## Pengembangan Algoritma Pengendali Robot Berkaki Enam untuk Kontes Robot Pemadam Api Indonesia
Daniel Santoso 1 , Deddy Susilo 2 , Tri Handoko 3 1,2,3 Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
1 daniel.santoso@staff.uksw.edu, 2 deddy.susilo@staff.uksw.edu,
3 612009020@student.uksw.edu

## Ringkasan
Kontes  Robot  Pemadam  Api  Indonesia  (KRPAI)  divisi  berkaki  secara  rutin  selalu  diikuti oleh tim dari Robotic Research Center (R2C) UKSW. Selama ini waktu dan usaha sebagian besar  diagihkan  untuk  pengembangan  mekanik  dan  perangkat  keras  robot  sedangkan pengembangan  perangkat  lunak  pengendali  robot  kurang  mendapat  perhatian.  Akibatnya prestasi yang dicapai pun belum memuaskan. Pada penelitian ini dikembangkan algoritma baru  yang  memiliki  keunggulan  terutama  pada  kehandalan  kondisi start dan  kode  yang lebih  ringkas.  Berdasarkan  evaluasi  kinerja  sebanyak  126  kali  menggunakan  7  konfigurasi lapangan  berbeda  didapatkan  tingkat  keberhasilan  penyelesaian  misi  rata–rata  sebesar 79,36%.  Waktu  penyelesaian  misi  tersingkat  selama  76  detik  dan  raihan  nilai  terbaik  3,94 poin.
Kata kunci: KRPAI divisi berkaki, algoritma, tingkat keberhasilan

## 1. Pendahuluan
Sejak tahun 2005 R2C UKSW secara rutin mengikuti Kontes Robot Cerdas Indonesia (KRCI) yang sekarang berubah menjadi KRPAI. Salah satu divisi robot yang diikuti oleh R2C UKSW adalah divisi robot berkaki. Riset untuk robot divisi berkaki terus dilakukan dari tahun ke tahun akan tetapi belum pernah mendapatkan juara nasional.
Semua tim dari perguruan tinggi lain berlomba-lomba untuk mengembangkan robot berkaki  mereka.  Dengan  peraturan  dari  panitia  yang  ketat  membuat  semua  tim  harus memperhatikan  segala  hal  mengenai  robot  berkaki.  Faktor-faktor  yang  membuat  robot tidak  dapat  menyelesaikan  misi  diantaranya  mekanik  robot,  perangkat  keras  robot, algoritma pengendali robot, dan kondisi lapangan pertandingan.
Kinerja  robot  berkaki  milik  R2C  kurang  optimal,  hal  ini  dapat  dilihat  bahwa  dalam setiap perlombaan robot, robot berkaki R2C tidak pernah bisa memadamkan api tiga kali berturut-turut  dalam  tiga trial pertandingan.  Pada  tahun  2012  dan  2013  robot  berkaki R2C tidak bisa memadamkan api pada semua trial pertandingan. Padahal untuk menjadi juara  di  tingkat  regional  yang  selanjutnya  ditandingkan  lagi  di  tingkat  nasional,  robot harus bisa memadamkan api minimal pada satu trial pertandingan.

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 13 No. 2 Oktober 2014 Hal 213 - 221
Untuk  menjadi  pemenang  dalam  KRPAI,  robot  harus  mendapatkan  nilai pertandingan  yang  kecil.  Tabel  1  menunjukkan  ringkasan  peolehan  nilai  tim-tim  yang bertanding  pada  KRPAI  divisi  robot  berkaki  dari  tahun  2010  –  2013  beserta  nilai  yang diraih. Tahun 2011 tidak dimasukkan ke dalam daftar karena sistem perlombaan KRPAI divisi robot berkaki pada tahun 2011 berbeda dengan tahun-tahun yang lain.
Tabel 1. Ringkasan perolehan nilai KRPAI divisi robot berkaki tahun 2010 – 2013 [1] Prestasi Tahun Nilai Juara 1 2010 9,19 Juara 2 20 Juara 3 58 Juara 1 2012 5,8 Juara 2 8,3 Juara 3 11,4 Juara 1 2013 43,9 Juara 2 49,9 Juara 3 57,2
Selama ini pengembangan algoritma pengendali robot kurang mendapat porsi usaha dan  waktu  yang  optimal  karena  telah  habis  untuk  pengembangan  mekanik  dan perangkat  keras.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengembangkan  dan  menerapkan algoritma  baru  pengendali  robot  berkaki  pemadam  api.  Kinerja  algoritma  akan dievaluasi menggunakan simulasi pertandingan dengan berbagai konfigurasi lapangan.

