Tugas Softskill 2

PERANCANGAN KONTROLER LENGAN ROBOT HASTOBOT

MENGGUNAKAN ANDROID DAN ARDUINO

DENGAN KOMUNIKASI BLUETOOTH

Yoel Anggun Wiratama Putra 1, Djoko Untoro 2

1, 2Program Studi Teknik Elektro – Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma – Yogyakarta

Email: 1yoel_awp@yahoo.com, 2djk_untoro@yahoo.com

ABSTRAK

Hastobot adalah miniatur lengan robot industri yang dikembangkan oleh Program Studi TeknikElektro Universitas Sanata Dharma. Hastobot terbuat dari akrilik dan digerakkan dengan 4 buah motor servo. Hastobot memiliki 4 (empat) derajat kebebasan. Penelitian ini difokuskan terhadap pembuatan kontroler untuk lengan robot Hastobot menggunakan Arduino dan Android dengan komunikasi Bluetooth. Arduino terhubung dengan modul Bluetooth HC-05 sebagai slave untuk menerima data dari aplikasi Android. Aplikasi Android dibuat dengan Eclipse Integrated Development Environment.

Motor servo digerakkan melalui mode geser dan nilai koordinat xy touch screen pada aplikasi Android. Format data yang dikirimkan aplikasi Android menggunakan header data untuk mengidentifikasi pergerakan masing-masing motor servo. Aplikasi Android dirancang mampu menggerakkan lebih dari sebuah motor servo secara bersamaan.

Kata kunci: lengan robot hastobot, bluetooth, aplikasi android, arduino, eclipse

ABSTRACT

Hastobot is a miniature industrial robot arm developed by the Electrical Engineering Department of Sanata Dharma University. Hastobot is made of acrylic and powered by 4 servo motors. Hastobot has 4 degrees of freedom. This research focuses on the controller design for Hastobot arm using Arduino and Android with Bluetooth communication protocol. Arduino is connected to a Bluetooth HC-05 module as a slave which receives data from an Android application. The Android application was developed using Eclipse Integrated Development Environment.

The servo motor is activated with sliding mode and x-y coordinate values in the Android application. The data sent by the Android application is provided with header to identify the

movements of each servo motor. The Android application has been designed to activate more than one servo motor simultaneously.

Keywords: robot arm hastobot, bluetooth, android application, arduino, eclipse

PENDAHULUAN

Robot adalah sebuah alat mekanik yang dapat melakukan tugas fisik, baik

menggunakan pengawasan dan kontrol manusia, ataupun program yang sudah

tertanam dalam sebuah prosesor. Istilah robot berasal dari bahasa Cheko

“robota” yang berarti kuli atau pekerja yang tidak mengenal lelah dan bosan [1].

Robot merupakan teknologi yang saat ini dipakai dalam banyak hal, terutama

untuk membantu pekerjaan manusia. Robotika berkembang seiring dengan

perubahan kebutuhan hidup manusia. Robot dinilai berguna karena dapat

mengurangi kesalahan-kesalahan pekerjaan yang umumnya dilakukan oleh

manusia. Robot diaplikasikan dalam berbagai hal, misalnya bidang industri,

pendidikan, dan kesehatan. Robot industri dan kesehatan umumnya

dirancang untuk melakukan pekerjaan yang membutuhkan tingkat akurasi dan

tingkat presisi yang tinggi dengan desain yang rumit. Berbeda dengan hal tersebut, robot pendidikan dirancang dengan desain yang sederhana dan mudah digunakan.

