RANCANG BANGUN WAHANA PERMUKAAN TAK

BERAWAK (UNMANNED SURFACE VEHICLE (USV))

MAHESA GLAGAH AGUNG SATRIA

DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2015

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Rancang Bangun

Wahana Permukaan Tak Berawak (Unmanned Surface Vehicle (USV)) adalah

benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam

bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal

atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain

telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir

skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut

Pertanian Bogor.

Bogor, November 2015

Mahesa Glagah Agung Satria

NIM C54110065

ABSTRAK

MAHESA GLAGAH AGUNG SATRIA. Rancang Bangun Wahana Permukaan

Tak Berawak (Unmanned Surface Vehicle (USV)). Dibimbing oleh INDRA JAYA

dan YOPI NOVITA.

Wahana permukaan tak berawak (unmanned surface vehicle (USV))

merupakan sebuah wahana (vehicle) berbentuk kapal di permukaan (surface) air

yang dapat bergerak tanpa awak di dalamnya. USV dapat digunakan di perairan

yang tidak dapat dilalui kapal dengan awak. Perkembangan USV di dunia sudah

pesat, namun tidak diimbangi perkembangannya di Indonesia. Penelitian ini

bertujuan membuat USV yang bersifat semi-autonomous secara sederhana.

Tahapan pembuatannya meliputi perancangan alat, uji laboratorium dan uji lapang.

Perancangan alat terdiri dari pembuatan cashing, perancangan elektronik, dan

perancangan perangkat lunak. USV yang dibuat dapat bergerak secara otomatis

(autonomous) mengikuti waypoint yang telah dibuat dan dapat bergerak secara

manual dengan kendali menggunakan remote. Uji laboratorium dilakukan dengan

mengukur waktu oleng wahana di atas air dan mengukur akurasi GPS. Uji lapang

dilakukan dengan menjalankan wahana pada lintasan berbentuk lurus, zigzag,

parallel, dan berbentuk seperti huruf S. Waktu oleng wahana sebesar 3 detik,

akurasi GPS pada CEP 50% sebesar 1,9377 meter dan pada 2DRMS 95% sebesar

4,757 meter. Nilai error didapatkan dari selisih jarak antara titik waypoint dengan

lintasan aktual yang dilalui oleh wahana terhadap sumbu x dan sumbu y. Nilai error

terbesar pada sumbu x sebesar 4,82 meter yaitu pada lintasan parallel, sedangkan

pada sumbu y sebesar 4,49 meter yaitu pada lintasan berbentuk huruf S. Pada uji

lapang, wahana melaju dengan kecepatan 0,822 m/s atau sekitar 1,59784 knot.

Kata kunci: 2DRMS, CEP, GPS, katamaran, USV, waypoint

ABSTRACT

MAHESA GLAGAH AGUNG SATRIA. Designing and Constructing Unmanned

Surface Vehicle (USV). Supervised by INDRA JAYA and YOPI NOVITA.

Unmanned surface vehicle (USV) is a vehicle that move on the water surface

without a crew in it. USV development in the world has been rapid, but not in

Indonesia. This research aims to make USV that are semi-autonomous system.

Stages of manufacturing includes design and contructing, laboratory tests and field

test. Designing and constructing consists of manufacture of cashing, electronic box,

and software development. USV can be moved automatically to follows the

waypoint that was created and can also be moved manually using the remote

control. Laboratory tests conducted by measuring rolling duration on the water and

measure the accuracy of GPS. Rolling duration is around 3 s, the accuracy of GPS

in CEP 50% is 1,9 m and in 2DRMS 95% is 4,7 m. Field test were conducted by

running a vehicle on a straight path, zigzag, parallel, and “S” path. Error values

were obtained from difference distance between waypoint with the actual path on

the x-axis and y-axis. Highest error values on the x-axis is 4,8 m which is on parallel

trajectory, while the y-axis is 4,4 m which is on “S” trajectory. In the field test, the

vehicle drove at 0,8 m/s of speed, or about 1,6 knots.

Keywords: 2DRMS, catamarans, CEP, GPS, USV, waypoint

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Ilmu Kelautan

pada

Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan

RANCANG BANGUN WAHANA PERMUKAAN TAK

BERAWAK (UNMANNED SURFACE VEHICLE (USV))

MAHESA GLAGAH AGUNG SATRIA

DEPARTEMEN ILMU DAN TEKNOLOGI KELAUTAN

FAKULTAS PERIKANAN DAN ILMU KELAUTAN

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2015

Judul Skripsi : Rancang Bangun Wahana Permukaan Tak Berawak (Unmanned

Surface Vehicle (USV))

Nama : Mahesa Glagah Agung Satria

NIM : C54110065

Disetujui oleh

Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc

Pembimbing I

Dr. Yopi Novita, S.Pi, M.Si

Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr. Ir. I Wayan Nurjaya, M.Sc

Ketua Departemen

Tanggal Lulus:

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas berkat rahmat

dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul

“Rancang Bangun Wahana Permukaan Tak Berawak (Unmanned Surface

Vehicle (USV))”. Karya tulis ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk

memperoleh gelar Sarjana Ilmu Kelautan pada Fakultas Perikanan dan Ilmu

Kelautan.

Ucapan terima kasih penulis sampaikan kepada:

1. Prof. Dr. Ir. Indra Jaya, M.Sc dan Dr. Yopi Novita, S.Pi, M.Si selaku dosen

pembimbing yang selalu memberi arahan serta masukan yang berharga.

2. Dr. Ir. Tri Prartono, M.Sc selaku dosen penguji tamu atas kesediaan, kritik dan

saran yang telah diberikan.

3. Keluarga atas dukungan dan doanya.

4. Staf Laboratorium Akustik dan Instrumentasi Kelautan.

5. Staf pengajar dan administrasi dari Program Studi Ilmu dan Teknologi

Kelautan.

6. Aditya Ramanda dan Billi Rifa Kusumah sebagai teman diskusi dalam

penelitian.

7. Muhammad Iqbal, S.Pi, M.Si yang senantiasa memberi masukan dan banyak

ilmu baru.

8. Nuris Setyowati atas masukan dan motivasi dalam penyelesaian skripsi.

9. Teman-teman Diklat MIT-03 dan seluruh keluarga besar MIT Club yang

mengajarkan banyak ilmu bermanfaat.

10. Teman-teman ITK 48 yang memberikan semangat tersendiri bagi penulis.

11. Pihak-pihak yang membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.

Penulis menyadari bahwa penulis hanyalah manusia biasa yang tak luput dari

kekhilafan. Oleh karena itu, segala bentuk kritik dan saran yang membangun

sangatlah diperlukan untuk memperbaiki kesalahan yang ada. Akhir kata semoga

penelitian ini dapat digunakan untuk kemajuan dunia kelautan dan kesejahteraan

masyarakat. Amin Ya Rabbal Alamin.

Bogor, November 2015

Mahesa Glagah Agung Satria

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan Penelitian 1

Manfaat Penelitian 2

METODE 2

Waktu dan Tempat Penelitian 2

Alat dan Bahan 2

Prosedur Penelitian 3

HASIL DAN PEMBAHASAN 10

Hasil Rancang Bangun 10

Uji Laboratorium 22

Uji Lapang 23

SIMPULAN DAN SARAN 28

Simpulan 28

Saran 28

DAFTAR PUSTAKA 28

LAMPIRAN 30

RIWAYAT HIDUP 33

DAFTAR TABEL

1 Alat yang digunakan dalam penelitian 2 2 Bahan yang digunakan dalam penelitian 3 3 Konfigurasi Arduino dengan perangkat lain 13

DAFTAR GAMBAR

1 Tahapan pelaksanaan penelitian 4 2 Diagram alir pembuatan casing (Fyson 1985) 4 3 Desain wahana unmanned surface vehicle (USV) 5 4 Hubungan fungsional elektronik unmanned surface vehicle (USV) 6

5 Skematik rangkaian elektronik unmanned surface vehicle (USV) 7

6 Hasil rancang bangun wahana permukaan tak berawak (unmanned

surface vehicle (USV)) 11

7 Modul Arduino Mega 2560 12 8 Rangkaian elektronik Arduino Mega 2560 12 9 Modul HMC5883L 13

10 Rangkaian modul HMC5883L 14 11 Modul ADXL345 14 12 Rangkaian modul ADXL345 14

13 Modul GPS u-blox Neo 6M (kanan) dan antena eksternal (kiri) 15 14 Data NMEA 0183 GPS 15

15 Modul mikro SD Catalex 16 16 Rangkaian modul mikro SD Catalex 16 17 Modul KYL-1020U 17

18 Diagram alir perangkat lunak unmanned surface vehicle (USV) 18

19 Tampilan user interface dengan Google Earth dan Python 20 20 Contoh waypoint yang digunakan 21 21 Grafik rolling duration unmanned surface vehicle (USV) 22 22 Uji akurasi GPS U-Blox Neo 6M selama 60 menit 23

