Remotely Operated Vehicle (ROV) Untuk Eksplorasi Bawah Air di Lingkungan Industri Perkapalan

## REMOTELY OPERATED VEHICLE (ROV) UNTUK EKSPLORASI BAWAH AIR DI LINGKUNGAN INDUSTRI PERKAPALAN
R. A. Septian 1 , A. Rahmania 2 , M. I. Nugraha 3 , Yudhi 4 1,2,3,4 Jurusan Teknik Elektro dan Informatika - Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung Kawasan Industri Air Kantung, Sungailiat-Bangka, 33211 Tel: 0717-93586, Fax: 0717-93585, rahmat.andi.1994@gmail.com

## Abstract
Remotely Operated Vehicle (ROV) is one of the robots that are being developed in Indonesia for exploring underwater potential. In this final project, the ROV was designed and controlled by Arduino for diving underwater with maximum depth of 30 meters. The application of ROV is that to take pictures and record  video  of  underwater  environment  in  real  time  by  using  camera  monitored  through  a  PC.  The construction and the electronics device of the ROV were made waterproof. The actuator used was bilge pump motor 1100GPH 12 Volt as thruster motor. The thruster driver used was a two channel-relay and the vision system of  robot was a CCD camera. Based  on  the  results, it was obtained  that  the ROV was able to move according to the commands provided by operator using a remote control. At three meters depth, the  robot can move  forward  with average speed of 0.161m/s. For up and down movement at 3 meters depth, the robot can go up with average speed of 0.09 m/s and down with average speed of 0.17 m/s. From the data, it can be concluded that the ROV can maneuver and use the camera properly..
Keywords: ROV, Arduino, Thruster, CCD camera.

## Abstrak
Remotely  Operated  Vehicle  (ROV)  merupakan  salah  satu  robot  tanpa  awak  yang  sedang dikembangkan di Indonesia untuk mengeksplorasi potensi bawah air. Pada Proyek Akhir ini, sebuah ROV dirancang  dan  dibuat  dengan  kontrol  berbasis  Arduino  yang  dapat  menyelam  di  bawah  air  pada kedalaman mencapai  30 meter. Aplikasi ROV  ini adalah  untuk  mengambil gambar dan  merekam  video lingkungan  dibawah  air  secara  real  time  melalui  kamera  yang  dipantau  melalui  PC  dengan menggunakan media transmisi berupa kabel. Konstruksi dan perangkat elektronik ROV dibuat kedap air dengan  aktuator  yang  digunakan  berupa  motor  bilge  pump  1100GPH  12  volt  sebagai  motor  thruster. Driver  thruster  yang  digunakan  berupa  relay  2  channel  dan  sistem  vision  robot  menggunakan  kamera CCD  sebagai  pengambil  gambar  di  bawah  air.  Berdasarkan  hasil  yang  didapat,  ROV  dapat  bergerak sesuai dengan perintah yang diberikan oleh operator dengan menggunakan remote atau joystick. Pada kedalaman  3  meter,  robot  dapat  bergerak  maju  dengan  kecepatan  rata-rata  0,161m/s.  Untuk pergerakan naik turun pada kedalaman 3 meter, robot dapat naik dengan kecepatan rata-rata 0,09 m/s dan  turun  dengan  kecepatan  rata-rata  0,17  m/s.  Dari  data  tersebut  maka  dapat  disimpulkan  bahwa ROV yang sudah dibuat dapat bermanuver dan mengambil gambar serta video di bawah air.
Kata kunci: ROV, Arduino, Thruster, CCD kamera.