Salah satu kontroler yang dapat digunakan adalah smartphone berbasis Android. Smartphone Android digunakan karena kemudahan dalam pengembangan. Karena sistem operasi Android dapat diunduh dan dikembangkan secara gratis, produsen smartphone banyak yang memakai sistem operasi tersebut. Saat ini banyak ditemukan aplikasi untuk menggerakkan motor servo yang dapat diunduh di playstore. Namun, aplikasi tersebut masih belum efektif jika digunakan untuk mengendalikan lengan robot. Penelitian ini bertujuan untuk membuat kontroler yang dapat digunakan untuk lengan robot. Aplikasi yang akan dibuat, dirancang mampu menggerakkan lengan robot sesuai dengan daerah kerja lengan robot. Selain dapat menggerakkan lengan robot, aplikasi juga menerapkan protokol

komunikasi Bluetooth dalam sistem operasi Android.

TEORI PENDUKUNG

A. Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah studi literatur dan referensi, yaitu dengan mempelajari buku-buku dan makalah dari pustaka yang berhubungan dengan Bluetooth, sistem operasi Android, lengan robot, dan Arduino. Penelitian ini terdiri dari perancangan perangkat keras (hardware)

dan perangkat lunak (software). Perangkat keras meliputi desain lengan

robot dan perangkat lunak meliputi aplikasi kontroler lengan robot dalam

sistem operasi Android. Pengujian daerah kerja dan kalibrasi lengan robot diperlukan untuk membandingkan kesesuain gerak lengan robot dengan masukan dari aplikasi kontroler lengan robot. Pengujian daerah kerja dapat mengantisipasi gerak yangberlebihan, yang dapat membuat lengan robot patah maupun motor servo menjadi rusak. Pengamatan nilai pointer locationdilakukan terhadap layar touchscreensmartphone yang akan digunakan untuk melakukan konversi data. Data hasil konversi akan dikirim untuk menggerakkan

lengan robot.

B. Sistem Operasi Android

Android adalah sistem operasi yang berbasis Linux untuk telepon seluler (ponsel) seperti telepon pintar dan komputer tablet [1]. Androidbersifat open source. Androidmenyediakan platform terbuka bagi para pengembang untuk menciptakan aplikasi sesuai keinginan mereka sendiri yangdigunakan untuk berbagai macam

peranti bergerak. Awalnya, Google Inc. membeli Android Inc., pendatang baru

yang membuat peranti lunak untuk ponsel. Kemudian untuk mengembangkan

Android, dibentuklah Open Handset Alliance, konsorsium yang terdiri dari

34 perusahaan peranti keras, peranti lunak, dan telekomunikasi, termasuk

Google, HTC, Intel, Motorola, Qualcomm, T-Mobile, dan Nvidia. Android tersusun dari berbagai layer ditunjukkan Gambar 1.

Gambar 1 Android software stack [2]

Dalam Android software stack terdapat beberapa hal penting, antaralain [2]:

1. Linux Kernel

Linux Kernel merupakan sebuah perangkat lunak yang menjadi bagian utama dari sebuah sistem operasi. Di dalam Linux Kernelterdapat hardware driver, power

management, keamanan dan jaringan.

2. Dalvik Virtual Machine

Salah satu elemen kunci dari Android adalah Dalvik VirtualMachine (DVM). Android berjalan di dalam DVM, bukan di JavaVirtual Machine. DVM berjalan didalam Kernel untuk menangani fungsional tingkat rendah.

3. Application Framework

Application Framework menyediakan berbagai kelas yang digunakan

untuk membuat aplikasi dan mengatur user interface.

4. Application Layer

Lapisan ini terdapat fungsi dasar smartphone seperti menelepon,

menjalankan browser, mengirim pesan singkat, dan mengakses daftar

kontak.

C. Bluetooth

Bluetooth merupakan teknologi Radio Frequency dalam pita frekuensi

2.4 Ghz. Bluetooth merupakan sebuah jaringan Personal Area Network (PAN)

yang memiliki jangkauan tidak lebih dari 10 meter, sesuai dengan aturan

Institute for Electrical and Electronic Engineers (IEEE) 802.15.1. Gambar 2

menjelaskan protokol ataupun standar yang mengatur atau mengijinkan

terjadinya hubungan, komunikasi, dan perpindahan data dalam Bluetooth.

