1.
PENDAHULUAN
Sesuai dengan judul yaitu Robotik
dan Sensor maka hal tersebut tidak lepas dengan yang di sebut dengan kecerdasan
buatan. Sesuai dengan namanya atau sering disebut dengan Artificial Intelegensi (AI), Kecerdasan buatan adalah salah satu
cabang sains komputer yang mempelajari otomatisasi tingkah laku cerdas yang
didasarkan pada prinsip-prinsip teoritikal dan terapan yang menyangkut struktur
data yang digunakan dalam representasi pengetahuan, algoritma yang diperlukan
dalam penerapan pengetahuan itu, serta teknik-teknik bahasa dan pemprograman
yang dipakai dalam implementasinya. Yang paling banyak menerapkan konsep
kecerdasan buatan adalah dunia robotika.
Robot adalah sebuah alat mekanik
yang dapat melakukan tugas fisik, baik menggunakan pengawasan dan kontrol
manusia, ataupun menggunakan program. Robot biasanya digunakan untuk tugas yang
berat, berbahaya, pekerjaan yang berulang dan kotor. Robot juga dilengkapi
dengan sensor untuk pendeteksi terhadap sesuatu hal, misalnya seperti sensor
panas.
Pada
makalah ini akan dijelaskan jenis-jenis dan pengertian dari sistem sensor yang
banyak digunakan pada robot.
2. SISTEM
SENSOR
Sensor adalah piranti yang menerima input
berupa suatu besaran/sinyal fisik yang kemudian mengubahnya menjadi
besaran/sinyal lain yang diteruskan ke kontroler. Terdapat banyak jenis sensor
yang digunakan pada robot.
Robot
juga membutuhkan masukan (input) yang
akan menentukan apa yang harus
dilakukan oleh robot. Input ini umumnya masuk ke
dalam otak robot dengan berbagai macam
cara. Ada yang
menggunakan remote, atau diberikan sebelum robot diaktifkan.
Dan ada juga
yang langsung diberikan
pada robot melalui programnya.
Pada jenis ini, begitu robot dinyalankan ia akan menjalankan apa
yang sudah ditentukan baginya.
Hal ini sangat
berlaku bagi robot-robot industri
pada umumnya.
3.
KLASIFIKASI SENSOR
3.1.
Berdasarkan Ouput
Sensor dapat diklasifikasikan berdasarkan output-nya, yaitu :
· Output biner : berupa 0 (0 V) atau 1 (5 V).
· Output analog : misal 0 V hingga 5 V.
· Output pewaktu : misal PWM, waktu RC, waktu pantul
· Output serial : misal UART (RS232), I2C, SPI, 1 wire, 2 wire, serial
sinkron
· Output paralel
3.2.
Berdasarkan Aplikasi
Sensor juga dapat diklasifikasikan berdasarkan aplikasinya seperti
terlihat pada tabel 1.
Lokal
|
Global
|
|
Internal
|
Pasif: sensor batere,
temperature, encoder, giroskop,
inklinomter, kompas
Aktif: -
|
Pasif: -
Aktif: -
|
Eksternal
|
Pasif: kamera on-board
Aktif: sensor sonar,
inframerah, pemindai laser
|
Pasif: kamera over-head,
satelit GPS
Aktif: sonar GPS
|
Tabel 1
Besaran fisik yang diindra oleh sensor bisa berasal dari
lingkungan di luar robot (sensor eksternal) ataupun keadaan dari robot itu
sendiri (sensor internal). Sensor internal biasanya digunakan untuk memonitor
posisi dan/atau kecepatan serta torsi pada sendi robot.
Dari sisi robot sensor dibedakan menjadi
· sensor lokal (on-board)
: yang terpasang pada robot
· sensor global : yang terpasang di lingkungan yang mengirimkan data
ke robot
Selain kedua hal di atas, sensor juga dibedakan menjadi :
· sensor pasif : yang memonitor lingkungan tanpa mengganggunya
· sensor aktif : yang memberikan stimulasi ke lingkungan dalam
pengukurannya.
3.3.
Berdasarkan Fungsi
Secara umum
berdasarkan fungsi dan
penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 5 bagian yaitu :
a.
Thermal sensor (sensor panas),
adalah sensor yang
digunakan untuk mendeteksi
gejala perubahan
panas/temperature/suhu pada suatu
dimensi benda atau
dimensi ruang tertentu.
b.
