## Desain dan Implementasi Robot Heksapoda dengan Misi Pemadaman Api

## Asep Najmurrokhman*, Kusnandar, Bambang HSR Wibowo, Nizwar Alwi Rafanca
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik
Universitas Jenderal Achmad Yani Jl. Terusan Jend. Sudirman PO Box 148 Cimahi 40533 *asepnajmu@yahoo.com
Abstrak —Makalah  ini  memaparkan  tentang  desain  dan  implementasi  robot  heksapoda  yang  bergerak  dalam suatu  ruang  dengan  misi  memadamkan  api.  Sumber  api  diletakkan  dalam  ruang  tertentu.  Untuk  mencapai  ruang tersebut,  robot  harus  berjalan  menyusuri  lorong  dengan  lebar  tertentu  dan  dibatasi  oleh  dinding.  Robot  harus bergerak  tanpa  menabrak  dinding  pembatas  ruang.  Untuk  merealisasikan  sistem  tersebut,  robot  heksapoda dilengkapi  dengan  tiga  buah  sensor,  yaitu  sensor  jarak,  sensor  garis,  dan  sensor  api.  Sensor  jarak  berupa  sensor ultrasonik  tipe  HCSR04  berfungsi  memberikan  informasi  jarak  antara  robot  dengan  dinding  sehingga  robot terhindar  dari  tabrakan  dengan  dinding.  Sensor  garis  berupa  sensor  LDR  digunakan  untuk  mendeteksi  garis penanda  ruang  sumber  api.  Sementara  itu,  sensor  api  berupa  sensor  flame  5  channel  berfungsi  mendeteksi keberadaan  api  yang  harus  dipadamkan  oleh  robot.  Hasil  eksperimen  menunjukkan  robot  heksapoda  yang dirancang  dapat  berjalan  menyusuri  ruang  tanpa  menabrak  dinding  dan  menemukan  sumber  api,  kemudian  api tersebut dipadamkan oleh kipas yang berputar setelah diberi tegangan input oleh mikrokontroler.
Kata kunci— mikrokontroler Arduinomega2560; robot heksapoda; sensor api; sensor garis; sensor ultrasonik