23 Nilai error uji lintasan “lurus” pada sumbu x dan/atau sumbu y 24 24 Nilai error uji lintasan “zigzag” pada sumbu x dan/atau sumbu y 25 25 Nilai error uji lintasan “paralel” pada sumbu x dan/atau sumbu y 26 26 Nilai error uji lintasan “S” pada sumbu x dan/atau sumbu y 27

DAFTAR LAMPIRAN

1 Dokumentasi penelitian 30

2 Waypoint yang digunakan pada uji lapang 31

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Unmanned surface vehicle (USV) adalah suatu wahana tanpa awak yang

dioperasikan di permukaan (surface) untuk keperluan tertentu. USV juga dikenal

dengan sebutan autonomous surface vehicle (ASV) karena menggunakan global

positioning system (GPS) dalam penentuan arah tujuan pergerakan wahana tersebut

(Manley 2008). USV merupakan dasar inovasi dari teknologi muatan tinggi (high-

payload), desain kapal kecil berkecepatan tinggi dan sistem tak berawak untuk

menyediakan kemampuan wahana permukaan tak berawak terhadap berbagai misi

(Ru-jian et al 2010).

USV dapat digunakan di perairan yang tidak dapat dilalui oleh kapal dengan

awak, termasuk lingkungan dengan tingkat ancaman yang tinggi atau area yang

telah terkontaminasi nuklir, biologi, atau bahan kimia (Ru-jian et al 2010). Selain

itu, USV juga dapat digunakan untuk survei perairan dangkal, militer untuk

mengantar senjata, pengumpulan data lingkungan, dan berkoordinasi dengan

wahana otomatis bawah air (AUV). Jika dibandingkan dengan AUV dalam sistem

otomasi, tingkat akurasi USV jauh lebih baik dari AUV karena ketersediaan global

positioning system (GPS) (Naeem et al 2007). Penggunaan USV dalam pemetaan

batimetri memiliki beberapa keuntungan. Pertama, USV merupakan sebuah wahana

tak berawak sehingga tidak membahayakan seseorang pada kondisi laut yang tidak

terduga. Kedua, data yang didapatkan lebih baik karena posisi pemasangan sonar

dan antena GPS yang berdekatan dan stabilitas yang lebih baik. Ketiga, adaptasi

wahana terhadap keadaan laut dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Keempat,

pengoperasian secara otomatis dapat mengurangi human error dalam survei.

Perkembangan USV di dunia sudah pesat. Saat ini survei batimetri dan

oseanografi dapat dilakukan dengan menggunakan USV, seperti Delfim, Sesamo,

IRIS, SCOUT, dan ROAZ, yang dapat digunakan pada perairan tawar maupun laut

(Ferreira et al 2009). Seiring berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi USV

untuk berbagai keperluan, perkembangan ini belum diikuti secara baik di Indonesia.

Pengambilan data oseanografi maupun survei hidrografi di Indonesia pada

umumnya menggunakan kapal riset yang membutuhkan tenaga manusia yang

cukup banyak dan biaya operasional yang cukup besar, serta tidak dapat

dioperasikan pada perairan dangkal ataupun pesisir dekat garis pantai. USV

merupakan suatu pengembangan untuk mengatasi keterbatasan tersebut.

Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini, yaitu :

1. Menghasilkan rancang bangun unmanned surface vehicle (USV) yang bersifat

semi-autonomous secara sederhana dan mudah digunakan.

2. Mendapatkan informasi mengenai kinerja unmanned surface vehicle (USV)

yang telah dibuat.

2

Manfaat Penelitian

Penelitian ini memiliki manfaat yaitu :

1. Sebagai sarana pengembangan teknologi unmanned surface vehicle (USV) di

Indonesia.

2. Sebagai metode alternatif untuk memudahkan dalam akuisisi data pada suatu

perairan.

METODE

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan pada bulan Maret – September 2015. Perancangan dan

pembuatan wahana dilakukan di Workshop, Laboratorium Akustik dan

Instrumentasi Kelautan, Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan, Fakultas

Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. Uji coba wahana dilakukan

di kolam Departemen MSP, danau LSI IPB dan Situ Gede.

Alat dan Bahan

Alat yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1 Alat yang digunakan dalam penelitian

Alat Tipe/Nilai Fungsi

Gergaji

Elektrik

Krisbow Memotong komponen

Laptop Asus A43E,

Windows 8.1 pro

Merancang perangkat keras dan lunak

serta pengolahan data

Solder 40 W Menyolder antar komponen elektronik

Multimeter

Digital

Untuk mengukur tegangan, arus dan

hambatan serta hubungan antar

komponen

Programer FTDI USB to TTL Mengunduh firmware ke

mikrokontroler

ISIS Proteus 7 Professional Untuk membuat rangkaian skematik

Arduino IDE Versi 1.6.3 Membuat firmware

Microsoft

Excel

Versi 2013 Pengolahan data

Bor Elektrik Krisbow Melubangi komponen

Gerinda Krisbow Memotong komponen

DELFship Versi 7.14 free Untuk membuat desain kapal

Google Earth Pro v4.2.0180 Membuat rencana perjalanan wahana

Obeng dan

Tang

Untuk memasang dan membuka mur

dan baut

Amplas

Elektrik

Krisbow Mengamplas komponen

3

Bahan yang digunakan dalam penelitian dapat dilihat pada Tabel 2.

Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian dilakukan dengan mengikuti tahapan sebagaimana

disajikan pada Gambar 1. Tahapan penelitian diawali dengan melakukan

perancangan alat yang terdiri dari perancangan mekanik, perancangan sistem

elektronik dan perancangan perangkat lunak. Setelah melakukan perancangan alat,

tahapan selanjutnya adalah melakukan uji laboratorium dan uji lapang.

Tabel 2 Bahan yang digunakan dalam penelitian

Alat Tipe/Nilai Jumlah

Mikrokontroler Arduino Mega 2560 1 buah

Transmitter + Receiver HK-GT2 2.4GHz 1 buah

GPS + Antenna Neo Ublox 6M 1 buah

Sensor Accelerometer ADXL345 1 buah

Sensor Gyroscope L3G4200D 1 buah

Sensor Magnetometer HMC5883L 1 buah

Sensor Pressure BMP085 1 buah

UBEC 5v 3A 1 buah

Modul Micro SD Catalex v1.0 1 buah

Micro SD card V-Gen 2 GB 1 buah

Timah 5 m 1 buah

Motor Brushless DC 1080 KV 2 buah

Motor Servo Mikro SG90 9g 180o 2 buah

Propeller 2 bilah 2 buah

Electronic Safety Control (ESC) Hobby King 30A 2 buah

Catu daya Li-Po Zippy 5000 mAh

Li-Po LPB 3300 mAh

2 buah

1 buah

Triplek 1 lembar

Lem Araldite 1 buah

Dextone 1 buah

Alumunium Lembar (65 cm x 10 cm) 1 buah

Pipa ½ inch 1 buah

RF Transceiver + Antenna KYL-1020U 2 buah

Mur + Baut ø 3 mm 30 pasang

Polyurethane 1 botol

Dempul plastic + katalis 1 kaleng

Pipa PVC 3 inch 1 buah

Spacer 1 cm 2 buah

4

Gambar 1 Tahapan pelaksanaan penelitian

Perancangan Alat

Perancangan Mekanik / Casing

Casing yang dibuat merupakan badan kapal tempat komponen elektronik dan

catu daya disimpan. Bentuk kapal dirancang dengan konsep kapal berjenis

katamaran. Tipe kapal ini memiliki dua buah lambung utama (hulls) yang simetris

pada sisi kanan dan kiri. Konstruksi lambung yang demikian memungkinkan kapal

bergerak (maneuver) lebih seimbang dengan ukuran kapal yang relative besar serta

memiliki daya angkut yang lebih besar. Casing terdiri dari bagian atas (kerangka

alumunium) dan bagian bawah (lambung kapal). Pembuatan casing mengikuti

tahapan pada Gambar 2.