Optic sensor (sensor cahaya),
adalah sensor yang mendeteksi perubahan
cahaya dari sumber cahaya,
pantulan cahaya ataupun bias cahaya
yang mengernai benda atau ruangan.
c.
Mechanic sensor (sensor
mekanis), adalah sensor yang
mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran,
level dsb.
d.
Sensor Ultrasonic, secara khas menggambarkan
suatu sensor yang mengirimkan sinyal berfrekuensi
tinggi melalui jarak yang dapat
diatur, dan bereaksi terhadap
perubahan dalam gelombang tekanan suara
yang disebabkan oleh gerakan.
e.
Sensor Jarak (Proximity Sensor), tidak seperti sensor mekanik yang lain. Proximity
Sensor dapat mendeteksi objek
tanpa bersentuhan secara
fisik.
4.
JENIS-JENIS SENSOR
4.1.
Sensor Sentuh (Tactile Sensor)
Banyak robot membutuhkan
sensor sentuh sebagai kelengkapannya. Penggunaan sensor sentuh misalnya untuk
mendeteksi keberadaan suatu obyek pada tangan robot dan mencegah tabrakan
antara bot dengan suatu obyek. Di industry sensor jenis ini digunakan untuk
menghitung produk yang dihasilkan dan juga untuk menyesuaikan orientasi suatu
obyek selain juga dapat menggunakan sensor proximity
(sensor jarak).
Sensor sentuh pada dasarnya
adalah saklar dengan berbagai macam variasi bentuknya. Rangkaian sensor sentuh
pada umumnya menggunakan resistor pull-up
ataupun pull-down seperti terlihat
pada Gambar 2. Rangkaian menggunakan resistor pull-up bersifat active low yang berarti rangkaian mengeluarkan
sinyal 1 kecuali saat saklar aktif. Hal ini berkebalikan dengan rangkaian
menggunakan resistor pull-down yang
bersifat active low, yaitu rangkaian
mengeluarkan sinyal 0 kecuali saat saklar aktif. Nilai resistor pull-up dan pull down berkisar antara 1 – 10 kΩ. Dari kedua rangkaian
tersebut, rangkaian pull-up lebih
banyak digunakan dibanding rangkaian pull
down.
Contoh sensor sentuh sederhana berupa sungut (whisker) beserta diagram pengkabelannya terdapat pada Gambar 3.
Rangkaian ini sebetulnya merupakan rangkaian pull up dengan kedua sungut berfungsi sebagai saklar. Rangkaian
akan mengeluarkan sinyal 1 saat sungut tidak tertekan. Jika sungut tertekan
maka sinyal output akan menjadi 0
karena sungut dihubungkan dengan ground.
Pilihan lain yang dapat digunakan sebagai sensor sentuh adalah microswitch yang merupakan saklar SPDT. Microswitch adalah saklar tekan yang aktif
jika ada obyek menyentuh/mendorong tuas dan sering juga disebut sebagai limit
switch. Gambar 4 menunjukkan gambar microswitch
dan contoh rangkaiannya.
Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan sensor sentuh adalah
robot yang menggunakan sensor ini haruslah dapat berhenti secara mendadak
sehingga kurang cocok untuk robot dengan kecepatan tinggi. Untuk deteksi obyek
lebih lanjut dapat digunakan sensor non-kontak seperti ultrasonik ataupun
inframerah.
4.2. Sensor Cahaya
Terdapat
banyak peranti yang dapat digunakan sebagai sensor cahaya antara lain
fotoresistor, fotodioda, dan fototransistor. Berdasarkan panjang gelombangnya
sensor cahaya diklasifikasikan menjadi sensor inframerah, cahaya tampak dan
ultraviolet.
Sensor
cahaya mempunyai banyak kegunaan pada sistem otomasi. Beberapa contohnya antara
lain deteksi kertas pada printer, penentuan banyaknya lampu yang dibutuhkan
suatu ruangan, dan penentuan nyala lampu blitz
pada kamera.
Pada
mobile robot sensor cahaya kebanyakan digunakan untuk dua hal, yaitu penjejak
garis dan deteksi obyek. Robot
penjejak garis menggunakan sensor cahaya untuk menentukan garis yang berwarna
gelap dengan lantai yang berwarna terang atau sebaliknya. Sensor deteksi
obyek dapat dibagi menjadi :
·
sensor
proksimasi : biasanya berupa sensor dengan output biner. Obyek hanya diketahui
jika memasuki zona tertentu di sekitar robot, di luar zona itu obyek diabaikan.
