Rancang Bangun dan Uji Kinerja Robot Autonomous Penyemprot Presisi pada Budidaya Kubis

Abstract

Petani umumnya melindungi tanaman kubis dari serangan hama menggunakan pestisida yang disemprotkan dengan alat yang biasa disebut sprayer. Jenis sprayer yang banyak digunakan yaitu knapsack sprayer dan electric sprayer. Prinsip kerja knapsack sprayer yaitu larutan dari tangki dikeluarkan melalui nozzle dengan memanfaatkan tekanan udara dalam tangki yang dipompa menggunakan tuas, sedangkan electric sprayer menggunakan pompa yang digerakkan secara elektrik. Petani menggunakan kedua jenis sprayer ini dengan cara digendong ke seluruh area lahan. Kelemahan yang dirasakan petani menggunakan knapsack sprayer ataupun electric sprayer yaitu berat beban yang dibawa terutama ketika kondisi tangki terisi penuh, sehingga dikhawatirkan dapat mengakibatkan cedera dan larutan pestisida yang disemprotkan dikhawatirkan mengganggu kesehatan petani. Praktik penyemprotan menggunakan sprayer juga memiliki kelemahan pada cara pengoperasiannya sehingga menyebabkan aplikasi penyemprotan yang tidak presisi. Aplikasi penyemprotan presisi dimaksudkan seperti (1) ketepatan ukuran droplet yang dihasilkan untuk penyemprotan pestisida, sehingga larutan yang disemprotkan tidak mudah terbawa angin jika ukuran terlalu kecil ataupun luruh jika ukuran terlalu besar, (2) Ketepatan sasaran penyemprotan (hanya pada tanaman), sehingga dapat mengurangi larutan pestisida yang terbuang, dan (3) aplikasi volume semprot yang dihasilkan sesuai rekomendasi pestisida yang digunakan. Nilai volume semprot yang direkomendasikan terdapat pada label produk pestisida yang digunakan. Volume semprot yaitu banyaknya air yang digunakan untuk melarutkan pestisida yang digunakan untuk menyemprotkan tanaman pada suatu area lahan yang dihitung dalam satuan liter/hektar (l/ha). Nilai volume semprot yang dihasilkan pada saat proses penyemprotan dipengaruhi oleh debit penyemprotan dari sprayer, sehingga petani perlu menyesuaikan kecepatan maju penyemprotannya atau durasi penyemprotannya pada tiap tanaman kubis untuk mendapatkan nilai volume semprot yang tepat. Dengan aplikasi penyemprotan yang terukur dan presisi dapat mengurangi larutan pestisida yang terbuang dan mengurangi residu pada hasil panen yang membahayakan bagi konsumen. Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan menguji kinerja robot otonom yang mampu menyemprotkan pestisida secara presisi pada tiap tanaman kubis. Robot otonom dirancang mampu berjalan sendiri pada lahan menggunakan navigasi pengikut bedeng dengan memanfaatkan dinding bedeng pada sisi kiri dan kanan robot, sistem navigasi ini dilengkapi dengan sistem kontrol kendali PID sehingga robot mampu berjalan lurus. Robot dilengkapi dengan 2 sistem penyemprotan electric pada sisi kiri dan kanan robot sehingga mampu menyemprotkan 2 row tanaman kubis. Penyemprotan hanya akan dilakukan pada tanaman kubis yang terdeteksi oleh sensor kamera dengan memanfaatkan sistem berbasis object detection. Robot otonom bekerja menyemprotkan tanaman kubis satu-persatu secara intermittent dan dilakukan tanpa harus membuat robot berhenti. Sistem penyemprotan menerapkan mekanisme slider pada dudukan nozzle, nozzle akanbergerak ke arah berlawanan dengan arah jalan robot sehingga posisi penyemprotan mampu dipertahankan pada setiap tanaman selama robot berjalan. Volume larutan pestisida yang keluar dari nozzle diatur dengan sistem kontrol berdasarkan data input seperti diameter tanaman dan volume semprot rekomendasi yang digunakan. Input data dilakukan pada saat awal pengoperasian robot. Tekanan penyemprotan dikontrol menggunakan pengendali PID sehingga tekanannya dapat dipertahankan. Perangkat Raspberry pi dan Arduino mega digunakan sebagai komponen kontrol utama. Komponen pendukung seperti sensor kecepatan, sensor jarak, sensor kompas, dan sensor tekanan juga diterapkan pada robot sehingga robot mampu bekerja dengan baik. Hasil pengujian menunjukkan robot mampu berfungsi dengan baik menyemprotkan tiap tanaman dengan kecepatan maju 0.226-0.227 m/s, ukuran droplet yang dihasilkan menggunakan nozzle 4 lubang yaitu 357 mikron pada tekanan semprotan 3 bar dengan akurasi volume yang keluar yaitu 91.70%. Model latih Object Detection untuk mendeteksi tanaman kubis memiliki nilai akurasi 90.4%. Perintah penyemprotan yang berhasil dilakukan oleh robot dengan menggunakan sistem deteksi objek memiliki akurasi 88.1 %. Posisi penyemprotan yang dilakukan oleh robot pada setiap tanaman kubis memiliki nilai error rata-rata 3.83 cm terhadap titik pusat kubis. Kapasitas lapang efektif (KLE) yang dihasilkan petani lebih tinggi dibanding dengan robot karena petani memiliki kemampuan berbelok yang lebih cepat. Volume semprot yang dihasilkan oleh robot mampu mendekati volume semprot rekomendasi yang digunakan dengan nilai akurasi 91.29%. Penyemprotan pestisida yang dilakukan oleh petani maupun robot mampu melindungi tanaman, namun sulit melindungi tanaman yang terserang hama C.binotasil jika tanaman telah membentuk crop.