p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
Rancang Bangun Grade Monitoring Assist pada D3K Caterpillar Berbasis Mikrokontroler sebagai Akurasi pada Pekerjaan Operator Dozer
Abdul Halim 1 *, Mangkona 2 , Abdul Muis 3 , Irfan Andika Sakti 4
1,2,3,4 Mechanical Engineering Department, Politeknik Negeri Samarinda * Koresponden email : halim72@polnes.ac.id
Diterima: 15 September 2021                                                            Disetujui:  3 November 2021

## Abstract
In the process of construction work, operators need accuracy in the process of finishing land leveling works such as road & highway building, land reclamation, large commercial, landfill installation, so as to increase productivity. Therefore, the purpose of this research is to manufacture and implement a ground leveling finishing tool using Arduino IDE software and Atmega 328 microcontroller on the Dozer D3K Caterpillar heavy equipment unit. The placement of a series of components from the Grade Monitoring Assist includes the ultrasonic sensor on the lift cylinder, gyro and accelerometer at the top center of the blade, as well as a display  that  displays  the  results  of  parameter  readings.  Connections  between  components  in  Grade Monitoring Assist are cables that integrate all installed components. The results of testing the movement of the  blade  up  and  down  position  to  get  an  accuracy  value  of  97.30%  and  an  error  of  2.70%.  While  the movement of the blade down position has an accuracy value of 96.50% and an error of 2.50%. And Tests by moving the blade according to the implement movement angle at the maximum blade angle position (either side) with an average error value of 1.48 o , cutting ditches (angle V) an average error value of 0.676 o . Keywords : microcontroller, arduino, grade monitoring assist, operating dozer, catepillar D3K

## Abstrak
Dalam  proses  pekerjaan  konstruksi,  operator  membutuhkan  keakuratan  pada  proses  pekerjaan  finishing perataan tanah seperti road & highway building, land reclamation, large comercial, landfill installation, sehingga  dapat  meningkatkan  produktivitas.  Tujuan  penelitian  ini  adalah  pembuatan  dan pengimplementasian alat bantu finishing perataan tanah dengan sofware Arduino IDE dan mikrokontroler Atmega  328  pada  unit  alat  berat  Dozer  D3K  Caterpillar.  Penempatan  rangkaian  komponen  dari Grade Monitoring  Assist ini  diantaranya  yaitu  pada ultrasonic  sensor pada  bagian lift  cylinder,  gyro  and accelerometer pada bagian atas tengah dari blade, serta display yang menampilkan hasil nilai pembacaan parameter.  Penghubung  antar  komponen  pada Grade  Monitoring  Assist digunakan  kabel  yang mengintegrasikan semua komponen yang dipasang. Hasil pengujian pergerakan posisi naik dan turun blade untuk mendapatkan nilai akurasi 97,30% dan error 2,70%. Sedangkan pergerakan posisi turun blade nilai akurasi  96,50%  dan  error  2,50%.  Dan  Pengujian  dengan  mengerakkan  blade  sesuai  sudut  pergerakan implemen pada posisi blade maximum angle (either side) nilai error rata-rata 1,48 o , cutting ditches (angle V) nilai error rata-rata 0,676 o . Kata Kunci : mikrokontroler, arduino, grade monitoring assist, operator dozer, Catepillar D3K

## 1. Pendahuluan
Dalam  pengoperasian  dozer  sebagian  operator  masih  mengandalkan felling atau  perkiraan berdasarkan pengalaman yang telah diperoleh. Dalam hal lain operator yang masih belum berpengalaman akan membutuhkan penyesuaian dalam pengoperasian dozer. Hal ini dapat menimbulkan masalah seperti downtime yang terjadi, serta cycle time yang kurang maksimal. Oleh karena itu, perlu adanya alat ukur yang dapat  membantu  melakukan  pemantauan  dalam  pengoperasian  dozer  yang  dikhususkan  pada  pekerjaan perataan  pada  tahap  penyelesaian  akhir  untuk  perataan  permukaan.  Proses finishing perataan  dan penyebaran tanah merupakan hal memerlukan tingkat akurasi dan kecepatan dalam proses pekerjaannya. Hal ini menuntut adanya penggunaan teknologi yang diintegrasikan dengan unit alat berat khususnya pada unit dozer [1].
