Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Sistem Kendali Robot
TKC306 - Robotika
Eko Didik Widianto
Sistem Komputer - Universitas Diponegoro
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Review Kuliah
� Prinsip dasar dan mekanisme kontrol robot
� Implementasi kendali ke dalam rangkaian berbasis mikroprosesor
� Low-level dan High-level Control pada robot
� Teknik kontrol On/Off
� Kontrol posisi, kecepatan dan akselerasi
� Teknik Proporsional (P), Integral (I), Derivatif (D) dan
Kombinasi Ketiganya
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kompetensi Dasar
1. [C2] Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip dasar mekanisme kendali dalam robotika
2. [C3] Mahasiswa dapat menggunakan teknik kontrol On/Off secara input dan output untuk kendali robot
3. [C3] Mahasiswa dapat menggunakan teknik kendali proporsional (P), kendali Integral (I), kendali Derivatif (D) dan kendali PID untuk kendali robot
Acknowledgement:
1. Christopher Batten, Maslab IAP Robotics Course, 2005
� Slide, gambar
2. Endra Pitowarno, Worshop Robotika 2006, PENS-ITS
� Slide, gambar
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Bahasan
Sistem Kontrol Robot Sistem Kontrol Robot
Kontrol High-Level & Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot
Kontrol PID untuk Pengendalian Robot
Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Bahasan
Sistem Kontrol Robot Sistem Kontrol Robot
Kontrol High-Level & Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot
Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Sistem Kontrol Robot
� Membuat sistem kontrol untuk robot beroda merupakan suatu tantangan
� Robot beroda melibatkan komponen yang saling berinteraksi
� Sistem kontrol harus mengintegrasikan komponen tersebut sehingga robot dapat mencapai tujuan yang diinginkan
� Line tracing, wall following, object avoidance, object searching
� Speed, load
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Perilaku Robot
� Dasar dari sistem kontrol adalah perilaku
� Perilaku harus didefinisikan dengan baik
� Tiap perilaku harus dapat diuji secara independen
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Sasaran Kontrol
� Sasaran utama adalah untuk menyusun
perilaku-perilaku sehingga tujuan yang diinginkan
dapat tercapai
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Sensor Robot
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Bahasan
Sistem Kontrol Robot Sistem Kontrol Robot
Kontrol High-Level & Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot
Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Sistem Kontrol Robot
� Sistem kontrol high-level
� Memprogram perilaku untuk mencapai tujuan yang diinginkan
� Contoh: Pendekatan Finite State Machine
� Sistem kontrol low-level
� Memprogram hardware untuk melakukan
perilaku yang diinginkan
� Contoh:
Kontroler untuk posisi, kecepatan robot
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol High-Level dan Low-Level
� Sensor internal:
posisi, kecepatan, percepatan
� Sensor eksternal:
taktil, proximity,
jarak, vision,
detektor api,
kompas digital
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol Posisi
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol Posisi dengan PID
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Robot Kontrol High-Level &
Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol Posisi dan Kecepatan
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
� Untuk kontrol pengendalian robot
� Contoh problem: Bagaimana robot dapat mengatur motor sesuai arah gerak yang diinginkan?
� ON/OFF
� PID (Proporsional-Integral-Derivatif)
� Untuk kontrol kecepatan motor
� Contoh problem: Bagaimana robot dapat diset kecepatannya?
� PID (Proporsional-Integral-Derivatif)
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Bahasan
Sistem Kontrol Robot Sistem Kontrol Robot
Kontrol High-Level & Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot
Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Kontrol ON/OFF
� Kontrol paling dasar dalam robotik
� Disebut juga bang-bang control
� Input sensor dan sinyal keluaran aktuator hanya dinyatakan dalam dua keadaan, yaitu ON (logika 1) atau OFF (logika 0)
� Pemasangan posisi sensor, aktuator dan struktur
mekanik robot sangat berperan dalam kestabilan
gerak
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Prinsip Kontrol ON/OFF
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Sensor dan Aktuator dalam Kontrol ON/OFF
� 2 Buah Sensor: proximity TX-RX
� Memberikan nilai
’1’ jika berada di garis, dan bernilai
’0’ jika berada di luar jalur
� Sinyal keluaran sensor: PB0 dan PB1
� 1 sensor sentuh di PB7
� Aktuator menggunakan 2 buah motor DC yang dikemudikan secara ON/OFF
� Sinyal masukan
kontrol motor: PA0
dan PA1
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Rangkaian Pengkondisi Sensor
� Menggunakan komparator OpAmp LM324
� Resistansi sensor berubah terhadap cahaya yang diterimanya
� Intensitas cahaya besar, resistansi berkurang dan V+ akan naik
� Intensitas cahaya kecil, resistansi bertambah dan V+ akan turun
� Threshold diatur oleh pembagi tegangan di V-
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Driver Kontrol ON/OFF
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Rangkaian Sistem Kontrol ON/OFF
� Robot analog??
