Sistem Kendali Kecepatan Robot Beroda Pada Jalan Menanjak dan Menurun Menggunakan Metode Proportional Integral Derivative

Fakultas Ilmu Komputer

Universitas Brawijaya 3439

Sistem Kendali Kecepatan Robot Beroda Pada Jalan Menanjak dan Menurun Menggunakan Metode Proportional Integral Derivative

Muhammad Hanif Haikal¹, Dahnial Syauqy² , Gembong Edhi Setyawan³ Program Studi Teknik Informatika, Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya

Email: ¹haikal.indo@gmail.com, ²dahnial87@ub.ac.id, ³gembong@ub.ac.id

Abstrak

Pada perkembangan jaman saat ini, di dunia robotika perkembangannya sangat pesat, perkembangan dunia robotika semakin pesat tersebut adanya dorongan manusia untuk seluruh permasalahan yang timbul di sekitarnya agar dapat di atasi secara cepat dan efisiensi. Permasalahan tersebut sebagai keterbatasan manusia dalam memproses pengendalian dan waktu yanga sangat lama, sehingga semakin maju jaman teknologi baru semakin banyak di temukan. Contohnya dalam mengendalikan kecepatan pada robot beroda dalam hal membantu manusia.

System kendali kecepatan akan diteliti dan diterapkan pada robot beroda jenis skid-steering. Robot ini dilengkapi oleh sensor optocoupler, mikrokontroler Arduino UNO dan Motor Driver Shield L293D.

Penelitian ini metode yang digunakan adalah Propotional Integral Derivative (PID). Akses yang digunakan berupa jalan tanjakan dan turunan pada kemiringan jalan 10^o, 15⁰ dan 20⁰ yang berjarak 2m.

Dari simulasi dihasilkan mampu memberikan kriteria performa sistem kendali yang baik yang dapat dilihat dari perbandingan pada pengendali tanpa menggunakan kontroler PID dan dengan menggunakan control PID. Parameter kendali PID yang dipakai untuk mengendalikan motor DC mampu memberikan respon pengendalian yang paling ideal, dengan nilai Kp=0.2, Kd=0.12 dan Kd=0.01. Dan pada saat robot dijalankan di area tanjakan dan turunan dengan sudut 10^o, 15⁰dan 20⁰ berhasil mengalami penurunan dan kenaikan kecepatan yang signifikan.

Kata kunci : Robot beroda, sistem kendali, tanjakan, turunan, motor DC

Abstract

The development of the world of robotics is increasingly rapid, there is a human urge for all problems that arise around it so that it can be resolved quickly and efficiently. These problems are human limitation in processing control and a very long time, so that the more advanced the new technological era is, the more it is founds. For example in controlling speed on wheeled robots in terms of helping humans.

The speed control system will be researched and applied to the skidsteering wheeled robot. This robot is equipped with an optocoupler sensor, Arduino UNO microcontroller and Motor Driver Shield L293D.

this research method used is the Proportional Integral Derivative (PID). The access used is in the form of uphill and downhill roads on the slope of 10°, 15°,20° with the distance about 2m.

From the simulation, the results are able to provide good control system performance criteria which can be seen from the comparison of the controller without using the PID controller and by using the PID control. PID contorl paramaters used to control DC motors are able to provide the most ideal control respone, with values of Kp = 0.2, Ki = 0.12 and Kd = 0.01. And when the robot run in the incline and descent area with an angle of 10°, 15°,20°, it has experienced a significant decrease in speed.

Keywords: Wheeled Robot, Control System, Uphill road, Downhill road, DC Motor

1. PENDAHULUAN

Seiring dengan perkembangan jaman, perkembangan dunia robotika semakin pesat, perkembangan dunia robotika semakin pesat tersebut adanya dorongan manusia untuk seluruh permasalahan yang timbul di sekitarnya agar dapat di atasi secara cepat dan efisiensi.

Permasalahan tersebut sebagai keterbatasan manusia dalam memproses pengendalian dan waktu yanga sangat lama, sehingga semakin maju jaman teknologi baru semakin banyak di temukan. Contohnya dalam mengendalikan kecepatan pada robot dalam hal membantu manusia sebagai alat transportasi otomasi, atau dapat disebut dengan robot mobil. Robot mobil adalah sebuah kontruksi robot yang mempunyai ciri tersendiri yaitu mempunyai akuator berupa roda untuk menggerakkan keseluruhan badan robot tersebut, sehingga robot tersebut dapat melakukan perpindahan posisi dari satu titik ke titik yang lain. Dari seri manfaat, robot ini diharapkan dapat membantu manusia dalam melakukan otomatis dalam transportasi, platform bergerak untuk robot industri, eksplorasi tanpawak, dan masih banyak lagi.

