Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Acro Si Lumba Lumba (9)

KAPAL AUTONOMOUS (OTOMATIS/SENSOR)

“ACRO Si Lumba – Lumba”

Diusulkan oleh:

Taif Maharsyah

Anung Nugroho

Puguh sudarsono

Dr. Ir. Bambang Dwi Argo, DEA

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG, 2012

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah SWT, Tuhan semesta, Maha Kuasa diatas Segalanya, Maha

Pengasih dan Penyayang, yang telah melimpahkan rahmad, taufiq, dan hidayah sehingga

akhirnya tim kami dapat menyelesaikan rancangan dalam mengikuti Kontes Kapal Cepat Tak

berawak yang diadakan oleh Universitas Diponegoro.

Kontes Kapal Cepat Tak berawak merupakan salah satu upaya meningkatkan SDM

yang mumpuni di bidang rancang bangun kapal melalui jalur akademik. Daya kreasi

mahasiswa dalam lomba tersebut mencakup badan kapal yang baik, perencanaan sistem

penggerak, dan sistem navigasi yang handal. Oleh karena itu tim kami merancang bangunan

kapal yang berjudul “ ACRO Si Lumba-lumba“.

Hakikat manusia adalah makhluk yang diliputi keterbatasan dan kekurangan sehingga

selalu membutuhkan bantuan orang lain. Begitu pula dalam penyusunan perancangan kapal

ini tidak akan dapat terlaksana apabila tidak ada sumbangsih dari pihak-pihak yang terkait.

Bersama ini tidak lupa tim kami mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Bambang Dwi Argo, DEA selaku dosen pembimbing yang dengan sabar

dan Bijak membimbing kami.

2. Teman-teman Tim Acro yang selalu membantu dalam pelaksanaan dan bimbingannya

dalam perancangan. Elia , Nilam, Raden Octa, Galih, Dawiyah, gesuri, bahadur,

cikop, dan smuanya yang turut membantu juga memberikan motivasi.

3. Untuk kakak tingkat 2008 dan 2006. Untuk mz Aldo,mz Ubed, mz bandar dan yang

lain-lain.

Harapan yang diinginkan dalam pembuatan proposal rancangan adalah untuk

bermanfaat dalam Ilmu pengetahuan dan Teknologi pada sebagian orang-orang awam secara

umum dan meningkatkan kualitas ilmu dari teman-teman Tim Acro agar berkembang dan

jauh lebih baik dari sebelumnya.

Malang, 10 Agustus 2012

Tim ACRO

DAFTAR ISI

Lembar Pengesahan ………………………………………………….................................... i

Kata Pengantar ………………………………………………………................................... ii

Daftar Isi ……………………………………………………………..................................... iii

Abstrak ................................................................................................................................... iv

I. Pendahuluan ……………………………………………….......................................... 1

II. Metode Pembuatan / Desain / Konsep Dasar………………………………………... 3

III. Materi Inti................................................................................................................... 6

IV. Pembiayaan ………………………………………………………........................ 10

Daftar Pustaka ..................................................................................................................... 11

Lampiran .............................................................................................................................. 12

ABSTRAK

Kontes kapal cepat tak berawak nasional 2012 (KKCTBN 2012) merupakan salah satu kontes robot yang diadakan oleh DIKTI (Dit Litabmas) dalam rangka meningkatkan daya kreatifitas mahasiswa Indonesia dalam bidang IPTEKS. KKCTBN 2012 yang diadopsi dari kompetisi internasional roboboat yang dilakukan AUVSI Foundation, diharapkan mahasiswa Indonesia dapat memberikan kontribusi dibidang teknologi perkapalan, baik dalam skala nasional maupun internasional.

Kapal cepat tak berawak yang dibuat diberi nama “ACRO Si Lumba-Lumba” dengan dimensi : panjang 120 cm, lebar 40 cm dan tinggi total 65 cm. “Acro Si Lumba-Lumba” menggunakan bahan dasar alumunium karena aluminium merupakan logam yang kuat namun ringan, serta tahan terhadap benturan. Kapal autonomus menggunakan beberapa sensor jarak dibagian depan dan belakang untuk mendeteksi jarak kapal dengan bola. Pada kapal juga dilengkapi dengan kamera, CMU cam yang kompatibel dengan mikrokontroler dimana kamera dapat berkomunikasi langsung menggunakan komusikasi serial (melalui port Tx dan Rx) dengan mikrokontroler. Kemudi kapal menggunakan motor servo yang memiliki torsi besar sehingga dapat membelokkan kapal sebagai respon jika menemukan rintangan tertentu. Propeller kapal menggunakan motor DC dengan driver ESC18A yang memiliki fasilitas pengaturan PWM sehingga putaran motor dapat dikendalikan, untuk meningkatkan kecepatan kapal, PWM pada driver motor ditingkatkan, sebaliknya untuk menurunkan kecepatan kapal, PMW pada driver motor akan diturunkan. Menggunakan modul RC dimana kapal bersifat Remote controllable, untuk pengendali pada mode remote control, yang akan difungsikan ketika kapal akan kembali ke dermaga. Compas module adalah komponen navigasi yang digunakan kapal “Acro Si Lumba-Lumba”, digunakan sebagai acuan ketika kapal akan berbelok beberapa derajat sebagai respon terhadap rintangan tertentu pada lintasan. Kecepatan kapal akan terus dimonitoring dengan menggunakan GPS module Em411 yang memiliki fasilitas berupa informasi kecepatan (velocity) kapal serta posisi koordinat kapal, komponen inti yang akan dijadikan acuan untuk menentukan kecepatan kapal, apakah harus ditingkatkan atau diturunkan.