Gambar 2 Bluetooth stack protocol [3]

Keterangan Gambar 2 adalah sebagai berikut:

1. Bluetooth Radio Layer merupakan lapisan paling bawah dalam spesifikasi Bluetooth. Lapisan ini menentukan operasi dan sistem minimum dalam komunikasi Bluetooth termasuk perangkat 64 JURNAL ELEKTRO, Vol. 8, No. 2, Oktober 2015: 61-70 penerima, pengiriman dan penerimaan data dan sinyal RF

dalam Industrial, Scientific and Medical (ISM) band.

2. Baseband adalah sebuah physical layer protocol Bluetooth yangterletak di atas Bluetooth Radio Layer dalam Bluetooth stack protocol.

3. Link Manager Protocol mengatur sambungan, konfigurasi dan memberikan izin komunikasi Bluetooth.

4. Logical Link Control and Adaptation Protocol (L2CAP) merupakan datalink

layer dalam pemodelan Open System Interconnection (OSI).LC2AP memungkinkan layer diatasnya dapat menerima danmengirim paket data sampai 64kb.

5. RFCOMM merupakan cable replacement protocol dalamBluetooth stack.

6. AT Command adalah berbagai set instruksi untuk memberikan perintah dalam komunikasi port serial.

D. Modul Bluetooth HC-05

Modul Bluetooth lebih dikenal dengan nama modul BT. Modul ini digunakan untuk mengirimkan data serial Transistor Transistor Logic (TTL) melalui Bluetooth. Modul Bluetoothmemiliki dua tipe yakni, tipe master danslave [4]. Tipe modul BT dapat diketahui dari nomor seri yang berasal dari pabrik pembuat. Modul BT dengannomor ganjil dapat digunakan sebagai master dan slave. Tipe tersebut tidak dapat diubah oleh pengguna. Jadi modul BT master tidak bisa berubah menjadi slave kecuali untuk modul seri tertentu yang memungkinkan untuk diubah menggunakan AT Command yang ada. Modul BT ditunjukkan pada

Gambar 3.

Gambar 3 Modul bluetooth HC-05 [5]

E. Arduino Board

Arduino dikatakan sebagai sebuah platform dari physical computing yang

bersifat open source. Arduino tidak hanya sekedar sebuah alat pengembangan, tetapi kombinasi dari hardware, bahasa pemrograman dan Integrated Development Environment(IDE) yang canggih. IDE adalah sebuah software yang sangat berperan untuk menulis program, meng-compilemenjadi kode biner, dan meng-upload ke dalam memori mikrokontroler. Arduino memiliki fasilitas komunikasi serial Universal Asynchronous Receiver/Transmitter(UART) yang memungkinkan Arduinoberkomunikasi dengan perangkat lain.

F. Lengan Robot

Robot Manipulator adalah nama yang popular untuk lengan mekanik atau

lengan robot. Manipulator merupakan gabungan dari beberapa segmen dan

joint yang secara umum dibagi menjadi 3 (tiga) bagian yaitu arm, wrist, end

effector. Robotic Industries Association (RIA) mendefinisikan robot sebagai

manipulator yang didesain untukmemindahkan material, benda, alat atau

peralatan tertentu lewat pergerakan yang terprogram untuk melakukan berbagai

tugas [5]. Gambar 4 menunjukkan bagian umum lengan robot.

Gambar 4 Bagian umum lengan robot

G. Kinematika Lengan Robot

Kinematika adalah studi yang mempelajari pergerakan robot tanpa memperhatikan gaya yang mempengaruhi pergerakan lengan robot. Terdapat

dua buah kinematika yaitu kinematika maju (forward kinematics) dan kinematika mundur (inverse kinematics). Salah satu cara untuk menghitung kinematika adalah dengan menggunakan metode Trigonometri [5]. Kinematika lengan robot 2 DOF

ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5 Kinematika lengan robot2 DOF [5]

PERANCANGAN

A. Pemodelan Sistem

Pemodelan sistem ditunjukkan pada Gambar 6.

