TA : Pengengendalian Motor DC Brushless dengan PID pada Robot Penghindar Halangan (Obstacle Avoidance Robot).

PADA ROBOT PENGHINDAR HALANGAN (OBSTACLE AVOIDANCE ROBOT)

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh :

Nama : Bayu Dadang Pribadi NIM : 11.41020.0074 Program : S1 (Strata Satu) Jurusan : Sistem Komputer

SEKOLAH TINGGI

MANAJEMEN INFORMATIKA & TEKNIK KOMPUTER SURABAYA

Sistem pendeteksi robot berjalan banyak menggunakan sensor sebagai acuan dalam menghindari halangan Pengaplikasian obstacle avoidance

robot mendapatkan inputan dari sensor Ultrasonic Distance untuk menghasilkan

gerakan menuju ke sasaran yang diinginkan. Inputan dapat menggunakan sebuah kamera sebagai sensor pada obstacle avoidance robot. Fungsi yang diharapkan pada sebuah robot yang mempunyai kemampuan untuk menghindar halangan

(obstacle avoidance) agar tercapai dari sebuah misi robot tersebut, agar robot

dapat berjalan dengan halus diperlukan sebuah pengendali, untuk sistem kendali yang digunakan adalah kendali PID dengan parameter input menggunkan sensor ping Ultrasonic Distance.

Sensor Ultrasonic Distance merupakan jenis sensor yang memiliki outputan jarak range yang jauh 3cm – 3 meter. Karakteristik dari sensor ini hanya bisa pada bidang datar pada sudut 90°. Pada penelitian ini Output data dari sensor

akan diolah pada microcontroler untuk merespon motor dan digunakan sebagai sistem kendali kemudi pada motor servo. Agar dapat menghindar halangan didepan, samping kiri, dan kanan maka perlu ditambahkan sensor pada depan, sampaing kanan serta kiri pada base robot. Proses input dari sensor akan memberi informasi dimana halangan berada. Sistem kemudi ackreman steering menjadi solusi robot sebagai untuk dapat menghindar halangan. Pengaturan kecepatan pada kendali PID dapat memperbaiki respon sensor terhadap halangan. Pada perhitungan PID plant tugas akhir ini bernilai Kp= 1, Ki= 0, Kd= 0.

Halaman

ABSTRAKSI ... vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ... ix

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvi

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 3

1.4 Tujuan ... 3

1.5 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Difinisi Robot ... 6

2.1.1 Klasifikasi Robot ... 7

2.1.2 Robot Beroda ... 7

2.1.3 Kendaraan Bergerak Lurus ... 8

2.1.4 Pararell Steering ... 13

2.1.5 Ackerman Steering ... 13

2.2 Sensor Ultrasonic Distance ... 19

2.3 Obstacle Avoidance ... 22

2.3.1 Analisa Ujung Tepi Object ... 22

2.4 Serial Peripheral Interface ... 24

2.5 Motor DC ... 26

2.6 ESC (Electronic Speed Control) ... 28

2.7 Motor Servo ... 29

2.7.1 Jenis-jenis Motor Servo ... 30

2.8 Sistem Kendali Mobile Robot ... 31

2.8.1 Proportional Integral Derivative (PID) controller ... 31

2.8.2 PID ... 35

BAB III METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN SISTEM 3.1 Metode Penelitian ... 39

3.2 Rancangan Penelitian ... 39

3.3 Perancangan Perangkat Keras ... 41

3.3.1 Rangkaian Minimum Sistem Atmega 32 ... 41

3.3.2 Rangkaian Power ... 45

3.4 Perancangan Arsitektur Sistem ... 45

3.4.1 Pengendali Sistem Kemudi ... 45

3.5 Perancangan Sistem Kerja Motor ... 46

3.5.1 Proses Motor Diam ... 46

3.5.2 Proses Motor Maju ... 46

3.5.3 Proses Motor Mundur ... 47

3.6 Perancangan Perangkat Lunak ... 49

3.6.1 Perancangan Program Pada Mikrokontoler Master Slave ... 49

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM

4.1 Pengujian Driver motor ESC ... 55

4.1.1 Tujuan Pengujian ... 55

4.1.2 Alat yang dibutuhkan ... 55

4.1.3 Prosedur Pengujian ... 55

4.1.4 Hasil pengujian ... 56

4.2 Pengujian Microcontroller ... 57

4.2.1 Tujuan Pengujian ... 57

4.2.2 Alat yang dibutuhkan ... 58

4.2.3 Prosedur Pengujian ... 58

4.2.4 Hasil pengujian ... 59

4.3 Pengujian Sensor Ultrasonic Distance ... 60

4.3.1 Tujuan Pengujian ... 60

4.3.2 Alat yang dibutuhkan ... 60

4.3.3 Prosedur Pengujian ... 60

4.3.4 Hasil pengujian ... 61

4.4 Pengujian Kendali PID ... 64

4.4.1 Tujuan Pengujian ... 64

4.4.2 Alat yang dibutuhkan ... 64

4.4.3 Prosedur Pengujian ... 64

4.4.4 Hasil pengujian ... 64

4.5 Pengujian pergerakan Kemudi ... 67

4.5.1 Tujuan Pengujian ... 67

4.5.3 Prosedur Pengujian ... 67

4.5.4 Hasil pengujian ... 68

4.6 Evaluasi Sistem Keseluruhan ... 70

4.6.1 Tujuan Pengujian ... 71

4.6.2 Alat yang dibutuhkan ... 71

4.6.3 Prosedur Pengujian ... 71

4.6.4 Hasil pengujian ... 72

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 73

5.2 Saran ... 73

DAFTAR PUSTAKA ... 74

LAMPIRAN ... 76

Halaman

Gambar 2.1 Robot beroda ... 8

Gambar 2.2 Diagram Bodi Bebas Kendaraan Bergerak Maju ... 9

Gambar 2.3 Kemudi Parallel steering ... 13

Gambar 2.4 Ackerman Steering ... 14

Gambar 2.5 Parallel steering ... 14

Gambar 2.6 Kemudi Robot Belok ke Kanan ... 16

Gambar 2.7 Kondisi Nyata Kendaraan Berbelok ... 16

Gambar 2.8 Gaya dan Momen pada kendaraan Belok ... 18

Gambar 2.9 Timing Sensor Ultrasonic Distance ... 19

Gambar 2.10 Diagram Waktu Sensor Ultrasonic Distance ... 20

Gambar 2.11 Ilustrasi cara kerja sensor Ultrasonic Distance ... 21

Gambar 2.12 Sensor mengenali benda ... 24

Gambar 2.13 Klasifikasi Atmega ... 25

Gambar 2.14 Konfigurasi Pin SPI Atmega 32 ... 26

Gambar 2.15 Konfigurasi Pin Serial Peripheral Interface (SPI) ... 26

Gambar 2.16 Motor Brushless ... 28

Gambar 2.17 ESC (Electronic Speed Control) ... 29

Gambar 2.18 Diagram Blok Pengendali PID ... 35

Gambar 2.19 Kurva respon berbentuk S ... 36

Gambar 2.20 Kurva respon quarter amplitude decay... 38

Gambar 3.1 Diagram blok obstacle avoidance robot ... 40

Gambar 3.2 Minimum sistem Microcontroler Atmega 32 ... 41

Komunikasi SPI ... 42

Gambar 3.4 AVR USB ISP ... 43

Gambar 3.5 PINOUT Connection ... 44

Gambar 3.6 Rangkaian Reset ... 44

Gambar 3.7 Rangkaian Power... 45

Gambar 3.8 Robot Tampak Depan ... 46

Gambar 3.9 Pengujian Hasil lebar frekuensi pada Osiloskop ... 47

Gambar 3.10 Setting Konfigurasi Master Cvavr master ... 49

Gambar 3.11 Setting Konfigurasi Master Cvavr Slave ... 50

Gambar 3.12 Flowchart program kemudi ... 51

Gambar 3.13 Flowchart program laju kecepatan ... 53

Gambar 4.1 hasil pengujian range data pada osiloskop ... 56

Gambar 4.2 Tampilan chip Signature ... 59

Gambar 4.3 Tampilan Konfigurasi Minimum sistem microcontroler master ... 60

Gambar 4.4 Pengujian sensor Ultrasonic Distance benda pada sensor Tengah ... 63

Gambar 4.5 Proses robot obstacle avoidance ... 69

Gambar 4.6 Kondisi robot mendekati titik obstacle avoidance ... 70

Gambar 4.7 Tampilan Lcd pada Sensor Ultrasonic Distance ... 70

Gambar 4.8 Robot melaju menghindari halangan... 72

Tabel 2.1 Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi ... 37

Tabel 2.2 Penalaan parameter PID dengan metode Cohen-Coon ... 38

Tabel 3.1 Tabel Fungsi PIN ... 43

Tabel 3.2 Perhitungan frekuensi data pada Osiloskop ... 48

Tabel 4.1 Perhitungan frekuensi data motor maju dan mundur ... 56

Tabel 4.2 data hasil pengukuran sensor Ultrasonic Distance ... 62

Tabel 4.3 Hasil pengujian algoritma proposional derivative ... 65

Tabel 4.4 Pengujian Kemudi ... 68

Lampiran 1 Mikrokontroler Master ... 76 Lampiran 2 Mikrokontroler Slave ... 84

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Sistem pendeteksi pada robot menghindar halangan banyak menggunakan sensor sebagai acuan dalam menghindari halangan. Pengaplikasian

obstacle avoidance robot mendapatkan inputan dari sensor Ultrasonic Distance

untuk menghasilkan gerakan menuju ke sasaran yang diinginkan. Inputan dapat menggunakan sebuah kamera sebagai sensor pada obstacle avoidance robot. Fungsi yang diharapkan pada robot penghindar halangan adalah untuk memudahkan kinerja dari sistem pengendali bekerja secara maksimal. Selain itu dapat digunakan sebagai dasar penelitian dengan menggunakan kamera sebagai pengganti sensor.

Demikian halnya dengan kemajuan teknologi yang terjadi pada obstacle

robot avoidance, penelitian yang berkaitan dengan obstacle avoidance

(Borenstein, J. and Koren 1990) membahas The VectorFast Obstacle Aviodance

For mobile Robot , sekaligus dalam penyempurnaanya (Borenstein, J. and Koren

1991) meneliti tetang Potential Field Methods and Their Inherent Limitations

For Mobile Robot Navigation . Penelitian lain yang terkait dengan masalah

obstacle avoidance memiliki berbagai tujuan utama (R.L. William II, B Carter

2002) menyajikan model dynamic pada omni robot. Punete Kumar (2010) membahas kusus tentang obstacle avoidance. Penelitian tersebut diatas menyajikan cara menjalankan robot sistem obstacle avoidancerobot yang sangat menunjang untuk riset teknologi robotik.