·
sensor
pengukuran jarak : selain mengetahui keberadaan suatu obyek, sensor juga dapat
mengetahui jarak obyek dari robot dalam rentang jarak tertentu.
Selain
kedua penggunaan utama tersebut, sensor cahaya dapat juga digunakan sebagai
pengukur temperatur (inframerah) dan sensor api (ultraviolet).
Fotoresistor
atau sering juga disebut sebagai Light Dependant Resistor adalah resistor yang
mempunyai nilai resistansi yang berubah sesuai dengan intensitas cahaya tampak
yang menimpanya. Elemen pada fotoresistor terbuat dari Cadmium Sulfida (CdS)
yang peka terhadap cahaya tampak. Intensitas cahaya berbanding terbalik dengan
nilai resistansi fotoresistor, atau dengan kata lain sebanding dengan nilai
konduktansinya. Keadaan gelap
menyebabkan nilai resistansi meningkat, sedangkan keadaan terang menyebabkan
nilai resistansi berkurang. Nilai resistansi fotoresistor berkisar antara
beberapa ohm hingga beberapa kilo ohm.
Fotoresistor dihubungkan dengan resistor
lain untuk membentuk rangkaian pembagi tegangan untuk diukur beda tegangannya.
Gambar 5 menunjukkan rangkaian fotoresistor, untuk (a) tegangan output
sebanding dengan intensitas cahaya, sedangkan pada (b) tegangan berbanding
terbalik dengan intensitas cahaya. Nilai R dipilih sehingga nilai Vout diusahakan berada pada rentang 0 – 5
V. Untuk penggunaan umum nilai R dapat dipilih 330 atau 470Ω. Output dari rangkaian fotoresistor dapat
dihubungkan dengan komparator untuk mendapatkan sinyal biner (on/off) ataupun
ADC. Cara lain mengukur nilai resistansi fotoresistor adalah dengan mengukur
waktu RC yang akan dijelaskan pada bagian pengkondisi sinyal. Fotoresistor
mempunyai kelemahan dibanding fototransistor ataupun fotodioda yaitu waktu
responsnya yang relatif lambat.
Fototransistor
adalah transistor (biasanya dari jenis NPN) yang dapat meneruskan arus sesuai
dengan banyaknya intensitas cahaya yang mengenainya. Berbeda dengan
fotoresistor yang peka terhadap cahaya tampak, fototransistor dan juga
fotodioda lebih peka terhadap cahaya pada spektrum inframerah. Cahaya pada
fototransistor menggantikan peranan arus basis, semakin banyak intensitas
cahaya, semakin banyak arus yang dapat dialirkan dari kolektor ke emitor.
Contoh
rangkaian fototransistor ditunjukkan pada Gambar 6. Rangkaian tersebut bersifat
active low, yang berarti tegangan
output berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang diterima. Output
rangkaian fototransistor biasanya dihubungkan dengan pengkondisi sinyal biner
seperti inverting transistor, komparator, ataupun Schmidt trigger.
Fototransistor sering ditemui dalam kemasan berpasangan dengan LED (biasanya
inframerah) membentuk rangkaian optokopler (atau optoisolator) dan optoreflektor.
Fotodioda
merupakan dioda yang peka terhadap cahaya. Dioda pada umumnya hanya dapat
mengalirkan arus dari anoda ke katoda, namun fotodioda dapat mengalirkan arus
yang berarah sebaliknya (dari katoda ke anoda) saat diberi cahaya. Rangkaian
fotodioda mirip dengan rangkaian fototransistor seperti terlihat pada Gambar 7.
Jika diberi cahaya maka tegangan output akan berkurang, begitu juga jika
keadaansebaliknya.
4.3. Sensor Inframerah
Sinar inframerah adalah sinar atau gelombang
elektromagnet yang mempunyai frekuensi lebih rendah (atau dengan kata lain
panjang gelombang lebih besar) dari warna merah. Penggunaan inframerah yang paling populer adalah pada
peranti remote control TV. Pada robot, selain untuk remote control inframerah juga dapat digunakan sebagai sensor
proksimasi ataupun pengukur jarak. Untuk itu diperlukan LED inframerah dan
penerima inframerah, yang memuat detektor inframerah beserta pelengkapnya
seperti tapis, penguat, dan demodulator. Sinar inframerah yang dipancarkan
mempunyai frekuensi 38 – 40 kHz untuk membedakan dengan pancaran sinar
inframerah lain (misal dari lampu atau sinar matahari). Pada penerima
demodulator digunakan mengubah sinyal tersebut menjadi sinyal biner biasa.
