ROBOT LINE FOLLOWER DENGAN SISTEM DOKUMENTASI OBJEK OTOMATIS

 

ROBOT LINE FOLLOWER DENGAN SISTEM DOKUMENTASI OBJEK OTOMATIS

 

Andra Akhmat Maulana¹, Hasbullah Mahmud Rusdiardi², Naufal Rehan Dwi Sakho³, Shafriel Afido Indratma⁴

 

Jurusan Teknik Elektro, Prodi Teknologi Rekayasa Elektronika, Politeknik Negeri Semarang

Jl. Prof. Soedarto, Tembalang, Kec, Tembalang, Kota Semarang, Jawa Tengah, 50275

¹andra.43423106@mhs.polines.ac.id

²hasbullah.43423112@mhs.polines.ac.id

³naufal.43423118@mhs.polines.ac.id

⁴shafriel.43423124@mhs.polines.ac.id

 

INTISARI – Perkembangan otomasi memicu kebutuhan akan sistem pengawasan area yang efisien tanpa ketergantungan pada operator manusia secara langsung. Artikel ini membahas pengembangan prototipe robot patroli otomatis berbasis Raspberry Pi 4 yang mampu bernavigasi mandiri mengikuti jalur menggunakan sensor line follower. Sistem ini mengintegrasikan sensor ultrasonik HC-SR04 untuk mendeteksi objek, lalu secara otomatis menghentikan robot dan mengambil dokumentasi visual menggunakan Pi Camera. Melalui integrasi sistem terbenam ini, proses monitoring dan dokumentasi objek dapat berjalan lebih mandiri, aman, dan efisien.

Kata Kunci: Raspberry Pi 4, Line Follower, HC-SR04, Pi Camera, Robot Patroli Otomatis

I.                   PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Perkembangan teknologi otomasi dan sistem robotika saat ini telah memicu transformasi besar dalam sistem pengawasan keamanan dan patroli area. Metode pemantauan konvensional yang mengandalkan kehadiran operator manusia secara langsung di lapangan sering kali menghadapi kendala keterbatasan fisik, kelelahan, serta risiko keselamatan pada area-area berbahaya. Oleh karena itu, kebutuhan akan perangkat bergerak otonom yang mampu menjalankan fungsi patroli secara mandiri dan berkala menjadi sangat krusial untuk meningkatkan efisiensi pengawasan.

 

Sebagai solusi atas keterbatasan pemantauan manual tersebut, dirancang sebuah robot patroli otomatis otonom berbasis Single Board Computer (SBC) Raspberry Pi 4. Navigasi utama robot dirancang agar mampu bergerak mandiri mengikuti jalur pemandu fisik yang telah ditentukan menggunakan sensor line follower inframerah. Penggunaan basis komputer mini ini memberikan keunggulan komputasi yang bertenaga untuk mengolah data sensor secara real-time sekaligus mengendalikan pergerakan motor penggerak secara presisi.

 

Guna mengoptimalkan fungsi patroli, sistem ini mengintegrasikan sensor ultrasonik HC-SR04 sebagai pendeteksi keberadaan objek atau rintangan fisik di depan robot. Ketika rintangan terdeteksi pada jarak kritis, robot secara otomatis akan menghentikan lajunya dan mengaktifkan sistem dokumentasi visual berbasis Pi Camera untuk mengambil gambar objek tersebut. Melalui integrasi sistem terbenam (embedded system) ini, proses monitoring area serta pendokumentasian rintangan dapat berjalan secara otonom, aman, dan efisien tanpa memerlukan intervensi operator manusia.

B.     Rumusan Masalah

1.      Bagaimana merancang sasis dan sistem navigasi robot patroli otonom berbasis Raspberry Pi 4 yang mampu mengikuti jalur lintasan secara mandiri menggunakan sensor line follower?

2.      Bagaimana mengintegrasikan sensor ultrasonik HC-SR04 ke dalam pin GPIO Raspberry Pi 4 agar mampu mengukur jarak rintangan di depan robot dengan presisi?

3.      Bagaimana menyusun algoritma interupsi otonom pada embedded system untuk menghentikan pergerakan motor DC dan mengaktifkan Pi Camera untuk pengambilan foto objek secara otomatis?

