Ibarat manusia, sistem elektronik bagi sebuah robot adalah sebagai organ-organ pendukung kerja bagi sistem yang lainnya. Dalam praktik pembuatan LFR ini, kita akan membuat dua buah rangkaian LFR. Rangkaian yang pertama adalah rangkaian untuk LFR tanpa menggunakan program. Rangkaian kedua menggunakan program. Rangkaian program disini menggunakan mikrokontroler seri AT89S51 sebagai chipnya. Kebetulan juga saya menggunakan ini dalam pencodingannya. Sebenarnya kalian bisa menggunakan chip lainnya.

Tapi sebelum masuk ke pembahasan elektronik, marilah kita ulang materi dasar-dasar elektronika dan komponan yang berkaitan dengan LFR.

a. Resistor
Kalian pasti sudah mengetahui apa itu resistor. Resistor adalah komponen untuk membatasi arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Istilahnya seperti saringan. Biasanya ini terbuat dari karbon. Karna anda tahu sendiri kan sifatnya karbon?. Satuan hambatan biasa dilambangkan dengan Ohm.
Resistor umumnya berbentuk tabung dan memiliki dua kaki. Untuk resistor tidak ada kutub-kutubnya atau tidak ada positiv dan negativnya. Warna-warna yang tertera di resistor menandakan besar resistansi. Cara membacanya seperti ini:

Resistor di baca dari gelang paling depan ke gelang toleransi(Cokelat, merah, emas, atau perak). Biasany gelang toleransi berada di pojok dengan lebar yang lebih menonjol.
Contoh.1
gelang pertama : Cokelat(1)
gelang keduan  : Hitam(0)
Gelang ketiga   : Cokelat(1 / *10), banyaknya nol ada "1" atau kali 10.
gelang keempat : Emas (5%)

Nilai resistansi = 100 ohm toleransi 5%

Contoh. 2
Gelang pertama : Hijau (5)
Gelang Kedua : Biru (6)
Gelang ketiga : Merah (2 / *100), banyaknya nol ada '2" atau kali 100.
Gelang keempat : Emas (10%)

Nilai resistansi = 5600 Ohm / 5K6 Ohm toleransi 10%

Rumus resistor
Hukum ohm R=V/I dengan R adalah besar resistansi (ohm); V adalah tegangan listrik (volt); dan l adalah arus listrik (Ampere)

Rankaian Resistor Seri
R = R1 + R2+ R3

Ciri-ciri rangkaian resistor seri adalah:
1. Rankaian resistor seri akan memperbesar nilai resistansi pada suatu untai listrik.
2. Kuar arus yang melalui setiap hambatan adalah sama I_R1 = I_R2 = I_R3
3. Fungsi rangkaian resistor seri adalah sebagai pembagi tegangan.

Rangkaian resistor paralel
1. Rumusnya
R = 1/ R1 + 1/R2 ... + 1/Rn

Ciri-ciri rangkaian resistor paralel adalah:
1. Rangkaian resistor paralel akan memperkecil nilai resistansi pada suatu untai listrik
2. Beda potensial pada setiap hambatan adalah sama V_R1 =V_R2 = V_R3
3. Fungsi rangkaian resistor paralel adalah sebagai pembagi arus.

b. Kapasitor
Prinsip dasar dan Spesifikasi Elektriknya

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang dikenal umuim antara lain udara vakum, keramik, gelas, dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektrode) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul di ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak bisa mengalir menuju kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik tersebut ":tersimpan" selama tidak ada konduksi di ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, fenomena kapasitor tersebut terjadi pada saat muatan-muatan positif dan negaitf di awan berkumpul.