Penelitian selanjutnya yang berguna untuk penyempurnaan penelitian yang telah ada. Ratih Kusuma (2011) yang menyajikan sistem kendali (Ackerman

Steering). Dengan kelebihan menggunakan sistem Ackerman Steering, robot

untuk bisa melaju dengan dengan kecepatan yang stabil sesuai keinginan. Namun dari kelebihan tersebut tidak dapat menghindari halangan terhadapat obstacle, maka pada penelitian ini dilakukan penyempurnaan dari penelitian tersebut yang berhubungan dengan penghindar halangan. Sehingga robot memiliki kelebihan yaitu dapat menghindari halangan terhadap obstacle dengan metode Proportional

integral Derivative (PID). Dengan memanfaatkan sensor Ultrasonic Distance

sebagai pembaca jarak robot terhadap titik benda. Kelebihan sensor Ultrasonic

Distance menghasilkan output tegangan digital yang akan dipergunakan sebagai

input Proportional integral Derivative (PID), dan nantinya akan diproses dari mikrokontroler. Dengan menggunakan jarak dan waktu sebagai input, robot dibuat menggunakan sistem Proportional integral Derivative (PID) untuk mengatur kecepatan robot agar jarak yang sudah ditentukan dapat ditempuh dengan waktu yang diinginkan. Ackerman Steering sebagai sitem penentu pergerakan robot yang teritegrasi ke mikrokontroler supaya laju robot bisa maksimal sesuai keinginan.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang yang telah diuraikan, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:

1. Bagaimana menerapkan Ackerman Steering dalam proses obstacle avoidance

2. Bagaimana menggunakan metode Proportional Integral Derivative pada

proses kendali motor Brushless.

1.3 Batasan Masalah

Perancangan dan pembuatan perangkat terdapat beberapa pembatasan masalah :

1. Sensor pengukur jarak menggunakan sensor Ultrasonic Distance, dan jarak resistansi pada benda yang baik untuk Obstacle robot 50 cm, sensor depan ketinggian benda 12 cm, sensor kiri kanan batas ketinggian benda 16 cm. 2. Halangan kotak berukuran 30 x 30 cm,

3. Dimensi robot panjang 44 cm lebar 30 cm.

4. Sistem penggerak robot menggunakan 1 motor AC dan moto driver menggunakan Electronic Speed Control (ESC).

5. Untuk Ackerman Steering menggunakan servo motor max 30 derajat. 6. Untuk robot mundur tidak dilengkapi sensor Ultrasonic Distance.

1.4 Tujuan

1. Memperbaiki cara kendali robot menggunakan Ackreman Steering.

2. Mengintengrasikan motor dc Brushless dengan kendali Proportional integral

1.5 Sistematika Penulisan

Laporan Tugas Akhir ini ditulis dengan sistematika penulisan sebagai berikut:

BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, pembatasan masalah, tujuan penulisan laporan tugas akhir, dan sistematika penulisan tugas akhir.

BAB II : LANDASAN TEORI

Bab ini membahas tentang berbagai teori yang mendukung tugas akhir ini. Hal tersebut meliputi sensor Ultrasonic Distance, Electronic Speed Control

(ESC) , Ackerman Steering, Parallel Steering, motor Servo, motor brushless DC

BAB III : METODE PENELITIAN

Dalam bab ini dijelaskan tentang metode yang menunjang sistem kerja tugas akhir ini. Beberapa hal tersebut meliputi sistematika diagram blok Obstacle

Avoidance Robot, Rangkaian minimum sistem atmega32, Ran Rangkaian

minimum sistem atmega32 dengan komunikasi Serial Peripheral Interface (SPI), Rangkaian reset, Rangkaian Power, sistem kemudi Parallel Steering, Perancangan sistem kerja motor perancangan program pada mikrokontroler Master dan Slave, serta perancangan program pada mikrokontroler .

BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM

Bab ini berisi tentang percobaan yang telah dilakukan dan hasil dari penelitian. Dari pengujian tersebut meliputi, pengujian driver motor Electronic

Distance, pengujian Proportional integral Derivatif (PID), pengujian pergerakan kemudi.

BAB V : PENUTUP

Bab ini berisi tentang kesimpulan penelitian serta saran untuk pengembangan penelitian berikutnya

LANDASAN TEORI 2.1Definisi Robot

Keunggulan dalam teknologi robotik telah lama dijadikan ikon kebanggaan Negara-negara maju dunia. Kecanggihan teknologi yang dimiliki, gedung-gedung tinggi yang mencakar langit, tingkat kesejahteraan yang tinggi, kota-kota yang modern, belum terasa lengkap tanpa popularitas kepiawaian dalam dunia robotik

Istilah “robot” berasal dari kata “robota” (bahasa Czech) yang berarti pekerja, mulai populer ketika seorang penulis berbangsa Czech (Ceko), Karl Capek, membuat pertunjukan dari lakon komedi yang ditulisnya pada tahun 1921 yang berjudul RUR (Rossum’s Universal Robot). Namun menurut kamus besar Webster memberikan definisi mengenai robot, yaitu “sebuah peralatan otomatis yang melakukan pekerjaan seperti yang dilakukan oleh manusia”. Lain halnya dengan Institute of America, menurut Institute of America definisi robot adalah “manipulator dengan fungsi ganda dan dapat diprogram kembali, didesain untuk dapat memindahkan komponen, peralatan-peralaan khusus melalui pergerakan yang diprogram agar dapat melakukan berbagai kegiatan”.

Robot biasanya digunakan untuk tugas yang berat, berbahaya, pekerjaan yang berulang dan kotor. Biasanya kebanyakan robot industri digunakan dalam bidang produksi. Penggunaan robot lainnya termasuk untuk pembersihan limbah beracun, penjelajahan bawah air, luar angkasa, pertambangan,dan pencarian kebocoran gas.

2.1.1 Klasifikasi Robot

Menurut stabilitasnya robot dibagi menjadi 2, yaitu:

a. Fixed Robot, robot yang memiliki ruang kerja (spatial space) yang

terbatas, dimana bagian dasarnya dilekatkan pada sebuah benda tetap seperti panel atau meja.

b. Mobile Robot, robot yang memiliki ruang kerja yang luas, dimana

bagian dasarnya pada sebuah alat gerak seperti roda atau kaki. Beberapa macam mobile robot antara lain robot beroda, robot yang bergerak dengan menggunakan roda. Robot berkaki, robot yang bergerak menggunakan kaki dalam perpindahannya. Pembahasan lebih lanjut akan berfokus pada jenis mobile robot dengan alat gerak roda, khususnya tipe ackerman drive. Untuk tipe fixed robot dan robot berkaki tidak akan dibahas lebih lanjut (Lehrbaum,2008).

2.1.2 Robot Beroda

Robot beroda dalam pergerakannya menggunakan roda atau ban, sehingga dapat berpindah dari titik satu ke titik yang lain. Jenis-jenis robot beroda adalah differential drive, skid steering, synchro drive, omni wheel, tricycle steering, ackerman steering, dan articulated Drive.

Jenis robot beroda di atas diklasifikasikan menurut pengendalian roda robot.

Gambar 2.1 Robot beroda (Lehrbaum,2008).

2.1.3 Kendaraan Bergerak Lurus (Sutantra, 2001)

2.1.3.1 Gaya Dorong dan Gaya Hambat pada Kendaraan

Kendaraan yang dapat digerakkan maju atau mundur perlu gaya dorong yang cukup dalam melawan hambatan yang dilalui. Gaya dorong pada suatu kendaraan terjadi pada roda penggerak kendaraan. Gaya dorong ditransformasikan dari torsi mesin kendaraan ke roda penggerak melalui sistem penggerak diantaranya kopling, transmisi, gigi differensial, dan poros penggerak. Gambar 2.2 merupakan diagram bodi bebas pada kendaraan bergerak maju dalam penggambaran gaya dorong pada kendaraan dengan dua buah poros penggerak. Hambatan angin dalam rolling berhubungan dengan gaya hambat.

Gambar 2.2 Diagram Bodi Bebas Kendaraan Bergerak Maju (Sutantra 2001). Keterangan :

Ff = Gaya dorong pada roda depan.

Fr = Gaya dorong pada roda belakang.

Rrr = Gaya hambat rolling pada roda belakang.

Rrf = Gaya hambat rolling pada roda depan.

Fd = Gaya hambatan angin.

a = Percepatan kendaraan. θ = Sudut tanjakan jalan

Gaya dorong pada roda yang ditransformasikan dari torsi mesin kendaraan dirumuskan sebagai

r h i i Me

F = .t.d. t

Keterangan :

F = Ff + Fr = Gaya dorong pada roda penggerak depan dan

belakang. (Newton).

F = Ff = Gaya dorong pada kendaraan dengan penggerak roda

depan. (Newton).

F = Fr = Gaya dorong pada kendaraan dengan penggerak roda

belakang. (Newton).

Me = Torsi keluaran dari mesin. (N.m)

r = Jari-jari roda. (m) t

η = Efisiensi transmisi.

t

η = 0,88 – 0,92 pada mesin dengan letak memanjang.

t

η = 0,91 – 0,95 pada mesin dengan letak melintang.

it = Perbandingan gigi transmisi.

id = Perbandingan transmisi pada gardan

Gaya hambatan total pada kendaraan

FR = Fd + Rr + Rg... 2.2

Keterangan :

Rr = Rrr+ Rn≡ Total hambatan rolling (N).

Rg = Wsinθ ≡ Hambatan tanjakan (N).

Gaya dorong bersih dalam meningkatkan kecepatan kendaraan (Fn)

Fn = F – FR... 2.3

W k g F F W k g F a m R m n . ) ( . . − =

= ... 2.4

Kecepatan akhir kendaraan (Vt) setelah waktu t detik dihitung

dengan menggunakan rumus

t g W k F F V V m R t . . ) ( 0 − +

= ... 2.5

2.1.3.2 Percepatan dan Perlambatan pada Kendaraan

Pada gerakan lurus, nilai percepatan dan perlambatan pada kendaraan berfungsi sebagai parameter kinerja laju kendaraan. Pada kendaraan yang bergerak dari kondisi diam sampai kecepatan tertentu atau dari kecepatan tertentu sampai kendaraan berhenti, maka percepatan atau perlambatan (a), waktu (t) percepatan atau perlambatan, dan jarak (s) perlambatan atau percepatan dihitung dengan menggunakan rumus-rumus :

Kondisi Percepatan, 2 2 . 2 . 2 t s t V s V

a= t = t =

a s V s a V t t

t = 2. = 2.

= ... 2.6

2 . 2 . . 2 2 2 t a t V a V

s= = t =

Keterangan :

Vt = Kecepatan akhir (meter/detik).

s = Jarak tempuh (meter).

a = Percepatan (meter/detik2). Kondisi Perlambatan,

2

0 2

0 2.