Kapal didesain dengan pengontrolan otomatis dimana jika kecepatan kapal menurun akibat dari rintangan berupa arus air yang berlawanan dengan arah gerakan kapal, maka PWM akan ditingkatkan untuk meningkatkan kecepatan kapal. Respon gerakan kapal untuk berbelok ditentukan berdasarkan sensor jarak dan kamera, pada jarak tertentu dan kamera membaca warna bola tertentu maka kapal dapat memberikan respon tertentu jika menemukan warna bola tertentu. Modul RC digunakan ketika telah diaktifkan mode RC yaitu ketika kapal telah sampai ditujuan.

I. PENDAHULUAN

Perancangan kapal “ACRO Si Lumba-Lumba” mengacu pada jenis kapal cepat

dengan bagian depan (Bulbous bow) yang meruncing, berfungsi untuk membelah aliran air dan

memilimalisir gaya-gaya yang menghambat gerakan kapal, sehingga kapal dapat melaju

dengan kecepatan yang optimal.

Lambung kapal merupakan badan dari perahu atau kapal. Lambung kapal menyediakan

daya apung yang mencegah kapal dari tenggelam. Rancang bangun lambung kapal merupakan hal

yang penting dalam membuat kapal karena akan memengaruhi stabilitas kapal, kecepatan

rencana kapal, konsumsi bahan bakar, draft/kedalaman yang diperlukan dalam kaitannya

dengan kolam pelabuhan yang akan disinggahi serta kedalaman alur pelayaran yang dilalui

oleh kapal tersebut.

Pada desain kapal “ACRO Si Lumba-Lumba” menggunakan model “Bentuk V” atau dikenal

sebagai “V shaped hull”, merupakan bentuk lambung untuk kapal dengan kecepatan tinggi

atau untuk digunakan melalui laut yang ganas, seperti pada kapal perang. Diharapkan dengan

mengacu pada desain lambung kapal cepat, kapal autonomous dapat melaju dengan cepat

pada perairan yang tenang maupun yang perairan yang berarus kencang.

Pada bagian buritan kapal didesain agak lebar untuk meningkatkan kestabilan kapal,

karena diwajibkan untuk kapal dapat menampung beban sebesar 2,5 kg (pay load). Untuk

propeller menggunakan model baling-baling, adalah model yang umum digunakan pada

kapal, dimana terdapat 4 buah baling-baling yang terselubung, selubung juga berfungsi untuk

melindungi baling-baling propeler dari benda-benda yang dapat merusak.

Motivasi untuk berkontribusi dalam ajang Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional

2012 (KKCTBN 2012), adalah melatih daya kreatifitas serta diharapkan untuk dapat

memajukan teknologi perkapalan Indonesia, karena negara kita adalah negara maritim yang

memiliki kekayaan laut yang melimpah. Teknologi kapal yang handal akan memberikan

kemampuan untuk mengelola dan mempertahankan lautan Indonesia tercinta. ASV

(Autonomous Surface Vehicle) adalah kapal tanpa awak yang beroperasi secara otomatis

berdasarkan sensor-sensor, teknologi handal yang sangat cocok digunakan sebagai kapal

untuk memonitoring lautan Indonesia.

Kapal “ACRO Si Lumba-Lumba” mengikuti kategori kapal autonomous (otomatis)

yang menggunakan beberapa sensor diantaranya : sensor jarak (SRF04) yang menggunakan

gelombang ultrasonic berfungsi untuk mengetahui jarak kapal dengan rintangan (bola),

kamera (CMU Cam) berfungsi untuk mendeteksi warna bola sehingga kapal dapat

memberikan respon tertentu jika bertemu dengan rintangan (bola) dengan warna tertentu.

GPS module EM411 merupakan modul GPS yang berfungsi untuk mengetahui kecepatan dan

koordinat kapal yang digunakan sebagai acuan untuk pengontrolan PWM pada driver motor

ESC18A.

