Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Perancangan Sistem Kestabilan pada Tubuh Robot Humanoid R2C-R9 Berbasis Kontrol PID T1 612012014 BAB IV

20 BAB IV

PENGUJIAN SISTEM DAN ANALISIS

Pada bab ini akan ditampilkan dan penjelasannya mengenai pengujian sistem dan dokumuentasi data-data percobaan yang telah direalisasikan sesuai dengan spesifikasi yang telah disetujui pada surat tugas.

4.1. Pengujian Push Recovery

Pengujian sistem dilakukan dengan cara memberi gangguan gaya dari luar terhadap sistem kestabilan robot untuk melihat seberapa kuat sistem dapat menyeimbangkan postur robot terhadap gangguan gaya berupa dari luar. Pada pengujian ini gangguan gaya dari luar didapat dari sebuah pendulum yang simpangannya telah ditentukan oleh penulis.

Berikut adalah parameter-parameter PID pada PID kaki yang digunakan dalam pengujian : = 6, = 0, = 14, PID tangan = 2, = 0, = 0. Parameter ini didapat dari hasil percobaan dengan nilai yang paling baik untuk kestabilan sistem. Massa pendulum yang dipakai dalam pengujian adalah 0,175 Kg dengan panjang tali pendulum 0,5 Meter. set point dalam perhitungan PID dibagi menjadi 2 yaitu set point untuk accelerometer pada PID tangan dan lengan untuk arah rotasi pitch adalah -190_, nilai set point untuk accelerometer arah rotasi roll adalah 00_.

21

Tabel 4.1. Pengujian push recovery pada bagian depan robot (simpangan pendulum 150_).

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

2 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

3 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

4 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

5 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

6 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

7 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

8 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

9 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

10 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

Tabel 4.2. Pengujian push recovery pada bagian belakang robot (simpangan pendulum 150_).

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

2 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

3 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

4 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

5 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

6 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

7 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

8 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

9 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

10 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

Terlihat pada Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 robot masih dapat menahan dorongan dari luar pada bagian depan dan bagian belakang robot saat sistem kestabilan diaktifkan maupun dimatikan.

22

Tabel 4.3. Pengujian push recovery pada bagian depan robot (simpangan pendulum 300_).

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Jatuh Tidak Jatuh

2 Jatuh Tidak Jatuh

3 Jatuh Tidak Jatuh

4 Jatuh Tidak Jatuh

5 Jatuh Tidak Jatuh

6 Jatuh Tidak Jatuh

7 Jatuh Tidak Jatuh

8 Jatuh Tidak Jatuh

9 Jatuh Tidak Jatuh

10 Jatuh Tidak Jatuh

Tabel 4.4. Pengujian push recovery pada bagian belakang robot (simpangan pendulum 300_).

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Jatuh Tidak Jatuh

2 Jatuh Tidak Jatuh

3 Jatuh Tidak Jatuh

4 Jatuh Tidak Jatuh

5 Jatuh Tidak Jatuh

6 Jatuh Tidak Jatuh

7 Jatuh Tidak Jatuh

8 Jatuh Tidak Jatuh

9 Jatuh Tidak Jatuh

10 Jatuh Tidak Jatuh

Pada Tabel 4.3 terlihat robot tidak dapat menjaga keseimbangan robot saat dorongan dari luar yang diberikan pada bagian depan robot sehingga terjatuh dengan kondisi sistem kestabilan dimantikan. Sedangkan pada Tabel 4.4 robot masih dapat

23

menjaga keseimbangan robot saat dorongan dari luar diberikan pada bagian belakang robot saat sistem kestabilan dihidupkan maupun saat dimatikan.

Tabel 4.5. Pengujian push recovery pada bagian depan robot (simpangan pendulum 450_).

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Jatuh Jatuh

2 Jatuh Tidak Jatuh

3 Jatuh Tidak Jatuh

4 Jatuh Jatuh

5 Jatuh Jatuh

6 Jatuh Jatuh

7 Jatuh Jatuh

8 Jatuh Jatuh

9 Jatuh Jatuh

10 Jatuh Jatuh

Tabel 4.6. Pengujian push recovery pada bagian belakang robot (simpangan pendulum 450_).