Mempersiapkan daftar barang muatan

Menghitung dimensi / ukuran wahana

Memilih jenis dan bentuk lambung kapal

Memperkirakan bobot wahana dengan dan tanpa muatan

Membuat desain rancangan wahana

Pemilihan material pembuatan wahana

Pembuatan wahana

Gambar 2 Diagram alir pembuatan casing (Fyson 1985)

Daftar barang muatan diperlukan untuk mengestimasi dimensi kapal yang

akan dibuat. Dimensi kapal yang dibuat terdiri dari panjang kapal, lebar kapal, dan

tinggi kapal disesuaikan dengan dimensi muatan yang akan diletakkan pada kapal.

Kapal jenis katamaran dipilih karena pada penelitian ini lebih mengedepankan

faktor daya muat dan stabilitas kapal dibandingkan kemampuan maneuver kapal.

Lambung kapal dibuat berbentuk bundar untuk meminimalisir resistansi ketika

5

kapal melaju di atas permukaan air. Material yang digunakan dalam pembuatan

wahana tersebut menggunakan pipa PVC yang mudah didapatkan dan juga

memiliki bobot yang ringan, serta alumunium lembaran tebal 1 mm yang ringan.

Sistem propulsi diletakkan pada bagian belakang hull untuk menggerakkan wahana

di atas permukaan air. Penggunaan motor brushless pada propulsi dikarenakan

motor brushless memiliki kecepatan yang cukup cepat yaitu 1060 rpm per volt

dengan torsi yang cukup tinggi. Karena penggunaan motor brushless dengan

kecepatan yang cukup tinggi maka propeller yang digunakan memiliki dua bilah

baling-baling. Pembuatan wahana mengikuti desain seperti ditunjukkan pada

Gambar 3.

Pembuatan lambung kapal menggunakan bahan pipa PVC yang diisi dengan

busa poliuretan (polyurethane foam) untuk meminimalisir kemungkinan tenggelam

akibat kebocoran. Menurut Manohar et al (2001), busa poliuretan lebih mudah

dibentuk karena memiliki tekstur yang lebih lunak, serta memiliki stabilitas yang

cukup signifikan dibandingkan dengan bahan lainnya. Pipa PVC dipilih sebagai

bahan pembuatan lambung kapal karena memiliki konstruksi yang kuat dan kokoh,

serta cukup mudah dalam pembuatannya sebagai lambung kapal. Setelah

pembuatan lambung kapal dilanjutkan pembuatan rangka bagian atas kapal dengan

menggunakan bahan alumunium.

Pembuatan kerangka dilakukan dengan menggunakan alumunium karena

memiliki ketahanan terhadap air (tidak korosi) dan juga kuat dengan bobot yang

ringan. Dua buah lambung kapal yang telah dibuat kemudian dihubungkan satu

dengan lainnya menggunakan kerangka kapal tersebut.

Gambar 3 Desain wahana unmanned surface vehicle (USV)

6

Perancangan Sistem Elektronik

Sistem elektronik USV terdiri atas beberapa bagian, yaitu Arduino Mega

2560 sebagai pusat pengendali, GPS sebagai penentu posisi koordinat, HMC5883L

sebagai penentu arah orientasi, ADXL345 sebagai sensor akselerometer, Electronic

Speed Control sebagai driver pada motor brushless, motor brushless sebagai motor

penggerak wahana, motor servo untuk mengendalikan arah gerak wahana, micro

SD sebagai media penyimpanan data, dan KYL-1020U untuk mengirimkan data ke

ground segment. Beberapa bagian membutuhkan pasokan daya yang berbeda

dengan bagian yang lainnya. Bagian GPS, ADXL345, HMC5883L, micro SD,

motor servo dan KYL-1020U membutuhkan pasokan daya 5VDC. Bagian motor

brushless dapat diberi pasokan daya hingga 12VDC (3 cell baterai Li-Po). RF

transmitter mengirimkan informasi posisi wahana dan data hasil akuisisi.

Hubungan fungsional antara semua bagian elektronik dapat dilihat pada Gambar 4.

UBEC 3A 5V

Arduino Mega 2560

HMC5883L

ADXL345

GPS U-blox Neo 6M

KYL-1020U

Motor Servo

Motor BrushlessESC 30A

Tegangan

Data (wired) Laptop KYL-1020U

Data (wireless)

Batt Li-Po 3S 3000mAh

Batt Li-Po 2S 5000mAh

Batt Li-Po 2S 5000mAh ESC 30A Motor Brushless

RX

TX

Gambar 4 Hubungan fungsional elektronik unmanned surface vehicle (USV)

Hubungan fungsional elektronik unmanned surface vehicle di atas dijadikan

dasar dalam menghubungkan tiap komponen elektronik. Pembuatan rangkaian

elektronik diawali dengan pembuatan skematik rangkaian elektronik. Skematik

rangkaian elektronik dapat dilihat pada Gambar 5.

7

Gambar 5 Skematik rangkaian elektronik unmanned surface vehicle (USV)

Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak pada sistem mikrokontroler disebut juga dengan firmware.

Perancangan firmware dilakukan dengan menggunakan Arduino IDE versi 1.6.3.

Firmware yang telah dibuat kemudian diunduh ke mikrokontroller Arduino Mega

2560. Perangkat lunak yang dibuat memiliki empat fungsi utama yaitu, menentukan

arah tujuan wahana berdasarkan waypoint, menerima data kompas, roll, posisi

8

koordinat berdasarkan GPS, melakukan penyimpanan data, serta mengirimkan data

ke groud segment.

Wahana yang dibuat dapat bersifat autonomous. Menurut Taufik (2013),

sistem navigasi pada wahana autonomous dapat diartikan sebagai suatu

kemampuan untuk memandu pergerakan dari suatu posisi ke posisi yang lain yang

dituju melalui penentuan posisi dan arah geraknya. Sistem navigasi wahana

dirancang dengan berbasis posisi dengan metode waypoint. Data yang diterima oleh

ground segment ditampilkan dalam user interface. User interface didesain

menggunakan bahasa pemrograman Python dan software Google Earth.

Uji Laboratorium

Tahap ini dilakukan untuk menentukan stabilitas dan akurasi GPS yang

digunakan. Uji stabilitas dilakukan di kolam Departemen MSP. Uji stabilitas

dilakukan dengan melihat gerak roll dan menghitung rolling duration, yaitu lama

waktu yang dibutuhkan kapal saat oleng hingga kembali ke posisi semula. Kapal

yang diuji diolengkan / dimiringkan pada kemiringan maksimal kemudian dilepas.

Sudut yang terbentuk selama kapal oleng dicatat beserta waktunya untuk kemudian

dibuat grafik. Persen reduksi oleng didapatkan dari perbandingan sudut oleng

pertama dan oleng kedua. Persen reduksi oleng yang didapatkan kemudian

dibandingkan dengan persen reduksi oleng kapal jenis mono hull yang didapatkan

pada penelitian sebelumnya. Nilai sudut kemiringan kapal (roll) didapatkan dengan

menggunakan sensor akselerometer ADXL345 dengan perhitungan sebagai

berikut:

ρ=arctan

(

AX

√AY2

+AZ2

)

φ=arctan

(

AY

√AX2

+AZ2

)

Keterangan :

ρ = Pitch (derajat)

φ = Roll (derajat)

Ax = Akselerasi pada sumbu x

Ay = Akselerasi pada sumbu y

Az = Akselerasi pada sumbu z

(Tuck 2007)

Pengujian akurasi GPS dilakukan di Gedung Marine Center lantai enam

dengan merekam data posisi pada satu lokasi selama satu jam. Data posisi yang

telah didapatkan kemudian dihitung nilai standar deviasinya untuk dimasukkan

pada analisa nilai akurasinya. Nilai akurasi GPS yang didapatkan saat uji

laboratorium dibandingkan dengan nilai akurasi GPS yang didapatkan dari

datasheet GPS yang digunakan. Perhitungan nilai akurasi GPS dilakukan dengan

menggunakan persamaan 3 dan 4.

.......................... (1)

........................... (2)

9

Keterangan :

σx = standar deviasi easting

σy = standar deviasi northing

CEP = Circular Error Probable

2DRMS = Twice the Distance Root Mean Square

(Pfost et al 1998)

Dalam menghitung nilai akurasi GPS, data posisi yang telah direkam dalam

bentuk lintang dan bujur dikonversi ke dalam bentuk easting dan northing untuk

memudahkan perhitungan.

