Rancang Bangun Pesawat Terbang Mandiri Tanpa Awak dengan

BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Tujuan
Merancang dan merealisasikan pesawat terbang mandiri tanpa awak dengan empat
baling-baling penggerak.
1.2. Latar Belakang
Pesawat terbang tanpa awak atau UAV (Unmanned Aerial Vehicle) adalah jenis
pesawat udara yang tidak memerlukan juru-terbang (pilot) untuk mengendalikannya.
Beberapa jenis UAV dikendalikan oleh operator yang berada di darat (Ground Control
Station) dan ada beberapa jenis UAV yang dapat bergerak mandiri (autonomous) sesuai
dengan misi yang telah ditentukan.
Berdasarkan kegunaannya UAV dibagi menjadi:
1. Target and decoy – UAV sebagai target dan simulasi pesawat musuh untuk latihan
militer.
2. Reconnaissance – UAV diaplikasikan untuk pengintaian.
3. Combat – UAV untuk agresi militer.
4. Logistics – UAV untuk keperluan pengangkutan kebutuhan logistik.
5. Research and development – UAV untuk keperluan riset.
6. Civil and Commercial UAVs – UAV untuk keperluan sipil dan komersial.
1
2
Sebagian besar UAV diaplikasikan untuk kebutuhan militer, seperti pengintaian atau
bahkan invasi militer. UAV sangat aplikatif untuk kebutuhan ini di mana kita dapat
menyerang atau mengintai wilayah musuh tanpa membahayakan pilot. Atau kita dapat
mengambil gambar dari wilayah yang belum diketahui, sebelum kita melewati wilayah
tersebut. Tentunya, UAV untuk kebutuhan tersebut dimulai dari UAV untuk keperluan riset
yang kemudian dikembangkan untuk aplikasi militer.
Namun, riset tentang UAV belum pernah dikembangkan di FTEK UKSW. Dengan
skripsi ini, penulis ingin memulai merintis riset tentang UAV, dengan merancang dan
merealisasikan sebuah pesawat terbang tanpa awak yang dapat diaplikasikan untuk bergerak
mandiri (autonomous).
Dalam riset ini penulis ingin membuat mekanik dan kontrol aras rendah (low layer
control) dari pesawat udara tanpa awak yang kemudian dapat menunjang aplikasi-aplikasiaplikasi aras tinggi. Untuk menunjang aplikasi-aplikasi tersebut, pesawat yang dirancang
diharapkan memenuhi beberapa kriteria:
1. Stabil, low layer control system yang dibuat harus bisa menjaga kestabilan pesawat,
sehingga dapat menunjang aplikasi pada high layer. High layer di sini seperti: sistem
navigasi, aplikasi telemetri, first person view system (FPV) atau aplikasi-aplikasi
lainnya.
2. Fleksibel, pesawat yang dirancang dapat terbang di dalam maupun di luar ruangan
sehingga penggunaan pesawat ini akan lebih luas. Tentunya pesawat harus dapat
melakukan vertical take off and landing (VTOL) untuk dapat terbang di dalam
ruangan.
3
3. Sederhana, diharapkan mekanik pesawat yang dibuat mudah untuk direalisasikan
tanpa menggunakan sistem mekanik yang rumit dan memerlukan kepresisian tinggi.
Untuk menjawab kriteria tersebut, dalam skripsi ini penulis merancang sebuah UAV
dengan empat baling-baling penggerak atau Quadcopter (quad rotor helicopter). Yaitu UAV
sejenis helicopter dengan 4 baling-baling penggerak. Dibandingkan dengan helicopter dan
pesawat terbang sayap tetap (fixed wing aircraft) yang seukuran, Quadcopter memiliki
beberapa kelebihan:
1. Tidak memerlukan mekanik yang rumit untuk mengontrol sudut roll dan pitch seperti
helicopter pada umumnya, sehingga perancangan mekanik akan lebih sederhana serta
dapat menekan biaya.
2. Quadcopter memiliki empat baling-baling penggerak sehingga ukuran baling-baling
akan lebih kecil dibandingkan dengan helicopter yang seukuran. Ukuran balingbaling yang lebih kecil ini memungkinkan untuk memberikan pelindung bagi setiap
baling-balingnya, sehingga dapat menghindari kerusakan pada baling-baling jika
menabrak objek saat terbang. Dengan 4 baling-baling yang terdistribusi, Quadcopter
memerlukan motor dengan daya yang lebih kecil dibandingkan dengan helicopter
dengan satu baling-baling.
3. Dibandingkan dengan fixed wing aircraft Quadcopter lebih ‘lincah’. Quadcopter
dapat bergerak ke segala arah, dan dapat melakukan lepas landas atau pendaratan
secara vertikal yang tidak bisa dilakukan oleh fixed wing aircraft.
Riset Quadcopter dalam tugas akhir ini merupakan tantangan dalam sistem kontrol,
embedded system dan sensor fusion, di mana sistem yang akan dibuat merupakan sistem
MIMO (Multiple Input Multiple Output) serta dalam perancangan AHRS (Attitude and
4
Heading Reference System) digunakan sensor-sensor yang saling melengkapi kekurangan
masing-masing sensor untuk mendapatkan informasi arah hadap yang akurat. Diharapkan
hasil skripsi ini dapat menyediakan sistem mekanik dan sistem kendali aras rendah (low level
control system) untuk diaplikasikan dan dikembangkan di kemudian hari.
Pada skripsi ini dirancang middle-ware yang akan mengakomodir pengaplikasian
pesawat dengan piranti high layer application yang akan menunjang kinerja pesawat untuk
kebutuhan autonomous. Gerak pesawat yang secara realtime dikendalikan oleh low layer
control membutuhkan proses yang padat dan sangat peka terhadap latency, di sisi lain
tuntuan aplikasi penggunaan pesawat membutuhkan proses yang banyak membutuhkan
waktu, seperti image proccessing, komunikasi dan proses lainnya. Middle-ware yang
dirancang akan memberikan layanan high level command oleh high layer application untuk
diteruskan ke low layer control. High layer application diimplementasikan dengan
smartphone yang mewakili sistem soft-realtime yang kaya akan fitur, seperti kamera dengan
resolusi tinggi, koneksi yang cepat dan memori yang besar, serta dukungan SDK (Standart
Development Kit) yang memberikan kemudahan dalam membuat aplikasi. Penggunaan
smartphone dalam tugas akhir ini juga berfungsi sebagai test payload (beban uji) untuk
menguji kinerja dari mekanik dan gerak pesawat yang dirancang.
5
1.3. Sistematika Penulisan
Skripsi ini dibagi dalam beberapa topik bahasan yang disusun secara sistematis
sebagai berikut :
Bab I Pendahuluan
Bab ini membahas mengenai tujuan dan latar belakang serta sistematika penulisan.
Bab II Dasar Teori
Bab ini membahas sistem gerak dari Quadcopter dan prinsip dasar dari setiap bagian
dari Quadcopter.
Bab III Perancangan
Bab ini membahas abstraksi arsitektur perancangan dan rincian dari perancangan
Quadcopter.
Bab IV Pengujian dan Analisis
Bab ini membahas metode pengujian dan analisa hasil pengujian dari perancangan
Quadcopter.
Bab V Kesimpulan dan Saran
Memberikan kesimpulan hasil perancangan dan saran pengembangan ke depan.