut akan menyebabkan magnet dalam mikrofon bergerak dengan frekuensi yang sama dengan frekuensi suara yang diterima.

Magnet kemudian bergerak dalam kumparan yang selanjutnya menghasilkan aliran listrik dengan frekuensi yang sama pula. Aliran listrik inilah yang dikonversi menjadi sinyal yang sesuai agar dapat dibaca NXT Brick. NXT Brick selanjutnya mengkonversi sinyal tersebut dalam persentase antara 0100%, persentase tersebut dapat diartikan sebagai tingkat kekerasan suara yang diterima oleh sensor.

Sensor Light NXT Sensor Light NXT atau sering disebut dengan sensor cahaya nxt adalah sensor yang cara kerjanya yaitu merubah besaran cahaya menjadi besaran listrik. Sensor cahaya (light) digunakan untuk mendeteksi dan mengukur intensitas cahaya atau gelap terang.

Sensor cahaya pada lego mindstrom NXT terdiri dari dua komponen, yaitu LED dan phototransistor. Sensor ini dapat membedakan terang dan gelap, serta mengukur intensitas cahaya di suatu ruangan maupun pada permukaan yang berwarna. Sebelum membahas lebih jauh tentang sensor cahaya nxt, akan dijelaskan secara singkat mengenai konsep cahaya. Cahaya adalah radiasi elektromagnetik dari sebuah gelombang yang dapat terlihat oleh manusia (sekitar 400-700 nm), Cahaya memiliki tiga properti utama, yaitu: intensitas, frekuensi, dan polarisasi.

Sensor Cahaya NXT adalah salah satu jenis sensor yang dapat digunakan untuk mendeteksi dan mengukur intensitas cahaya. Definisi yang lebih sederhana, sensor cahaya akan mengukur gelap atau terangnya suatu sumber cahaya. Sensor ini dapat dilihat pada gambar berikut:

Komponen yang termasuk dalam sensor cahaya nxt (light) yaitu : LDR ( Light Dependent Resistor ) adalah sebuah resistor dimana nilai resistansinya akan berubah jikadikenai cahaya. PhotoDioda adalah sebuah dioda yang apabila dikenai cahaya akan memancarkan electron sehingga akan menalirkan arus listrik. Phototransistor adalah sebuah transistor yang apabila dikenai cahaya akan mengalirkan electron sehingga akan terjadi penguatan arus seperti pada sebuah transistor. Optocoupler adalah sebuah komponen kopling berbasis optik. Sensor cahaya pada lego Mindstorms NXT terdiri dari dua komponen, yaitu: LED (Light Emitting Diode) dan phototransistor.Sensor Cahaya NXT (Light) dapat membedakan terang dan gelapnya cahaya, membaca intensitas cahaya di suatu ruangan, serta dapat mengukur intensitas cahaya pada permukaan yang berwarna. Sensor cahaya memperlihatkan bagaimana membedakan warna dengan menggunakan sensor cahaya.

Sensor cahaya nxt hanya akan membaca intensitas cahaya yang diterima oleh sensor, hal ini berarti sensor dapat saja membaca intensitas cahaya yang sama berdasarkan pantulan dari dua warna yang berbeda. Permasalahan ini dapat diatasi dengan memberikan cahaya tambahan atau mengganti sensor dengan sensor yang lebih sensitif, selain sensor light terdapat juga sensor sound nxt yang sama sensitifnya terhadap object.Sensor Ultrasonik NXT Sensor Ultrasonik NXT adalah sensor yang memanfaatkan gelombang ultrasonik sebagai alat navigasi, gelombang ultrasonik adalah gelombang yang memiliki frekuensi lebih dari 20 KHz. Beberapa hewan tertentu dapat mendengarkan gelombang ultrasonik, seperti lumba-lumba dan kelelawar. Sensor ultrasonik pada lego mindstrom NXT berbentuk seperti mata, Mata sebelah kanan berungsi sebagai pemancar gelombang (transmitter) dan mata sebelah kiri berfungsi sebagai penerima gelombang (receiver).

