Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua Dengan Metode Logika Fuzzy

(1)

SKRIPSI

Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua Dengan

Metode Logika

Fuzzy

Laporan ini disusun guna memenuhi salah satu persyaratan untuk menyelesaikan program S-1 Teknik Elektro Fakultas Teknik

Universitas Muria Kudus

Disusun Oleh:

Nama : Budi Cahyo Wibowo

NIM : 201052015

Program Studi : Teknik Elektro

Fakultas : Teknik

UNIVERSITAS MURIA KUDUS

KUDUS

(2)

ii

HALAMAN PERSETUJUAN

Nama : Budi Cahyo Wibowo NIM : 201052015

Judul Skripsi : Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua Dengan Metode Logika Fuzzy

Pembimbing I : Mohammad Iqbal, ST, MT Pembimbing II : Mohammad Dahlan, ST, MT

Dilaksanakan : Semester Gasal Tahun Akademik 2012/2013

Menyetujui,

Pembimbing I

Mohammad Iqbal, ST, MT

Pembimbing II

Mohammad Dahlan, ST, MT Kudus,

Yang mengusulkan

(3)

iii

HALAMAN PENGESAHAN

Nama : Budi Cahyo Wibowo

NIM : 201052015

Judul Skripsi : Kontrol keseimbangan robot mobil beroda dua dengan metode logika Fuzzy

Pembimbing I : Mohammad Iqbal, ST, MT Pembimbing II : Mohammad Dahlan, ST, MT

Dilaksanakan : semester gasal tahun akademik 2012/2013 Telah diujikan pada ujian sarjana, tanggal 09 september 2013

Dan dinyatakan LULUS

Kudus, 09 September 2013

Penguji Utama

(Ir. Untung Udayana, MKom)

Penguji I

Budi Gunawan ST, MT

Penguji II

Mohammad Iqbal, ST, MT

Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik

(4)

iv

KATA PENGANTAR

Bismillahirrohmanirrohim

Assalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan rahmat, taufiq serta hidayahNya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan skripsi dengan “KONTROL KESEIMBANGAN ROBOT MOBIL BERODA DUA DENGAN METODE LOGIKA FUZZY”

Penulisan laporan skripsi ini disusun untuk melengkapi salah satu syarat untuk mencapai gelar sarjana S-1 Program Studi Teknik Elektro Universitas Muria Kudus.

Atas tersusunnya Laporan Skripsi ini, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Prof. Dr. dr. Sarjadi, Sp.PA, Selaku Rektor Universitas Muria Kudus

2. Bapak Rochmad Winarso, ST, MT, Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muria Kudus

3. Bapak Ir. Untung Udayana, M.Kom, Selaku Ketua Program Studi Teknik Elektro Universitas Muria Kudus

4. Bapak Mohammad Iqbal, ST, MT, Selaku Pembimbing I yang telah memberikan bimbingan untuk terselesainya penulisan laporan skripsi ini

5. Bapak Mohammad Dahlan, ST, MT, Selaku Pembimbing II yang telah memberikan bimbingan untuk terselesainya penulisan laporan skripsi ini

(5)

v

7. Untuk istriku tercinta Ivana Dwi Tiya dan kedua buah hatiku yang selalu memberikan motivasi untuk terselesainya skripsi ini

8. Untuk seluruh rekan – rekan mahasiswa yang telah memberikan kontribusi baik berupa saran dan masukan

9. Dan semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu.

Sebagai manusia biasa penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan Laporan Skripsi ini terdapat banyak kekurangan, namun penulis berharap semoga laporan skripsi ini dapat bermanfaat bagi semua pihak dan penulis mengharap kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca demi kesempurnaan laporan skrispsi ini.

Semoga Allah SWT membalas jasa serta budi baik mereka yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan laporan ini. Amin……….

Wassalamu ‘alaikum Warahmatullahi Wabarakatuh

(6)

vi

DAFTAR ISI

HALAMAN PERSETUJUAN ... ii

HALAMAN PENGESAHAN ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

DAFTAR ISI ... vi

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR TABEL ... xiv

RINGKASAN ... xvi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1. Latar Belakang Masalah ... 1

1.2. Perumusan Masalah ... 2

1.3. Batasan Masalah ... 2

1.4. Tujuan Skripsi ... 2

1.5. Manfaat Skripsi ... 3

1.6. Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 5

2.1. Sejarah Robot ... 5

2.1.1. Karakteristik Robot ... 5

2.1.2. Tipe Robot ... 6

2.1.3. Robot Bawah Air (Underwater Robot) ... 6

2.2. Balancing Robot Beroda Dua dan Pendulum Terbalik ... 7

2.3. Fuzzy Logic ... 8

(7)

