Abstrak —Kebocoran gas yang tidak terdeteksi dapat menyebabkan  bahaya  yang  dapat  mengancam  penggunanya, seperti tejadinya kebakaran, atau meledaknya sebuah tabung gas. Untuk  itu  dibutuhkan  sebuah  metode  penanganan  cepat  untuk mengetahui  letak  terjadinya  kebocoran  gas.  Pada  penelitian  ini telah dirancang dan dibuat suatu Omni Directional Wheels Robot yang  berfungsi  sebagai  gas  tracker  untuk  mendeteksi  letak kebocoran  gas.  Rancang  bangun gas  tracker ini  menggunakan platform  lingkaran  yang  dilengkapi  dengan  tiga  buah sensor  gas semikonduktor  MQ-4,  yang  ditempatkan  pada  tiap  120 udut platform  robot.  Robot  ini  menggunakan  sistem fuzzy  logic controller yang  diolah  menggunakan  STM32F4- Discovery. Robot ini  akan  mencari  sumber  kebocoran  gas  dengan  menggunakan hasil  pendeteksian  dari  sensor  gas.  Input  fuzzy  logic  berupa perubahan  nilai  tegangan  sensor  gas . Pada  proses defuzzifikasi dihasilkan  output  berupa  sudut  datang  dan  jarak  sumber  gas terhadap  robot.  Hasil  deffuzifikasi  kemudian  akan  berfungsi sebagai input gerak robot sesuai dengan perhitungan kinematika robot . Dari  hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  robot  ini dapat menuju  ke  sumber  gas  dengan  nilai  rata-rata  tertinggi  adalah 93,33 % saat sudut 210
Kata  Kunci — Fuzzy  Logic  Controller,  Omni  Directional  Wheels Robot, Sensor gas semikonduktor.

## I. PENDAHULUAN
ALAH  satu  resiko  penggunaan  LPG  adalah  terjadinya kebocoran  gas  yang  dapat  menyebabkan  kebakaran  jika terpicu oleh api yang berada di sekitarnya. Dalam industri atau instalasi  gas,  pipa  merupakan  aspek  penting  untuk mendistribusikan  gas  dari  suatu  tempat  ke  tempat yang  lain. Kebocoran pada pipa yang tidak terdeteksi dapat menyebabkan kerusakan lebih parah dan dapat mengakibatkan kerugian yang sangat besar karena proses produksi berhenti.
Dalam  penelitian  ini  telah  dibuat  rancang  bangun Robot Omni yang  dilengkapi  dengan  sensor  gas  MQ-4  dan  sensor jarak HC-SR04. Robot Omni berfungsi untuk mencari sumber gas  untuk  mendeteksi  letak  awal  kebocoran  gas.  Dengan menggunakan  metode fuzzy  logic  controller ,  robot  akan mencari  sumber  kebocoran  gas.  Robot  dilengkapi  dengan sensor  jarak  yang  berfungsi  untuk  mendeteksi  halangan  yang ada  pada  sekitar  sumber  kebocoran  gas,    sehingga  kebocoran dapat  dideteksi  secara  dini  dan  dapat  mencegah  kerusakan lebih lanjut.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## A. Omni Directional Wheels
Roda  omni  (omni  wheels)  adalah  rancangan  roda  khusus yang tidak hanya mempunyai roda tunggal, tetapi banyak roda dalam  satu  roda  inti.  Ada  roda  inti  besar,  dan  sepanjang  tepi ada banyak roda kecil tambahan yang mempunyai sumbu tegak lurus  terhadap  sumbu  roda  inti.  Roda  omni-directional holonomic  memiliki  3  DOF.  Berbeda  dengan  robot  non- holonomic  normal,  robot  omni-directional  holonomic  mampu bergerak ke segala arah tanpa mengubah arah roda [1]. Robot omni  dapat  bergerak  maju,  mundur,  geser  kesamping,  dan berputar  pada  posisi  tetap.  Kemampuan  ini  memungkinkan robot yang menggunakan omnidirectional mampu bermanuver lebih lincah dan lebih efisien.
Berdasarkan  sifatnya,  omni  directional  wheels  adalah  jenis mobile  robot  holonomic.  Robot  ini  dapat  bertranslasi  ke  arah kiri  maupun  kanan  tanpa  terlebih  dahulu  mengubah  orientasi robot  atau  arah  robot.  Oleh  karena itu dapat dikatakan bahwa kinematik  sebuah  roda  omni  adalah  untuk  memberi  sarana dalam  merubah  posisi  antar  kordinat  global  dan  konfigurasi internal, ditunjukkan pada Gambar 1.