C.    Tujuan

1.      Merancang dan membangun sistem mekanis serta navigasi robot patroli otonom berbasis Raspberry Pi 4 yang mampu melacak jalur lintasan secara mandiri.

2.      Mengintegrasikan sensor ultrasonik HC-SR04 sebagai sistem pemindai jarak guna mendeteksi keberadaan objek penghalang di area lintasan secara aktual.

3.      Mengembangkan algoritma kontrol interupsi otonom untuk menghentikan laju robot secara otomatis dan mengeksekusi pengambilan dokumentasi visual via Pi Camera saat mendeteksi rintangan.

II.                METODOLOGI

A.    Studi Literatur: Mengumpulkan informasi ilmiah dari berbagai jurnal terkait instrumen monitoring daya, kalkulasi nilai RMS, arsitektur mikrokontroler Raspberry Pi Pico, sensor ZMPT101B, dan sensor ACS712.

B.     Perancangan Sistem: Merancang diagram blok aliran data otonom yang mencakup komponen masukan (sensor jarak, sensor garis, kamera), unit prosesor pusat, dan unit keluaran aktuator motor.

C.    Pembuatan Perangkat Keras: Merakit sasis fisik robot (differential drive) serta melakukan pengawatan jalur kabel GPIO dari pin Raspberry Pi 4 menuju driver L298N mini dan sensor pendukung.

D.    Pemrograman Mikrokontroler: Menulis skrip kode program utama menggunakan bahasa Python untuk menanamkan algoritma navigasi pembaca jalur serta instruksi interupsi kamera otonom.

E.     Pengujian dan Kalibrasi: Menguji responsitas sensor line follower pada jalur lintasan serta mengkalibrasi akurasi jarak pembacaan sensor ultrasonik pada batas zona kritis.

F.     Evaluasi dan Penyempurnaan: Menganalisis stabilitas robot saat bergerak mengikuti garis, ketepatan logika berhenti saat mendeteksi rintangan, serta proses penyimpanan file dokumentasi foto.

G.    Dokumentasi dan Laporan: Menyusun laporan teknis hasil pengujian praktikum, memetakan daftar koneksi GPIO, serta mengarsipkan draf final publikasi kelompok.

III.             KAJIAN PUSTAKA

A.    Komponen

1.      Raspberry Pi 4

Gambar 3.1 Raspberry Pi 4

Menurut literatur embedded system, Raspberry Pi 4 dikategorikan sebagai Single Board Computer (SBC) berarsitektur RISC yang menggunakan prosesor Quad-core ARM Cortex-A72. Dalam sistem robotika otonom, SBC ini tidak hanya berfungsi sebagai unit pemroses data sekuensial biasa, melainkan sebagai pengendali utama (main controller) yang mengelola multithreading operation. Kemampuan ini memungkinkannya mengolah data kinematika dari sensor garis secara paralel bersamaan dengan kalkulasi gelombang ultrasonik dan kompresi data gambar visual dari modul kamera.

2.      Sensor Ultrasonik HC-SR04

Gambar 3.2 Sensor Ultrasonik HC-SR04

Berdasarkan jurnal instrumentasi elektronika, sensor HC-SR04 adalah perangkat pengukur jarak non-kontak berbasis transduser piezoelektrik. Prinsip kerjanya sesuai dengan teori akustik, di mana pin pemicu (TRIG) melepas pulsa gelombang sonik frekuensi tinggi (40kHz) dan pin pantulan (ECHO) menghitung durasi waktu rambat bolak-balik gelombang setelah membentur objek. Data waktu tersebut kemudian dikonversi menjadi satuan jarak fisis (cm) berdasarkan kecepatan rambat bunyi di udara (340m/s).

3.      Sensor Garis IR

Gambar 3.3 Sensor Garis IR

Sensor pelacak garis (line tracker) ini bekerja berdasarkan prinsip dasar optoelektronika memanfaat pasangan Infrared Emitting Diode (LED IR) sebagai pemancar cahaya dan photodiode (atau phototransistor) sebagai penerima pantulan. Sesuai dengan hukum refleksi cahaya ilmiah, permukaan berwarna putih akan memantulkan sebagian besar cahaya inframerah sehingga memicu output logika biner rendah (Low) pada sensor. Sebaliknya, garis lintasan berwarna hitam akan menyerap radiasi inframerah, menghasilkan output logika biner tinggi (High) yang dibaca oleh pin GPIO kontroler.

