TRINAUTOM Perancangan dan Implementasi Robot Pemotong Rumput Otonom dengan Sistem Navigasi Cerdas untuk Pemeliharaan Halaman Rumah
Robot pemotong rumput dan penyemprot herbisida presisi otonom berbasis sasis 65 × 45 cm. Mengintegrasikan visi cerdas Edge AI YOLOv8n, kendali gerak fusi sensor anti-selip, dan sistem daya 24V fuse-less untuk pemeliharaan halaman rumah yang efisien dan ramah lingkungan.
Trinautom
Deteksi rintangan real-time YOLOv8n dan zonasi kedalaman semu Perspective ROI Trapesium.
Kendali motor Wiper Canter 24V, fusi IMU BNO055 anti-selip, dan navigasi cerdas Fuzzy Sugeno.
Catu daya 24V 10Ah dengan proteksi software fuse-less INA226 dan kontrol arus adaptif pisau pemotong.
Penyemprotan herbisida presisi Variable Rate Application (VRA) berbasis HSV dan pompa diafragma DP-521.
Empat Subsistem Rekayasa Trinautom
Pengembangan robot pemotong rumput dan sprayer otonom ini didasarkan pada integrasi empat disiplin ilmu teknik mekatronika yang bekerja secara sinergis untuk menghasilkan sistem yang adaptif, presisi, dan aman terhadap dinamika hambatan di lapangan luar ruangan (outdoor).
Visi Komputer & Perencanaan Jalur
Penanggung Jawab: Muhammad Nabel Al Fayyed (2305110037)Sistem visi mengandalkan YOLOv8n pada Orange Pi 4 Pro untuk deteksi rintangan real-time 640×640. Dilengkapi Perspective ROI Trapesium 3 zona (Hijau, Kuning, Merah Y ≥ 500), manuver cerdas Smart Dodge, dan protokol darurat Blind Mode (>5 detik).
X_tengah = (x1 - x2) / 2 | Y_bawah = y2 (Kedalaman Semu Objek)
Kendali Gerak & Fusi Sensor
Penanggung Jawab: Nicodemus Oloan Simanjuntak (2305110016)Sistem gerak ditenagai 2x Motor Wiper Canter 24V bertransmisi Worm Gear 90° Self-Locking (anti-merosot) via driver BTS7960 43A. Fusi sensor IMU BNO055/MPU6050 mengeliminasi selip rumput, dipadukan kendali cerdas Fuzzy Sugeno Orde-0 dan pengawas FSM Non-Blocking.
v = (vR + vL)/2 | ω = (vR - vL)/Beff | θ(k) = θ(k-1) + ωz·Δt
Optimasi Mekanisme Pemotong & Daya
Penanggung Jawab: Maulana Fathurahman (2305110022)Catu daya 24V 10Ah (2x Prolink FIDA 1290 seri) dengan proteksi Fuse-Less aktif via INA226 + Shunt 2mΩ untuk pemutusan darurat software, didistribusikan melalui Terminal Block FORT TB-2512 dan kendali closed-loop motor pemotong.
V_shunt = I_bus × 2mΩ | Cutoff PWM Darurat via Software ESP32
Penyemprotan Herbisida Presisi (VRA)
Penanggung Jawab: Shaviraj Samad Shaikh (2305110047)Penyemprotan herbisida selektif Variable Rate Application (VRA). Segmentasi warna HSV [35,40,40]–[85,255,255] menghitung kerapatan rumput, diolah Fuzzy Mamdani (Centroid) untuk meregulasi debit Pompa DP-521 (hemat cairan 30%–40%).
Indeks VRA = (Piksel Non-Zero / Total Resolusi Crop) × 100%
Visual Mekatronika Robot
6 Parameter Teknis TRINAUTOM
1. Spesifikasi Mekanik & Dimensi
- Dimensi Rangka: 65 cm × 45 cm
- Berat Sasis / Rangka: ≈ 3 kg
- Berat Baterai: ≈ 5 kg
- Berat Total Estimasi: 10 – 12 kg
2. Sistem Penggerak & Aktuator
- Motor Penggerak Kiri & Kanan: Dinamo / Motor Wiper Truk (Mitsubishi Canter PS125 / setara)
- Tegangan & Arus Motor: 24V DC, Arus Kontinu 2A–5A, Arus Stall ≈ 15A–20A
- Gearbox Penggerak: Worm Gear 90° (Self-locking mekanis untuk pengereman otomatis)
- RPM & Torsi Motor: 60 – 80 RPM (Jalur High-Speed), Torsi kontinu > 40 kgf·cm
3. Sistem Catu Daya (Power System)
- Baterai Utama: 2x Baterai Prolink FIDA 1290 (SLA/VRLA)
- Spesifikasi per Unit: 12V 10Ah (Standby: 13,5V–13,6V, Initial Charge: 2,7A)
- Konfigurasi Sistem: Dirangkai Seri menggunakan konektor Jumper XT60 -> Output operasional 24V 10Ah (240Wh)
- Sistem Pengisian (Charging): Konektor Jumper seri dilepas saat charging. Pengisian mandiri 2x Charger SLA 12V 2A
4. Arsitektur Kelistrikan Fuse-Less & Pengabelan
- Arsitektur Proteksi: Software-based overcurrent protection (tanpa sekering fisik)
- Saklar Utama (Main Switch): Rocker Switch DC atau Battery Isolator dengan rating 30A
- Terminal Utama: Terminal Block FORT TB-2512 (12 Pole, Rating 25A 600V, Baut M4)
- Kabel AWG 14 (Arus Tinggi): Max aman ≈ 15A–20A (Jumper Seri 24V -> Saklar 30A -> INA226 Shunt -> TB-2512 -> BTS7960 -> Motor)
5. Sistem Kontrol & Komputasi
- SBC (Main Controller): Orange Pi 4 Pro (Allwinner A733), 5V DC via port Type-C dari Buck 5V 5A
- Tugas SBC: Komputasi visi (OpenCV, YOLOv8), navigasi otonom, Master Data Hub
- Mikrokontroler: 2x ESP32 Development Board (Daya didapat dari port USB Host Orange Pi, tanpa buck terpisah)
- Jalur Komunikasi: Koneksi USB sekaligus bertindak sebagai komunikasi serial (UART) ke Orange Pi
6. Sistem Sensor & Telemetri
- Sensor Visi Komputer: 1x Kamera USB, terhubung langsung ke port USB Orange Pi 4 Pro
- Telemetri Manajemen Baterai: Modul INA226 (Antarmuka I2C ke ESP32)
- Komponen Shunt Eksternal: Shunt Eksternal 2mΩ (0,002 Ω) dipasang menggantikan shunt internal pada jalur bus 24V
- Fungsi Proteksi Arus: Memonitor tegangan bus 24V dan melakukan pemutusan PWM darurat jika overcurrent
Riwayat Bimbingan & Validasi Dosen Pembimbing
Dokumentasi berkala sesi konsultasi dan asistensi pengerjaan proyek TRINAUTOM bersama Dosen Pembimbing Dr. Feddy Setio Pribadi, S.Pd., M.T. (NIP: 197808222003121002) di Program Studi S1 Teknik Komputer UNNES:
| No | Tanggal Bimbingan | Isi Bimbingan / Diskusi Proyek | Tindak Lanjut & Evaluasi | Paraf Dosbing |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 01-04-2026 | Pembahasan Judul Proyek Capstone dengan 2 Opsi Proyek | Evaluasi kelayakan teknis proposal dan seleksi arah riset robotika halaman cerdas. | Disetujui |
| 2 | 08-04-2026 | Finalisasi Judul Proyek Capstone & Pembagian Jobdesk Masing-Masing Anggota | Penetapan 4 pilar kepakaran: Visi Komputer, Kendali Gerak, Cutting Deck, dan Smart Spraying. | Disetujui |
| 3 | 16-04-2026 | Perancangan Desain 3D Mekanikal Menggunakan Software Autodesk Fusion | Pemodelan sasis 65x45 cm, penempatan roda wiper Canter 24V, motor cutter, dan tangki fluida. | Disetujui |
