Sistem Pengendali Kemudi Traktor Otomatis Empat Roda Pada Operasi Pengolahan Tanah

SISTEM PENGENDALI KEMUDI TRAKTOR OTOMATIS
EMPAT RODA PADA OPERASI PENGOLAHAN TANAH

SETYA PERMANA SUTISNA

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sistem Pengendali Kemudi
Traktor Otomatis Empat Roda Pada Operasi Pengolahan Tanah adalah benar karya
saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa
pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis
ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.

Bogor, Oktober 2014
Setya Permana Sutisna
NIM F151114011

RINGKASAN
SETYA PERMANA SUTISNA. Sistem Pengendali Kemudi Traktor Otomatis
Empat Roda Pada Operasi Pengolahan Tanah. Dibimbing oleh I DEWA MADE
SUBRATA dan RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Potensi keuntungan traktor otomatis yaitu dapat meningkatkan
produktivitas, akurasi, efisiensi, dan keamanan operator. Penelitian traktor otomatis
di IPB terdahulu telah membuat rancang bangun sistem kemudi otomatis traktor
pertanian. Beberapa bagian kemudi yang dikendalikan yaitu setir, kopling,
akselerasi, dan tuas implemen. Traktor dapat bergerak secara otomatis mengikuti
lintasan acuan tanpa dikemudikan operator. Kendala yang dihadapi yaitu traktor
hanya dapat bergerak maju sehingga ketika traktor berbelok ke lintasan berikutnya
terdapat bagian lahan yang tidak terolah. Selain itu, penentuan orientasi traktor
menggunakan dua titik posisi traktor menjadi kurang akurat ketika pengiriman
pesan data posisi oleh GPS terganggu. Kebutuhan jarak yang cukup besar untuk
menyesuaikan posisi traktor setelah proses belok.
Tujuan penelitian ini mengembangkan sistem pengendalian dan model

prediksi posisi traktor untuk meningkatkan presisi dan akurasi. Modifikasi
algoritma dan pengendali sistem kemudi untuk meningkatkan kemampuan manuver
traktor otomatis dan penyesuaian posisi pada lintasan acuan. Hasil simulasi dan
pengujian riil di lapangan dibandingkan trhadap model prediksi posisi dan menguji
kinerja traktor otomatis untuk aplikasi pengolahan tanah dengan pola lintasan kerja
continuous.
Traktor yang digunakan dalam penelitian ini adalah traktor empat roda 45
HP yang telah dimodifikasi menjadi traktor otomatis. Sensor navigasi yang
digunakan adalah RTK DGPS dengan ketelitian 3-5 cm. Pemrosesan data GPS
menjadi informasi posisi menggunakan komputer (laptop)yang digunakan untuk
menghasilkan perintah gerak bagian – bagian kemudi. Masing-masing bagian
sistem kemudi digerakkan dengan menggunakan sumber tenaga penggerak motor
DC. Pengendalian setir terus dilakukan selama traktor berjalan agar traktor dapat
mengikuti lintasan acuan dengan tepat. Penentuan besar sudut roda kemudi yang
harus terbentuk dihitung berdasarkan simpangan dan orientasi traktor.
Pengujian lintasan lurus dilakukan dengan panjang lintasan 30 m dan
kecepatan maju traktor 0.5 m/s menghasilkan besar simpangan rata-rata terhadap
lintasan acuan sebesar 8.62 cm. Pengujian pengolahan tanah dilakukan pada lahan
ukuran 30 m x 20 m dengan menggunakan implemen bajak rotari dan bajak piring.
Hasil pengujian diperoleh simpangan rata-rata sebesar 12.7 cm untuk bajak rotari

dan 18.8 cm untuk bajak piring. Berdasarkan pengujian riil di lapangan terhadap
simulasi model prediksi posisi traktor menunjukkan bahwa model prediksi posisi
dapat ditambahkan pada program pengendalian. Simpangan posisi hasil simulasi
model prediksi terhadap posisi riil pengujian lintasan lurus yaitu 13.4 cm.
Penambahan model prediksi tersebut dapat mengurangi kesalahan penentuan
orientasi traktor ketika pengiriman data GPS terganggu.
Kata kunci: traktor otomatis, sistem pengendali kemudi, pengolahan tanah.

SUMMARY
SETYA PERMANA SUTISNA. Tracking Control System of Autonomous Four
Wheel Tractor for Soil Tillage Operation. Supervised by I DEWA MADE
SUBRATA and RADITE PRAEKO AGUS SETIAWAN.
Automated tractor could increase productivity, accuracy, efficiency, and
safety during operation. Previous study was about controlled steering system on
IPB, which controlled the tractor operation on steering wheels, clutch, acceleration,
and lever implemen. Tractor could follow reference trajectory without operator.
However, in previous study the tractor only moved forward, so when the tractor
turned into next track during tillage operation there were some sections of land that
were not plowed. In addition, the tractor orientation was determinated using two
points of tractor position became to be less accurate when the GPS data interupted.

As the result, tractor took longer distances to make its position after turn.
The purpose of this study were to develop control system and prediction
models of tractor position, so they improved precision and accuracy of tracking.
Algorithm modification and controlled steering system were used to increase the
maneuverability of autonomous tractor and the adjustment of position on reference
trajectory. The simulation was done and the results were compared with actual test.
The prediction models and performance test of autonomous tractor were tested in a
field for tillage application using continous pattern.
This study used a four-wheel 45 HP tractor that has been modified into an
autonomous tractor. Navigation sensor used was a RTK DGPS with accuracy of 35 cm. GPS data processing used a computer (laptop) to calculate data information
that was used to generate the motion command of steering system. Each part of the
steering system was drived using a DC motor. Steering wheels were controlled
continually so tractor could follow the reference trajectory accurately.
Determination of steering wheel angle was calculated based on the position
deviation and tractor orientation.
Straight-line path testing used a 30 m path and 0.5 m/s of tractor speed. The
average error of the test results was 8.6 cm. The soil tillage was tested on 30 m x
20 m of field using rotary tiller and disc plow which determinated an average error
of 12.7 cm for rotary tiller and 18.8 cm for disc plow. The deviation between the
actual position and simulation model was 13.4 cm. The addition of these prediction

models could reduce the error of tractor orientation determining when the GPS data
transmission was interrupted.
Keywords: autonomous tractor, tracking control system, soil tillage.

© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2014
Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau
menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

SISTEM PENGENDALI KEMUDI TRAKTOR OTOMATIS
EMPAT RODA PADA OPERASI PENGOLAHAN TANAH

SETYA PERMANA SUTISNA

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Sains
pada
Program Studi Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis : Dr Ir Wawan Hermawan, MS

Judul Tesis : Sistem Pengendali Kemudi Traktor Otomatis Empat Roda Pada
Operasi Pengolahan Tanah
Nama
: Setya Permana Sutisna
NIM
: F151114011

Disetujui oleh
Komisi Pembimbing

Dr Ir I Dewa Made Subrata, MAgr
Ketua

Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan, MAgr
Anggota

Diketahui oleh

Ketua Program Studi
Teknik Mesin Pertanian dan Pangan

Dr Ir Y. Aris Purwanto, MSc

Tanggal Ujian: 16 September 2014

Dekan Sekolah Pascasarjana

Dr Ir Dahrul Syah, MScAgr

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang
dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Mei 2013 ini Otomatisasi
Traktor Pertanian, dengan judul Sistem Pengendali Kemudi Traktor Otomatis
Empat Roda Pada Operasi Pengolahan Tanah.
Terima kasih penulis ucapkan kepada bapak Dr Ir I Dewa Made Subrata,
MAgr selaku ketua komisi pembimbing, bapak Dr Ir Radite Praeko Agus Setiawan,
MAgr selaku anggota komisi pembimbing, Dr Ir Wawan Hermawan, MS selaku
penguji luar komisi, dan Dr Ir Y Aris Purwanto, MSc selaku ketua program studi
yang telah banyak memberi saran serta arahan dalam menyelesaikan tesis ini.
Ungkapan terima kasih juga penulis sampaikan untuk kedua orang tua penulis
bapak Entis Sutisna dan ibu Subaedah Ruku, istri penulis Irna Erliana, dan anak
penulis Kayla Anugrah Permana atas semua doa, kasih sayang, dan kesabarannya.
Tidak lupa juga penulis ucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah
membantu selama penelitian, Bapak Wana, Mas Firman, Mas Darma dan Bapak
Joko selaku teknisi lab. Lapangan Siswadhi Supardjo dan lab. Instrumentasi dan
Kontrol, kemudian ucapan terima kasih kepada kak Cecep, Sigit Gunawan, Andreas,

Dodik, Tian, Mas Tri, Bu Reni, dan seluruh teman-teman program TMP angkatan
2011 dan 2012 atas bantuan dan semangatnya selama penelitian dan penyusunan
tesis. Terima kasih juga penulis sampaikan atas dibiayainya kegiatan penelitian ini
oleh I-MHERE project B.2.C IPB dan Penelitian BOPTN dana DIPA IPB 2013
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Oktober 2014
Setya Permana Sutisna

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

vi

DAFTAR GAMBAR

vi

DAFTAR LAMPIRAN

vi

1 PENDAHULUAN
Latar Belakang
Perumusan Masalah
Tujuan Penelitian

1
1
2
3

2 TINJAUAN PUSTAKA
Traktor Otomatis
Global Positioning System (GPS)
Sistem Kontrol
Pengolahan Tanah

3
3

5
7
8

3 METODE
Waktu dan Tempat
Alat dan Bahan
Tahapan Penelitian
Rancangan Sistem
Pengujian
Pengukuran Error

9
9
9
10
12
20
22

4 HASIL DAN PEMBAHASAN
Sistem Pengendali
Pengujian Lintasan Lurus
Pengujian Belok
Pengujian Pengolahan Tanah

23
23
29
33
35

5 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Saran

37
37
38

DAFTAR PUSTAKA

38

LAMPIRAN

40

RIWAYAT HIDUP

47

DAFTAR TABEL
1 Hasil Uji Kebutuhan Waktu Gerakan Unit Pengendali

23

DAFTAR GAMBAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Penyesuaian Traktor Pada Lintasan Lurus Setelah Belok (Rahman 2013)
Traktor Otomatis yang Dikembangkan Di IPB (Rahman 2013)
Ilustrasi Penggunaan RTK DGPS (Wolfgang 2000)
Sistem Kontrol Loop Tertutup Kemudi Traktor (Annas 2012)
Pola Lintasan Traktor (Hunt 2001)
Layout Unit Pengendali Traktor Otomatis
Bagan Alir Proses Penelitian
Sistem Pengendalian Traktor Otomatis
Algoritma Pengendalian Gerak Maju Traktor Mengikuti Lintasan Lurus
Penentuan Orientasi Traktor Dari Perbandingan Dua Titik Posisi
Pola Belok di Ujung Lintasan (Nagasaka 2004)
Algoritma Pengendalian Traktor Mengolah Tanah
Sketsa Penentuan Lintasan Olah
Model Kinematik Kendaraan Kemudi Roda Depan (Sutiarso et al. 2001)
Pola Jalur Kerja Pengujian Traktor
Proses Pengambilan Contoh Tanah (Kurnia 2006)
Algoritma Pengendali Setir
Kalibrasi Pengendali Setir
Algoritma Pengendali Akselerasi
Algoritma Pengendali Tuas Implemen
Algoritma Pengendali Rem
Algoritma Pengendali Pedal Kopling
Algoritma Pengendali Tuas Persenling
Pengujian Pergerakan Traktor Lintasan Lurus Pada Posisi Awal Segaris
Lintasan Acuan
Pengujian Pergerakan Traktor Dari Posisi Kanan Sejajar Lintasan Acuan
Berjarak 5 m
Pengujian Pergerakan Traktor Dari Posisi Kiri Sejajar Linatasan Acuan
Berjarak 5 m
Simulasi Pemilihan Gerakan Belok Traktor
Hasil Pengujian Belok
Pergerakan Traktor Hasil Pengujian Lapangan
Lahan Hasil Pengujian Pembajakan Bajak Rotari dan Bajak Piring
Contoh Data Gps Dalam Format "GPGGA"

2
4
7
7
8
9
10
12
15
16
17
18
19
20
21
22
24
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37

DAFTAR LAMPIRAN
1 Deskripsi Pesan GPS Tipe “GPGGA”
2 DT AVR ATMEGA 128
3 DT Combo Basic Base Board

40
41
42

4 EMS 30A H-Bridge
5 EP50S8-1024-2R-P-24 Autonics Absolute Encoder
6 Hasil Pengukuran Kadar Air Tanah Untuk Pengujian Tanpa
Menggunakan Implemen
7 Hasil Pengukuran Kadar Air Tanah Untuk Pengujian Menggunakan
Implemen Bajak Piring
8 Hasil Pengukuran Kadar Air Tanah Untuk Pengujian Menggunkana
Implemen Bajak Rotari

