1,2,3) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Tanjungpura email: 1) sugianto.kusuma25@gmail.com, 2) ferry.hadary@invent.untan.ac.id, 3) hartoyoaryanto@yahoo.com
Abstrak– Perkembangan teknologi di dalam dunia elektronika khususnya  robotika  berkembang  pesat.  Kebutuhan  manusia akan  alat  bantu  yang  kuat,  murah,  dan  efisien  mendorong manusia  terus  melakukan  penelitian  untuk  menghasilkan robot-robot  yang  dapat  digunakan  untuk  membantu mengerjakan  tugas-tugas  manusia  yang  selama  ini  masih dikerjakan secara manual. Salah satu jenis robot yang sedang dikembangkan  saat  ini  adalah  robot  terbang  atau  sering dikenal dengan istilah Unmanned Aerial Vehicle (UAV). Pada penelitian  ini,  peneliti  merancang  bangun quadcopter dengan menambahkan sensor Ultrasonik sebagai penghindar halangan  ( avoider ).  Perancangan quadcopter pada  penelitian ini  menggunakan  empat  sensor  ultrasonik  yang  terpasang pada keempat sisi quadcopter . Pada saat pengujian quadcopter , sensor  sudah  dapat  membaca  jarak  dengan  baik,  sehingga quadcopter dapat  menyelesaikan  misi  dengan  baik.  Jarak efektif sensor ultrasonik antara 3 cm sampai 300 cm. Apabila lebih  dari  jarak  tersebut  maka  sensor  tidak  bekerja  dengan baik,  sehingga quadcopter tidak  dapat  menghindari  dengan baik.  Apabila  dalam  jarak  efektif  sensor quadcopter bekerja dengan efektif sehingga penelitian dapat dikatakan berhasil.
Kata  Kunci:  UAV,  quadcopter,  APM  2560,  sensor  ultrasonik, Arduino Nano

## I. P ENDAHULUAN
Kebutuhan  manusia  akan  alat  bantu  yang  kuat,  murah, dan efisien mendorong manusia terus melakukan penelitian untuk  menghasilkan  robot-robot  yang  dapat  digunakan untuk  membantu  mengerjakan  tugas-tugas  manusia  yang selama ini masih dikerjakan secara manual. Salah satu jenis robot  yang  sedang  dikembangkan  saat  ini  adalah  robot terbang  UAV  jenis quadcopter, yaitu multicopter yang memiliki  empat  baling-baling  yang  diletakkan  secara simetris  pada  setiap  ujung  sisinya. Quadcopter dapat dilengkapi  dengan  fitur  FPV  untuk  menampilkan  hasil tangkapan kamera secara real time. Dengan  adanya quadcopter berkemampuan  seperti  itu, diharapkan  dapat  membantu  tugas  manusia  dalam melakukan  pekerjaan  di  tempat  yang  berbahaya  misalnya mencari korban pada gedung pasca kebakaran, gempa bumi ataupun  ruangan  terpapar  gas  beracun  dan  sebagainya. Sehingga  proses  evakuasi  korban  akan  lebih  gampang  dan menurunkan tingkat resiko bahaya bagi para petugas.

## II. METODELOGI PENELITIAN
2.1. Quadcopter
Quadcopter adalah salah satu jenis UAV yang memiliki empat  buah  motor  dan  baling-baling  dengan  kemampuan untuk  melakukan  manuver  yang  sulit  dilakukan  oleh
wahana  lain [1]. Pada penelitian  ini  yang dirancang adalah quadcopter dengan model “X”.
Gambar 1. Quadcopter dengan model “X” [2]
2.2. Ardupilot Mega (APM) 2560
Flight  controller (FC) adalah  kumpulan  dari  berbagai komponen  dan  sensor  yang  berfungsi  untuk  menjaga keseimbangan  dan  dapat  terkendali.  Dalam  penelitian  FC yang  digunakan  adalah  APM  2560.  APM  2560  dilengkapi dengan modul Inertial Measurement Unit (IMU) MPU-600 dan Barometer MS5611-01BA03. IMU bekerja menggunakan  kombinasi accelerometer dan gyroscope untuk  mendeteksi  perubahan  sumbu  rotasi.  Sedangkan barometer  menggunakan  prinsip  perbedaan  tekanan  udara untuk mengetahui ketinggian terbang [3].
Gambar 2. Flight Controller Ardupilot Mega (APM) 2560 [4]
2.3. Arduino Nano
Arduino  Nano  digunakan  untuk  membaca input dari radio  remote controller (RC) dan sensor  ultrasonik. Sinyal input yang  masuk  akan  diolah  terlebih  dahulu  di board Arduino Nano kemudian diteruskan ke APM 2560. Board Arduino  Nano  adalah  sebuah  kontroler  yang  bersifat open source yang  dapat  diprogram  dengan  bahasa  program bawaanya yaitu Arduino IDE.