Kapasitansi Kapasitor
Kapasitansi didefinisikan sebagai kemampuan suatu kapasitor untuk dapat menampun muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 10¹⁸ elektron. Kemudian, Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tagangan 1volt memapu memuat elektron sebanyak 1 coulombs. Rumusnya bisa dituliskan:

Q = C.V

Q = muatan elektron dalam C (coulombs)

C= nilai kapasitansi dalam F (farad)

V= Besar tegangan dalam V (volt)

Dalam praktik pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik), dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumus bisa dituliskan:

C=(8,85x10^-12).(K.A/t)

Untuk rangkaian elektronik praktis, satuan farads sangatlah besar. Umumnya, kapasitor yang ada di pasar memiliki satuan uF,nFm dan pF. Konversi satuan penting diketahui guna memudahkan pembacaan besaran sebuah kapasitor. Misalnya 0,047uF dapat juga dibaca 47nF, atau contoh lain 0.1nF sama denga 100pF.

Tipe Kapasitor

1. Kapasitor electrostatic

Kapasitor electrostatic adalah kelompoik kapasitor yang dibuat degnan bahan dielektrik dari keramik, film, dan mika.

2. Kapasitor electrolythic

kelompok kapasitor ini terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya berupa lapisan metal oksida.

3. Kapasitor Electrochemical

Satu jenis kapasitor yang lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini adalah baterai dan accu.

3. Diode

Diode memiliki fungsi yang unik yaitu hanya bisa mengalirkan arus dalam satu arah saja. Struktur diode tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur tersebut, arus hanya akan bisa mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Untuk pembuatan Line Follower yang digunakan adalah photodioda dan LED

LED (Light Emitting Diode)

LED merupakan komponen yang mampu mengeluarkan emisi cahaya.

Photodioda

Detector dari LED. Apabila banyak cahaya menuju ke Photodioda maka arus semakin besar. Sedangkan jika sedikit cahaya menuju ke Photodioda maka hambatan semakin besar.

Ketika berada di tempat terang(putih), cahaya yang dipantulkan lebih banyak sehingga hambatan pada photodioda lebih kecil. Sebaliknya, pada permukaan berwarna gelap (hitam) cahaya dari LED diserap, sehingga pantulan cahaya lebih kecil.

d. Integrated Circuits (IC)
Dalam proyek pembuatan LFR, dimanfaatkan beberapa IC, yaitu:

IC LM324
Berikut gambar schematik kaki-kai pada IC LM324

IC LM324 merupakan IC yang berisi empat buah operational amplifier (Op-Amp), lihat gambar 3.29 di atas. Pada proyek kita ini, Op-Amp akan dimanfaatkan sebagai penguat sensor infra merah yang digunakan sebagai pendeteksi garis. Namun, dalam kesempatan ini penulis tidak memaparkan secara detail penjelasan mengenai Op-Amp. Pembaca dapat memabca teori mengenai Op-Amp tersebut dalam artikel-artikel lain. Untuk keperluan yang sama, kita juga bisa menggunakan IC Op-Amp seri lain yang merupakan equivalen IC LM324.

IC Motor driver L293D

IC L293D berisi empat buah driver-H berarus tinggi. IC tersebut didesain guna menyediakan pengatur (driver) arus listrik secara dua arah hingga mencapai lebih dari 1 A pada tegangan dari 4,5 V sampai dengan 36 V. Selain itu, IC L293D juga didesain untuk mengendalikan beban induktif seperti relay, solenoid, motor DC, dan motor stepper bipolar, sebaik beban arus tinggi atau tegangan tinggi lain pada aplikasi tegangan supply positif.

IC 74HC/LS00

IC ini merupakan IC transistor-transistor-logic (TTL) unprogrammable yang di dalamnya terkandung empat buah gerbang logika NAND, yaitu kombinasi antargerbang logika AND dengan pembalik atau NOT yang disingkat sebagai gerbang logika NAND. Dengan demikian, kondisi output dari gerbang logika NAND itu berkebalikan dengan output dari gerbang logika AND.

