PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ACKERMAN MOBILE ROBOT DENGAN KENDALI PID UNTUK MENGHINDARI HALANGAN BERBASIS HYBRID SYSTEM

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN ACKERMAN MOBILE ROBOT DENGAN KENDALI PID UNTUK MENGHINDARI HALANGAN BERBASIS HYBRID SYSTEM ) Ratih Kesuma Dewi ) Helmy Widyantara ) Madha Christian Wibowo ) Program Studi S Sistem Komputer, STIKOM Surabaya, dewour_cutez@yahoo.co.id ) Program Studi S Sistem Komputer-Lab Microcontroller, STIKOM Surabaya, helmywid@stikom.edu ) Program Studi S Sistem Komputer-Lab Sistem Digital, STIKOM Surabaya, madha@stikom.edu Abstract: Robot is a key driver of modern industry, it is a symbol of technological progress in the st century. With the robots can alleviate human work because robots have the advantage over men, among others, in terms of speed, accuracy, and most importantly, are able to perform gerous work that humans can not be done directly, for example, data collection in the area of the volcano and clean up spills radioactive. It required a robot that has the ability to avoid obstacles (obstacle avoice) in order to achieve the mission of a robot. So that the robot can walk with subtle needed a controller, which is used to control system with PID control parameters are input using proximity s (position sensitive device). The proximity is a types in the form of an analog voltage output. It required an analog processor, one is the FPAA. FPAA is an integrated circuit that can be configured to create multiple analog functions using multiple CAB (Configurable Analog Blocks) and interconection CAB network to connect between each other and are equipped with input - output (I / O) block and memory storage media type of RAM (Read Access Memory). In this study, the output is used FPAA with PID control to adjust the speed of the motor. To avoid bumping into obstacles added a proximity on the left and right front. However, in this study the PID controller as expected yet. Keyword: Robot, PID, FPAA Robot merupakan pendorong utama industri modern, ia merupakan lambang kemajuan teknologi di abad ke. Disatu sisi robot dipang sebagai mesin yang potensial menyaingi keberadaan manusia. Dengan aya robot bisa meringankan pekerjaan manusia karena robot mempunyai kelebihan dibandingkan manusia, antara lain dari segi kecepatan, ketelitian, yang terpenting bisa melakukan pekerjaan yang berbahaya yang tidak mungkin dilakukan manusia secara langsung misalnya, pengambilan data di daerah gunung merapi, membersihkan tumpahan bahan radio aktif. Untuk itu diperlukan sebuah robot yang mempunyai kemampuan menghindari halangan (obstacle avoice) agar tercapai misi dari sebuah robot tersebut. Tidak hanya dalam control yang telah berkembang demikian halnya dengan kemajuan yang terjadi pada pengatur steering mobile robot, diantaranya ackerman steering. Prinsip ackerman steering sama dengan steering pada mobil. Dimana salah satu kelebihan dari ackerman steering tidak terjadi slip pada saat berbelok. Hal ini cocok digunakan kehidupan nyata yang kondisi jalannya tidak rata. Jika differential steering dalam kondisi seperti itu, sangat dimungkinkan terjadi slip pada saat berbelok. Penelitian kali ini akan dikhususkan pada sistem kendali PID. Sistem kendali ini digunakan mengendalikan robot agar dapat menghindar dari benturan dengan halangan yang terdapat pada lingkungan sekitar jalan yang ditempuh robot. Untuk menghindari halangan tentu saja diperlukan sebuah sistem steering dimana yang digunakan dalam penelitian ini ackerman steering. Untuk sistem kendali yang digunakan kendali PID dengan parameter input jarak (position sensitive device).

