Jurnal Integrasi
e -ISSN: 2548 - 9828
Accepted April, 2017

## Sistem Pemetaan Ruangan 2D Menggunakan Lidar
Senanjung Prayoga, Asti Budianto, Ardian Budi Kusuma Atmaja
Politeknik Negeri Batam
Mechatronics Engineering Study Program
Parkway Street, Batam Centre, Batam 29461, Indonesia
E-mail: senanjung@polibatam.ac.id, budianto.asti01@gmail.com, ardianbudi@polibatam.ac.id

## ABSTRAK
Agar dapat membantu pekerjaan dalam sistem pembuatan peta pada suatu ruangan yang memiliki tingkat bahaya yang tinggi, dibutuhkan sebuah robot yang dapat mengganti proses pembuatan peta. Sehingga robot tersebut harus memiliki  sistem  pemetaan  2D  yang  baik,  agar  dapat  menggambarkan  bentuk  peta  yang  benar.  Area  berbentuk kotak  dengan  ukuran  2,44  m  x  1,6  m  yang  dilengkapi  labirin  di  dalamnya  dipilih  sebagai  area  penelitian. Permasalahan  yang  muncul  adalah  bagaimana  cara    mengukur  sekeliling  ruangan  dan  membentuk  gambar  peta ruangan  yang  diukur.  Pada  penelitian  ini  akan  dikembangkan  sistem  pemetaan  ruangan  dengan  menggunakan sensor  lidar  yang  mampu  melakukan  pengukuran  ruangan  dengan  jarak  ukur  panjang  maksimal  6  m  dan  dapat berputar  360 o .  Pada  penelitian  ini  terdapat mobile  robot yang  berfungsi  untuk  membawa  sensor  lidar  untuk menelusuri  ruangan,  sehingga  sistem  pemetaan  ruangannya  mampu  menggambarkan  peta  ruangan  secara keseluruhan. Untuk input pembuatan peta didapat dari hasil proses sensor lidar berupa nilai jarak dan sudut. Hasil penelitian  ini  diharapkan  menghasilkan  sistem  pemetaan  2  dimensi  secara  langsung  di  komputer  dengan  ukuran peta  terhadap  objek  sebenarnya.  Setelah  penelitian  dilakukan,  hasil  pemetaan  dari  software  yang  dibuat  telah memiliki  kesamaan  bentuk  dengan  lapangan  yang  sebenarnya.  Terdapat  rata  rata  error  pengukuran  dengan menggunakan sensor LIDAR sebesar 0,87%.
Kata kunci : lidar , 2D , pemetaan

## ABSTRACT
In order to assist the work in the system mapping in a room that has a high danger level, it needs a robot that can change the map-making process. So the robot should have a good 2D mapping system, in order to draw the correct map. Box-shaped with a size of 2.44 m x 1.6 m equipped with the labyrinth is selected as an area of research. The problem  is  how  the  lidar  sensor  can  measure  the  perimeter  of  the  room  and  build  a  map  of  the  room  measured image. In this research will develop indoor mapping system using Lidar sensor capable of measuring the distance measuring room with a maximum length of 6 m and rotates 360°. In this study, there is a mobile robot that serves to bring the lidar sensor to search for a room, so the room mapping system was able to build a map of the room overall.  For  the  input  of  map-making  system  obtained  from  the  of  process  lidar  sensor  in  distance  and  angle values. Results of this research are expected to produce 2-dimensional mapping system on the computer directly, with the actual size of the object map. Once the research is done, the results of the mapping software created has had a similar form with actual field. There is an average error measurement using LIDAR sensor by 0.87%.
Keyword : lidar , mobile robot, mapping