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Jatuh Tidak Jatuh

2 Jatuh Tidak Jatuh

3 Jatuh Tidak Jatuh

4 Jatuh Tidak Jatuh

5 Jatuh Tidak Jatuh

6 Jatuh Tidak Jatuh

7 Jatuh Tidak Jatuh

8 Jatuh Tidak Jatuh

9 Jatuh Tidak Jatuh

24

Pada Tabel 4.5 saat sistem kestabilan dimatikan, robot sudah tidak dapat menjaga saat dorongan gaya dari luar yang dihasilkan pendulum dengan simpangan sebesar 450 _{yang diberikan pada bagian depan robot sehingga robot sehingga terjatuh.} Saat sistem kestabilan robot dihidupkan robot sudah tidak bisa menjaga keseimbangan tingkat keberhasilan robot tidak terjatuh saat sistem kestabilan robot dihidupkan hanya sebesar 20%. Pada Tabel 4.6 saat dorongan gaya dari pendulum dengan simpangan 450 diberikan pada bagian belakang robot, pada saat sistem kestabilan dimatikan robot tidak dapat menjaga keseimbangan robot sehingga terjatuh, dan pada saat sistem kestabilan robot dihidupkan robot masih bisa menjaga keseimbangan robot sehingga robot masih bisa berdiri dan tidak terjatuh.

Tabel 4.7. Pengujian push recovery pada bagian depan robot (simpangan pendulum 600_).

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Jatuh Jatuh

2 Jatuh Jatuh

3 Jatuh Jatuh

4 Jatuh Jatuh

5 Jatuh Jatuh

6 Jatuh Jatuh

7 Jatuh Jatuh

8 Jatuh Jatuh

9 Jatuh Jatuh

25

Tabel 4.8. Pengujian push recovery pada bagian belakang robot (simpangan pendulum 600_).

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Jatuh Jatuh

2 Jatuh Jatuh

3 Jatuh Jatuh

4 Jatuh Jatuh

5 Jatuh Jatuh

6 Jatuh Jatuh

7 Jatuh Jatuh

8 Jatuh Jatuh

9 Jatuh Jatuh

10 Jatuh Jatuh

Pada Tabel 4.7 robot sudah tidak dapat menjaga keseimbangan robot saat diberi dorongan gaya dengan pendulum yang meliliki simpangan 600 _{pada bagian depan saat} sistem kestabilan dihidupkan maupun dimatikan. Pada Tabel 4.8 terlihat robot sudah tidak dapat menjaga keseimbangan robot saat diberi gangguan dorongan gaya dari pendulum dengan simpangan 600_.

26

4.2. Pengujian Sistem Kestabilan Robot pada Gerakan Maju Menggunakan

Strategi Panggul

Pengujian kestabilan dilakukan dengan cara menjalankan robot pada lapangan yang terbuat dari rumput buatan sejauh 2 meter.

Berikut adalah parameter-parameter digunakan dalam pengujian. PID pada kaki = 6, = 0, = 14, PID tangan = 0, = 0, = 0.

Tabel 4.9. Percobaan pada gerakan maju.

Tingkat keberhasilan saat sistem kestabilan robot dihidupkan saat pengujian menurut Tabel 4.9.

9

10 × 100% = 90%

Tingkat keberhasilan saat sistem kestabilan robot dimatikan saat pengujian menurut Tabel 4.9.

2

10 × 100% = 20%

Percobaan Balancing OFF Balancing ON

1 Tidak Jatuh Jatuh

2 Jatuh Tidak Jatuh

3 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

4 Jatuh Tidak Jatuh

5 Jatuh Tidak Jatuh

6 Jatuh Tidak Jatuh

7 Jatuh Tidak Jatuh

8 Jatuh Tidak Jatuh

9 Jatuh Tidak Jatuh

27

4.3. Pengujian Sistem Kestabilan Robot pada Pergantian Gerakan

Menggunakan Strategi Panggul

Pengujian kestabilan dilakukan dengan cara menjalankan robot pada lapangan yang terbuat dari rumput buatan sejauh 2 meter dengan pergantian pergerakan dengan gerakan diam kemudian jalan di tempat, kemudian jalan maju, kemudian jalan di tempat, lalu jalan maju, dan yang terakhir dilanjutkan dengan gerakan berhenti.

Berikut adalah parameter-parameter PID yang digunakan dalam pengujian. PID pada kaki = 6, = 0, = 14, PID tangan = 0, = 0, = 0.