## 2. Kajian Pustaka
Beberapa  robot  dengan  tujuan  sejenis  telah  dikembangkan  dengan  menggunakan berbagai macam algoritma pengendali. Pada bab ini akan dibahas beberapa di antaranya sebagai bahan acuan dan perbandingan.

## 2.1. The Development of Algorithm for Controlling Hexapod Fire Fighting Robot Movements
Robot  dari  Politeknik  Negeri  Bandung  (PolBan)  [2]  merupakan  robot  berkaki  yang bertujuan untuk memadamkan api yang terletak pada salah satu ruangan pada lapangan. Robot dibangun berbasis mikrokontroler BASIC STAMP dilengkapi berbagai sensor yang diperlukan  untuk  melakukan  navigasi  lapangan  dan  memadamkan  api.  Berdasarkan pengujian,  robot  ini  dapat  menjelajahi  ruangan–ruangan,  mendeteksi  dan  menemukan keberadaan  api,  memadamkan  api,  dan  kembali  ke  tempat  awal  dalam  waktu  empat menit tanpa terjadinya insiden yang berarti.

## 2.2.   Kontrol Penjejak pada Robot Pemadam Api Menggunakan Sistem Pengindera Api dan Posisi Jarak dengan Metode Fuzzy Logic
Institut  Teknologi  Sepuluh  Nopember  (ITS)  [3]  juga  mempunyai  robot  berkaki pemadam  api  yang  diikutsertakan  dalam  KRPAI.  Robot  ini  menggunakan  dua  sensor yang berbeda untuk mendeteksi keberadaan api pada lapangan dan menentukan lokasi api  dalam  ruangan  yaitu  UVTron  dan  TPA81.  Navigasi  robot  menggunakan  algoritma wall following dengan  menggunakan  metode fuzzy logic untuk    mencapai  mobilitas  yang
baik dalam rangka melakukan penelusuran lapangan dan pemadaman api. Berdasarkan pengujian, didapatkan tingkat keberhasilan misi pemadaman api sebesar 75%.

## 3. Perancangan dan Penerapan
Sebagaimana  umumnya  sebuah  robot,  sistemnya  akan  terdiri  dari  mekanik, perangkat keras dan perangkat lunak. Titik berat penelitian ini pada pengembangan dan evaluasi  kinerja  algoritma  baru,  meskipun  demikian  hal  mekanik  dan  perangkat  keras tetap akan dibahas secara ringkas untuk memberikan pemahaman yang lebih utuh.

## 3.1. Gambaran Mekanik Robot
Mekanik robot yang digunakan dalam penelitian ini merupakan mekanik yang sama dengan yang digunakan tim robot UKSW untuk bertanding dalam KRPAI 2013. Basisnya adalah robot berkaki enam dengan dimensi panjang 36 cm, lebar 30 cm, dan tinggi 25 cm, seperti yang terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Tampak depan robot berkaki pemadam api
Robot pemadam api tersebut mempunyai bagian – bagian sebagai berikut:
1.  Tombol start
2.  LCD 16x2
3.  Tombol stop
4.  Indikator titik api
5.  Mikrofon untuk aktivasi bunyi
6.  Sensor ultrasonik
7.  Pemadam api
8.  Kipas angin
9.  Sensor cahaya
10.  Sensor jarak
11.  Pelindung benturan
12.  Sensor ultraviolet
Kepala  robot  dipilih  berbentuk  bundar  supaya  dapat  digunakan  untuk  meletakkan deretan  sensor  ultrasonik  sehingga  cakupan  penginderaannya  meliputi  area  sekeliling
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 13 No. 2 Oktober 2014 Hal 213 - 221
robot  kecuali  bagian  belakang.  Tombol start ,  tombol stop ,  indikator  titik  api,  mikrofon, dan LCD 16×2 dipasang pada bagian paling atas mekanik robot, sesuai dengan ketentuan pertandingan.  Pelindung  benturan  dipasang  mengelilingi  badan  robot  untuk menghindari benturan langsung kaki–kaki robot dengan dinding lapangan pertandingan.