## Gambar 1. Sistem kinematik Omni Directional Wheels Robot [1]

## B. Sensor gas MQ-4
Sensor  gas  dengan  kode  MQ  terdiri  dari  2  bagian,  yaitu sensor elektrokimia dan sebuah pemanas internal di dalamnya, ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Sensor  ini  dapat  mendeteksi berbagai  tipe  gas,  dan  akan  lebih  sensitif  untuk  jenis  gas tertentu.  Semua  sensor  gas  tipe  ini  harus  dikalibrasi  dengan mengukurnya pada udara/gas yang telah diketahui konsentrasinya.  Keluaran  sensor  ini  berupa  data  analog  yang dapat dibaca oleh pin-pin analog mikrokontroller [2].

## Rancang Bangun Robot Omni  untuk Mencari Sumber Gas Menggunakan Kontrol Logika Fuzzy Berbasis Mikrokontroler ARM STM-32
Azhar Dwi Rizqi Aljabar, Muhammad Rivai, Suwito Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Elektro, Institut Teknologi Sepuluh Nopember E-mail : azhar.rizqi12@gmail.com, muhammad_rivai@ee.its.ac.id, masaji@ee.its.ac.id
S
Gambar 2. Sensor gas MQ [2]
Sensor  gas  MQ  merupakan  sensor  gas  yang  terbuat  dari keramik  mikro  AL 2 O 3 ,  Tin  Dioxide  (SnO 2 )  yang  sensitif, elektroda  dan  kepala  sensornya  terbuat  dari  plastic  serta stainless  steel  .  Kepala  sensornya  dapat  bekerja  dengan  baik dan merupakan komponen yang sangat sensitive [2].

## C. Sensor Jarak HC-SR04
Modul  sensor  HC-SR04  merupakan  sensor  yang  banyak digunakan  untuk  mengukur  jarak  suatu  objek,  ditunjukkan pada Gambar 3. Jarak jangkauan yang dimiliki oleh sensor ini yaitu  mulai  dari  sekitar  2  centimeter  sampai  4  meter.  Dengan jangkauan  yang  cukup  jauh  tersebut  dan  ketelitian  hingga sekitar  1  centimeter  menjadikan  modul  sensor  ini  sering digunakan  pada  berbagai  aplikasi,  mulai  dari  pengukur ketinggian air hingga pengukur jarak pada berbagai robot.
Sensor  ini  bekerja  dengan  memanfaatkan  gelombang ultrasonik. Dengan menggunakan prinsip kerja layaknya suatu perangkat  sonar,  yaitu  dengan  memanfaatkan  pantulan gelombang  ultrasonik  dan  mengukur  waktu  penerimaan pantulannya,  maka  dapat  didapatkan  nilai  jarak  antara  sensor ini  dengan  objek  yang  ingin  diukur  jaraknya.  Frekuensi ultrasonik yang dipakai sensor ini sebesar 40 kHz [3].
Gambar 3. Sensor Jarak HC-SR04 [3]