B. Konfigurasi Modul Bluetooth

HC-05 Dengan menggunakan mode ATCommand, modul Bluetooth

dikonfigurasi sebagai berikut:

1. Nama perangkat modul Bluetooth adalah USD_115114046.

2. Password untuk melakukan proses pairing adalah 115114046.

3. Modul Bluetooth dikonfigurasikan sebagai perangkat slave.

4. Menggunakan baud rate 38400 dengan 0 stop bit dan no parity.

Gambar 6 Pemodelan sistem utama

Gambar 7 Setting password modul Bluetooth HC-05

Gambar 8 Setting nama modul Bluetooth HC-05

C. Desain Lengan Robot

Gambar 9 Desain gripper

Gambar 10 Lengan robot tampak

samping1

Gambar 11 Lengan robot tampak

samping2

D. Desain Interface Aplikasi Kontroler Lengan Robot dengan Seek Bar

Gambar 12 Desain interface aplikasi

kontroler lengan robot

Untuk dapat mengaktifkan komunikasi antara aplikasi kontroler lengan robot dengan lengan robot, maka komunikasi Bluetooth harus dinyalakan, dengan proses sebagai berikut:

1. Tekan tombol Enable untuk menyalakan Bluetooth.

2. Tekan tombol Scan untuk mencari perangkat Bluetooth yang aktif.

3. Tekan tombol Paired untuk proses pairing dengan modul Bluetooth HC- 05.

4. Masukkan password dengan nilai 115114046

5. Tekan tombol Connect dan mulai menggeser seek bar atau pointerlocation pada interface.

E. Desain Interface Aplikasi Kontroler Lengan Robot dengan Pointer Location

Gambar 13 Desain interface aplikasi

kontroler lengan robot

dengan pointer location

Nilai yang akan ditangkap oleh pointer location adalah nilai koordinat x dan y pada layar touchscreen smartphone Android. Nilai tersebut akan dikonversikan untuk menggerakan lengan robot.

F. Format Pengiriman Data

Data akan dikirim menggunakan komunikasi serial UART dengan baudrate 38400, tanpa parity dan 0 stop bit. Gambar 14 merupakan format framekomunikasi UART secara umum.

Penggunaan data header diperlukan untuk membedakan perintah ke setiap motor servo yang ada pada lengan robot. Delimiter yang digunakan berupa endline karacter atau karakter enter. Sehingga modul Bluetooth HC-05 dapat mengetahui ketika sebuah paket dataselesai dikirim dari aplikasi kontrolerlengan robot smartphone Android.

Gambar 14 Format frame UART

Tabel 1 Format data aplikasi kontroler lengan robot

SIMPULAN

Berdasarkan perancangan yang telah dibuat, maka dapat disimpulkan:

1. Pengujian daerah kerja dan kalibrasi posisi motor servo diperlukan untuk

membuat aplikasi kontroler lengan robot dapat berfungsi maksimal.

2. Setelah proses perancangan ini, perangkat keras dan perangkat lunakakan direalisasikan sesuai perancangan yang telah dibuat.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Juliansah Amar. 2014. Perancangan Sistem Kontrol Robot Pemindah

Barang Menggunakan Aplikasi Android Berbasis Arduino Uno.Skripsi. Tangerang: Jurusan Sistem Komputer Universitas Raharja.

[2] Meier Roto. 2010. Professional Android 2 Application. Indianapolis:

John Wiley and Son Inc.

[3] Price Ron. 2007. Fundamental of Wireless Networking. New York:

McGraw-Hill Companies Inc.

[4] Guangzhou HC InformationTechnology Co. Datasheet modulBluetooth HC-05. Guangzhou: Guangzhou HC Information Technology Co.

[5] Pitowarno Endra. 2006. Desain, Kontrol, dan Kecerdasan Buatan.

Yogyakarta: Andi Offset