prev next

29/10/12

Simulasi Model Sensor Sonar Untuk Keperluan Sistem NavigasiI Rrobot Mobile

Posted on 00.44 by tris KT

Salah satu aplikasi penting pemanfaatan sensor sonar adalah pada bidang robot mobile. Agar dapat bernavigasi secara autonomous, sebuah robot mobile yang cerdas tentunya harus mampu mengenali keadaan lingkungan dimana robot tersebut beroperasi. misal robot mobile yang dirancang harus memiliki kemampuan mendeteksi objek-objek penghalang yang bersifat statis maupun dinamis. Untuk tujuan tersebut maka sebuah robot mobile harus dilengkapi dengan sensor yang dapat memetakan lingkungan sekelilingnya secara real time.

Salah satu sensor yang banyak digunakan untuk hal diatas adalah sensor sonar atau ultrasound. Hal ini terkait dengan kemampuan jangkauan deteksinya yang relative jauh, tingkat radiasi yang aman serta harga relative murah. Tapi disamping kelebihankelebihan tersebut, secara praktis ada beberapa keterbatasan dan permasalahan penting dalam menginterpretasikan data hasil pembacaan sonar ini, diantaranya adalah:

Sensitifitas deteksi dari sensor sangat tergantung dari besar sudut yang dibentuk oleh sensor dengan bidang refleksi (objek): jika sudut yang dibentuk terlalu besar maka sinyal tidak akan terpantul ke penerima, sehingga dimungkinkan objek tidak akan terdeteksi oleh sensor.

Semakin jauh jarak objek yang terdeteksi, maka posisi objek tersebut semakin tidak diketahui secara pasti. Hal ini terkait dengan bidang deteksi yang berbentuk kerucut dengan pusat pada sensor tersebut.

Jika objek yang dideteksi berukuran besar dan berbentuk tidak beraturan atau jumlahnya banyak, maka dimungkinkan terjadi pantulan-pantulan, sehingga jarak yang terdeteksi oleh sensor tidak merefleksikan jarak objek yang sebenarnya.

Berkaitan dengan permasalahan-permasalahan tersebut, maka kita tidak dapat secara langsung mengintepretasikan data jarak yang dihasilkan sensor sonar secara langsung tanpa pengolahan awal (misal
untuk mengetahui secara tepat posisi atau dimensi dari objek yang terdeteksi).

Salah satu solusi untuk permasalahan diatas pada dasarnya dapat didekati dengan menggunakan metode yang dikembangkan oleh Elfes dan kawankawan di Laboratorium Robot Mobile, Institut Robotika Carnegie Mellon University (CMU). Metode ini pada dasarnya bertumpu pada teori probabilitas: Untuk memetakan lingkungan dengan menggunakan sensor sonar, Elfes membagi wilayah operasi (robot) menjadi area-area berukuran kecil (grid-grid), Berdasarkan hasil pembacaan dari beberapa buah sensor sonar dari posisi yang berbeda dan digabungkan dengan teknik pembaharuan data, maka setiap grid pada area yang akan dipetakan pada akhirnya akan memiliki nilai probabilitas pemetaan berikut : area dengan probabilitas kosong (empty), area dengan probabilitas terisi objek (occupied), area dengan probabilitas tidak diketahui(unknown).

Sensor sonar pada dasarnya bekerja berdasarkan prinsip pemantulan gelombang ultrasonic, berikut ini adalah hal yang dilakukan oleh sensor untuk mendeteksi keberadaan sebuah objek.
  1. Sensor memancarkan sinyal ultrasound dengan frekuensi sekitar 50 KHz. (Kecepatan sinyal suara, V =0.3 m/ms)
  2. Sensor mendeteksi waktu pantulan lewat receiver sejak sinyal tersebut dipancarkan ( Δt)
  3. Sensor menghitung jarak objek yang

MODEL SONAR

Model sonar pada dasarnya adalah cara bagaimana data jarak hasil pembacaan sensor diintrepretasiakan. Tidak seperti sensor jenis lain (misal Laser atau sumber infrared) yang hanya mendeteksi wilayah yang sangat sempit (focus), pancaran gelombang sonar bersifat menyebar dan membentuk area deteksi berbentuk kerucut. Gambar 2 dan 3 berikut berturut-turut memperlihatkan pola tipikal radiasi intensitas akustik dari sensor sonar Polaroid







Berdasarkan kedua gambar tersebut, maka secara umum jangkauan sudut deteksi untuk sensor sonar ini besarnya kurang lebih 30o

SIMULASI DAN ANALISA
Pada tahap ini akan dilakukan serangkaian uji simulasi model sonar dengan metode Elfes. Simulasi akan dilakukan pada komputer dengan menggunakan perangkat lunak Matlab. Model yang akan disimulasikan terlihat seperti gambar 1. dibawah ini


Dalam hal ini:
R : Jarak yang terukur oleh sensor sonar
ε : Error pengukuran sensor sonar (1%)
α : Lebar bidang radiasi sensor sonar (30o)
θ : Sudut antara sumbu utama sensor dengan grid (titik) yang akan dipetakan.
Area dengan probabilitas kosong-tidak ada obyek(area 1): Area ini terletak didalam bidang kerucut radiasi sonar

(r < R- ε dan θ ≤ α/2)
P (x, y) E(r).E(q )    

dengan
 
E(r) = 0 , lainnya 
Area dengan probabilitas terisi obyek(area 2): Area ini terletak didalam bidang deteksi sonar
dengan
Simulasi Model Sensor Sonar Untuk Keperluan Sistem Navigasi Robot Mobile

Area dengan probabilitas ketercakupan tidak diketahui (area 3): area ini terletak diluar area deteksi sensor sonar. 
Hasil simulasi Matlab berikut ini memperlihatkan visualisasi dari area–area deteksi berdasarkan ketercakupan:







Berdasarkan hasil-hasil simulasi tersebut terlihat bahwa untuk jarak deteksi sensor dengan nilai tertentu, probabilitas kosong- tidak terisi objek akan semakin membesar untuk jarak-jarak yang berdekatan dengan sensor, sedangkan probabilitas terisi objek hanya terdapat pada daerah deteksi dengan nilai probabilitas tertinggi terletak pada pusat atau tegak lurus dengan sensor.

KESIMPULAN
  • Penggunaan teori probabilitas untuk sonar adalah salah satu cara untuk memodelkan ketidakpastian dari posisi objek yang dideteksi
  • Area diluar daerah deteksi sonar berdasarkan model yang digunakan akan selalu memiliki nilai Probalitas nol.
  • Untuk jarak deteksi tertentu, nilai probabilitas kosong akan semakin besar dan sempit pada area yang berdekatan dengan sonar

No Response to "Simulasi Model Sensor Sonar Untuk Keperluan Sistem NavigasiI Rrobot Mobile"

Komentar Anda