## III. PERANCANGAN SISTEM
Perancangan  sistem  pada gas  tracker  robot yang  akan dirancang  terdiri  dari  dua  bagian  besar,  yaitu  perancangan perangkat  keras  dan  perangkat  lunak.  Pada  perancangan perangkat keras terdiri atas, perancangan mekanik robot omni, perancangan  elektrik,  dan  perancangan  sensor  gas  dan  jarak. Perancangan  perangkat  keras  tersebut  berfungsi  sebagai platform  dasar mobile  gas  tracker yang  akan  dirancang menggunakan  sistem  gerak  robot  omni  untuk  mencari  gas bocor. Sensor gas yang digunakan merupakan sensor gas MQ- 4.  Sensor  ini  adalah  sebuah  sensor  gas  yang  meliputi  gas metana,  karbondioksida,  isobutana,  ethanol,  dan  hydrogen. Sedangkan  sensor  jarak  yang  digunakan  adalah  modul  sensor HC-SR04  yang  memanfaatkan  gelombang  ultrasonik  untuk mendeteksi  jarak  yang  ada  di  depannya.  Untuk  perancangan perangkat lunak meliputi program pada STM32F4 dan kendali
Fuzzy  Logic .  Semua  perancangan  sistem  perangkat  lunak berfungsi untuk sistem kontrol pada mobile robot.

## A. Desain  Mekanik Robot Omni
Tahapan  desain  sebuah  robot  adalah  merancang  robot dengan  kelengkapan  serta  ukuran  yang  di  skalakan.  Pada penelitian  ini  mendesain  badan  utama  dari omni wheels robot yang bertipe holonomic, ditunjukkan pada Gambar 4.

## Gambar 4. Desain Omni Wheels Robot
Setelah  mendesaian  model  badan  robot,  implementasi  dari badan robot berdasarkan desain yang dibuat terdiri atas:
 Rangka robot : akriklik dan aluminium
 Roda : roda omni wheel aluminium dan karet
 Penggerak roda : Motor DC 12V

## B. Rangkaian Sensor Gas
Rangkaian  sensor  gas  yang  digunakan    pada  penelitian  ini adalah rangkaian pengondisi tegangan output dari sensor MQ- 4.  Rangkaian  pembagi  tegangan  diperlukan  untuk  mengambil Vout  dari  sensor,  ditunjukkan  pada  Gambar  5.  Ketika  sensor gas mendeteksi adanya gas pada udara, maka resistansi dalam sensor gas akan turun begitu pula sebaliknya.

## Gambar 5. Rangkaian dasar sensor gas dan penempatan sensor
Sensor  gas  MQ  membutuhkan  dua  sumber  tegangan  yaitu tegangan  rangkaian  (Vc)  dan  tegangan  pemanas  (Vh). Sedangkan  output  dari  nilai  sensor  dilihat  pada  tegangan output  pada  rangkaian  pembagi  tegangan.  Resistor    yang digunakan  untuk  pembagi  tegangan  masin-masing  10K sehingga  nilai  maksimum  tegangan  yang  masuk  ke  STM32F4 memiliki  nilai  maksimum  3.3  Volt.  Output  dari  tegangan sensor gas dimasukkan kedalam pin ADC pada mikrokontroller.

## C. Rangkaian Sensor Jarak
Modul HC-SR04 membutuhkan tegangan 5 volt, sedangkan mikrokontroller  STM32F4  hanya  mampu  mengeluarkan tegangan output sebesar 3.3 volt. Untuk mengatasi masalah ini
Sensor Gas
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 7, No. 1 (2018), 2337-3520 (2301-928X Print)                                                                             B 19
diperlukan perencanaan rangkaian tambahan untuk mengoperasikan  HC-SR04  dengan  baik  [2].  STM32F4 menyediakan  5-tolerant  pin  yang  mampu  di-drive  oleh tegangan  luar  sebesar  5  volt  apabila  pin  output  diset  sebagai Open  Drain  dengan  memberikan  pull-up  5  volt  menggunakan resistor  1  Kohm.  Sedangkan  untuk  mengatasi  kebutuhan  pin echo  HC-SR04  yang  mengeluarkan  tegangan  5  volt  sebagai indikator  pembacaan  sinyal  ultrasonik,  tegangan  pin  echo dapat  disambungkan  dengan  rangkaian  pembagian  tegangan sebelum  disambungkan  dengan  pin  input  STM32F4, ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Rangkaian dasar sensor jarak dan penempatan sensor