## 1. PENDAHULUAN
Dalam dunia industri perkapalan, khususnya di Bangka Belitung, PT. DAK merupakan salah satu shipyard  yang  terbesar.  Dalam  pekerjaan  perbaikan  atau  perawatan  kapal,  pada  umumnya  aktivitas tersebut  bersifat  dry  dock  atau  dilakukan  diatas  air.  Hal  ini  dikarenakan  terbatasnya  olah  gerak  dan penglihatan  yang  bisa  dilakukan  di  dalam  air,  sehingga  identifikasi  kerusakan  peralatan  kapal  yang berada  dibawah  garis  air  akan  memakan  waktu  yang  lama  dan  efektivitas  produksi  berkurang  yang pastinya  akan  menyebabkan  cost yang timbul  akan  besar juga.  Oleh  karena itu ROV  dibutuhkan  untuk kebutuhan  penjelajahan  bawah  air  saat  perbaikan  ataupun  prediktif  maintenance  body  kapal  dan diharapkan dapat meningkatkan efektifitas produksi dan percepatan identifikasi kerusakan di bawah air. Salah  satu  robot  yang  pernah  dikembangkan  di  Indonesia  adalah  robot  tanpa  awak  yang  dapat dioperasikan  dengan  menggunakan  remote  yang  diberi  nama  Mini  Remotely  Operated  Vehicle  (ROV) buatan  Pusat  Pengkajian dan  Perekayasaan  Teknologi Kelautan dan Perikanan (P3TKP). Mini ROV  yang
dibuat  oleh  Pusat  Pengkajian  dan  Perekayasaan  Teknologi  Kelautan  dan  Perikanan  (P3TKP)  digunakan untuk  mengeksplorasi  potensi  bawah  air  yang  biasanya  masih  dilakukan  secara  manual  dengan menggunakan  penyelaman  tradisional.  Kegiatan  observasi  bawah  air  akan  terasa  sangat  sulit  dan merepotkan  jika  proses  penyelaman  harus  dilakukan  berulang  kali  dikarenakan  keterbatasan  fisik manusia  tersebut.  Mini  ROV  ini  dibuat  untuk  membantu  manusia  melakukan  observasi  bawah  air dengan aman hingga kedalaman 200 meter[2]. ROV sudah pernah digunakan di Indonesia, salah satunya pada saat pencarian Pesawat Air Asia QZ8501. ROV tersebut digunakan untuk memastikan keberadaan pesawat sebelum tim penyelam diturunkan [3].
Gambar 1. Identifikasi rudder propeller di atas air Gambar  diatas  merupakan  contoh  kasus  pemeriksaan  rudder  propeller  kapal  yang  patah, dimana  pada  awalnya  hanya  1  blade  yang  patah,  namun  akibat  keterlambatan  pemeriksaan  jadi keseluruhan blades  ikut patah dan menimbulkan kerugian yang lebih besar terhadap perusahaan.

## 2. LANDASAN TEORI
2.1. Pengertian dan sejarah ROV Definisi ROV menurut Marine  Technology  Society  ROV  Commitee’s  dalam  “Operational Guideliner  for  ROV’s (1984)  dan The  National  Research  Council  Commitee’s dalam  “ Undersea  Vehicles and National Needs ” (1996) merupakan sebuah robot bawah laut yang dikendalikan oleh operator untuk tetap dalam kondisi yang aman, saat ROV bekerja di lingkungan yang berbahaya [7]. 2.2. Gaya Apung / Bouyancy
Gaya  yang  diberikan  oleh  fluida  pada  benda  yang  tenggelam  didalamnya  dinamakan  gaya apung atau bouyancy .  Gaya  ini tergantung pada  kerapatan fluida dan volume  benda, tetapi tidak  pada komposisi  atau  bentuk  benda,  dan  besarnya  sama  dengan  berat  fluida  yang  dipindahkan  oleh  benda. Berdasarkan  prinsip  Archimedes  menyatakan  bahwa,  “Sebuah  benda  yang  tenggelam  seluruhnya  atau sebagian  dalam  suatu  fluida  diangkat  ke  atas  oleh  sebuah  gaya  yang  sama  dengan  berat  fluida  yang dipindahkan”, dengan persamaan sebagai berikut [4].
……………………….(1) Keterangan : F a : gaya apung (N) W f :berat benda dalam zat cair / fluida (N) g : percepatan gravitasi (m/s 2 ) ρ f : massa jenis zat cair ( kg/m 3 ) V bf : volume benda yang tercelup dalam zat cair (m 3 ) 2.3. Tekanan dalam fluida
Gaya  per  satuan  luas  yang  diadakan  oleh  fluida  sama  di  setiap  titik  pada  permukaan  benda. Gaya  per  satuan  luas  disebut  dengan  tekanan  fluida  (P).  Jika  P 0 adalah  tekanan  di  bagian  atas  dan  P adalah  tekanan  di  dasar,  maka  gaya netto ke  atas  yang  disebabkan  oleh  beda  tekanan  ini  adalah  PA  – P 0 A. Dengan membuat gaya ke atas netto ini sama dengan berat kolom, maka didapatkan :
PA - P 0 A = ρ.A.h.g …………………….…(2) atau …………………………………………………....(3)
Fa = ρ f x V bf x g
Remotely Operated Vehicle (ROV) Untuk Eksplorasi Bawah Air di Lingkungan Industri Perkapalan
Keterangan : P : tekanan di dasar (N/m 2 atau Pa atau atm) P 0 : tekanan di permukaan air (N/m 2 atau Pa atau atm) ρ: massa jenis zat cair ( kg/m 3 ) g : gravitasi (m/detik 2 ) h : tinggi air atau kedalaman air (m)

