Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua Dengan. Metode Logika Fuzzy

Transkripsi

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 : Program Studi : Teknik Elektro Fakultas : Teknik UNIVERSITAS MURIA KUDUS KUDUS 2013

2 HALAMAN PERSETUJUAN Nama : Budi Cahyo Wibowo NIM : 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 Kudus, Yang mengusulkan Budi Cahyo Wibowo Menyetujui, Pembimbing I Pembimbing II Mohammad Iqbal, ST, MT Mohammad Dahlan, ST, MT ii

3 HALAMAN PENGESAHAN Nama : Budi Cahyo Wibowo NIM : 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 Penguji I Penguji II (Ir. Untung Udayana, MKom) Budi Gunawan ST, MT Mohammad Iqbal, ST, MT Mengetahui, Dekan Fakultas Teknik (Rochmad Winarso, ST, MT) iii

4 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 6. Bapak Dosen dan Staf Karyawan dilingkungan Fakultas Teknik khususnya Program Studi Teknik Elektro Universitas Muria Kudus iv

5 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 Kudus, Penulis v

6 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 Latar Belakang Masalah Perumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Skripsi Manfaat Skripsi Sistematika Penulisan... 3 BAB II LANDASAN TEORI Sejarah Robot Karakteristik Robot Tipe Robot Robot Bawah Air (Underwater Robot) Balancing Robot Beroda Dua dan Pendulum Terbalik Fuzzy Logic Notasi Himpunan Fuzzy... 8 vi

7 Fungsi Keanggotaan Operasi Himpunan Fuzzy Pengendali Fuzzy Logic Fuzzifikasi Basis Aturan (Rule Base) Evaluasi Aturan (Inference) Defuzzifikasi Mikrokontroler AVR Atmega Konstruksi AVR Atmega Peta Memori Status Register (SREG) Accelerometer Accelerometer MMA7455L Prinsip Kerja Accelerometer MMA7455L Pin Pin Modul Accelerometer MMA7455L Nilai Pengukuran Akselerasi Pada Modul MMA7455L Petunjuk Dasar Penggunaan Accelerometer MMA7455L Mode Operasi Pada Modul Accelerometer MMA7455L Mode Standby Mode Pengukuran Mode Deteksi Level Mode Deteksi Pulsa Antarmuka accelerometer MMA7455L Dengan Mikrokontroler Antarmuka Dengan I 2 C (Inter-Integrated Circuit) Antarmuka SPI (Serial Peripheral Interface) vii

8 2.6. IC L293D Motor DC Teori Dasar Motor DC Rangkaian Pengontrol Motor DC Pengaturan Motor DC Menggunakan Penggerak Analog Pengaturan Motor DC Menggunakan Pulse-Width Modulation Respon Waktu Sistem Data Kontinyu Definisi dan Spesifikasi Respon Transien Sistem BAB III METODOLOGI PENELITIAN Perancangan dan Pembuatan Perangkat Keras Perancangan Perangkat Keras Modul Accelerometer MMA7455L Rangkaian Sistem Minimum Mikrokontroler Atmega Rangkaian Driver Motor DC Rangkaian Interface RS Perancangan Layout PCB dan Desain Mekanik Pembuatan Perangkat Keras Perancangan Perangkat Lunak Perancangan Fuzzy Logic Controller Perancangan Software Mikrokontroler Perancangan Software Komputer BAB IV HASIL DAN ANALISIS Pengujian Sistem Pengujian Sensor Accelerometer MMA7455L viii

9 Pengujian Dan Analisis Respon Waktu Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua Pengujian dan analisis kontrol keseimbangan robot mobil dengan kondisi tanpa beban pada gangguan antara 5 o 40 o Pengujian dan analisis kontrol keseimbangan robot mobil dengan beban antara 40gr 80gr dengan sudut gangguan 5 o 40 o Menentukan spesifikasi sistem kontrol keseimbangan robot mobil beroda dua BAB V PENUTUP Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN - LAMPIRAN ix

10 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] Gambar 2.5 Kurva Segitiga[4] Gambar 2.6 Kurva Trapesium[4] Gambar 2.7 Kurva S PERTUMBUHAN[4] Gambar 2. 8 Kurva S PENYUSUTAN[4] Gambar 2.9 Kurva Bentuk Lonceng[4] Gambar 2.10 Struktur Dasar Pengendali Fuzzy[5] Gambar 2.11 Metode Max-Min[5] Gambar 2.12 Metode Max-Dot[5] Gambar 2.13 Metode Centroid Metode Bisektor[5] Gambar 2.14 Metode Bisektor[5] Gambar 2.15 Metode MOM (Mean Of Maximum)[5] Gambar 2.16 Metode LOM (Largest Of Maximum)[5] Gambar 2.17 Metode SOM (Smallest Of Minimum)[5] Gambar 2.18 Konfigurasi Pin Atmega8535[6] Gambar 2.19 Konfigurasi Memori Data AVR Atmega8535[6] Gambar 2.20 Memori Program Atmega8535[6] Gambar 2.21 Status Register Atmega8535[6] Gambar 2.22 Prinsip Kerja Accelerometer MMA7455L[9] Gambar 2.23 (a) Konfigurasi Pin pin dan (b) bentuk fisik modul Accelerometer MMA7455L[9] Gambar 2.24 Gambar Skematik Dari Modul Accelerometer MMA7455L[9] Gambar 2.25 (a) Dasar Koneksi dengan SPI (b) Dasar Koneksi dengan I 2 C[9].. 33 Gambar 2.26 Konfigurasi Sistem I 2 C[10] x

