3
BAB II
SISTEM KENDALI GERAK SEGWAY
Sistem merupakan suatu rangkaian beberapa organ yang menjadi satu kesatuan.
Maka sistem kendali gerak adalah suatu sistem yang terdiri dari beberapa komponen
pengendali gerakan yang dirangkai menjadi satu. Oleh sebab itu, berikut ini akan
dijelaskan mengenai apa itu segway, kemudian mekanisme gerak segway, konsep
pengendalian segway, serta komponen-komponen apa saja yang diperlukan pada sistem
pengendali gerak segway.
2.1. Gambaran Segway
Segway adalah sebuah kendaraan personal yang memiliki 2 buah roda di sisi kiri
dan kanan dan memiliki sebuah stang. Kendaraan ini merupakan kendaraan bebas polusi
udara sebab tidak menggunakan energi dari bahan bakar dan dapat dikatakan sebagai
kendaraan masa depan karena sifatnya yang praktis untuk daerah perkotaan. Kemudian
segway ini dikendalikan hanya dengan membuat kemiringan ke arah depan atau
belakang serta kemiringan stang, semakin besar kemiringan yang dilakukan maka
semakin cepat pula gerakan yang terjadi. Untuk saat ini, segway lebih banyak
digunakan sebagai kendaraan rekreasional atau bersifat hiburan seperti yang terlihat
pada Gambar 2.1.
4 2.2. Mekanisme Gerak Segway
Segway pada dasarnya adalah sebuah robot yang lebih dikenal dengan sebutan
balancing robot. Seperti halnya sebuah balancing robot, segway bekerja untuk
menyeimbangkan dirinya sendiri dengan membaca kemiringan. Segway akan berusaha
membuat dirinya tetap tegak atau sejajar terhadap arah gravitasi bumi. Oleh sebab itu
gerakan kendaraan ini akan mengikuti titik beban yang membuat kemiringan pada
dirinya. Apabila titik beban berada di depan maka segway juga akan bergerak ke depan,
begitu pula sebaliknya. Oleh karena arah jatuh titik beban hanya sebatas arah putaran
roda, maka dapat disimpulkan bahwa arah gerakan yang mungkin terjadi hanya ada 2
arah, yaitu maju dan mundur seperti halnya balancing robot yang terlihat pada Gambar
2.2.
Sehingga untuk membuat segway dapat bergerak ke 4 arah, maju, mundur, kiri
dan kanan, maka diperlukan suatu pengendali kecepatan putaran pada masing-masing
roda. Sebab untuk berbelok ke kiri, kecepatan roda kanan harus lebih cepat dibanding
roda kiri, begitu pula sebaliknya. Perbedaan kecepatan tersebut ditentukan oleh kondisi
stang segway.
5 2.3. Konsep Pengendalian Segway
Berdasarkan mekanisme gerak segway, sudah jelas sistem ini memiliki tingkat
ketidakstabilan yang tinggi, sebab tumpuan kendaraan ini hanya pada 2 roda di sisi kiri
dan kanan. Jika pengendara tidak bisa menyeimbangkan dirinya, maka kendaraan ini
akan terjatuh ke arah depan atau belakang. Agar hal tersebut tidak terjadi dan untuk
membuat kendaraan ini bergerak, maka dibuatlah suatu sistem pengendali pada
kendaraan ini. Dimana pengendali ini akan menggerakkan roda sesuai dengan kondisi
yang terjadi. Kondisi yang dimaksudkan adalah kondisi dari pijakan dan stang segway.
Semakin miring pijakan maka akan semakin cepat pula gerakan yang dihasilkan.
Kemudian untuk berbelok, pengendali tersebut harus memberi perbedaan kecepatan
yang sebanding pada kedua roda agar tetap stabil. Perbedaan kecepatan tersebut diatur
sesuai dengan kemiringan stang. Dengan demikian konsep pengendalian tersebut dapat
dirangkum menjadi satu seperti yang terlihat pada Gambar 2.3.