Uji Lapang

Uji lapang dimaksudkan untuk menguji kinerja unmanned surface vehicle

(USV) dalam mengikuti rute yang ada. Uji lapang dilakukan di Situ Gede dengan

menjalankan wahana berdasarkan waypoint yang telah ditentukan. Waypoint yang

digunakan pada uji lapang membentuk suatu rute yang dibagi dalam empat buah

rute, yaitu rute lurus, zigzag, parallel dan huruf S. Wahana dijalankan secara

otomatis dan merekam data posisi berdasarkan GPS. Nilai posisi GPS saat wahana

berjalan diselisihkan dengan waypoint yang ada untuk melihat seberapa besar

selisih atau error jarak lintasan. Nilai error lintasan dibandingkan dengan nilai

akurasi GPS yang telah didapatkan.

Wahana berjalan secara otomatis dengan menghitung jarak antara wahana

dan lokasi waypoint yang dituju serta menghitung arah hadap kapal terhadap

waypoint. Wahana menghitung jarak terhadap waypoint dengan menggunakan

persamaan haversine (5) dan untuk menghitung arah hadap kapal terhadap waypoint

dengan menggunakan persamaan 6.

a= sin2(∆φ 2⁄ )+ cos(φ

1) . cos(φ

2) .sin

2( ∆λ 2⁄ )

c= 2.atan2(√a,√(1-a)) d= R.c ............................................... (5)

θ=atan2( sin ∆λ . cos φ2 , cos φ

1. sin φ

2- sin φ

1. cos φ

2. cos ∆λ ) ....... (6)

Keterangan :

𝜑 = latitude

𝜆 = longitude

R = jari-jari bumi (rataan jari-jari bumi = 6,371 Km)

(Bhatia dan Saba 2013)

CEP= 0.59 (σx+ σy) ……………... (3)

2DRMS=2 √σx2+ σy

2 ……………... (4)

10

Selisih arah hadap wahana menuju waypoint dengan arah hadap wahana

aktual digunakan untuk mengarahkan wahana agar wahana dapat mengarah dengan

benar. Arah hadap kapal secara aktual didapatkan menggunakan sensor

magnetometer HMC5883L dengan persamaan berikut :

He=arcTan ( Yh Xh⁄ ) .............................. (7)

Keterangan :

He = Arah kompas (derajat)

Yh = Nilai pada sumbu y bidang datar magnet bumi

Xh = Nilai pada sumbu x bidang datar magnet bumi

(Caruso 2000)

Nilai Yh dan Xh mewakili bidang datar magnet bumi. Jika posisi wahana

miring maka sudut kemiringan (roll, pitch) harus ikut diperhitungkan, sehingga

digunakan persamaan berikut:

Xh=X* cos(ϕ)+Y* sin(θ) * sin(ϕ) -Z* cos(θ) * sin(ϕ) Yh=Y* cos(θ)+Z* sin(θ) ........... (8)

Keterangan :

X = Nilai magnet pada sumbu x

Y = Nilai magnet pada sumbu y

Z = Nilai magnet pada sumbu z

𝛷 = Nilai pitch (derajat)

𝛩 = Nilai roll (derajat)

(Caruso 2000)

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil Rancang Bangun

Hasil rancang bangun unmanned surface vehicle (USV) pada penelitian ini

dapat dilihat pada Gambar 6. Pembuatan hull kapal menggunakan bahan pipa PVC

berukuran 3 inchi sehingga mudah untuk dibuat. Bagian rangka alumunium

memiliki bobot yang ringan namun kokoh, sehingga tidak membuat bobot wahana

menjadi berat. USV ini memiliki panjang total 77 cm, lebar total 52,5 cm dan tinggi

total 50 cm sudah termasuk antena. Ukuran tersebut cukup ideal untuk muatan yang

tidak terlalu berat.

11

Gambar 6 Hasil rancang bangun wahana permukaan tak berawak (unmanned

surface vehicle (USV))

Wahana berbentuk kapal dengan tipe katamaran. Pemilihan tipe lambung

katamaran dikarenakan tipe tersebut memiliki beberapa keunggulan, antara lain

power engine yang dipergunakan lebih kecil 45%, daya yang dihemat mencapai

40%, deck di atas kapal lebih luas serta menghasilkan sudut oleng yang relatif kecil

(Hadi 2009).

Wahana menggunakan propeller berbahan alumunium dengan dua buah daun

propeller, diameter propeller 72 mm dan diameter hub propeller 6,35 mm. Menurut

Ismail (2010), propeller sangat berpengaruh terhadap kecepatan suatu kapal, karena

fungsinya adalah mengubah daya putar dari motor menjadi daya dorong. Desain

propeller yang buruk menjadi penyebab borosnya bahan bakar, dalam hal ini

baterai. Jumlah daun propeller mempengaruhi efisiensi propeller, semakin sedikit

jumlah daun propeller maka semakin tinggi nilai efisiensi propeller. Beban yang

ditanggung oleh masing-masing daun propeller akan semakin tinggi jika jumlah

daun propeller semakin sedikit.

USV yang dilengkapi dengan perangkat elektronik memiliki bobot 4 kg,

sedangkan bobot tanpa dilengkapi perangkat elektronik sebesar 2,7 kg. Wahana

mampu mengangkut beban sebesar 4 kg selain perangkat elektronik di dalamnya.

Wahana yang mengapung di permukaan air memiliki bobot yang lebih kecil

dibandingkan gaya apungnya.

12

Sistem Elektronika

Rangkaian utama Arduino Mega 2560

Arduino Mega 2560 (Gambar 7) merupakan sebuah modul dengan rangkaian

minimum mikrokontroler ATmega2560. Mikrokontroler ini sudah memiliki

bootloader di dalamnya, sehingga dapat diprogram ulang dengan menggunakan

Arduino IDE melalui jalur komunikasi Universal Asyncronous Receiver /

Transmitter (UART). Dalam rangkaian minimum ini terdapat kristal eksternal

sebesar 16MHz yang merupakan nilai maksimum kristal yang dibutuhkan

ATmega2560, sehingga memungkinkan proses instruksi perintah berjalan lebih

cepat (Atmel 2014). Gambar 8 menunjukkan rangkaian utama Arduino Mega 2560.

Gambar 7 Modul Arduino Mega 2560

Gambar 8 Rangkaian elektronik Arduino Mega 2560

13

Konfigurasi pin Arduino dengan beberapa perangkat ditunjukan Tabel 3.

Tabel 3 Konfigurasi Arduino dengan perangkat lain

Perangkat Pin Keterangan

HMC5883L SDA SDA

SCL SCL

ADXL345 SDA SDA

SCL SCL

GPS U-blox Neo 6M RX1 RX Data

KYL-1020U RX3 RX Data

Micro SD Card Module Catalex D50 MISO

D51 MOSI

D52 SCK

D53 CS

Electronic Savety Controler D7 PWM signal

Motor Servo D6 PWM signal

Receiver Remote Control D23 Input Channel 3

D25 Input Channel 1

D27 Input Channel 2

Rangkaian HMC5883L

Modul HMC5883L (Gambar 9) digunakan sebagai sensor magnetometer

yang menghasilkan nilai kompas atau arah dalam bentuk derajat dengan antarmuka

I2C (Two Wire). Pin yang digunakan pada mikrokontroler untuk komunikasi ini

adalah pin SDA dan SCL. Sensor ini memiliki tiga sumbu dalam pengukuran nilai

magnetnya, yaitu sumbu x, sumbu y, dan sumbu z.

Gambar 9 Modul HMC5883L

14

Gambar 10 Rangkaian modul HMC5883L

Rangkaian ADXL345

ADXL345 (Gambar 11) merupakan sensor akselerometer yang digunakan

untuk menentukan nilai roll dan pitch pada wahana. ADXL345 menggunakan

antarmuka I2C (Two Wire) untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler, sehingga

pin yang digunakan pada mikrokontroler adalah pin SDA dan SCL. Sensor ini

menghitung percepatan gerak dari sensor terhadap tiga sumbu, yaitu sumbu x,

sumbu y, dan sumbu z.