Tabel 4.10. Pengujian pergantian gerakan. Percobaa Balancing OFF Balancing ON

1 Jatuh Tidak Jatuh

2 Jatuh Jatuh

3 Jatuh Jatuh

4 Jatuh Tidak Jatuh

5 Jatuh Tidak Jatuh

6 Jatuh Tidak Jatuh

7 Jatuh Tidak Jatuh

8 Jatuh Tidak Jatuh

9 Jatuh Tidak Jatuh

10 Jatuh Tidak Jatuh

Tingkat keberhasilan saat sistem kestabilan robot dihidupkan saat pengujian menurut Tabel 4.10.

8

10 × 100% = 80%

Tingkat keberhasilan saat sistem kestabilan robot dimatikan saat pengujian menurut Tabel 4.10.

0

28

Gambar 4.2. Grafik data gyroscope pada pengujian berjalan maju dengan pergantian gerakan.

Gambar 4.3. Grafik data accelerometer pada pengujian berjalan maju dengan pergantian gerakan.

Pada Gambar 4.1 dan 4.2, sumbu tegak adalah nilai kemiringan θ dan sumbu mendatar adalah sampel pengambilan data, dengan waktu 1 kali sampel berkisar 10ms. Saat sistem kestabilan robot dihidupkan terlihat robot dapat menjaga agar tetap seimbang dan stabil saat berjalan. Terlihat kemiringan CoM yang diperlihatkan oleh grafik dengan garis warna biru, sedangkan saat sistem kestabilan robot dimatikan robot

-40 -20 0 20 40 60 80

1

142 283 424 565 706 847 988 _{1129 1270 1411 1552 1693 1834}

Ra

d/

Sec

Sampel

Gyro Balancing ON Gyro Balancing OFF Set Point

-40 -20 0 20 40 60 80

1

147 293 439 585 731 877 _{1023 1169 1315 1461 1607 1753 1899}

Derajat

Sampel

Pitch Balancing ON Pitch Balancing OFF set point

29

terlihat tidak dapat menjaga robot tetap seimbang sehingga robot berjalan dengan tidak stabil dan akhirnya terjatuh.

4.4. Pengujian Variasi Nilai Komponen PID pada Gerakan Berjalan Maju.

Pada pengujian ini akan digunakan data dari sensor accelerometer pitch untuk melihat pengaruh yang diakibatkan perubahan nilai pada setiap konstanta PID terhadap sistem pada robot. Set Point pada sistem bernilai -190_.

Gambar 4.4. Tuning _{= 0, = 0.}

Gambar 4.5. Tuning = 3, = 0.

-80 -60 -40 -20 0 20 40

1

107 213 319 425 531 637 743 849 955 1061 1167 1273 1379 1485 1591 1697

De

gr

ee

Sampel

Kp=0 Kd=0

Kp=0 Kd=0

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

1

121 241 361 481 601 721 841 961 1081 1201 1321 1441 1561 1681 1801 1921

Degree

Sampel

Kp=3 Kd=0

30

Gambar 4.6. Tuning = 3, = 6.

Gambar 4.7. Tuning = 3, = 10.

-80 -60 -40 -20 0 20 40 60

1

121 241 361 481 601 721 841 961 1081 1201 1321 1441 1561 1681 1801 1921

Degre

e

Sampel

Kp=3 Kd=6

Kp=3 Kd=6

-80 -60 -40 -20 0 20 40

1

115 229 343 457 571 685 799 913 1027 1141 1255 1369 1483 1597 1711 1825

Degre

e

Sampel

Kp=3 Kd=10

31

Gambar 4.8. Tuning = 3, = 14.

Gambar 4.9. Tuning = 3, = 20.

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

121 241 361 481 601 721 841 961 1081 1201 1321 1441 1561 1681 1801 1921

Degre

e

Sampel

Kp=3 Kd=14

Kp=3 Kd=14

-80 -60 -40 -20 0 20 40

1

113 225 337 449 561 673 785 897 1009 1121 1233 1345 1457 1569 1681 1793

Degre

e

Sampel

Kp=3 Kd=20

32

Gambar 4.10. Tuning = 6, = 0.

Gambar 4.11. Tuning = 6, = 6.