Salah satu
contoh sensor inframerah untuk penentuan jarak adalah GPD2D12 dari Sharp. Sensor ini
sebenarnya digunakan untuk peranti peringatan jarak pada mobil dan deteksi
banyaknya kertas pada mesin fotokopi. Output
dari sensor ini adalah bilangan biner 8 bit yang mewakili jarak antara 10 – 80
cm. Prinsip kerja sensor ini adalah mengukur kemiringan pantulan dari sinar
inframerah yang dipantulkan oleh suatu obyek (Gambar 10). Semakin dekat obyek berada semakin besar
pula sudut pantulan sinar inframerah.
Jenis lain sensor inframerah
adalah Passive Infra Red (PIR). PIR
dapat digunakan untuk mendeteksi manusia atau binatang yang ada di dekatnya
melalui radiasi inframerah dari panas tubuh yang dipancarkan. Sensor ini
digunakan misalnya pada pintu otomatis atau sistem alarm.
4.4.
Sensor Ultrasonik
Suara
seperti juga cahaya cenderung untuk melintas dalam lintasan garis lurus dan
dapat terpantulkan oleh suatu obyek pada lintasannya. Di alam terdapat beberapa
hewan yang dapat bernavigasi dengan menggunakan gelombang suara, misalnya ikan
lumba-lumba dan kelelawar. Mereka memancarkan gelombang ultrasonik, yaitu
gelombang suara yang mempunyai frekuensi lebih tinggi daripada frekuensi suara
yang dapat didengar oleh manusia, kemudian menerima gelombang pantulan dari
obyek yang ada di depan hewan-tersebut. Dengan cara seperti ini mereka dapat
mengetahui keberadaan suatu obyek penghalang dan jaraknya meskipun sebagian
dari mereka, yaitu kelelawar, tidak mempunyai indra pengelihatan yang baik.
Untuk
menirukan ikan lumba-lumba dan kelelawar tersebut robot dapat dilengkapi dengan
sensor ultrasonik atau yang dikenal juga sebagai SONAR (Sound Navigating and Ranging). Gelombang ultrasonik dipancarkan
oleh transmiter dan pantulannya diterima oleh receiver. Sonar tidak terpengaruhi oleh warna dan sifat pantulan
cahaya dari obyek, namun kemampuannya akan menurun jika obyek terbuat dari
material tertentu yang dapat menyerap gelombang suara (peredam suara)
Selain sebagai sensor
proksimasi, sensor ultrasonik juga dapat juga digunakan sebagai pengukur jarak
yang cukup akurat. Prinsip kerja sensor jarak ini adalah transmitter
mengirimkan seberkas gelombang ultrasonik, lalu diukur waktu yang dibutuhkan
hingga datangnya pantulan dari obyek. Lamanya waktu ini sebanding dengan dua
kali jarak sensor dengan obyek, sehingga jarak sensor dengan obyek dapat
ditentukan persamaan:
soby = jarak sensor dengan
obyek
cud = kecepatan suara pada
media udara
t = waktu antara sinyal
dipancarkan dan diterima pantulannya
Kecepatan suata pada media
udara dipengaruhi oleh temperatur dan juga kelembaban. Untuk media udara pada
temperatur 200C kecepatan suara adalah 344,8 m/s.
Salah satu contoh sensor
jarak ultrasonik adalah Ping))) dari Parallax. Sensor ini mempunyai tiga buah
pin yang masing-masing dihubungkan dengan ground, tegangan catu daya, dan
sebuah pin I/O. Kontroler memerintahkan Ping))) untuk memancarkan seberkas sinyal
ultraviolet dengan cara memberikan sinyal pulsa 10 μs melalui
pin I/O. Setelah memancarkan sinyal ultraviolet Ping))) akan memberikan sinyal
high ke kontroler yang akan berubah menjadi low saat Ping))) menerima sinyal
pantulan dari obyek. Kontroler
menghitung waktu sinyal high tersebut dan kemudian dikonversikan menjadi jarak.
4.5. Enkoder
Untuk
mengukur posisi poros motor dan kecepatannya digunakan enkoder. Enkoder adalah
peranti untuk mengukur gerak dengan output berupa rangkaian pulsa digital.