Banyak robot dengan teknik pengontrolan yang sudah ditanamkan didalamnya. Oleh karena itu, mobile robot dengan teknik kontrol yang mudah diterapkan, fleksible dan presisi diharapkan dapat berguna membantu pekerjaan manusia (Eka, 2014).

Pada zaman ini Sistem kendali mengalami perkembangan yang sangat cepat di karena seluruh industry membutuhkan sebuah system dengan kelajuan dan ketepatan yang cukup tingi.

Sebab itu controler PID mengatur proses variable yang terukur, tidak terkena berbagai macam proses tersebut, maka dari itu sangat mudah dalam menggunakan itu. Caranya dari ketiga pengukuran proporsional, integral dan dervatif, pengontrolan PID bisa terpenuhinya proses kebutuhan. Sehingga diperlukan sebuah sistem kendali kelajuan dan ketepatan yang cukup tingi. Memiliki banyak system pengendali metode pada saat ini. Beberapa metode system pengendalii yang dapat menghasilkan output yang cukup baik adalh system kendali Propotional Integral Derivative (PID) .

Banyak sekali yang meneliti sistem kendali robot beroda menggunakan metode PID, salah satu contohnya mengukur parameter PID terhadap self balancing robot beroda, paramater yang digunakan yaitu mengukur PID,

didapatkan bukti kestabilan dalam fungsi mengontrol gerakan dengan menggunakan sensor akselerometer dan giroskop (Lio, 2015).

Self balancing pada robot adalah sebuah robot yang di ciptakan dengan model pendulum terbalik dengan meletakan pada posisi atas robot beroda dua. Pengendalian robot beroda dua ini dengan cara mengatur arah roda secara searah, maka dari itu di dapatkan gaya dorong dari roda yang akan di tarik melawan arah, untuk sistem kendalinya menggunakan self balancing robot yang berbasis loop tertutup, akan menimbulkan umpan balik pada sensor agar robot dapat seimbang apabila ada tekanan. Apabila menggunakan loop terbuka maka akan terjadi umpan balik yang mengakibatkan keseimbangan tidak stabil robot.

Berdasarkan latar belakang yang sebelumnya sudah dijelaskan di atas terdapat permasalahan dari kekurangan tesebut, sehingga di dapatkan solusi dalam pembuatan robot beroda didalam penelitian ini merancang agar robot dapat mengendalikan kecepatan pada kontur jalan berupa tanjakan dan turunan. Maka dengan demikian akan lebih efektif untuk diterapkan pada robot beroda. Sistem kendali kecepatan diterapkan pada sebuah robot dengan jenis skid-steering. Robot dengan jenis tersebut dipilih sebagi objek penelitian karena memiliki konfigurasi dan konstruksi yang hampir sama dengan alat transportasi yang sering kita jumpai sehari-hari, bahkan sangat mendekati dengan mobil listrik. Selain itu, sistem kendali kecepatan menggunakan jenis lup tertutup sehingga sistem dapat menghasilkan keluaran sesuai dengan masukan yang diinginkan.

Metode yang dipilih dalam penelitian ini menggunakan metode Propotional Integral Derivative (PID). Metode tersebut dipilih karena tidak memerlukan banyak memori ketika diimplementasikan dalam sebuah mikrokontroler.Dalam skripsi ini diharapkan dapat merancang suatu sistem pengatur kecepatan dimana jika dalam kontur jalan yang menanjak dan menurun, robot bisa mengatisipasi pengendalian kecepatan dengan menggunakan Propotional Integral Derivative (PID).

2. PERANCANGAN DAN IMPLEMENTASI

Perancangan dan implementasi ini merupakan tahap awal untuk memulai perancangan sistem kendelai kecepatan robot beroda pada jalan menanjak dan menurun

Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya

menggunakan metode proportional integral derivative yang seperti pada gambar 1 di bawah ini yang mengambarkan blok diagram.

Gambar 1. blok diagram 2.1 Perancangan Sistem

Dalam merancang sistem ini terbagi menjadi dua yaitu perancangan perangkat keras dan lunak. Untuk merancang perangkat keras di penelitian ini akan terfokus kedalam penerapan sensor optocopler sedangkan untuk merancang pada bagian perangkat lunak di penelitian ini akan terfokus pada penerapan metode proportional integral derivative.