43
44
45
45
46

PENDAHULUAN

Latar Belakang
Otomatisasi pengoperasian traktor telah berkembang pesat sejak beberapa
tahun terakhir. Penelitian umumnya dilakukan di negara-negara maju seperti USA,
Japan, Swedia, dan negara maju lainnya sebagai upaya untuk mengatasi kelangkaan
tenaga kerja di bidang pertanian. Potensi keuntungan traktor otomatis yaitu dapat
meningkatkan produktivitas, akurasi, efisiensi, dan keamanan operator (Scarlet
2001). Perkembangan bidang elektronik, komputer, dan teknologi komputasi
menjadi inspirasi para peneliti untuk mengembangkan traktor otomatis. Traktor
otomatis saat ini menjadi salah satu hal yang penting dalam pertanian presisi.
Banyak faktor yang menjadi hambatan dalam pengendalian traktor
otomatis (Ming Li et al. 2009), seperti wilayah kerja yang sangat luas, permukaan
tanah tidak rata maupun datar, slip roda, serta tergantung pada operasi kerja atau
implemen. Faktor tersebut membuat pengendalian traktor otomatis menjadi sulit.
Hal ini menjadikan traktor otomatis membutuhkan biaya yang cukup tinggi.
Pengembangan traktor otomatis di Indonesia khususnya di IPB telah
dilakukan beberapa penelitian. Desrial et al. (2010) telah mengembangkan
algoritma pemrograman dan sistem navigasi GPS yang telah dapat bekerja dengan
baik dan memberikan informasi arah yang tepat mengikuti jalur koordinat yang
ditetapkan. Informasi navigasi yang dihasilkan digunakan sebagai penuntun
opertator sehingga traktor bergerak mengikuti jalur koordinat yang telah ditetapkan.
Namun, pada penelitian ini traktor masih dioperasikan oleh operator berdasarkan
informasi sistem navigasi. Otomatisasi kemudi traktor mini 4 roda dengan bahasa
pemrograman LabView dilakukan oleh Annas (2012). Sensor navigasi berupa RTK
DGPS yang menggunakan sistem NTRIP (Networked Transport of Radio technical
commission for maritime service via Internet Protocol). Sistem NTRIP tersebut
membutuhkan koneksi ke jaringan internet menggunakan jaringan GPRS kartu
GSM. Kelemahan sistem tersebut yaitu sangat tergantung pada jaringan operator
GSM yang jangkauan dan kekuatan sinyal terbatas.
Bintarjo (2012)
mengembangkan pengendalian kemudi traktor jarak jauh secara nirkabel
menggunakan wireless gamepad interface. Operator harus mengendalikan traktor
dari pinggir lahan karena tidak dilengkapi sensor navigasi sehingga posisi traktor
tidak dapat diketahui tanpa dilihat secara langsung. Jangkauan pengendali jarak
jauh terbatas maksimum 100 m. Rahman (2013) melanjutkan penelitian Desrial et
al. (2010) dengan membuat rancang bangun sistem kemudi otomatis traktor
pertanian. Beberapa bagian tuas kemudi yang dikendalikan yaitu setir, kopling,
akselerasi, dan tuas implemen. Traktor dapat bergerak secara otomatis mengikuti
lintasan acuan tanpa dikemudikan operator. Orientasi traktor ditentukan dari dua
titik posisi traktor. Kelemahan metode ini yaitu penentuan orientasi akan menjadi
kurang tepat ketika pesan pengiriman data GPS tidak dapat diolah oleh komputer,
sehingga untuk menggunakan metode orientasi tersebut perlu ditambahkan
perhitungan untuk memprediksi posisi traktor. Hasil pengujian traktor pada lintasan
lurus menghasilkan simpangan rata-rata 12 cm. Selain itu, penyesuaian posisi
traktor pada lintasan lurus dari posisi di luar garis lintasan acuan menuju lintasan
acuan membutuhkan jarak yang besar terutama setelah proses belok dan berpindah

2
lintasan seperti terlihat pada Gambar1. Pada Gambar 1, arah traktor datang dari atas
setelah selesai berbelok dan bergerak maju menuju ke bawah.

Gambar 1 Penyesuaian traktor pada lintasan lurus setelah belok (Rahman 2013)
Pengembangan traktor otomatis terus dilakukan agar didapatkan traktor
yang lebih presisi, meskipun penelitian mengenai traktor otomatis telah
menghasilkan traktor yang dapat berjalan sendiri tanpa operator. Pergerakan traktor
otomatis dalam pengolahan tanah harus dikendalikan secara presisi dan akurasi
yang tinggi agar tidak ada tanah yang tidak terolah dan memberikan hasil yang lebih
baik dibandingkan dengan menggunakan operator. Penelitian ini melanjutkan
penelitian Rahman (2013) untuk mengembangkan sistem pengendali kemudi
traktor agar dapat mengikuti jalur kerja lintasan lurus dari posisi tidak segaris pada
jarak tertentu dan belok. Pengembangan yang dilakukan agar diperoleh simpangan
yang lebih kecil dan pemodelan yang dapat digunakan untuk memprediksi posisi
traktor. Pengujian dilapangan dilakukan untuk mengetahui ketepatan traktor dalam
mengikuti lintasan yang telah dibuat dan menguji model prediksi dengan
membandingkan hasil simulasi dan pengujian riil dilapangan.

Rumusan Masalah
Penelitian terdahulu (Rahman 2013), telah mengembangkan traktor
otomtais yang dilengkapi dengan pengendali kemudi otomatis traktor pertanian
berbasis navigasi GPS. Sistem kemudi yang dikendaliakan yaitu kemudi, pedal
kopling, pedal akselerasi, pedal rem, dan pedal implemen.

3
1. Pengendalian tuas transmisi belum dilakukan sehingga traktor hanya dapat
bergerak maju sehingga ketika traktor berbelok ke lintasan berikutnya
terdapat bagian lahan yang tidak terolah.
2. Orientasi traktor dihitung dari dua titik posisi traktor yang diperoleh dari
pembacaan data GPS. Penentuan orientasi mejadi kurang tepat ketika
pengiriman pesan data posisi oleh GPS tertanggu.
3. Penyesuaian traktor dari posisi di luar garis lintasan acuan lurus menuju
lintasan acuan membutuhkan jarak yang besar terutama setelah proses belok
dan berpindah lintasan.

Tujuan
1. Mengembangkan sistem pengendalian dan model prediksi posisi traktor
untuk meningkatkan presisi dan akurasi mengikuti lintasan lurus dan belok
pada traktor otomatis
2. Modifikasi algoritma dan pengendali sistem kemudi untuk meningkatkan
kemampuan manuver traktor otomatis dan penyesuaian posisi pada lintasan
acuan.
3. Membandingkan hasil simulasi dan pengujian riil di lapangan terhadap
model prediksi posisi dan menguji kinerja traktor otomatis untuk aplikasi
pengolahan tanah dengan pola lintasan kerja continuous