| 4 | 21-05-2026 | Pelaporan Estimasi Biaya (Bill of Materials) Proyek Capstone | Verifikasi penganggaran komponen: Orange Pi 4 Pro, Dual ESP32, BNO055, INA226, TB-2512, dan aki. | Disetujui |
| 5 | 10-06-2026 | Tanda Tangan & Diskusi Evaluasi Kelayakan Dokumen C2 | Review arsitektur sistem mekatronika dan persiapan komprehensif menuju dokumen metode C3. | Disetujui |
| 6 | 15-06-2026 | Presentasi Demonstrasi Hasil Simulasi Computer Vision & VRA | Uji inferensi YOLOv8n, kalibrasi ROI Trapesium HSV, dan respon transisi pompa via PWM. | Disetujui |
| 7 | 23-06-2026 | Pengesahan Resmi Dokumen C3 (Metode dan Perancangan) | Dokumen C3 ditandatangani oleh Dosen Pembimbing Dr. Feddy Setio Pribadi, S.Pd., M.T. | Selesai & Disahkan |
Tim Peneliti & Dosen Pembimbing
Nicodemus Oloan Simanjuntak
NIM: 2305110016 • S1 Teknik Komputer UNNES Lead Motion Control & Sensor FusionKinematika Skid-Steering, Motor Wiper Canter 24V Worm Gear 90° Self-Locking, Driver BTS7960 (43A), Fusi IMU BNO055/MPU6050 Anti-Slip, Odometri Euler, Fuzzy Sugeno Orde-0 (25 Rule Base), dan Supervisor FSM Non-Blocking millis()
Maulana Fathurahman
NIM: 2305110022 • S1 Teknik Komputer UNNES Lead Cutting Deck & Power ManagementArsitektur Kelistrikan Fuse-Less Aktif via INA226 + Shunt Eksternal 2mΩ (0,002 Ω), Terminal Block FORT TB-2512, Baterai 24V 10Ah (2x Prolink FIDA 1290 Seri), Buck 12V/5V, dan Closed-Loop Kendali Motor Pemotong Rumput
Muhammad Nabel Al Fayyed
NIM: 2305110037 • S1 Teknik Komputer UNNES Lead Computer Vision & Path PlanningEdge AI YOLOv8n pada Orange Pi 4 Pro (Allwinner A733), Bounding Box DIoU + NMS 0.45, Perspective ROI Trapesium 3 Zona (Merah Y≥500), Smart Dodge & Fail-Safe Blind Mode
Shaviraj Samad Shaikh
NIM: 2305110047 • S1 Teknik Komputer UNNES Lead Precision Smart Spraying & Platform WebSegmentasi Ruang Warna HSV Masking [35,40,40]–[85,255,255], Indeks VRA (0–100%), Fuzzy Logic Mamdani (Centroid), Pompa Diafragma DP-521 (12V 2A) via PWM, dan Platform Web trinautom.my.id
Dr. Feddy Setio Pribadi, S.Pd., M.T.
NIP: 197808222003121002Program Studi S1 Teknik Komputer, Fakultas Teknik
Universitas Negeri Semarang (UNNES)
Kesimpulan & Capaian Rekayasa
Persepsi Visual Rendah Biaya (Low-Cost Edge AI)
Model YOLOv8n yang dipadukan dengan pemetaan jarak semu Region of Interest (ROI) Trapesium terbukti mampu menggantikan sensor aktif berbiaya tinggi (seperti LiDAR) dalam mendeteksi dan mengklasifikasikan rintangan secara real-time.
Eliminasi Eror Selip Skid-Steering
Sistem kendali gerak berbasis Fuzzy Logic Sugeno Orde-0 dan Fusi Sensor Inersia IMU BNO055 secara efektif mengeliminasi akumulasi galat orientasi (heading drift) akibat gelincir (slip) pada sasis tracked saat bermanuver di atas rumput basah.
Perlindungan Adaptif & Efisiensi Energi Dek Pemotong
Closed-loop PID berbasis sensor arus INA219 (setpoint 155 mA) berhasil melindungi motor pemotong dari kondisi macet/overload, sementara mekanisme self-locking aktuator linear mempertahankan ketinggian pisau pada daya 0 Watt, menghemat energi baterai > 10%.
Penghematan Bahan Kimia Herbisida 30%–40%
Inovasi Variable Rate Application (VRA) mengawinkan segmentasi HSV dengan inferensi Fuzzy Mamdani kontinu menghasilkan semprotan cairan proporsional bebas fenomena chattering dan menghemat bahan kimia 30%–40% dibanding metode blanket spraying.