� Didefinisikan sebagai robot tanpa program (mikrokontroler)
� Bagaimana rangkaian robot menggunakan ATMega48?
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Fungsi Input-Output Kontroler
Input (Referensi)
Output ( Diinginkan)
PB7 PB1 PB0 PA1 PA0
0 * * 0 0
1 0 0 0 0
1 0 1 1 0
1 1 0 0 1
1 1 1 1 1
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Program Kontrol ON/OFF
� Algoritma:
0� ����� ���� ������� �������
0� ����� ��� ����� ��� ����� ���� ������� �������
0� ����� ��� ����� ��� ����� ���� ������� �������
0� ����� ��� ����� ��� ����� ���� ������� �������
0� ����� ��� ����� ��� ����� ���� ������� �������
� Kode:
���� �����
� ����0� � ����� � ����� �� ��� ����� ������ ����� ������
�� �����0� �� ����� ������ � ����� ����������� ��������
����0� � ����� � ����� �� ��� ����� ��������� ���� �
�� �����0� �� ����� ����� � �����
�� �����0� �� ����� ����� � �����
�� �����0� �� ����� ����� � �����
�� �����0� �� ����� ����� � �����
�
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Aplikasi Kontrol On-Off (Lainnya)
Sistem Pemanas dengan Kendali On-Off
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Aplikasi Kontrol On-Off (Lainnya)
Sistem Kendali Tiga Posisi di Offshore
http://paparisa.unpatti.ac.id/kuliah/mod/page/view.php?id=21
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Bahasan
Sistem Kontrol Robot Sistem Kontrol Robot
Kontrol High-Level & Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot
Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Kontrol PID untuk Pengendalian Robot
� Problem: Bagaimana membuat robot mengikuti arah lurus yang telah ditentukan
� Kontroler loop terbuka?
� Kalau ada perbedaan kecepatan motor di model steering diferensial, arah tidak lurus
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Kontrol PID untuk Pengendalian Robot
� Problem: Bagaimana membuat robot mengikuti arah lurus yang telah ditentukan
� Kontroler PID independen di tiap motor
� Mengeset motor ke kecepatan yang sama,
menghasilkan lintasan lurus
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Bagaimana Agar Robot Mengikuti Lintasan yang Diinginkan?
� Perlu mengcouple motor
1. Menggunakan kontroler PID low-level untuk mengeset kecepatan motor dan kontroler PID high-level untuk mengcouple motor
2. Menggunakan satu kontroler PID high-level yang menggunakan odometry atau pemrosesan gambar untuk mengestimasi error
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Bahasan
Sistem Kontrol Robot Sistem Kontrol Robot
Kontrol High-Level & Low-Level
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot
Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
� Problem: Bagaimana mengeset motor ke kecepatan yang telah diinginkan?
� Kontroler loop tertutup
� Feedback digunakan untuk mengatur
tegangan yang diberikan ke motor sehingga kecepatan aktual motor sama dengan kecepatan yang diinginkan
� Dapat menggunakan enkoder optik untuk mengukur kecepatan aktual
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Response Step Tanpa Kontroler
� Konversi tegangan ke kecepatan
� Pemodelan motor dengan persamaan diferensial
� Rise-time lambat
� Offset steady-state
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Response Kontroler Proporsional
X = V des + K P × (V des − V act )
� Tegangan error besar = Tegangan penyesuai besar
� Rise-time lebih cepat
� Overshoot
� Offset steady-state
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Response Kontroler Proporsional-Derivatif
e(t) = V des − V act
X = V des + K P e(t) − K D de(t) dt
� Saat menuju kecepatan yang diinginkan dengan cepat, term de(t) dt
bereaksi terbalik terhadap penyesuai proporsional
(memperlambat)
� Rise-time lebih cepat
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Response Kontroler Proporsional-Integral
e(t) = V des − V act
X = V des + K P e(t) − K I
�
e(t)dt
� Term integral
menghilangkan error yang terakumulasi
� Menambah overshoot
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
Response Kontroler
Proporsional-Integral-Derivatif
e(t) = V des − V act
X = V des + K P e(t) + K I �
e(t)dt − K D de(t)
dt
Sistem Kendali Robot
@2012,Eko Didik Widianto Sistem Kontrol Robot
Sistem Kontrol Tertutup Low-Level
Kontrol ON/OFF untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Pengendalian Robot Kontrol PID untuk Kecepatan Motor
