NAVIGASI 4 WHEEL OMNI DRIVE ROBOT MANUAL PADA
KRAI 2014 BERBASIS TRAJEKTORI
i.
JUDUL
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh : NOVENDRA SETYAWAN NIM. 201010130311004JURUSAN ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
2015
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
Nur Alif M, Ir, MT NIP.UMM: 10892030257
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) NIP.UMM: 10891090233
2. Nur Alif M, Ir, MT (Pembimbing II) NIP.UMM: 10892030257
3. M. Irfan, Ir, M.T (Penguji I) NIP.UMM: 10892030255
4. M. Chasrun H, S.T, M.T (Penguji II) NIP.UMM: 196808071995031003
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Elektro
Nur Alif M, Ir, M.T
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,
NOVENDRA SETYAWAN
Mangetahui, Pembimbing I
Ermanu Azizul H, Ir, MT, Dr NIP.UMM: 10891090233
Pembimbing II
Nur Alif M, Ir, MT NIP.UMM: 10892030257
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
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
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
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
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
4.2.5 Hasil dan Analisis ... 71
4.3 Pengujian Trajektori (Keseluruhan) ... 75
4.3.1 Tahapan Pengujian ... 75
4.3.2 Hasil dan Analisis ... 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
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 2.10 Susunan Piringan Untuk Incremental Encoder ... 14
Gambar 2.11 Contoh 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
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
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
12
Gambar 4.6 Kurva PID Motor 2 Pada Setpoint 100 rpm dan 250 rpm ... 73
Gambar 4.7 Kurva PID Motor 3 Pada Setpoint 100 rpm dan 250 rpm ... 74
Gambar 4.8 Kurva PID Motor 3 Pada Setpoint 100 rpm dan 250 rpm ... 74
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
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
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.