TINJAUAN PUSTAKA

Traktor Otomatis
Istilah untuk traktor otomatis secara intenasional cukup beragam
diantaranya yaitu agricultural vehicle autonomous giudance, smart tractor,
autopilot tractor, dan automated tractor. Walaupun menggunakan istilah yang
berbeda, menurut Ming Li (2009) pengertian istilah tersebut tetap sama yaitu traktor
yang dapat beroperasi atau bekerja sendiri. Menurut Ming Li terdapat beberapa
bagian utama dalam sebuah traktor otomatis yaitu sensor navigasi, computational
methods, navigation planners (perencana navigasi), dan steering controler.
Sensor navigasi dapat berupa machine vision, GPS, sensor berbasis laser,
sensor internal, dan geomagnetic direction sensor (GDS). Machine vision
merupakan sensor citra berupa kamera yang berfungsi untuk mengetahui halangan
pada jalur baris. GPS adalah penunjuk posisi mendasar lokasi dalam global. Sensor
navigasi bebasis laser baik digunakan untuk penunjukan wilayah khusus dan sangat
membantu saat sinyal GPS melemah. Sensor internal berfungsi untuk mengetahui
atau mengukur status kendaraan. GDS merupakan magnetometer yang
berhubungan dengan magnet bumi dan hampir sama dengan kompas elektronik.
Metode komputasi memiliki tujuan utama untuk mengolah data sensor.
Menurut Ming Li (2009), beberapa metode komputasi yang sering digunakan yaitu
“hough transform” dan “Kalman filter”. Hough transform berupa pengolahan citra

4
untuk mengetahui jalur garis lintasan yang akan dilewati traktor. Kalman filter
digunakan untuk menebak posisi dari sumber data GPS yang berubah-ubah.
Perencana navigasi adalah aturan penting untuk pengontrolan suatu traktor
otomatis, yang menerjemahkan perubahan posisi. Pola kerja atau jalur rencana
menjadi dasar perencanaan navigasi. Steering controler merupakan pengontrolan
aktuator traveling speed, kemudi, serta peralatan operasi. Kebanyakan dari traktor
otomatis menggunakan beberapa metode seperti PID, FPID, maupun fuzzy logic.
Pengembangan traktor otomatis di Indonesia khusunya di IPB dimulai oleh
Desrial et al. (2010). Dalam penelitian tersebut telah berhasil dibuat algoritma
pemrograman dan sistem navigasi GPS yang telah dapat bekerja dengan baik dan
memberikan informasi arah yang tepat mengikuti jalur koordinat yang ditetapkan.
Namun pada penelitian ini traktor masih dioperasikan oleh operator berdasarkan
informasi sistem navigasi. Pengembangan pada traktor tersebut terus dilanjutkan
hingga dapat beroperasi dan melakukan suatu pekerjaan pengolahan tanah tanpa
dikemudikan oleh operator (Rahman 2013). Beberapa bagian sistem kemudi yang
berhasil kendalikan secara otomatis meliputi setir, akselerator, pedal kopling, pedal
rem, dan tuas implemen dapat dilihat pada Gambar 2. Hasil pengujian menunjukkan
bahwa masing-masing unit kontrol telah bekerja dengan baik dan traktor dapat
malakukan kerja pembajakan secara otomatis tanpa operator. Namun, perlu
menambahkan sistem kontrol tuas transmisi dan memodifikasi sistem kontrol rem
agar dapat bekerja secara terpisah antara rem kiri dan kanan agar gerakan manuver
traktor dapat mejadi lebih baik. Selain itu, beberapa traktor otomatis lain yang telah
berhasil dikembangkan diantaranya yaitu otomatisasi kemudi traktor mini 4 roda
dengan bahasa pemrograman LabView (Annas 2012) dan pengendalian jarak jauh
kemudi dan tuas akselerasi secara nirkabel menggunakan wireless gamepad
interface (Bintarjo 2012).

Gambar 2 Traktor otomatis yang sedang dikembangkan di IPB (Rahman 2013)
Annas (2012) menggunakan RTK-DGPS sebagai sensor penentu posisi
dalam kontrol kemudi mini traktor 4 roda. Sistem koreksi pada RTK-DGPS yang
digunakan adalah sistem koreksi NTRIP (Networked Transport of RTCM via
Internet Protocol). Sistem ini memanfaatkan aplikasi intrnet untuk koreksi posisi
yang terbaca oleh GPS. Traktor dikendalikan oleh komputer pengendali melalui

5
perangkat Ni-DAQ. Perangkat yang dikontrol dalam penelitian ini adalah setir
kemudi dan sensor yang digunakan berupa potensiometer linier. Sudut yang
dibentuk dihitung berdasarkan simpangan yang terjadi terhadap lintasan set-point.
Pengujian dilakukan pada lintasan garis lurus sepanjang 40 m dengan menggunakan
implemen bajak serta tanpa implemen. Hasil pengujian menunujukkan simpangan
maksimum yang dibentuk adalah sebesar 415 cm pada pengujian tanpa bajak dan
123 cm pada lintasan dengan menggunakan implemen bajak.
Bintarjo (2012) mengembangkan traktor dengan sistem kendali jarak jauh
secara wireless. Pengendalian traktor dilakukan dengan menggunakan alat smart
peripheral controller (SPC) wireless Gamepad interface yang berbentuk
menyerupai joystick dalam permainan video game. Bagian traktor yang
dikendalikan secara jarak jauh adalah kemudi (setir) dan tuas akselerator yang
digerakkan oleh motor DC. Dalam penelitian ini pengendali jarak jauh traktor
berhasil dapat bekerja dengan baik dengan jarak jangkauan radius 125 m.

Global Positioning System (GPS)
Menurut Wolfgang (2000) penggunaan GPS untuk kepentingan pribadi
dimulai pada tahun 1995. Sejak pengenalan NAVSTAR-GPS (Navigation System
with Time and Ranging – Global Positioning System) sebagai sistem yang
berkembang cepat untuk aplikasi yang luas. GPS banyak digunakan diberbagai
aplikasi seperti sistem navigasi mobil, pendekatan dan pendaratan peasawat,
penelitian pengeboran lepas pantai, dan nagigasi untuk mesin pertanian lapangan.
Pembacaan data GPS memberikan informasi posisi dalam bentuk derajat
bujur (longitude) dan lintang (latitude). Pada penggunaannya di lapangan koordinat
tersebut harus ditransformasikan menjadi koordinat kartesian x dan y. UTM
(Universal Transverse Mercator) merupakan sebuah sistem yang menggunakan
koordinat kartesian dua dimensi untuk memetakan posisi di permukaan bumi. UTM
membagi wilayah berdasarkan garis bujur menjadi 60 zona dengan lebar zona 6˚.
Datum yang digunakan mengacu pada world geodetic system (WGS) 84 yang
disepakati pada tahun 1984. Datum adalah parameter acuan yang digunakan untuk
mendefinisikan geometri elipsoid bumi . Synder (1987) menyatakan bahwa nilai
koordinat x dan y dapat dihitung menggunakan persamaan :
=

=

{

�−

[� +
−

di mana
=

−

′

+
�

�

� ∅[

�

+

+

−

�+� +

−�+ �+ �

�−
�

+

′

�

−

] .......... (1)
�+� +

]} ....................................................................................... (2)

adalah faktor skala = 0.9996

�= �−�
�= �

−�+�

/

..................................................................................................... (3)
..................................................................................................... (4)

∅ ......................................................................................................... (5)

6
�= ′
′ =

−

=√ −
= �[

∅ ................................................................................................... (6)
....................................................................................................... (7)
...................................................................................................... (8)
−