## I. P ENDAHULUAN
Penelitian terkait robot berjalan ( walking robot ) merupakan salah satu penelitian bidang robotika yang paling menantang.  Beberapa  peneliti  telah  berusaha  membangun  robot  berjalan  selama  beberapa  tahun  terakhir.  Secara umum,  robot  berjalan  terbagi  menjadi  dua  kelompok,  yaitu  robot  berkaki  dan  robot  beroda.  Robot  berkaki dipandang  lebih  unggul  dibandingkan  dengan  robot  beroda  saat  berjalan  di  atas  permukaan  yang  relatif  kasar karena robot berkaki tidak memerlukan kontak yang kontinyu dengan permukaan jalannya [1]. Robot berkaki yang dikembangkan selama ini biasanya memiliki dua kaki, empat kaki,  dan enam kaki. Robot dengan dua kaki disebut dengan  robot humanoid ,  karena  bentuk  robotnya  mengikuti  bentuk  manusia.  Sementara  itu,  robot berkaki  empat dan  berkaki  enam  umumnya  disebut  robot animaloid ,  karena  bentuknya  mengadopsi  bentuk  binatang.  Robot berkaki empat mengambil bentuk anjing, kuda, atau cheetah , sedangkan robot berkaki enam memanipulasi bentuk laba-laba. Robot berkaki  empat disebut  dengan quadruped  robot ,  sedangkan  robot berkaki  enam  disebut dengan robot heksapoda. Salahsatu bentuk robot berkaki empat yang dibangun mengikuti bentuk cheetah diberikan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Robot berkaki empat [2]
Dalam  penelitian  ini,  sebuah  robot  heksapoda  dirancang  dan  direalisasikan  agar  memiliki  kemampuan  gerak menyusuri  ruang  berdinding  dan  memiliki  misi  untuk  mencari  sumber  api  kemudian  memadamkannya.  Selama bergerak, robot tidak boleh menabrak dinding yang ada dalam ruangan tersebut. Menurut Ding & Yang dalam [1], robot  yang  dirancang  dengan  kaki  lebih  dari  enam  tidak  berpengaruh  kepada  peningkatan  kecepatan.  Penelitian terkait  robot  heksapoda  di  antaranya  menyangkut  tentang  penghindaran  dari  halangan  dalam  medan  yang  tidak dikenal  [3,4],  desain  kendali  hibrid  [5,6],  kendali  getaran  dan  penjejakan  presisi  [7,8],  dan  penggunaan  teknik pemrosesan  citra  [4,9].  Chai et  al. dalam  [3]  mengusulkan  dan  memvalidasi  kerangka  kerja  dalam  teknik penghindaran dari halangan suatu robot heksapoda tertentu dalam tiga tahap. Yu & Huang dalam [4] menggunakan teknik  pemrosesan  citra  agar  dapat  diperoleh  penghindaran  halangan  lebih  efektif.  Pemrosesan  citra  ini  juga digunakan oleh Fischer et al. dalam [9] untuk menghasilkan pergerakan sebuah robot heksapoda yang baik dalam permukaan  yang  kasar.    Zhong et  al. dalam  [5]  mendeskripsikan  teknik  kendali  hibrid  yang  menggabungkan teknik PID nonlinier, kendali sliding mode , dan impedance control dalam desain robot heksapoda. Sementara itu, Zhao et al. dalam [6] menerapkan teknik kendali hibrid dalam robot heksapoda yang digunakan untuk membantu proses permesinan. Wang et al. dalam [7] membahas tentang kendali getaran yang dapat mengganggu efektivitas gerak  robot  heksapoda,  sedangkan  Li et  al. dalam  [8]  mengadopsi  metode  fuzzy  adaptif  dalam  kendali  getaran tersebut.
Robot  heksapoda  yang  dirancang  dan  direalisasikan  dalam  penelitian  ini  menggunakan  komponen mikrokontroler dan sensor-sensor yang diperlukan. Robot memiliki misi memadamkan api. Sumber api disimpan di  suatu  ruang  tertentu  yang  harus  dilacak  oleh  robot  tersebut.  Untuk  mencapai  ruang  dimana  sumber  api diletakkan,  robot  berjalan  menyusuri  ruang-ruang  dengan  lebar  tertentu  dan  dibatasi  oleh  dinding.  Robot  harus bergerak  tanpa  menabrak  dinding  pembatas  ruang.  Mekanisme  gerak  dan  misi  robot  seperti  itu  diadopsi  dalam kompetisi  robot  antar  mahasiswa  yang  diselenggarakan  oleh  Kemenristekdikti.  Bentuk  lintasan  dan  ruang-ruang yang ditentukan dalam kompetisi tersebut diberikan dalam Gambar 2.
Gambar 2. Ruang bersekat dan berdinding dalam kompetisi robot antar mahasiswa [10]
II. M ETODE
Diagram skematik robot heksapoda yang dirancang dan direalisasikan diberikan pada Gambar 3.
Gambar 3. Diagram skematik robot heksapoda
Komponen penyusun robot heksapoda terdiri atas mikrokontroler Arduinomega2560, sensor ultrasonik HC-SR04, sensor garis LDR, sensor api Flame 5 channel , motor servo, kipas, dan penampil LCD. Mikrokontroler berfungsi sebagai pusat pengendali setiap proses dalam gerak robot, sedangkan sensor ultrasonik digunakan sebagai detektor jarak antara robot dengan dinding. Informasi jarak ini digunakan oleh robot agar tidak menabrak dinding selama geraknya. Sementara itu, sensor api difungsikan untuk melacak keberadaan sumber api dan sensor garis digunakan untuk  mengenali  ruang  tempat  sumber  api  berada.  Seluruh  gerak  kaki  robot  dilakukan  melalui  mekanisme pengiriman sinyal yang diatur oleh pengendali servo berdasarkan pengolahan data di mikrokontroler.
Robot  heksapoda  yang  dirancang  menggunakan  lima  buah  sensor  ultrasonik  tipe  HC-SR04  yang  diletakkan pada sudut 0°/360°, 45°, 90°, 135°, dan 180°. Gambar 4 memperlihatkan bentuk fisik sensor ultrasonik tersebut. Sensor tersebut umumnya digunakan dalam aplikasi pendeteksi jarak seperti pada [11].