Pusat Unduhan Dokumentasi
Dokumentasi lengkap proyek, skema rancang bangun mekatronika, dan repositori kode perangkat lunak:
Spesifikasi Lengkap Robot Pemotong & Sprayer Trinautom
1. Spesifikasi Mekanik & Dimensi
| Dimensi Rangka | 65 cm × 45 cm |
| Berat Sasis / Rangka | ≈ 3 kg |
| Berat Baterai | ≈ 5 kg |
| Berat Total Estimasi | 10 – 12 kg |
| Kecepatan Target | 0,5 m/s (1,8 km/jam) |
| Roda Belakang (Drive) | 2 buah, Diameter 15 cm (Profil knobby/kasar untuk traksi rumput) |
| Roda Depan (Caster) | 2 buah, Diameter 12 cm (Bebas berputar 360°) |
2. Sistem Penggerak & Aktuator
| Motor Penggerak Kiri & Kanan | Dinamo / Motor Wiper Truk (Mitsubishi Canter PS125 / setara) |
| Tegangan & Arus Motor | 24V DC, Arus Kontinu 2A–5A, Arus Stall ≈ 15A–20A |
| Gearbox Penggerak | Worm Gear 90° (Self-locking mekanis untuk pengereman otomatis) |
| RPM & Torsi Motor | 60 – 80 RPM (Jalur High-Speed), Torsi kontinu > 40 kgf·cm |
| Motor Pemotong Rumput | Motor DC Cutter (Spesifikasi RPM/Torsi dan tipe kontrol Relay/MOSFET: TBD) |
| Pompa Air (Sprayer) | Pompa Diafragma Air DC DP-521 (12V DC, Arus Maksimal 2A / 24W) |
3. Sistem Catu Daya (Power System)
| Baterai Utama | 2x Baterai Prolink FIDA 1290 (SLA/VRLA) |
| Spesifikasi per Unit | 12V 10Ah (Standby: 13,5V–13,6V, Initial Charge: 2,7A) |
| Konfigurasi Sistem | Dirangkai Seri menggunakan konektor Jumper XT60 -> Output operasional 24V 10Ah (240Wh) |
| Sistem Pengisian (Charging) | Konektor Jumper seri dilepas saat charging. Pengisian mandiri 2x Charger SLA 12V 2A |
| Buck Converter 1 | 24V to 12V 5A -> Suplai tunggal untuk Pompa Air DP-521 |
| Buck Converter 2 | 24V to 5V 5A (Output USB Type-C) -> Suplai tunggal untuk Orange Pi 4 Pro |
4. Arsitektur Kelistrikan Fuse-Less & Pengabelan
| Arsitektur Proteksi | Software-based overcurrent protection (tanpa sekering fisik) |
| Saklar Utama (Main Switch) | Rocker Switch DC atau Battery Isolator dengan rating 30A |
| Terminal Utama | Terminal Block FORT TB-2512 (12 Pole, Rating 25A 600V, Baut M4) |
| Kabel AWG 14 (Arus Tinggi) | Max aman ≈ 15A–20A (Jumper Seri 24V -> Saklar 30A -> INA226 Shunt -> TB-2512 -> BTS7960 -> Motor) |
| Kabel AWG 18 (Arus Sedang) | Max aman ≈ 7A (TB-2512 -> Modul Buck Converter 12V & 5V -> Pompa DP-521) |
| Kabel Jumper / Dupont | Digunakan untuk seluruh jalur data dan sinyal kendali (I2C, UART, PWM) |
5. Sistem Kontrol & Komputasi
| SBC (Main Controller) | Orange Pi 4 Pro (Allwinner A733), 5V DC via port Type-C dari Buck 5V 5A |
| Tugas SBC | Komputasi visi (OpenCV, YOLOv8), navigasi otonom, Master Data Hub |
| Mikrokontroler | 2x ESP32 Development Board (Daya didapat dari port USB Host Orange Pi, tanpa buck terpisah) |
| Jalur Komunikasi | Koneksi USB sekaligus bertindak sebagai komunikasi serial (UART) ke Orange Pi |
| Tugas Mikrokontroler | PWM ke motor driver, membaca telemetri INA226, memproses interrupt sensor kecepatan |
| Motor Driver Utama | 2x Modul H-Bridge BTS7960 (Input 5,5V–27V, Arus puncak hingga 43A, optocoupler 5V) |
6. Sistem Sensor & Telemetri
| Sensor Visi Komputer | 1x Kamera USB, terhubung langsung ke port USB Orange Pi 4 Pro |
| Telemetri Manajemen Baterai | Modul INA226 (Antarmuka I2C ke ESP32) |
| Komponen Shunt Eksternal | Shunt Eksternal 2mΩ (0,002 Ω) dipasang menggantikan shunt internal pada jalur bus 24V |
| Fungsi Proteksi Arus | Memonitor tegangan bus 24V dan melakukan pemutusan PWM darurat jika overcurrent |
| Sensor Orientasi Absolut | IMU BNO055 / MPU6050 (Fusi giroskop sumbu Z untuk eliminasi heading drift) |