−

+ ⋯ sin ∅ −

−

di mana:

−⋯ ∅−

+

+

+ ⋯ sin ∅ +

+

+ ⋯ sin ∅ + ⋯] ................................................. (9)

a = jari-jari equator bumi =6378206 m
b = jari-jari polar bumi= 6356583 m
Ø = derajat lintang (latitude) dalam radian
λ = derajat bujur (longitude) dalam radian
λ0 = derajat meridian tengah (central meridian) dalam radian
N = radius kelengkungan (m)
M = jarak sebenarnya dari garis equator ke derajat lintang sepanjang garis
meridian tengah.
A = delta derajat bujur.
Koordinat x dan y yang dihasilkan pada persamaan merupakan jarak dari
garis equator dan garis meridian. Jarak antara dua titik dengan koordinat GPS dapat
dipermudah dengan menggunakan persamaan yang dinyatakan oleh Srivastava et
al. (2006). Persamaan tersebut adalah :
∆ =

∆ =

di mana

−

−

=� �−�

=� �−�

.................................................................... (10)
................................................................... (11)

Δx = delta posisi dalam bidang x (m)
Δy = delta posisi dalam bidang y (m)
Kx = perubahan jarak pada tiap radian bujur (m/rad)
Ky = perubahan jarak pada tiap radian lintang (m/rad)
Berbagai usaha telah dilakukan untuk mengurangi error penentuan posisi
dengan GPS menggunakan beberapa metode, salah satunya dengan sistem real time
kinematik (RTK). Sistem RTK (Real-Time-Kinematic) adalah suatu akronim yang
sudah umum digunakan untuk sistem penentuan posisi real-time secara differensial
menggunakan data fase. Untuk merealisasikan tuntutan real time nya, stasiun
referensi harus mengirimkan data fase dan psedorange-nya ke pengguna secara

7
real-time menggunakan sistem komunikasi data tertentu. Stasiun referensi dan
pengguna harus dilengkapi dengan perangkat pemancar dan penerima data. Ilustrasi
penggunaan RTK DGPS dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3 Ilustrasi penggunaan RTK DGPS (Wolfgang 2000)
Sistem RTK dapat digunakan untuk penentuan posisi obyek-obyek yang
diam maupun bergerak, sehingga sistem RTK tidak hanya dapat merealisasikan
survei GPS real time, tetapi juga navigasi berketelitan tinggi. Aplikasi-aplikasi yang
dapat dilayani oleh sistem ini cukup beragam, antara lain staking out, penentuan
dan rekonstruksi batas persil tanah, survei pertambangan, survei rekayasa dam
utilitas, serta aplikasi-aplkasi lainnya yang memerlukan informasi posisi horisontal
secara cepat (real-time) dengan ketelitian yang relatif tinggi dalam orde beberapa
cm.

Sistem Kontrol
Sistem kontrol merupakan sekumpulan alur logika yang digunakan untuk
mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari seluruh sistem.
Berdasarkan ada atau tidaknya umpan balik (feedback), Dorf (2005) membagi
sistem kontrol menjadi dua jenis yaitu sistem kontrol loop tertutup (closed loop
control system) dan sistem kontrol loop terbuka (open loop control system).

Gambar 4 Sistem kontrol loop tertutup kemudi traktor (Annas 2012)
Sistem kontrol loop terbuka lebih sederhana dan mudah, tetapi memiliki
kelemahan dalam hal merespon gangguan dari luar sistem. Apabila terjadi
gangguan sistem kontrol loop terbuka tidak memiliki mekanisme pengurangan
error secara otomatis. Sehingga nilai keluarannya berbeda dengan yang
diperintahkan. Sistem kontrol loop tertutup adalah sistem kontrol yang sinyal

8
keluaranya diumpankan kembali ke masukan (koreksi) sehingga aksi pengontrolan
selanjutnya dipengaruhi oleh nilai keluaran tersebut. Istilah loop tertutup bermakna
menggunakan aksi umpan balik untuk memperkecil kesalahan sistem. Diagram
sistem kontrol loop tertutup sistem kontrol kemudi traktor dapat dilihat pada
Gambar 4.

Pengolahan Tanah
Pengolahan tanah merupakan kegiatan memanipulasi tanah secara mekanik
untuk penanaman tanaman. Tujuan adalah untuk membangun sturktur tanah yang
mendukung perkecambahan benih, tumbuhnya tumbuhan, dan pertumbuhan akar.
Benih membutuhkan kelembaban dan panas untuk dapat berkecambah. Tanaman
akan sulit tumbuh menembus tanah pada tanah yang keras sehingga dapat
mengakibatkan kegagalan pertumbuhan. Pori-pori tanah dapat melancarkan aliran
udara dan air yang memudahkan akar untuk menyerap unsur hara (Hunt 2001).

Gambar 5 Pola lintasan traktor (Hunt 2001)

9
Pengolahan tanah dilakukan dengan menggunakan mesin pengolahan
tanah yang ditarik oleh traktor. Kemudahan manuver traktor sangat diperlukan
dilahan. Traktor didesain untuk dapat melakukan belok dengan radius yang pendek
pada ujung lahan dan dapat mengikuti jalur pada baris tanaman. Pola lintasan
traktor digunakan terdapat beberapa tipe seperti terlihat pada Gambar 5. Pemilihan
pola yang digunakan disesuaikan dengan dengan keadaan lahan, peralatan, dan
kerja yang dilakukan.

METODE PENELITIAN

Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilakukan mulai April 2013 sampai Januari 2014. Kegiatan
penelitian dibagi menjadi beberapa sub kegiatan yaitu kegiatan pembuatan
rangkaian elektronik, pembuatan model simulasi, pembuatan program
pengendalian, pengujian lapang, dan analisis data serta penyusunan laporan.
Kegiatan pembuatan rangkaian elektronik dilakukan mulai April 2013 sampai
Agustus 2013 di Lab. Bengkel Metanium Teknik Mesin dan Biosistem IPB.
Pembuatan program pengendalian dilakukan mulai Agustus 2013 sampai
November 2013 di Lab. Bengkel Metanium Teknik Mesin dan Biosistem IPB.
Pengujian dilakukan mulai November 2013 sampai Desember 2013 di Lab.
Siswadhi Suparjo Departemen Teknik Mesin dan Biosistem IPB. Analisis data dan
penyusunan laporan dilakukan mulai Desember 2013 sampai Januari 2014.

