NAVIGASI 4 WHEEL OMNI DRIVE ROBOT MANUAL PADA KRAI 2014 BERBASIS TRAJEKTORI

(1)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengembangan dalam bidang teknologi adalah hal yang selayaknya dilakukan oleh semua insan masyarakat. Pengembangan tersebut meliputi semua bidang teknologi, tak terkecuali bidang robotika. Sehubungan dengan itu untuk menujang pengembangan tersebut diadakan Kontes Robot ABU Indonesia(KRAI) setiap tahun dengan harapan KRAI tersebut mampu mendorong mahasiswa menumbuhkan kreativitas dengan ilmu yang dipelajarinya guna menyelesaikan sebuah masalah yang diberikan dengan menciptakan sebuah robot untuk menyelesaikan masalah tersebut.

Pada KRAI 2014 mengambil tema “A Salute to Parenthood” dari kontes

yang di adakan oleh perusahaan ABU di India. Tema tersebut diadaptasi dalam

KRAI 2014 dengan nama “Taman Bermain Anak” dimana dalam pelaksananya

terdapat empat macam tugas yang dilakukan oleh robot pada arena yang telah ditentukan dalam setiap permainanya. Pada KRAI tersebut terdapat dua buah robot yang diwajibkan untuk melakukan empat macam tugas tersebut, yaitu robot manual

(Parent Robot) dan robot otomatis (Child Robot).

Pada robot manual ditugaskan untuk menghantarkan robot otomatis pada empat buah titik arena pada lapangan pertandingan, dimana pada masing masing arena terdapat satu tugas yang dilakukan baik robot manual ataupun robot otomatis. Oleh karena itu untuk mengoptimalisasi pergerakan robot manual dalam melaksanakan tugasnya diperlukan adanya metode navigasi yang berbasis

(2)

2

1.2 Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah tersebut adalah:

1. Bagaimana implementasi trajektori menggunakan 4 Wheel Omni Drive dengan metode control PID pada Robot Manual KRAI 2014?

2. Bagaimana akurasi dan tingkat kesalahan trajektori terhadap titik tujuan yang ditentukan?

1.3 Batasan Masalah

Agar tujuan dari tugas akhir ini tidak menyimpang dari tujuan semula, dibutuhkan suatu batasan-batasan yang jelas guna mengarahkan pembahasan. Batasan-batasan masalah tersebut adalah:

1. Metode kontrol menggunakan PID.

2. Metode Tunning PID Motor ditentukan dengan metode osilasi Zigler Nicols dan Try and Error.

3. Pergerakan trajectory yang dimaksud adalah pergerakan translasi.

1.4 Tujuan

Adapun tujuan dari penelitian tersebut adalah:

1. Mengimplementasikan trajektori pada Robot Manual KRAI 2014. 2. Menguji tingkat kesalahan trajektori terhadap titik tujuan yang

ditentukan.

1.5 Metodologi

1. Study Literature, untuk mendapatkan data primer dan sekunder yang diperlukan sesuai dengan materi pembahasan pada tugas akhir ini yang menyangkut prisip kerja dan landasan teoritis, dimana data-data tersebut diperoleh dari buku-buku referensi yang bersangkutan. 2. Pengujian , Pengujian dilakukan dengan cara:

(3)

3 c. Menguji pergerakan rotasi terhadap titik tengah robot (ω).

d. Menguji pergerkan kombinasi antara (χ,ϓ,ω).

3. Analisa, dilakukan dengan membuat analisa data secara aktual serta menarik kesimpulan dari pengujian data yang ada.

4. Penyusunan Skripsi, dari hasil perencanaan dan pengujian sistem aplikasi tersebut kemudian dianalisa dan diambil suatu kesimpulan yang akhirnya disusunlah buku naskah Tugas Akhir ini mencakup semua langkah dalam perencanaan.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Merupakan bab pendahuluan yang terdiri atas latar belakang, ruang lingkup permasalahan, tujuan, metode penelitian dan sistematika pembahasan tentang tugas akhir.