Berdasarkan informasi laporan dari PT Adimitra Baratama Nusantara (2018), bahwa dengan adanya penggunaan  teknologi  alat  bantu  perataan  tanah  yang  dipasang  pada  unit  mereka  yang  menggunakan teknologi SITECH, dapat mengefisienkan waktu dan mempermudah operator dalam melakukan pekerjaan [2]. Selain itu penggunaan alat bantu lain yang mulai diintegrasikan pada unit alat berat generasi terbaru
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
yaitu Cat  Accu  Grade yang digunakan oleh Caterpillar [3], intelligent  machine  control yang digunakan oleh Komatsu dan smart grade yang digunakan John Deere [4][5][6][7].
Dari  beberapa  penggunaan  teknologi  yang  dipasang  pada  unit  alat  berat  model  terbaru  tersebut mengindikasikan  monitoring  pengoperasian  berbasis  teknologi  perlu  dilakukan.  Oleh  karena  itu, pembuatan alat pemantauan perataan tanah unit dozer berbasis mikrokontroller Ardunino Atmega 328 dapat membantu  untuk  menunjang  kinerja  dari  pengoperasian  dozer.  Alat  yang  dibuat  semi  permanen  ini merupakan grade  monitoring  assist yang  merupakan  alat  bantu  pemantauan  nilai  parameter  pergerakan implement dalam pengoperasian dozer, tidak untuk pengontrolan otomatis unit dozer.
Dari banyak penelitian penggunaan microcontroller arduino dan sistim sensor selalu dilakukan untuk melakukan sistim pengendalian dengan berbagai tujuan obyek, sebagai rujukan penulis dalam penelitian terdahulu adalah penelitian menggunakan dua sensor ( accelerometer dan gyroscope ) untuk mendapatkan pembacaan  data  yang  stabil  dan  handal  pada  implementasi  robot  keseimbangan  beroda  dua  [8][9][10], menggunakan giroskop untuk mengukur kecepatan sudut (rad/s) [11], pendeteksian pengendalian dengan menggunakan sensor ultrasonik [12][13][14]. Begitu pula penggunaan secara manual dalam mengendalikan pergerakan pesawat tanpa awak yang dikendalikan mikrokontroler dengan mengolah data-data gyroscope dan accelerator sensor untuk mengarahkan pesawat dari satu titik ke titik lain [15]. Inilah yang membuat penulis  kemudian  mencoba  memanfaatkan  mikrokontroler  arduino  dan  kompenen  pendukung  lainnya seperti gyroscope dan accelerator  sensor , ultrasonic  sensor , plat  reflector yang  merupakan  komponen utama dari alat grade monitoring assist. Tujuan penelitian ini adalah pembuatan dan pengimplementasian alat bantu finishing perataan tanah dengan sofware Arduino IDE dan mikrokontroler Atmega 328 pada unit alat berat Dozer D3K Caterpillar.