Gambar 6 Layout unit pengendali traktor otomatis

Alat dan Bahan
Penelitian ini menggunakan traktor empat roda 45 HP yang telah
dimodifikasi menjadi traktor otomatis. Bahan yang digunakan untuk sistem
pengendalian yaitu encoder, potensio meter, motor DC, EMS 30A H-Bridge, kabel,

10
DT-AVR ATmega128, RTK-DGPS. Alat untuk membuat algoritma pengendalian
adalah personal computer (laptop) dengan sofware Microsoft Visual Basic 6.0 dan
Code Vision AVR. Alat yang digunakan untuk pengujian terdiri dari meteran, patok,
dan kamera video. Pengujian kondisi tanah menggunakan alat penetrometer, ring
sampel, oven, dan timbangan digital. Layout unit pengendali traktor otomatis dapat
dilihat pada Gambar 6

Tahapan Penelitian
Secara umum penelitian ini terdiri dari empat tahapan, yaitu perumusan
masalah, perancangan, pembuatan, dan pengujian. Tahapan penelitian dapat dilihat
pada Gambar 7. Perumusan masalah dilakukan dengan mengidentifikasi masalahmasalah kekurangan dari traktor otomatis yang dilakukan pada penelitian
sebelumnya (Rahman 2013). Secara umum traktor otomatis tersebut telah bekerja
dengan baik.
Mulai

Identifikasi dan perumusan masalah

Perancangan dan modifikasi sistem pengendalian traktor
otomatis

Perancangan dan modifikasi algoritma pengendalian

Pembuatan model dan simulasi pergerakan traktor

Uji Lab

Tidak
Berfungsi dengan baik?
Ya
a
Uji lapangan

Pengolahan data dan analisis hasil pengujian

Selesai

Gambar 7 Bagan alir proses penelitian

11
Algoritma pengendalian, sistem navigasi GPS, dan mekanisme telah bekerja
dengan baik dan mengikuti koordinat yang telah ditetapkan. Pada proses belok
traktor mengandalkan sudut maksimum roda depan dengan arah gerak maju tanpa
memfungsikan pedal rem kanan dan kiri pada saat belok, mengakibatkan radius
putar yang cukup besar sehingga traktor sulit berpindah pada jalur kerja terdekat.
Besarnya radius putar mengakibatkan penelitian yang dilakukan Rahman (2013)
menggunakan pola pengolahan tanah tepi. Untuk meningkatkan kemampuan
manuver traktor maka perlu dilakukan pengendalian tuas transmisi maju-mundur
dan pengendalian tuas rem kiri-kanan. Pengendalian dua mekanisme tersebut belum
dilakukan sehingga modifikasi dilakukan pada kedua bagian tersebut. Bagian yang
telah ada dan berfungsi dengan baik dipertahankan seperti semula dan tidak
dilakukan perubahan.
Pengiriman data GPS yang tidak utuh membuat penentuan posisi traktor
menjadi kurang tepat. Hal ini juga menurunkan ketepatan dalam penentuan arah
pergerakan traktor yang menggunakan metode perbandingan dua titik posisi.
Pengembangan model pergerakan traktor dapat dilakukan untuk dapat memprediksi
posisi traktor sehingga dapat diperoleh simpangan yang lebih kecil. Pengujian di
lapangan dilakukan untuk mengetahui ketepatan traktor dalam mengikuti lintasan
yang telah dibuat dan menguji model prediksi dengan membandingkan hasil
simulasi dan pengujian riil di lapangan.
Tahapan perancangan dilakukan untuk merancang sistem pengendalian
traktor pada lintasan lurus, belok, mundur, hingga melakukan pengolahan tanah
pada suatu lahan. Rancangan sistem pengendalian berupa perancangan alur proses
pengendalian. Modifikasi maupun pembuatan rangkaian elektronik dan program
pengendalian. Rangkaian elektronik yang dibuat meliputi: penyedia catu daya,
rangkaian pengendali gerak motor DC dan rangkaian sensor.
Pengujian dilakukan dengan dua cara yaitu pengujian lab dan pengujian
lapangan. Pengujian lab. dilakukan di lab. dengan mengangkat traktor sehingga
keempat roda traktor tidak menyentuh tanah. Pengujian ini bertujuan untuk
mengetahui apakah seluruh sistem pengendali dapat bekerja dengan baik. Setelah
dipastikan seluruh sistem bekerja dengan baik dilakukan pengujian kerja di
lapangan. Pengujian di lapangan meliputi pengujian lintasan lurus, pengujian belok
dan mundur, serta pengujian pengolahan tanah.

Rancangan Sistem
Proses pengendalian traktor otomatis dimulai dengan mengumpulkan data
pemetaan koordinat lahan dengan menggunakan GPS. Perencanaan jalur kerja
dilakukan untuk menentukan titik-titik koordinat belok dengan menggunakan
komputer interface. Pengesetan jalur selesai maka traktor berjalan sendiri dengan
terus membaca sensor navigasi untuk mengetahui posisi dan tindakan yang akan
dilakukan. Data-data informasi sensor navigasi dikirim ke perangkat komputer
untuk diolah agar dapat menentukan keputusan selanjutnya. Hasil interpretasi
program komputer dikirim ke microcontroller yang berfungsi sebagai pengendali
dari masing-masing unit aktuator/motor penggerak. Motor penggerak akan
menggerakkan mekanisme pada unit pengendali sistem kemudi seperti gas, kopling,
rem, dan setir. Secara sistematis dapat dilihat pada Gambar 8. Dalam penelitian ini

12
mekanisme pengontrolan roda kemudi, pedal akselerator, pedal kopling, dan tuas
implemen tidak dilakukan modifikasi. Hal ini berarti mekanisme tersebut
dipertahankan dan tetap digunakan sesuai dengan yang telah dihasilkan dalam
penelitian Rahman (2013).
Sensor navigasi berfungsi untuk mengetahui posisi tepat traktor untuk
menentukan langkah yang harus dilakukan traktor selanjutnya. Pembacaan posisi
dilakukan dengan menggunakan RTK-DGPS Reciever yang dihubungkan ke PC.
RTK-DGPS Reciever yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis/tipe RTKDGPS Outback® S3 GPS Guidance and Mapping System dengan tingkat ketelitian
yang diharapkan sebesar 3 -5 cm. Data yang diterima kemudian dicocokkan dengan
orientasi traktor yang kemudian menentukan langkah yang harus dilakukan traktor.
Orientasi traktor diperoleh dari membandingkan posisi traktor saat ini terhadap
posisi traktor sebelumnya. Posisi dan orientasi traktor dibandingkan terhadap jalur
yang sebenarnya untuk menentukan besar putaran sudut setir kemudi. Kebutuhan
kecepatan pembacaan GPS berbanding lurus dengan kecepatan maju traktor.
Semakin lambat laju traktor dengan frekuensi pembacaan GPS yang sama, akurasi
jalan traktor pada lintasan akan semakin tinggi. Frekuensi pembacaan dan
pengiriman data GPS dalam penelitian ini digunakan frekuensi 5 Hz.
GPS
receiver

