Elektron Jurnal Ilmiah Volume 9 Nomor 2 Desember 2017

## Robot Forklift Dengan Sensor Cahaya Sebagai Penentu Warna Barang Berbasis Mikrokontroler
M. Irmansyah 1 , Tuti Angraini 2 , Laras Novita 3 123 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang mirmansyah38@gmail.com
Kampus Politeknik Negeri Padang, Limau Manis Padang
Abstract— F orklift  Robots  With  Light  Sensors  As  Determinants Of Goods  Color  aims to  help  humans  to  move  an item  without  having  to  lift  the  item  and  can  reduce  the  occurrence  of  workplace  accidents.  Besides  that,  it  can  be applied to industry and save time in work. Robot forklifts are controlled by the Arduino Mega 2560 microcontroller to  regulate  the  overall  work  of  the  robot.  The  photodioda light  sensor  will  detect the item  based  on its  color  and the item  will  be lifted  by  a forklift  using  a  DC  motor,  which then the  robot  will  know  where  the  destination  of  the item uses a line sensor and choose which path to use. After that the DC motor on the wheel will move along the path, the forklift on the robot will put the item when it reaches its destination. The robot is designed to only detect 2 pieces of color,  namely  red  and  black  with  2  intersections  that  have  been  arranged  in  the  program.  The  forklift  robot  will follow the black line, the ADC data is obtained when the sensor passes the black line ie 255 and the ADC data when it is  off  the  lane  which  is  about  31  to  97.  The  forklift  will  lift  the  goods  with  PWM  255  and  when  lowering  the  PWM goods from the forklift, 70. Sensor photodioda light functions to detect the color of the item to be lifted by the forklift and the color of the goods consists of two colors, namely red with ADC data that is read 26 and black with ADC data that is read 512. The distance of the color sensor can detect the color of the item which is 3cm. The use of free wheels results in a less smooth or zigzag robot path.
Keywords: Forklifts, Microcontrollers, PWMs, DC motors, Light Sensors
Abstrak— Robot  Forklift  Dengan  Sensor  Cahaya  Sebagai  Penentu  Warna  Barang  bertujuan  untuk  membantu manusia  dalam  memindahkan  suatu  barang  tanpa  harus  mengangkat  barang  tersebut  dan  dapat  mengurangi terjadinya  kecelakaan  kerja.  Disamping  itu,  agar  dapat  diaplikasikan  pada  industri  serta  menghemat  waktu  dalam pekerjaan.  Robot  forklift  dikendalikan  dengan  mikrokontroller  Arduino  Mega  2560  untuk  mengatur  kerja keseluruhan  dari  robot.  Sensor  cahaya  photodioda  akan  mendeteksi  barang  berdasarkan  warnanya  dan  barang tersebut  akan  diangkat  oleh  forklift  dengan  menggunakan  motor  DC,  yang  kemudian  robot  ini  akan  mengetahui kemana  tujuan  dari  barang  tersebut  menggunakan  sensor  garis  dan  memilih  jalur  mana  yang  akan  digunakan. Setelah itu motor DC pada roda akan bergerak mengikuti jalur, forklift pada robot akan meletakkan barang tersebut ketika sampai pada tujuan. Robot dirancang hanya dapat mendeteksi 2 buah warna barang yaitu warna merah dan hitam dengan 2 buah persimpangan yang sudah diatur pada program. Robot forklift akan mengikuti jalur berwarna hitam, data ADC yang didapat saat sensor melewati jalur hitam yaitu 255 dan data ADC pada saat diluar jalur yaitu sekitar 31 sampai 97. Forklift akan mengangkat barang dengan PWM 255 dan disaat menurunkan barang PWM dari forklift  yaitu  70.  Sensor  cahaya  photodioda  berfungsi  untuk  mendeteksi  warna  barang  yang  akan  diangkat  oleh forklift dan warna barang terdiri dari dua warna yaitu merah dengan data ADC yang terbaca 26 dan hitam dengan data ADC yang terbaca 512. Jarak sensor warna dapat mendeteksi warna barang yaitu 3cm. Penggunaan roda bebas mengakibatkan jalan robot kurang mulus atau zigzag.
Kata kunci: Forklift, Mikrokontroler, PWM, motor DC, Sensor Cahaya
©2017  Elektron  Jurnal  Ilmiah

## I. PENDAHULUAN
Pada  era  teknologi  sekarang  ini  perkembangan dibidang elektronika sangat pesat. Berbagai penemuan dan  perkembangan  teknologi  menyebabkan  banyak perubahan terhadap berbagai macam tatanan kehidupan yang berkembang di masyarakat. Perkembangan ini membantu manusia dalam menyelesaikan  pekerjaan  yang  dulu  dianggap  sulit bahkan  hampir  mustahil  untuk  dilakukan.  Hal  ini dapat  dibuktikan  dengan  semakin  banyaknya  alat-alat elektronik  yang  digunakan  baik  dalam  dunia  bisnis, industri, rumah tangga, maupun kebutuhan-kebutuhan lainnya.  Salah  satunya  adalah  dibidang  pengontrolan
dengan  ditemukannya  mikrokontroller  sebagai  alat bantu pengendali otomatis. Alat elektronik yang dapat menggantikan  peran  manusia  dalam  bekerja  adalah sistem  penentu  dan  pemindah  barang  berdasarkan warna,  dengan  kajian  dapat  membantu  meringankan pekerjaan manusia dalam memindahkan dan menyeleksi  barang  sesuai  dengan  warnanya.  Forklift adalah  alat  berat  yang  berfungsi  untuk  bongkar  muat atau  pemindahan  barang  dari  satu  area  ke  area  lain. Forklift  yang  banyak  di  gunakan  di  industri  sekarang ini masih  menggunakan  kendali  manual,  maksud dari kendali  manual  disini  adalah  kerja  forklift  masih diatur  oleh  manusia  atau  operator.  Agung  Deni Saputra  [1]  dalam  penelitiannya  membuat  prototipe
robot  forklift  yang  dikendalikan  menggunakan teknologi  Android  untuk  mengatur  sistem  kerja  dari robot  tersebut.  Dimana  kelemahan  tugas  akhir  ini adalah  tidak  adannya  spesifikasi  barang  yang  akan diangkat, baik bentuk maupun warna barangnya. Serta pengendalian  robot  menggunakan  Android  masih tergolong  sistem  kendali  manual  yang  melibatkan manusia  atau  operator.  Menanggapi  kelemahan  dari prototipe  robot  forklift  sebelumnnya,  sehingga dibuatlah  fungsi  robot  yang  dapat  memperkecil kecelakaan  kerja  dan  pekerjaaan  akan  lebih  efisien. Robot  forklift  kali  ini  menggunakan  sensor  cahaya Photodioda  yang berfungsi untuk membedakan warna dari  barang  yang  akan  diangkat  dan  sensor  garis sebagai penunjuk jalur yang akan dilalui oleh robot itu sendiri.  Mikrokontroller  yang  digunakan  adalah Arduino  Mega  2560  dan  berfungsi  sebagai  pengolah sinyal  yang  masuk,  serta  pengatur  gerakan  motor penggerak  forklift  dan  sebagai  penghasil  PWM  yang akan  mengatur  kecepatan  dari  motor  penggerak  dan motor  pengangkat  pada  forklift.  Dari  latar  belakang tersebut  maka  dikembangkan  penelitian    tentang Robot  Forklift  Dengan  Sensor  Cahaya  Sebagai Penentu  Warna  Barang  Berbasis  Mikrokontroler. Dengan adanya sistem  ini diharapkan dapat menghemat  waktu  pengantaran  barang  dan  terhindar dari kecelakaan kerja.