4.      Driver Motor L298N Mini & Motor DC

Gambar 3.4 Driver Motor L298N Mini & Motor DC

Driver L298N mini dirancang sebagai penguat daya (power amplifier circuit) terintegrasi yang menerapkan topologi jembatan-H ganda (Dual H-Bridge). Komponen ini sangat penting dalam sistem robotika untuk memisahkan catu daya digital (logic supply) dari catu daya induktif motor DC (power supply) guna mencegah efek back-EMF (arus balik magnetik) yang dapat merusak mikrokontroler. Pengendalian putaran motor dilakukan secara linear melalui teknik Pulse Width Modulation (PWM) dari pin GPIO Raspberry Pi.

5.      Pi Camera / Web Cam

Gambar 3.5 Pi Camera / Web Cam

Modul kamera digital yang terhubung melalui bus Camera Serial Interface (CSI) pada Raspberry Pi menawarkan transmisi data piksel mentah berkecepatan tinggi langsung ke prosesor tanpa membebani jalur bus USB. Komponen ini bertindak sebagai aktuator dokumentasi otonom yang dipicu oleh instruksi berbasis interupsi perangkat lunak (software-triggered interrupt) saat kondisi jarak spasial dari objek terpenuhi.

IV.             HASIL DAN PEMBAHASAN

A.    Prinsip Kerja

1.      Pembacaan Parameter Lingkungan: Sensor line follower inframerah (kiri dan kanan) membaca nilai kontras warna jalur lintasan untuk memberikan panduan navigasi kemudi otonom , sedangkan di saat bersamaan sensor ultrasonik HC-SR04 memancarkan gelombang untuk mengukur jarak rintangan di depan robot secara kontinu.

2.      Pemrosesan Data Kontrol: Raspberry Pi 4 secara berkala mengevaluasi prioritas input data. Selama data jarak dari sensor ultrasonik berada di zona aman (Jarak > 25cm), kontroler akan memproses data sensor line follower untuk menggerakkan motor DC kiri dan kanan mengikuti rute garis.

3.      Logika Interupsi Dokumentasi Otomatis: Apabila sensor ultrasonik mendeteksi objek berada pada jarak kritis di bawah 20cm, kontroler akan memotong loop navigasi, menghentikan laju robot secara mendadak , lalu mengeksekusi perintah otonom untuk mengambil dokumentasi visual berupa foto objek melalui Pi Camera. Robot akan tetap berada di area transisi tersebut hingga objek disingkirkan dan setelah jarak kembali longgar (>25cm), robot secara otonom melanjutkan misi patrolinya.

B.     Diagram Blok

Gambar 4.1 Diagram blok

C.    Diagram Alir

Gambar 4.2 Diagram alir

D.    Rangkaian Skematik

Gambar 4.3 Rangkaian skematik

E.     Program

 

V.                KESIMPULAN

Proyek ini berhasil mengintegrasikan sistem line follower, sensor ultrasonik HC-SR04, driver motor, dan Pi Camera dalam satu sistem otomatis. Robot mampu mengikuti jalur secara mandiri, mendeteksi objek pada jarak tertentu, menghentikan pergerakan saat objek terdeteksi, mengambil foto objek, serta melanjutkan patroli setelah objek tidak berada di area deteksi. Sistem ini menunjukkan penerapan sensor, aktuator, dan pengolahan data yang bekerja secara terintegrasi pada robot patroli cerdas.

VI.             Link PPT

https://canva.link/bdhffxaxgj11gva

VII.          Referensi

Muflih, A., Nurjaya, & Ammase, S. (2025). Rancang Bangun Robot Line Follower Otomatisasi dengan Sensor Cerdas. Innovatech of Computer Engineering (JICE).

https://ejournal.umkota.ac.id/index.php/JICE/article/view/18  

VIII.       Link YouTube

https://youtu.be/QfwAL6Qe8Kg?si=ZrYTUkaDl987qd3x