## 2. Metode Penelitian
Metode  yang  digunakan  dalam  pembuatan  alat Grade  Monitoring  Assist ini  berdasarkan  studi literatur data yang diperoleh dari observasi langsung pada unit yang digunakan untuk mengaplikasikan alat ini. Setelah data dikumpulkan dan penempatan rancangan alat pada unit telah ditentukan barulah penulis melakukan riset untuk desain dari peletakan posisi alat yang akan ditempatkan serta bentuk rancangan dari alat Grade  Monitoring  Assist ini.  Metode  ini  akan  membantu  penulis  dalam  melakukan  pembuatan  alat mulai dari awal sampai dengan alat ini dioperasikan sebagai alat bantu dalam pengoperasian dozer dalam hal  perataan  tanah.  Untuk  mengimplementasikan  sistem  alat  parameter  perataan  tanah  berbasis mikrokontroler  ini  beberapa  tahap  harus  dilaksanakan. Gambar  1 memperlihatkan flow  chart  diagram yang merupakan tahapan yang dilakukan dalam perancangan program dan pembuatan alat, diawali dengan studi  literatur  untuk  mencari  sistem  yang  tepat  untuk  digunakan,  sampai  pada  pengambilan  keputusan apakah alat berfungsi sesuai dengan yang diinginkan atau tidak.
Gambar 1 . Flow chart penelitian dan prodesure pengujian alat Grade Monitoring Assist Sumber: Dokumen pribadi, 2021
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934

## Prosedur Penelitian
Metode  pengumpulan  data  yang  digunakan  yaitu  dengan  melakukan  pengukuran  perbandingan antara peletakan dari alat yang akan dibuat dengan implemen unit yang akan digunakan sebagai parameter pembacaan. Hal ini dilakukan untuk menyamakan hasil pembacaan yang  akan ditampilkan pada display . Pengukuran dilakukan pada cylinder lift , yaitu pengukuran untuk mengetahui panjang dari lift cylinder pada posisi blade normal. Kemudian dilanjutkan pengukuran panjang lift cylinder setiap blade dinaikkan atau diturunkan 10 cm hingga menemukan posisi maksimum exstand dan retrack pada lift cylinder .
Gambar 2 . Pengambilan data pada cylinder rod                      Gambar 3 . Penempatan ultrasonic sensor Sumber: Data penelitian, 2021
Sumber: Data penelitian, 2021
Kemudian  penempatan  posisi  dari gyroscope & accelerometer sensor  yang  digunakan  untuk pembacaan Blade Maximum Either Side Angle dan Blade Cutting Ditch Angle ditempatkan pada bagian tengah  atas  pada  blade  yang  ada pada Track Type  Tractor D3K.  Hal  ini ditujukan  agar  pembacaan  dari posisi Maximum Either Side Angle dan Cutting Ditches Angle menjadi lebih akurat.
Gambar 4 . Penempatan Gyro & Accelerometer Sensor Sumber: Data penelitian, 2021
Rangkaian  dari  komponen  mikrokontroler  yang  digunakan  sebagai  bagian  dari  rancangan  dalam pembuatan Grade Monitoring Assist ini terdiri dari beberapa komponen diantaranya Arduino Atmega328, Ultrasonic Sensor, Gyroscope & Accelerometer Senso r, LCD, Buzzer, Stepdown, Switch, Rotary Encorder , dan Battery , ditampilkan melalui rangkaian pada Gambar 5 .
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
Gambar 6 . Rangkaian komponen Mikrokontroler Sumber: Data penelitian, 2021

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil pengujian alat melalui perbandingan pengujian kinerja alat dengan pengukuran menggunakan alat bantu lain, untuk menilai keakuratan dari pembacaan alat yang dibuat. Pengukuran dilakukan berulang hingga beberapa kali percobaan untuk mengetahui perbandingan hasil perhitungan penggunaan alat Grade Monitoring Assist dengan pengukuran manual dengan tools dan bantuan software derajat yang ditentukan dan akan dihitung tingkat akurasi dari alat.
Perbandingan menggunakan kelipatan kenaikan blade setiap 10 cm dari tanah hingga nilai kenaikan maksimal  sesuai  spesifikasi  sebagai  acuan  dari  alat  untuk  mengetahui  presentasi error dan  presentasi akurasi pada alat. Data ditampilkan pada Tabel 1 dan Tabel 2.