## 3.   HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1 Rancangan ROV
Perancangan  ROV  dibagi  menjadi  3  bagian  yaitu  perancangan  konstruksi,  perancangan hardware, dan perancangan software. Perancangan ROV tersebut mempertimbangkan beberapa faktor meliputi  bentuk,  bahan,  dan  komponen  yang  dapat  mempengaruhi  fleksibilitas  dan  kemampuan  ROV dalam menyelam di bawah air serta didukung oleh software yang mampu membuat ROV bergerak dan mengambil gambar maupun video di bawah air.
Berikut merupakan gambar rancangan ROV yang dibuat :

## Gambar 2. Desain ROV
Material  yang  digunakan  dalam  pembuatan  ROV  adalah  Plastic  PVC  yang  direkatkan  dengan epoxy  glue  serta  bahan  metal  (  besi  )  yang  digunakan  sebagai  pemberat,  adapun  controller  yang digunakan adalah arduino platform, sedangkan thruster yang digunakan berupa modifikasi 3 buah bilge pump dengan propeller type 5 blade.
Gambar 3. Dimensi ROV
ROV  didesain  kecil  sehingga  thruster  yang  digunakan  akan  cukup  kuat  untuk  membuat  ROV bermanuver dengan cepat di dalam air.

## 3.2 Persamaan Tekanan Fluida
Tekanan  hidrostatik  dipengaruhi  oleh  kedalaman,  gravitasi,  dan  massa  jenis  zat  cair  (fluida). Untuk itu persamaan tekanan fluida dapat dirumuskan sebagai berikut [4]: P = P0 + ρ.g.h  .........................................................(4)
Pengaruh  ROV  terhadap  tekanan  di  kolam  pada  kedalaman  maksimal  3  meter  berdasarkan perhitungan  tekanan  fluida  di  bawah  permukaan  air  apabila  tekanan  di  permukaan  air  adalah  1  atm adalah sebagai berikut :
Jika P0 = 1 atm = 101,325 kPa, ρ = 103 kg/m3, dan g = 9.81 N/kg, maka didapatkan nilai tekanan di kedalaman 3 meter berdasarkan persamaan (1) adalah sebagai berikut[4][5]: P  = 101,325 kPa + (103 kg/m3).(9,81 N/kg).(3m) = 101,325 kPa + 29,43 kPa = 130,755 kPa = 0,130755 N/m2 (1 Pa = 1 N/m2)
Nilai  kekuatan  bahan  pipa  PVC  tipe  D  >  P  (tekanan  dalam  air  hingga  3  meter),  sehingga  dari perhitungan  di  atas  dapat  disimpulkan  bahwa  dengan  menggunakan  pipa  PVC  tipe  D,  maka  pipa tersebut dapat menahan tekanan di kedalaman hingga 3 meter.
3.3 Persamaan Daya Apung
Besarnya gaya apung menurut prinsip Archimedes  adalah sebagai berikut [4][5]: Fa  = ρ f x V ROV x g  ................................................. (5)
Untuk  mendapatkan nilai daya  apung  yang dihasilkan  ROV,  maka perlu dilakukan  perhitungan Volume total ROV (V ROV ) tersebut. Adapun perhitungan V ROV terdiri dari beberapa bagian yaitu Volume badan ROV (V BR ), Volume sayap ROV (V SR ), Volume motor thruster (V Tmotor ), Volume pemberat (V pemberat ), dan  Volume cover motor thruster ROV (V 3CoverT ). Dari hasil perhitungan tersebut, maka didapatlah total volume ROV (V ROV ) yang dapat mempengaruhi daya apung yaitu [4][5]: V ROV = V BR + V SR + V Tmotor + V pemberat + V 3CoverT .. (6) = 2.938.843,75 mm 3 + 172.921,88 mm 3 + 497.493,75 mm 3 + 120.000mm 3 + 70.650 mm 3 = 3.799.909,38 mm 3
V ROV = 0,003799909 m 3 . Massa benda di udara (m) adalah 5 kilogram, maka [4][5]: massa jenis benda (ρ b ) = V m ................................... (7)
= 5kg / 0,003799909 m 3
ρ b = 1.315,82 kg/m 3 . Massa jenis zat cair (ρ f ) = 1.000 kg/m 3 .
Massa  jenis  benda  berdasarkan  hasil  perhitungan  di  atas  adalah  sebesar  1.315,82  kg/m 3 . Sedangkan benda dapat dikatakan mengapung apabila ρ b < ρ f [5].
Dari  hasil  perhitungan  ini  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  ρ b >  ρ f dan  mengakibatkan  benda tenggelam. Berdasarkan persamaan (2), jika percepatan gravitasi (g) = 9,81 m/s 2 , massa jenis zat cair (ρ f ) = 1000 kg/m 3 , dan dengan Volume benda campuran (V ROV ) = 0,003799909 m 3 , maka gaya apung (Fa) dan gaya berat benda (W) adalah [4,5]:
Fa = ρ f x V ROV x g = 1000 kg/m 3 x 0,0037 m 3 x 9.81 m/s 2
= 37,2771 N = 37,2771 kg. m/s 2 .
W   = massa x g  ................................... (8)
= 5 kg x 9,81 m/s 2
= 49,05 N.
Remotely Operated Vehicle (ROV) Untuk Eksplorasi Bawah Air di Lingkungan Industri Perkapalan