## 3.2. Perangkat Keras Robot
Perangkat keras robot dibuat berbasis mikrokontroler ARM Cortex M0 LPC 1114 dan ATMega  8.    Mikrokontroler  ARM  Cortex  M0  LPC  1114  terutama  berfungsi  sebagai pemberi perintah ke pengendali motor servo, pengendali deretan sensor ultrasonik, dan pemberi  perintah  ke  pemadam  air  dan  angin.  Jalan  dan  berhentinya  robot  baik  lewat tombol maupun aktivasi bunyi juga ditanggapi lewat mikrokontroler ini. Mikrokontroler ATMega 8 lebih banyak digunakan untuk mengolah masukan analog dari sensor cahaya dan  sensor  jarak  untuk  kemudian  diteruskan  ke  mikrokontroler  ARM  Cortex  M0  LPC 1114 dalam bentuk digital. Tampilan di LCD juga diatur oleh mikrokontroler ini. Gambar 2 menunjukkan diagram blok perangkat keras robot.
ARM Cortex M0 LPC 1114 ATMega8 A D C G P I O G P I O G P I O G P I O S P I Power Supply GPIO LCD light sensors activation control range sensor extinguishers ultrasonic sensor array servo motor controller ultraviolet sensor
Gambar 2. Diagram blok perangkat keras robot pemadam api
Ada  empat  sensor  yang  digunakan  oleh  robot  ini  untuk  mengetahui  kondisi sekitarnya,  yaitu  sensor  ultrasonik,  sensor  ultraviolet,  sensor  jarak,  dan  sensor  cahaya. Sensor  ultrasonik  yang  berjumlah  tujuh  buah  bertipe  SRF04  yang  dapat  mendeteksi halangan dalam jangkauan 3 cm – 3 m menggunakan pantulan gelombang ultrasonik [4]. Robot  sangat  bergantung  pada  sensor  ini  dalam  menyusuri  dinding.  Pembacaan  sensor ini  tidak  terpengaruh  oleh  adanya handicap berupa  peredam  bunyi  dan  cermin  di lapangan. Sensor jarak berupa GP2D12 menggunakan pantulan cahaya inframerah yang bekerja  berdasarkan  teknik  triangulasi  dalam  menentukan  jarak  sensor  terhadap halangan.  Jangkauan  pengukurannya  antara  10  cm  –  80  cm  [5].  Tujuan  utama
penggunaan sensor ini adalah untuk mendeteksi adanya halangan berupa boneka anjing yang biasanya diletakkan di lorong sebagai handicap . Untuk mendeteksi keberadaan api (berupa  lilin  menyala)  digunakan  sensor  ultraviolet  dengan  seri  UV  Tron  yang  dapat mendeteksi keberadaan radiasi sinar ultraviolet dalam jarak 5 meter tanpa halangan [6]. Sensor cahaya terdiri dari LED kecerahan tinggi dan foto – dioda. Sensor  yang dipasang pada  bagian  bawah  robot  membantu  robot  membedakan  antara  permukaan  berwarna gelap  (lantai  lapangan)  dan  permukaan  berwarna  terang  (pembatas  antara  ruang  dan lorong dan juring).
Robot  membutuhkan  motor  servo  sebanyak  18  buah  yang  harus  bergerak  secara harmonis  dalam  melakukan  suatu  manuver  tertentu.  Untuk  itu  diperlukan  suatu pengendali independen untuk membantu kerja pengendali utama dalam mengendalikan gerakan  motor  servo  dalam  jumlah  banyak  secara  harmonis.    Dalam  penelitian  ini digunakan  pengendali  independen  motor  servo  berbasis  mikrokontroler  ARM  yang mempunyai kemampuan mengendalikan 18 motor servo sekaligus berdasarkan perintah pengendali utama.
Dalam  rangka  melaksanakan  tugas  utamanya  memadamkan  api,  robot  dilengkapi kipas  angin  dan  penyemprot  air.  Penyemprot  air  ini  terdiri  dari  tangki  penampung  air dan  pompa  air.  Sebagai  antarmuka  dengan  mikrokontroler  digunakan  saklar  MOSFET yang dilengkapi dengan opto–coupler .
Robot  dapat  diperintahkan  untuk  berjalan  ataupun  berhenti  menggunakan  tombol maupun sumber bunyi dengan frekuensi antara 3,7 kHz – 3,9 kHz karena memiliki untai dekoder  nada  yang  disetel  pada  frekuensi  tersebut.  LCD  pada  bagian  atas  robot digunakan untuk menampilkan nilai digital hasil konversi bacaan analog sensor cahaya, dipakai oleh pengguna untuk menyesuaikan batas–batas pada perangkat lunak.
Catu  daya  untuk  rangkaian–rangkaian  logika  dan  sensor  dicatu  menggunakan  catu daya  tersaklar  berbasis  LM2596S.  Tegangan  keluaran  diatur  pada  5  V,  arus  maksimal yang dapat dialirkan sebesar 3 A.