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

117 233 349 465 581 697 813 929 1045 1161 1277 1393 1509 1625 1741 1857

Degre

e

Sampel

Kp=6 Kd=0

Kp=6 Kd=0

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

121 241 361 481 601 721 841 961 1081 1201 1321 1441 1561 1681 1801 1921

Degre

e

Sampel

Kp=6 Kd=6

33

Gambar 4.12. Tuning = 6, = 10.

Gambar 4.13. Tuning = 6, = 14.

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

121 241 361 481 601 721 841 961 1081 1201 1321 1441 1561 1681 1801 1921

Degre

e

Sampel

Kp=6 Kd=10

Kp=6 Kd=10

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

109 217 325 433 541 649 757 865 973 1081 1189 1297 1405 1513 1621 1729

De

gree

Sampel

Kp=6 Kd=14

34

Gambar 4.14. Tuning = 6, = 20.

Gambar 4.15. Tuning = 10, = 0.

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

117 233 349 465 581 697 813 929 1045 1161 1277 1393 1509 1625 1741 1857

Degre

e

Sampel

Kp=6 Kd=20

Kp=6 Kd=20

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

107 213 319 425 531 637 743 849 955 1061 1167 1273 1379 1485 1591 1697

De

gree

Sampel

Kp=10 Kd=0

35

Gambar 4.16. Tuning = 10, = 6.

Gambar 4.17. Tuning = 10, = 10.

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15

1

108 215 322 429 536 643 750 857 964 1071 1178 1285 1392 1499 1606 1713

Degre

e

Sampel

Kp=10 Kd=6

Kp=10 Kd=6

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

121 241 361 481 601 721 841 961 _{1081 1201 1321 1441 1561 1681 1801}

De

gree

Sampel

Kp=10 Kd=10

36

Gambar 4.18. Tuning = 10, = 14.

Gambar 4.19. Tuning = 10, = 20.

Terlihat pada Gambar 4.4 hingga Gambar 4.19, sistem kestabilan robot saat berjalan sangat bergantung dari nilai komponen PID, dalam realisasi hanya penggunakan PD kontroler saja. Jika nilai terlalu kecil robot robot akan terjatuh karena respon sistem terlalu lama, sedangkan jika nilai terlalu besar maka respon sistem akan terlalu cepat sehingga membuat robot menjadi berosilasi berlebihan sehingga membuat robot menjadi tidak stabil.

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

120 239 358 477 596 715 834 953 _{1072 1191 1310 1429 1548 1667 1786}

Degre

e

Sampel

Kp=10 Kd=14

Kp=10 Kd=14

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

1

114 227 340 453 566 679 792 905 _{1018 1131 1244 1357 1470 1583 1696}

De

gree

Sampel

Kp=10 Kd=20

37

Pada nilai yang terlalu kecil sistem menjadi tidak memiliki peredam nilai

error yang cukup untuk mengimbangi nilai yang besar sehingga robot terus

berosilasi, sedangkan jika nilai yang terlalu besar sistem menjadi lambat dalam menangani error.

Dalam percobaan proses tuning nilai untuk setiap nilai konstanta pada PD kontroler pada skripsi ini dilakukan secara manual dengan cara menaikan nilai penguatan terlebih dahulu hingga mendapat penguatan atau respon sistem yang cukup kuat menghadapi error, jika dengan nilai yang telah kita pilih robot masih bergetar dalam arti robot terus berosilasi maka nilai dinaikan hingga osilasi robot dapat teredam.

Dari pengujian di atas maka didapatkan nilai komponen PID dengan nilai = 6, = 14 di mana nilai ini dirasa paling stabil untuk robot oleh penulis.

38

4.5. Pengujian Kestabilan Robot Menggunakan Lengan

Pada pengujian ini dilakukan dengan cara menjalankan robot berjalan maju dengan pergantian gerakan.

Berikut adalah parameter-parameter PID pada PID kaki yang digunakan dalam pengujian. = 6, = 0, = 14, PID tangan = 2, = 0, = 0. Parameter ini didapat dari hasil percobaan dengan nilai yang paling baik untuk kestabilan sistem.

Tabel 4.11. Pengujian kestabilan menggunakan lengan Percobaa PID Lengan OFF PID Lengan ON

1 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

2 Jatuh Tidak Jatuh

3 Jatuh Tidak Jatuh

4 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

5 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

6 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

7 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

8 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

9 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

10 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

Pada Tabel 4.11 terlihat bahwa kestabilan menggunakan lengan dapat menambah tingkat keberhasilan robot menjadi 100% dibanding jika kestabilan robot hanya menggunakan kaki.