## 3.4 Konstruksi ROV
Pembuatan  ROV  menggunakan  bahan  pipa  PVC  ukuran  Ø  100mm  sebagai  badan  ROV  dan tempat  peletakan  komponen.  Untuk  merakit  pipa  PVC  tersebut  menggunakan  lem  epoxy  sebagai perekat antara bagian satu dengan bagian lainnya. Untuk pemberatnya digunakan besi berukuran 80 x 25 x 20 agar robot dapat melayang di dalam air.
Hasil konstruksi ROV dengan bentuk yang aerodinamis berdasarkan rancangan ROV pada Gambar 1.
Gambar 4. Konstruki ROV
Gambar 5. Uji coba konstruksi ROV di air Pada uji coba konstruksi ROV yang sudah dilakukan, maka dapat disimpulkan bahwa konstruksi ROV dapat mengapung dan tenggelam di air dengan stabil dan seimbang. Bentuk yang lebih aerodinamis menyebabkan ROV mampu bermanuver dengan cepat di dalam air.

## 3.5 Daya ROV
Daya ROV yang dihasilkan pada uji coba ROV dapat dilihat pada Tabel 1 di bawah ini : Tabel 1. Daya ROV
No. AKTIVITAS DAYA MOTOR ( W ) KEDALAMAN 0 MTR 2 MTR 3 MTR RATA- RATA 1 Maju 83.64 93.48 97.60 91.57 2 Serong Kanan 44.28 50.43 58.56 51.09 3 Belok Kanan 84.18 85.40 85.20 84.93 4 Serong  Belakang Kanan 71.34 72.57 73.20 72.37 5 Mundur 82.80 82.80 84.49 83.36 6 Serong  Belakang Kiri 82.41 86.10 90.28 86.26 7 Belok Kiri 92.72 96.38 100.04 96.38 8 Serong Kiri 67.65 66.42 73.80 69.29 Rata-rata Daya Motor (W)  = 79.41
Dari Tabel 1 di atas, maka dapat digambarkan grafik daya ROV yang dihasilkan pada beberapa aktivitas tersebut. Adapun gambar grafiknya adalah sebagai berikut :
Gambar 6. Grafik daya ROV Dari  grafik  pada  Gambar  6,  dapat  terlihat  bahwa  keadaan  daya  tertinggi  berada  pada  saat aktivitas  ROV  berbelok  ke  kiri.  Hal  ini  disebabkan  karakteristik  bilge  pump  yang  modifikasi  sebagai thruster  memiliki  sifat  konsumsi  daya  yang  berbeda  pada  saat  polaritas  diubah.  Begitu  juga  pada  saat aktivitas ROV  berbelok  ke  kanan.  Trend penggunaan  daya di kedalaman yang lebih dalam  menunjukan peningkatan  konsumsi  daya.  Hal  ini  disebabkan  oleh  semakin  besarnya  tekanan  di  dalam  air  sehingga beban motor yang dihasilkan akan semakin besar.
Dari hasil uji coba pada Tabel 1, juga dapat terlihat bahwa rata-rata daya yang dihasilkan pada saat motor beroperasi di bawah air adalah 79.41 Watt dan tegangan motor yang digunakan cenderung konstan  pada  nilai  12.3  V.  Arus  yang  dihasilkan  pada  saat  motor  beroperasi  di  bawah  air  lebih  besar daripada  arus  pada  saat  motor  beroperasi  di  udara.  Hal  ini  dikarenakan,  motor  memiliki  beban  yang lebih besar saat beroperasi di bawah air dibandingkan pada saat di udara.
Dari  Tabel  1  di  atas,  maka  daya  yang  dihasilkan  pada  saat  ROV  beroperasi  di  kedalaman  0  ~  3  meter adalah sebagai berikut [4][5]: P = V x I  ..................................................................(9) = 12.208 V x 6.508 A = 79.455 Watt ≈ 79.4 Watt.
Kapasitas baterai (C) yang digunakan pada uji coba untuk mengoperasikan ROV adalah sebesar 32 AH yang artinya baterai mampu men-supply arus konstan sebesar 32 A dalam waktu satu jam, maka lama  waktu  robot  beroperasi  (t) jika  konsumsi  arus  saat  beroperasi  (I)  sebesar  6.508  A  adalah  sebagai berikut  :
I C t = .......................................................................(10)
jam.
917 . 4 A 6.508 AH 32 = =