Personal computer

Digital
control

Microcontroll
er

H-Bridge

H-Bridge

Relay

Motor DC
pengendali
akselerator

Motor DC
pengendali
implemen

Motor DC
pengendali
kopling

Encoder

Potensiometer

Potensiometer

Sensor

H-Bridge

H-Bridge

H-Bridge
Motor DC
pengendali kemudi

Motor DC pengendali
rem kanan

Motor DC
pengendali rem kiri

Limit switch

H-Bridge
Motor DC pengendali
perseneling maju-mundur
Sensor

Garis kontrol
Garis penggerak
Garis data

Gambar 8 Sistem pengendalian traktor otomatis
Antena GPS diletakkan di atas roda kanan depan sehingga posisi traktor
yang terus terpantau merupakan posisi roda kanan depan traktor. Penempatan
antena pada posisi tersebut karena untuk menghindari getaran berlebihan dan panas

13
dari mesin jika diletakkan di tengah traktor yaitu di atas kap mesin. Posisi implemen
dan bagian lain traktor diasumsikan mengikuti posisi traktor. Implemen bajak yang
digunakan menggunakan penggandengan tiga titik gandeng sehingga arah
implemen bajak tersebut mengikuti arah traktor.
Komputer berfungsi sebagai alat untuk komputasi dan interface. Komputasi
adalah bagaimana mengolah data-data yang diterima oleh GPS sehingga
menghasilkan suatu keputusan. Untuk menghasilkan suatu keputusan perlu
dilakukan penyusunan algoritma pada komputer tersebut yang disusun dalam
sebuah program aplikasi. Penyusunan aplikasi pengendalian traktor otomatis
digunakan software Visual Basic 6.0.
Sistem aktuator berfungsi untuk menggerakkan mekanisme-mekanisme
pada sistem kemudi traktor, yaitu setir, kopling, akselerator, perseneling, rem, dan
implemen. Pergerakan sistem aktuator ini dikendalikan oleh microcontroller
ATMEGA 128. Program pengendalian aktuator dibuat dengan Bahasa
pemrograman C dengan menggunakan software CodeVision AVR. Program ini
kemudian diunduh kedalam microcontroller. Sumber tenaga gerak aktuator
bersumber dari motor DC yang dikontrol oleh microcontroler melalui H-Bridge.
Besar dan arah gerakan sesuai dengan perintah hasil komputasi komputer.
Beberapa pergerakan mekanisme yaitu setir, implemen, kopling,
akselerator, dan tuas transmisi dipantau dengan menggunakan sensor insternal.
Sistem sensor internal berfungsi untuk mengetahui dan memberi umpan balik hasil
gerakan aktuator. Sensor yang digunakan berupa limit switch, potensio meter, dan
rotary encoder. Limit switch digunakan pada aktuator yang digerakkan maksimum,
yaitu pada kopling, rem, dan tuas transmisi. Potensiometer dapat digunakan untuk
mengetahui posisi sudut tetapi dalam akurasi yang rendah. Potensiometer
digunakan pada aktuator yang perlu diketahui posisi sudut tetapi tidak memerlukan
ketelitian tinggi, yaitu pada akselerator dan implemen. Rotary encoder digunakan
pada aktuator yang memerlukan akurasi yang tinggi, yaitu pada setir.

Metode Pengendalian Closed Loop
Pengendalian loop tertutup (closed loop) dilakukan pada pengendali
stir/kemudi, tuas implemen, dan pedal gas. Pengolahan data GPS terhadap lintasan
acuan dan orientasi traktor menghasilkan nilai sudut roda kemudi yang harus
dibentuk. Besar sudut roda kemudi tersebut dikirim ke microcontroller yang
kemudian membandingkan posisi roda kemudi yang telah dibentuk terhadap posisi
roda kemudi seharusnya. Posisi sudut roda kemudi diketahui melalui pembacaan
nilai encoder. Kalibrasi nilai encoder terhadap sudut roda kemudi dilakukan untuk
mengetahui sudut roda kemudi yang terbentuk terhadap nilai encoder yang diterima.
Selisih nilai sudut roda kemudi merupakan parameter yang digunakan untuk
menentukan target baru pergerakan roda kemudi berdasarkan nilai encoder (En).
Metode pengendalian loop tertutup yang digunakan berupa pengendalian on-off
dengan persamaan pengendalian :
� = �

−

+

−

−

�

............................................................................ (12)

14
di mana :
En

: Nilai target encoder sekarang

En-1 : Nilai target encodr sebelumnya
: Nilai sudut roda kemudi sekarang

A

−

: Nilai sudut roda kemudi sebelumnya
: Konstanta

Metode Pengendalian Open Loop
Pengendalian loop terbuka (open loop) yaitu menggerakkan suatu
mekanisme tanpa adanya umpan balik. Pengendalian hanya menggerakkan pada
posisi tertentu dan berhenti pada nilai tersebut yang telah dicapai tanpa melakukan
gerakan koreksi. Pengendalian tuas-tuas kemudi lain dilakuakan dengan
pengendalian loop terbuka, seperti pada pedal kopling, pedal rem, dan tuas
transmisi. Pengendalian loop terbuka dilakukan karena tuas-tuas tersebut tidak
memberikan pengaruh yang signifikan terhadap akurasi gerakan traktor mengikuti
lintasan acuan. Selain itu, tuas-tuas tersebut juga tidak dikendalikan setiap saat yang
dikendalikan pada kondisi tertentu.

Pengendalian Lintasan Lurus
Gerakan traktor dalam melakukan pengolahan tanah pada lahan terbagi
menjadi dua gerakan yaitu gerakan maju pada lintasan lurus atau lintasan olah dan
gerakan belok untuk berpindah pada jalur kerja berikutnya. Hal ini sangat penting
karena pada lintasan lurus inilah dilakukan pembajakan/pengolahan tanah.
Algoritma navigasi pengendalian kemudi traktor pada lintasan lurus dapat dilihat
pada Gambar 9.
Pengendalian dimulai dari penentuan lintasan acuan. Lintasan acuan lurus
dibentuk oleh dua titik koordinat, yaitu koordinat titik mulai dan koordinat titik
akhir. Pembacaan data GPS memberikan informasi posisi dalam bentuk derajat
bujur (longitude) dan lintang (latitude). Pada penggunaan di lapangan, koordinat
tersebut harus ditransformasikan menjadi koordinat kartesian x dan y. UTM
(Universal Transverse Mercator) merupakan sebuah sistem yang menggunakan
koordinat kartesian dua dimensi untuk memetakan posisi di permukaan bumi
(Snyder, 1987). Pada pengolahan data, derajat bujur dan lintang dikonversi menjadi
koordinat kartesian x dan y dengan menggunakan Persamaan 13 dan 14 (Srivastava
et al. 2006)
−

−

=�

=�

−

� − �

................................................................................ (13)
................................................................................. (14)

15
di mana
Δx = delta posisi dalam bidang x (m)
Δy = delta posisi dalam bidang y (m)
� =[
� =[

−
−

c
−

] .
] .

a = equatorial radius = 6378135 m
b = polar radius = 6356750 m
=√ −

Mulai

Penentuan lintasan acuan

Pembacaan data RTK DGPS
(latitude,longitude)

Menghitung posisi traktor (x, y, dan arah)

Menghitung koreksi sudut setir

Mengirim perintah pergerakan setir ke micro controller

Traktor bergerak mencapai akhir lintasan

Tidak

Mencapai akhir
lintasan?