## D. Perancangn Sitem Kontrol Robot
Penelitian  ini  menggunakan  fuzzy  logic  control  sebagai sistem  kontrol  yang  akan  mengatur  sistem  utama  pada pergerakan  kinematik  omni  directional  wheels.  Fuzzy  logic digunakan  untuk  menggerakan  roda  omni  berdasarkan  input data  yang  diterima  sensor  gas  MQ-4  yang  telah  diolah  pada STM32F4.  Data  input  dari  sensor  tersebut  akan  menunjukan posisi  dari  kebocoran  gas  yang  terjadi.  Pergerakan  roda menggunakan fuzzy logic yang akan mengatur pergerakan tiga buah  motor  dengan  input  dari  tiga  buah  sensor  gas  MQ-4. Pergerakan  roda  omni  sendiri  didefinisikan  berdasarkan  jarak gas  terhadap  robot  yang  diambil  berdasarkan  nilai  ADC  yang diterima oleh sensor gas MQ-4.
Berdasarkan  nilai  ADC  yang  diterima  maka akan diketahui sudut  datangnya  gas  yang  menjadi  output  fuzzy  sebagai panduan  pergerakan  robot  omni,  ditunjukkan pada Gambar 7. Hasil  dari  pembacaan  nilai  ADC  tersebut  akan  menjadi membership  function  untuk  alur  pergerakan  robot.  Jadi  pada setiap  motor  akan  memiliki  3  buah  inputan  hasil  pembacaan ADC  masing  masing  sensor  gas  MQ-4  yang  berupa  posisi sumber  gas  berdasarkan  sudut  datang  dan  jarak  sumber tersebut dari titik sensor.
Gambar 7.  Alur sistem Fuzzy Control
a. Fuzzifikasi
Pada sistem ini menggunakan crisp input yang dibentuk dari lima  himpunan  keanggotaan  (ditunjukkan  pada  Gambar  8) yang menggambarkan jarak datangnya sumber sensor yaitu:
a. None (tidak terdeteksi adanya sumber gas)
b. Long (sumber gas jauh dari jangkauan sensor)
c. Medium (sumber gas medium dari jangkauan sensor)
d. Short (sumber gas dekat dari jangkauan sensor)
e. Stop (sumber gas berada pada threshold nilai sensor)
Gambar 8. Crisp Input Sensor

## b. Fuzzy Rule Base
Fuzzy  Rule  Base  yang  diatur  pada  sistem  ini  diolah berdasarkan sudut datang dan jarak sumber gas terhadap robot omni.  Tiap  fungsi  keanggotaan  bertipe singleton .  Untuk penentuan  sudut  datang  sumber  gas  dibedakan  menjadi  enam kuadran, ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Keanggotaan Sudut Keanggotaan Tipe keanggotaan 30° Singleton 90° Singleton 150° Singleton 210° Singleton 270° Singleton 330° Singleton
Sedangkan  jarak  tangkap  atau  magnitude  ditentukan menurut  input  yang  didapat  dari  pembacaan  jarak  (cm)  pada tiap  sensor  yang  terbagi  kedalam  empat  derajat  keanggotaan stop, short, medium, long, ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2.

## Keanggotaan Jarak
Keanggotaan jarak (cm) Kategori keanggotaan Tipe keanggotaan 10 Stop Singleton 20 Dekat Singleton 30 Medium Singleton 40 Jauh Singleton

## c. Defuzzifikasi
Fuzzy kontrol yang digunakan pada sistem ini menghasilkan dua  buah  output  yaitu  derajat  keanggotaan  sudut  berdasarkan kuadran  sudut  dan  jarak,  sehingga  dapat  mengarahkan keputusan  pergerakan  kinematik  robot,  ditunjukkan  ada Gambar 9 dan 10.
Gambar 9. Crisp Output Sudut