## Gambar 4. Bentuk fisik sensor ultrasonik
Dengan  empat  buah  pin  pada  sensor  tersebut,  yaitu  Vcc, ground , echo ,  dan trigger ,  proses  deteksi  jarak dilakukan dengan pemberian sinyal dari pin trigger . Sinyal yang dipantulkan dan diterima oleh pin echo dicacah menjadi  jarak  sebenarnya  dalam  satuan  cm.  Ilustrasi  proses  transmisi  gelombang  bunyi  yang  dikirimkan  dan dipantulkan diberikan pada Gambar 5.
Gambar 5. Gelombang bunyi yang dipancarkan oleh sensor dan dipantulkan oleh benda
Sensor ultrasonik ini mampu mendeteksi jarak pengukuran hingga 400 cm. Sensor tersebut mendeteksi objek dengan  mengirimkan  gelombang    ultrasonik  dengan  frekuensi  40  KHz,  yang  kemudian  menerima  pantulan gelombangnya saat mendeteksi objek. Sensor HC-SR04 mengirimkan gelombang ultrasonik hanya jika ada pulsa high trigger dari mikrokontroler dengan durasi 10  s untuk mengaktifkan sebuah sinyal 8 bit dengan frekuensi 40 KHz. Gelombang bunyi ini merambat di udara dengan laju sekitar 340 m/s hingga mengenai objek. Jika sensor ini menerima  pantulan  maka  pin echo akan  berlogika high .  Selanjutnya,  perhitungan  jarak  diperoleh  dengan mengalikan  besar  laju  rambat  gelombang  ultrasonik  dengan  waktu  tempuh  gelombang  dibagi  dua.  Diagram koneksi  sensor  ultrasonik  dengan  mikrokontroler  diberikan  pada  Gambar  6.  Kaki-kaki  mikrokontroler  yang dihubungkan dengan sensor ultrasonik ditentukan oleh pin 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, dan 49.

## Gambar 6. Koneksi antara sensor ultrasonik dengan mikrokontroler
Sensor  lainnya  yang  digunakan  dalam  robot  adalah  sensor  api  bertipe flame 5 channel dan  sensor  garis menggunakan  LDR.  Diagram  koneksi  sensor  api  dengan  mikrokontroler  diberikan  pada  Gambar  7.  Kaki-kaki mikrokontroler  yang  digunakan  untuk  mengolah  data  dari  sensor  api diberikan  oleh pin 8 sampai 12.  Sementara itu,  koneksi  antara  sensor  garis  dan  mikrokontroler  diperlihatkan  pada  Gambar  8  dengan  memanfaatkan  pin  13 mikrokontroler.
Gambar 7. Interkoneksi antara sensor api dengan mikrokontroler
Gambar 8. Interkoneksi antara sensor garis dengan mikrokontroler
Mekanisme gerak robot heksapoda dihasilkan oleh struktur kaki yang terdiri atas tiga bagian utama yaitu coxa , femur , dan tibia . Coxa atau pinggul mempunyai fungsi untuk menahan berat tubuh pada posisi statis (misal berdiri) dan  dinamis  misalnya  berjalan  atau  berlari).  Beban  terberat  dirasakan  oleh  bagian  ini. Femur atau  tulang  paha mempunyai  fungsi  sebagai  penyambung  antara coxa atau  tulang  pinggul  dengan tibia atau  tulang  kering. Femur memberikan dukungan pada seluruh struktur rangka sehingga membantu dalam pergerakan kaki. Tibia atau tulang kering  mempunyati  fungsi  membentuk  engsel  bersama  dengan  tulang  paha  yang  disebut  dengan  lutut  sehingga memungkinkan robot untuk berjalan, berlari dan menaiki tangga. Struktur kaki robot diberikan pada Gambar 9.

## Gambar 9. Struktur kaki robot
Metode  pergerakan  kaki  robot  heksapoda  mengikuti  pola  pergerakan tripod gait. Tripod  gait  terdiri  dari  kaki depan  dan  belakang  serta  kaki  tengah  pada  sisi  lainnya.  Untuk  setiap  tripod,  kaki  diangkat,  diturunkan,  dan digerakkan  maju  mundur  secara  bersamaan.  Pada  saat  berjalan,  robot  heksapoda  menggunakan  kedua  tripodnya mirip  dengan biped yang  melangkah  dari  satu  kaki  ke  kaki  lain.  Karena  tiga  kaki  selalu  berada  di  tanah,  maka pergerakan tersebut akan selalu mantap. Dengan metode ini , sebuah siklus dapat diselesaikan dalam dua langkah sehingga memungkinkan robot dapat bergerak cepat. Skema pergerakan tripod gait diberikan pada Gambar 10.
Gambar 10. Skema gerak tripod gait pada robot heksapoda
Setiap  kaki  digerakkan  oleh  dua  motor  servo.  Untuk  menghasilkan  gerak,  seluruh  motor  servo  dikendalikan oleh  modul  penggerak  bertipe    XISC-32 servomotor  controller .  Koneksi  antara  modul  penggerak  motor  servo dengan mikrokontroler diperlihatkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Koneksi modul penggerak motor servo dengan mikrokontroler