Tabel 1. Pengukuran ketinggian blade No. Ukuran Sebenarnya (cm) Hasil Pembacaan Alat (cm) Rata-rata (cm) Error % Akurasi % I II III IV V
1. 10 12 11 10 11 12 11 10% 90% 2. 20 19 20 20 21 21 20,2 1% 99% 3. 30 31 31 30 31 30 30,6 2% 98% 4. 40 42 41 41 40 41 41 2,50% 97,50% 5. 50 51 51 50 51 52 51 2% 98% 6. 60 62 60 60 61 61 60,8 1,40% 98,60% 7. 70 72 70 71 70 71 70,8 1,20% 98,80% 8. 75 76 76 76 75 77 76 1,40% 98,60% Rata-rata 2,70% 97,30% Sumber: Data penelitian, 2021
Berdasarkan Tabel 2 menunjukkan hasil pengujian pergerakan posisi naik blade dengan pergerakan nilai  mulai  dari  10  cm  hingga  75  cm  dengan  selisih  setiap  kenaikan  nilai  10  mendapatkan  nilai  akurasi 97,30% dan error 2,70%.
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
Tabel 2. Penggukuran kedalaman blade No Ukuran Sebenarnya (cm) Hasil Pembacaan Alat (cm) Rata- rata (cm) Error % Akurasi % I II III IV V
1 10 12 11 10 12 11 11 10% 90% 2 20 22 20 20 21 21 20,8 1% 99% 3 30 31 31 32 31 30 31 3.4% 96.6% 4 40 42 41 41 40 41 41 2,50% 97,50% 5 50 51 51 50 51 52 51 2% 98% 6 54 55 55 56 54 55 55 1,90% 98,10% Rata-rata 3,50% 96,50% Sumber: Data penelitian, 2021
Berdasarkan Tabel 2 menunjukkan hasil pergerakan posisi turun blade dengan pergerakan nilai mulai dari 10 cm hingga 54 cm dengan selisih setiap kenaikan nilai 10 mendapatkan nilai akurasi 96,50% dan error 2,50%.
Untuk hasil pengujian pergerakan up and down blade yang dilakukan untuk mengetahui keakuratan dari hasil pembacaan yang dilakukan oleh alat Grade Monitoring Assist. Pada tahap pengujian ini dilakukan pengujian untuk pergerakan posisi blade maximum angle ( either side ), cutting ditches ( angle V) dan pitch saat  operator  menggerakkan implement .  Pengujian  ini  dilakukan  dengan  cara  membandingkan  hasil pengukuran manual dan dengan mengukur menggunakan alat Grade Monitoring Assist . Alat pembanding yang digunakan dalam pengukuran lainnya yaitu aplikasi waterpass . Data ditampilkan pada Tabel 3 dan Tabel 4.
Tabel 3. Hasil pengukuran sudut maximum angle ( either side ) No. Ukuran Sebenarnya (°) Hasil Pembacaan Alat (°) Rata-rata (°) Error (°) I II III IV V 1. 5° 6° 7° 6° 6° 7° 6,4° 1,4° 2. 10° 11° 11° 12° 12° 11° 11,4° 1,4° 3. 15° 16° 16° 17° 16° 17° 16,4° 1,4° 4. 20° 21° 22° 22° 22° 21° 21,6° 1,6° 5. 25° 26° 26° 27° 27° 27° 26,6° 1,6° Jumlah rata-rata 1,48° Sumber: Data penelitian, 2021
Berdasarkan Tabel  3 menunjukkan  hasil  pengujian  dengan  menggerakan blade sesuai  sudut pergerakkan implement pada posisi blade maximum angle ( either side ), cutting ditches ( angle V), dan pitch . Untuk blade maximum angle ( either side ) perbandingan hasil pembacaan pergerakan nilai sudut mulai dari sudut 5 o hingga kelipatan 5 dari nilai sudut awal yang ditentukan, dengan selisih setiap kenaikan nilai 5 o mendapatkan nilai error rata-rata dari alat Grade Monitoring Assist 1,48 o .