## 1. Pendahuluan
Dalam  sistem  pemetaan  pada  ruangan  suatu  gedung, biasanya  petugas  akan  melakukan  pengukuran  secara manual  dan  terjun  langsung  ke  dalam  ruangan. Petugas  akan  berkeliling  melakukan  pengukuran dengan  rute  tertentu  melewati  sejumlah  titik  lokasi ruangan  yang  dianggap  rawan  terhadap  gangguan keamanan.  Tugas  ini  tentunya  mengandung  resiko keselamatan terhadap petugas sendiri. Untuk mengurangi  resiko  tersebut,  tugas  pengukuran ruangan  dapat  digantikan  oleh  sebuah  robot  yang membawa  sensor  lidar  di  atasnya.  Agar  dapat membuat  peta  ruangan  dengan  benar,  maka  robot yang  membawa  sensor  lidar  harus  memiliki  sistem
pemetaan  ruangan  yang  bagus.  Beberapa  penelitian telah  dilakukan  untuk  memecahkan  permasalahan tersebut  antara  lain  penelitian  dengan  melakukan pengukuran  ruangan  menggunkan  sensor  ping  yang diputar  menggunakan  motor  servo  dan  membentuk peta ruangan. Sensor yang digunakan untuk mengukur ruangan tidak bergerak berpindah tempat [1].
Untuk  mengatasi  permasalahan-permasalahan  yang muncul  pada  penelitian-penelitian  sebelumnya,  maka pada  penelitian  ini  akan  dikembangkan  sistem pemetaan  ruangan  dengan  menggunakan  sensor  lidar yang  mampu  melakukan  pengukuran  ruangan  dengan jarak  ukur  panjang  6  m  dan  berputar  360 o .  Pada penelitian  ini  terdapat  robot  yang  berfungsi  untuk
membawa  sensor  lidar  untuk  menelusuri  ruangan, sehingga sistem pemetaan ruangan pada penelitian ini mampu menggambarkan peta ruangan secara keseluruhan.

## 2. Dasar Teori
2.1. Lidar
LIDAR  ( Light  detection  and  ranging )  adalah  sebuah teknologi  sensor  jarak  jauh  menggunakan  properti cahaya  yang  tersebar  untuk  menemukan  jarak  dan informasi suatu objek dari target yang dituju. Metode untuk  menentukan  jarak  suatu  objek  adalah  dengan menggunakan pulsa laser. Prinsip keja sensor LIDAR adalah,  sensor  memancarkan  cahaya  sinar  laser terhadap  objek  kemudian  dipantulkan  kembali terhadap  sensor,  sinar  yang  dipantulkan  kemudian ditangkap  dan  di  analisis  oleh detector .  Perubahan komposisi  cahaya  yang  diterima  dari  sebuah  target ditetapkan  sebagai  objek.  Hasil  dari  proses  lidar adalah  berupa  sudut  dan  panjang  jarak  yang  terkena pantulan oleh objek [2].
Gambar 2.1 Lidar
Gambar 2.1  menunjukkan cara kerja dari sensor lidar yang digunakan. Dari sensor lidar ini, akan didapatkan data keluaran berupa sudut (θ) dan berupa jarak (d).
2.2 . Rotary encoder
Rotary  Encoder adalah  perangkat  elektromekanik yang dapat memonitor gerakan dan posisi . Incremental  encoder terdiri  dari double  track atau single  track dan  dua  sensor  yang  disebut channel A dan B, sedangkan hubungan fasa antara channel A dan B  menghasilkan  arah  putaran.  Dengan  menghitung jumlah  pulsa  yang  terjadi  terhadap  resolusi  piringan maka  putaran  dapat  diukur.  Untuk  mengetahui  arah putaran,  dengan  mengetahui channel mana  yang leading terhadap channel satunya  dapat  kita  tentukan arah  putaran  yang  terjadi  karena  kedua channel tersebut  akan  selalu  berbeda  fasa  seperempat  putaran ( quadrature  signal ).  Seringkali  terdapat  output channel ketiga,  disebut  INDEX,  yang  menghasilkan satu  pulsa  per  putaran  berguna  untuk  menghitung jumlah putaran yang terjadi [3].
Gambar 2.2 encoder

## 2.3. Bluetooth HC 05
HC – 05 adalah sebuah  modul bluetooth SPP (Serial Port  Protocol)  yang  mudah  digunakan  untuk komunikasi  serial  wireless  yang  mengonversi  port serial ke bluetooth. Perangkat bluetooth ini menggunakan  voltase  3,6V-  5,6  dan  serial  port  TX dan  RX  untuk  berkomunikasi  dengan  arduino.  Jadi, pesan  yang  diterima  oleh  perangkat  bluetooth  ini nantinya  akan  dikirimkan  ke  arduino  secara  serial sehingga  cara  pembacaannya  melalui  serial  monitor untuk menangkap pesan yang diterima oleh perangkat bluetooth . HC-05  menggunakan  modulasi  bluetooth V2.0  +  EDR(Enchanced  Data  Rate)  3  Mbps  dengan memanfaatkan gelombang radio berfrekuensi 2,4 GHz [4].