## III. H ASIL DAN D ISKUSI
Integrasi  setiap  komponen  menjadi  satu  kesatuan  menghasilkan  bentuk  robot  heksapoda  yang  direalisasikan dalam penelitian ini.  Bentuk mekanik robot heksapoda yang direalisasikan diberikan pada Gambar 12. Sementara itu, bentuk fisik robot heksapoda diperlihatkan pada Gambar 14. Dimensi robot berukuran 25 cm x 21 cm x 27 cm. Dalam Gambar 13 terlihat lima sensor ultrasonik terpasang di bagian depan robot beserta sensor dan kipas untuk memadamkan sumber api.
Gambar 12. Bentuk mekanik robot heksapoda
Gambar 13. Realisasi robot heksapoda
Selama pengujian, pergerakan  robot mengikuti diagram alir yang diberikan pada Gambar 14. Pada saat robot mulai  dijalankan,  robot  akan  berada  dalam  posisi center dan  menginisialisasi  sensor  lalu  bernavigasi  sehingga memasuki  ruangan.  Saat  masuk  ke  dalam  suatu  ruang,  robot  akan  menjejak  ( scan )  apakah  di  dalam  ruangan tersebut ada sumber api atau tidak. Jika sensor api tidak mendeteksi adanya sumber api dalam ruang, maka robot akan bergerak menuju ruangan lain. Jika dalam suatu  fase gerak ditemukan adanya sumber api maka robot akan melanjutkan navigasi ke dalam ruangan tersebut untuk mendekati api dan memadamkannya dengan menggunakan kipas.
Gambar 14. Diagram alir pergerakan robot
Snapshot hasil  pengujian  diberikan  pada  Gambar  15.  Gambar  15  sebelah  kanan  memperlihatkan  saat  robot bergerak  menyusuri  ruangan  berdinding  dan  bernavigasi  mencari  sumber  api,  sedangkan  gambar  sebelah  kiri memperlihatkan robot memasuki ruang tempat sumber api berada.

## Gambar 15. Snapshot pergerakan robot dalam ruang
Saat robot menemukan sumber api, robot bergerak dalam ruang tersebut sampai sensor garis menemukan area berwarna putih. Ketika area putih terdeteksi, robot berhenti dan pengendali mengirimkan sinyal penggerak untuk memutar  kipas  sampai  api  padam.  Hasil  pengujian  saat  ditemukan  sumber  api  dan  kipas  berputar  untuk memadamkan api diberikan pada Gambar 16.

## Gambar 16. Robot menemukan sumber api dan memadamkannya dengan kipas yang berputar
Dalam  penelitian  ini,  ukuran  performansi  robot  ditentukan  dari  kemampuan  menghindari  halangan  dan tabrakan dengan dinding serta navigasi ke arah sumber api dan memadamkannya. Secara kuantitatif, jarak antara robot  dengan  dinding  dijaga  tidak  kurang  dari  10  cm  sehingga  robot  tidak  menabrak  dinding.  Waktu  yang diperlukan saat sensor garis menemukan ruang tempat sumber api berada dan saat  kipas mulai berputar diperoleh tidak lebih dari satu detik, sehingga respon dari driver motor pemutar kipas relatif cepat.

## IV. K ESIMPULAN
Dalam  makalah  ini,  desain  dan  implementasi  robot  heksapoda  dengan  misi  pemadam  api  telah  diuraikan dengan lengkap. Dengan perangkat sensor ultrasonik, robot dapat berjalan efektif menyusuri ruang tanpa menabrak dinding pemisah karena informasi jarak antara dinding dan robot selalu diperoleh setiap saat. Gerak langkah robot dapat direalisasikan dengan baik menggunakan modul pengendali servo motor yang terpasang di setiap kaki robot. Navigasi  robot  sampai  menemukan  sumber  api  dan  memadamkannya  tercapai  dengan  bantuan  sensor  garis  dan sensor api yang terinstalasi dalam robot tersebut. Eksplorasi teknik kendali seperti PID atau teknik kendali cerdas seperti  logika fuzzy dalam  robot  merupakan  hal-hal  penting  yang  dapat  dilakukan  dalam  penelitian  selanjutnya untuk  menjamin  ketercapaian  performansi  yang  ditambahkan  dalam  sistem  seperti  kriteria  respon  waktu  atau kekokohan  robot  terhadap  gangguan  yang  muncul.  Penggunaan  pemroses  citra  yang  telah  diterapkan  pada robosoccer seperti yang dilaporkan dalam [12] juga dapat dieksplorasi penerapannya dalam robot heksapoda untuk menghasilkan navigasi yang baik karena citra sekeliling robot dapat dikenali baik dimensi maupun warnanya.
.