Transistor TIP41/42

Transistor TIP41 merupakan transistor daya yang biasanya digunakan sebagai driver motor pada robot. Masih banyak lagi jenis transistor lain yang bisa digunakan.

Pada penjelasan ini kita akan mempraktikan secara langsung pembangunan robot Line Follower Robot (LFR) yang sederhana. Tentunya, sebuah robot yang tidak memerlukan banyak dana dalam pembangunan sehingga terjangkau oleh para mahasiswa maupun para hobier robot di dunia robotika.

SISTEM MEKANIKA LFR
Komponen yang kita perlukan dalam praktik membangun LFR tersebut adalah sebagai berikut.

1. Fisik Robot
Sebagai lapisan dasar LFR yang akan dibangun kita pergunakan bahan pertinaks atau PCB polos yang lapisan tembaganya sudah dilarutkan menggunakan ferriclorit (FeCl3). Untuk hasil yang lebih kokoh, dianjurkan untuk menggunakan bahan PCB polos fiber. Hal itu dikarenakan bahan fiber lebih tebal. Kemudian, potong PCB dengan ukuran 170mm x 100mm sebanyak satu buah. Ukuran bisa disesuiakan dengan kebutuhan dan keinginan anda.

2. Aktuator Robot

Gear Box

Aktuator untuk proyek LFR kita menggunakan motor DC magnet permanen. Harga motor DC tersebut cukup nyaman di kantong. Kita bisa memperolehnya di toko-toko mainan tamiya atau dengan membongkar mobil-mobilan anak. Untuk memudahkan pengendalian LFR, saya menganjurkan untuk menambahkan gear-box pada bagian aktuator. Gear-Box tersebut berfungsi sebagai penguat putaran pada LFR. Coba dipelajari mengenai torsi / gear. Di sana akan di bahas cara menambah atau mengurangi rotasi per menit dari sebuah aktuator. Perlu diketahui bahwa sebuah robot tidak hanya memerlukan kecepatan motor yang tinggi, tetapi juga torsi yang besar. Untuk model robot tertentu, kecepatan motor bahkan tidak diperlukan. Sebagai contoh adalah robot berkak atau robot lengan. Ini beberapa contoh dari aktuator robot.

Motor DC

3. Roda Robot

a. Roda Bagian Belakang

Roda bagian belakang adalah roda yang terkemudi. Terdapat dua roda belakang, yaitu roda kanan dan roda kiri yang masing-masing digerakkan oleh sebuah motor DC. Roda itulah yang nantinya bisa dikemudikan oleh sistem kontrol robot.

b. Roda Bagian Depan

Roda bagian depan merupakan roda yang bisa bergerak secara bebas, yaitu bergerak ke segala arah secara horizontal. Roda itu sering disebut roda castor atau idle wheel . Jumlah roda hanya satu dan terletak di bagian depan robot. 

4. Sensor Garis Robot

Sesnsor sebuah robot ibarat mata baginya. Hanya dengan bantuan sensor, robot bisa menentukan arah gerakannya. Banyak jenis sensor yang sering digunakan jenis sensor optik, yaitu sensor inframerah. Pembuatan sensor tersebut cukup mudah, yakni menggunakan satu buah komponen photodioda dan satu buah LED inframerah atau sering diganti dengan LED superbright dengan warna tertentu yang dipasang secara berdampingan.

Berdasarkan pengalaman dan beberapa sumber, pemasangan sensor garis pada LFR sebaiknya membentuk konfigurasi segitiga sama sisi dengan dua roda terkemudinya.

Setelah semua komponen yang diperlukan lengkap, maka langkah selanjutnya adalah merakit robot berdasarkan gambar atau sketsa desain robot yang telah kita buat sebelumnya. Pastikan perakitannya rapi.