Gambar 11 Modul ADXL345

Gambar 12 Rangkaian modul ADXL345

15

GPS U-blox Neo 6M

GPS digunakan untuk menentukan posisi koordinat dari wahana pada suatu

lokasi. GPS u-blox Neo 6M (Gambar 13) memiliki akurasi GPS 2,5 meter,

kecepatan 0,1 m/s, dan arah 0,5 derajat pada CEP 50% (U-blox 2011). Komunikasi

antara mikrokontroler dan GPS menggunakan jalur Universal Asyncronous

Receiver / Transmitter (UART) dengan BaudRate 9600, sehingga menggunakan

pin TX dan RX pada mikrokontroler.

Gambar 13 Modul GPS u-blox Neo 6M (kanan) dan antena eksternal (kiri)

Format data yang dikirimkan dari GPS ke mikrokontroler menggunakan

format data NMEA 0183, yaitu format data standar untuk peralatan elektronik

kelautan yang telah disepakati oleh National Marine Electronics Association

(NMEA). NMEA 0183 yang diterima terdiri dari $GPRMC, $GPGGA, $GPGSA,

$GPGSV, $GPGLL, $GPVTG, dan $GPTXT. Namun yang digunakan untuk

menentukan posisi hanya $GPRMC dan $GPGGA. Contoh data NMEA 0183 yang

didapatkan dapat dilihat pada Gambar 14.

Gambar 14 Data NMEA 0183 GPS

16

Rangkaian Penyimpanan

Modul mikro SDCard Catalex (Gambar 15) adalah modul pembaca kartu

mikro SD agar dapat membaca dan menulis pada kartu mikro SD. Antarmuka yang

digunakan pada modul ini adalah Serial Pheripheral Interface (SPI) sehingga pin

pada mikrokontroler yang digunakan adalah MISO (D50), MOSI (D51), SCK

(D52), CS(D53). Rangkaian modul mikro SDCard Catalex dapat dilihat pada

Gambar 16.

Gambar 15 Modul mikro SD Catalex

Gambar 16 Rangkaian modul mikro SD Catalex

Modul Transceiver KYL-1020U

Modul KYL-1020U (Gambar 17) merupakan modul radio yang bersifat

transceiver, yaitu dapat berlaku sebagai transmitter dan receiver, dengan

antarmuka Universal Asyncronous Receiver / Transmiter (UART). Komunikasi

antara KYL-1020U dan mikrokontroler menggunakan pin TX dan RX dengan

BaudRate 9600. Komunikasi antar KYL-1020U secara wireless menggunakan

gelombang radio pada frekuensi 433 MHz.

17

Gambar 17 Modul KYL-1020U

Perangkat Lunak

Perangkat lunak merupakan sebuah instruksi tetap yang tersimpan dalam

flash memory program. Mikrokontroler tidak dapat bekerja tanpa adanya perangkat

lunak yang tertanam di dalamnya (Idris 2014). Bahasa pemrograman yang

digunakan dalam pembuatan perangkat lunak unmanned surface vehicle adalah

bahasa C dengan mengggunakan Arduino IDE versi 1.6.3. Perangkat lunak yang

dibuat memiliki empat fungsi utama yaitu: menentukan arah tujuan wahana

berdasarkan waypoint, menerima data kompas, roll, pitch, posisi koordinat

berdasarkan GPS, melakukan penyimpanan data, serta mengirimkan data ke groud

segment. Alur perangkat lunak unmanned surface vehicle dapat dilihat pada

Gambar 18.

Mikrokontroler melakukan inisialisasi sensor akselerometer (ADXL345),

sensor magnetometer (HMC5883L) dan micro SD card pada saat awal dihidupkan.

Jika micro SD card rusak atau belum dimasukkan maka mikrokontroler melakukan

proses inisialisasi hingga micro SD card terdeteksi. Jika micro SD card serta sensor

berfungsi dengan benar maka mikrokontroler membaca file WAYPOINT.TXT

yang berisi titik-titik waypoint yang akan dituju dan telah ditentukan sebelumnya,

sehingga akan diketahui jumlah waypoint. Setelah mikrokontroler membaca

banyaknya waypoint, kemudian servo digerakkan ke kanan dan ke kiri masing-

masing selama dua detik kemudian kembali ke posisi normal untuk memastikan

kapal dapat bermanuver dengan baik. Ketika semua komponen telah berfungsi

dengan baik, mikrokontroler mengambil data posisi dalam bentuk koordinat dengan

menggunakan modul GPS U-blox Neo 6M, arah orientasi kapal dengan sensor

magnetometer dan nilai roll kapal dengan menggunakan sensor akselerometer.

Posisi yang didapatkan melalui GPS harus merupakan data yang valid agar

penentuan arah tujuan kapal menjadi akurat. Ketika data GPS yang didapatkan tidak

valid maka mikrokontroler terus mengambil data hingga data GPS valid tanpa

menjalankan motor Brushless DC sehingga kapal tidak bergerak. Ketika data GPS

yang didapatkan valid maka mikrokontroler menghidupkan motor DC agar kapal

dapat melaju.

18

Mulai

Inisialisasi:

1. Micro SD Card

2. ADXL345

3. HMC5883L

Ada Micro SD Card ?

Tidak

Baca file WAYPOINT.TXT

GPS Valid?

Ada

Tidak

Inisialisasi servo

Motor BLDC berputar

ya

Hitung jarak kapal dengan waypoint

Hitung kurs ke waypoint

Servo mengarahkan kapal ke waypoint

Baca data GPS, Kompas, Roll

Jarak <= 4

Lanjut ke waypoint berikutnya

Waypoint masih ada?

Ya

Tidak

Ada

Kembali ke lokasi asal

Selesai

Tidak

Menyimpan data posisi

Mengirim data ke ground segment

Gambar 18 Diagram alir perangkat lunak unmanned surface vehicle (USV)

19

Tampilan Antarmuka Pengguna Unmanned Surface Vehicle (USV)

Data yang didapatkan kemudian ditransmisikan dan ditampilkan pada user

interface. User interface terdiri dari Google Earth dan juga Python. Data yang

ditampilkan menggunakan Python terdiri dari data roll, pitch, yaw / kompas, arah

target, arah saat ini, selisih arah, jarak ke target, dan waypoint saat ini dan jumlah

maksimal waypoint. Data yang ditampilkan menggunakan Google Earth adalah

data posisi saat ini dari wahana dan lintasan yang akan dilalui oleh wahana.

Tampilan user interface dapat dilihat pada Gambar 19.

Pemilihan Google Earth untuk menampilkan posisi wahana dikarenakan

penggunaan yang cukup mudah dan tampilan yang user friendly atau mudah

digunakan. Google Earth juga tersedia dengan peta tak berbayar sehingga mudah

untuk mengakses lokasi yang digunakan. Lokasi wahana ditunjukkan dengan tool

placemark. Posisi placemark berpindah sesuai posisi wahana sebenarnya (real

time) dengan memperbaharui file *.kml yang berisi posisi koordinat placemark.

Rute waypoint yang ditampilkan dengan menggunakan tool path pada Google

Earth.

Tampilan roll, pitch dan yaw dalam bentuk 2 dimensi dan 3 dimensi beserta

data arah target, arah saat ini, selisih arah, jarak ke target, dan waypoint saat ini dan

jumlah maksimal waypoint dibuat dengan menggunakan python. Tampilan roll,

pitch, dan yaw dibuat menggunaan python dengan tool visual python (vPython).

Dalam penggunaannya, pengguna hanya perlu membuka file *.kml dengan

menggunakan Google Earth kemudian menjalankan script python yang telah dibuat.

Agar dapat berkomunikasi antara Arduino dengan perangkat komputer, port pada

script python harus disesuaikan dengan port yang terbaca pada perangkat komputer.

20

Gambar 19 Tampilan user interface dengan Google Earth dan Python

21

File Lintasan yang Dilalui (WAYPOINT.TXT)

Unmanned surface vehicle (USV) berjalan sesuai dengan lintasan yang telah

dibuat sebelumnya. Lintasan yang dibuat terdiri dari beberapa titik waypoint, yaitu

koordinat lintang dan bujur pada suatu titik lokasi. Agar dapat dibaca oleh wahana,

maka ditentukan format penulisan waypoint. Format penulisan waypoint dapat

dilihat pada Gambar 20.

Gambar 20 Contoh waypoint yang digunakan

Nama file yang dibaca oleh mikrokontroler sebagai file yang berisi waypoint

adalah WAYPOINT.TXT. Nama file tersebut tidak bersifat case sensitive, yaitu

penulisan dapat secara kapital ataupun tidak. Pada file WAYPOINT.TXT terdapat

tiga data, yaitu nomor waypoint, lintang (tanpa tanda minus) dan bujur. Penulisan

nilai lintang dan bujur harus memiliki tiga digit angka di depan desimal dan

sembilan digit angka di belakang desimal. Pemisah antara nomor waypoint, lintang

dan bujur dengan menggunakan spasi (space). Pada bagian bawah harus terdapat

*END* yang merupakan end of file (EOF), yaitu penanda bahwa sudah mencapai

bagian akhir dari file.