## U CAPAN T ERIMAKASIH
Ucapan  terima  kasih  disampaikan  kepada  para  mahasiswa  yang  tergabung  dalam  kelompok  riset  robotik  di Jurusan Teknik Elektro yang telah membantu dalam menguji dan mengimplementasikan hasil perancangan robot heksapoda yang diuraikan dalam makalah ini. Penelitian ini sebagian didanai melalui penelitian kompetitif Unjani tahun  anggaran  2016.  Oleh  karena  itu,  ucapan  terima  kasih  juga  disampaikan  kepada  LPPM  Unjani  yang  telah membantu sehingga penelitian ini dapat terlaksana dengan baik.

## D AFTAR P USTAKA
[1] X. Ding and F. Yang, “Study on hexapod robot manipulation using legs”, Robotica Journal, Volume 34, Issue 2 February 2016 , pp. 468-481.
[2] A.  Spröwitz,  A.  Tuleu,  M.  Vespignani,  M.  Ajallooeian,  E.  Badri,  A.  J.  Ijspeert,  “Towards  dynamic  trot  gait  locomotion:  Design, control, and experiments with Cheetah-cub, a compliant quadruped robot”, The International Journal of Robotics Research, Vol. 32 No. 8 (2013), pp. 932-950.
[3] X. Chai, F. Gao, C.K. Qi, Y. Pan, Y.L. Xu, and Y. Zhao, “Obstacle avoidance for a hexapod robot in unknown environment”, Science China Technological Sciences June 2017, Vol. 60, No. 6, pp 818–831.
[4] W. S. Yu & C. W. Huang, “Visual servo control of the hexapod robot with obstacle avoidance”, IEEE International Conference on Fuzzy Systems, Beijing, 6-11 July 2014, pp. 713-720.
[5] G.  Zhong,  H.  Deng,  G.  Xin,  and  H.  Wang,  “Dynamic  Hybrid  Control  of  a  Hexapod  Walking  Robot:  Experimental  Verification”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 8, Aug. 2016, pp. 5001-5011.
[6] X.  Zhao,  Y.  Pan  and  F.  Gao,  “Force-Position  Hybrid  Control  of  a  New  Parallel  Hexapod  Robot  for  Drilling  Holes  on  Fuselage Surface”, Proceedings of the ASME 2013 International Design Engineering Technical Conferences and Computers and Information in Engineering Conferenc, Portland, Oregon, USA, August 4–7, 2013, Vol. 6B, pp. 1-11.
[7] P. P. Wang, L. Liu, and Q. R. Qian., "Dynamic Modeling and Control of Flexible  Hexapod Platform for Micro-Vibration  Isolation and Precision Tracking", Applied Mechanics and Materials, Vols. 490-491 (2014), pp. 412-420.
[8] W. Li, S. Yuan, H. Huang, “Adaptive fuzzy vibration control of large flexible truss with Hexapod active interface”, Intern. Conf. on Systems and Informatics, Yantai, China, 19-20 May 2012, pp. 351-356.
[9] T. Fischer, T. Pire; P. Čížek, P. D. Cristóforis, and J. Faigl, “Stereo vision-based localization for hexapod walking robots operating in rough  terrains”,  International  Conference  on  Intelligent  Robots  and  Systems  (IROS),  Daejeon,  South  Korea,  9-14  Oct.  2016,  pp. 2492-2497.
[10] Anonim, Petunjuk Pelaksanaan Kontes Robot Indonesia, Ditjen Belmawa Kemenristekdikti, 2017.
[11] A. Najmurrokhman, Kusnandar, B. Wibowo, dan A. M. Annas, “Perancangan Instrumen Pengukur Ketinggian Menggunakan Sensor ADXL345  Yang  Terkoneksi  Dengan  Smartphone  Berbasis  Android”,  Seminar  Material,  Instrumentasi,  Pembelajaran,  Dan Aplikasinya, Bandung, 5 November 2016.
[12] A.  Najmurrokhman,  Kusnandar,  B.  Wibowo,  dan  S.  Abiddin,  “Desain  dan  Realisasi  Pemrosesan  Citra  dengan  CMUcam4  untuk Meningkatkan  Kinerja  Visual  Robosoccer,”  Prosiding  Modern  Electrical  Engineering  Technology  and  Its  Application  Seminar (MEETAS),  Bandung, 28 Oktober 2016.