1. Peralatan
Dalam pembuatan sebuah robot, kita membutuhkan peralatan yang digunakan untuk membantu proses pembuatan fisik (body) robot. Sebagai pendatang baru, atau penghobi berkantong ala mahasiswa, mungkin kita tidak mampu membeli peralatan untuk membangun robot ang bagus karena harganya yang tak terjangkau. Untuk itu, disini akan disajikan beberapa contoh peralatan sederhana dengan harga terjangkau yang sudah bisa digunakan untuk membangun robot sederhana.

Bor tangan

Mata bor

Gergaji

Tang buaya

Tang potong

Obeng

Solder 

Solder Atraktor

Seterika

Palu

2. Alat Ukur

Robot yang kita bangun sebaiknya memiliki alat ukur yang umum digunakan, seperti multimeter, baik yang anaolg maupun digital.

Multimeter analog

Multimeter Digital

3. Material

Bahan atau material yang biasa digunakan dalam pembuatan suatu robot, antara lain :

1. Aluminium batang dengan ukuran bervariasi, baik yang solid atau yang tipis.

2. Aluminium lempengan dengan berbagai macam ketebalan.

3. Besi untuk bagian-bagian fisik robot yang harus kokoh pembangunannya

4. Acrylic

Acrylic

5. Pertianak (PCB Polos)

PCB polos

6. Berbagai variasi sekrup, baut.

Pembangunan sebuah robot meliputi beberapa hal penting yang seharusnya ada, yaitu :

Sistem Mekanik Robot

Terkait dengan sistem mekanik robot adalah bagaimana memilih material (bahan) pembangun fisik robot. Tentu saja kita yang masih berada dalam taraf belajar akan menemui kesulitan dalam mencari dan memilih material pembangun robot yang akan digunakan. Namun, anda tidak perlu khawatir. Jenis-jenis matrerial pembangun robot bisa kita ketahui dengan melihat film atau video dokumentasi mengenai robot yang kadang-kadang ditayangkan melalui siaran televisi. Cara lainnya adalah dengan menjelajah dunia internet tentang bahan, kita harus membuat sebuah model atau desain fisik dari robot yang hendak kita bangun. Sepintas membangun robot terlihat sepele, tetapi tanpa adanya desain yang tergambar (printed) pada kertas kita mungkin akan mengalami kesulitan. Dalam mendesain robot kita tidak harus menggunakan bantuan komputer (Computer Aided Design/CAD). Untuk membangun robot sederhana, cukup gunakan secarik kertas untuk mencoret-coret gambaran desain robot kita. Jika kita sudah mahir menggunakan CAD, maka desain bisa digambar dengan bantuan komputer sehingga hasilnya pun akan terlihat lebih menarik.

Sistem Elektronik Robot

Bagian kedua robot kita, yang juga memiliki peran penting dalam sebuah rancangan robot adalah adanya sistem elektronika robot. Sistem elektronika sebuah robot meliputi adanya rangkaian pengendali utama (main controller), rangkaian sensor, dan juga rangkaian driver aktuator. Aktuator adalah elektromekanik yang memiliki daya gerak. Dalam pembuatan robot pastilah kita mengguanakn aktuator karena aktuator berfungsi sebagai penggerak robot sehingga suatu robot bisa menyelesaikan amanahnya sebagai robot. Pada umumnya, aktuator robot yang bisa digunakan adalah motor DC, baik motor DC dengan magnet permanen, motor DC stepper, ataupun motor DC servo. Selain motor, robot juga mungkin mengguanakan aktuator penumatik dan hidrolik. Namun, aktuator tersebut digunakan hanya untuk robot-robot yang sudah memiliki fungsi yang kompleks.