II. METODE PEMBUATAN / DESAIN / KONSEP DASAR

Dilengkapi dengan bagan alir pembuatan / desain yang menggambarkan konsep dan

apa yang akan dilaksanakan. Bagan harus dibuat secara utuh dengan penahapan yang jelas,

mulai dari mana, bagaimana desain yang digunakan beserta sistem didalamnya.

Desain kapal “ACRO Si Lumba-Lumba” diawali dengan mengumpulkan berbagai

informasi mengenai desain kapal cepat, system pengontrolan otomatis, sensor-sensor yang

dapat digunakan sebagai indera bagi kapal untuk memberikan keputusan berupa reaksi atau

gerakan robot dalam menghadapi rintangan tertentu. Adapun strategi yang digunakan kapal

autonomous, untuk lintasan drag, diambil lintasan I ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Strategi untuk Lintasan II Drag

Pertama kapal diarahkan lurus, kemudian lakukan pengecekan arah tujuan kapal, kunci arah

tujuan kapal dengan menekan keypad, Setting mode untuk lintasan 1/II. Kemudian setting

kecepatan kapal yang diinginkan melalui keypad. Maka kapal akan bergerak secara otomatis

kearah tujuan sambil melakukan pengecekan jarak terhadap rintangan (bola) jika jarak sudah

sudah terpenuhi yaitu 80 cm dari bola maka kapal akan mulai melakukan gerakan membelok

(kje kanan dan ke kiri tergantung pilihan lintasan I/II) dengan jarak membelok yang konstan

terhadap bola yaitu sebesar 80 cm dari bola. Ketika kapal sudah sampai dibagian ujung (bola

yang tarakhir) akan terdapat kondisi, disebelah kiri terdapat bola dibagian belakang kapal

terdapat bola dan bagian depan tidak ada bola, yang berarti robot harus bergerak kembali ke

tempat tujuan dengan arah yang telah ditambahkan 180° (berlawanan dengan arah

keberangkatan awal).

Diagram alir cara kerja kapal akan ditunjukkan pada Gambar 2.

`

Gambar 2. Diagram Alir Cara Kerja Kapal

End

Start

Setting awal :

1. Kunci arah tujuan

2. Mode lintasan drag(I/II)/manuver

3. Kecepatan kapal

Melalui keypad

Compass module mengambil

keputusan untuk kemudi kapal

sesuai dengan arah tujuan

Driver Motor DC mengendalikan kecepatan

putaran motor DC (kecepatan kapal konstan

sesuai setting awal)

Pengecekan kecepatan dan koordinat

menggunakan GPS Module

Sensor Jarak mendeteksi rintangan

(bola) pada beberapa sisi kapal

Kamera akan mendeteksi warna rintangan (bola)

untuk melakukan respon tertentu terhadap warna

tertentu

III. MATERI INTI

Desain kapal “ACRO Si Lumba-Lumba”, mengacu pada kapal cepat dengan bagian

depan yang meruncing, bagian buritan agak melebar dan lambung kapal menggunakan

bentuk V. desain kapal autonomous ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Desain Kapal Tampak Atas.

Sensor yang digunakan pada kapal autonomous, 8 buah sensor jarak SRF 04, agar

dapat mendeteksi rintangan (bola) dari beberapa sisi kapal.7 buah dibagian depan dan 1 buah

dibagian belakang. Menggunakan 1 buah kamera CMU Cam untuk mendeteksi warna bola

yang ada dibagian depan kapal agar kapal dapat memberikan respon tertentu pada warna

tertentu yang menjadi rintangan pada lintasan. Baterai yang digunakan adalah Lippo 3 cell 12

volt yang memiliki arus besar sehingga memungkinkan untuk kapal berlayar lebih lama, dan

baterai tipe polimer ini memiliki berat yang relatif lebih ringan dibandingkan baterai tipe

lainnya.

Bagian belakang kapal terdapat propeller dan kemudi kapal yang akan ditunjukkan

pada Gambar 4.

Gambar 4. Bagian belakang kapal

Motor yang digunakan sebagai penggerak propeller adalah Motor DC Emax CF2812 yang

memiliki RPM tinggi dan umum digunakan pada RC helicopter dan quadkopter. Driver

motor DC menggunakan ESC18A dengan fasilitas pengontrolan motor dengan PWM.

Kemudi kapal menggunakan motor servo MG-16 yang memiliki torsi besar sehingga dapat

mengarahkan kapal pada arah yang diinginkan.

Bagian atas kapal memiliki penutup untuk menghindari air masuk kedalam kapal

yang akan ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 5. Bagian Atas Kapal

Terdapat tempat beban (pay load) yang mampu menahan beban 2,5 kg yang difungsikan juga

sebagai penutup bagian atas kapal.