BAB II DASAR TEORI

Berisi tentang dasar teori yang mendukung atau berkenaan dengan pembuatan alat tersebut dan menjelaskan komponen-komponen yang dipakai.

BAB III PERENCANAAN DAN PEMBUATAN

Berisi tentang penjelasan rangkaian secara terpisah berdasarkan blok diagram perancangannya.

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS

Berisi tentang pengujian dan analisa terhadap data yang diperoleh dari lapangan.

BAB V PENUTUP

(4)

NAVIGASI 4 WHEEL OMNI DRIVE ROBOT MANUAL PADA

KRAI 2014 BERBASIS TRAJEKTORI

i.

JUDUL

TUGAS AKHIR

Disusun Oleh :

NOVENDRA SETYAWAN NIM. 201010130311004

JURUSAN ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

(5)

1

LEMBAR PERSETUJUAN

ii.

LEMBAR PERSETUJUAN

NAVIGASI 4 WHEEL OMNI DRIVE ROBOT MANUAL

PADA KRAI 2014 BERBASIS TRAJEKTORI

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1)

Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Disusun Oleh:

NOVENDRA SETYAWAN

201010130311004

Diperiksa dan disetujui oleh:

Pembimbing I

Ermanu Azizul H, Ir, MT, Dr NIP.UMM: 10891090233

Pembimbing II

(6)

2

LEMBAR PENGESAHAN

iii.

LEMBAR PERSETUJUAN

NAVIGASI 4 WHEEL OMNI DRIVE ROBOT MANUAL PADA KRAI 2014 BERBASIS TRAJEKTORI

Tugas Akhir ini Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana (S1) Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Malang

Oleh:

NOVENDRA SETYAWAN 201010130311004

Tanggal Ujian : 2 Mei 2015 Tanggal Wisuda : 30 Mei 2015 Disetujui Oleh :

1. Ermanu Azizul H, Ir, MT, Dr (Pembimbing 1)

Ketua Jurusan Teknik Elektro

Nur Alif M, Ir, M.T

(7)

3

LEMBAR PERNYATAAN

iv.

LEMBAR PERNYATAAN

Yang bertanda tangan dibawah ini :

Nama : NOVENDRA sETYAWAN

Tempat/Tgl. Lahir : SEKAMPUNG/19 NOVEMBER 1992

NIM : 201010130311004

Fakultas/Jurusan : TEKNIK/TEKNIK ELEKTRO

Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir dengan judul

“NAVIGASI 4 WHEEL OMNI DRIVE ROBOT MANUAL PADA KRAI 2014 BERBASIS TRAJEKTORI” beserta seluruh isinya adalah karya saya sendiri dan

bukan merupakan karya tulis orang lain, baik sebagain maupun seluruhnya, kecuali dalam bentuk kutipan yang telah disebutkan sumbernya.

Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya. Apabila kemudian ditemukan adanya pelanggaran terhadap etika keilmuan dalam karya saya ini, atau ada klaim dari pihak lain terhadap keaslian karya saya ini maka saya siap menanggung segala bentuk resiko/sanksi yang berlaku.

Malang, 29 April 2015 Yang membuat pernyataan,

(8)

4

KATA PENGANTAR

i.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur senantiasa kita panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala nikmat, kekuatan, taufik serta hidayah-Nya. Shalawat serta salam semoga tercurah kepada Rasulullah SAW, keluarga sahabat dan para pengikut setianya, Amin. Atas kehendak Allah sajalah, penulis dapat menyelesaikan proyek akhir yang berjudul :

“NAVIGASI 4 WHEEL OMNI DRIVE ROBOT MANUAL BERBASIS TRAJEKOTRI”

Pembuatan Proyek Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (ST) di Universitas Muhammadiyah Malang. Selain itu penulis berharap agar proyek akhir ini dapat menambah literature dan dapat memberikan manfaat bagi semuanya.