## Rancang Bangun Robot Terbang Penghindar Halangan Dalam Ruangan Bersekat
Sugianto K. Indrawan 1) , Ferry Hadary 2) , dan Aryanto Hartoyo 3)
Gambar 3. Arduino Nano [5]
2.4. Brushless Direct Current Motor (BLDC)
Dalam penelitian ini, motor yang digunakan  adalah seri DJI2212  920KV.  Apabila  motor  ini  diberikan  tegangan kerja  14,8  Volt,  maka  motor  akan  menghasilkan  putaran dengan perhitungan 14,8×920 = 13.616 RPM.
Gambar 4. Jenis motor brushless DJI2212 [4]
2.5. Electronic Speed Controller (ESC)
Pemilihan  ESC  tergantung  dari  besar  arus  maksimal motor  brushless  yang  digunakan.  Penggunaan  ESC  yang memiliki arus yang lebih kecil dibandingkan dengan motor yang digunakan dapat mengakibatkan ESC cepat panas dan terbakar  [4].  Dalam  penelitian  ini  menggunakan  ESC opto simonK 30A.
Gambar 5. Electronic Speed Controller (ESC) [4]
2.6. Radio Remote Control (RC)
RC  merupakan  alat  yang  terdiri  dari Transmitter (Tx) sebagai  pengirim  sinyal  dan Receiver (Rx)  sebagai penerima  sinyal.  Fungsi  dari  RC  ini  adalah  sebagai pengendali  jarak  jauh  ketika  dioperasikan  pada  mode manual.  Untuk quadcopter ,  RC yang  sebagai  Tx minimal memiliki  empat  saluran  untuk  mengendalikan  empat gerakan dasar quadcopter yaitu pitch, roll, throttle dan yaw.
Gambar 6. Radio remote control [6]
2.7. Power Supply
Power  supply yang  digunakan  dalam  penelitian  ini adalah  dua  buah  baterai lithium  polymer (Li-Po)  2 cell berkapasitas  arus  1.500  mAh  dan  tegangan  7,4  Volt.  Dari menghubungkan  seri  kedua  baterai  tersebut  menghasilkan tegangan  14,8  Volt, cell baterai  juga  ikut  naik  menjadi  4 cell , sedangkan kapasitas arus tetap 1.500 mAh.
Gambar 7. Baterai lithium polymer (Li-Po) [7]

## 2.8. Sensor Ultrasonik
Sensor  ultrasonik  digunakan  untuk  mendeteksi halangan yang  berupa  dinding  dan  sekat-sekat  dalam ruangan.  Sensor  membaca  jarak  antara quadcopter dengan dinding  penghalang,  sehingga  dengan  cepat quadcopter dapat  mengetahui  jika  terdapat  halangan  dan  akan  segera mengambil tindakan.
Gambar 8. Sensor ultrasonik SRF-05 [8]

## III. PERANCANGAN SISTEM
3.1. Perancangan Perangkat Keras
Dalam  melakukan  perancangan  sistem,  diawali  dengan membuat  diagram  blok  perancangan  perangkat  keras quadcopter terlebih  dahulu.  Diagram  blok  perancangan ditunjukkan seperti pada Gambar 9.
Gambar 9. Diagram blok perancangan perangkat keras