## Gambar 2.3 HC 05

## 2.4. Pemetaan 2D
Pemetaan  merupakan  salah  satu  kemampuan  yang saat  ini  harus  ada  pada  sebuah  mobile  robot.  Untuk mendapatkan  posisi  robot  dalam  koordinat  kartasian, maka persamaan yang digunakan adalah [5]:
(2.1)
(2.2)
Dimana :
X= posisi robot dalam koordinat X Y=Posisi robot dalam koordinat Y S= Jarak tempuh robot
= Arah hadap pada mobile robot
Sedangkan  untuk  mendapatkan  posisi  terupdate  dari robot ketika bergerak dalam koordinat kartesian, maka persamaan yang digunakan adalah:
(2.3)
(2.4)
Keterangan :
= Posisi terkini pada koordinat X
= Posisi terkini pada koordinat Y
= Jarak tempuh
= Arah hadap
= Posisi koordinat X Sebelumnya
= Posisi koordinat Y Sebelumnya

## 3. Perancangan Sistem
3.1. Rancangn Perangkat keras
Secara  umum,  rancangan  system  yang  digunakan seperti tampak pada gambar 3.1
Gambar 3.1 Diagram sistem
Dari  gambar  diatas  dapat  dijelaskan  bahwa  sensor lidar  dan  sensor  rotary  encoder  mengirim  data  ke mikrokontroller,  kemudian  data  dari  mikrokontroller dilanjutkan  dikirim  ke  komputer  untuk  diproses pemetaan.  Pengiriman  data  dari  mikrokontroler  ke komputer  dilakukan  dengan  menggunakan  fasilitas Bluetooth HC-05.

## 3.2.  Perancangan mekanik
Desain  robot  Menggunakan  3  roda  omni  dimana  2 roda  terpasang  encoder  sedangkan  1  roda  lagi  hanya sebagai  roda  bantu.  Kontruksi  robot  pembawa  lidar menggunakan papan acrylic sebagai base, dan sebuah mikrokontroller  seperti  terlihat  pada  gambar  3.2, sedangkan  untuk  bentuk  aktualnya  bisa  dilihat  pada gambar 3.3
Gambar 3.2 Design           Gambar 3.3 Aktual

## 3.3. Visualisasi Pemetaan
Hasil pengukuruan ruangan yang telah dilakukan akan di  tampilkan  pada  visual  antar  muka  berupa  gambar pemetaan  ruangan.  Komunikasi  yang  digunakan adalah  komunikasi  serial  dengan  bluetooth  sebagai perantaranya.  Setiap  data  Lidar  berupa  nilai  jarak kemudian  nilai  sudut  dan  ditambahkan  dengan  data dari rotary encoder yang dikirim ke personal computer (PC), kemudian dihitung menggunakan persamaan 2.1 dan  persamaan  2.2  yang  akan  menerjemahkan menjadi bentuk peta ruangan yang diukur.
Perancangan tampilan pada design visualisasi pemetaan  dibuat  dengan  bantuan  software  visual studio C# seperti pada gambar 3.4.

## Gambar 3.4 Tampilan visualisai

## 3.4. Instrumen penelitian
Sistem  pemetaan  2  dimensi  menggunakan  lidar diujikan pada arena pengujian dengan panjang 2,44 m dan lebar 1,6 m berbentuk kotak.
Gambar 3.5 design           Gambar 3.6 Aktual

## 4. Hasil dan Analisa
Untuk mendapatkan hasil dan analisa maka diperlukan  untuk  melakukan  beberapa  pengujian. Adapun pengujian seperti dibawah ini:

