Makalah Seminar Tugas Akhir. Robot Berkaki Empat Pendeteksi Cahaya dan Penghindar Rintangan

Transkripsi

1 Makalah Semnar Tugas Akhr Robot Berkak Empat Peneteks Cahaya an Penghnar Rntangan Dw Inro Woo [], Iwan Setawan, S.T, M.T [], Bu Setyono, S.T, M.T [] Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknk, Unverstas Dponegoro Jln. Prof. Suharto, Tembalang, Semarang, Inonesa Abstrak Robotka merupakan bang lmu pengetahuan yang mengalam perkembangan engan cepat, salah satunya aalah robot berkak empat. Pembahasan mengena robot berkak melput banyak hal sepert fungs an kegunaannya, metoe kontrol yang gunakan an lan-lan. Permasalahan yang muncul paa robot berkak empat n aalah cara meneteks aanya cahaya an cara menghnar sebuah rntangan epan robot. Tujuan utama ar tugas akhr n aalah menggunakan metoe kenal yang bak agar robot bsa meneteks aanya cahaya an apat menghnar rntangan epan robot tanpa menabrak rntangan yang menghalangnya. Robot berkak n menggunakan sensor LDR yatu untuk meneteks aanya cahaya an sensor ultrasonk (PING TM ) yatu untuk meneteks aa taknya rntangan sehngga robot berkak mampu berjalan tanpa menabrak rntangan yang menghalangnya. Seangkan untuk penggeraknya (kak) gunakan motor servo. Paa tugas akhr n, permasalahan paa robot berkak selesakan engan menerapkan metoe kenal Proporsonal Dervatf (PD). ata kunc : Robot berkak, enal Proporsonal Dervatf, Sensor LDR, Sensor jarak I. PENDAHULUAN Robot berkak peneteks cahaya an penghnar rntangan sangat pentng kegunaannya, sepert robot berkak yang gunakan untuk melakukan penyusupan paa aerah-aerah yang berbahaya, sebaga pembersh ruangan, penghantar barang pabrk-pabrk an rumah sakt, eksploras wlayah yang berbahaya atau yang belum terjamah manusa, bahkan robot berkak juga berperan alam hal eukatf an hburan (entertanmen). Dan hal yang harus perhatkan alam pembuatan robot berkak n aalah pembuatan mekank robot an metoe pengontrolan yang gunakan. Paa Tugas Akhr n, selan mempunya kemampuan menghnar rntangan, robot berkak juga mempunya kemampuan untuk meneteks aanya cahaya. Pengenal PD (Proportonal Dervatve) gunakan untuk mengontrol pergerakan robot an mengontrol kecepatan gerak robot alam mencapa rntangan. Paa asarnya pengenal proporsonal suah mencukup untuk mengenalkan pergerakan robot berkak an kecepatan gerak robot alam mencapa rntangan. Penambahan pengenal ervatve n sebabkan karena sfat ar pengenal ervatve yang apat membantu memperbak error an mempreks error yang akan terja. Tujuan alam pengerjaan Tugas Akhr yang berjuul Robot Berkak Empat Peneteks Cahaya an Penghnar Rntangan n aalah mengaplkaskan perancangan sstem kontrol umpan balk berbass proporsonal ervatf sehngga robot yang rancang apat meneteks Mahasswa Jurusan Teknk Elektro UNDIP Staf Pengajar Jurusan Teknk Elektro UNDIP [] cahaya an menghnar aanya rntangan epan robot. II. DASAR TEORI. nematka Gerak Robot ak Empat Motor servo ak kanan epan melangkah a b c e ak kanan belakang melangkah f g h j Gambar. Robot kak empat tampak sampng Berkut n aalah tabel ar pergerakan robot berkak empat: Tabel. Gerak kak Robot Berkak Empat

2 .3 Sensor Jarak Sensor yang gunakan paa Tugas Akhr n merupakan sebuah sensor ultrasonk buatan Parallax (Sensor PING Ultrasonk Range Fner). Bentuk vsual sensor yang gunakan alam tugas akhr n tunjukkan paa Gambar.3. Sensor PING n secara khusus esan untuk apat mengukur jarak sebuah bena paat. eterangan : : ak menempel ke lanta : ak nak. Pengenal PID Pengenal PID aalah suatu sstem pengenal yang merupakan gabungan antara pengenal proporsonal, ntegral, an turunan (ervatve). Dalam waktu kontnyu, snyal keluaran pengenal PID apat rumuskan sebaga berkut. u( u( atau e( P P e( T t 0 t 0 e( t e( t T e( (.) t e( t.(.) engan u ( = snyal keluaran pengenal PID P = konstanta proporsonal T = waktu ntegral T = waktu turunan = konstanta ntegral = konstanta turunan e ( = snyal kesalahan (e( = referens output ) Ja, fungs alh pengenal PID (alam oman s) apat nyatakan sebaga berkut. Gc s p s.(.3) s Dagram blok pengenal PID apat lhat paa Gambar. masukan E(s) s + p - s Y(s) Gambar. Dagram blok pengenal PID. U(s) [] Gambar.3 Sensor PING Ultrasonk Range Fner. Sensor PING meneteks jarak objek engan cara memancarkan gelombang ultrasonk (40kHz) selama waktu pemancaran kemuan meneteks pantulannya. Sensor PING memancarkan gelombang ultrasonk sesua engan pulsa trgger ar mkrokontroler sebaga pengenal. Gambar.4 menunjukkan tmng agram ar sensor PING. Gambar.4 Tmng Dagram Sensor PING Ultrasonk Range Fner. Waktu tempuh gelombang ultrasonk apat tunjukkan paa Gambar.5. Maka jarak yang ukur apat rumuskan sebaga berkut : t sx m s Jarak = IN 344 / meter.(.4) Gambar.5 Ilustras cara kerja sensor PING..4 LDR (Lght Depenent Resstor) LDR mempunya karakterstk mana nla resstansnya yang tngg ketka tak terkena cahaya an nla resstansnya akan