## 3.1. Perangkat Lunak Pengendali Robot
Perangkat lunak yang akan dibahas ada dua yaitu perangkat lunak dengan algoritma pertama dan perangkat lunak dengan  algoritma kedua. Algoritma kedua  dibuat untuk dijadikan  pembanding  dengan  algoritma  yang  pertama.  Algoritma  yang  kinerjanya paling  baik  akan  digunakan  sebagai  algoritma  pada  KRPAI  2014  oleh  tim  R2C  divisi berkaki .
Algoritma  pertama  ini  adalah  algoritma  baru yang  dirancang  dalam  penelitian  ini. Perancangan algoritma ini memperhatikan beberapa hal yang menjadi penghalang robot dalam menyelesaikan misi. Penghalang robot diantaranya adanya tambahan pintu untuk room 1 lapangan pertandingan yang semula hanya ada 1 pintu, diubah menjadi 2 pintu, adanya boneka anjing di tengah lorong lapangan pertandingan, dan adanya pengacakan denah lapangan pertandingan. Gambar 3 menunjukkan diagram alir algoritma pertama.

## Gambar 3. Diagram alir algoritma pertama
Algoritma  kedua  merupakan  algoritma  yang  pernah  dipakai  oleh  tim  R2C-LYNX untuk menyelesaikan misi dalam KRPAI 2013. Pemanfaatan algoritma ini, oleh tim R2C- LYNX  belum  optimal  karena  pemasangan  sensor  ultrasonik  yang  tidak  tepat  dan minimnya evaluasi kinerja algoritma sebelum digunakan.
Peneliti  menggunakan  kembali  algoritma  ini  dengan  alasan  bahwa  algoritma  ini sudah  dapat  untuk  menyelesaikan  misi  pada  KRPAI  dan  peneliti  menyempurnakan pemanfaatan algoritma ini. Gambar 4 menunjukkan diagram alir algoritma kedua.

## Gambar 4. Diagram alir algoritma kedua

## 4. Pengujian dan Pembahasan
Pengujian algoritma robot dilakukan dengan menggunakan dua algoritma yang telah dibuat.  Pengujian  ini  dilakukan  dengan  perlakuan  yang  sama  yaitu  dengan  menguji robot  untuk  menyelesaikan  misi  pada  tujuh  konfigurasi  lapangan  pertandingan.  Setiap konfigurasi lapangan memiliki bentuk yang berbeda-beda dengan tujuan untuk menguji kehandalan  robot.  Gambar  5  menunjukkan  ketujuh  konfigurasi  lapangan  pertandingan yang digunakan untuk pengujian robot.