Akhir kata semoga buku ini dapat bermanfaat di masa sekarang dan masa mendatang. Sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan, maka penulis mohon maaf apabila ada kekeliruan baik yang sengaja maupun yang tidak sengaja.

Malang, 29 April 2015

(9)

5

DAFTAR ISI

i. JUDUL ... 1

ii. LEMBAR PERSETUJUAN ... 1

iii. LEMBAR PERSETUJUAN ... 2

iv. LEMBAR PERNYATAAN ... 3

i. KATA PENGANTAR ... 4

i. JUDUL ... 1

ii. LEMBAR PERSETUJUAN ... ii

iii. LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

iv. LEMBAR PERNYATAAN ... iv

v. ABSTRAKSI ... v

vi. KATA PENGANTAR ... vii

vii. LEMBAR PERSEMBAHAN ... viii

viii.DAFTAR ISI ... ix

ix. DAFTAR GAMBAR ... xiii

x. DAFTAR TABEL ... xvii

1 BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah ... 2

(10)

6

1.5 Metodologi ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

2 BAB II DASAR TEORI ... 4

2.1 Model Kinematika Gerak Robot ... 4

2.1.1 Holonomic dan Non-Holonomic ... 4

2.1.2 Klasifikasi roda (Omni Wheel ) ... 5

2.1.3 Konfigurasi Roda Pada Holonomic ... 6

2.2 Piranti Masukan ... 9

2.2.1 Rotary Encoder ... 9

2.2.2 Joystick ... 20

2.3 Piranti Keluaran ... 22

2.3.1 Motor DC ... 22

2.4 Arduino Due... 26

2.5 PID (Proporsional, Integral, Derivatif) ... 27

2.5.1 Kontroler P (Proporsional) ... 28

2.5.2 Kontroler PI (Proporsional dan Integral) ... 28

2.5.3 Kontroler PD (Proporsional dan Derivative) ... 28

2.5.4 Kontroler PID (Proporsional, Integral, dan Derivative) ... 29

2.5.5 Persamaan Diskrit PID (Proporsional, Integral, Derivatif) ... 32

2.6 Trajektori... 33

(11)

7

2.6.2 Path Planning ... 39

2.6.3 Kontrol Dinamis ... 41

3 BAB III PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ... 44

3.1 Konfigurasi Sistem... 44

3.1.1 Kinematika Robot ... 44

3.2 Perangkat Keras ... 49

3.2.1 Rotary Encoder ... 50

3.2.2 Motor Controler ... 52

3.2.3 Driver Motor DC ... 54

3.2.4 Joystick ... 55

3.3 PID Motor ... 56

3.4 Trajektori... 58

3.4.1 Pengenalan Global Posisi (Field Position) dan Tracking Path ... 59

3.4.2 Akselerasi dan Deselerasi ... 62

3.4.3 Kontroler PD Pada Tracking Path ... 65

4 BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ... 67

4.1 Pengujian Rotary Encoder Pada Motor... 67

4.1.1 Tujuan ... 67

4.1.2 Peralatan ... 67

4.1.3 Blok Diagram ... 68

(12)

8

4.1.5 Hasil dan Analisis ... 68

4.2 Pengujian Pengendali PID Pada Motor... 70

4.2.1 Tujuan ... 70

4.2.2 Peralatan ... 70

4.2.3 Blok Diagram ... 71

4.2.4 Persiapan ... 71

4.3 Pengujian Trajektori (Keseluruhan) ... 75

4.3.1 Tahapan Pengujian ... 75

4.3.3 Akselerasi dan Deselerasi Robot ... 75

4.3.4 Path Planing dan Tracking Path Robot ... 79

4.3.5 Akurasi Pencapaian Pada Target ... 83

5 BAB V PENUTUP ... 87

5.1 Kesimpulan ... 87

5.2 Saran ... 87

(13)

9

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 DOF pada Omnidirectional Wheel ... 5