Pada kapal juga dilengkapi dengan GPS module Em411 untuk mengetahui kecepatan

dan koordinat kapal. Informasi kecepatan ini yang akan dijadikan acuan untuk pengontrolan

PWM pada driver motor DC. Pada kategori autonomous diwajibkan untuk robot bersifat

Remote controllable, sehingga pada kapal dilengkapi dengan module RC Turnigy 9X 9Ch

Transmitter w/ Module & 8ch Receiver yang akan diaktifkan setelah robot dapat sampai ke

tujuan, untuk dikendalikan menggunakan remote kembali ke dermaga. Komponen tambahan

berupa LCD 16x2 sebagai tampilan dan keypad 4x4 untuk setting (awal) kapal.

IV. PEMBIAYAAN

Rincian pembiayaan untuk pembuatan kapal “ACRO Si Lumba-Lumba”, ada;ah

sebagai berikut :

No. Komponen Jumlah Harga Total

1. Alumunium 2mm (bahan dasar body kapal) 2 lembar Rp 320.000 Rp 640.000

2. Minimus system AVR (Atmega 16) 1 buah Rp 250.000 Rp 250.000

3. Motor Servo MG-16 (kemudi kapal) 1 buah Rp 320.000 Rp 320.000

4. Motor DC Emax CF2812 (xiiiropeller) 1 buah Rp 370.000 Rp 370.000

5. Driver Motor DC ESC18A 1 buah Rp 430.000 Rp 430.000

6. GPS module EM411 (deteksi kecepatan dan

koordinat)

1 buah Rp 553.000 Rp 553.000

7. CMU Cam (deteksi warna bola) 1 buah Rp 3.920.000 Rp 3.920.000

8. SRF 04 (Sensor jarak) 8 buah Rp 390.000 Rp 3.120.000

9. Compas module (navigasi) 1 buah Rp 720.000 Rp 720.000

10. LCD 16x2 (tampilan) 1 buah Rp 60.000 Rp 60.000

11. Keypad 4x4 (setting kapal) 1 buah Rp 45.000 Rp 45.000

12. Turnigy 9X 9Ch Transmitter w/ Module & 8ch

Receiver (Remote controllable)

1 buah Rp 1.650.000 Rp 1.650.000

13. Baterai Lippo 3 cell 1 buah Rp 360.000 Rp 360.000

Total Rp 12.438.000

DAFTAR PUSTAKA

Pitowarno, Endra. 2006. Robotika : Desain, Kontrol, dan Kecerdasan Buatan. Penerbit

Andi Yogyakarta. Yogyakarta.

Zhang, Jason . 2006. GPS Satellite Velocity and Acceleration Determination using the

Broadcast Ephemeris. China University of Mining Technolog. Xuzhou.

Serrano, Luis. 2004. A GPS Velocity Sensor: How Accurate Can It Be? – A First Look.

University of New Brunswick. Canada

Purwanto, Dedi, 2010. Kajian Perbaikan Performansi Pada Hydrofoil Kapal Cepat

Dengan Penambahan Sirip Menggunakan Metode Computational Fluid

Dynamic (CFD). ITS. Surabaya

LAMPIRAN

Minimum system AVR (ATMEGA16)

RC Module + Remote (Transmitter & Receiver)

Motor DC Brushless

ESCDriver Motor DC

GPS Module EM411

Compass Module

DATA DIRI PESERTA

Nama Tim : ACRO

Nama Bangunan Gedung : Fakultas Teknologi Pertanian

Perguruan Tinggi : Universitas Brawijaya

Alamat Perguruan Tinggi : Jl. Veteran Malang

Telepon : +62 0341-551611

Faksimile : +62 0341-565420

E-mail : [email protected]

Dosen Pembimbing

Nama Lengkap : Dr.Ir. Bambang Dwi Argo, DEA

N I P : 19610710 198601 1 001

Alamat kantor : Jl. Veteran Malang

Alamat rumah : Bumi Asri Sengkaling Blok J-Malang

Telepon/Faksmile/HP : 0341 568917 / 08123210465

E-mail : [email protected]

Mahasiswa 1

Nama Lengkap : Taif Maharsyah

NIM : 0911020076

Jurusan/ Semester : Keteknikan Pertanian / 7

Alamat rumah : Jl. Bunga Andong 3D, Malang

Telepon/Faksmile/HP : 08563563438

Mahasiswa 2

Nama Lengkap : Anung Nugroho Jaya Laksono

NIM : 0911023024

Jurusan / Semester : Keteknikan Pertanian / 7

Alamat rumah : Jl. Semeru VIII No. 99 Nganjuk

Telepon/Faksmile/HP : 085755011042

Mahasiswa 3

Nama Lengkap : Puguh Sudarsono

NIM : 115100207111016

Jurusan / Semester : Keteknikan Pertanian / 3

Alamat rumah : Jl.Kertorahayu 68A, Malang

Telepon/Faksmile/HP : 081938697470