2.1.1 Perancangan Perangkat Keras

Bagian ini merupakan penjelasan desain sistem untuk peletakkan komponen perangkat keras. Pada robot beroda terdapat satu sensor kecepatan optocoupler, Arduino UNO, satu driver motor L293D shield, dan dua motor DC.

Penempatan Penempatan komponen pada robot beroda dapat ditunjukkan pada Gambar

Gambar 2. Desain Alat

Seperti yang ditunjukkan ppada Gambar , pada bagian depan terdapat sensor kecepatan yang terhubung dengan salah satu roda.

Kemudian, pada bagian tengah terdapat mikrokontroler Arduino UNO. Sedangkan pada bagian belakang, terdapat driver motor L293D

dan dua motor DC.

2.1.2 Perancangan Perangkat Lunak

Pada perancangan keseluruhan sistem ini menjelaskan tentang cara kerja dari sistem mulai dari awal hingga akhir program. Diagram alur dibutuhkan sebagai acuan agar sistem dapat berjalan sesuai dengan tujuan penelitian. dapat ditunjukkan pada Gambar

Gambar 3. Flowchart Sistem

Pada sistem dimulai dengan pembacaan data sensor kecepatan menggunakan sensor optocopler. Setelah itu speed apakah perlu disetting atau tidak, apabila kecepatan sudah sesuai dengan di inputnya maka ke proses selanjutnya. Kemudian di dalam pengaturan kecepatan maka akan di proses menuju nilai pengaturan Kp, pada saat nilai pengaturan Kp tidak sesuai dan perlu dirubah maka akan di pengaturan ulang samapi sesuai apa yang di kehendaki dan apabila sudah sesuai maka akan ke tahap selanjutnya. Kemudian masuk ke pengaturan nilai Kd, , ketika nilai Kd perlu di atur ulang maka perlu ke pengaturan untuk di atur ulang nikai kd dan apabila sudah sesuai dengan apa yang di mau maka akan ke tahap selanjutnya. Setelah nilai Kd sudah di atur maka akan ke tahap pengaturan Ki, ketika nilai Ki perlu di atur ulang maka perlu ke pengaturan untuk di atur ulang nilai Ki. Setelah nilai Kp, Kd dan Ki sudah selsai maka akan di simpan ke dalam memori mikrokontroler. Robot akan berjalan sesuai speed yang kita masukan.

2.2 Implementasi Sistem

Pada implementasi perangkat keras ini

mengacu pada penempatan komponen pada subbab sebelumnya. Pada implementasi perangkat keras ini akan menjelaskan tata letak komponen seperti : letak sensor, letak mikrokontroller, dan letak motor. Mejelaskan tata letak terlebih dahulu agar semua komponen berjalan seperti fungsioalnya. Penerapan robot beroda pada tanjakan dan turunan dapat dilihat Digambar 4 berikut.

Gambar 4. implementasi robot beroda pada tanjakan dan turunanan

3. PENGUJIAN DAN ANALISIS

Bagian ini merupakan tahap yang ber tujuan pengujian system ini untuk mengetahui baik dan tidak baiknya mengatur kecepatan robot beroda pada tanjakan dan turunan menggunakan metode PID atau tidak menggunakan metode PID

3.1 Analisa Pengujian Sistem Kendali Kecepatan Motor DC Tanpa Menggunakan Kontroler PID

Menguji sebuah perancangan MotorDC ini dilakukan tidak menggunakan kontroler PID.

dapat dilihat Di gambar 5 berikut.

Gambar 5. Grafik Respon Tuning tanpa PID 3.2 Analisis Pengujian System kendali kecepatan MotorDC dengan mengunakan kontrler PID

1. Pengujian Mengukur Kontrol Dalam Memasukkan Sebuah Nilai Proportional

Kecepatan parameter control PID system pengendali kecepatan motorDC dengan Kp=0.2

Gambar 6. Grafik Respon Tuning

Dari gambar 6 menunjukan grafik menunjukan tidak stabil dan waktu mencapai kesetabilan masih terlalu lama sehingga perlu mencoba memberikan nilai Kd untuk membuat nilai menjadi lebih stabil.

2. Pengujian Mengukur Kontrol Dalam Memasukkan Sebuah Nilai Proportional dan Derivatif

Kecepatan parameter control PID system pengendali kecepatan motorDC dengan Kp=0.2, Kd=0.12

Gambar 7. Grafik Respon Tuning Nilai Kp dan Ki

Dari gambar 7 pemberian parameter Kp sebesar 0.2 menunjukan grafik bermula naik drastis, lama kelamaan grafik mengalami stabil dan dapat di katakan baik.