11 Gambar 2.27 Timing Diagram Pada Komunikasi Dengan I 2 C[10] Gambar 2.28 Timing Diagram Untuk Instruksi Master ke Slave[10] Gambar 2.29 Format data pada komunikasi antarmuka I 2 C[10] Gambar 2.30 Timing Diagram untuk Single Byte Read MMA7455L[9] Gambar 2.31 Timing Diagram untuk Multiple Byte Read MMA7455L[9] Gambar 2.32 Timing Diagram untuk Single Byte Write MMA7455L[9] Gambar 2.33 Timing Diagram untuk Multiple Byte Write MMA7455L[9] Gambar 2.34 Timing diagram untuk pembacaan 8-bit data dengan mode Gambar 2.35 Timing diagram untuk pembacaan 8-bit data dengan mode Gambar 2.36 Timing diagram SPI untuk menulis 8-bit register dengan Gambar 2.37 Konfigurasi pin IC L293D[11] Gambar 2.38 Skema Penerapan IC L293D Sebagai Driver Motor DC[11] Gambar 2.39 Skema Pengontrol Arah Putar Motor DC[11] Gambar 2.40 Bentuk fisik motor DC Gambar 2.41 Prinsip kerja motor DC (a) Pengaturan Percobaan (b) arah I, F dan B saling tegak lurus [12] Gambar 2.42 Prinsip putaran pada motor DC konvensional[12] Gambar 2.43 Armatur Motor DC (a) bentuk konstruksi dari sebuah armatur (b) bentuk fisik dari sebuah armatur[12] Gambar 2.44 Metode pengontrol motor DC (a) Analog Drive dan (b) Pulse-Width Modulation Drive[12] Gambar 2.45 Konfigurasi Penggerak Analog untuk Motor DC[12] Gambar 2.46 Bentuk Gelombang PWM[12] Gambar 2.47 Kurva respon transien menunjukkan t d, t r, t p, M p dan t s [13] Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Robot Mobil Beroda Dua Gambar 3.2 Skema Rangkaian Robot Mobil Beroda Dua Gambar 3.3 Skema Modul Accelerometer MMA7455L Gambar 3.4 Skema Rangkaian Mikrokontroler Atmega Gambar 3.5 Skema Rangkaian Driver Motor DC dengan IC L293D Gambar 3.6 Skema Rangkaian RS xi

12 Gambar 3.7 Desain Layout PCB (a) Layout PCB tampak bawah (b) Layout PCB tampak atas Gambar 3.8 Desain Mekanik Robot Mobil Beroda Dua (a) Tampak Samping (b) Tampak Bawah Gambar 3.9 Flow Chart Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua Gambar 3.10 Himpunan Fuzzy untuk Input Error Gambar 3.11 Himpunan Fuzzy untuk Input Del_error_prev Gambar 3.12 Himpunan Fuzzy untuk output kecepatan motor DC Gambar 3.13 Tampilan Program Akuisisi Data Respon Kontrol Keseimbangan Robot Mobil Beroda Dua Gambar 4.1 Grafik hubungan antara sudut kemiringan positif body robot dengan data keluaran sensor MMA7455L Gambar 4.2 Grafik hubungan antara sudut kemiringan negatif body robot dengan data keluaran sensor MMA7455L Gambar 4.3 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban untuk gangguan 5 o Gambar 4.4 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban untuk gangguan 10 o Gambar 4.5 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban untuk gangguan 15 o Gambar 4.6 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 20 o Gambar 4.7 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 25 o Gambar 4.8 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 30 o Gambar 4.9 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 35 o Gambar 4.10 Grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 40 o xii

13 Gambar 4.11 Grafik respon kontrol keseimbangan terhadap waktu untuk sudut gangguan 5 o 40 o tanpa beban xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Fungsi Khusus Port B[7] Tabel 2.2 Fungsi Khusus Port C[7] Tabel 2.3 Fungsi Khusus Port D[7] Tabel 2.4 Nilai Output Akselerasi Pada Mode 8-Bit data[9] Tabel 2.5 Konfigurasi Mode Operasi Pada Register $16 MMA7455L[9] Tabel 2.6 Konfigurasi pengaturan arah putar motor DC dengan IC L293D[11].. 44 Tabel 3.1 Fuzzy Logic Rule Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Keluaran Data Sensor Accelorometer MMA7455L Terhadap Posisi Kemiringan Robot Tabel 4.2 Nilai rata rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 5 o Tabel 4.3 Nilai rata rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 10 o Tabel 4.4 Nilai rata rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 15 o Tabel 4.5 Nilai rata rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 20 o Tabel 4.6 Nilai rata rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 25 o Tabel 4.7 Nilai rata rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 30 o Tabel 4.8 Nilai rata rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 35 o Tabel 4.9 Nilai rata rata data pengujian untuk grafik respon kontrol keseimbangan tanpa beban dengan gangguan 40 o Tabel 4.10 Parameter respon transient kontrol keseimbangan dari hasil pengujian dengan sudut gangguan 5 o 40 o tanpa beban xiv

15 Tabel 4.11 Hasil pengujian respon kontrol keseimbangan robot mobil terhadap waktu pada sudut gangguan 5 o 40 o dengan pembebanan antara 40gr 80gr Tabel 4.12 Hasil analisis data pengujian dengan pembebanan dan sudut gangguan robot mobil beroda dua dengan tool SPSS Tabel 4.13 Nilai rata rata untuk variasi nilai sudut kemiringan dan beban Tabel 4.14 Hasil analisis data SPSS untuk nilai rata rata variasi sudut terhadap beban dan nilai rata-rata variasi beban terhadap sudut Tabel 4.15 Spesifikasi robot mobil beroda dua dengan logika fuzzy xv