## 4.1. Pengujian rotary encoder
Data  pulsa  encoder  yang  di  ambil  sebanyak  15  kali putaran roda pada encoder X dan encoder Y. Sehingga dapat pastikan apakah encoder yang di gunakan dalam keadaan  baik  dan  akurasi.  Dalam  pengujian  ini ketepatan  dalam  menentukan  posisi  roda  omni  dan badan  encoder  yang  sejajar  sangat  diperlukan  untuk mengetahui  nilai  pembacaan  pulsa  yang  sebenarnya. Data hasil pengujian pengambilan pulsa encoder dapat di lihat pada tabel 4.1.
Tabel 4.1 pulsa encoder NO Jumlah putaran Jumlah pulsa encoder Y Jumlah pulsa encoder X 1 1 1430 1430 2 2 2911 2910 3 3 4330 4336 4 4 5784 5783 5 5 7184 7188 6 6 8656 8633 7 7 10090 10083 8 8 11520 11521 9 9 12977 12972 10 10 14443 14441 11 11 15886 15885 12 12 17350 17348 13 13 18769 18760 14 14 20220 20221 15 15 21635 21635
Untuk  membuktikan  akurasi  pembacaan  sensor encoder di perlukan pembandingan data jarak yang di hasilkan encoder X dan encoder Y dengan pembacaan aktual  menggunakan  alat  ukur  penggaris.  Panjang jarak yang di uji pengukurannya sepanjang 200 cm di karenakan    arena  pengujian  pada  penelitian  ini sepanjang  200  cm.  Dalam  pengambilan  data  ini  ada bagian    yang  menjadi  titik  acuan  dengan  garis  awal hingga garis akhir dengan menggerakan dudukan lidar secara lurus. Data perbandingan jarak terukur dangan jarak aktual dapat dilihat pada tabel 4.2.
Tabel 4.2 perbandiang jarak terukur encoder X , Y
dan jarak aktual No Aktual (cm) Terukur Y (cm) Terukur X (cm) Error Y (%) Error X (%) 1 10 10.02 10.48 0.2 4.8 2 20 19.55 20.37 2.25 1.85 3 30 29.86 30.39 0.46 1.3 4 40 39.6 40.56 1 1.4 5 50 50.05 50.99 0.1 1.98 6 60 60.66 60.69 1.1 1.15
7 70 70.59 70.81 0.84 1.15 8 80 79.55 80.74 0.56 0.92 9 90 90.46 90.89 0.51 0.98 10 100 101.14 100.87 1.14 0.87 11 110 110.84 110.61 0.76 0.55 12 120 120.44 120.56 0.36 0.46 13 130 130.39 130.77 0.3 0.59 14 140 140.95 140.53 0.67 0.37 15 150 150.44 150.91 0.29 0.60 16 160 160.5 159.99 0.31 0.006 17 170 171.17 170.44 0.68 0.25 18 180 181.05 180.75 0.58 0.41 19 190 190.82 190.65 0.43 0.34 20 200 200 200.72 0 0.36 Rata - Rata Error 0.384 0.605
Dari  hasil  pengujian  sistem  sensor  rotary  encoder pada  tabel  4.2  masih  memiliki  nilai  error.  Sesnsor rotari  yang  dirancang  memiliki  rata-rata  persentase error untuk sumbu X adalah  0.605%  sedangkan untuk sumbu Y adalah 0.384 %.

## 4.2. Pengujian sensor lidar
Pada  penelitian  ini  menggunakan  sensor  lidar  untuk mengukur  luas  ruangan  dengan  pembacaan  tiap  1 o - 360 o dengan type sensor RP LIDAR 360 o laser scaner. Tujuan  pengujian  sensor  lidar  untuk  membandingkan bentuk peta yang dihasilkan oleh software RP LIDAR 360 o dengan  software  yang  di  buat  sendiri  oleh peneliti.
Gambar 4.2 pengujian pengukuran terhadap arena penelitian
Gambar  4.2  menunjukkan  lapangan  pengujian. Pengujian  pemetaan  ini  di  lakukan  pada  arena penelitan  yang  berbentuk  kotak  dengan  ukuran panjang 2,44 m dan lebar 1,6 m.