Fakultas Ilmu Komputer, Universitas Brawijaya

3. Pengujian Mengukur Kontrol Dalam Memasukkan Sebuah Nilai Proportional, Integral dan Derivatif

2. Kecepatan parameter control PID system pengendali kecepatan motorDC dengan Kp=0.2, Kd=0.12 dan Ki=0.01

Gambar 8. Grafik Respon Tuning Nilai Kp,Ki danKd

Dari gambar 8 pemberian parameter Kp sebesar 0.2 menunjukan grafik bermula naik drastis, lama kelamaan grafik mengalami stabil dan dapat di katakan baik.

1. Uji Parameter Kontrol pada tanjakan dengan sudut kemiringan 10⁰

Gambar 9 Grafik Respon Tuning Nilai Kp,Ki dan Kd dengan sudut 10⁰

Pada gambar 9 respon grafik pada jalan menanjak dengan sudut kemiringan 10⁰ nilai parameter PID akan meningkat untuk mencapai nilai respon yang sudah di set.

2. Uji Parameter Kontrol pada tanjakan dengan sudut kemiringan 15⁰

Gambar 10. Grafik Respon Tuning Nilai Kp,Ki dan Kd dengan sudut 15⁰

Pada gambar 10 respon grafik pada jalan menanjak dengan sudut kemiringan 15⁰ nilai parameter PID akan meningkat untuk mencapai

nilai respon yang sudah di set.

3. Uji Parameter Kontrol pada tanjakan dengan sudut kemiringan 20⁰

Gambar 11. Grafik Respon Tuning Nilai Kp,Ki danKd dengan sudut 20⁰

Pada gambar 11 respon grafik pada jalan menanjak dengan sudut kemiringan 20⁰ nilai parameter PID akan meningkat untuk mencapai nilai respon yang sudah di set.

4. Uji Penalaan Parameter Kontrol pada turunan dengan sudut kemiringan 10⁰

Gambar 12. Grafik Respon pada Turunan dengan sudut 10⁰

Pada gambar 12 respon grafik pada jalan menanjak dengan sudut kemiringan 10⁰ nilai parameter PID akan menurun untuk mencapai nilai respon yang sudah di set.

5. Uji Parameter Kontrol pada turunan dengan sudut kemiringan 15⁰

Gambar 13. Grafik Respon pada Turunan dengan sudut 15⁰

Pada gambar 13 respon grafik pada jalan menanjak dengan sudut kemiringan 15⁰ nilai parameter PID akan menurun untuk mencapai nilai respon yang sudah di set.

6. Uji Parameter Kontrol pada turunan dengan sudut kemiringan 20⁰

Gambar 14. Grafik Respon pada Turunan dengan sudut 20⁰

Pada gambar 14 respon grafik pada jalan menanjak dengan sudut kemiringan 20⁰ nilai parameter PID akan menurun untuk mencapai nilai respon yang sudah di set.

4. KESIMPULAN

Berdasrkan hasil dari percobaan simulasi sistem kendali kecepatan robot beroda pada jalan menanjak dan menurun menggunakan metode proportional integral derivative data yang telah diperoleh, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.

1. Pengujian Robot beroda menggunakan kontroler PID dan tanpa menggunakan kontorler PID, terbukti mampu memberikan suatu kriteria performa kendali yang baik yang dapat dilihat pada perbandingan erro steady state yang telah dihasilkan.

2. Hasil pengujian kendali PID dalam mengukur pengendalian kecepatan motorDC di dapatkan hasil respon ideal, dengan nilai Kp=0.2, Ki=0.12, Kd=0.01 terlihat dari hasil grafik yang dihasilkan.

3. Pada saat kecepatan robot beroda diberi tanjakan dan turunan, didapat penurunan dan kenaikan yang sangat significant sesuai denga set point yang telah diberikan.

5. DAFTAR PUSTAKA

Angeles, J., 2003. Fundamentals of Robotic Mechanical Systems: Theory, Methods, and Algorithms. 2nd ed. New York:

Springer.

Bawana, G. P., 2016. Perancangan Sistem

Kendali Kecepatan pada Mobil Berdasarkan Kemiringan Media Jalan dan Halangan Menggunakan Logika Fuzzy, Malang: Universitas Brawijaya.

Budiharto, W., 2014. Robotika Modern.

Yogyakarta: ANDI.

Lio, P. K., 2015. Balancing Robot Beroda Dua Menggunakan Metoda. Balancing Robot Beroda Dua Menggunakan Metoda, Volume 2.

Ogata, K. & Leksono, E., 1995. Teknik Kontrol Automatik (Sistem

Pengaturan). Bandung: Erlangga.