33

Gambar 4.12. Tuning = 6, = 10.

Gambar 4.13. Tuning = 6, = 14.

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

121 241 361 481 601 721 841 961 1081 1201 1321 1441 1561 1681 1801 1921

Degre

e

Sampel

Kp=6 Kd=10

Kp=6 Kd=10

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

109 217 325 433 541 649 757 865 973 1081 1189 1297 1405 1513 1621 1729

De

gree

Sampel

Kp=6 Kd=14

34

Gambar 4.14. Tuning = 6, = 20.

Gambar 4.15. Tuning = 10, = 0.

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

117 233 349 465 581 697 813 929 1045 1161 1277 1393 1509 1625 1741 1857

Degre

e

Sampel

Kp=6 Kd=20

Kp=6 Kd=20

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

107 213 319 425 531 637 743 849 955 1061 1167 1273 1379 1485 1591 1697

De

gree

Sampel

Kp=10 Kd=0

35

Gambar 4.16. Tuning = 10, = 6.

Gambar 4.17. Tuning = 10, = 10.

-30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15

1

108 215 322 429 536 643 750 857 964 1071 1178 1285 1392 1499 1606 1713

Degre

e

Sampel

Kp=10 Kd=6

Kp=10 Kd=6

-40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

121 241 361 481 601 721 841 961 _{1081 1201 1321 1441 1561 1681 1801}

De

gree

Sampel

Kp=10 Kd=10

36

Gambar 4.18. Tuning = 10, = 14.

Gambar 4.19. Tuning = 10, = 20.

Terlihat pada Gambar 4.4 hingga Gambar 4.19, sistem kestabilan robot saat berjalan sangat bergantung dari nilai komponen PID, dalam realisasi hanya penggunakan PD kontroler saja. Jika nilai terlalu kecil robot robot akan terjatuh karena respon sistem terlalu lama, sedangkan jika nilai terlalu besar maka respon sistem akan terlalu cepat sehingga membuat robot menjadi berosilasi berlebihan sehingga membuat robot menjadi tidak stabil.

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0

1

120 239 358 477 596 715 834 953 _{1072 1191 1310 1429 1548 1667 1786}

Degre

e

Sampel

Kp=10 Kd=14

Kp=10 Kd=14

-35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20

1

114 227 340 453 566 679 792 905 _{1018 1131 1244 1357 1470 1583 1696}

De

gree

Sampel

Kp=10 Kd=20

37

Pada nilai yang terlalu kecil sistem menjadi tidak memiliki peredam nilai error yang cukup untuk mengimbangi nilai yang besar sehingga robot terus

berosilasi, sedangkan jika nilai yang terlalu besar sistem menjadi lambat dalam

menangani error.

Dalam percobaan proses tuning nilai untuk setiap nilai konstanta pada PD kontroler pada skripsi ini dilakukan secara manual dengan cara menaikan nilai

penguatan terlebih dahulu hingga mendapat penguatan atau respon sistem yang

cukup kuat menghadapi error, jika dengan nilai yang telah kita pilih robot masih bergetar dalam arti robot terus berosilasi maka nilai dinaikan hingga osilasi robot dapat teredam.

Dari pengujian di atas maka didapatkan nilai komponen PID dengan nilai

38

4.5. Pengujian Kestabilan Robot Menggunakan Lengan

Pada pengujian ini dilakukan dengan cara menjalankan robot berjalan maju dengan pergantian gerakan.

Berikut adalah parameter-parameter PID pada PID kaki yang digunakan dalam pengujian. = 6, = 0, = 14, PID tangan = 2, = 0, = 0. Parameter ini didapat dari hasil percobaan dengan nilai yang paling baik untuk kestabilan sistem.

Tabel 4.11. Pengujian kestabilan menggunakan lengan Percobaa PID Lengan OFF PID Lengan ON

1 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

2 Jatuh Tidak Jatuh

3 Jatuh Tidak Jatuh

4 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

5 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

6 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

7 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

8 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

9 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

10 Tidak Jatuh Tidak Jatuh

Pada Tabel 4.11 terlihat bahwa kestabilan menggunakan lengan dapat menambah tingkat keberhasilan robot menjadi 100% dibanding jika kestabilan robot hanya menggunakan kaki.