Gambar 2.2 Konfigurasi 3 Omni-directional wheel ... 7

Gambar 2.3 Grafik V.A.F 3 Omni wheel, 4 Omni Wheel, dan 5 Omni Wheel ... 8

Gambar 2.4 Kinematik 4 Wheel Holonomic Drive ... 8

Gambar 2.5 Susunan blok rotary encoder ... 10

Gambar 2.6 Contoh Susunan Pola 16 Cincin Konsentris Pada Absolut Encoder . 11 Gambar 2.7 Contoh Piringan Dengan 10 Cincin Dan 10 Led... 11

Gambar 2.8 Contoh Diagram Keluaran Absolut Encoder 4-Bit Tipe Gray Code 12 Gambar 2.9 Contoh Diagram Keluaran Absolut Encoder 4-Bit Tipe Binary Code ... 12

Gambar 2.10Susunan Piringan Untuk Incremental Encoder ... 14

Gambar 2.11Contoh Pola Keluaran Incremental Encoder ... 15

Gambar 2.12 Output Dan Arah Putaran Pada Resolusi Yang Berbeda-Beda ... 15

Gambar 2.13 Perbandingan nilai resolusi rotary rendah dan resolusi tinggi. ... 17

Gambar 2.14 Nilai error pada pengukuran metode frekuensi, periode, dan campuran ... 19

Gambar 2.15 Konfigurasi Komunikasi Data Pada Joystick ... 22

Gambar 2.16 Bagan Motor DC ... 24

Gambar 2.17 Kaidah Tangan Kiri ... 25

(14)

10

Gambar 2.19 Kendali PID ... 29

Gambar 2.20 Respon Unit Step Pada Plant ... 30

Gambar 2.21 Metode Dua Ziegler - Nichols ... 31

Gambar 2.22 Kurva Berosilasi Dengan Periode Pcr ... 31

Gambar 2.23 Perbedaan Trajektori Tracking Control Pada Omni Drive dan Diverential drive... 34

Gambar 2.24 Navigasi Diverential Drive... 34

Gambar 2.25 Pengenalan Posisi Diverential Drive ... 35

Gambar 2.26 Konfigurasi Kinematik 3 Buah Rotary Encoder ... 36

Gambar 2.27 Pola Kinematika Pada Roda Rotary Encoder 1 ... 37

Gambar 2.28 Pola Kinematika Pada Roda Rotary Encoder 2 ... 37

Gambar 2.29 Pola Kinematika Roda Rotary Encoder 3 ... 38

Gambar 2.30 Persepektiv Posisi Robot Terhadap Global Posisi ... 39

Gambar 2.31Akselerasi dan Deselerasi Berdasarkan Jarak Tempuh ... 42

Gambar 2.32 Akselerasi dan Deselerasi Berdasarkan Fungsi Waktu ... 42

Gambar 2.33 Velocity Profil ... 43

Gambar 3.1 Bagan Sistem Trajektori Robot ... 44

Gambar 3.2 Kinematika Pada Base frame ... 45

Gambar 3.3 Pola Kinematika Rotary Posisi ... 48

Gambar 3.4 Blok Diagram Robot Manual KRAI 2014 ... 49

(15)

11

Gambar 3.6 Sinyal masukan Rotary Encoder pada Arduino ... 51

Gambar 3.7 Flowchart Penghitungan RPM Rotary Encoder ... 52

Gambar 3.8 Blok Diagram Motor Controler ... 53

Gambar 3.9 Skematik Motor Controler ... 53

Gambar 3.10 Skematik Driver Motor H-Bridge ... 54

Gambar 3.11 Pengaplikasian IR-2184 ... 55

Gambar 3.12 Blok Diagram Komunikasi Joystick ... 55

Gambar 3.13 Skematik Rangkaian Joystick Pada At-Mega 8 ... 56

Gambar 3.14 Diagram PID Motor ... 56

Gambar 3.15 Flowchart PID ... 58

Gambar 3.16Path Planning... 60

Gambar 3.17 Flowchart Global Posision dan Path Planning ... 61

Gambar 3.18 Flochart Alur Akselerasi dan Deselerasi ... 64

Gambar 3.19 Diagram PD Controler pada Tracking ... 65

Gambar 3.20 Flowchart PD Kontroler ... 66

Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Rotary Encoder Pada Motor ... 68