Tabel 4. Hasil pengukuran sudut Cutting Ditches ( Angle V) No. Ukuran Sebenarnya (°) Hasil Pembacaan Alat (°) Rata-rata (°) Error (°) I II III IV V 1. 0° 0,7° 0,6° 0,7° 0,7° 0,8° 0,7° 0,7° 2. 1° 1,6° 1,7° 1,6° 1,6° 1,7° 1,64° 0,64° 3. 2° 2,4° 2,7° 2,6° 2,7° 2,7° 2,62° 0,62° 4. 3° 3,4° 3,6° 3,7° 3,8° 3,6° 3,62° 0,62° 5. 4° 4,7° 4,6° 4,7° 4,7° 4,8° 4,7° 0,7° 6. 5° 5,6° 5,6° 5,7° 5,7° 5,6° 5,64° 0,64° 7. 6° 6,7° 6,8° 6,8° 6,7° 6,7° 6,74° 0,74° 8. 7° 7,8° 7,5° 7,5° 7,8° 7,7° 7,66° 0,66° Jumlah rata-rata 0,66° Sumber: Data penelitian, 2021
Berdasarkan Tabel 4 menunjukkan hasil pengukuran untuk cutting ditches ( angle V) perbandingan hasil pembacaan pergerakan nilai sudut mulai dari sudut 0 o hingga posisi 7 o , dengan selisih setiap kenaikan sudut 1 o maka didapatkan nilai error rata-rata dari alat Grade Monitoring Assist 0,665 o .
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934

## 5. Kesimpulan
Dari  penelitian  ini  dapat  disimpulkan  bahwa  alat Grade  Monitoring  Assist dapat  menggunakan power  source berupa  2  buah battery  18650  yang  dirangkai  secara  seri.  Unit  dapat  dipasang  alat Grade Monitoring Assist tanpa mengganggu sistem lain atau mengubah sistem pada unit. Alat Grade Monitoring Assist dapat  melakukan  kalibrasi  secara  otomatis  sebelum  alat  dinyalakan  untuk  memastikan  alat  yang baru dinyalakan memulai perhitungan mulai dari posisi yang ditentukan pada saat alat dipasang.
Sistem peringatan ( warning ) berupa bunyi buzzer dan nyala lampu LED yang dimaksudkan pada saat nilai parameter melewati atau tidak sesuai dengan nilai yang sebelumnya diset-up sebelum dilakukan pengoperasian  unit.  Untuk  melindungi  module  dari  debu  atau  kotoran  digunakan case yang  cukup melindung  bagian hardware  module ,  selain  itu  kabel  juga  telah  dilindungi  oleh cable  manager untuk melindungi dari kotoran dabu seta agar kabel terlihat lebih rapi. Alat dapat dilakukan pemasangan dengan mudah  karena  dapat  langsung  ditempelkan  pada  bagian  yang  telah  ditentukan,  untuk  case  yang menggunakan magnet sebagai sarana pemasangannya seperti case displa y dan gyro serta accelerometer sensor . Atau dapat dikencangkan bagi case yang menggunakan belt sebagai saran pemasangannya seperti case ultrasonic sensor. Baterai yang digunakan pada alat Grade Monitoring Assist cukup mampu untuk digunakan karena dapat bertahan cukup lama yaitu 25 jam lebih menurut perhitungan.

## 6. Referensi
[1] Satriawan, N. Budi, “Optimalisasi produktivitas dan kinerja alat berat dengan analisa data real time parameter,” Prosiding Temu Profesi Tahunan XXVIII Perhapi , 2019.
[2] GNSS Antennas for Construction, SITECH-products. “Increase  Productivity  with The Latest Positioning Technology,” Product Catalog. Uni Emirate Arab . November 2017
[3]    Asia Pasific Learning, “Earthmoving Concept,” PT Trakindo Utama. Bogor.  Departement Training Center . 2013.