## quadcopter
Spesifikasi  dari quadcopter yang  sudah  dirancang adalah sebagai berikut:
1. Dimensi quadcopter dari  ujung  ke  ujung  baling-baling adalah 62cmx62cm
2. Berat quadcopter 1,2kg
3. Flight  Controller yang  digunakan  adalah  Ardu  Pilot Mega 2560
4. Motor  yang  digunakan  adalah  jenis  BLDC  DJI2212 920KV
5. Power Supply: Baterai Li-Po 1.500mAh 14,8V 4S 35C
6. Kemampuan waktu terbang quadcopter ±5 menit
7. Sensor  untuk  mendeteksi  halangan  adalah  sensor ultrasonik SRF-05.
Gambar 10. Hasil perancangan quadcopter
3.2. Perancangan Perangkat Lunak Perancangan perangkat lunak adalah untuk pemrograman  pada  Arduino  Nano.  Modul  Arduino  Nano berfungsi  untuk  mengolah  sinyal  perintah  dari  RC  serta membaca  sensor  ultrasonik.  Bahasa  pemrograman  yang digunakan  untuk  Arduino  Nano  adalah  bahasa  C  yang merupakan  bahasa  bawaan  dari  Arduino.  Untuk  menulis dan  mengunggah  program  pada  Arduino  Nano  dibutuhkan software Arduino IDE ( Integrated Development
Enviroment ).
3.3. Perancangan Sistem First Person View (FPV)
Sistem  FPV  diintegrasikan  pada quadcopter untuk mendukung fitur pengambilan data berupa gambar ataupun video  pada  saat quadcopter sedang  dioperasikan  dan dikirimkan secara real time ke ground system .
Gambar 11. Diagram koneksi FPV system
Setelah melakukan semua perancangan, maka dibutuhkan sebuah diagram  blok untuk mengetahui apakah sistem  yang  dirancang  sudah  bekerja  dengan  baik  atau belum.  Dengan  adanya  diagram  blok,  hasil  pengujian terhadap sistem  yang sudah dirancang akan  lebih  jelas dan terstruktur.
Gambar 12. Diagram blok sistem kendali quadcopter
Diagram blok yang ditunjukkan pada Gambar 12 dibuat untuk  menganalisis  hasil  dari  perancangan  sistem quadcopter .  Diagram  blok  ini  bersifat close  loop, dimana hasil  pembacaan  dari  sensor  ultrasonik  yang  berupa  jarak dimasukkan kembali sebagai pembanding untuk mengetahui  nilai error dari  hasil  pembacaan  sensor  itu sendiri.  Nilai error bisa  plus,  bisa  minus.  Semakin  kecil nilai  bacaan  sensor  (semakin  dekat  dengan  dinding penghalang),  maka  nilai error semakin plus, dan sebaliknya. Hal ini diketahui dari rumus untuk menghitung error adalah sebagai berikut:
Error = set point – nilai pembacaan sensor [9]