## II. METODE PENELITIAN
A. Blok Diagram
Secara  umum  perancangan  sistem  pada  robot  forklift dengan  sensor  cahaya  sebagai  penentu  warna  barang berbasis  mikrokontroler  dapat  dilihat  pada  gambar  1 berikut:
Gambar 1. Blok Diagram
Prinsip  kerja  dari  alat  ini  adalah  robot  dapat memindahkan  barang  sesuai  dengan  warnanya  dan menghantarkan barang tersebut ke tempat yang sesuai dengan  warna  barang  dengan  mengikuti  jalur.  Warna barang  yang  dapat  dideteksi  oleh  robot  forklift  ini adalah  warna  Merah  dan  Hitam.  Untuk  dapat mengangkut  barang  menuju  tempat  yang  diinginkan maka alat ini digerakkan dengan menggunakan sebuah motor  DC  dan  juga  sensor  garis  Photodioda  sebagai
pendeteksi  jalur.  Sebelum  beroperasi,  robot  forklift terlebih  dahulu  standby  pada  jalur  yag  telah  dibuat, ketika  robot  dihidupkan  dan  diletakkan  barang  pada forklift  maka  ia  akan  mendeteksi  warna  barang  yang akan  diangkat.  Arduino  Mega2560  berperan  sebagai pengontrol  kerja  keseluruhan  dari  robot  ini  dengan menggunakan sensor garis Photodioda dibagian depan dan  belakang  robot  serta  sensor  cahaya  photodiode untuk penentu warna barang. Motor DC akan bergerak mengikuti jalur, ketika sampai pada tujuan yang sesuai dengan  warna  barangnya  maka  forklift  akan menurunkan barang  tersebut.
B. Perancangan Perangkat Keras (Hardware)
Gambar 2. Rangkaian Elektronika Keseluruhan Robot
Rangkaian  sensor  pada  pembuatan  penelitian  ini terdapat  3  bagian  yaitu  sensor  garis  depan,  sensor garis  samping  kiri  dan  sensor  garis  samping  kanan, sebagaimana diperlihatkan pada gambar di bawah ini:

## Gambar 3. Rangkaian Pendeteksi Jalur
Sensor  garis  berfungsi  untuk  menentukan  jalur  mana yang  akan  dipilih  untuk  mengantar  barang  dengan tujuan  yang  tepat.  Penggunaan  LED  superbright adalah  sebagai  pemberi  pantulan  cahaya  sehingga
cukup untuk menyuplai pantulan cahaya ke photodiode.  Pada  rangkaian  ini  port  yang  digunakan adalah port A0-A8 pada Arduino untuk sensor depan, port  A9-A10  untuk  sensor  kanan  dan  port  A11-A12 untuk sensor kiri. rangkaian sensor cahaya pada robot forklift  ini  menggunakan  photodioda  dan  Infrared sebagai  pengganti  modul  sensor  warna,  sebagaimana diperlihatkan pada gambar di bawah ini:

## Gambar 4. Rangkaian Pendeteksi Warna
Sensor  cahaya  menggunakan  photodioda  dapat mendeteksi warna barang berdasarkan nilai ADC yang didapat. warna barang yang akan di deteksi oleh robot forklift  adalah  warna  merah  dan  hitam.  Port  yang digunakan  pada  rangkaian  ini  adalah  port  A13.  Pada bagian  penggerak  robot  menggunakan  dua  buah rangkaian  driver  motor  DC  H-Bridge  seperti  yang terlihat pada gambar dibawah ini:

## Gambar 5. Rangkaian Penggerak Robot
Rangkaian  driver  motor  DC  H-Bridge  ini  digunakan untuk  menggerakan  motor  DC.  Rangkaian  driver motor    DC  ini  menggunakan  sistem  bridge  yang dibangun  dengan  4  buah  MOSFET  yang  mendapat picuan  dari mikrokontroler.  Selain itu  juga  digunakan
2  buah  transistor  yang  berfungsi  sebagai  saklar  dan beberapa buah resistor yang berfungsi untuk pembatas arus  yang  masuk  pada  rangkaian.  Pada  rangkaian  ini Port yang digunakan adalah port PWM 6 dan 7 untuk penggerak roda kiri serta port PWM 8 dan 9.
Gambar 6. Rangkaian Penggerak Forklift
Pada  bagian  penggerak  forklift  menggunakan  satu buah  rangkaian  driver  motor  DC  H-Bridge  seperti yang  terlihat  pada  gambar  6.  Nilai PWM pada  motor dc bagian penggerak forklift dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1.  Nilai PWM pada motor dc bagian penggerak forklift
Perintah Pin 4 PWM Pin 5 PWM Motor
Naik 255 0 CW
Turun 0 70 CCW
C. PWM ( Pulse Width Modulation)
Dalam  pembuatan  robot  ini,  PWM  dibangkitkan dengan  menggunakan  mikrokontroller.  PWM  yang digunakan  bertujuan  untuk  mengatur  kecepatan putaran  motor  DC  yang akan menggerakan robot  dan mengangkat  beban.  Untuk  mengatur  kecepatan  motor saat robot forklift maju, mundur, up dan down. Seperti yang  terlihat  pada  tabel  2.    Mengingat  bahwa  hanya ada dua kondisi amplitude sinyal PWM (low dan high) sedangkan  informasi  PWM  terletak  pada  perubahan lebar  pulsanya,  maka  sinyal  ini  dapat  dibangkitkan dengan  mikrokontroller,  yaitu  dengan  membuat program  yang  menghasilkan  sinyal  seperti  PWM. Pembangkitan  sinyal  PWM  dengan  Mikrokontroller ini  biasanya  dipakai  pada  pengendalian  motor  DC, motor  servo  dan  pengaturan  nyala  terang  LED.

## Tabel 3. Nilai PWM pada Motor DC bagian Penggerak Robot
Perintah Pin 6 PWM Pin 7 PWM Pin 8 PWM Pin 11 PWM Pin 9 PWM Pin 10 PWM Motor Kanan Motor Kiri Maju 85 Low High 85 Low High CW CW Mundur -75 High Low -75 High Low CCW CCW Belok kiri -90 High Low 90 Low High CCW CW Belok kanan 80 Low High -80 High Low CW CCW Stop 0 Low Low 0 Low Low Stop Stop Putar kiri -85 High Low 85 Low High CCW CW Putar kanan 90 Low High -90 High Low CW CCW
D .Flowchart Sistem
Gambar 7. Flowchart sistem
E. Flowchart Pendeteksi Warna

## F. Flowchart Pendeteksi Jalur
Gambar 9. Flowchart pendeteksi jalur

## Keterangan :
S1 = Sensor Depan 1
S8 = Sensor Depan 8 S2 = Sensor Depan 2 S9 = Sensor Depan 9 S3 = Sensor Depan 3 S10 = Sensor Samping Kiri 1 S4 = Sensor Depan 4 S11 = Sensor Samping Kiri 2 S5 = Sensor Depan 5 S12 = Sensor Samping Kanan 1 S6 = Sensor Depan 6 S13 = Sensor Samping Kanan 2 S7 = Sensor Depan 7

## G. Perancangan dan Pembuatan Mekanik
Alat  yang  dibuat  merupakan  miniatur  forklift    dari sebuah peralatan yang sesungguhnya. Rancangan fisik dari alat dapat dilihat pada gambar 10 berikut:
Gambar 10. Rancangan Fisik Robot Forklift
Gambar 11. Desain Jalur Robot Forklift

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  dari  robot  forklift  dengan  pemindai  barang berdasarkan warna ini dilakukan dengan mendapatkan data  ADC  dari  masing-masing  warrna  barang. Pengujian  driver  motor  DC,  dilakukan  untuk mengetahui lebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa berdasarkan PWM yang digunakan pada motor DC.

## A.  Pengujian  dan  Analisa  pada  Bagian  Pendeteksi Jalur
Titik pengukuran  pada  sensor  Rangkaian  Sensor Garis  pada  pin  A0-A8,  A9-A10  dan  A11-A12.  Dari hasil  pengukuran  dan  pengujian  pada  bagian  sensor garis  depan  dapat  dianalisa  bahwa  tegangan  yang didapat  pada  saat  sensor  melewati  jalur  hitam  yaitu
berkisar 2,53 V sampai 3,43 V. Pada saat sensor diluar jalur hitam maka tegangan yang didapat yaitu  0,40 V sampai 1,3 V, seperti terlihat pada gambar 12.
Gambar 12. Hasil Pengukuran sensor garis depan
pengukuran  dan  pengujian  pada  bagian  sensor  garis samping  kiri  dan  kanan  hasil  yang  didapat  sama dengan  bagian  sensor  depan  jalur  hitam  akan  terbaca pada  range  tegangan  2,53V  sampai  denan  3,43  V sedangkan jalur putih 0,40V sampai 1,3V.

## B.  Pengujian  dan  Analisa  pada  Bagian  Pendeteksi Warna Barang
Hasil  pengukuran  pada  rangkaian  sensor  cahaya photodioda pendeteksi warna barang ditunjukkan oleh pada tabel 4.
Tabel 4. Hasil Pengukuran Pendeteksi Warna Barang Warna Barang TEGANGAN (VOLT) Merah 0,13 V Hitam 2,48 V Ungu 0,3 V Biru 2 V Hijau 0,18 V Jingga 1,7 V Tidak Ada Barang 4,98 V
Setelah  dilakukan  pengujian  terhadap  jarak  barang dengan  sensor  cahaya  photodioda  untuk  mengetahui warna  dari  barang  tersebut  didapatkan  data  sebagai berikut:
Tabel 5. Jarak Warna Barang yang Dapat Dideteksi Jarak Sensor warna 15 cm Warna Tidak Terdeteksi 10 cm Warna Tidak Terdeteksi 5 cm Warna Tidak Terdeteksi
3 cm Warna Terdeteksi
Dari tabel 5 dapat dilihat, warna yang dapat terdeteksi oleh  robot  pada  jarak  3-4  cm  sedangkan  lebih  dari  5 cm warna tidak dapt terdeteksi.
C.Pengujian  dan  Analisa  pada  Bagian  Penggerak Forklift
Selanjutnyaa dilakukan pengujian pada rangkaian  bagian  penggerak  forklift  bisa  dilihat  pada gambar 13 dibawah ini:

## Gambar 13. Titik Pengukuran dan pengujian Rangkaian Bagian Penggerak Forklift
Hasil  pengukuran    tegangan  rangkian  driver motor DC pada saat diberi trigger berupa PWM dapat dilihat pada tabel 6 berikut ini.
Tabel 6. Hasil Pengujian Rangkaian Driver Motor  Penggerak Robot
Forklift TP15 (Volt) TP16 (Volt) TP17 (Volt) TP18 (Volt) Kondisi Motor Forklift 0,82 V 0 V 0 V 11,22 V CW Naik 0 V 0,20 V 11,38 V 0 V CCW Turun
Hasil  pengukuran    tegangan  pada  rangkaian driver  motor  Pengangkat    pada  saat  diberi  beban dalam  satuan  gram  dapat  dilihat  pada  tabel  7  berikut ini:
Tabel 7. Hasil Pengujian Robot Forklift dengan Menggunakan Beban Berat Pin 4 Pin 5 TP15 (Volt) TP16 (Volt) TP17 (Volt) TP18 (Volt) Arah Putar Motor Kondisi 150g
255 0 0,80 V 0 V 0 V 11,36 V CW Forklift dapat mengangkat beban 0 70 0 V 0,22 V 11,38 V 0 V CCW 250g 255 0 0,80 V 0 V 0 V
11,36 V CW
Forklift dapat mengangkat beban namun motor DC bekerja lambat 0 70 0 V 0,22 V
11,38 V 0 V CCW 300g 255 0 0,80
V 0 V
0 V 11,36 V CW Forklift tidak dapat mengangkat
beban 0 70 0 V 0,22 V
11,38 V 0 V CCW
Rangkaian driver motor  yang  digunakan berfungsi untuk menggerakan motor yang mempunyai arus  besar. Driver motor  ini  mampu  menggerakan motor  berputar  2  arah  ( CW dan CCW )  ketika  salah satu  transistor  mendapatkan  bias  (tegangan).  Motor akan  berputar CW ( Clock Wise )  ketika  transistor  T1 mendapatkan  picuan  yang  berupa  tegangan  dari mikrokontroler.  Saat  transistor  T1  mendapat  bias maka  tegangan  pada  VCE  (TP17)  akan  turun.  Ketika tegangan  VCE  turun  maka  arus  akan  mengalir  dan mengaktifkan  rangkaian  h-  bridge.  Kemudian  arus akan  mengalir  menuju  katoda  motor.  Akibatnya tegangan pada motor yang sebelumnya 0 Volt (TP18) akan  naik  dan  motor  akan  berputar  CW.    Sedangkan saat transistor T5 mendapatkan picuan dari mikrokontroler  maka  tegangan  VCE  (TP18)  akan turun.  Pada  kondisi  ini  arus  akan  mengalir  dan mengaktifkan h-bridge .  Selanjutnya  h-bridge  akan mengalirkan  arus  ke  anoda  motor  dan  motor  akan berputar CCW.
Dari  hasil  pengukuran  didapatkan  analisa bahwa  semakin  besar  lebar  pulsa  maka    tegangan yang  diberikan  terhadap  motor  juga  semakin  besar. Saat  motor  diberikan  nilai  PWM  di  bawah  255  maka motor  sebenarnya  mengalami  on  dan  off  sesuai dengan  nilai  PWM    nya.  Besarnya  nilai  PWM  yang diberikan  mempengaruhi  tegangan  ouput  driver  yang mengakibatkan  motor  berputar  lambat  dan  cepat. Semakin  besar  nilai  PWM  yang  diberikan  maka semakin  besar  juga nilai tegangan  output  pada  motor. Dari  data  tersebut  dapat  disimpulkan  bahwa  semakin cepat  putaran  pada  motor  DC  maka  lebar  pulsa  juga semakin  besar  selain  itu  cepat  lambatnya  putaran motor DC juga berbanding lurus dengan dutyciclenya,
dutycycle 100%  berarti  sinyal  tegangan  pengatur motor dilewatkan seluruhnya, jika tegangan 12V maka motor akan mendapat tagangan sebesar 12V juga pada basis transistor.

## IV. KESIMPULAN
1. Robot  forklift  memanfaatkan  sensor  garis sebagai  pembaca  jalur  yang  akan  dilewati, jalur  yang  dilewati  adalah  jalur  berwarna hitam. 2,53V sampai denan 3,43 V
2. Penggerak  forklift  meggunakan  motor  DC dengan  PWM  255  disaat  forklift  naik  dan PWM 70 saat forklift turun.
3. Sensor  cahaya  photodioda  berfungsi  untuk mendeteksi warna barang yang akan diangkat oleh forklift dan warna barang terdiri dari dua warna  yaitu  merah  dengan  data  ADC  yang terbaca 26 dan hitam dengan data ADC yang terbaca 512.
4. Jarak  sensor  warna  dapat  mendeteksi  warna barang yaitu 3cm.

## REFERENSI
[1]    Rahmiyati,  P.,  Firdau,  G.,  Fathorrahman,  N.,  2014, Implementasi Sistem Bluetooth Menggunakan Android dan Arduino untuk Kendali Peralatan Elektronik, Jurnal ELKOMIKA, No.1, Vol. 2, Hal 1-14.
[2] Aulia Rahman. Pemodelan Robot Beroda Menggunakan  Umpan Balik Giroskop. Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 12, No. 2, Agustus 2016, hal. 67-72
[3]  Ery  Safrianti,  Rahyul  Amri  dan  Septian  Budiman.  Prototype Robot Pemadam  Api   Beroda  Menggunakan Teknik Navigasi Wall
Follower. Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 10, No. 2, Oktober 2012 , hal: 83-91
[4] Firmansyah, Yuwaldi Away, Rizal Munadi, Muhammad Ikhsan, ,Ikram  Muddin.  Perancangan  Lengan  Robot  5  Derajat  Kebebasan dengan Pendekatan Kinematika. Jurnal Rekayasa Elektrika Vol. 11, No. 2, Oktober 2014, hal. 69-72
[5]    C.  Perez-Montenegro,  E.  Canuto,  A.  Cardenas-Olaya  and  W. Acuna-Bravo, “Mobile robot modelling and autonomous guidance,” Automatic Control (CCAC), 2015 IEEE 2 nd Colombian Conference on, Manizales, 2015, pp. 1-6.
[6]   P. Tan and Z. Cai, “Modelling and Planning  of Mobile  Robot Navigation  Control  in  Unknown  Environment,”  2015  International Conference  on  Computational  Intelligence  and  Communication Networks (CICN), Jabalpur, India, 2015, pp. 1532-1536.
[7]  Agung  Deni  Saputra.  2013.  Rancang  Bangun  Robot  Forklift Dengan Bluetooth Sistem Android
[8]  Kadir,Abdul.2013.  Panduan  praktis  mempelajari  aplikasi mikrokontroler  dan  pemrograman  Menggunakan  arduino;Andi Yogyakarta.
[9]  Tugas  akhir.  Universitas  mercu  buana.  Forklift,(Online), (diakses 25 agustus 2016)