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 13 No. 2 Oktober 2014 Hal 213 - 221
Gambar 5. Lapangan pertandingan konfigurasi 1 – konfigurasi 7 [4].
Pengujian  kinerja  algoritma  dilakukan  selama  9  hari  berturut-turut  dan  setiap harinya  dilakukan  pengujian  sebanyak  14  kali.  Dalam  satu  hari  masing–masing algoritma  diuji  menggunakan  7  konfigurasi  lapangan  berbeda  untuk  menjalankan  misi pemadaman  api.  Gambar  6  menunjukkan  bahwa  persentase  keberhasilan  tertinggi adalah 85,71% dan terendah adalah 57,14%, sedangkan rata–rata persentase keberhasilan algoritma  pertama  79,36%  dan  rata–rata  keberhasilan  algoritma  kedua  adalah  73,01%. Waktu terpendek penyelesaian misi yang dapat diraih menggunakan algoritma pertama yaitu 76 detik sedangkan algoritma kedua 108 detik. Hasil tersebut menunjukkan bahwa algoritma  yang  pertama  mempunyai  kinerja  yang  lebih  baik  dibandingkan  dengan algoritma yang kedua.
Gambar 6. Grafik persentase keberhasilan memadamkan api dua algoritma setiap harinya
Perbedaan utama dari algoritma pertama dan algoritma kedua terletak pada kondisi inisialisasi  posisi start robot.  Hal  ini  menjadi  perhatian  pada  penelitian  ini  karena  pada beberapa  pertandingan  KRPAI  tahun  2013,  sering  terjadi  kesalahan  pembacaan  posisi start dan menyebabkan jalannya robot dalam menemukan api tidak sesuai dengan yang seharusnya.
Beberapa hal yang membuat algoritma pertama lebih baik daripada algoritma kedua diantaranya :
1.  Pada  pola  pengacakan  konfigurasi  lapangan  tertentu,  tepatnya  peletakan  posisi home ,  algoritma  kedua  sulit  membedakan  kondisi  posisi start .  Sedangkan algoritma  pertama  dapat  membedakan  kondisi  posisi start pada  semua  pola pengacakan konfigurasi lapangan.
2.  Pada  saat  robot  gagal  membaca  adanya  garis  pada  pintu  ruangan  saat  pertama kali,  ketika  menggunakan  algoritma  yang  pertama  robot  tetap  akan  bisa meneruskan mencari titik api, sedangkan pada algoritma kedua  robot tidak akan bisa menemukan api.
3.  Kode  program  algoritma  pertama  lebih  sedikit  dari  pada  algoritma  kedua sehingga memungkinkan pengambilan keputusan robot lebih cepat.

## 5. Kesimpulan
Berdasarkan  perancangan,  perealisasian  dan  pengujian  dapat  ditarik  kesimpulan sebagai berikut :
1.  Mekanik  robot  dan  perangkat  keras  dapat  bekerja  baik  dalam  mendukung penerapan algoritma pengendali robot.
2.  Kehandalan  rancangan  robot  secara  keseluruhan  telah  diuji  melalui  126  kali simulasi pertandingan dengan 7 konfigurasi lapangan berbeda.
3.  Rata–rata  persentase  keberhasilan  algoritma  pertama  79,36%  dan  rata–rata keberhasilan algoritma kedua   adalah 73,01%.
4.  Nilai  akhir  terbaik  untuk  algoritma  pertama  adalah  3,94  poin  dengan  waktu penyelesaian  misi  76  detik,  sedangkan  untuk  algoritma  yang  kedua  adalah  5,52 poin dengan waktu penyelesaian misi 108 detik.
5.  Algoritma  pertama  mempunyai  kinerja  lebih  baik  dalam  memadamkan  api dibandingkan algoritma kedua.

## Daftar Pustaka
[1]  T. Handoko, Perancangan sistem kontrol dan algoritma yang diterapkan untuk robot berkaki enam  dalam  menyelesaikan  misi  pada  kontes  robot  pemadam  api  Indonesia ,  Skripsi, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga, 2014.
[2]  F.  Satria,  “The  Development  of  Algorithm  for  Controlling  Hexapod  Fire  Fighting Robot  Movements,” JBPTPPOLBAN ,  May  2012,  http://www.digilib.polban.ac.id, diakses 1 Agustus 2014.
[3]  Sasmita  dan  P.  Eka, Kontrol  penjejak  pada  robot  pemadam  api  menggunakan  sistem pengindera  api  dan  posisi  jarak  dengan  metode  Fuzzy  Logic ,  Skripsi,  Institut  Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya, 2012.
[4]  Parallax, “Ultrasonic Range Finder,” Devantech SRF04 datasheet , 2003.
[5]  Sharp, “Optoelectronic Device,” GP2D12 datasheet , 2005.
[6]  Hamamatsu, “Flame Sensor,” UV Tron datasheet , 2010.
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 13 No. 2 Oktober 2014 Hal 213 - 221