Pembacaan nilai waypoint oleh mikrokontroler dimulai dari waypoint

bernomor satu. Waypoint bernomor nol merupakan posisi tujuan wahana ketika

telah mencapai waypoint terakhir agar memudahkan pengguna untuk mengambil

wahana yang telah selesai digunakan.

22

Uji Laboratorium

Stabilitas

Uji stabilitas dilakukan dengan melihat nilai rolling duration. Nilai tersebut

didapat dengan menghitung lama waktu yang dibutuhkan oleh kapal pada saat

dimiringkan secara maksimal hingga stabil kembali.

Gambar 21 Grafik rolling duration unmanned surface vehicle (USV)

Gambar 21 menunjukkan kapal membutuhkan waktu 3077 ms atau sekitar 3

detik untuk kembali pada keadaan diam setelah dimiringkan secara maksimal.

Wahana mengalami 6 kali oleng. Pada oleng pertama, sudut saat dimiringkan

sebesar 13,4° ke kiri dan kapal mendapat dorongan untuk kembali ke posisi semula

sehingga mencapai kemiringan 24° ke kanan. Pada oleng kedua, kapal miring ke

kiri sebesar 4,7° lalu ke kanan hingga 3,1°. Rata-rata waktu yang dibutuhkan kapal

untuk kembali ke posisi 0° pada tiap olengnya adalah 114,3 ms dengan reduksi

oleng dari oleng pertama ke oleng kedua sebesar 86,8%. Persen reduksi oleng yang

besar tersebut dikarenakan kapal yang digunakan berjenis katamaran. Berdasarkan

hasil penelitian Ramadhan (2012), kapal berjenis mono hull memiliki nilai persen

reduksi oleng yang lebih kecil dibandingkan kapal berjenis katamaran, yaitu sebesar

30 – 35 %. Nilai reduksi oleng yang besar akan mengakibatkan kapal akan lebih

cepat kembali ke posisi semula setelah mengalami oleng.

Akurasi Sensor

GPS (Global Positioning System)

Uji akurasi GPS dilakukan dengan meletakkan GPS dalam waktu 60 menit

untuk merekam posisi koordinat yang didapatkan. Peletakkan GPS harus di tempat

yang terbuka dan tidak ternaungi agar GPS mendapatkan data posisi yang akurat.

Akurasi GPS yang digunakan dapat dilihat pada Gambar 22. Untuk menghitung

nilai akurasi GPS, nilai posisi yang digunakan dalam bentuk Easting dan Northing.

Nilai posisi yang didapatkan dari GPS dalam bentuk Latitude dan Longitude

kemudian diubah kedalam bentuk Easting dan Northing.

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

0 10

00

20

00

30

00

Ro

ll D

egre

e

dT (ms)

23

Gambar 22 Uji akurasi GPS U-Blox Neo 6M selama 60 menit

Gambar 22 memberikan data akurasi GPS menggunakan CEP bernilai

1,9377 m dan 2DRMS bernilai 4,7570 m. Perhitungan nilai akurasi GPS

menggunakan CEP (Circular Error Probable) 50% dan 2DRMS (Twice the

Distance Root Mean Square) 95% dengan persamaan (3) dan (4). CEP 50% berarti

radius 50% dari jarak akurasi GPS, sedangkan 2DRMS 95% berarti radius 95% dari

jarak akurasi GPS. GPS memiliki tingkat akurasi yang semakin tinggi jika nilai

akurasinya semakin mendekati nol. Nilai akurasi GPS yang didapatkan pada CEP

50% lebih kecil dibandingkan dengan nilai akurasi GPS pada CEP 50% berdasarkan

datasheet, yaitu 1,9377 meter dibandingkan 2,5 meter. Hal tersebut menunjukan

bahwa GPS yang digunakan masih memiliki tingkat akurasi yang tinggi.

Uji Lapang

Uji lapang dilakukan untuk melihat kemampuan wahana dalam mengikuti

waypoint yang telah dibuat dalam beberapa bentuk lintasan atau rute, seperti

lintasan lurus, zigzag, parallel, dan berbentuk huruf “S” dengan bentuk wahana

yang ada. Wahana dikatakan mampu mengikuti lintasan yang ada jika nilai selisih

jarak wahana dengan waypoint tidak lebih besar dari nilai 2DRMS 95% GPS, yaitu

sebesar 4,757 meter. Wahana yang dijalankan akan merekam data posisi wahana

dalam bentuk lintang dan bujur pada interval perekaman satu detik. Selisih jarak

dihitung pada tiap titik waypoint terhadap posisi wahana yang sebenarnya pada

sumbu X dan/atau sumbu Y.

Wahana melaju menuju waypoint hingga jarak antara wahana dengan

waypoint yang dituju telah memenuhi toleransi. Toleransi jarak yang digunakan

ketika uji lapang adalah <= 4 meter yang didasari oleh nilai 2DRMS 95% GPS.

Nilai toleransi arah wahana yang digunakan adalah +3 derajat, sehingga wahana

akan melaju lurus jika selisih antara arah yang seharusnya dengan arah sebenarnya

masih dalam rentang toleransi.

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

8

10

-20 -15 -10 -5 0 5 10

Del

ta Y

Delta X

PosisiCEP2DRMS

24

Lintasan Lurus

Pada lintasan lurus terdapat 11 titik waypoint yang dimulai dari titik -6,5526

LS dan 106,7473 BT menuju -6,5532 LS dan 106,7481 BT. Jarak antar waypoint

rata-rata sebesar 11,4 meter, dengan panjang lintasan sebesar 114,7 meter. Nilai

error terhadap sumbu x terbesar terdapat pada waypoint ke-7 yaitu sebesar 2,1

meter. Nilai error terhadap sumbu y terbesar terdapat pada waypoint ke-7 yaitu

sebesar 1,2 meter. Nilai tersebut masih berada dibawah nilai 2DRMS 95% GPS

sehingga dapat dikatakan bahwa wahana masih tepat mengikuti lintasan lurus. Hasil

uji lapang pada lintasan lurus dapat dilihat pada Gambar 23.

Gambar 23 Nilai error uji lintasan “lurus” pada sumbu x dan/atau sumbu y

Lintasan Zigzag

Pada lintasan zigzag terdapat 9 titik waypoint yang dimulai dari titik -6,5527

LS dan 106,7473 BT menuju -6,5531 LS dan 106,7479 BT. Jarak antar waypoint

rata-rata sebesar 11,3 meter, dengan panjang lintasan sebesar 83,9 meter. Nilai

error terhadap sumbu x terbesar terdapat pada waypoint ke-4 yaitu sebesar 2,6

meter. Nilai error terhadap sumbu y terbesar terdapat pada waypoint ke-1 yaitu

sebesar 3,7 meter. Nilai tersebut masih berada dibawah nilai 2DRMS 95% GPS

sehingga dapat dikatakan wahana tepat dalam mengikuti lintasan zigzag. Hasil uji

lapang pada lintasan zigzag dapat dilihat pada Gambar 24.

-6.5534

-6.5533

-6.5532

-6.5531

-6.553

-6.5529

-6.5528

-6.5527

-6.5526

-6.5525

-6.5524

Lin

tan

g

Bujur

Waypoint USV

(0.45, 0.41)

(1.58, 1.24)

(0.55, 0.56) (0.17, 0.14)

(0.44, 0.31) (0.22, 0.68)

(2.05, 1.27) (0, 0)

(1.22, 0.9) (0.4, 0.4)

(0.67, 0.45)

A

B

25

Gambar 24 Nilai error uji lintasan “zigzag” pada sumbu x dan/atau sumbu y

Lintasan Parallel

Pada lintasan parallel terdapat 16 titik waypoint yang dimulai dari titik -

6,5527 LS dan 106,7474 BT menuju -6,5532 LS dan 106,7477 BT. Jarak antar

waypoint rata-rata sebesar 7,8 meter, dengan panjang lintasan sebesar 141,9 meter.

