2.isi auv rev1
Post on 10-Feb-2018
237 Views
Preview:
TRANSCRIPT
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
1/12
1
A. LATAR BELAKANG MASALAH
Negara Indonesia memiliki luas wilayah perairan dua pertiga dari luas
seluruh wilayah Indonesia. Dengan luas yang mencapai 3.287.010 km2
wilayah
perairan ini memiliki peranan penting dalam kehidupan sehari hari, misalnya
sebagai tempat mencari ikan bagi para nelayan, tempat rekreasi keindahan alam di
bawah air, atau bahkan untuk pertahanan dan keamanan wilayah Indonesia.
Kondisi masyarakat saat ini hanya memperhatikan wilayah daratan saja, sehingga
wahana bawah air ini menjadi terabaikan.
Wilayah perbatasan Indonesia sebagian besar merupakan wilayah perairan,
kondisi ini sering menimbulkan perselisihan dengan negara negara yang
memiliki perbatasan wilayah Indonesia. Dengan luasnya wilayah air tersebut juga
menyebabkan masih banyak sumber daya yang berada di bawah air yang belum
terobservasi, baik sumber daya alam hayati maupun sumber daya alam mineral
yang masih bisa kita manfaatkan.
Berdasarkan hal tersebut, perlu adanya suatu AUV yang mampu
memonitoring wahana bawah air. Keunggulan AUV ini bila dibandingkan dengan
AUV lainnya ialah dilengkapi dengan sistem GPS dan dapat dikendalikan dengan
komputer maupun dengan remote control (Remotely Operated Underwaters
Vehicle). AUV ini berbasis Ardupilot Mega 2.0 yang merupakan salah satu jenis
mikrokontroller.
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
2/12
2
B. PERUMUSAN MASALAH
Rumusan masalah yang akan dibahas pada program ini sebagai berikut :
1. Bagaimana konstruksi suatu alat yang mampu menahan air agar tidak
merusak instrumentasi yang ada di dalamnya?
2. Bagaimana sistim instrumensi untuk alat monitoring dan mentransmisikan
hasilnya tanpa menggunakan kabel?
C. TUJUAN PROGRAM
Adapun yang menjadi tujuan dalam program ini adalah:
1. Terciptanya kendaraan bawah air nir awak dengan ukuran mini,
2. Memberikan informasi sumber daya alam yang ada di bawah air,
3. Menunjang kebutuhan pertahanan kemaritiman NKRI.
D. LUARAN YANG DIHARAPKAN
Luaran yang diharapkan dari program ini ialah sebagai berikut :
1. Terciptanyaprototype AUV mini yang mampu memonitoring wahana bawah
air.
2. Artikel ilmiah mengenai bagaimana cara membuat AUV dengan ukuran mini.
E. KEGUNAAN PROGRAM
Kegunaan dari program ini adalah meningkatkan kreatifitas mahasiswa
dalam hal merancang kendaraan bawah air. Selain itu, hasil dari program ini juga
bisa dimanfaatkan sebagai alat penunjang kebutuhan kemaritiman Indonesia dan
sebagai alat monitoring sumber daya alam yang ada di bawah air, AUV ini juga
bisa menjadi langkah awal dalam pengembangan AUV berikutnya.
F. TINJAUAN PUSTAKA
1. Autonomous Underwater Vehicle
Autonomous underwater vehicle merupakan sebuah robot yang dioperasikan
dibawah air dengan menggunakan sistem propulsi, dikontrol dan diarahkan oleh
sebuah komputer, dan bisa bermanuveur dalam tiga dimensi. Secara umum AUV
terdiri daricontrollerdanactuator(Von Alt, 2003).
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
3/12
3
Trio Jeffi (2011) telah mengembangkan sistem kendali AUV dengan metode
Sliding PID. Penambahan sudut dan kedalaman fin akan menyebabkan
berkurangnya kecepatan AUV. Jika kecepatan AUV terlalu rendah, maka gaya
thrustakan berkurang dan menyebabkan pergerakan AUV tidak stabil. Sedangkan
sistem tanpacontrollerakan menyebabkan sistem tidak stabil dan tidak terkendali.
Herman (2009) telah menginvestigasi dan mendeteksi kecepatan AUV
dengan sebuah persamaan matematika. metodologi yang digunakan ialah dengan
menjabarkan persamaan gerak yang sering digunakan pada kendaraan bawah air.
Persamaan yang didapatkan memiliki persamaan kecepatan quasi yang dapat
digunakan untuk pengendalianactuator.
Gambar 1. Komponenkomponen persamaan gerak AUV
(sumber : Jurnal Ocean Engineering 32)
Persamaan gerakan dengan menggunakan kecepatan quasi sebagai berikut :
+ ( ) + ( ) + ( )=
dimanaMadalah massa,Cadalah GayaCorriolis danCentripetal,D adalah
friksi dari gaya hidrodinamis.g adalah resultan gaya dari gaya gravitasi dan gaya
buoyancy. v adalah kecepatan absolut dan adalah resultan vektor dari semua
gaya dan momen yang bekerja.
Hong Li (2005) telah mendapatkan persamaan kendaliadaptive nonlinear
untuk kendali diving AUV. Selama ini, pemodelan diving AUV biasanya
diturunkan berdasarkan asumsi gerakan dari kendaraan tersebut. Biasanya, sudut
pitch dari AUV diasumsikan menjadi bidang diving yang kecil. Namun, hal
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
4/12
4
tersebut bisa menyebabkanerroryang sangat besar, dan sulit untuk diaplikasikan.
Dengan metodologiadaptive, hal tersebut dapat terpecahkan.
Evans (2004) telah menurunkan persamaan model matematika untuk sebuah
AUV. Gaya luar yang bekerja pada kendaraan tesrsebut seperti gaya hidrodinamik
telah dideterminasikan pada 360 sudut serang. Gaya dorong yang bekerja pada
badan juga telah disimulasikan. Model yang disimulasikan terdiri dari dua jenis C-
Scout AUV. Simulasi digunakan untuk memprediksi design tool, mengevaluasi
dan membandingkan kinerja dari kedua model tersebut.
Alvarez(2009) telah mengoptimalisasikan bentuk dari hull AUV. Bentuk
AUV tradisional biasanya dibangun seperti bentuk torpedo. Bentuk ini biasanya
tidak baik untuk digunakan pada snorkeling di permukaan laut. Bentuk AUV ini
didapat dengan mengsimulasikan algoritma dari parameter-parameter yang
bekerja pada hull dan hambatan dari gelombang.
Gambar 2. Parameter hull
(Sumber : Jurnal Ocean Engineering 36)
Persamaan hull optimal untuksnorkeling di permukaan air laut ialah
Yoga(2011) telah mengkaji robot bawah air yang dikendalikan olehremote
control. Robot ini digunakan sebagai alat bantu survei bawah air. Input kontrol
berasal dari keyboard komputer. Robot ini dibangun dengan mikrokontroller
MCS-51 yang diprogram dengan bahasa pemrograman assembly A51 dan
pemrograman GUI dengan Borland Delphi 7. Komponen utama robot yang
dihasilkan ialahkeyboard,propeller, papan sirkuit dan kamera.
Sugama (2008) telah menganalisa kestabilan dan merancang sistem kendali
AUV pada matra longitudinal. Kestabilan dilakukan dengan membangun model
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
5/12
5
dinamik berdasarkan persamaan gerak AUV dalam 6 derajat kebebasan. Model
dinamik yang diperoleh berupa persamaan state space hasil penurunan dari
persamaan yang telah dilinearkan pada bidang gerak longitudinal. Selanjutnya
analisis kestabilan di lakukan pada berbagai kondisi operasi wahana berdasarkan
kecepatan dan kedalaman. Dari hasil analisis tersebut, kemudian diketahui titik-
titik operasi wahana yang kurang stabil bahkan tidak stabil. Pada titik-titik operasi
ini, selanjutnya dirancang sistem kendali pitch damper untuk memperbaiki
kualitas kestabilannya.
2. Controller
Controllerialah sebuah alat yang bisa memerintahkan, mengendalikan dan
mengatur keadaan dari suatu sistem (Nise, 2004).Controlleryang digunakan pada
AUV ini menggunakan Arduino yang dilengkapi dengan berbagai sensor dan
biasanya disebut sebagaiArdupilot.
3. Aktuator
Aktuator adalah bagian yang berfungsi sebagai penggerak dari perintah
yang diberikan olehinput(Budiarto, 2010). Aktuator biasanya merupakan peranti
elektromekanik yang menghasilkan gaya gerakan. Aktuator dioperasikan oleh
sumber energi, biasanya berupa energi listrik, hidrolik atau pneumatic dan
mengubah energi tersebut menjadi suatu gerakan. Pada AUV ini ada dua jenis
aktuator yang digunakan yaitu motor brushless dan motor Servo.
4. Komunikasi Data
Komunikasi data yang digunakan untuk AUV ini ialah modul Xbee. ModulXbee Pro merupakan modul wireless dengan standar yang berdaya rendah.
Modul ini beroperasi pada frekuensi band 2.4 GHz. Xbee ini bisa berfungsi
sebagaitransmittermaupun sebagaireceiver.
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
6/12
6
G. METODE PELAKSANAAN PROGRAM
Dalam melaksanakan program ini, dilakukan dalam beberapa tahap, seperti
pada diagram alir berikut ini.