3 turun ketka LDR terkena cahaya. Besarnya penurunan nla resstans LDR juga pengaruh oleh ntenstas cahaya yang masuk ke LDR, semakn tngg ntenstas cahayanya maka semakn renah pula nla resstansnya. LDR cc R Mkrokontroler n plh karena ftur-fturnya yang lebh lengkap sepert ADC nternal engan feltas 0 bt, tmer engan kemampuan menghaslkan gelombang PWM, pemrograman ISP, EEPROM nternal, flash memor 8 b (4 b wors) an ftur-ftur lannya. Sstem Mnmum Mkrokontroler ATmega8535 out PORTA PA.0 - PA.3 : Push Button PA.4 - PA.7 : Sensor LDR PORTB PB.0 - PB.7 : Motor Servo Gambar.6 Rangkaan Sensor Cahaya Besar tegangan keluaran (O) aalah : R O CC R R = Tahanan Ser R = Tahanan LDR (.5) III. PERANCANGAN 3. Perancangan Perangkat eras Perancangan perangkat keras paa plant robot berkak n melput mkrokontroler AR ATmega 8535, sensor ultrasonk (PING TM ), sensor LDR, Push button, LCD an rangkaan catu aya. Secara umum perancangan yang akan buat apat jelaskan paa gambar agram blok, Gambar 3. bawah n. Sensor PING Sensor LDR Push Button Sstem Mkrokontroler ATMega 8535 Catu Daya Gambar 3. Blok agram sstem LCD Motor Servo 3.. Sstem Mnmum AR ATMega8535 Mkrokontroler AR ATmega8535 yang gunakan suah menukung kemampuan In- System Programmng, mana pengsan program ke alam sstem engan mkrokontroler yang seang gunakan bsa lakukan. Mkrokontroler ATmega8535 berfungs sebaga pengenal utama. Algortma kontrol PD tanamkan ke alam mkrokontroler melalu lstng program yang suah comple. [3] PORTC PORTD PC.0 - PC.7 : LCD (Lqu Crystal Dsplay) PD.6 : Sensor PING PD.7 : Motor Servo Mn Gambar 3. Alokas port paa sstem mnmum mkrokontroler ATmega8535 Ftur-ftur ar mkrokontroler yang gunakan alam pembuatan Tugas Akhr n melput tmer yang fungskan sebaga PWM moe phase correct untuk membangktkan snyal PWM sebaga snyal kontrol, seangkan PORTA an PORTC gunakan sebaga gtal I/O basa. 3.. Sensor Ultrasonk Berasarkan atasheet, moul PING TM n apat gunakan untuk mengukur jarak bena sejauh 3 cm sampa 300 cm. Sstem n apat terapkan paa robot sebaga pengnera aanya halangan. Paa sstem robot n rentang jarak yang gunakan aalah 0 cm sampa 60 cm. Jarak yang ukur apat rumuskan sebaga berkut : t sx m s Jarak = IN 344 / meter Untuk perhtungan waktu yang perlukan gelombang ultrasonk untuk menempuh jarak cm aalah sebaga berkut : t x34400 cm / s cm n cm x cm t n cm t n Dengan emkan, untuk mengukur jarak tempuh gelombang ultrasonk per centmeter, perlukan tmer engan waktu overflow sebesar 58.0 μs. Perhtungan jarak akan hentkan apabla terja perubahan logka low paa PIND.6 us s