. 2 t s t V s V

a= = =

a s V s a V

t 2. 2.

0

0 = =

= ... 2.7

2 . 2 . . 2 2 0 2

0 V t at

a V

s= = =

Keterangan :

V0 = Kecepatan awal saat perlambatan (meter/detik).

t = Waktu perlambatan (detik).

s = Jarak perlambatan (meter).

a = Perlambatan (meter/detik2).

Dalam kondisi umum di mana kendaraan dapat dipercepat dari suatu kecepatan awal atau diperlambat sampai titik tertentu, percepatan atau perlambatan (a), waktu tempuh (t), dan jarak tempuh (s) dirumuskan sebagai.

2 0 2 0 2 0 . 2 . 2 t t V s s V V t V V

a= t − = t − = − _{... 2.8}

2 2 1 0 0 2 0 2 . 2 .

2 t v t at

V V a

V V

2.1.4 Pararell Steering

Pada lengan kemudi Pararell steering mempunyai sudut 90°, sumbu roda akan selalu sejajar satu sama lain kanan juga kiri dan sistem kendali ini biasanya banyak digunakan pada robot yang memiliki pola seperti roda mobil. Saat robot melaju pada bidang lurus maka tidak ada kelemahan pada sistem Pararell steering, serta sistem kendali ini sangat cocok digunakan pada robot pengiriman dari titik object. Namun seperti yang terlihat pada gambar 2.3 saat roda memutar melintasi belokan, roda bagian dalam membelok mengikuti jalan dengan radius lebih cepat dari pada roda bagian dalam.

Gambar 2.3 Kemudi Pararell steering (makadir.sttnas.ac.id). 2.1.5 Ackerman Steering

Ackerman steering merupakan pengendalian arah gerak robot

dengan menggerakkan sudut putar roda depan. Kinematika ackerman

sangat mirip dengan mobil yang dikenal umum, sehingga dinamakan

kinematika tricycle steering dengan dua roda penentu arah di bagian depan. Penggunaan dua roda depan akan mempermudah pengendalian posisi.

Sebelum prinsip ackerman steering ini ditemukan, sebelumnya masih menggunakan prinsip parallel steering. Seperti yang ditunjukkan gambar 2.4 yang merupakan gambar parallel steering. Parallel steering

lebih kaku dan sudut putar yang bisa diatur dangat terbatas.

Gambar 2.4 Ackerman Steering(Burnhill, 2009).

Gambar 2.5 Parallel steering(burnhill, 2009).

Ackermann steering merupakan proses pergerakan tuas antar roda

kemudi, dengan menggunakan derajat. Sistem ini dirancang untuk memastikan gerak roda depan dalam diputar ke sudut yang sedikit lebih tajam dari luar roda saat membelok, sehingga menghilangkan geomet

rically disebabkan ban selip. Seperti yang terlihat pada gambar 2.6 sumbu dua roda depan berpotongan di satu titik yang sama dan terletak pada sumbu poros belakang. Dapat dirumuskan pada persamaan:

... 2.10 Artinya:

= sudut kemudi relatif dari roda bagian dalam = sudut kemudi relatif dari roda luar

= pemisahan roda membujur = pemisahan roda lateral

Sudut kemudi kendaraan 2 dapat dianggap sebagai sudut (relatif SA

kendaraan) dengan roda pusat imajiner yang terletak di titik acuan P sebagai ajuan ditunjukkan pada gambar 3.10, dinyatakan dalam sudut

steering atau di luar steering SA

... 2.11 Atau ,

Gambar 2.6 kemudi robot belok ke kanan (makadir.sttnas.ac.id).

Keterangan : r f α

α , = Sudut slip rata-rata dari roda depan dan roda belakang.

qn = Sudut belok nyata.

On = Pusat belokan nyata.

Gerakan kendaraan ketika belok secara sederhana seperti pada Gambar 3.11, di mana secara geometri dirumuskan sebagai

θ =180 −γ1−γ2

o n ... 2.13 ) ( 90 180

1 f f

o

o δ α

γ = − − − _... 2.14

f f

o δ α

γ₁ =90 − +

r o α

γ₂ =90 − _... 2.15 Bila persamaan (b) dan (c) dimasukkan ke persamaan (a),

θn =δf −αf +αr... 2.16

Radius belok nyata kendaraan dirumuskan sebagai,

29 , 57 29 , 57 _o r o f o f o n n s b a b a R α α δ

θ − +

+ =

+

= _... 2.17

Bila nilai α_f =α_r, maka radius belok nyata (Rn) sama dengan

radius belok ideal (Ri). Kondisi αf =αr disebut kondisi netral. Bila kondisi

r f α

α > , maka Rn>Ri, kondisi ini disebut kondisi understeer sehingga

2.1.5.1Dinamika Kendaraan Berbelok

Pada gambar 2.8 merupakan diagram bodi bebas kendaraan ketika berbelok dipandang dari atas (a), dipandang dari belakang (b), dan dipandang dari samping (c).

Gambar 2.8 Gaya dan Momen pada Kendaraan Belok (Sutantra, 2001). Keterangan :

Fc ≡ Gaya sentrifugal kendaraan.

Fgf, Fgr ≡ Gaya gesekan pada roda depan dan belakang.

Fs ≡ Gaya angin dari samping kendaraan.

MRa ≡ Momen rolling akibat angin.

Fz ≡ Gaya normal pada roda.

Mpa ≡ Momen angguk (pitching) akibat angin.

FL ≡ Gaya angkat angin.

2.2Sensor Ultrasonic Distance

Sensor Ultrasonic Distance adalah sensor yang dapat mendeteksi jarak obyek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi 40 KHz produksi parallax yang banyak digunakan untuk aplikasi atau kontes robot cerdas. Kelebihan sensor ini adalah hanya membutuhkan 1 sinyal (SIG) selain jalur 5V dan ground.

Untuk penjelasan atau prinsip aksesnya sama kok ma srf 04, hanya saja untuk sensor Ultrasonic Distance hanya memakai 3 pin, pin trigger sama echo digunakan dalam 1 pin, sehingga dengan menggunakan sensor Ultrasonic

Distance kita dapat menghemat penggunaan I/O mikrokontroler. Konfigurasi pin

sensor Ultrasonic Distance sbagai berikut:

Gambar 2.9 Timing Sensor Ultrasonic Distance (Parallax.com). Sensor PING mendeteksi jarak objek dengan cara memancarkan gelombang ultrasonik ( 40 KHz ) selama t = 200 µs kemudian mendeteksi pantulannya. Sensor Ultrasonic Distance memancarkan gelombang ultrasonik sesuai dengan kontrol dari microcontroler pengendali ( pulsa trigger dengan tout min 2 µs ).

1 Kisaran pengukuran 3 cm – 3 m.

2. Input trigger – positive TTL pulse, 2 µs min, 5 µs tipikal. 3. Echo hold off 750 us dari of trigger pulse.

4. Delay before next measurement 200 µs.

5. Brust indikator LED menampilkan aktivitas sensor.

Gambar 2.10 Diagram Waktu Sensor Ultrasonic Distance (Parallax.com).

Keluaran dari sensor Ultrasonic Distance berupa pulsa yang lebarnya merepresentasikan jarak. Lebar pulsanya bervariasi dari 115 µS sampai 18,5 ms. Pada dasanya sensor Ultrasonic Distance terdiri dari sebuah chip pembangkit sinyal 40 KHz, sebuah speaker ultrasonik dan sebuah mikropon ultrasonik. Speaker ultrasonik mengubah sinyal 40 KHz menjadi suara sementara mikropon

ultrasonik berfungsi untuk mendeteksi pantulan suaranya.

Pin signal dapat langsung dihubungkan dengan microcontroler tanpa tambahan komponen apapun. sensor Ultrasonic Distance hanya akan mengirimkan suara ultrasonik ketika ada pulsa trigger dari microcontroler (Pulsa high selama 5 µS). Suara ultrasonik dengan frekuensi sebesar 40 KHz akan

dipancarkan selama 200 µS. Suara ini akan merambat di udara dengan kecepatan 344.424 m/detik (atau 1cm setiap 29.034 µS), mengenai objek untuk kemudian terpantul kembali ke sensor. Selama menunggu pantulan, sensor akan menghasilkan sebuah pulsa. Pulsa ini akan berhenti (low) ketika suara pantulan terdeteksi oleh sensor. Oleh karena itulah lebar pulsa tersebut dapat merepresentasikan jarak antara Ping dengan objek.

Agar sensor ini dapat digunakan untuk mengukur jarak dibutuhkan sebuah mikrokontroler untuk mengukur waktu tempuh sinyal ultrasonik dari sensor, memantul pada benda yang akan diukur, dan diterima kembali oleh sensor. Ilustrasi cara kerja sensor ditunjukkan pada Gambar 2.11.

Gambar 2.11 Ilustrasi cara kerja sensor Ultrasonic Distance

(Parallax.com).

Besarnya jarak yang diukur dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

S = v.t / 2 s = dengan :

s = jarak yang diukur ( meter ). v = kecepatan suara ( 344 m/detik).

t = waktu tempuh (detik). 2.3Obstacle Avoidance

Pada bagian Obstacle Avoidance menjelaskan tentang metode penghindar rintangan yang relevan yaitu deteksi ujung tepi object, tahap stabil dari obstacle avoidance, metode yang support terhadap relevansi obstacle avoidance.

2.3.1 Analisa Ujung Tepi Object

Salah satu kendala Metode obstacle avoidance yang sangat populer didasarkan pada analaisa ujung tepi deteksi obstacle. Dalam metode ini, algoritma mencoba untuk menentukan posisi dari sisi kendala vertikal dan kemudian mengarahkan robot pada salah satu sisi ujung tepi obstacle. Garis yang menghubungkan dua sisi dalam dan luar dianggap mewakili salah satu dari batas-batas penghalang. Metode ini digunakan dalam penelitian, serta beberapa tulisan lainnya semua menggunakan sensor jarak meliputi sensor shap juga sensor ultrasonik untuk mendeteksi obstacle. Kelemahan dengan implementasi saat ini dari metode ini adalah bahwa robot berhenti di depan hambatan untuk mengumpulkan informasi sensor. Namun, ini bukan Keterbatasan yang melekat ujung tepi dari obstacle

dengan metode pendeteksian, dimungkinkan untuk mengatasi masalah ini dengan komputer yang lebih cepat dalam implementasi mendatang. Dalam pendekatan lain tepi-deteksi (menggunakan sensor seperti shap dan ultrasonik), robot tetap diam saat mengambil scan panorama lingkungannya.

Setelah aplikasi tertentu line-fitting algorithms, perencana ujung tepi

berjalan. Posisi terendah untuk membatasi benda dengan sensor pada posisi spasial tepi obstacle 10-50 cm, tergantung pada jarak kendala dan sudut antara permukaan benda.

2.3.2 Kesetabilan dari kendala Obstacle

Metode untuk representasi probabilistik hambatan dalam dunia model kotak-jenis telah dikembangkan di Carnegie-Mellon University (CMU). Model nyata, yang disebut jaringan kepastian, sangat cocok untuk akomodasi data sensor akurat seperti rentang pengukuran dari sensor ultrasonik.

Dalam area kerja robot diwakili oleh array dua dimensi persegi elemen, dilambangkan sebagai sel. Setiap sel berisi nilai kepastian yang menunjukkan ukuran juga dimensi bahwa kendala ada dalam wilayah sel. Dengan metode CMU, memperhitungkan kesetabilan nilai yang dipengaruhi oleh fungsi probabilitas yang memperhitungkan karakteristik yang diberikan sensor. Karakteristik sensor ultrasonik ini misalnya, memiliki bidang kerucut pandang. Sebuah sensor ultrasonic mengembalikan ukuran radial dari jarak ke obstacle terdekat dalam kerucut, namun tidak menentukan lokasi sudut obstacle. (Gambar menunjukkan area A di mana sebuah obstacle harus berada dalam range untuk menghasilkan pengukuran jarak d). Jika obstacle terdeteksi oleh sensor ultrasonik, maka obstacle lebih dekat ke sumbu titik tengah sensor dari pada pinggiran bidang kerucut. Untuk alasan ini, CMU fungsi probabilistik meningkatkan kestabilan pada sel yang lebih dekat dengan sumbu titik tengah.

Gambar 2.12 sensor mengenali benda (Borenstein, 1990).

Dua-dimensi proyeksi kerucut bidang pandang sebuah sensor ultrasonik. Berbagai membaca d menunjukkan adanya obstacle di suatu tempat dalam daerah yang diarsir A (metode Carnegie Mellon).

2.4Serial Peripheral Interface

Mikrokontroler dapat disebut sebagai single pada chip komputer yang meliputi jumlah peripheral seperti RAM, EEPROM, Timer, yang dibutuhkan untuk melakukan beberapa tugas yang telah ditetapkan.

Ada beberapa macam mikrokontroler yang digunakan dalam aplikasi yang berbeda sesuai kemampuan dan fungsi untuk melakukan tugas yang diinginkan, yang paling sering kali dipergunakan adalah 8.051, AVR dan PIC

microcontoler. Microcontoler AVR tersedia dalam tiga katergori:

1. TinyAVR – memori kecil, ukuran kecil, hanya cocok untuk aplikasi sederhana.

2. Mega AVR adalah Avr yang biasanya digunakan karena memiliki memori (upto 256 KB), kapasitas yang lebih tinggi dari peripheral inbuilt dan cocok untuk moderat untuk aplikasi yang kompleks .

3. XmegaAVR- Digunakan secara komersial untuk aplikasi yang kompleks, yang membutuhkan memori program yang besar dan kecepatan tinggi. Tabel berikut membandingkan AVR seri yang disebutkan di atas dari mikrokontroler.

Gambar2.13 Klasifikasi Atmega (Atmel 2011).

Minimum sistem merupakan suatu perangkat sistem yang dapat

digunakan untuk belajar microcontoler. Ada berbagai jenis minimum sistem yaitu Minsis ATMega 8, Minsis Atmega 16 dan ATMega 32. Minimum sistem yang saya buat ini tidak diperlengkapi dengan catu daya, namun hanya sistem minimum biasa. IC ATMega yang kompatibel dengan sistem minimum ini hanya IC tipe ATMega 8 saja. Dalam ATMega 8 terdapat Port B, Port C, dan Port D. Ada juga pin MISO, MOSI, SCK beserta RESET,VCC, dan GND yang dapat langsung dihubungkan ke downloader atau USB ASP.

Gambar2.14 Konfigurasi Pin SPI Atmega 32 (Atmel 2011).

Serial Peripheral Interface (SPI) adalah komunikasi microcontroller

dengan device lain diluar microcontroller atau komunikasi antara microcontroller dengan microcontroller lain. Komunikasi ini merupakan salah satu metode komunikasi serial secara Syncrhonous yang memiliki kecepatan tinggi. Komunikasi ini membutuhkan 3 jalur yaitu MOSI, MISO, SCK.

Gambar 2.15 Konfigurasi Pin Serial Peripheral Interface (SPI) (Atmel 2011).

2.5 Motor DC

Motor Brushless adalah motor yang mempunyai kekuatan yang konsisten dan kinerja dari run untuk menjalankan sekaligus mudah dalam pemeliharaan, serta terdapat sistem pengontrol kecepatan listrik. Dalam motor brushless terdapat tiga komponen diantaranya adalah.

1. Kutub medan secara sederhana digambarkan interaksi dua kutub magnet akan menyebabkan putaran pada motor dc. Motor memiliki kutub medan yang stasioner dan dinamo yang menggerakan bearing pada ruang diantara kutub medan. Motor DC sederhana memiliki dua kutub medan: kutub utara dan kutub selatan.Garis magnetik energi membesar melintasi bukan diantara kutub-kutub dari utara ke selatan. Untuk motor yang lebih besar atau lebih komplek terdapat satu atau lebih elektromagnet. Elektromagnet menerima listrik dari sumber daya dari luar sebagai penyedia struktur medan.

2. Dinamo, bila arus masuk menuju dinamo, maka arus ini akan menjadi elektromagnet. Dinamo yang berbentuk silinder, dihubungkan penggerak untuk menggerakan beban. Untuk kasus motor DC yang kecil, dinamo berputar dalam medan magnet yang dibentuk oleh kutub-kutub, sampai kutub utara dan selatan magnet berganti lokasi. Jika hal ini terjadi, arusnya berbalik untuk merubah kutub-kutub utara dan selatan dinamo.

3. Commutator Komponen ini terutama ditemukan dalam motor DC.

Kegunaannya adalah untuk membalikan arah arus listrik dalam dinamo.

Commutator juga membantu dalam transmisi arus antara dinamo dan

sumber daya.

Keuntungan utama motor DC adalah sebagai pengendali kecepatan, yang tidak mempengaruhi kualitas pasokan daya. Motor ini dapat dikendalikan dengan mengatur tegangan dinamo meningkatkan tegangan dinamo akan meningkatkan kecepatan Arus medan menurunkan arus medan akan meningkatkan kecepatan. Motor DC tersedia dalam banyak ukuran, namun penggunaannya pada umumnya

dibatasi untuk beberapa penggunaan berkecepatan rendah, penggunaan daya rendah hingga sedang seperti peralatan mesin dan rolling mills, sebab sering terjadi masalah dengan perubahan arah arus listrik mekanis pada ukuran yang lebih besar. Motor tersebut dibatasi hanya untuk penggunaan di area yang bersih dan tidak berbahaya sebab resiko percikan api pada sikatnya. Motor DC juga relatif mahal dibanding motor AC. Antara kecepatan, flux medan dan tegangan dinamo ditunjukkan dalam persamaan berikut.

Gaya elektromagnetik E = KΦN Torque: T = KΦIa dimana

E =gaya elektromagnetik yang dikembangkan pada terminal dinamo (volt) Φ =

flux medan yang berbanding lurus dengan arus medan N = kecepatan dalam RPM (putaran per menit) T = torque electromagnetik Ia = arus dinamo K = konstanta

persamaan.

Gambar 2.16 motor Brushless (www.hpiracing.com/ Brushless).

2.6 Electronic Speed Control (ESC)

Motor brushless memiliki sebuah Electronic Speed Control (ESC) yang berfungsi sebagai pengatur kecepatan motor, selain itu juga berfungsi

untuk menaikan jumlah arus yang diperlukan oleh motor. Kecepatan untuk motor yang keluar dari ESC diatur melalui pulsa dari mikrokontroler.

Gambar 2.17 Electronic Speed Control (ESC) (Hobyking.com/esc).

2.7 Motor Servo

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor. Tampak pada gambar dengan pulsa 1.5 ms pada periode selebar 2 ms maka sudut dari sumbu motor akan berada pada posisi tengah. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.

Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak kontinyu seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk beberapa keperluan tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak kontinyu. Pada robot, motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau

bagianbagian lain yang mempunyai gerakan terbatas dan membutuhkan torsi cukup besar.

Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW) dimana arah dan sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.

Motor Servo merupakan sebuah motor DC yang memiliki rangkaian control elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut angularnya. Motor servo adalah motor yang berputar lambat, dimana biasanya ditunjukkan oleh rate putarannya yang lambat, namun demikian memiliki torsi yang kuat karena internal gearnya.

Lebih dalam dapat digambarkan bahwa sebuah motor servo memiliki : a. jalur kabel : power, ground, dan control.

b. Sinyal control mengendalikan posisi.

c. Operasional dari servo motor dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20 ms, dimana lebar pulsa antara 0.5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range sudut maksimum. Konstruksi didalamnya meliputi internal gear, potensiometer, dan feedback control (Ratih Kusuma Dewi, 2011).

2.7.1 Jenis-jenis Motor Servo Motor Servo Standar 180°

Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut dari kanan – tengah – kiri adalah 180°.

Motor Servo Continuous

Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu).

2.8 Sistem Kendali Mobile Robot

2.8.1 Proportional Integral Derivative (PID) controller

Proportional Integral Derivative (PID) controller merupakan

pengendali untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengendali PID merupakan gabungan dari tiga sistem kendali yang bertujuan untuk mendapatkan keluaran dengan rise time yang tinggi dan kecil. Seperti yang kita ketahui bahwa sistem kendali proporsional memiliki keunggulan yaitu

rise time yang cepat tetapi sangat rentan dengan overshot/undershot, sistem

kendali integral memiliki keunggulan untuk meredam galat, sedangkan sistem kendali diverensial memiliki keunggulan untuk memperkecil delta

error atau meredam overshot/undershot. PID berdasarkan implementasinya

dibedakan menjadi analog dan digital, PID analog diimplementasikan dengan komponen elektronika resistor, capacitor, dan operational

amplifier, sedangkan PID digital diimplementasikan secara program

(Embedded Robotic, 2006).

a. Pengendali Proporsional (P) Pengaruh pada sistem :

1. Menambah atau mengurangi kestabilan dengan menambah atau mengurangi nilai konstanta KP (Kontrol Proporsional).

2. Dapat memperbaiki respon transien khususnya : rise time, settling time .

3. Mengurangi error steady state (ESS) .Untuk mengurangi ESS, dibutuhkan KP besar, yang akan membuat sistem lebih tidak stabil.

Kendali proporsional memberi pengaruh langsung (sebanding) pada

error. Semakin besar error, semakin besar sinyal kendali yang

dihasilkan pengendali.

b. Pengendali Integral (I) Pengaruh pada sistem :

1. Mengurangi error steady state (ESS).

2. Respon lebih lambat (dibandingkan dengan P).

3. Dapat menambah ketidakstabilan (karena menambah orde pada sistem).

Perubahan sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error. Semakin besar error, semakin cepat sinyal kontrol bertambah atau berubah.

c. Pengendali Derivatif (D) Pengaruh pada sistem :

1. Memberikan efek redaman pada sistem yang berosilasi sehingga bisa memperbesar pemberian nilai Kp.

2. Memperbaiki respon transien, karena memberikan aksi saat ada perubahan error.

3. hanya berubah saat ada perubahan error, sehingga saat ada error

Besarnya sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error (e). Semakin cepat error berubah, semakin besar aksi kontrol yang ditimbulkan (Wicaksono, 2004).

Sistem pengendali PID pada robot obstacle Avoidance robot menggunakan parameter jarak sebagai inputan dari sensor ultrasonik

distance. Input jarak akan diproses untuk memberi respon kecepatan ke

motor. Pada jarak yang jauh terhadap halangan Sensor ultrasonik distance

akan mengirimkan data dalam microcontroler yang akan diolah ke PID untuk merespon motor melaju kenjang. Pada titik halangan dekat respon motor akan langsung diturunkan sedikit hingga mendekati set poin yang telah ditentukan pada obstacle.

Dalam waktu kontinyu, sinyal keluaran pengendali PID dapat dirumuskan sebagai berikut.

... 2.18

Komponen kontrol PID ini terdiri dari tiga jenis yaitu Proporsional, Integratif dan Derivatif. Ketiganya dapat dipakai bersamaan maupun sendiri-sendiri tergantung dari respon yang kita inginkan terhadap suatu plant.

1. Kontrol Proporsional

Kontrol P jika G(s) = kp, dengan k adalah konstanta. Jika u = G(s) • e maka u = Kp • e dengan Kp adalah Konstanta Proporsional. Kp berlaku sebagai Gain (penguat) saja tanpa memberikan efek dinamik kepada kinerja kontroler. Penggunaan kontrol P memiliki berbagai

keterbatasan karena sifat kontrol yang tidak dinamik ini. Walaupun demikian dalam aplikasi-aplikasi dasar yang sederhana kontrol P ini cukup mampu untuk memperbaiki respon transien khususnya rise time dan settling time.

2. Kontrol Integratif

Jika G(s) adalah kontrol I maka u dapat dinyatakan sebagai u(t)

= [integrale(t)dT] Ki dengan Ki adalah konstanta Integral, dan dari

persamaan diatas, G(s) dapat dinyatakan sebagai u = Kd.[deltae / deltat] Jika e(T) mendekati konstan (bukan nol) maka u(t) akan menjadi sangat besar sehingga diharapkan dapat memperbaiki error. Jika e(T) mendekati nol maka efek kontrol I ini semakin kecil. Kontrol I dapat memperbaiki sekaligus menghilangkan respon steady-state, namun pemilihan Ki yang tidak tepat dapat menyebabkan respon transien yang tinggi sehingga dapat menyebabkan ketidakstabilan sistem. Pemilihan Ki yang sangat tinggi justru dapat menyebabkan output berosilasi karena menambah orde system.

3. Kontrol Derivatif

Sinyal kontrol u yang dihasilkan oleh kontrol D dapat dinyatakan sebagai G(s) = s.Kd Dari persamaan di atas, nampak bahwa sifat dari kontrol D ini dalam konteks "kecepatan" atau rate dari error. Dengan sifat ini ia dapat digunakan untuk memperbaiki respon transien dengan memprediksi error yang akan terjadi. Kontrol Derivative hanya berubah saat ada perubahan error sehingga saat error statis kontrol ini tidak akan bereaksi, hal ini pula yang menyebabkan kontroler

Derivative tidak dapat dipakai sendiri. Gambar blok diagram kontroler PID.

Diagram Blok pengendali PID dapat dilihat pada diagram berikut

Gambar 2.18 Diagram Blok pengendali PID (Fahmi 2011). 2.8.2 PID

Aspek yang sangat penting dalam desain kendali PID ialah penentuan parameter kendali PID supaya sistem kalang tertutup memenuhi kriteria performansi yang diinginkan (Wicaksono, 2004). Adapun metode

tuning kendali PID yang sudah banyak dan sering digunakan adalah

Ziegler-Nichols dan Cohen-Coon. a. Metode Ziegler-Nichols

Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun 1942. Metode ini memiliki dua cara yaitu metode osilasi dan kurva reaksi. Kedua metode ditujukan untuk menghasilkan respon sistem dengan lonjakan maksimum sebesar 25%. Metode kurva reaksi didasarkan terhadap reaksi sistem kalang terbuka. Plant sebagai kalang terbuka dikenai sinyal step function. Kalau plant minimal tidak mengandung unsur

integrator ataupun pole-pole kompleks, reaksi sistem akan berbentuk S. Gambar 1 menunjukkan kurva berbentuk S tersebut. Kelemahan metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk menangani plant integrator

maupun plant yang memiliki pole kompleks. Kurva berbentuk S mempunyai dua konstanta, waktu mati (dead time) L dan waktu tunda T. Dari Gambar, terlihat bahwa kurva reaksi berubah naik setelah selang waktu L.

Gambar 2.19 Kurva respon berbentuk S (Wicaksono, 2004). Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan kurva setelah mencapai 66% dari keadaan mantapnya. Pada kurva dibuat suatu garis yang bersinggungan dengan garis kurva. Garis singgung itu akan memotong dengan sumbu absis dan garis maksimum. Perpotongan garis singgung dengan sumbu absis merupakan ukuran waktu mati, dan perpotongan dengan garis maksimum merupakan waktu tunda yang diukur dari titik waktu L. Tabel 2.1 merupakan rumusan penalaan parameter PID berdasarkan cara kurva reaksi.

Tabel 2.1 Penalaan parameter PID dengan metode kurva reaksi

Tipe Kendali P I D

I /L

D ,9 T/L /0,3

ID ,2

T/L

L ,5L

(Sumber : Wicaksono,2004)

b. Metode Cohen-Coon

Karena tidak semua proses dapat mentolerir keadaan osilasi dengan amplitudo tetap, Cohen-Coon berupaya memperbaiki metode osilasi dengan menggunakan metode quarter amplitude decay. Respon loop tertutup sistem, pada metode ini, dibuat sehingga respon berbentuk

quarter amplitude decay. Quarter amplitude decay didefinisikan sebagai

respon transien yang amplitudonya dalam periode pertama memiliki perbandingan sebesar seperempat (1/4), untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.20.

Gambar 2.20 Kurva respon quarter amplitude decay(Wicaksono, 2004).

Pada kendali proporsional Kp ditala hingga diperoleh tanggapan

parameter Ti dan Td dihitung dari hubungan KP dengan TP. Sedangkan penalaan parameter kendali PID adalah sama dengan yang digunakan pada metode Ziegler-Nichols. Selain cara tersebut, metode Cohen-Coon ini bisa dihitung dengan aturan praktis yang parameter-parameter plantnya diambil dari kurva reaksi yang terdapat pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Penalaan parameter PID dengan metode Cohen-Coon Tipe

Kendali

Kp Ti Td

P             +       T L L T K 3 1 1

1 - -

PI             +       T L L T K 12 1 9 , 0 1                   +       + T L T L L 20 9 3 30 - PD             +       T L L T K 6 1 4 5 1 -                   +       − T L T L L 3 22 2 6 PID             +       T L L T K 4 1 3 4 1                   +       + T L T L L 8 13 6 32                   + T L L 2 11 4

METODE PENELITIAN DAN PERANCANGAN SISTEM

3.1 Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan adalah studi kepustakaan dan penelitian laboratorium. Studi kepustakaan dilakukan sebagai penunjang yang berupa data-data literatur dari masing-masing komponen, informasi dari internet dan konsep-konsep teoretisdari buku-buku penunjang.

Penelitian laboratorium berupa perancangan perangkat keras, perancangan perangkat lunak, uji coba dan pengambilan data laboratorium. Perancangan perangkat keras dan perangkat lunak akan dibahas detil pada sub bab 3.3 dan 3.4. Sedangkan uji coba akan dilakukan terhadap minimum sistem ATTmega 32, rangkaian power, dan. Untuk uji coba sensor Ultrasonic Distance

akan diperoleh data berupa tegangan digital yang tidak linier terhadap jarak yang diukur. Data ini akan dikalibrasi yang kemudian akan digunakan dalam PID

controller.

3.2 Rancangan Penelitian

Pembahasan proses rancang bangun obstacle avoidance robot dijelaskan pada diagram blok seperti Gambar 3.1.

sensor Ultrasonic

Kanan

sensor Ultrasonic

Tengah

sensor Ultrasonic

Kiri

Kecepatan Kemudi

SLAVE Microcontoler ATMEGA 32

PID Driver ESC Motor DC

Motor Servo

Microcontroler

SPI

Gambar 3.1 Diagram blok obstacle avoidance robot.

S_{ensor Ultrasonic Distance memberi inputan pada Mikrokontroler}

Atmega, untuk mendeteksi adanya halangan benda di depannya pada jarak yang telah ditentukan. Set point digunakan untuk menentukan besarnya nilai tegangan yang berkorelasi dengan jarak benda terhadap robot. Apabila benda berada pada jarak yang terlalu dekat dengan set point yang telah ditentukan maka robot akan mengerem otomatis dan motor bergerak mundur. Begitu pula sensor Ultrasonic

Distance kanan dan kiri digunakan untuk mendeteksi adanya halangan disebelah

kanan dan kiri robot dan kemudian hasil pembacaanya akan diolah oleh mikrokontoler master Atmega 32.

Data pulse dari sensor Ultrasonic Distance dari Atmega master akan di transfer ke Atmega slave dengan menggunakan media Serial peripheral Interface

(SPI), data tersebut kemudian diolah menjadi sinyal frequensi untuk memberikan perintah pada moto driver Electronic Speed Control (ESC) untuk mengatur kecepatan motor. Atmega slave dipergunakan untuk menggerakkan servo, pemutar kemudi.

3.3 Perancangan Perangkat Keras

3.3.1 Rangkaian Minimum Sistem Atmega 32

Gambar 3.2 minimum sistemMicrocontroler Atmega 32.

Minimum sistem microcontroler terdiri dari komponen-komponen dasar

yang dibutuhkan oleh suatu microcontroler untuk dapat berfungsi dengan baik. Pada umumnya, suatu mikrokontoler membutuhkan dua elemen (selain power

supply) untuk berfungsi: Kristal Oscillator (XTAL), dan Rangkaian reset.

Analogi fungsi Kristal Oscillator memompa data. Fungsi rangkaian reset adalah untuk membuat mikrokontroler memulai kembali pembacaan program, hal tersebut dibutuhkan pada saat mikrokontroler mengalami gangguan dalam meng-eksekusi program. Pada sistem minimum AVR khususnya Atmega 32 terdapat elemen tambahan (optional), yaitu rangkaian pengendalian gnd vcc dan vref

(Tegangan Referensi). Pada konektor ISP untuk mengunduh (download) program

Gambar 3.3 minimum sistemmicrocontroler Atmega 32 Komunikasi SPI. Beberapa tahapan dalam pengiriman data Serial Peripheral Interface

(SPI) diantaranya pin Slck dari minimum master ke mimimum slave yang

dipergunakan untuk clock. Pada pin Mosi jalur data akan dikirim dari master ke slave, begitu pula sebaliknya data pada slave juga dikirim ke master melalui pin

Miso. Data pada minimum sistem master akan dikirim jika tegangan 0 v

komunikasi membuka, bila mendapatkan tegangan 5 v komunikasi pada pengiriman data menuju ke minimum sistem slave akan gagal.

a. Program Downloader

Untuk melakukan proses download program, yaitu file dengan ekstensi “.hex” digunakan perangkat bantu AVR USB ISP seperti pada gambar 3.4 yang akan dihubungkan dengan port USB (Universal Serial Bus) pada komputer. Sebelum downloader dapat digunakan perlu dilakukan instalasi driver terlebih dahulu. Konfigurasi pinout dan keterangan dari downloader terdapat pada Tabel 3.1 dan Gambar 3.4.

Gambar 3.4 AVR USB ISP.

Tabel 3. 1 Tabel Fungsi PIN

NAMA NO.PIN I/O KETERANGAN

VTG 2 - Catu daya dari project board (2.7 – 5.5 V)

GND 4, 6, 8,10 - Titik referensi

LED 3 Output Sinyal control untuk LED atau

multiplexer (opsional)

MOSI 1 Output Command dan data dari AVR USB ISP mkII ke target AVR

MISO 9 Input Data dari target AVR ke AVR USB ISP mkII

SCK 7 Output Serial clock, dikendalikan oleh AVR USB ISP mkII

RESET 5 Output Reset, dikendalikan oleh AVR USB ISP mkII

Gambar 3. 5 PINOUT Connection .

b. Rangkaian Reset

Pin reset pada microcontroller adalah pin (kaki) 1. Reset dapat dilakukan secara manual atau otomatis saat power dihidupkan (Power reset ON).

Gambar 3.6 Rangkaian Reset.

Reset terjadi dengan adanya logika 1 selama minimal 2 machine cycle

yang diterima pin reset dan akan bernilai low. Pada saat reset bernilai low,

microcontroller akan melakukan reset program yang ada di dalam microcontroller

dan mengakhiri semua aktivitas pada microcontroller.

reset

SW1 C1

10uF/16v R1 10k

R2

100

3.3.2 Rangkaian Power

Gambar 3.7 Rangkaian Power.

Sumber tegangan input dari baterai 12 volt akan masuk ke transistor, tegangan langsung diturunkan dengan transistor 7806 sehingga tegangan menjadi 5,5 volt dengan arus 1 A. Output dari transistor 7806 akan masuk ke

resistor 100 Ω untuk mengurangi 0,3 A, selanjutanya arus masuk ke input kaki

base Tip 41. Pada kaki collector Tip 41 yang dipasang secara pararel, sehingga outputnya arus menjadi 8 A, karena pada tiap-tiap Tip 41 mempunyai arus 4 A pada outputanya. Kapasitor di rangkaian power untuk menyimpan daya saat baterai dari sumber tegangan mati.

3.4 Perancangan Arsitektur Sistem 3.4.1 Pengendali Sistem Kemudi

Perancangan arsitekturnya dapat dilihat seperti gambar 3.8. Pada gambar 3.8 adalah gambar robot tampak depan. Untuk sensor Ping Ultrasonic

Distance diletakkan di bagian depan. Ultrasonic Distance yang sebelah kiri dan

kanan dipasang menyerong 30° dan letaknya lebih tinggi dibandingkan dengan sensor bagian depan.

.

Gambar 3.8 Robot Tampak Depan.

3.5 Perancangan Sistem Kerja Motor

Perancangan sistem kerja motor Brushless terdapat beberapa tahadapan kondisi motor. Kondisi motor tersebut terbagi 3 bagian, bagian 1 yaitu proses motor diam, dibagian ke 2 motor maju, dan bagian ke 3 motor mundur.

3.5.1 Proses Motor Diam

Untuk dapat mencari motor diam dapat dilakukan dengan cara mencari data yang dikirimkan dari Electronic Speed Control (ESC) menuju motor Brushless dan data tersebut berupa frekuensi. Dalam menentukan frekuensi berapa dia berjalan maka di ukur menggunakan Osiloskop. Pada proses motor diam berada pada frekuensi Th 1500 µs dan Tl 17000 µs. Data hasil uji coba pengukuran lebar frekuensi ditunjukkan dalam tabel 3.2.

3.5.2 Proses Motor Maju

Pada proses motor maju, data frekuensi yang terdapat pada

Electronic Speed Control (ESC) akan dikirim ke motor Brushless. Data dari

Electronic Speed Control (ESC) menuju motor akan dilakukan proses tab

sehingga data sinyal dari reciver akan masuk pada Osiloskop. Data hasil uji coba pengukuran lebar frekuensi ditunjukkan dalam tabel 3.2.

3.5.3 Proses Motor Mundur

Sama halnya pengujian proses motor maju, pada motor mundur pengujian Electronic Speed Control (ESC) menuju motor akan dilakukan proses tab data pada remote control mobile Rc, tuas remote ditekan ke depan sehingga data sinyal dari reciver akan masuk pada Osiloskop. Setelah dilakukan proses tab data dapat dilihat lebar pulsa motor dapat dilhat pada gambar 3.9.

Gambar 3.9 Pengujian Hasil lebar frekuensi pada osiloskop.

Pada pengujian sistem kerja motor diperoleh hasil nilai data yang ada pada

osiloskop berupa frekuensi motor diam, motor maju, dan motor mundur.

Tabel 3.2 Perhitungan frekuensi data pada Osiloskop

Th (µs) ( Periode)

TL (µs) (periode)

Nilai frekuensi (ms)

Keterangan

1500 17000 0,00072549 Diam

1550 16950 0,000704158 Maju

1551 16949 0,000703746 Maju

1552 16948 0,000703334 Maju

1553 16947 0,000702922 Maju

1554 16946 0,000702512 Maju

1555 16945 0,000702101 Maju

1556 16944 0,000701691 Maju

1557 16943 0,000701282 Maju

1558 16942 0,000700873 Maju

1559 16941 0,000700465 Maju

1560 16940 0,000700058 Maju

1250 17250 0,000857971 Mundur

1240 17260 0,000864389 Mundur

1230 17270 0,000870912 Mundur

1220 17280 0,000877543 Mundur

1210 17290 0,000884283 Mundur

3.6 Perancangan Perangkat Lunak

Selain hardware yang diperlukan pada perancangan dan pembuatan pada penelitian ini juga diperlukan software / program pada

microcontoler, serta komunikasi microcontoler master dan Slave agar dapat

bekerja sesuai dengan fungsinya.

3.6.1 Perancangan Program Pada Mikrokontoler Master Slave

Perancangan Program di aplikasi cvavr, buka program baru gunakan CodeWizardavrpada option pilih Spi enabled serta pilih Spi master.

Gambar 3. 10 Setting Konfigurasi Master Cvavr master.

Pada gambar 3.11 buka program baru gunakan CodeWizardavrpada option pilih Spi enabled serta pilih Spi slave. Namun pada Spi slave di tambah clock rate untuk

Gambar 3.11 Setting Konfigurasi Master Cvavr Slave.

3.6.2 Perancangan Program Pada mikrokontroler

Penjelasan dari diagram flow pada gambar 3.12 adalah sebagai berikut: Sensor Ultrasound Distance kanan, kiri dan tengah secara terus menerus mendeteksi jarak. Sensor tengah mendapat prioritas utama dalam mendeteksi halangan di depan robot, apabila sensor tengah mendapatkan halangan pada jarak yang terlalu dekat (< 50) maka pada microcontoler master akan mengirimkan data Serial Peripheral Interface (SPI) ke microcontoler slave untuk merespon dengan memberikan perintah mundur.Apabila kondisi pada sensor kanan < 50 maka data akan diolah microcontoler slave agar dapat merespon kemudi bergerak ke kiri, dan sebaliknya jika halangan < 50 terdapat di sisi sebelah kiri robot maka data akan langsung dikirim olah microcontoler slave ke microcontoler master

Inisialisai Start Ping-Tengah < 50 Ping-Kanan < 50 Ping-Kiri < 50 Ping-Tengah Ping-Kanan Ping_Kiri SPDR=21 SPDR=18 SPDR=20 SPDR=19 Ping-Kanan < 50 Ping-Kiri < 50 Ping-Kanan < 50 && Ping -Kiri < 50 SPDR=12 SPDR=20 SPDR=1 SPDR=19 SPDR=1 SPDR=19 Y T T T T Y Y Y Y Y T T Stop

Gambar 3.12 Flowchart program kemudi

Pada gambar 3.12 proses Flowchart sistem kemudi robot

Obstacle Avoidance dirancang berdasarkan jarak robot terhadap halangan. Robot

akan bergerak bebas ke arah kanan maupun kiri untuk dapat menghidari halangan. Saat robot mulai dijalankan sensor tengah akan langsung mendeteksi halangan tersebut berada, sensor tengah akan merespon sistem kemudi. Pada sistem ini robot akan terus berjalan serta mendeteksi halang di depan samping kanan dan samping kiri tanpa adanya jalur lintasan robot dari titik satu ke titik yang lainya.

Start Read SPDR Inisialisasi Data==0 Data==2 Data==1 Data==6 Data==5 Data==4 Data==3 Data==7 Data==8 Maju Base Diam Maju Pelan Maju Pelan Maju Pelan Maju Pelan Maju Sedang Maju Sedang Maju Sedang Maju Sedang

Data==9 Maju Cepat

Data==9 Maju Cepat

Data==9 Maju Cepat

Y T Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y Y T T T T T T T T T

Data==11 Maju Cepat

T

T

T Y Y

Data==10 Maju Cepat

A

Data==14 Mundur

Data==15 Mundur

Data==16 Mundur

Data==17 Mundur

Y

Y

Y

Y T

T T

Data==18 Servo lurus

Data==19 Servo kanan

Data==20 Servo kiri

T

T

T

T Y

Y

Y

Data==21 Triger Mundur

Y

Data==12 Mundur

T Y

Data==13 Y

Mundur

A

B

B T

Dari proses diagram flow pada gambar 3.13 sebagai berikut: data

microcontoler minimum sistem master akan dikirim melalui kabel serial

peripheral interface (SPI)ke microcontoler minimum sistem master. Pada proses

diagram flow pada gambar 3.13 microcontrolerminimum sistem master data pada

read SPI Data Register (SPDR) akan dipergunakan untuk membaca/ mengenali

proses pengiraman data maupun penerima. Dalam penginputan data pada

microcontoler dibagi beberapa kondisi motor diam, motor pelan, sedang, maju

cepat, mundur dan juga pengaturan servo. Pada microcontoler data 0 adalah motor base diam, data 1 motor maju pelan, data 5 motor melaju sedang, data 9 motor akan melaju cepat, sedangkan data 12 dipergunakan untuk mundur jika halangan tersebut terlalu dekat dengan robot base. Sedangkan pada proses kemudi data 18, 19 servo ke kanan dan ke kiri. Setelah proses tersebut terpenuhi sampai data pada

SPI Data Register (SPDR) maka langsung akan diolah ke microcontoler minimum

sistem master. Pada sistem Flowchart robot akan berhenti berjalan bila tombol off

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM

Pada bab ini akan dibahas hasil analisa pengujian yang telah dilakukan, pengujian dilakukan dalam beberapa bagian yang disusun dalam urutan dari yang sederhana menuju sistem yang lengkap.

Dari penggabungan perangkat keras dan perangkat lunak diharapkan didapat suatu sistem yang dapat mengendalikan mobile robot dengan PID kontroler yang bekerja dengan baik dan optimal.

4.1. Pengujian Driver motor Electronic Speed Control (ESC) 4.1.1 Tujian Pengujian

Menguji moto driver Electronic Speed Control (ESC) apakah bekerja dengan baik.

4.1.2 Alat yang dibutuhkan

1. Driver motor Electronic Speed Control (ESC).

2. Minimum sistem microcontroler master.

3. Osiloskop. 4. Power Supply. 4.1.3 Prosedur Pengujian

1. Nyalakan driver Electronic Speed Control (ESC).

2. Sambungkan pin data Electronic Speed Control (ESC) pada Minimum

system.

3. Beri input data pada Microcontroller, selanjutnya jalankan pada osiloskop untuk mengetahui berjalan pada frekuensi berapa.

4.1.4 Hasil pengujian

Pada hasil pengujian moto driver Electronic Speed Control (ESC)

Gambar 4.1 hasil pengujian range data pada osiloskop.

Dari pengujian diatas didapatkan hasil pengujian data frekuensi

yang digunakan untuk menjalankan laju motor serta mundur. Hasil data dari osiloskop berupa Time High (Th), Time Low (TL). Untuk memperoleh nilai dari frekuensi didapatakan persamaan 1

�ℎ+

1

TL= nilai frekeensi menggunakan satuan ms. Hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel 4.1.

Tabel 4.1 Perhitungan frekuensi data motor maju dan mundur

Th (µs) ( Periode)

TL (µs) (periode)

Nilai frekuensi (ms)

Keterangan

1500 17000 0,00072549 Diam

1550 16950 0,000704158 Maju

1551 16949 0,000703746 Maju

1552 16948 0,000703334 Maju

1554 16946 0,000702512 Maju

1555 16945 0,000702101 Maju

1556 16944 0,000701691 Maju

1557 16943 0,000701282 Maju

1558 16942 0,000700873 Maju

1559 16941 0,000700465 Maju

1560 16940 0,000700058 Maju

1250 17250 0,000857971 Mundur

1240 17260 0,000864389 Mundur

1230 17270 0,000870912 Mundur

1220 17280 0,000877543 Mundur

1210 17290 0,000884283 Mundur

1200 17300 0,000891137 Mundur

Dari tabel 4.1 didapatkan hasil dari nilai frekuensi yang digunakan sebagai masukan data program pada mikrokontroler, sebagai proses kerja motor Brushless saat motor diam, maju serta mundur.

4.2. Pengujian Microcontroller 4.2.1 Tujuan Pengujian

Pengujian Minimum system bertujuan menetahuai apakah

Microcontroller dapat melakukan proses signature, downloader dan

4.2.2 Alat yang dibutuhkan

1. Rangkaian Minimum sistem microcontroler master dan Minimum sistem microcontroler slave.

2. Komputer.

3. Kabel Serial minimum system.

4. Kabel downloader.

5. Power supply.

4.2.3 Prosedur Pengujian

1. Aktifkan Power supply dan hubungkan ke Minimum system.

2. Sambungkan Minimum sistem microcontroler master dan slave dengan menggunakan kabel SPI.

3. Pada salah satu Minimum system untuk download program menggunakan kabel downloader pada port pararell .

4. Selanjutnya aktifkan komputer dan jalankan program CodeVision AVR.

5. Untuk download program yang telah dibuat ke dalam Minimum system

maka yang harus dilakukan adalah menjalankan menu Chip signature

programmer pada CodeVision AVR.

6. Setelah prose signature selesai maka selanjutnya proses compile project dengan menekan F9 pada keyboard menggunakan proses download

program ke Microcontroller masuk ke menu kemudian make project

4.2.4 Hasil pengujian

Dari percobaan di atas apabila menu Chip signature programmer,

download program dapat berhasil dikerjakan maka Minimum system dapat

dikatakan bekerja dengan baik. Tampilan dari program Chip signature

pada pada CodeVision AVR yang akan digunakan untuk menuliskan program dan melakukan percobaan terhadapat Minimum system. Pada jalur pin SPI yang akan dibuat sebagai pengiriman data dalam kedaan terhubung pada Minimum system master dan slave.

Gambar 4.3 TampilanKonfigurasi Minimum sistem microcontroler master.

4.3. Pengujian Sensor Ultrasonic Distance 4.3.1 Tujuan Pengujian

Tujuan dari pengujian sensor ini adalah mengetahui apakah sensor dapat mengukur jarak dengan baik.

4.3.2 Alat yang dibutuhkan 1. Sensor Ultrasonic Distance.

2. Power Supply.

3. Minimum sistem microcontroler master.

4. Lcd.

4.3.3 Prosedur Pengujian

1. Hubungkan sensor Ultrasonic Distance dengan power supply dengan tegangan 5 v, kaki data tancapkan ke pin data mimimum sistem master.

2. Pengukuran hasil sensor Ultrasonic Distance berupa data inputan jarak menggunakan Lcd.

3. Download program jarak ke Minimum sistem microcontroler master. 4.3.4 Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian sensor Ultrasonic Distance didapatkan hasil inputan jarak terhadap sensor, dapat dilihat pada tabel 4.2. Data dari hasil pengujian ini akan dipergunakan oleh Microcontroler untuk diolah dengan pengendali PID. Untuk catu daya sensor direkomendasikan menggunakan rangkaian power menggunakan penguatan arus dobel Tip 41 pada input Vcc. Tip berfungsi menguatkan arus, karena untuk mengolah data sensor

Ultrasonic Distance membutuhkan kesetabilan arus.

Pengujian terhadap sensor Ultrasonic Distance dilakukan dengan mengukur jarak suatu benda terukur yang diletakkan di hadapan sensor, pembacaan sensor dibatasi pada jarak 10 cm – 100 cm. Hasil data dari sensor Ultrasonic Distance berupa data digital, selanjutnya data akan diolah ke Microcontroler. Untuk dapat memperoleh nilai pada ditampilkan

Lcd , didapatkan perhitungan serta karakteristik sensor Ultrasonic Distance.

1. Perhitungan kecepatan sinyal suara di udara

Vs = 344 m/s = 34400 cm/s = 34400 cm/1000000 µs = 1 cm/34400 =

29,069767441 µs. Karena Sensor Ultrasonic Distance menggunakan pantulan maka untuk mengukur jarak 1 cm sama dengan 2t sehingga 1 cm = 2 x 29,069767441 µs = 58, 139534 µs ~ 58 µs. Berarti setiap tertunda 58 uS bertambah jarak sebesar 1 cm.

2. Perhitungan nilai sensor menjadi jarak (lihat gambar 2.10 untuk referensi).

Trigger dipergunakan untuk mengirimkan sinyal ke halangan. Dalam

Proses tersebut terdapat waktu berhenti yang dipergunakan untuk proses jeda sensor. Waiting Time (Wt) adalah waktu tunggu dari sinyal

trigger untuk terpantul kembali, dimana waktu tunggu tersebut akan

diasumsikan menjadi jarak. Keterangan S = jarak (cm), dan Wt = Waktu

tunggu (µs). Misalkan dari pembacaan sensor sensor didapat Wt = 270

µs, maka jarak terdeteksi sensor terhadap benda adalah

S = ��

58µs =

270µs

58µs/cm= 4,6 cm. Data hasil uji coba pengukuran sensor

UltrasonicDistance ditujukkan dalam tabel 2.2.

Tabel 4.2 data hasil pengukuran sensor Ultrasonic Distance

No Jarak terukur (cm)

Jarak terdeteksi sensor Ultrasonic

Distance di nilai lcd

Tengah (cm) Kanan (cm) Kiri (cm)

1. 5 5 5 5

2. 10 10 10 10

3. 15 15 15 15

4. 20 20 20 20

5. 27 27 27 27

6. 30 30 30 30

8. 40 40 40 40

9. 50 50 50 50

10. 60 60 60 60

11. 65 65 65 65

12. 70 70 70 70

13. 80 80 80 80

14. 90 90 90 90

15 100 100 100 100

Dari Pengujian Tabel 4.2 didapatkan hasil inputan sensor Ultrasonic

Distance yang dipergunakan sebagai batas jarak halangan terhadap sensor

yang dirumuskan pada satuan cm. Pada tampilan gambar 4.4 dapat dilihat nilai data pada masing-masing sensor Ultrasonic Distance.

4.4. Pengujian Kendali PID 4.4.1 Tujuan Pengujian

Pengujian Proportional integral Derivatif (PID) dilakukan untuk mengetahui apakan rumusan yang digunakan dalam pembuatan kendali PID dapat berjalan sesuai yang diharapkan.

4.4.2 Alat yang dibutuhkan

1. Minimum sistem microcontroler master Atmega 32.

2. Driver motor ESC.

3. Sensor Ultrasonic Distance.

4.4.3 Prosedur pengujian

1. Hubungkan output Gnd dan Vcc Sensor Ultrasonic Distance ke output

rangkaian power.

2. Hubungkan Gnd Driver motor ESC ke salah satu pin Gnd rangkaian

power.