## Gambar 10. Crisp Output Jarak
Defuzzifikasi  pada  sistem  ini  menggunakan  metode Max Product  Implication  Methode .  Metode  ini  memungkinkan pengambilan nilai maksimum keluaran dari crisp output sudut dan jarak sebagai keputusan akhir dari proses fuzzy yang telah direncanakan menggunakan Fuzzy Rule Base . Hasil defuzzifikasi  berupa  sudut  dan  jarak  akan  menjadi  input  dari kinematik robot omni. Dengan mengetahui jarak (S) dan sudut maka akan dapat menghitung magnitude (M) yang merupakan besarnya skala pergerakan dalam kuadran kartesian (x,y, yang akan menjadi input kinematik robot omni, dengan rumusan sebagai berikut:
(1)
Keterangan : Mmax  = 250 (PWMmax)
Mmin   = 150 (PWMmin) Smax   = 40 cm (long)
Smin    = 10 cm (Short)

## IV. HASIL DAN ANALISA
Setelah  melakukan  perancangan  mekanik  berdasarkan desain  robot,  maka  implmentasi  dari  desain  omni  directional wheels  pada  penelitian  ini  dapat  dilihat  pada  Gambar  11. Tabel 3 menunjukkan pengujian sensor gas MQ-4.
Pada  gambar  12  menunjukkan  bahwa  semakin  jauh  jarak sumber  gas  maka  tingkat  sensitifitas  sensor  gas  semakin berkurang.  Hal  ini  disebabkan  oleh  kemampuan  identifikasi sensor terhadap gas alokohol.
Untuk  mendapatkan  nilai  yang  akurat,  pengambilan  data nilai  ADC  dilakukan  dalam  waktu  5  menit  dengan  membagi derajat  keanggotaan  nilai  ADC  ditunjukkan  pada  Tabel  4, dengan rincian sebagai berikut:
a. None = tidak ada sumber gas
b. Long = sumber berjarak 40 cm
c. Medium = sumber berjarak 30 cm
d. Short = sumber berjarak 20 cm
e. Stop = sumber berjarak 10 cm
Gambar 11. Realisasi Robot Omni
Tabel 3.
Data Pengukuran Tegangan Sensor Gas MQ
percobaan 1 sensor 1 sensor 2 sensor 3 Jarak (cm) 1.18 0.94 1.07 20 1.06 0.83 1.03 40 1.04 0.76 0.99 60
Gambar 12. Grafik Tegangan Sensor Dalam Range 0-60 cm
Tabel 4. Pembacaan ADC sensor Pembacaan ADC sensor none Long Medium Short Stop Sensor 1 20 92 131 150 160 Sensor 2 15 82 121 140 150 Sensor 3 18 86 125 142 157
Pada  Gambar  13  menunjukkan  pengujian  sensor  HC-SR04 terhadap  jarak  dinding  pantulan.  Pengujian  dilakukan  dengan jarak  antara  sensor  dengan  dinding  pantulan  yang  berbeda- beda,  ditunjukkan  pada  Tabel  5.  Dapat  dilihat  bahwa pengukuran  sensor  semakin  tidak  sesuai  seiring  dengan pertambahan jarak antara sensor dengan dinding pantul.
Gambar 13. Pengujian Sensor jarak
Pengujian Fuzzy Logic pada sistem dilakukan untuk menguji hasil  dari  sistem  yang  telah  dirancang  pada  robot.  Pada pengujian ini dilakukan percobaan untuk melihat perbandingan hasil  input  dan  output  pada  robot.  Pengujian  dilakukan berdasarkan  jarak  sumber  gas  (10  cm,  20  cm,  30  cm,  60  cm) antara tiap sensor dan sudut datang (30 ,90 ,150 ,210 ,270 ,330 ).
Tabel 5. Pengujian Sensor Jarak Jarak(cm) Hasil Pembacaan Error (Selisih jarak) Persentase kesalahan 5 5.060741 0.060741 1.21482 10 10.121482 0.121482 1.21482 15 15.814816 0.814816 5.43211 20 20.242964 0.242964 1.21482 25 25.303705 0.303705 1.21482 30 31.629631 1.629631 5.43210 35 36.690372 1.690372 4.82963 40 41.751114 1.751114 4.37779 45 47.444447 2.444447 5.43210 50 52.505188 2.505188 5.01038 55 58.198521 3.198521 5.81549 60 63.891853 3.891853 6.48642
Berikut  ini  merupakan  hasil  pengujian  terhadap  fuzzy control yang berupa hasil deteksi sensor dan pergerakan robot dalan kordinat ( .
a. Sumber gas 90  pada 30 cm
Tabel 6. Pembacaan tegangan sensor sumber gas 90 Sensor1 Sensor2 Sonsor3 1.473 V 1.343 V 1.35 V
Sesuai  dengan  defuzzifikasi  maka  robot  bergerak  pada kordinat ( = (0 , 216,6 , 0)
Gambar 14. Grafik kondisi sensor Sumber gas 210  pada 20 cm