Gambar 3. Alur Metode Pelaksanaan Program
1. Studi Literatur
Tahapan pertama dalam program ini yaitu studi literatur, yakni dengan
mengumpulkan data dan informasi yang berhubungan dengan rancang bangun
AUV baik dari internet maupun dari media lain.
2. Perancangan AUV
Perancangan AUV ini dibagi menjadi 2 kelompok yaitu perancangan
mekanikal dan perancangan elektrikal. Hasil dari perancangan mekanikal ini
berupa gambar 3D dan 2D yang siap dikerjakan untuk tahap berikutnya.
Sedangkan dalam perancangan elektrikal dilakukan proses pemrograman pada
Ardupilot Mega dan pembuatan gambar sistem elektrik.
Studi Literatur
Perancangan AUV :
Pemodelan 3 dimensi, Perhitungan COG,
berat dan volume total, Pemodelan Sistem
Pembuatan AUV :
Pembuatan body, perakitan instrumentasisistem
Pengujian
Penyusunan Laporan
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
7/12
7
Berikut ini gambar rancangan prototipe dan dimensi AUV yang akan dibuat,
Gambar 4. Prototipe AUV
Sedangkan ukuran dari prototipe AUV ini dapat dilihat pada gambar di
bawah ini,
Gambar 5. Ukuran dan Bill of Material Prototipe AUV
Pada proses perancangan ini, dilakukan juga penentuan dan perhitungan
center of gravity (COG) dari prototipe AUV ini. Hal ini dilakukan agar pada saat
dioperasikan, sumbu badan AUV tetap pada bidanghorizontal. Perhitungan COG
dilakukan dengan memasukkan properties material dan berat pada setiap
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
8/12
komponen AUV dal
volume total dari AU
Sedangkan ran
gambar 8.
Saat AUV dis
control dan akan dite
oleh Ardupilot sehin
servo. Putaran dari
servo akan diteruska
Saat AUV dis
koordinat yang har
menjadi data serial
serial tersebut dipro
mode ini, pada layar
Nafiz Alemd
matematika dari gera
am software. Dengan demikian data dari
V bisa diperoleh.
cangan sistem prototipe AUV dapat dili
Gambar 6. Skema Kerja AUV
t mode Remote, sinyal radio akan dikirim
rima olehsignal receiver. Sinyal darireceiv
gga menghasilkan putaran motor DC dan
otor DC akan diteruskan ke propellerdan
kefin AUV.
et mode Autonomous, komputer menentu
s dilewati oleh AUV. Koordinat tersebu
ang bisa dikirim dengan menggunakan wir
es oleh Ardupilot menjadi gerakan motor
komputer bisa dilihat arah,pitch,roll danya
arolu (2000) telah menghasilkan per
kan sebuah kendaraan bawah air :
8
COG, berat dan
at pada skema
an oleh remote
erakan diproses
osisi dari sudut
posisi sudut dari
an koordinat
t akan diproses
eless Xbee, data
dan servo. Pada
dari AUV.
samaan model
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
9/12
9
1
2
1 2
-0.1033 - 0.02684
-0.1033 - 0.02684 0.6927 0.08099ref
s K s
s K K s s s s s
Persamaan matematika tersebut bisa dibuat menjadi model seperti pada
gambar berikut ini.
Underwater
Vehicle Lateral Dynamics
x ' = Ax+Bu
y = Cx+Dukl1
kl2
psi
r
ref yaw rudder
Gambar 7. Model simulink gerakan kendaraan bawah air
(Sumber : Control and Simulation of Motion of an Underwater Vehicle)
Outputdari persamaan di atas menjadi dasar pemrograman pada Arduino.
Software Matlab Simulinkversi 2012a sudah mendukungArduino Target. Dengan
demikian pemrograman akan menjadi lebih mudah.
3. Pembuatan AUV
Hal yang harus diperhatikan dalam pembuatan AUV ini yaitu konstruksi
sambungan harus tahan terhadap air, sehingga air tidak akan merusak sistem
instrumentasi di dalamnya.
Pembuatan AUV ini berdasarkan atas gambar yang dihasilkan dari tahap
perancangan. Proses yang dilakukan diantaranya pembuatanhull dan tail yang
terbuat dari material nylon, Proses perakitan dan lainlain.
4. Pengujian
Pengujian yang dilakukan yaitu dengan menjalankan AUV di laboratorium
hidrodinamika atau di kolam renang. Kondisi air yang digunakan ialah air tenang
dan bening, hal ini untuk memudahkan pengamatan dari hasil pengujian.
Berikut ini gambar lintasan pengujian prototipe AUV yang akan dilakukan
di kolam renang
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
10/12
10
Gambar 8. Lintasan pengujian prototipe AUV
Pada point pertama (START), AUV dijalankan dan harus bisa menuju point
kedua, setelah itu AUV harus bisa bermanuveur menuju point 3, dan bergerak
lurus menuju point keempat (FINISH).