Nilai error terhadap sumbu x terbesar terdapat pada waypoint ke-5 yaitu sebesar

4,8 meter. Nilai error terhadap sumbu y terbesar terdapat pada waypoint ke-15 yaitu

sebesar 3,9 meter. Nilai error pada sumbu y masih berada dibawah nilai 2DRMS

95% GPS, sedangkan nilai error pada sumbu x lebih besar dari nilai 2DRMS 95%

GPS. Hal ini disebabkan posisi lintasan yang diagonal terhadap sumbu x dan sumbu

y, sehingga jarak menjadi lebih jauh pada sumbu x dan sumbu y. Pada waypoint ke-

5, jarak terdekat terhadap posisi GPS aktual sebesar 2,4 meter. Nilai tersebut masih

masuk kedalam toleransi wahana dalam penghitungan jarak sehingga wahana

melanjutkan perjalanan meskipun jarak pada sumbu x tersebut lebih besar dari nilai

2DRMS 95% GPS. Selain itu, kapal dengan jenis katamaran memiliki kekurangan

dalam maneuver dan semua jenis kapal tidak dapat melakukan maneuver secara

patah. Sehingga pada lintasan parallel gerak maneuver kapal akan lebih memutar

dan menghasilkan jarak error antara titik waypoint dan posisi wahana yang lebih

besar. Hasil uji lapang pada lintasan parallel dapat dilihat pada Gambar 25.

-6.5532

-6.55315

-6.5531

-6.55305

-6.553

-6.55295

-6.5529

-6.55285

-6.5528

-6.55275

-6.5527

-6.55265

Lin

tan

g

Bujur

Waypoint USV

(1.98, 3.73)

(0.58, 1.7)

(1.47, - )

(2.63, -)

(2.42, - )

( - , 0.99)

( - , 1.6) ( - , 1.93)

( - , 2.06)

A

B

26

Gambar 25 Nilai error uji lintasan “paralel” pada sumbu x dan/atau sumbu y

Lintasan “S”

Pada lintasan berbentuk huruf S terdapat 16 titik waypoint yang dimulai dari

titik -6,5526 LS dan 106,7474 BT menuju -6,5533 LS dan 106,7478 BT. Jarak antar

waypoint rata-rata sebesar 8,9 meter, dengan panjang lintasan sebesar 134,8 meter.

Nilai error terhadap sumbu x terbesar terdapat pada waypoint ke-9 yaitu sebesar

3,8 meter. Nilai error terhadap sumbu y terbesar terdapat pada waypoint ke-7 yaitu

sebesar 4,4 meter. Nilai tersebut masih berada dibawah nilai 2DRMS 95% GPS

sehingga dapat dikatakan bahwa wahana masih mengikuti lintasan dengan tepat.

Hasil uji lapang pada lintasan S dapat dilihat pada Gambar 26.

-6.5533

-6.5532

-6.5531

-6.553

-6.5529

-6.5528

-6.5527

-6.5526

106.7473 106.7474 106.7475 106.7476 106.7477 106.7478 106.7479L

inta

ng

Bujur

Waypoint USV

(2.91, 2.56)

(1.19, 1.55)

(3.8, 3.35)

(3.73, 3.25)

(4.82, - )

(0.99, 0.57)

(2.37, 2.22)

(1.13, 1.52)

(0.29, 0.5)

(2.53, 0.37)

( - , 3.07)

(1.27, 0.69)

(2.56, 2.28)

(0.6, 2.33)

(3.32, 3.98)

(2.86, 1.6)

A

B

27

Gambar 26 Nilai error uji lintasan “S” pada sumbu x dan/atau sumbu y

Pada uji lapang dapat dilihat bahwa USV merespon titik waypoint yang telah

dibuat dan dapat mengikuti bentuk lintasan yang telah dibuat, yaitu lintasan lurus,

lintasan zigzag, lintasan parallel, dan lintasan berbentuk huruf S. Nilai error yang

ada dikarenakan adanya toleransi yang diberikan pada algoritma wahana. Hal ini

menunjukkan bahwa USV bersifat autonomous yang dapat berjalan secara otomatis.

Selain itu USV juga dapat dikendalikan menggunakan remote sebagai transmitter

dengan jarak hingga 200 meter. Pemilihan mode manual dan otomatis dilakukan

menggunakan remote kendali. Ketika remote kendali dihidupkan, maka wahana

secara otomatis menjadi manual dan dapat dikendalikan. Namun ketika remote

kendali dimatikan, maka wahana secara otomatis berjalan mengikuti waypoint.

Nilai rataan error posisi wahana terhadap lintasan pada sumbu x dan sumbu

y sebesar 1,5 meter. Pada lintasan lurus dan perairan yang tenang, wahana

membutuhkan waktu 2 menit 30 detik untuk menempuh jarak 123,3 meter.

Sehingga kecepatan kapal pada saat tersebut adalah sebesar 0,8 m/s atau sekitar

1,59 knot. Kecepatan putaran motor wahana ketika dijalankan adalah konstan,

namun kecepatan wahana pada saat di lapang dapat berbeda tergantung keadaan di

lapang. Kondisi lapang yang berangin juga mempengaruhi laju wahana di

permukaan air.

-6.5534

-6.5533

-6.5532

-6.5531

-6.553

-6.5529

-6.5528

-6.5527

-6.5526

Lin

tan

g

Bujur

Waypoint USV

(0.3, 0.21) (0.62, 0.5)

(1.74, - )

(2.64, 1.92) (1.15, 1.12)

(1.28, 1.21)

(1.65, 4.49)

(1.95, 1.55)

(3.85, 1.62) (0.9, 0.79)

(0.13, 0.11)

( - , 1.55)

(0.39, 0.33)

(0.33, - )

(0.23, - )

(0.64, 2.39)

A

B

28

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Rancang bangun wahana permukaan tak berawak (unmanned surface vehicle

(USV)) telah berhasil dilakukan. USV dapat dikendalikan hingga jarak 200 meter

atau berjalan secara otomatis dengan mengikuti waypoint yang telah ditentukan.

USV yang dibuat cukup sederhana dengan bahan dasar pembuatannya

menggunakan pipa PVC dan alumunium yang mudah didapatkan dan mudah dalam

perancangannya. Remote kendali digunakan untuk memilih mode berjalan dari

wahana, yaitu secara manual atau secara otomatis. Waypoint yang ingin dituju

dimasukkan kedalam micro SD pada wahana. Nilai error terbesar pada sumbu x

yaitu 4,8 meter dan pada sumbu y 4,4 meter. Nilai akurasi GPS dengan CEP 50%

sebesar 1,9 meter dan 2DRMS 95% sebesar 4,7 meter. Wahana mampu mengikuti

lintasan dengan baik pada lintasan lurus, zigzag dan lintasan S dan cukup baik pada

lintasan parallel dengan rataan error pada sumbu x dan sumbu y sebesar 1,5 meter.

Pada lintasan parallel wahana kurang mampu melakukan maneuver pada lintasan

yang berbelok patah. Wahana cukup stabil dengan waktu yang dibutuhkan kapal

untuk kembali pada keadaan semula sekitar 1,7 detik. Kecepatan wahana pada saat

uji lapang sebesar 0,8 m/s atau sekitar 1,6 knot.

Saran

Pengembangan lebih lanjut rancang bangun wahana permukaan tak berawak

(unmanned surface vehicle (USV)) sangat diharapkan untuk mengatasi kelemahan

yang terdapat pada penelitian ini. Penggunaan GPS dengan tingkat akurasi yang

lebih tinggi diperlukan agar galat ketika digunakan semakin kecil. Pembuatan hull

yang lebih hidrodinamis agar laju wahana di permukaan air menjadi lebih efisien.

Untuk lebih lanjutnya sebaiknya ditambahkan sensor untuk diuji pada saat

pengambilan data lingkungan. Pada penelitian selanjutnya, sebaiknya ditambahkan

kemampuan wahana dalam maneuver pada lintasan parallel.

DAFTAR PUSTAKA

Atmel. 2014. 8-bit Atmel Microcontroller with 16/32/64KB In-System

Programmable Flash [Internet]. [diunduh 2015 Jun 6]. Tersedia pada:

http://www.atmel.com/Images/Atmel-2549-8-bit-AVR-Microcontroller-

ATmega640-1280-1281-2560-2561_datasheet.pdf.

Bhatia S, Saba H. 2013. Mathematical Analysis of Mobile Latitude Software on

Location Tracking. International Journal of Computer Applications (0975 –

8887). 70(8):38-42.