## b. Sumber gas 210  pada 30 cm
Tabel 7. Pembacaan tegangan sensor sumber gas 210 Sensor1 Sensor2 Sensor3 1.223 V 1.4 V 1.21 V
Gambar 15. Grafik kondisi sensor Sumber gas 330  pada 20 cm
Sesuai dengan defuzzifikasi maka diambil keputusan :
Output Sudut = 210 Output Jarak  = 30 cm (medium) Maka M = 216,6 = 216,6 cos 210 = -187,57
= 216,6 sin 210 = -108,3 Robot bergerak pada kordinat( = (-187,57, -108,3, 0)
c. Sumber gas 330  pada 30 cm
Tabel 8. Pembacaan tegangan sensor sumber gas 330  pada 30 cm Sensor1 Sensor2 Sonsor3 1.513 V 1.563 V 1.62 V
Gambar 16. Grafik kondisi sensor Sumber gas 330  pada 30 cm
JURNAL TEKNIK ITS Vol. 7, No. 1 (2018), 2337-3520 (2301-928X Print)                                                                             B 22
Sesuai  dengan  defuzzifikasi  maka  robot  bergerak  pada kordinat (
=(187,57 , -108,3 , 0)

## V. KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini  telah  dirancang  sebuah  platform  robot Omni Directional Wheels yang berfungsi sebagai gas tracker . Robot  ini  menggunakan  tiga  buah  sensor  gas  MQ-4  untuk mendeteksi  gas,  sensor  jarak  ultrasonik  HC-SR04  untuk mendeteksi  adanya obstacle dan Fuzzy  Logic sebagai  kontrol sistem  dari  robot.  Robot  ini  menggunakan  mikrokontroler ARM  STM32F4 untuk  mengatur  keseluruhan  sitem  robot beserta pengaturan perangkat mekanik dan elektrik pada robot. Rancang bangun robot omni ini menggunakan input fuzzifikasi pembacaan  sensor  gas  dan deffuzifikasi yang  berupa  sudut datangnya gas terhadap titik pusat robot dan jarak sumber gas dari  robot.  Keluaran  kontrol  logika  fuzzy  tersebut  menjadi masukan  untuk  perhitungan  besarnya  pergerakan  robot  dalam
kuadran  kartesian.  Hasil  percobaan  menunjukkan  bahwa sensor gas dapat mendeteksi gas alkohol dengan kondisi ideal membutuhkan jarak di bawah 50 cm dan dalam waktu 5 menit dikarenakan  terjadi  fluktuatif  penyemprotan  gas  yang dilakukan.    Tingkat  keberhasilan  rata-rata  tertinggi  dalam menemukan  sumber  gas  adalah  pada  sudut  210 dengan persentase 93,33%.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] T.  .  Baede,  “Motion  Control  of  an Omnidirectional Mobile robot,” Eindhoven University of Technology, 2006.
[2] Anonim,  “Technical  Information  for  MQ-4  gas  sensor,”  2017.
[Online]. Available:
https://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Biometric/MQ-4.pdf.
[3] H.  Maulana,  “Implementasi  Mikroprosesor  Arm  Pada  Robot Hexapod untuk Melacak Sumber Kebocoran Gas Alkohol,” Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2016.