Dengan memanfaatkan konsep pengendalian tersebut, maka pengendara dapat
menggunakan kendaraan ini cukup dengan membuat kendaraan miring ke depan atau ke
belakang dan atau membuat stang miring ke kiri atau ke kanan. Jika pengendara
6
sebaliknya. Kemudian untuk berbelok, pengendara harus memiringkan stang tersebut
sesuai arah yang diinginkan. Secara umum penggunaan kendaraan ini dapat dilakukan
seperti yang terlihat pada Gambar 2.4.
2.4. Komponen Sistem Kendali Gerak Segway
Berdasarkan konsep pengendalian segway, maka diperlukan beberapa komponen
untuk membentuk sistem pengendali gerak otomatis pada kendaraan tersebut.
Komponen utama dari sistem tersebut adalah kontroler, dimana kontroler ini berfungsi
sebagai pengatur cara kerja segway. Kontroler bekerja dengan membaca kondisi
kendaraan dan menjadikannya putaran roda. Kontroler yang paling umum digunakan
adalah jenis mikrokontroler. Fungsi kontroler tersebut dapat digambarkan ke dalam
Gambar 2.5.
Gambar 2.4. Foto Penggunaan Sagway Secara Umum.
7
Berdasarkan Gambar 2.5, maka untuk mengetahui kemiringan yang terjadi
dibutuhkan sebuah sensor yang dapat mengukur sudut misalnya menggunakan sensor
accelerometer. Dimana pembacaan kemiringan ini dilakukan dengan membandingkan
sudut yang terukur dengan sudut acuan. Sudut acuan yang digunakan adalah sudut saat
kendaraan benar-benar sejajar dengan arah gravitasi bumi atau nilai sudut acuan sama
dengan 90o. Kondisi tersebut dapat digambarkan seperti pada Gambar 2.6.
Selain itu juga diperlukan sebuah sensor untuk mengukur kecepatan sudut.
Dimana nilai sensor tersebut digunakan untuk mengompensasi kecepatan yang
berlebihan. Salah satu sensor yang dapat digunakan adalah sensor gyroscope. Kecepatan
sudut ini akan terjadi saat kontroler berusaha untuk membuat kemiringan sistem
menjadi 0 dengan menghasilkan putaran roda. Pada saat itu diprediksikan akan terjadi
kecepatan sudut yang berlebihan sehingga membuat sudut yang terukur tidak akan
pernah sama dengan sudut acuan atau sistem akan berosilasi. Oleh sebab itu dibutuhkan
suatu nilai untuk mengompensasi keluaran kontroler tersebut. Secara umum arah
kecepatan sudut tersebut dapat digambarkan seperti pada Gambar 2.7. Gambar 2.6. Sudut Acuan Segway.
8
Kemudian sensor yang terakhir adalah sensor yang digunakan untuk mengukur
simpangan stang segway. Untuk melakukan pengukuran tersebut salah satunya dapat
menggunakan potensiometer. Dimana nilai sensor ini akan digunakan untuk menambah
atau mengurangi kecepatan putaran pada roda. Dengan demikian proses tersebut dapat
digambarkan seperti pada Gambar 2.8.
Seperti halnya otak manusia, sebuah kontroler juga memerlukan komponen
tambahan yaitu pikiran di dalamnya, dalam hal ini adalah perangkat lunak. Perangkat
lunak tersebut merupakan perintah yang mengendalikan cara kerja sistem secara
keseluruhan, mulai dari membaca keadaan melalui sensor sampai menghasilkan
gerakannya. Berdasarkan konsep pengendaliannya, maka perangkat lunak yang
dibutuhkan sistem ini adalah perangkat lunak untuk membaca sudut, membaca
kecepatan sudut, membaca simpangan stang, dan pengolahan kecepatan roda. Untuk
mengolah kecepatan roda diperlukan sebuah metode pada kontroler, yang pada dasarnya
berfungsi untuk membuat sudut yang terukur menjadi sama dengan sudut acuan dengan
mengatur putaran roda. Cara kerja metode tersebut dapat digambarkan pada Gambar
2.9.