## Gambar 4.3 software RP LIDAR

## Gambar 4.4 software buatan peneliti
Berikut  adalah  tabel  hasil  pengukuran  lapangan penelitian  terhadap  sensor  lidar  dimana  nilai  terukur berupa satuan (mm). data  yang di bandingkan berupa data  hasil  dari  pengukuran  aktual  menggunakan software RP LIDAR terhadap software buatan peneliti pada tabel 4.3.
Tabel 4.3 hasil pengukuran sensor lidar Sudut Aktual Terukur Error ( ˚ ) (mm) (mm) (%) 0 1127 1127 0 1 1125 1125 0 2 1125 1125 0 3 1125 1125 0 4 1127 1127 0 5 1129 1125 0,2458333 6 1128 1129 -0.089 7 1133 1132 0.088 8 1135 1135 0 9 1134 1134 0 10 1140 1137 0,1826389 11 1142 1141 0.088 12 1148 1145 0,18125 13 1150 1149 0.087 14 1153 1154 -0.087
Sudut Aktual Terukur Error ( ˚ ) (mm) (mm) (%) 15 1160 1160 0.000 16 1168 1167 0.086 17 1172 1180 -0.683 18 1173 1173 0.000 19 1180 1183 -0.254 20 1190 1206 -1.345 21 1201 1208 -0.583 22 1209 1209 0.000 23 1129 870 22.941 24 1220 1221 -0.082 25 1231 1233 -0.162 Rata - rata error 0,87%
Dari  hasil  pengujian  pengukuran  terhadap  arena penelitian di dapat rata rata error pengukuran  sebesar 0,87%.  Eror  ini  terjadi  karena  software  pengukuran yang  dibuat  oleh  peneliti  ketika  mengolah  data  sudut dan  jarak  lidar  terlalu  banyak  sehingga  harus memotong  pembacaan  sudut  lidar  yang  di  peroleh sehingga  menjadi  lama  dalam  satu  putaran  motor lidar.  Sehingga  pengolahan  data  lidar  menjadi  lama dan  terjadi  penumpukan  data  yang  membuat pembcaan  lidar  menjadi  tidak  akurasi  dan  terdapat beberapa  error.  Dan  mengakibatkan  adanya  sedikit bercak  hitam  yang  tidak  beraturan  pada  hasil pemetaan seperti pada gambar 4.4 diatas.

## 4.3. Hasil pemetaan lapangan statis
Setelah  dilakukan  pengujian  terhadap  sensor  rotary encoder  dan  RP  LIDAR,  telah  bisa  disimpulkan bahwa  kedua  sensor  tersebut  dalam  kondisi  baik  dan bisa  menghasilkan  data  yang  akurat.  Langkah selanjutnya adalah proses pemetaan ruangan.  Berikut adalah hasil pemetaan dengan posisi sensor lidar diam ditempat tanpa bergerak menelusuri ruangan  (stastis) dengan bentuk yang dirubah-rubah.
(a)                                         (b)
Gambar 4.6 (a) Hasil pemetaan software RPlidar
(b) Hasil pemetaan penelitian
Dari  hasil  percobaan  yang  telah  dilakukan,  dapat dilihat bahwa peta yang dihasilkan dengan menggunakan software buatan peneliti sudah menyerupai  peta  yang  dihasilkan  oleh  software bawaan lidar. Titik-titik hitam yang membentuk garis merepresentasikan  dinding  ruangan  yang  dipetakan, sedangkan  titik  berwarna  merah  merupakan  posisi sensor  LIDAR  berada.  Jika  pada  software  bawaan LIDAR,  posisi  sensor  LIDAR  ditandai  dengan  titik pusat  lingkaran.  Namun  jika  di  perhatikan  pada  hasil pemetaan  software  RP  lidar  dan  hasil  pemetaan penelitian  tidak  dapat  menggambarkan  bentuk keseluruhan  pada  ruangan.  Ini  di  akibatkan  karena sensor  lidar  tidak  dapat  menjangkau  daereah  yang terhalang  oleh  sekat  labirin.  Sehinngga  di  perlukan untuk sensor lidar menelusuri ruangan agar menjangkau seluruh ruangan.