29

Caruso MJ. 2000. Applications of Magnetic Sensors for Low Cost Compass

Systems [Internet]. [diunduh 2015 Sept 7]. Tersedia pada:

https://www.stampsinclass.parallaxinc.com/sites/default/files/downloads/29133

-Compass-Module-Application-Note.pdf.

Ferreira H, Almeida C, Martins A, Almeida J, Dias N, Dias A, Silva E. 2009.

Autonomous Bathymetry for Risk Assessment with ROAZ Robotic Surface

Vehicle. OCEANS 2009; 2009 May 11-14; Bremen, Jerman. Bremen (DE):

IEEE. hlm 1-9.

Fyson J. 1985. Design of Small Fishing Vessels. Rome (IT): FAO of the United

Nation.

Hadi ES. 2009. Komparasi Hull Performance pada Konsep Design Kapal Ikan

Multi Fungsi dengan Lambung Katamaran. Jurnal Kapal. 6(3):212-217.

Idris MHD. 2014. Rancang Bangun dan Uji Kinerja Water Temperature Data Loger

[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.

Ismail SH. 2010. Perancangan Program Pemilihan Propeller Jenis Wageningen B

Series Berbasis Efisiensi [skripsi]. Surabaya (ID): Institut Teknologi Sepuluh

November.

Manley JE. 2008. Unmanned Surface Vehicles, 15 Years of Development.

OCEANS 2008; 2008 Sept 15-18; Quebec City, Canada. Quebec City (CA):

IEEE. hlm 1-4.

Manohar S, Kim CK, Karegoudar TB. 2001. Enhanced degradation of naphthalene

by immobilization of Pseudomonas sp. strain NGK1 in polyurethane foam.

Applied Microbiol Biotechnol. 55:311-316.doi:10.1007/s002530000488.

Naeem W, Xu T, Sutton R, Tiano A. 2007. The design of navigation, guidance, and

control system for an unmanned surface vehicle for environmental monitoring.

Engineering for the Maritime Environment. 222:67-79.doi:10.1243/

14750902JEME80

Pfost D, William C. 1998. Precision Agriculture: Global Positioning System (GPS).

Water Quality. 452:1-6.

Ramadhan AD. 2012. Keragaan Oleng Kapal Round Bottom (Skala Model) dengan

Luas Free Surface Muatan Cair yang Berbeda [skripsi]. Bogor (ID): Institut

Pertanian Bogor.

Ru-jian Y, Shuo P, Han-bing S, Yong-jie P. 2010. Development and Mission of

Unmanned Surface Vehicle. Journal of Marine Science Applied. 9:451-

457.doi:10.1007/s11804-010-1033-2.

Taufik AS. 2013. Sistem Navigasi Waypoint pada Autonomous Mobile Robot.

Jurnal Mahasiswa TEUB. 1(1):1-6.

Tuck K. 2007. Tilt Sensing Using Linear Accelerometers [Internet]. [diunduh 2015

Sept 7]. Tersedia pada: http://picdatalogger.googlecode.com/svn-

history/r9/docs/Acelerometro/Freescale_AN3461.pdf.

U-blox. 2011. NEO-6 u-blox 6 GPS Modules Data Sheet [Internet]. [diunduh 2015

Jan 30]. Tersedia pada: https://u-blox.com/images/downloads/Product

_Docs/NEO-6_DataSheet_(GPS.G6-HW-09005).pdf.

30

Lampiran 1 Dokumentasi penelitian

Pembuatan sistem elektronik Pembuatan mekanik

Pembuatan perangkat lunak Pengukuran bobot wahana

Uji lapang di danau LSI Uji lapang di Situ Gede

31

Lampiran 2 Waypoint yang digunakan pada uji lapang

#Lintasan Lurus

Waypoint Lintang

(derajat)

Bujur

(derajat)

Error X

(meter)

Error Y

(meter)

1 -6.552628039 106.7473747 0.45 0.41

2 -6.552702749 106.7474495 1.58 1.24

3 -6.552770689 106.7475248 0.55 0.56

4 -6.552838609 106.747607 0.17 0.14

5 -6.552913303 106.747696 0.44 0.31

6 -6.552981325 106.7477777 0.22 0.68

7 -6.55303578 106.7478527 2.05 1.27

8 -6.553097089 106.7479346 0 0

9 -6.553165244 106.7480164 1.22 0.9

10 -6.553226616 106.7480847 0.4 0.4

11 -6.553295332 106.7481663 0.67 0.45

#Lintasan Zigzag

Waypoint Lintang

(derajat)

Bujur

(derajat)

Error X

(meter)

Error Y

(meter)

1 -6.552716346 106.7473869 1.98 3.73

2 -6.552777581 106.7473931 0.58 1.7

3 -6.552886602 106.7474056 1.47 -

4 -6.55298216 106.7474182 2.63 -

5 -6.553050451 106.7474452 2.42 -

6 -6.553070532 106.7475767 - 0.99

7 -6.553104432 106.7477211 - 1.6

8 -6.553117889 106.7478173 - 1.93

9 -6.553145025 106.7479134 - 2.06

#Lintasan Parallel

Waypoint Lintang

(derajat)

Bujur

(derajat)

Error X

(meter)

Error Y

(meter)

1 -6.552736719 106.7474906 2.91 2.56

2 -6.552804658 106.747559 1.19 1.55

3 -6.552865955 106.7475237 3.8 3.35

4 -6.552927444 106.7474536 3.73 3.25

5 -6.552961698 106.7474046 4.82 -

32

6 -6.553023028 106.7474664 0.99 0.57

7 -6.553084358 106.7475281 2.37 2.22

8 -6.553139049 106.7475757 1.13 1.52

9 -6.553090932 106.7476385 0.29 0.5

10 -6.553049763 106.7476942 2.53 0.37

11 -6.553015506 106.7477429 - 3.07

12 -6.553063247 106.7477836 1.27 0.69

13 -6.553104203 106.7478175 2.56 2.28

14 -6.553152018 106.7478583 0.6 2.33

15 -6.553186398 106.7478165 3.32 3.98

16 -6.553227673 106.7477815 2.86 1.6

#Lintasan S

Waypoint Lintang

(derajat)

Bujur

(derajat)

Error X

(meter)

Error Y

(meter)

1 -6.552675588 106.7474775 0.3 0.21

2 -6.552709541 106.7475255 0.62 0.5

3 -6.552770684 106.7475317 1.74 -

4 -6.552845526 106.7475239 2.64 1.92

5 -6.552866053 106.7474613 1.15 1.12

6 -6.552934362 106.7474119 1.28 1.21

7 -6.553009586 106.7473901 1.65 4.49

8 -6.553077797 106.7474518 1.95 1.55

9 -6.553125456 106.7475275 3.85 1.62

10 -6.553118345 106.7476312 0.9 0.79

11 -6.553063424 106.7477009 0.13 0.11

12 -6.553049565 106.7477906 - 1.55

13 -6.553083559 106.7478728 0.39 0.33

14 -6.5531587 106.7479201 0.33 -

15 -6.553234107 106.7479193 0.23 -

16 -6.553302892 106.747891 0.64 2.39

33

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada 29 September 1993 dari

ayah bernama (alm) R. Zaenal Arifin dan ibu R. Lolo Irwana.

Penulis adalah putra kedua dari dua bersaudara. Penulis

menyelesaikan pendidikan Sekolah Menengah Atas (SMA)

Negeri 1 Kota Tangerang Selatan pada tahun 2011, dan pada

tahun yang sama penulis lulus seleksi masuk IPB melalui jalur

Seleksi Nasional Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN)

Tulis dan diterima di Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan,

Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten Oseanografi

Umum pada periode 2013/2014, asisten Dasar-dasar Instrumentasi Kelautan

periode 2013/2014 dan 2014/2015, asisten Instrumentasi Kelautan periode

2014/2015. Penulis juga aktif dalam organisasi Manajerial IPB Political School jilid

4 periode 2012/2013 sebagai Kepala Divisi Program dan staf Kementrian

Kebijakan Nasional (Jaknas) BEM KM IPB 2013, Kepala Divisi Keilmuwan dan

Keprofesian pada Himpunan Mahasiswa Ilmu dan Teknologi Kelautan

(HIMITEKA) 2014, anggota club Marine Instrumentation and Telemetry (MIT)

periode 2014/2015 dan periode 2015. Selain itu penulis pernah menjadi peserta

Kontes Kapal Cepat Tak Berawak Nasional (KKCTBN) 2014.