[4] K.  Hayashi,  K.  Shimada,  E.  Ishibashi,  K.  Okamoto,  and  Y.  Yozenewa,  “Development  of D61EXi/PXi-23: Bulldozer with automatic control system of work equipment,” Komatsu Technical Report , vol. 59 (166), pp. 1-8, 2013.
[5]     Q. Song, W. J. Wang , C. Jia, Y. L. Yao , and S. B. Wang, “Research on fuel consumption of hybrid bulldozer under typical duty cycle,” In: Mechanical Engineering and Control Systems: Proceedings of 2015 International Conference on Mechanical Engineering and Control Systems  (MECS2015) . Pp. 54-57, 2016.
[6]      A. Bulgakov, S. Emelianov, T. Bock, & G. Tokmakov, “Adaptive control of bulldozer's workflows,” In ISARC. Proceedings of the International Symposium on Automation and Robotics in Construction , Vol. 33, pp,  IAARC Publications, 2016.
[7]     M. S. Korytov, V. S. Shcherbakov, and  V. V. Titenko, “Effect of the angles of the earth-moving machine  moldboard  on  the  cross  slope  of  the  graded  surface,” In  Journal  of Physics:  Conference Series , Vol. 1210, No. 1, pp. 012070,  IOP Publishing, 2019.
[8] G.  Bobby,  E.  Susanto,  and  FY  Supratman,  “Implementasi  Robot  Keseimbangan  Beroda  Dua Berbasis Mikrokontroler,” J. ELKOMIKA , vol. 3 (2), pp. 2338-8323, 2015.
[9]        R. Bimarta,  A.E.  Putra,  and  A.  Dharmawan,  “Balancing  Robot  Menggunakan  Metode  Kendali Proporsional Integral Derivatif,” IJEIS Indones. J. Electron. Instrum. Syst , vol. 5, no. 1, pp. 89, 2015.
[10]    M.  Junaedi,  “Balancing  Robot  Beroda  Dua  Dengan  Menggunakan  Sensor  Gyroscope  Berbasis Arduino Uno (Doctoral dissertation, Universitas Mataram), 2018.
[11]   R.  Bimarta,  A  Eko  Putra,  dan  A.  Dharmawan,  “Balancing  robot  menggunakan  metode  kendali proporsional integral derivatif,” J. IJELIS , vol. 5 (1), hal. 2088-3714, 2015.
[12]  L.Y.  Priyoprahastyo,  A.  Rusdinar,  and  E.  Susanto,  “Design  and  Implementation  of  Collision Avoidance  for  Automated  Guided  Vehicle  (AGV)  Using  Ultrasonic  Sensors  with  Fuzzy  Logic Methods,” e-Proceeding of Engineering , vol. 2 (2), p. 1995,  2015.
[13]  I. Waldy, A. Rusdinar, and E. Estananto, “Design and Implementation System Automatic  Guided Vehicle  (AGV)  Using  RFID  for  Position  Information,” Journal  of  Measurements,  Electronics, Communications, and Systems , vo. 1, no. 1, D1-6, 2015.
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
[14]      L.  Y.  A.  Priyoprahasto,  A.  Rusdinar,  and  E.  Susanto,    “Perancangan  Dan  Implementasi  Sistem Pencegah  Tabrakan  Pada  Automated  Guided  Vehicle  (AGV)  Menggunakan  Sensor  Ultrasonik Dengan Metode Logika Fuzzy,” Proceedings of Engineering , vol. 2, no. 2, 2015.
[15]   E.  Aprilian,  “Pengembangan  Sistem  Pendaratan  Otomatis  Pada  Pesawat  Tanpa  Awak.  Fakultas Teknologi Industri,” Tugas Akhir, Jurusan Elektro, Institut Teknologi Sepuluh November, Surabaya. 2017.