MARK II X4 FLYER QUADROTOR - AUSTRALIAN NATIONAL UNIVERSITY (ANU)

robotics-university.com | Portofolio penelitian dan pembuatan quadrotor yang lain adalah quadrotor Mark II X4 flyer. Masih dengan fokus yang senada yaitu memfokuskan penelitian mengenai quadrotor pada upaya mendapatkan pengendalian quadrotor yang lebih mantap (robust controller) dan juga teknik pemodelan sistemnya.

Quadrotor Mark II X4 flyer adalah quadrotor rancangan peneliti dari Australian National University (ANU) yang merupakan pengembangan dari quadrotor rancangan sebelumnya, Mark I. Dalam [Wierema, 2008], quadrotor Mark II X4 flyer merupakan quadrotor yang didesain dengan bentuk fisik yang cukup besar dengan panjang 70 cm, diameter rotor 11 inch, dan memiliki berat sekitar 2 Kg. Dengan bentuk fisik yang besar dan berat tersebut, tentu ditemukan permasalahan dalam proses pembangunannya, baik masalah dalam desain fisik maupun masalah dalam pembuatan sistem kendalinya.

Gambar 1. Quadrotor Mark II X4 flyer
(Sumber: [Pounds et al., 2010])

Oleh sebab itu, menurut [Pounds et al., 2009] pembuatan Mark II X4 flyer ini adalah dalam rangka meneliti aspek penting yang sering menjadi pokok permasalahan dalam pembangunan quadrotor besar dan berat (heavy quadrotor), yaitu desain rotor, pengendalian kecepatan motor, dan kendali sikap dinamik quadrotor.

Dalam [Wierema, 2008], spesifikasi elektronik quadrotor Mark II X4 flyer meliputi, sensor CSIRO Eimu IMU yang mampu memberikan sinyal percepatan angular, sinyal pengukuran percepatan, dan sinyal perkiraan posisi angular dalam frekuensi kerja 50 Hz. CSIRO Eimu IMU merupakan sensor kondisi inersia quadrotor dengan 6-axis dan telah dilengkapi dengan magnetometer. Rotor yang digunakan pada Mark II didesain khusus oleh ANU dengan tambahan margin kendali sebesar 30%. Motor DC brushless (DCBL) yang digunakan sebagai aktuatornya dalah motor DCBL 3-fase Jeti Phasor 30-3. Motor DCBL tersebut dipilih karena memiliki torsi yang tinggi dan dapat langsung dikendalikan tanpa membutuhkan lagi tambahan gir. Kemudian sebagai driver kecepatan motor DCBL digunakan electronics speed controller (ESC) merk Toshiba TB9060.

Untuk pengendalian, digunakan flight controller berprosesor Freescale HC12D60A. Dalam komunikasi pengendalian, quadrotor Mark II X4 flyer menggunakan modul bluetooth berjangkauan panjang (sekitar 100 m) yang berjalan pada sistem operasi Linux. Modul bluetooth ini dihubungkan dengan laptop (pada base station) secara serial. Data telemetri dari quadrotor Mark II X4 flyer diolah oleh komputer base station dan ditampilkan pada layar. Pilot pengendali dapat memberikan perintah pengendalian kepada quadrotor Mark II X4 flyer melalui keyboard komputer dan unit remote controller JR-X3810.

Gambar 2. Struktur komunikasi pengendalian quadrotor Mark II X4 flyer
(Sumber: [Pounds et al., 2009])

Sebagai langkah pencegahan terhadap kondisi darurat (emergency) yang tidak diinginkan yang terjadi pada quadrotor Mark II X4 flyer, maka quadrotor Mark II X4 flyer juga dilengkapi dengan saklar-pembunuh (kill-switch). Aktivasi kill-switch di-trigger oleh sinyal kendali dari remote controller. Kill-switch berguna untuk menghentikan putaran rotor seketika dalam kondisi darurat meskipun komunikasi data terputus. Gambar 2 merupakan gambaran dari struktur komunikasi pengendalian quadrotor Mark II X4 flyer dari komputer base station dan juga remote controller yang ditampilkan dalam [Pounds et al., 2009].

Gambar 3. Desain fisik quadrotor Mark II X4 flyer
(Sumber: [Pounds et al., 2009])

Desain fisik quadrotor Mark II X4 flyer adalah seperti tampak pada gambar 1 dan gambar 3. Pada gambar 3 terdapat dua bagian, yaitu bagian tampak atas (gambar atas) dan bagian tampak samping (gambar bawah). Pada beberapa bagian dari gambar 3 tampak diberi notasi huruf “A” sampai “I”, dimana keterangan dari notasi huruf tersebut terdapat pada tabel 1.

Tabel 1. Massa bagian-bagian mekanik quadrotor Mark II X4 flyer

Tabel 1 memberikan informasi mengenai massa (berat) bagian-bagian mekanik quadrotor Mark II X4 flyer yang tampak pada gambar 3. Pada gambar 3, notasi huruf “F” dan “G” adalah penempatan battery LiPo yang merupakan sumber energi quadrotor Mark II X4 flyer. Dalam gambar tersebut tampak terdapat 6 kemasan (pack) battery LiPo yang digunakan. Dalam [Wierema, 2008] dijelaskan bahwa battery LiPo yang digunakan memiliki arus sebesar 2000 mAh dan pada masing-masing kemasan battery LiPo terdiri atas 4 sell battery LiPo. Sehingga dapat diketahui bahwa apabila tiap sell battery LiPo bertegangan 3,7 volt, maka tiap kemasan battery LiPo yang digunakan menghasilkan tegangan sebesar 14,8 volt (3,7 volt x 4 sell). Masih dalam [Wierema, 2008], disana juga dijelaskan bahwa keenam kemasan battery LiPo tersebut dirangkai secara parallel, sehingga dapat dipastikan bahwa besar arus yang mengalir pada tiap-tiap motor adalah sebesar 120 A. Kebutuhan sumber energi untuk quadrotor Mark II X4 flyer memang relatif lebih besar jika dibandingkan dengan quadrotor pada umumnya. Hal ini wajar karena mengingat berat fisik quadrotor Mark II X4 flyer yang mencapai 2 Kg. Dengan beban fisik yang cukup berat, maka diperlukan daya tolak/dorong (thrust) rotor yang besar, dan hal ini berbanding lurus dengan besarnya energi yang dibutuhkan oleh quadrotor Mark II X4 flyer.

Berikutnya berhubungan dengan teknik kendali. Teknik kendali yang diterapkan pada quadrotor Mark II X4 flyer adalah mengikuti teori teknik kendali proporsional-integral-derivatif (PID). Teknik kendali PID sudah cukup sesuai digunakan, karena hal yang paling penting dalam pengendalian quadrotor berbobot besar adalah tingkat kestabilan quadrotor ketika beroperasi, baik saat take-off, terbang melayang, dan saat landing.


Referensi:
[Pounds et al., 2009] Pounds, P., and Mahony, R. (2009). Design Principles of Large Quadrotors for Practical Applications. IEEE International Conference on Robotics and Automation. Kobe, Japan.

[Pounds et al., 2010] Pounds, P., Mahony, R., and Corke, P. (2010). Modelling and Control of a Large Quadrotor Robot.

[Wierema, 2008] Wierema, Menno. (2008). Design, implementation and flight test of indoor navigation and control system for a quadrotor UAV. Master’s thesis. Delft University of Technology.

Share on Google Plus

About Taufiq D.S. Suyadhi