2 Position sensitive device (PSD) merupakan jarak yang digunakan agar mobile robot dapat mengenali lingkungannya. Jenis PSD sonar, laser, infra merah. Salah satu PSD yang infra merah Sharp GPD. Sensor ini menghasilkan output tegangan analog. Untuk itu agar lebih mudah dalam memproses data outputnya diperlukan suatu pemroses yang analog, salah satu FPAA. Dalam penelitian ini mobile robot bernavigasi secara mandiri. Agar dapat mengenali lingkungannnya digunakan PSD yang inframerah, unit pemroses yang digunakan merupakan kombinasi antara FPAAA dengann microcontroller. Metode pendukung mengatasi kondisi lingkungan kendali PID. Mekanisme steering robot ackerman steering, dengan harapan bahwa dapat diaplikasinya ke kondisii yang riil. Metode Dalam perancangan pembuatan Ackerman Mobile Robot Dengan Kendali PID Untuk Menghindari i Halangan Berbasis Hybrid System ini digunakan blok diagram secara keseluruhan seperti pada Gambar. yang di set pada set point maka kecepatan laju motor akan berhenti. Sensor kanan kiri digunakan mendeteksi aya halangan disebelah kanan kiri yang kemudian hasil pembacaannya digunakan oleh mikrokontrolerr menggerakkan motor stir yang berupa motor servo ke kiri atau ke kanan. Namun kanan, kiri merupakan yang bersifat analog. Artinya hasil pembacaan berupa tegangan (volt) yang range nilainyaa 0- volt. Microcontroller tidak dapat secara langsung hasil pembacaan yang analog, karena itu harus diubah menjadi oleh data digital. Untuk mengubah data analog menjadi data digital, hasil pembacaan harus melalui komparator terlebih dahulu. Sensor belakang digunakan mendeteksi aya halangan di bagian belakang. Jika tengah, kirai, kanan mendeteksi halangan yang begitu dekat maka motor DC akan bergerak mundur. Jika dideteksi aya halangan maka motor akan bergerak maju. Perancangan Perangkat Keras Sensor Sharp GPD0 Sensor sharp GPD0 merupakan sebuah deteksi jarak dengan cahaya infra merah yang outputnya berupa tegangan analog. Blok diagram dari sharp GPD0 berisi LED pemancar penerima yang memiliki rangkaian pemroses, driver, rangkaian osilasi serta rangkaian output analog seperti Gambar. Gambar. Blok Diagram Keseluruhan Sistem. Hasil pembacaan tengah akan dibacaa oleh FPAA kontrol PID. Setelah dari FPAA akan menghasilka an sinyal PWM yang kemudian digunakan motor driver mengatur kecepatan motor. Ketika terdapat halangan pada jarak Gambar. Blok Diagram GPD0 (SHARP, 00).

3 Sensor ini mempunyai pin yang terdiri atas tegangan output Vo (pin ), ground (pin ), Vcc (pin ). GPD0 mendeteksi jarak secara terus-menerus ketika diberi daya. Outputnya berupa tegangan analog yang sesuai dengan jarak yang diukur. Gambar. Pinout GPD0 (SHARP, 00). Modul Anadigm ANK0 AnadigmVortex development board suatu alat yang dapat mempermudah dalam implementasi pengujian desain analog yang dibuat pada AnadigmVortex dpasp FPAAA Silikon. Fitur utama yang dimiliki AnadigmVortex delelopment board sebagai berikut: ) Minimalis footprint.. x. inci persegi. ) Breadboard area yang luas pada area perangkat ANE0. ) Pin header semua I/O perangkat FPAA. ) Daisy chain yaitu kemampuan yang memungkinkan beberapaa Board dapat dihubungkan menjadi multi-chip sistem. ) Standart USB serial interface mendownloadd file-file sirkuit dari AnadigmDesigner. ) Osilator modul -MHz pada Board. ) Kemampuan menulis kemudian boot dari EEPROM, tetapi n external EEPROM. Gambar. ANK0-V AnadigmVortex Development Board (Anadigm, 00) Pada penelitian ini buah modul Anadigm ANK0, Di dalam modul tersebut terdapat control PID penghasil sinyal PWM. Tabel. Alokasi Port I/O Modul Port Alokasi IP Jalur Input rangkaiann Set Point IP Jalur Input dari SHARP GPD yang di tengah OP Jalur output PWM Pin VCCC diberi masukan tegangan minimal Volt sampai dengan maksimal. Volt tegangan optimal sekitar Volt. Pin RESET berfungsi masukan reset program secara otomatis atau manual. Gambar. Rangkaian Modul Anadigm ANK0 (Anadigm, 00).