## 4.4. Hasil pemetaan lapangan dinamis
Selanjutnya  dilakukan  pembuatan  peta  seluruh ruangan  dengan  cara  menggerakkan  base  pembawa sensor  lidar  untuk  menelusuri  ruangan  (dinamis). Karena  sensor  lidar  berubah  posisi,  maka  posisi sensor  lidar  berubah  terhadap  koordinat  awal  (0,0) juga berubah. Perubahan posisi ini akan dideteksi oleh sensor  encoder.  Diperlukan  2  sensor  encoder  untuk mendeteksinya,  1  encoder  untuk  perubahan  sumbu  X dan 1 lagi untuk perubahan sumbu Y. Kemudian data yang dihasilkan digabungkan dengan data dari sensor encoder  dengan  menggunakan  persamaan  2.3  untuk koordinat  X  dan  2.4  untuk  koordinat  Y.  Berikut adalah  hasil  pemetaan  dengan  posisi      sensor  lidar bergerak  menelusuri  ruangan    (dinamis)  dengan bentuk ruangan yang dirubah-rubah.
Setelah  dilakukan  percobaan  pemetaan  seluruh ruangan  (dinamis),  dari  peta  yang  dihasilkan  bisa dilihat  bahwa  dinding  ruangan  terlihat  bergeser, khususnya  seperti  yang  terlihat  pada  gambar  4.7  (b). Hal ini dikarenakan pembacaan encoder yang bergeser dan  terdapat  error  pada  jarak  yang  di  tempuh  oleh sensor encoder, dimana error ini telah di jelaskan pada tabel  4.2  Perbandingan  jarak  terukur  encoder  X  ,  Y dan jarak aktual. Sehingga mempengaruhi
pembentukan  peta  karena  berdasarkan  rumus  2.3  dan 2.4,  pembentukan  peta  juga  dipengaruhi  oleh pembacaan sensor encoder.
(a) (b)
Gambar 4.7 (a) Arena pengujian
(b) Hasil pemetaan penelitian
Pembacaan encoder yang bergeser adalah dikarenakan pemilihan  roda  yang  kurang  tepat,  yaitu  roda omniwheel  yang  digunakan  memiliki  roller  yang besar,  sehingga  bisa  menyebabkan  rawan  terjadi pergeseran yang tidak diinginkan.

## 5. Kesimpulan
1. Dengan  menggunakan  persamaan  2.1  dan  2.2 telah    dapat  membuat  peta  ruangan  secara langsung di komputer
2. Hasil  pemetaan  dari  software  yang  dibuat  telah memiliki kesamaan bentuk dengan lapangan yang sebenarnya.
3. Proses  mengaplikasikan  teknik  pemetaan  secara otomatis    dapat  berjalan  dengan  baik  di  dalam software yang telah dibuat.
Pada  penelitian  selanjutnya  akan  dibuat  sistem pemetaan  dan  lokalisasi  posisi  robot  yang  sudah  bisa bergerak  secara  otomatis.  Agar  bisa  membuat robotnya  bergerak  secara  otomatis,  maka  diperlukan metode  tambahan  yaitu  pencarian  jalur.  Pencarian jalur  ini  bisa  menggunakan  metode  path  finder maupun metode A*.

## Daftar Pustaka
[1]   Ardi Yandoko “Pemetaan
Ruangan Menggunakan Sonar”  Buku  Tugas  Akhir Teknik Elektro Politeknik Negeri Batam, Batam, 2015.
[2]   LowCost360  degre  2D  Laser  Scanner  (Lidar) System, 1rd ed., RoboPeak team, 2014, pp.1-4.
[3]    Ridwan.,  “Pengendalian  Kecepatan  Motor  DC Dengan  PD-Logika  Fuzzy  Terhadap  Gangguan Pengereman  Berbasis  Mikrokontroller”,  Buku
Tugas  Akhir  Diploma  IV,  Jurusan  Mekatronika, Politeknik Negeri Batam, 2013.
[4]  Martyn  Currey.  ”arduino  with  HC-05(Zs-040)
Bluetooth module–AT mode ”internet
http://www.martyncurrey.com/arduino-with-hc- 05-bluetooth-module-at-mode/ [DEC. 26, 2015].
[5]  Janu  anggoro,  Ronny  mardiyanto,  Suwito, Pujiono., “Perancangan Sistem
Pemetaan Otomatis  Pada  Mobile  Robot  Menggunakan Sensor  Kinect  dan  Rotary  Encoder”,  metode untuk mendapatkan
posisi X dan Y’ Surabaya,2014.