vii

2.3.2. Fungsi Keanggotaan ... 9

2.3.3. Operasi Himpunan Fuzzy ... 12

2.3.4. Pengendali Fuzzy Logic ... 13

2.3.4.1. Fuzzifikasi ... 14

2.3.4.2. Basis Aturan (Rule Base)... 14

2.3.4.3. Evaluasi Aturan (Inference) ... 14

2.3.4.4. Defuzzifikasi... 16

2.4. Mikrokontroler AVR Atmega8535 ... 19

2.4.1. Konstruksi AVR Atmega8535 ... 20

2.4.2. Peta Memori ... 25

2.4.3. Status Register (SREG) ... 26

2.5. Accelerometer ... 27

2.5.1. Accelerometer MMA7455L ... 28

2.5.1.1. Prinsip Kerja Accelerometer MMA7455L ... 28

2.5.1.2. Pin – Pin Modul Accelerometer MMA7455L ... 30

2.5.1.3. Nilai Pengukuran Akselerasi Pada Modul MMA7455L ... 31

2.5.1.4. Petunjuk Dasar Penggunaan Accelerometer MMA7455L ... 33

2.5.1.5. Mode Operasi Pada Modul Accelerometer MMA7455L ... 34

2.5.1.5.1. Mode Standby ... 34

2.5.1.5.2. Mode Pengukuran ... 35

2.5.1.5.3. Mode Deteksi Level ... 35

2.5.1.5.4. Mode Deteksi Pulsa ... 35

2.5.1.6. Antarmuka accelerometer MMA7455L Dengan Mikrokontroler . 35 2.5.1.6.1. Antarmuka Dengan I2_C_{(Inter-Integrated Circuit)}_{... 36}

(8)

viii

2.6. IC L293D ... 42

2.7. Motor DC ... 44

2.7.1. Teori Dasar Motor DC ... 45

2.7.2. Rangkaian Pengontrol Motor DC ... 47

2.7.2.1. Pengaturan Motor DC Menggunakan Penggerak Analog ... 48

2.7.2.2. Pengaturan Motor DC Menggunakan Pulse-Width Modulation ... 49

2.8. Respon Waktu Sistem Data Kontinyu ... 50

2.8.1. Definisi dan Spesifikasi Respon Transien Sistem ... 50

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 53

3.1. Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras ... 53

3.1.1. Perancangan Perangkat Keras ... 53

3.1.1.1. Modul Accelerometer MMA7455L ... 56

3.1.1.2. Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler Atmega8535 ... 57

3.1.1.3. Rangkaian Driver Motor DC ... 58

3.1.1.4. Rangkaian Interface RS232 ... 58

3.1.1.5. Perancangan Layout PCB dan Desain Mekanik ... 59

3.1.2. Pembuatan Perangkat Keras ... 60

3.2. Perancangan Perangkat Lunak ... 61

3.2.1. Perancangan Fuzzy Logic Controller ... 63

3.2.2. Perancangan Software Mikrokontroler ... 70

3.2.3. Perancangan Software Komputer... 76

BAB IV HASIL DAN ANALISIS ... 78

4.1. Pengujian Sistem ... 78

(9)

ix

4.1.2. Pengujian Dan Analisis Respon Waktu Kontrol Keseimbangan Robot

Mobil Beroda Dua ... 81

4.1.2.1. Pengujian dan analisis kontrol keseimbangan robot mobil dengan kondisi tanpa beban pada gangguan antara 5o_{– 40}o_{... 81}

4.1.2.2. Pengujian dan analisis kontrol keseimbangan robot mobil dengan beban antara 40gr – 80gr dengan sudut gangguan 5o – 40o ... 91

4.1.2.2.1 Menentukan spesifikasi sistem kontrol keseimbangan robot mobil beroda dua ... 93

BAB V PENUTUP ... 97

5.1 Kesimpulan ... 97

5.2 Saran ... 98

DAFTAR PUSTAKA ... 99

(10)

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Pendulum terbalik di atas kereta beroda[1] ... 7

Gambar 2.2 Balancing robot beroda dua menyeimbangkan diri[1] ... 7

Gambar 2.3 Representasi Linear naik[4] ... 9

Gambar 2.4 Represantasi Linear Turun[4]... 10

Gambar 2.5 Kurva Segitiga[4] ... 10

Gambar 2.6 Kurva Trapesium[4] ... 10

Gambar 2.7 Kurva – S PERTUMBUHAN[4]... 11

Gambar 2. 8 Kurva – S PENYUSUTAN[4] ... 11

Gambar 2.9 Kurva Bentuk Lonceng[4] ... 12

Gambar 2.10 Struktur Dasar Pengendali Fuzzy[5] ... 13

Gambar 2.11 Metode Max-Min[5] ... 15

Gambar 2.12 Metode Max-Dot[5] ... 16

Gambar 2.13 Metode Centroid Metode Bisektor[5] ... 17

Gambar 2.14 Metode Bisektor[5] ... 17

Gambar 2.15 Metode MOM (Mean Of Maximum)[5] ... 18

Gambar 2.16 Metode LOM (Largest Of Maximum)[5] ... 18

Gambar 2.17 Metode SOM (Smallest Of Minimum)[5] ... 18

Gambar 2.18 Konfigurasi Pin Atmega8535[6] ... 22

Gambar 2.19 Konfigurasi Memori Data AVR Atmega8535[6]... 25

Gambar 2.20 Memori Program Atmega8535[6] ... 26

Gambar 2.21 Status Register Atmega8535[6] ... 26

Gambar 2.22 Prinsip Kerja Accelerometer MMA7455L[9] ... 29

Gambar 2.23 (a) Konfigurasi Pin – pin dan (b) bentuk fisik modul Accelerometer MMA7455L[9] ... 30