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Pengujian Komunikasi Pengiriman Data Transmitter dan Receiver RC
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui keberhasilan transmitter dari  RC  mingirimkan  sinyal  ke receiver. Pengujian dilakukan dengan melakukan pengukuran  pada  perangkat  RX,  gambar  rujukan dapat dilihat  kembali  pada  Gambar  9  Blok  A.  Hasil  pengujian ditunjukkan pada Gambar 13 dan 14.
Video Receiver LCD Monitor Antenna Penerima 5,8GHz Baterai Li-Po Video Transmitter Kamera Antenna Pemancar 5,8GHz
Baterai Li-Po
Gambar 13. Bentuk sinyal keluaran Rx Ch1 1000us CH2 1500us
Gambar 14. Bentuk sinyal keluaran Rx Ch3 1500us CH4 1000us
Lebar  sinyal  keluaran  dari  RC  berada  pada  rentang 1000us  sampai  2000us.  Setelah  itu  selang  20  ms  baru  ada pengiriman sinyal lagi dari RC. Setelah mengetahui rentang nilai  sinyal  keluaran  RC,  maka  rentang  nilai  tersebut  yang digunakan untuk pemrograman sistem pergerakan quadcopter .
4.2. Pengujian Tegangan Motor terhadap RPM Motor
Tegangan yang masuk ke motor berpengaruh terhadap berapa  kali  putaran  motor  dalam  satu  menit  (RPM).  Oleh karena itu dibutuhkan pengujian tegangan terhadap putaran motor untuk mengetahui berapa RPM maksimal yang dapat dihasilkan  oleh  motor.  Pengujian  ini  menggunakan  alat ukur tachometer untuk  mengukur  RPM  motor.  Gambar acuan  dalam  pengujian  ini  dapat  dilihat  kembali  pada Gambar 9 Blok B.
Tabel 1. Hasil Pengujian RPM Motor Tegangan (Volt) Putaran Motor (RPM) Motor 1 Motor 2 Motor 3 Motor 4 0 0 0 0 0 1 920 908 912 920 3,7 3.404 3.404 3.404 3.404 7,4 6.808 6.608 6.808 6.598 11,1 9.876 9.733 9.876 9.876 14,8 13.500 13.616 13.498 13.498
Setelah  melakukan  pengujian  diketahui  bahwa  nilai RPM motor BLDC berbanding lurus dengan nilai tegangan masukannya.  Dari  Tabel  1  menunjukkan  keempat  motor yang  digunakan  sudah  linear.  Respon  putaran  motor terhadap tegangan yang diberikan mendekati satu nilai yang sama.  Kelinearitasan  motor  yang  digunakan  sangat dibutuhkan  untuk  menghasilkan  sistem  kestabilan  yang baik.
4.3. Pengujian Sensor Ultrasonik pada Saat Terbang Pengujian  kinerja  sensor  ultrasonik  bertujuan  untuk memastikan  bahwa  sensor  ultrasonik  yang  digunakan sebagai  pendeteksi  halangan  bekerja  dengan  baik,  dengan parameter  ketepatan  hasil  pembacaan  sensor  ultrasonik terhadap data jarak yang sudah ditentukan nilainya.
Tabel 2. Hasil Pengujian Sensor Ultrasonik Jarak terhadap Dinding (cm) Rentang Pembacaan Ultrasonik (cm) 30 29 - 35 40 39 - 44 50 49 - 52 60 59 - 61 70 70 - 75 80 79 - 85 90 88 - 93 100 99 - 102 110 108 - 112 120 119 - 123
Nilai  yang  terbaca  oleh  sensor  ultrasonik  memiliki rentang  nilai . Hal  ini  dikarenakan  selama  terbang, quadcopter mengalami  osilasi  pergerakan  ke  kiri  dan kanan.  Dengan  mengacu  pada  Tabel  2,  diketahui  bahwa rentang nilai osilasi quadcopter ketika berada di suatu titik tertentu adalah ±5 cm terhadap posisinya.
Gambar 15. Pengambilan data sensor ultrasonik pada saat terbang
4.4  Pengujian  Sudut  Keoptimalan  Kamera  FPV  dalam Menangkap Objek
Tujuan dari pengujian ini adalah untuk mendapatkan sudut  keoptimalan  kamera  terhadap  objek  gambar.  Objek yang  digunakan  dalam  pengujian  berupa  sebuah  boneka yang  disimulasikan  sebagai  manusia  diposisikan  dalam ruangan  pada  titik  tertentu.  Hasil  pengujian  untuk mendapatkan  sudut  keoptimalan  kamera  FPV  dalam menangkap  objek  ditunjukkan  pada  Gambar  16.  Mengacu pada  Gambar  16  didapatkan  sudut  kamera  terhadap  objek membentuk sebuah segitiga siku-siku. Dengan menggunakan  fungsi  trigonometri  [10],  maka  sudut yang dibentuk oleh kamera terhadap objek dapat dihitung dengan persamaan sebagai pada gambar 17.
6 0 3 0 9 0 120 cm
Gambar 16. Sudut optimal kamera terhadap objek
Gambar 17. Persamaan sudut kamera terhadap objek
tan ∝ = 𝑦 𝑥 ∝= tan −1 𝑦 𝑥 = tan −1 1 2,8
= 19,65º
Dari  hasil perhitungan tersebut,  maka didapatkan sudut paling optimal bagi kamera untuk menangkap objek adalah 19,65º.
4.5. Pengujian  Keseluruhan  dari  Sistem  Robot  Terbang Penghindar Halangan dalam Ruangan Bersekat
Pengujian  keseluruhan  dari  sistem  perancangan quadcopter adalah  dengan  cara  uji  terbang.  Uji  terbang yang  digunakan  adalah  sistem  semi-otomatis.  Sistem  ini dikatakan  semi-otomatis  karena  dalam  sistem  terbang  ini, terdapat dua input yang menjadi pengendali dari pergerakan quadcopter .  Input  pertama  adalah  sinyal  perintah  dari  RC yang dikendalikan oleh pilot, sedangkan input kedua adalah sinyal perintah dari sensor ultrasonik.
Quadcopter ditugaskan  masuk  ke  dalam  bangunan untuk  mengambil data  berupa gambar ataupun  video. Data yang diambil bertujuan untuk mengetahui kondisi di dalam bangunan tersebut.
Setelah  melakukan  pengujian  keseluruhan  sistem didapatkan  data  pergerakan quadcopter dari  hasil  bacaan sensor kiri terhadap dinding selama menyusuri dinding kiri. Set  point diatur  pada  nilai  50  cm  jarak  dari  sensor  kiri terhadap dinding kiri dengan ketinggian terbang adalah 100 cm.
Gambar 19. Grafik kestabilan posisi quadcopter terhadap dinding kiri
Dengan  merujuk pada Gambar 20, maka diketahui data statistik  dari  kestabilan  pergerakan quadcopter terhadap dinding kiri sebagai berikut:
Rata − rata  Mean  = Jumlah  semua  nilai  data Banyaknya  data
Mean = 1.766 cm 35 = 50,457 cm
Dari  grafik  tersebut  terlihat  bahwa  pergerakan quadcopter selama  menyusuri  dinding  kiri  mengalami osilasi. Rentang jaraknya terhadap dinding kiri berada pada nilai  49  cm  hingga  52  cm,  dengan  rata-rata  50,457  cm. Error yang  terjadi  terhadap  set  point  50  cm  adalah  0,457 cm dengan waktu sampling 35 detik.
0 10 20 30 40 50 60 70 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 Set Po in t = 5 0 c m Waktu Sampling (detik) jarak (cm) sp = (50 cm) 60 70 80 90 100 110 120 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 Set Po in t = 1 0 0 c m Waktu Sampling (detik) ketinggian (cm) sp = (100 cm)
y = 1m x = 2,8m α
Sedangkan  data  statistik  dari  kestabilan  ketinggian terbang quadcopter dengan  merujuk  pada  Gambar  21, diketahui bahwa:
Rata − rata  Mean  = Jumlah  semua  nilai  data Banyaknya  data
Mean  = 2007 cm 20 =  100,35 cm
Kestabilan  ketinggian quadcopter selama  terbang  juga mengalami  osilasi.  Rentang  jaraknya  berada  pada  nilai  98 cm hingga 102 cm, dengan rata-rata 100,35 cm. Error yang terjadi  terhadap  set  point  100  cm  adalah  0,35  cm  dengan waktu sampling 20 detik.