Ya
Stop

Gambar 9 Algoritma pengendalian gerak maju traktor mengikuti lintasan lurus

16
Traktor terus berjalan maju mulai dari titik awal sampai ke titik akhir
mengikuti lintasan acuan. Untuk mengarahkan traktor agar terus berada di lintasan
acuan, setir digerakkan berdasarkan sudut setir (α). Sudut α ditentukan berdasarkan
simpangan posisi dan arah traktor dari yang seharusnya. θ adalah sudut orientasi
lintasan yang menjadi referensi arah jalan traktor dan sudut orientasi traktor adalah
. Sudut orientasi traktor ( ) ditentukan dari dua posisi traktor. Model penentuan
orientasi traktor dari dua titik posisi dan letak antena GPS dapat dilihat pada
Gambar 10.

(a)

(b)

Gambar 10 (a) Letak posisi antena GPS, (b) Penentuan orientasi traktor dari
perbandingan dua titik posisi
Lintasan yang berbentuk garis lurus dengan kemiringan oriref
menghasilkan suatu persamaan garis linier. Persamaan garis linier digunakan untuk
menentukan nilai x seharusnya (xref) ketika posisi traktor pada nilai yt. Perbedaan
nilai posisi x traktor terhadap referensi membentuk nilai simpangan (e). Nilai
merupakan konversi nilai simpangan menjadi sudut. Setiap simpangan 1.5 m maka
sudut roda kemudi diharapkan membentuk sudut maksimum yaitu 30o .Untuk
menghitung penentuan sudut setir yang diberikan terhadap simpangan dihitung
dengan menggunakan persamaan :
(

� = tan− | (
= tan− |
=

=|
=

a

−

×

�

�

.

− �)

− �)

� − �−

� − �−

+

|×

|×

�

................................................................................. (15)

�

............................................................................... (16)

............................................................................................ (17)

| × |sin

��

| .............................................................................. (18)

...................................................................................................... (19)

17
∆ = �−
=

∆ +

.................................................................................................... (20)
.................................................................................................. (21)

Pengendalian Lintasan Belok
Saat mencapai ujung lintasan lurus, traktor melakukan gerakan belok untuk
berpindah ke jalur olah berikutnya. Gerakan belok dirancang mengikuti pola belok
Nagasaka (2004) seperti pada Gambar 11. Traktor bergerak maju dengan sudut
putaran setir maksimum dengan arah sesuai dengan posisi lintasan lurus berikutnya.
Saat belok juga dilakukan pengaktifan salah satu tuas rem kiri atau kanan sesuai
dengan arah belok. Tuas rem kiri akan aktif jika traktor akan memutar ke kiri dan
sebaliknya. Perintah ini akan terus dilakukan sampai terdeteksi traktor telah
berbalik arah hadap. Setelah berubah arah traktor akan bergerak maju dengan sudut
setir berubah-ubah sesuai dengan besar simpangan menyesuaikan posisi pada
lintasan selanjutnya. Kemudian traktor bergerak mundur sampai pada titik mulai
operasi pada jalur berikutnya dengan terus menyesuaikan posisi dan arah yang
sesuai. Selama proses gerakan belok, implemen di naikkan sehingga traktor tidak
melakukan operasi pembajakan.

Gambar 11 Pola belok di ujung lintasan (Nagasaka 2004)

Pengendalian Pengolahan Lahan
Algoritma pengendalian traktor dimulai dengan pembuatan peta jalur
lintasan traktor yang akan dilalui seperti pada Gambar 12. Setelah pembuatan peta
jalur lintasan traktor selesai, traktor mulai bergerak maju dengan menurunkan
implemen terlebih dahulu. Selama bergerak maju traktor terus menyesuaikan posisi
dan darah gerak sesauai dengan lintasan acuan yang harus diikuti. Ketika traktor
sampai di ujung lintasan, implemen dinaikkan dan traktor melakukan pengendalian
operasi belok hingga berbalik arah. Untuk menyesuaikan posisi traktor pada titik
awal lintasan selanjutnya maka traktor bergerak mundur. Sebelum traktor kembali
berjalan mengikuti lintasan acuan, implemen diturunkan dan traktor kembali
bergerak maju sesuai lintasan acuan yang sesuai.
Pembuatan peta jalur lintasan traktor ini dibuat dengan memasukkan empat
titik koordinat lahan (lahan segi empat) serta lebar lintasan yang dapat disesuaikan

18
dengan lebar kerja implemen. Tahap selanjutnya adalah menghitung Δx dan Δy
maksimum dari masing-masing titik yang berhadapan, dengan persamaan berikut
(Rahman 2013):
∆

=

−

............................................................................................... (22)

∆

=

−

............................................................................................... (24)

∆

∆

=

=

−

−

............................................................................................... (23)

............................................................................................... (25)

Gambar 12 Algoritma pengendalian traktor mengolah tanah

19
Berdasarkan masing-masing delta yang ada, dihitung lebar olah lahan (l)
dengan menggunakan persamaan berikut (Rahman 2013):
=

� . [ √∆

+∆

, √∆

+∆

] ..................................... ………..(26)

Dari persamaan (26), dipilih besaran yang terkecil sebagai lebar olah lahan.
Berdasarkan lebar lahan yang ada ditentukan jumlah jalur yang akan diolah dengan
persamaan sebagai berikut:
.............................................................................................. (27)
=
�

Setelah menghitung jumlah lintasan acuan pengolahan tanah, ditentukan titiktitik ujung tiap lintasan sebagai patokan untuk pengolahan secara berurutan dari
lintasan. Sketsa peta jalur lintasan traktor yang akan dilaului dapat dilihat pada
Gambar 13. Berikut persamaan untuk menentukan titik-titik ujung:
= + (( − × ∆ )⁄
)...................................................... (28)
=

=

=

+ ((

+ ((

+ ((

−

−

−

× ∆ )⁄

× ∆ )⁄

× ∆ )⁄

) ..................................................... (29)

) ........................................................ (30)

) ........................................................ (31)

Dimana nilai n adalah indeks lintasan olah ke-n.

Gambar 13 Sketsa penentuan lintasan olah

20
Model Simulasi
Mekanisme pengereman dan pengendalian sudut setir menyebabkan traktor
tidak dapat berputar pada titik pusat traktor, sehingga saat berputar posisi traktor
akan berubah yang disebut pergerakan non-holonomic. Kontrol gerak nonholonomic membutuhkan komputasi yang cukup rumit dibandingkan dengan gerak
holonomic (Sutiarso et al. 2001). Gambar 14 menunjukkan model kinematik
kendaraan kemudi roda depan. Diasumsikan bahwa masing-masing roda berpindah