4 Gambar. Rangkaian Modul Anadigm ANK0 (Anadigm, 00). Downloader Modul Anadigm ANK0 Untuk melakukan proses downloading program dari komputer ke dalam memory program internal FPAA, dapat memilih antara interface USB Serial RS. Caranya dengan menghubungkan jumper atas dengan yang tengah jika serial RS jumper tengah bawah serial RS, pada Gambar berikut merupakan jumper yang dipasang RS. mengaktifkan interface serial Designer Ver Perangkat lunak ini mempunyai kelebihan antara lain :. Mampu membuat beberapa rangkaian analog yang kompleks dengan cepat mudah.. Mampu mengkonversi program menjadi bahasa C yang akhirnya dapat digunakan keperluan program pada microprocessor.. Mampu mensimulasikan keluaran rangkaian analog yang telah dibuat, sehingga program yang akan di transfer ke device FPAA benar-benar sesuai dengan yang dirancang.. Mampu membuat sistem filter PID (proportional, integrator, differensiator) dengan mudah cepat. Tampilan Awal Anadigm ditunjukkann pada Gambar 8. Gambar 8. Software Anadigm Designer Jumper Gambar. Konfigurasi Jumper Serial RS USB Program bantu yang terintegrasi merancang rangkaian sekaligus melakukan download program Anadigm Designer. Merupakan perangkat lunak khusus yang digunakan membuat rangkaian analog seperti amplifier, integrator, differensiato or, comparator adder dalam suatu chip IC. Anadigm Designer dibuat oleh Anadigm Inc pada tahun 00 dengan versi.. (Anadigm inc, 00:). Dan yang akan digunakan Anadigm Selain merancang, program Anadigm Designer juga dapat disimulasikan sebelum didownload kedalam Hardware FPAA. dengann cara klik menu Simulate => Begin Simulation, atau tekan F. Kemudian sebelum download program, pastikan FPAAA sudah terhubung dengan Interface PC/Laptop. Dan samakan settingan COM Port pada Anadigm Designer dengan COM Port pada Device Manager. Untuk Anadigm Designer dengan cara klik menu Setting => Preferences => Port. Pada Gambar 9 tampilannya pada Anadigm Designer Gambar 0 pada device manager PC/Laptop.

5 Gambar 9. Tampilan setting COM Port pada Anadigm Designer. Gambar 0. Tampilan Setting COM Port pada Device Manager. Rangkaian ATTiny Rangkaian Minimum minimumm System system ATTiny digunakan sebagai pengatur belok kiri kanan mobile robot. Jadi dalam hal ini jika Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi Vsupply, jika sebaliknya, Vinput lebih besar dari V maka keluarannya akan menjadi + Vsupply. Untuk op-amp yang sesuai di pakai pada rangkaian op-amp komparator biasanya op- di amp dengan tipe LM9 yang banyak pasaran. Pada penelitian ini penulis tegangan referensi sebesar 0,. Hal ini karenaa sharp GPD0 mendeteksi jarak cm pada tegangan 0,. Jika tegangan dari lebih besar daripada tegangan refrensi maka outputnya +VSupply, jika tegangan lebih kecil daripada tegangan Vsupply. refrensi makaa outputnya J gpd0 tegangan refrensi + - V U9A LM9 output V J C 0pf C 0pf PORT Y 8mhz reset 8 9 U RST/VPP XTAL XTAL P.0/RXD P./TXD P./INT0 P./INT P./T0 P./T P. ATTINY 0 VCC P. P. P. P. P. P. P./AIN P.0/AIN0 Gambar. Minimum System Mikrokontroler ATTiny. Rangkaian Komparator Op-amp tersebutt akan membandingkan nilai tegangan pada kedua masukannya, apabila masukan (-) lebih besar dari masukan (+) maka, keluaran op- amp akan menjadi sama dengan Vsupply, apabila tegangan masukan (-) lebih kecil dari masukan (+) maka keluaran op-amp akan menjadi sama dengan + Vsupply C CAP sck miso mosi V sck miso mosi reset J PORT J downloader Gambar. Rangkaiann Komparator Rangkaian Motor Driverr Rangkaiann motor driver merupakan komponen sangat penting pengendalian motor DC. Pengendalian motor DC bisa berupa gerakan searah jarum jam atau berlawanan jarum jam. Selain itu dari motor drver dapat mengendalikann kecepatan motor driver yaitu dengan mengatur PWM (Pulse Width Modulation). Motor driver yang digunakan IC L98N yang mampu meyuplai arus sampai ampere pada tiap kanal. Power utama yang digunakan volt, segkan input L98 menerima tegangan TTL (0 sampai VDC) dari minimum system.