Gambar 2.24 Gambar Skematik Dari Modul Accelerometer MMA7455L[9] ... 31

Gambar 2.25 (a) Dasar Koneksi denganSPI (b) Dasar Koneksi dengan I2_{C[9].. 33}

(11)

xi

Gambar 2.27 Timing Diagram Pada Komunikasi Dengan I2_{C[10] ... 36}

Gambar 2.28 Timing Diagram Untuk Instruksi Master ke Slave[10] ... 37

Gambar 2.29 Format data pada komunikasi antarmuka I2_{C[10]... 37}

Gambar 2.30 Timing Diagram untuk Single Byte Read MMA7455L[9] ... 38

Gambar 2.31 Timing Diagram untuk Multiple Byte Read MMA7455L[9] ... 38

Gambar 2.32 Timing Diagram untuk Single Byte Write MMA7455L[9] ... 39

Gambar 2.33 Timing Diagram untuk Multiple Byte Write MMA7455L[9] ... 39

Gambar 2.34 Timing diagram untuk pembacaan 8-bit data dengan mode 4 ... 41

Gambar 2.35 Timing diagram untuk pembacaan 8-bit data dengan mode 3 ... 41

Gambar 2.36 Timing diagram SPI untuk menulis 8-bitregister dengan ... 41

Gambar 2.37 Konfigurasi pin IC L293D[11] ... 42

Gambar 2.38 Skema Penerapan IC L293D Sebagai Driver Motor DC[11] ... 43

Gambar 2.39 Skema Pengontrol Arah Putar Motor DC[11] ... 43

Gambar 2.40 Bentuk fisik motor DC ... 45

Gambar 2.41 Prinsip kerja motor DC (a) Pengaturan Percobaan (b) arah I, F dan B saling tegak lurus [12] ... 45

Gambar 2.42 Prinsip putaran pada motor DC konvensional[12] ... 46

Gambar 2.43 Armatur Motor DC (a) bentuk konstruksi dari sebuah armatur (b) bentuk fisik dari sebuah armatur[12] ... 47

Gambar 2.44 Metode pengontrol motor DC (a) Analog Drive dan (b) Pulse-Width Modulation Drive[12] ... 48

Gambar 2.45 Konfigurasi Penggerak Analog untuk Motor DC[12] ... 48

Gambar 2.46 Bentuk Gelombang PWM[12] ... 49

Gambar 2.47 Kurva respon transien menunjukkan td, tr, tp, Mp dan ts[13] ... 52

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Robot Mobil Beroda Dua ... 54

Gambar 3.2 Skema Rangkaian Robot Mobil Beroda Dua ... 55

Gambar 3.3 Skema Modul Accelerometer MMA7455L... 56

Gambar 3.4 Skema Rangkaian Mikrokontroler Atmega8535... 57

Gambar 3.5 Skema Rangkaian Driver Motor DC dengan IC L293D ... 58

(12)

xii

Gambar 3.7 Desain Layout PCB (a) Layout PCB tampak bawah (b) Layout PCB

tampak atas ... 59

Gambar 3.8 Desain Mekanik Robot Mobil Beroda Dua (a) Tampak Samping (b) Tampak Bawah ... 60

Gambar 3.9 Flow Chart Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua ... 62

Gambar 3.10 Himpunan Fuzzy untuk Input Error ... 65

Gambar 3.11 Himpunan Fuzzy untuk Input Del_error_prev ... 67

Gambar 3.12 Himpunan Fuzzy untuk output kecepatan motor DC ... 70

Gambar 3.13 Tampilan Program Akuisisi Data Respon Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua ... 76

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara sudut kemiringan positif body robot dengan data keluaran sensor MMA7455L ... 80

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara sudut kemiringan negatif body robot dengan data keluaran sensor MMA7455L ... 80

Gambar 4.3 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban untuk gangguan 5o ... 82

Gambar 4.6 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 20o_{... 85}

Gambar 4.7 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 25o_{... 86}

Gambar 4.8 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 30o... 87

Gambar 4.9 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 35o... 88

(13)

xiii

(14)

xiv

Tabel 2.5 Konfigurasi Mode Operasi Pada Register $16 MMA7455L[9] ... 34

Tabel 2.6 Konfigurasi pengaturan arah putar motor DC dengan IC L293D[11] .. 44

Tabel 3.1 Fuzzy Logic Rule ... 68

Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Keluaran Data Sensor Accelorometer MMA7455L Terhadap Posisi Kemiringan Robot ... 79

Tabel 4.2 Nilai rata – rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 5o_{... 82}

Tabel 4.5 Nilai rata – rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 20o ... 85

(15)

xv