## V. KESIMPULAN
Dari  keseluruhan  pembahasan  dalam  penelitian  ini dapat disimpulkan:
1. Quadcopter yang  dirancang  berhasil  menghindari halangan  dan  berhasil  melakukan  navigasi  dalam ruangan bersekat.
2. Kemampuan  waktu  terbang quadcopter ±5  menit hingga  baterai  berada  pada  status safe  flight dan return-to-launch.
3. Waktu yang dibutuhkan quadcopter untuk menyelesaikan misinya adalah 1 menit 52 detik dengan panjang lintasan 37,4 meter.
4. Gambar  ataupun  video  yang  berhasil  diambil  terkirim secara real time dan memiliki kualitas yang baik.
5. Video pengujian keseluruhan sistem quadcopter dalam penelitian  ini  dapat  dilihat  pada  pranala/ link video berikut: https://www.youtube.com/watch?v=kn7a9HWYhg8&feature =youtu.be

## UCAPAN TERIMA KASIH
Dengan terselesaikannya Artikel ini, penulis mengucapkan terimakasih yang sedalam-dalamnya kepada: 1. Tuhan  Yang  Maha  Esa  atas  limpahan  rahmat  dan karunia-Nya  sehingga  penulis  diberikan  kesehatan untuk dapat melaksanakan penelitian dan menyelesaikan Karya Ilmiah.
2. Kedua  orang  tua  dan  saudara-saudara  penulis  yang senantiasa menjadi motivasi.
3. Adik yang selalu memberikan semangat dan dampingan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penelitian hingga Karya Ilmiah ini bisa selesai ditulis.
4. Dosen Pembimbing yang telah memberikan bimbingan, masukan  dan  dukungan  kepada  penulis untuk menyelesaikan Artikel.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Hidayat,  Nur.  2009. Rancang  Bangun  Sistem  Kendali Quadrotor  untuk  Kesetimbangan  Posisi  dengan  PID . Universitas Indonesia.
[2] Inven  Sense.  2013,  August  19. MPU-6000  and  MPU-6050 Product  Specification  Revision  3.4 .  May  05,  2015. http://www.Invensense.com
[3] ArduPilot  Dev  Team.  2016.  Ardupilot  Development. February 24, 2016. http://ardupilot.org/copter/index.html
[4] Aero  Engineering.  2018. “Pemilihan  Komponen  Elektronik Pesawat
Aeromodeling.” Mei, 2018. http:
//aeroengineering.co.id/2016/02/pemilihan-komponen- elektronik-motor-baterai-esc-pesawat-aeromodelling/
[5] Avrchip.com.  2018.  “AVR  Microcontroller  and  Arduino Tutorial.”  Mei,  2018.  http://avrchip.com/arduino-nano- datasheet-and-tutorial/
[6] DIYDrones  Development  Team.  2015. Arduino-based autopilot  for  multirotor  craft,  from  quadcopters  to multirotor , February 24, 2016. http://copter.ardupilot.com/
[7] Cheap  Drones  UK.  2018.  https://cheapdrone.co.uk/drone- parts/Drone-Bags-Tools/zop-power-7-4v-1500mah-2s-35c- lipo-battery-xt60-plug-drone-parts
[8] Datasheet SRF05. (n.d.). May 5, 2018.
[9] Ogata,  K.,  Teknik  Kontrol  Automatik,  Jilid  1,  Edisi  2, Erlangga, Jakarta, 1996.
[10] Valeree Falduto, Algebra of Trigonometry, Rice  University, Texas, 2015.