## 3.6 Kecepatan ROV
Kecepatan ROV yang dihasilkan pada uji coba ROV dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
Remotely Operated Vehicle (ROV) Untuk Eksplorasi Bawah Air di Lingkungan Industri Perkapalan

## Tabel 2. Kecepatan ROV
Dari  Tabel  2  di  atas,  maka  dapat  digambarkan  grafik  kecepatan  ROV  yang  dihasilkan  pada beberapa aktivitas tersebut. Adapun gambar grafiknya adalah sebagai berikut :
Gambar 7. Grafik kecepatan ROV
Dari  grafik  diatas  dapat  terlihat  bahwa  trend  kecepatan  ROV  menurun  linear  terhadap peningkatan  kedalaman.  Olah  gerak  dari  ROV  akan  semakin  lambat  seiring  bertambah  dalamnya pergerakan ROV dikarenakan semakin bsarnya tekanan di bawah air.

## 4.  SIMPULAN
Setelah  melakukan  tahap  perancangan  dan  pembuatan  sistem  yang  kemudian  dilanjutkan dengan tahap pengujian maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Konstruksi ROV yang dibuat menggunakan pipa PVC tipe D dengan ukuran Ø 4” sebagai rangka utama dan tempat rangkaian elektronika secara perhitungan mampu menahan tekanan hingga maksimal di kedalaman 30 meter, dengan actuator dan controller sebagai berikut :
Arduino Uno R3 Modified Bilge Pump Joystick analog and Button interface Relay driver
2. ROV dapat bergerak  maju dan bermanuver di bawah  air.  Kecepatan rata-rata pergerakan ROV pada saat maju di kedalaman 3 meter adalah 0.171 m/s.
NO. KECEPATAN
KEDALAMAN AKTIVITAS 0 MTR 2 MTR 3 MTR RATA- RATA 1 Maju 0.20 0.17 0.14 0.17 2 Mundur 0.10 0.08 0.08 0.09 Rata-rata kecepatan (m/s) = 0.032
3. Kecepatan rata-rata pergerakan ROV yang dibuats pada saat naik dari kedalaman 3 adalah 0.09 m/s.  Sedangkan  kecepatan rata-rata  pergerakan ROV  pada saat turun  ke  kedalaman   3 meter adalah 0.17 m/s.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  R. Petrus, Menengok Masa Depan Dunia Robotika Indonesia, diakses pada 15 Desember 2016 Available : http://www.voaindonesia.com/a/menengok-masa-depan-dunia-robotika- indonesia/3376735.html.
[2]   D. Daniel, Menjelajah Bawah Laut Dengan Mini ROV, diakses tanggal 23 Februari 2017, Available : http://www.p3tkp.litbang.kkp.go.id/index.php/litbang/inovasi-dan-hasil-penelitian/63-menjelajah- bawah-laut-dengan-mini-rov.
[3]   E. Novina, Cara Kerja ROV, Alat Pencari Air Asia QZ8501, diakses tanggal 22 Februari 2017, Available : http://nationalgeographic.co.id/berita/2015/01/cara-kerja-rov-alat-pencari-airasia- qz8501.
[4]   P.A. Tipler, Alih bahasa : Lea Prasetio dan Rahmad W. Adi, Fisika untuk Sains dan Teknik. Edisi Ketiga : Cetakan 1 . Jakarta : Erlangga. Hal : 383 – 398, 1998.
[5]   Fisika Zone. Collage Loan Consolidation. Hukum Archimedes, diakses tanggal 12 Maret 2017, Available : http://fisikazone.com/hukum-archimedes/.
[6]        Young,  H.D.  dan  R.A.  Freedman,  Sears  and  Zemansky  Fisika  Univertas  Edisi  10  Jilid  2,  Jakarta: Erlangga, 2003.
[7]    Gitakarma, M.S., Ariawan, K.U., Wigraha, N.A, Alat Bantu Survey Bawah Air menggunakan Amoba, Robot Berbasis ROV. 3 (2) : 392-409, 2014.