Dengan mencacah bit tunggal atau melakukan dekoding rangkaian bit, pulsa dapat
dikonversikan menjadi posisi absolut atau inkremental. Jenis enkoder yang
banyak digunakan adalah enkoder magnetik dan enkoder optik.
Enkoder
magnetik menggunakan sensor efek Hall sebagai detektor magnet. Pada poros
dipasangkan sejumlah magnet (atau dapat juga hanya berupa takikan/tonjolan pada
poros), misalnya 16 buah, yang menghasilkan output pulsa dengan jumlah yang
sama setiap putaran porosnya.
Enkoder optik biasanya
menggunakan LED inframerah sebagai simber cahaya, fototransistor atau foto
dioda sebagai detektor cahaya serta suatu piringan. Terdapat dua prinsip kerja
yang dapat digunakan sebagai penghasil rangkaian pulsa. Yang pertama adalah
berdasarkan warna hitam-putih (atau gelap-terang) pada piringan enkoder (Gambar
17a), yang kedua berdasarkan ada tidaknya lubang pada piringan enkoder (Gambar
17b)
Enkoder
dibedakan menjadi enkoder inkremental dan enkoder absolut. Enkoder inkremental
menghasilkan pulsa digital yang dihitung untuk menentukan perpindahan relatif
poros. Enkoder absolut menggunakan piringan yang memiliki beberapa jalur/track
berupa kode digital untuk menunjukkan posisi absolut poros. Berdasarkan kode
digital yang digunakan terdapat dua jenis piringan, yaitu yang menggunakan kode
biner dan gray-code. Gray-code adalah modifikasi dari kode biner yang digunakan untuk mencegah
kesalahan baca dari fototransistor. Pada gray-code
ini setiap transisi dari sektor yang bertetangga menyebabkan perubahan hanya 1
bit.
Enkoder digunakan pada mobile robot terutama untuk aplikasi
odometri. Odometri adalah penentuan posisi dan orientasi robot di ruang relatif
terhadap suatu referensi berdasarkan jumlah putaran rodanya.
4.6.
Kompas
Kompas adalah sensor yang menunjukkan
arah/orientasi robot pada bidang mendatar yang digunakan sebagai alat bantu
navigasi robot. Gambar 18 menunjukkan salah satu contoh kompas yaitu modul
CMPS03 dari Devantech. Modul ini menggunakan sensor medan magnet Philips KMZ51
untuk mengukur medan magnet bumi. Output
sensor ini dapat berupa PWM atau I2C. Jika dipilih PWM, maka output akan
mengeluarkan pulsa selama 1 ms untuk 00 hingga 36,99ms untuk 359,990,
dengan kata lain mempunyai sensitivitas 0,1 ms/0 dan offset 1 ms.
Untuk I2C modul mengirimkan data yang dapat berupa byte (0 – 255) atau word (0 – 3599) untuk satu putarannya.
Modul sensor ini dapat dikalibrasi ulang dengan metode manual ataupun I2C.
4.7.
Akselerometer
Akselerometer adalah sensor
yang digunakan untuk mengukur percepatan (perubahan kecepatan). Pada robot
akselerometer dapat digunakan pada robot untuk aplikasi antara lain robot
swatimbang (self balanced robot),
robot berjalan, deteksi benturan, detektor getaran, dan deteksi G-force. Salah satu contoh akselerometer
adalah modul Memsic MX2125 dari Parallax. Sensor ini dapat mengindra percepatan
pada dua sumbu.
Output dari sensor ini
adalah PWM yang menunjukkan hubungan
dengan
A = besarnya percepatan, g
T1 = waktu saat pulsa high
T2 = waktu total = 10 ms
5.
SIMPULAN
Sensor adalah
alat untuk mendeteksi/mengukur sesuatu yang digunakan untuk mengubah variasi
mekanis, magnetis, panas, sinar dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik.
Sensor itu sendiri terdiri dari transduser dengan atau tanpa penguat/pengolah
sinyal yang terbentuk dalam satu sistem pengindera. Dalam lingkungan sistem
pengendali dan robotika, sensor memberikan kesamaan yang menyerupai mata, pendengaran,
hidung, lidah yang kemudian akan diolah oleh kontroller sebagai otaknya.
0 Response to "Pengertian Kecerdasaan Buatan"
Post a Comment