6 v C LM80/TO CAP v U VIN D DIODE VOUT J power v C CAP v dir 9 U ISENA OUT IN IN VSS ENB OUT l98 motor ISENB OUT motor v OUT VS pwm ENA 8 0 IN dir IN J dir dir pwm control motor v - + DIODE BRIDGE motor D mtr J v direct U ISENA OUT IN IN 9 VSS ENB OUT ISENB OUT OUT VS ENA 8 0 IN IN v pwm direct direct direct pwm v + control D mtr - l98 mtr DIODE BRIDGE mtr Gambar. Rangkaian dari Motor Driverr Untuk menjalankan motor DC yang penulis pakai, penulis membutuhkan arus yang lebih besar guna menstabilkan performa robot. Maka solusi yang tepat memparalel dua channel outpu driver motor tersebut agar menjadi satu mendapatkan arus sebesar A seperti yang terlihat Padaa Gambar. Gambar. Perancangann Kontroler PID PWM Perangkat Lunak Pada Microcontrol ller Rangkaian Set Point Rangkaian set point ini berfungsi menentukann jarak yang diinginkan berhenti. Rangkaian set point ini potensiometer 0 MΩ. Rangkaian set point merupakan rangkaian pembagi tegangan, yang range tegangannya dari 0-9 volt. Tegangan sumber (VCC) yang digunakan 9 volt. VCC R RESISTOR VAR outputt Gambar. Rangkaian Set Point Perangkat ANK0 Lunak Padaa Anadigm Gambar. Flowchart Microcontroller. Dari gambar digram alir di atas dapat dijelaskan bahwa kiri kanan akan terus secara kontinyu mendeteksi jarak. Sensor kiri kanan terlebih dahulu masuk ke dalam komparator mendapatkan nilai digital. Pada saat kanan kiri tidak mendeteksi aya halangan maka motor kemudi akan bergerak tepatt ditengah-tengah. Pada saat kanan tidak terdapat halangann kiri adaa halangan maka akan belok kanan yaitu dengan motor kemudi berputar ke kiri. Pada saat kanan terdapat

7 halangan kiri tidak ada halangan maka akan belok kiri yaitu dengan motor kemudi berputar ke kanan. Jika kedua mendeteksi aya halangan maka akan belok ke kanan yaitu dengan motor kemudi berputar ke kiri. Pengujian Keseluruhan Sistem Tujuan dari pengujian keseluruhan sistem ini yaitu mengetahui system pada aplikasi apakah dapat berjalan sesuai dengan yang diharapkan. Dimulai dari mendeteksi halangan, berhenti perlahan, kemudian berbelok. Hasil dari pengujian ini diperoleh hasil ketika terdapat obstacle, robot akan langsung berhenti. Dan tidak bisa berbelok karena telah berhenti terlebih dahulu. Kesimpulan Dari penelitian ini dengan melihat masalah yang telah dirumuskan maka dapat diambil kesimpulan seperti berikut :. Untuk merancang membuat ackerman mobile robot dengan kendali PID menghindari halangan.. Respon kecepatan stabil pada saat µs. Pembacaan PSD dapat langsung dibaca oleh FPAA karena FPAA bersifat Analog.. Dalam mendesain Bagaimana mendesain kendali PID FPAA. Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya. Anadigm Inc. 00. ANE0 Datasheet. (online). ( U00.pdf). Diakses pada tanggal Juni 0. ATMEL Corporation bit Microcontroller with K Bytes In- System Programmable Flash ATtiny. (Online). ( Diakses pada tanggal Juli 0. SHARP Corporation. 00. GPD0 Optoelectronic device. (Online). ( 0). Diakses pada tanggal 9 Juli 0. Widyantara, Helmy Sistem Kendali Kecepatan Motor Searah dengan Algoritma Proportional Differential Digital Berbasis Field Programmable Gate Array, (Jurnal). Surabaya: STIKOM Surabaya. Saran Saran yang diajukan dari Tugas Akhir ini penelitian selanjutnya : Penelitian ini control PID dengan try and error. Diharapkan pada penelitian selanjutnya metode yang lebih baik. Daftar Pustaka Alit Aryanti, Ni Ketut. Perencanaan Pembuatan Alat Kontrol PH pada Kolam Pembenihan Ikan Menggunakan FPAA. Surabaya: