## Rancang Bangun Robot Humanoid Berbasis Mikrokontroler Atmega 2560
Zamzami 1 , Salahuddin 2 , Anwar 3 , Yusman 4
1,2,4 Jurusan Teknik Elektro Politeknik Negeri Lhokseumawe
3 Jurusan Teknologi Informasi dan Komputer Politeknik Negeri Lhokseumawe
1 zamzami@pnl.ac.id
2 salahuddin.mt@pnl.ac.id
3 anwar@pnl.ac.id
4 yusman@pnl.ac.id
Abstrak -Seiring  perkembangan  teknologi  yang  semakin  maju,  teknologi  robot  merupakan  alat  yang  dapat  digunakan  sebagai  alat  bantu manusia dalam pelayanan sosial yang memiliki beberapa kelebihan. Tujuan dalam pembuatan proyek akhir ini adalah untuk mempermudah pekerjaan manusia dalam penyambutan tamu sehingga pelayanannya selalu menjadi yang terbaik. Pada penelitian ini dibuat Robot Humanoid meggunakan Mikrokontroler ATMega2560 sebagai pengendali utama, tinggi robot mencapai 50 cm  dan dengan menggunakan 11 buah motor servo sebagai motor pergerakan robot dalam melangkah dan melambaikan tangan  serta  modul Bluetooth Hc-05 sebagai komunikasi robot, Sedangkan Sensor PING digunakan untuk mendeteksi adanya objek didepan robot. Jarak objek dengan robot akan  ditampilkan dalam bentuk tulisan pada layar LCD 2x16. Dan pada saat objek terdeteksi robot akan melambaikan tangan dan mengeluarkan suara, Segala aktivitas robot dikontrol  keseimbangannya  dengan  sebuah  sensor  gyroscope.  Dari  hasil  pengujian  tegangan  pada  motor  servo  adalah  5V  dan  arusnya  1A sedangkan pada modul mp3 hanya 3.3 V dan Robot humanoid dapat melangkah secara perlahan dan dapat mendeteksi objek maksimal 50 cm serta dapat melakukan lambaian tangan dan mengeluarkan suara.
Kata kunci : Mikrokontroler ATMega 2560, Modul Bluetooth Hc-05, Motor servo, Sensor PING, LCD, Modul mp3, Sensor Gyroscope.
Abstract — Along with the development of increasingly advanced technology, robot technology is a tool that can be used as a human aid in social services that has several advantages. The purpose in making this final project is to facilitate human work in welcoming guests so that the service is always the best. In this research, a Humanoid Robot was made using the ATMega2560 Microcontroller as the main controller, the robot height reached 50 cm and by using 11 servo motors as a robot movement motor in stepping and waving and the Bluetooth Hc-05 module as a robot communication, while the PING Sensor was used to detect the object in front of the robot. The distance between the object and the robot will be displayed in writing on the 2x16 LCD screen. And when the object is detected, the robot will wave and make a sound, all robot activity is controlled by a gyroscope sensor. From the test results the voltage on the servo motor is 5V and the current is 1A while the mp3 module is only 3.3 V and the humanoid robot can move slowly and can detect objects up to 50 cm and can wave and make a sound.
Keywords: ATMega 2560 Microcontroller, Bluetooth Hc-05 Module, Servo Motor, PING Sensor, LCD, MP3 Module, Gyroscope Sensor.

## I. P ENDAHULUAN
Robot  humanoid  adalah  robot  dengan  tampilan keseluruhannya  menyerupai  dengan  tubuh  manusia  yang mampu  berinteraksi  secara  sosial.  Robot  humanoid  memiliki tingkat  kesulitan    yang  lebih  tinggi  dibanding  robot  lainnya dikarenakan setiap pergerakan robot humanoid ditentukan dari pergerakan  sudut  motor  servo  yang  di  programkan.  Untuk berjalan  robot  humanoid  tidak  bisa  menggerakan  kaki  secara spontan  seperti  manusia  tetapi  apabila  robot  ingin menggerakkan  kaki  kanan  maka  salah  satu  motor  servo  di sebelah  kaki  kiri  harus  terlebih  dahulu  dimiringkan  begitu juga  sebaliknya  jika  ingin  menggerakkan  kaki  sebelah  kiri maka  salah  satu  motor  servo  sebelah  kanan  harus  terlebih dahulu dimiringkan untuk mendapatkan keseimbangan. Robot humanoid  saat  ini  banyak  dibuat  untuk  robot  pelayan  atau peniru manusia, rnisalnya robot menyambut tamu di restoran.
Seluruh  situasi  yang  terjadi  di  sekeliling  robot  akan diubah  ke  dalam  bentuk  bit  data  dan  dikirim  ke  penggerak robot dan akan menentukan keputusan yang akan diambil oleh robot  tersebut.  Dalam  hal  ini  robot  humanoid  ini menggunakan  perangkat  minimum  mikrokontroller,  ADC, sensor  ping,  sensor  gyroscope,  joystic  Bluetooth  (perangkat android)  yang  bekerja  secara  otomatis  untuk  menggerakkan motor robot dan secara manual yang di control dengan sebuah aplikasi joystick
Bluetooth menggunakan mikrokontroller.
Berdasarkan  permasalahan  yaitu  bagaimana  perancangan penggabungan  semua  motor  servo  agar  robot  dapat  berjalan dengan baik.
Adapun  tujuan  penelitan  ini  dapat  mengetahui  sistem pergerakan robot Humanoid dan Dapat mengetahui perancangan modul komunikasi robot.

## Mikrokontroler Atmega 2560
Mikrokontroller    adalah    sebuah    alat    pengendali (controller)  berukuran mikro atau sangat kecil yang dikemas dalam  bentuk  chip.  Mikrokontroller  data  dijumpai  dalam hampir semua alat elektronik yang kompleks. Dari alat rumah tangga  seperti  mesin  cuci  hingga  robot-robot  mainan  cerdas. Sebuah Mikrokontroller pada dasarnya bekerja seperti sebuah microprossesor  pada  komputer.  Keduanya  memiliki  sebuah CPU  yang  menjalankan  instruksi  program,  melakukan  logika dasar, dan pemindahan data.
Dari  gambar  1  di  atas  yaitu  arsitektur  Harvard  dengan memisahkan antara memori dan bus untuk program data untuk memaksimalkan  kemampuan  dan  kecepatan.  Instruksi  dalam memori  program  dieksekusi  dengan  pipelining  single  level. Dimana  ketika  satu  instruksi  dieksekusi,  instruksi  berikutnya diambil  dari  memori  program.  Konsep  ini  mengakibatkan instruksi dieksekusi setiap clock cycle. CPU terdiri dari 32x8- bit  general  purpose  register  yang  dapat  diakses  dengan  cepat
dalam  satu  clock  cycle,  yang  mengakibatkan  operasi Arithmatic Logic ALU, dua operand disimpan kembali Logic pada ALU (SREG).
Gambar 1 Arsitektur Mikrokontroler ATmega 2560 (Sumber : Datasheet Atmega 2560, Hal : 11)

## Sensor Ping
Sensor ultrasonic adalah sebuah sensor yang memanfaatkan  pancaran  gelombang  ultrasonic.  Sensor ultrasonic  ini  terdiri  dari  rangkaian  pemancar ultrasonic yang disebut transmitter dan rangkaian penerima ultrasonic disebut receiver.
Gambar 2 Bentuk sensor ultrasonic (Sumber : jurnal.upi.edu/electrans )
Gelombang  ultrasonik  merupakan  gelombang  akustik yang  memiliki  frekuensi  mulai  20  kHz  hingga  sekitar  20 MHz.  Frekuensi  kerja  yang  digunakan  dalam  gelombang ultrasonik  bervariasi  tergantung  pada  medium  yang  dilalui, mulai dari kerapatan rendah pada fasa gas, cair hingga padat. Jika  gelombang  ultrasonik  berjalan  melaui  sebuah  medium, Secara  matematis  besarnya  jarak  dapat  dihitung  sebagai berikut:
s = v.t/2
dimana s adalah jarak dalam satuan meter, v adalah kecepatan gelombang  suara  yaitu  344  m/detik  dan  t  adalah  waktu tempuh dalam satuan detik.

## Gyroscope
Gyroscope  adalah  suatu  alat berupa  sensor gyro  untuk menentukan  orientasi  gerak  dengan  bertumpu  pada  roda  atau cakram  yang  berotasi  dengan  cepat  pada  sumbu.    Gyroscope memiliki output yang peka terhadap kecepatan sudut dari arah sumbu  x  yang  nantinya  akan  menjadi  sudut  phi  (roll),  dari sumbu y nantinya menjadi sudut theta (pitch).
Gambar 3. contoh gyroscope (sumber : Jurnal Pengembangan Teknologi Informasi dan Ilmu Komputer Vol. 1, No. 11, November 2017) Dan  sumbu  z  nantinya  menjadi  sudut  psi(yaw).  Penggunaan giroscope  dalam kehidupan sehari belum banyak.  Gyroscope lazimnya digunakan pada Pesawat terbang, Kapal, Helikopter, dll.  Hal  tersebut  untuk  mengurangi getaran  yang ditimbulkan mesin  agar  keseimbangan  tidak  goyah.  Gyroscope  baru-baru ini  juga  diterapkan  pada  mainan  Helikopter  dengan  tujuan menyeimbangkan saat diterbangkan.

## Pulse Widht modulation (PWM)
Pulse  Width  Modulation  (PWM)  secara  umum  adalah sebuah  cara  memanipulasi  lebar  sinyal  yang  dinyatakan dengan  pulsa  dalam  suatu  perioda,  untuk  mendapatkan tegangan  rata-rata  yang  berbeda.  Beberapa  Contoh  aplikasi PWM  adalah  pemodulasian  data  untuk  telekomunikasi, pengontrolan  daya  atau  tegangan  yang  masuk  ke  beban, regulator tegangan, audio effect dan penguatan, serta aplikasi- aplikasi  lainnya.  Aplikasi  PWM  berbasis  mikrokontroler biasanya  berupa,  pengendalian  kecepatan  motor  DC, Pengendalian Motor Servo, Pengaturan nyala terang LED
Gambar 4. Sinyal PWM (sumber : jurnal ilmiah UNIKOM Vol.8, No. 2 )
Sinyal  PWM  pada  umumnya  memiliki  amplitudo  dan frekuensi  dasar  yang  tetap, namun  memiliki  lebar  pulsa  yang bervariasi.  Lebar  Pulsa  PWM  berbanding  lurus  dengan amplitudo sinyal asli yang belum termodulasi. Artinya, Sinyal PWM  memiliki  frekuensi  gelombang  yang  tetap  namun  duty cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%)
Pulse Width Modulation (PWM) merupakan salah satu teknik  untuk  mendapatkan  signal  analog  dari  sebuah  piranti digital.  Sebenarnya  Sinyal  PWM  dapat  dibangkitkan  dengan banyak  cara,  dapat  menggunakan  metode  analog  dengan menggunakan  rankaian  op-amp  atau  dengan  menggunakan metode digital.
Dengan  metode  analog  setiap  perubahan  PWM-nya  sangat halus,  sedangkan  menggunakan  metode  digital  setiap perubahan  PWM  dipengaruhi  oleh  resolusi  dari  PWM  itu sendiri. Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM  tersebut.  Misalkan  suatu  PWM  memiliki  resolusi  8  bit berarti PWM ini memiliki variasi perubahan nilai sebanyak 28 =  256  variasi  mulai  dari  0  –  255  perubahan  nilai  yang mewakili duty cycle 0 – 100% dari keluaran PWM tersebut

## Modul Bluetooth HC-05
Bluetooth  adalah  protokol  komunikasi  wireless  yang bekerja  pada  frekuensi  radio    2.4    GHz    untuk    pertukaran data  pada  perangkat  bergerak  seperti  PDA, laptop, HP, dan lain-lain. Salah satu hasil contoh modul Bluetooth yang paling banyak digunakan adalah tipe HC-05. modul Bluetooth HC-05 merupakan salah satu modul Bluetooth yang dapat ditemukan dipasaran dengan harga yang relatif murah.  Modul  Bluetooth HC-05    terdiri    dari    6    pin    konektor,    yang    setiap    pin konektor memiliki fungsi yang berbeda - beda.
Gambar 6 Module Bluetooth HC-05 (sumber : Jurnal Teknologi Dan Informatika (Teknomatika) Vol. 4 No. 1 Jan 2014) Modul  Bluetooth  HC-05  dengan  supply  tegangan  sebesar 3,3 V ke pin 12 modul Bluetooth sebagai  VCC. Pin 1 pada modul Bluetooth sebagai transmitter. kemudian pin 2 pada Bluetooth sebagai receiver

## II. M ETODOLOGI P ENELITIAN
Robot  humanoid  ini  memiliki  perancangan  perangkat  keras sebagai  berikut  :  mikrokontroller  ATMega2560,  11  buah motor servo,  1 buah speaker, 1 buah modul mp3 dan 1 buah sensor ping.
Gambar 7. blok diagram keseluruhan
Fungsi Masing-masing Blok :
1. Perangkat  joystick  android  untuk  mengontrol  dari  jarak jauh
2. Atmega 2560  untuk pusat pemograman robot
3. Bluetooth  Hc-05  untuk  menerima  sinyal  atau  data  yang dikirimkan dari perangkat joystick android
4. Sensor  gyroscope  untuk  mengatur  keseimbangan  robot pada saat berdiri dan pada saat melangkah.
5. Sensor  PING  untuk  mendeteksi  adanya  objek  didepan robot
6. Motor  servo  sebagai  penggerak  robot  untuk  melangkah dan melambaikan tangan.
7. Modul  mp3  untuk  menyimpan  file  suara  sebelum dilakukan pemanggilan output suara oleh mikrokontroler
8. Speaker  untuk  mendengar  output  suara  robot  saat mendeteksi adanya objek
9. Objek  adalah  sasaran  robot  untuk  melangkah  dan melambaikan tangan serta mengeluarkan suara.
Perancangan Tiga Dimensi (3D) Robot Humanoid
Gambar 8. Tampak Robot dari Depan
Gambar 9. Tampak Robot dari Samping
Gambar 10. Tampak Robot dari Atas

## Gambar 11. Tampak Robot dari Atas

## Metodelogi Pembatasan
1. Pergerakan robot menggunakan motor servo.
2. Sensor PING untuk mendeteksi adanya objek.
3. LCD untuk menampilkan jarak objek.
4. Pengontrolan  robot  menggunakan  perangkat  joystick android melalui modul Bluetooth.
5. modul mp3 untuk menyimpan file suara.

## Perancangan minimum sistem
Minimum  sistem  mikrokontroler  adalah  rangkaian elektronik minimum  yang  diperlukan untuk  beroperasinya  IC mikrokontroler.  Minimum  sistem  ini  kemudian  bisa dihubungkan dengan rangkaian lain untuk menjalankan fungsi tertentu.  Sistem  Mikrokontroler  Atmega2560  merupakan piranti  pengendali  utama.  Untuk  membuat  sistem  ini  bekerja di  butuhkan  beberapa  komponen  tambahan.  Gambar rangkaian  sistem  mikrokontroler  Atmega2560  ditunjukkan pada gambar di bawah ini.
Gambar 12. Minimum system mikrokontroler Atmega2560

## Perancangan modul Bluetooth Hc-05
Bluetooth  adalah  protokol  komunikasi  wireless  yang bekerja  pada  frekuensi  radio    2.4    GHz    untuk    pertukaran data  pada  perangkat  bergerak  seperti  PDA, laptop, HP, dan lain-lain.    Modul    Bluetooth    HC-05    terdiri    dari    6    pin konektor,    yang    setiap    pin  konektor  memiliki  fungsi  yang berbeda  –  beda.  Modul  Bluetooth  HC-05  dengan  supply tegangan  sebesar  3,3  V  ke  pin  12  modul  Bluetooth  sebagai VCC.  Pin  1  pada  modul  Bluetooth  sebagai  transmitter. kemudian  pin  2  pada  Bluetooth  sebagai  receiver.  Rangkaian modul Bluetooth Hc-05  dapat dilihat pada Gambar 13.
Gambar 13. Rangkaian modul Bluetooth Hc-05

## III. H ASIL DAN P EMBAHASAN
Pengujian  elektronik  bertujuan  untuk  mengetahui apakah  sistem  yang  telah  dibuat  dapat  berfungsi  dengan  baik dan  sesuai  spesifikasi  perencanaan,  maka  perlu  dilakukan pengujian elektronik.
Pengujian dilakukan dengan mengukur dan menganalisa input logika  yang  mempengaruhi  keluaran.  pada  saat  data  yang dikirim  dari  mikrokontroller  untuk  mengaktifkan  blok  dari rangkaian robot, maka dilakukan pengukuran dan menganalisa input  logika.  Data  pengujian  yang  diperoleh  dari  pengukuran dan  analisa  input  logika  dijadika  sebagai  acuan  dalam mengambil kesimpulan.

## Pengujian jarak respon sensor PING ultrasonic
Adapun  tujuan  pengujian  rangkaian  sensor  ping  yaitu agar  dapat  mengetahui  bagaimana  prinsip  kerja  rangkaian sensor  ping  dan  mengetahui  seberapa  jarak  yang  membuat tangan melambai serta mengeluarkan suara.

## Tabel 1. Hasil Pengukuran Rangkaian Sensor Ping
Pada    pengujian    rangkaian  sensor  ping  dapat  dilihat pada  table  1,  jarak  yang  membuat  tangan  melambai  adalah dari  1-50  cm  sedangkan  jika sudah  mencapai  jarak 55-60 cm maka  tangan  tidak  akan  melambai,  itu  disebabkan  karena digunakan  sensor    ping  sebagai  pendeteksi  jaraknya  objek, maka apabila tidak adanya objek didepan maka tangan  tidak melambai, begitu juga sebaliknya.

## Pengujian tegangan Modul mp3
Tabel 2. Hasil Pengukuran Tegangan Modul mp3
Dari  hasil  pengujian  tabel  2    diatas  dapat  dianalisa bahwa  pada  saat  modul  mp3  dalam  keadaan  hidup  maka tegangan  keluaran  adalah  3.3  volt,  dan  pada  saat  modul  mp3 tidak hidup maka tegangan keluarannya adalah 0.1 volt

## Pengujian tegangan motor servo
Tabel 3. Hasil Pengukuran Tegangan motor servo
Dari  hasil  pengujian  3    diatas  dapat  dianalisa  bahwa pada  saat  motor  servo  dalam  keadaan  melangkah  maka tegangan  keluaran  adalah  5  volt,  dan  pada  saat  motor  servo dalam  keadaan  berdiri  maka  tegangan  keluarannya  adalah  5 volt sedangkan  jika  sevo  dalam  keadaan  mati  (off)  maka tegangan keluarannya yaitu 0 Volt.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  pengujian  elektronik,  maka  dapat diambil kesimpulan diantaranya :
1. Motor servo adalah bagian utama dalam pergerakan robot dalam melangkah dan dalam melakukan lambaian tangan, dengan  tegangan  5v  pada  saat  motor  servo  ON  dan Penggabungan  semua  motor  servo  pada  robot  terdapat error ±1 derajat .
2. Robot  hanya  dapat  berjalan  jika  terhubung  ke  perangkat joystick android melalui Bluetooth, dengan jarak maksimal tanpa  penghalang  10  meter  dan  jika  media  yang menghalangi maka jarak komunikasi robot dengan joystick hanya ± 3 meter.
3. Perancangan    sensor  PING  sebagai  sensor  objek  mampu mendeteksi objek mencapai 50 cm.
4. Minimum  sistem  untuk  mikrokontroler  Atmega2560 membutuhkan tegangan 5v
R EFERENSI
[1].    Malvino,  Paul  Albert.  2000.  Prinsip-prinsipElektronika.  EdisiKedua. Jakarta:  Erlangga.
[2].  Budiharto,  widodo.  2003.  Teknik  interfacing  komputer  dan mikrokontroler, PT.Elekmedia  Komputindo. jakarta.
[3].   Azhar aulia ,Tahun 2012, Acceleration And Deceleration Optimization Using      Inverted  Pendulum  Model  On  Humanoid  Robot  Eros-2  dari Institute Teknologi Surabaya (ITS)
[4].    Fachri,  zoel.  2007.  Pengendalian  lengan  robot  berbasis  mikrokontroler At89S51    menggunakan  sensor  ultrasonik.  Tugas  akhir  teknik elektronika Politeknik  negeri lhokseumawe.
[5].    Hadijaya  Pratama,  2012.  Akuisisi  Data  Kinerja  Sensor  Ultrasonik Berbasis    Sistem  Komunikasi  Serial  Menggunakan  Mikrokontroler Atmega 32.  Electrans, Vol.11, No.2. Bandung
[6].     Ulfah  Mediaty  Arief, 2011.  Pengujian  Sensor  Ultrasonik  PING  Untuk Pengukuran    Level  Ketinggian  Dan  Volume  Air.  Jurnal  Ilmiah “Elektrikal  Enjiniring” Unhas. Surabaya.
[7].      I  Gede  Nurhayata,  2015.  Pengembangan  Prototipe  Sistem  Kontrolmp3 Player  Berbasis Radio Frequency Identificationpada Sistem Pelayanan Informasi  Objek Museum. Jurnal ilmiah pendidikan electrical. Bali.
[8].      Slamet  Winardi,  2016.  Rancang  Bangun  Sistem  Pengaman  Pintu Rumah    Menggunakan  Android  Berbasis  Arduino  Uno.  e-Jurnal NARODROID,  Vol.2 No.1. Surabaya.
[9].    Andri  Saputra,  2014.  Alat  Kendali  Lampu  Rumah  Menggunakan Bluetooth    Berbasis  Android.  Jurnal  Teknologi  Dan  Informatika (Teknomatika).  Palembang.
[10].  www.Atmel.com
[11].  www.Elektronika.dasar.web.id