Software/ Bahasa pemrograman (untuk Robot dengan Mikrokontroller)

Selanjutnya adalah software atau pemrograman. Bagian tersebut digunakan dalam pembangunan robot dengan komponen programmable, seperti IC mikrokontroller/mikroprosesor atau juga programmable logic controller (PLC). Komponen programmable adalah komponen yang terbuat dari bahan semikondukter dan merupakan integrasi dari berbagai komponen elektronika di dalamnya dan dapat diprogram ulang demi tujuan pengendalian robot. Komponen programmable digunakan oleh robot-robot yang dibuat untuk melakukan tugas-tugas yang beragam dan biasanya bekerja secara otomatis. Dengan demikian, robot yang bersifat unprogrammable (sederhana), yang bisa bergerak hanya dengan rangkaian elektronika analog biasa, tidak memerlukan program atau software tersebut. Bahasa pemrogram komponen programmable yang sering dipakai adalah bahasa pemrograman assembly dan/atau bahasa pemrograman C/C++, sedangkan untuk PLC, digunakan bahasa pemrograman PLC berupa diagram tangga (ladder diagram).

Line Tacer Robot atau Line Follower Robot  adalah robot yang bisa bergerak (mobile) mengikuti jalur panduan garis. Garis pandu yang digunakan dalam hal ini adalah garis putih yang ditempatkan di atas permukaan berwarna gelap, ataupun sebaliknya, garis hitam yang ditempatkan di atas permukaan berwarna putih (cerah). Prinsip kerja pendeteksian garis pandu dari robot tersebut adalah bahwa tiap-tiap warna permukaan memiliki kemampuan memantulkan cahaya yang berbeda-beda. Warna putih memiliki kemampuan memantulkan cahaya lebih banyak. Sebaliknya, warna-warna gelap memiliki lebih sedikit kemampuan memantulkan cahaya. Hal itulah yang digunakan untuk mendeteksi garis pandu tersebut.

Menurut Priyank Patil dari Dapertement of Information Technology, K. J. Somaiya Collage of Engineering Mumbai, India, Line follower adalah sebauh mesin yang dapat berjalan mengikuti suatu lintasan jalur (path). Lintasan jalur bisa terlihat (visible) ataupun tidak terlihat (invisible).  Contohnya adalah medan magnet.

Whitecyber memberikan peluang bagi para remaja yang ingin belajar atau mengetahui bagaimana cara membuat Robot. Insyaalloh kami akan membahasnya dari awal hingga akhir. Tema kita kali ini adalah membuat Robot LINE Following.

Dari sisi perangkat keras robot yang digunakan, sama dengan aplikasi Line Following. Yang berbeda adalah kecerdasan yang kita programkan ke dalam robot. Dalam aplikasi Maze Solving, robot tidak hanya harus mampu bergerak mengikuti garis, namun juga berbelok dengan baik ketika menemukan persimpangan. Contoh lintasan di atas masih sederhana, karena tidak mengandung lintasan bersudut lancip, lintasan berupa garis putus, lintasan berupa garis putih di atas bidang hitam dan juga sejumlah lintasan dengan lebar jalur yang beragam, plus bidang miring.

Tidak ada teori khusus atau solusi baku untuk memecahkan Line Maze Solving, karena alur yang harus dilalui robot sangat variatif. Namun, bila peserta memahami teknik pergerakan robot, cara kerja sensor garis dan pertimbangan dinamika dan kinematika, maka tantangan ini dapat ditaklukkan dengan mudah. Hanya saja, perlu jam terbang yang cukup untuk mencapai semuanya itu.

Untuk pembelajaran yang lebih cepat dan efektif, dapat disarankan untuk mengikuti kelas Pemrograman Robot pada Aplikasi Line Following dan Maze Solving yang diselenggarakanNEXT SYSTEM Robotics Learning Center. Berikut adalah sejumlah kelas yang dimaksud:

• Pemrograman Robot dalam Aplikasi Line Following dan Maze Solving dengan Bahasa BASIC
• Pemrograman Robot dalam Aplikasi Line Following dan Maze Solving dengan Bahasa C
• Pemrograman Arduino dalam Aplikasi Line Following dan Maze Solving

Tunggu kehadiran Whitecyber Robot Team.