Gambar 4.2 Pengujian Rotary Motor menggunakan Tachometer Digital ... 70

Gambar 4.3 Blok Diagram Pengujian Pengendali PID (Proporsional Integral Derivative) pada Motor ... 71

Gambar 4.4 Osilasi Motor saat Tuning PID Metode Kedua Zieglr Nichols ... 72

(16)

12

Gambar 4.6 Kurva PID Motor 2 Pada Setpoint 100 rpm dan 250 rpm ... 73

Gambar 4.9 Dinamika Kecepatan Pada Target X=0, Target Y =200 cm ... 76

Gambar 4.10 Dinamika Kecepatan Pada Target X=-185, Target Y =0 cm ... 76

Gambar 4.11 Dinamika Kecepatan Pada Target X=185 cm, Target Y =200 cm.. 77

Gambar 4.12 Dinamika Kecepatan Pada Target X=-185 cm, Target Y =200 cm 77 Gambar 4.13 Dinamika Kecepatan Pada Target X=0 cm, Target Y =200 cm... 78

Gambar 4.14 Dinamika Kecepatan Pada Target X=-185 cm, Target Y =0 cm .... 78

Gambar 4.15 Dinamika Kecepatan Pada Target X=185 cm, Target Y =200 cm.. 79

Gambar 4.16 Dinamika Kecepatan Pada Target X=-185 cm, Target Y =200 cm 79 Gambar 4.17 Pola Path dan Tracking Path Target X=0 cm, Target Y =200 cm .. 80

Gambar 4.18 Pola Path dan Tracking Path Target X=185 cm, Target Y =200 cm ... 82

Gambar 4.19 Posisi Saat Start X=0 dan Y=0 ... 84

(17)

13

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Output Biner Dan Posisi Pada Absolute Encoder 4-Bit ... 13

Tabel 2.2 Tabel Format Pengiriman Data Digital PSX... 20

Tabel 2.3 Tabel Format Pengiriman Data Digital dan Data Analog PSX ... 21

Tabel 2.4 Pengaruh PID Pada Waktu Naik,Overshoot, Waktu Turun dan Kesalahan Keadaan Tunak ... 27

Tabel 2.5 Rumus Metode Pertama Zieger-Nichols ... 30

Tabel 2.6 Rumus Metode Kedua Zieger-Nichols ... 31

Tabel 4.1 Data Pengujian Rotary Encoder Pada Motor ... 69

Tabel 4.2 Rata-Rata Error Tracking Pada Target X=-185 cm ... 81

Tabel 4.3 Rata-Rata Error Tracking Pada Target X=185 cm... 83

(18)

14

DAFTAR PUSTAKA

ii.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Karyanto, Jusuf Dwi. “Navigasi Mobile Robot Berbasis Trajektori dan Odometry dengan Pemulihan Jalur Secara Otomatis”, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya – ITS, Surabaya, 2011.

[2] Goris, Kristof. “Autonomus Mobile Robot Mechanical Design”, Vrije Universiteit, Brussel, 2004.

[3] Asmore, Mark,“Omni-drive robot motion on curved paths: The fastest path between two points is not a straight-line”,University of Melbourne,Australia, 2005

[4] PETRELLA, Roberto, “Speed Measurement Algorithms for Low-Resolution Incremental Encoder Equipped Drives: a Comparative Analysis”, University of Udine, Italy,2008.

[5] Adi, Agung Nugroho, “Antarmuka Joystick Playstation dengan Mikrokontroler AVR Menggunakan CVAVR”, Universitas Islam Indonesia,

Jogjakarta, 2009.