.
Gambar 2.8. Pengaruh Kondisi Stang.
9
Kemudian untuk meredam derau dari keluaran sensor atau keluaran dari metode
kendali diperlukan sebuah low pass filter pada masing-masing keluaran. Sebab keluaran
sensor accelerometer akan menghasilkan derau akibat getaran motor yang digunakan.
Seperti yang diketahui bahwa sensor accelerometer adalah sensor percepatan, maka
selain dapat mengukur percepatan gravitasi, sensor ini juga dapat mengukur percepatan
dinamis termasuk getaran dari motor. Contoh hasil peredaman yang dihasilkan oleh low
pass filter dapat dilihat pada Gambar 2.10.
Berdasarkan Gambar 2.10, terlihat bahwa grafik berwarna biru merupakan
keluaran sensor accelerometer yang menghasilkan derau, sedangkan grafik warna merah
adalah keluaran sensor accelerometer yang telah di-low pass filter. Dengan demikian
keluaran dari low pass filter tersebut akan membuat sistem lebih stabil sebab derau yang
terjadi telah diredam dan sudut yang terukur menjadi lebih akurat.
Dari keterangan pada konsep pengendalian segway, maka diperlukan juga
sebuah pengendali kecepatan roda atau dalam hal ini adalah kecepatan motor. Karena
pengolahan data pada sistem kendali ini berupa pengolahan diskrit, maka kecepatan
motor yang diatur juga dalam pengolahan diskrit. Pengaturan kecepatan motor pada
pengolahan diskrit dapat dilakukan dengan PWM. PWM merupakan suatu pengendalian
10
dalam satu periode atau dapat dikatakan sebagai sebuah rangkaian pulsa atau
gelombang kotak. Konsep PWM tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.11.
Berdasarkan Gambar 2.11, maka untuk mengatur tegangan catu daya tersebut
cukup dengan mengatur lebar pulsa dalam satu periodenya. Dengan demikian kecepatan
motor dapat dikendalikan sesuai dengan tegangan yang telah diatur dengan PWM.
Walaupun sistem ini telah memiliki kontroler dan perangkat lunak, sistem ini tetap
tidak akan bisa bergerak tanpa komponen penggeraknya. Sehingga dibutuhkanlah
komponen-komponen penggeraknya yang terdiri dari motor, driver motor, dan catu
daya. Komponen penggerak yang terpenting adalah driver motor, sebab driver motor
merupakan suatu rangkaian yang berfungsi untuk menghubungkan motor dengan
kontroler dan catu daya. Serta berfungsi untuk memaksimalkan arus yang masuk ke
dalam motor. Driver motor ini bekerja dengan menerima inputan dari kontroler berupa
PWM, dan kemudian mengubahnya menjadi tegangan dan arus yang lebih maksimal
untuk motor. Selain komponen penggerak, diperlukan pula tubuh dari sistem tersebut
yang terdiri dari rangka, pijakan, roda, gear dan juga stang. Jadi secara keseluruhan
komponen yang dibutuhkan pada sistem kendali ini antara lain:
1. Mikrokontroler.
2. Sensor sudut.
3. Sensor kecepatan sudut.
4. Sensor simpangan stang.
5. Perangkat lunak pengakses sensor sudut.
6. Perangkat lunak pengakses sensor kecepatan sudut.
7. Perangkat lunak pengakses sensor simpangan stang.
8. Perangkat lunak metode kendali.
11 9. Perangkat lunak low pass filter.
10.Perangkat lunak penghasil PWM.
11.Motor.
12.Driver motor.
13.Catu Daya.
14.Rangka.
15.Pijakan.
16.Roda.
17.Gear.