Pada lego mindstorms nxt, sensor ultrasonik nxt merupakan sensor utama untuk navigasi dan penghindaran halangan. Bisa dikatakan pemanfaatan gelombang ultrasonik ini meniru teknik navigasi pada kelelawar atau kapal selam. Sensor Ultrasonik NXT berbentuk seperti mata, mata sebelah kanan merupakan pemancar gelombang ultrasonik, dan mata sebelah kiri adalah penerima gelombang ultrasonik.

Cara kerja sensor ultrasonik nxt mengikuti konsep penggunaan gelombang ultrasonik untuk menentukan jarak, awalnya mata kanan akan memancarkan gelombang ultrasonik setelah beberapa saat mata kiri akan menerima pantulan gelombang ultrasonik yang dipancarkan sebelumnya.

Selisih antara waktu gelombang dikirimkan dan pantulannya diterima akan digunakan untuk menentukan posisi benda terdekat, Sensor ultrasonik nxt tidak mampu membaca jarak yang lebih kecil dari 3 cm.

Berdasarkan penelitian, ada dua kelemahan paling utama pada sensor ultrasonik nxt:1. Terjadinya kekacauan untuk perhitungan pada jarak lebih besar dari 255 cm. Hal ini dikarenakan nilai yang didapatkan sensor sudah berada di luar rentang nilai yang dimiliki NXT Brick.2. Benda yang berada pada jarak antara 25 cm 50 cm, sensor mempunyai probabilitas besar untuk membaca jarak tersebut menjadi 48 cm.Sensor Touch NXT Sensor Touch NXT (Sensor Sentuh) adalah sensor yang bekerja seperti indera peraba manusia, Sensor touch nxt bekerja berdasarkan penekanan dari saklar seperti yang telihat pada gambar dibawah. Saklar yang digunakan pada sensor sentuh (touch) merupakan saklar normally off, yang artinya jika saklar ditekan, maka akan mengindikasikan logika 1 dan jika dilepas, maka akan berlogika 0.

Guna sensor touch nxt ini adalah untuk membuat suatu aksi dari robot yang jika sensor tersebut ditekan, maka robot akan melakukan gerakan/aksi tertentu, tetapi jika sensor sentuh tersebut dilepas, maka robot akan melakukan aksi lainnya.

Sensor Touch NXT dapat kita kombinasikan dengan sensor yang sama atau dengan sensor yang berbeda, Sensor sentuh memungkinkan tidak hanya untuk mendeteksi ada atau tidaknya sentuhan, tetapi juga apakah sentuhan sudah dilepaskan atau belum.

Pada robot, sensor touch nxt juga dapat dimanfaatkan untuk memeriksa apakah sebuah objek sudah digenggam atau belum. Sensor touch harus dipasang pada posisi dimana jika ada sebuah objek dalam genggaman, maka sensor sentuh akan tertekan. Jika benda tersebut dilepaskan, maka tekanan yang tadinya dirasakan juga akan hilang, selain sensor sentuh terdapat juga sensor cahaya (Light) pada robot nxt.Motor Servo NXT Motor Lego Mindstorm NXT berfungsi untuk menggerakkan bagian robot seperti memutar roda atau menjadi sendi. Satu Brick NXT bisa dipasang hingga 3 (tiga) buah motor, motor nxt tidak menggunakan motor DC biasa.

Motor NXT memiliki keterbatasan dalam hal kemampuan torsi putar, karena motor DC tidak mempunyai umpan balik untuk mengadaptasi beban pada motor DC. Pada robot Lego Mindstorm NXT, motor yang dipakai adalah motor DC servo yang dilengkapi dengan sebuah encoder yang berfungsi sebagai umpan balik, sehingga pusat pengendalian dapat memberikan arus yang sesuai dengan beban pada motor nxt.

Kecepatan sudut maksimum motor nxt adalah satu putaran per detik, motor nxt juga dapat digunakan untuk menghitung derajat perputaran atau rotasi. Akurasi dari motor nxt mencapai kurang lebih satu derajat. Dalam perkembangannya, motor servo nxt dipadukan dengan susunan gearing tertentu untuk mendapatkan torsi akhir yang lebih besar.

Gambar 1. Motor Lego Mindstorm NXT

Torsi yang besar yang didapat dalam waktu singkat merupakan kelebihan motor nxt, Kekurangan motor nxt adalah kurangnya akurasi sehingga diperlukan suatu pengendali yang dapat meningkatkan keakurasian.