5. Penyusunan Laporan
Pada tahap akhir dari metodologi ini ialah penyusunan laporan. Laporan ini
berisi hasil pengujian AUV. Laporan ini juga bisa digunakan bahan referensi jika
akan dilakukan pengembangan pada tahun berikutnya.
I. JADWAL KEGIATAN
Jadwal kegiatan pelaksanaan program sebagai berikut:
Tabel 1 Jadwal Kegiatan
No
.Kegiatan
Bulan
I
Bulan
II
Bulan
III
Bulan
IV
Bulan
V
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
1. Studi Literatur
2.Perancangan konstruksi
AUV
3.Perancangan sistem
kendali
4.Pembuatan AUV dan
perakitancontroller
5. Pengujian AUV
6.Pembuatan Laporan
akhir dan Poster
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
11/12
11
J. RANCANGAN BIAYA
Anggaran dana untuk pelaksanaan penelitian ini adalah:
Tabel 2 Rancangan biaya
No Keterangan Jumlah Satuan Harga
Satuan (Rp) Total (Rp)
A. Biaya Habis Pakai
1 Xbee serial 2 2 buah 650.000,00 1.300.000,00
2 ArduPilot Mega 2.0 1 buah 2.300.000,00 2.300.000,00
3 Servo 2 buah 650.000,00 1.300.000,00
4 Baterai 2 buah 280.000,00 560.000,00
5 ESC 1 buah 275.000,00 275.000,00
6 Motor DC 1 buah 340.000,00 340.000,00
7 Propeller 1 buah 150.000,00 150.000,00
8 Remote Control 1 buah 2.250.000,00 2.250.000,00
9 Acrylic 1 buah 350.000,00 350.000,00
10 Camera 1 buah 650.000,00 650.000,00
11 Charger Baterai 1 buah 175.000,00 175.000,00
Subtotal 9.650.000,00
B. Biaya Pembuatan
1
Proses Manufaktur
(Bubut, Bor, Frais) 1 2.000.000,00 2.000.000,00
Subtotal 2.000.000,00
C. Kesekretariatan
1 Kertas A4 2 rim 40.000,00 80.000,00
2
Penggandaan
Proposal 3 bendel 15.000,00 45.000,00
3 Buku Referensi 1 buku 100.000,00 100.000,00
4 ATK 1 paket 20.000,00 20.000,00
Subtotal 245.000,00
D. Akomodasi1 Transportasi 5 orang 30.000,00 150.000,00
2 Komunikasi 5 orang 30.000,00 150.000,00
Subtotal 300.000,00
E.Publikasi
1 Pendaftaran Artikel
Ilmiah1 kali 200.000,00 200.000,00
2 Poster 3 lembar 20.000,00 60.000,00
Subtotal 260.000,00
Total 12.455.000,00
-
7/22/2019 2.Isi AUV Rev1
12/12
12
K. DAFTAR PUSTAKA
Alvarez, A et al. 2009. Hull hydrodynamic optimization of autonomous
underwater vehicles operating at snorkeling depth. J Ocean Engineering
36(2009)105-112
Alemdarolu, Nafiz, 2000.Control and Simulation of Motion of an Underwater
Vehicle. Turkey: Ankara.
Budiarto, W.2010.Robotika teori dan implementasi. Yogyakarta: ANDI.
Herman, Przemyslaw w et al. 2009. transformed equations of motion for
Underwater Vehicles.J Ocean Engineering 36(2009)306-312
Hong Li, Ji et al. 2005. Design of an adaptive nonlinear controller for depth
control of an autonomous underwater vehicle. J Ocean Engineering
32(2005) 2165-2181
Jeffi, Trio. 2011. Pengembangan Sistem Kendali Robust AUV dengan Metode
Sliding PID. Tugas Akhir. Surabaya: Institut Teknologi Sepuluh
Nopember.
Nise, Norman S.2004.Control System Engineering. Pomona: John Wiley.
Nugraha Wakamenta, Yoga, 2011. Perancangan Dan Implementasi Robot IUV-
ROV.Tugas Akhir. Medan: Universitas Sumatera Utara.
Von Alt, Christopher.2003. Autonomous Underwater Vehicle. Woods Hole
Oceanographic Institution
Smith, S.M. 1994. Fuzzy Logic Control of Autonomous Underwater Vehicle.
Control Eng.Practice Vol.2, No.2, pp.321-331, 1994
Sugama, Agus. 2008. Analisis Kestabilan dan Perancangan Sistem Kendali
Autonomous Underwater Vehicle pada Matra Longitudinal. Tugas Akhir
AeroSpace Engineering ITB.
top related