3. Nyalakan Minimum sistem microcontroler master.

4. Download program kendali Proportional integral Derivatif (PID.

4.4.4 Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian set tuning Proportional integral Derivatif

(PID) dapat dilihat pada tabel 4.3. Ketika jarak sensor mendekati set point

maka data dari Electronic Speed Control (ESC) yang berupa data frekuensi

akan memberi respon ke motor Brushless untuk dapat mengurangi laju kecepatan motor. Pada proses Pengambilan data Proportional integral

jarak sensor Ultrasonic Distance sebagai inputan terhadap halangan di depan robot. Hasil dari set tuning kendali PID ini dapat memperbaiki respon kecepatan dengan nilai Kp= 1, Kd= 0, Ki=0. Pada metode PID menggunakan titik set point terhadap halangan pada jarak 50 cm. Saat laju robot mendekati halangan pada jarak 50 cm robot akan menurunkan kecepatan hingga mencapai set point.

Hasil percobaan dan perhitungan diperoleh data tabel sebagai berikut.

Tabel 4.3 Hasil pengujian algoritma proposional derivative

No Ref jarak obstacle (cm)

Target berhenti dari set point (cm)

Nilai Kp Nilai Kd Nilai Ki

1. 50 cm 40 cm 0,1 0,1 0

2. 50 cm 45 cm 0,1 0,1 1

3. 50 cm 37 cm 0,1 0 0

4. 50 cm 20 cm 1 0 0

5. 50 cm 45 cm 0,1 1 1

6. 50 cm 50 cm 1 1 1

7. 50 cm 53 cm 1 2 0,1

8. 50 cm 60 cm 2 1 0

9. 50 cm 50 cm 1 0 2

10. 50 cm 55 cm 2 0 1

11. 50 cm 68 cm 3 0 0

13. 50 cm 70 cm 3 1 0

14. 50 cm 68 cm 3 0 1

15. 50 cm 56 cm 3 0,1 0

16. 50 cm 53 cm 2 0,1 0

17. 50 cm 49 cm 0,1 0,1 0,1

18 50 cm 68 cm 3 0,1 0

19 50 cm 70 cm 4 0 0

20 50 cm 75 cm 4 0 1

21. 50 cm 69 cm 4 0,1 0

22. 50 cm 53 cm 1 3 0

23. 50 cm 40 cm 1 0 0,1

24. 50 cm 50 cm 0,1 0,1 2

25. 50 cm 80 cm 6 0 0

26. 50 cm 65 cm 3 0,1 0

27. 50 cm 68 cm 4 0,1 0,1

28. 50 cm 45 cm 1 3 0

29. 50 cm 83 cm 6 1 0

30. 50 cm 55 cm 2 0,1 0

Pada pengujian tabel 4.3 start menjalankan robot sensor akan tengah akan langsung mendeteksi adanya halangan, dan laju motor semakin bertambah, jika jarak robot ke halangan semakin detak maka sensor akan

merespon dan langsung menurunkan laju motor sampai mencapai set point

pada jarak 50 cm. Pada proses menghindar halangan robot laju akan diturunkan dan juga melakukan proses pengereman motor sehingga tidak sampai menabrak bidang halangan.

4.5. Pengujian pergerakan Kemudi 4.5.1 Tujuan Pengujian

Pengujian pergerakan kemudi dilakukan untuk mengetahui apakah pergerakan kemudi sesuai dengan sensor tengah, kanan dan juga kiri. Jika sensor tengah mendeteksi adanya halangan maka kemudi akan membelok ke kanan. Apabila sensor kanan mendeteksi adanya halangan maka kemudi membelok ke kiri, serta sensor kiri apabila mendeteksi halangan maka kemudi membelok ke kanan. Adanya halangan pada sensor kanan dan sensor tengah maka kemudi membelok ke kiri, sebaliknya bila sesnor tengah dan sensor kiri terdapat halangan maka kemudi akan membelok ke kanan. Jika ketiga sensor tidak mendeteksi halangan maka kemudi akan tetap lurus. 4.5.2 Alat yang dibutuhkan

1. Sensor Ultrasonic Distance.

2. Rangkaian power.

3. Minimum sistem slave.

4. Motor servo.

5. Power supply.

4.5.3 Prosedur Pengujian 1. Nyalakan power supply.

2. Hubungkan power supply dengan microcontroller dan rangkaian power.

3. Hubungkan output Gnd dan Vcc Sensor Ultrasonic Distance ke output

rangkaian power.

4. Output dari rangkaian power ke port input dari microcontroller.

5. Hubungkan data servo dengan pin microcontroller dan Gnd, Vcc ke input rangkaian power.

6. Download program untuk mengendalikan kemudi ke Minimum sistem slave .

4.5.4 Hasil Pengujian

Dari hasil pengujian kemudi dapat dilihat pada tabel 4.4, bahwa proses sistem kemudi pada sensor tengah, sensor kanan, dan sensor kiri akan mendeteksi halangan secara terus menerus. Bila semua sensor tidak mendeteksi adanya halangan di depan, kanan dan dikiri, pada input lcd akan diberi masukan data 200 cm yang berarti halangan lebih dari 2 meter. Secara perhitungan pada tampilan lcd sudah menggunakan satuan cm pada titik halangan terhadap robot.

Tabel 4.4 pengujian Kemudi Sensor

Tengah (cm)

Sensor Kanan (cm)

Sensor Kiri (cm)

Kondisi Halangan Keterangan kemudi

200 200 200 Tak ada halangan Lurus

50 200 200 Tengah Kanan

50 50 200 Tengah dan Kanan Kiri

50 200 50 Tengah Kiri Kanan

200 200 50 Kiri Kanan

70

Gambar 4.6 Kondisi robot mendekati titik obstacle avoidance. Dari hasil tabel 4.3 dapat disimpulkan bahwa kemudi dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan, terlihat dari tampilan lcd pada gambar 4.7.

Gambar 4.7 Tampilan Lcd pada SensorUltrasonic Distance.

4.6. Evaluasi Sistem Keseluruhan

Pengujian terakhir adalah pengujian sistem secara keseluruhan dari awal hingga akhir, dimana pengujian ini dilakukan dengan menjalankan aplikasi keseluruhan. Robot diletakkan di tempat yang lapang dengan

disertai halangan. Nantinya bisa kita lihat apakah robot apat berhenti secara perlahan ketika mendekati jarak yang diinginkan, dan kemudian bergeser untuk menghindari halangan.

4.6.1 Tujuan Pengujian

Tujuan dari aplikasi ini adalah untuk mengetahui sistem pada aplikasi apakah dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan. Dimulai dari mendeteksi halangan, berhenti perlahan, berbelok dan mundur.

4.6.2 Alat yang dibutuhkan 1. Komputer.

2. Rangkaian Minimum sistem slave dan Master. 3. Rangkaian Driver motor ESC

4. Rangkaian power

5. Sensor Ultrasonic Distance 6. Kabel data Spi

7. Motor servo kemudi.

8. Obstacle

4.6.3 Prosedur Pengujian

1. Hubungkan sensor Ultrasonic Distance Minimum sistem Master.

2. Hubungkan motor servo serta driver motor ESC pada Minimum sistem Slave.

72

4. Hubungkan Gnd dan Vcc motor servo, sensor Ultrasonic Distance serta driver ESC ke output rangkaian power.

5. Download program kemudi ke microcontroler Minimum sistem master.

6. Download program sensor Ultrasonic Distance untuk merespon jarak

dan PID ke microcontroler Minimum sistem slave. 7. Meletakkan obstacle.

4.6.4 Hasil Pengujian

Setelah melalui seluruh prosedur pengujian diatas didapatkan hasil robot sudah dapat berhenti pada set point yang diinginkan oleh user dan kemudi dapat berbelok sesuai dengan yang diinginkan. Dapat dilihat pada gambar 4.8. Sistem PID akan mengontrol kecepatan motor serta jarak halangan terhadap robot dipergunakan sebagai set point. Proses kemudi digunakan sebagai proses menghindar halangan. ESC dipergunakan sebagai pengatur frekuensi pergerakan robot maju dan mundur

5.1 Kesimpulan

Dari Penelitian ini dan dengan melihat masalah yang telah dirumuskan maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Bahwa perancangan sistem Ackreman Steering digunakan sebagai proses penghindar halangan pada mobile robot yang mengaplikasikan sistem sudut belok motor servo.

2. Pada Tugas Akhir ini, output dari sensor Ultrasonic Distance digunakan untuk menentukan set point jarak pada Proportional integral Derivatif (PID) dan PID akan memperbaiki respon kecepatan terhadap kecepatan motor Brushless, dengan nilai Kp=1, Kd=0, Ki=0.

5.2 Saran

Sebagai pengembangan dari penelitian yang telah dilakukan, penulis memberikan saran sebagai berikut:

1. Ke depanya robot menggunakan jaringan syaraf tiruan untuk memproses halangan, hal ini dikarenakan pada jaringan syaraf tiruan akan menirukan cara kerja manusia, sehingga lebih bagus dalam memproses halangan. 2. Teknologi yang baru tentang pembacaan sensor dengan range yang

panjang guna mengenali halangan pada jarak yang jauh.

Daftar Pustaka

ATMEL Corporation. 2010. 8-bit Microcontroller with 2K Bytes In-System

Programmable Flash ATtiny 2313. (Online). (http://www.atmel.com/Images/doc2543.pdf). Diakses pada tanggal 15

November 2012.

Borenstein, J. and Koren, Y., 1990, Real-time obstacle avoidance for fast mobile robots in cluttered environments, ICRA ’90. International Conference on Robotics and Automation.

Borenstein, J. and Koren, Y., 1990, The Vector Field Histrogram-Fast Obstacle Ovoidance For Mobile robot. International Conference on Robotics and Automation.

Borenstein, J. and Koren, Y., 1991, Potential Field Methods and Their Inherent

Limitations for Mobile Robot Navigation. International Conference on

Robotics and Automation.

Burnhill, Darren. 2009. Ackerman Steering Principle. (online). (www.rctek.com). Diakses pada tanggal 15 November 2012.

Djati, Dmin. 2010. Motor DC. (Online). (http://d-kecil.blogspot.com). Diakses tanggal 16 November 2012.

Eru Puspita, 2012 Penentu Gerakan Mobile Robot Yang Belajar Sendiri Menggunakan Neural Network. Jurnal Link Vol 16/No.1/Februari 2012.

Lehrbaum, Rick. 2008. Mobile-robot-packs-wireless-web-cam. (Online). (http://deviceguru.com). Diakses pada tanggal 16 November 2012.

R.L. Williams II, B. Carter, P. Gallina, and G. Rosati, 2002, Dynamic Model with Slip for Wheeled Omnidirectional Robots. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 18(3): 285-293.

Loutfi, A. 2005. Object recognition: A new application for smelling robots. Elsevier Science.

Marques, L. 2002. Olfaction-based mobile robot navigation. Elsevier Science.

Odenthal,D.Ackermann,J.1999. Advantages Of Active Steering For Vehicle Dymanics. Control International Conference on Robotics and Automation. Sutantra, Nyoman I, (2001). Teknologi Otomotif Teori dan Aplikasinya,