4 sebaga tana bahwa tereteks pantulan gelombang ultrasonk Sensor LDR LDR cc R error jarak an perubahan error jarak. eluaran ar pengenal Proportonal Dervatve (PD) n berupa snyal kontrol yang kemuan mengenalkan plant motor servo, sehngga kecepatan kak paa robot n kenalkan oleh snyal kontrol ar masng-masng pengenal Proportonal Dervatve (PD). Blok agram pengenalan secara umum apat lhat paa Gambar 3.4 berkut. out Gambar 3.3 Rangkaan Sensor Cahaya Ref jarak + - Error enal Proporsonal Dervatve ROBOT BERAI Motor Servo Jarak put Paa gambar 3.3, rangkaan sensor cahaya konfguraskan sebaga rangkaan pembag tegangan, engan rangkaan atas maka ketka aa cahaya, rangkaan akan menghaslkan tegangan keluaran engan range antara 0 5. Perhtungan tegangan outputnya aalah : ons gelap, maka tahanan LDR, sehngga: CC R R olt x 5 ons terang, maka tahanan LDR 0 ohm, sehngga: CC R R 00 x ,5 olt Tegangan keluaran yang haslkan rangkaan sensor cahaya n mempunya range antara 0 5 volt, keluaran rangkaan n tak memerlukan pengkons snyal sehngga apat langsung sebaga masukan analog ar rangkaan ADC 3. Perancangan Perangkat Lunak (Software) Robot yang buat paa Tugas Akhr n aalah robot yang mempunya tugas untuk meneteks aanya cahaya an juga berkemampuan untuk menghnar rntangan epan robot. Robot n kenalkan engan menggunakan pengenal Proportonal Dervatve (PD) an masukan pengenal berupa [4] Gambar 3.4 Blok Dagram Sstem Gambar 3.5 berkut aalah gambar agram keaaan pengenalan robot berkak peneteks cahaya an penghnar rntangan. Insalsas /Robot Dam; Baca Sensor Jarak; Baca Sensor cahaya; Jarak Aktual Scannng Objek Meneteks Jarak /Aturan PID; Sensor Png Meneteks Cahaya /Aturan Cahaya; Meneteks Jarak /Aturan PID; Meneteks Jarak /Aturan PID; Tak Meneteks Jarak & Cahaya Baca Jarak /Membanngkan Jarak anan an r; Obstacle Avoance Robot Maju Seekng Lght Meneteks Cahaya /Aturan Cahaya; Meneteks Cahaya /Aturan Cahaya; Gambar 3.5 Dagram eaaan Sstem Robot Berkak I. PENGUJIAN DAN ANALISA 4. Pengujan Perangkat eras 4.. Pengujan Sensor PING Pengujan terhaap sensor PING lakukan engan mengukur jarak suatu bena terukur yang letakkan haapan sensor, pembacaan sensor batas paa jarak 0 cm 90 cm. Data hasl pengukuran yang lakukan aalah sebaga berkut.

5 Tabel 4. Hasl pengukuran jarak engan PING. No. Jarak Terukur (cm) 0 9,5 0 0, , , ,5 Dar Tabel 4., terlhat bahwa sensor PING TM tak sesua terhaap jarak sesungguhnya. Hal n sebabkan karena pengukuran atau aanya pembulatan alam pemrograman. 4.. Pengujan Sensor LDR Pengujan rangkaan LDR n berguna untuk mengetahu karakterstk LDR yang gunakan serta membanngkan tegangan keluaran antara keempat rangkaan sensor LDR yatu LDR epan, LDR anan, LDR kr an LDR belakang. Pengujan lakukan engan pencahayaan ar senter, kemuan ukur tegangan keluaran ar rangkaan LDR yang konfguras sebaga pembag tegangan. Tabel 4.4 Tegangan keluaran LDR Jarak Senter (cm) Rangkaan LDR Depan (ol Rangkaan LDR anan (ol Jarak Tereteks PING (cm) Tegangan eluaran Rangkaan LDR r (ol Rangkaan LDR Belakang (ol 0 3,43 3,68,46 3,44 0 3,3 3,66,5 3, ,7 3,60,96 3, ,9 3,55,63 3,3 50,98 3,5,49 3,4 60,86 3,45,38 3,5 70,74 3,40,9 3, 80,63 3,37,06 3,04 90,58 3,35 0,95,99 00,49 3,0 0,90,88 Dar tabel 4.4 apat amat bahwa semakn jauh jarak senter, maka tegangan yang haslkan rangkaan LDR semakn kecl. 4. Pengujan Perangkat Lunak 4.. Pengujan Nla p paa Robot Berkak Empat Secara gars besar nla p yang akan nput-kan batas antara 0-5. Aapun hasl pengamatan vsual robot berkak engan pengenal proposonal aalah sebaga berkut: Tabel 4. Hasl Pengujan robot berkak engan pengenal proposonal (p) No Pengujan lakukan engan memasukkan nla p saja, kemuan nla jarak referens yang gunakan aalah. Penggunaan nla jarak referens yang berbea tentunya akan memberkan hasl yang berbea pula. Dar hasl pengujan peroleh nformas bahwa pemlhan nla p yang besar akan apat membuat robot berkak bergerak lebh cepat alam menuju halangan 4.. Pengujan Nla p an paa Robot Berkak Empat Nla p an yang akan -nput-kan batas antara 0-5. Aapun hasl pengamatan vsual robot berkak engan pengenal proposonal ervatve aalah sebaga berkut: Tabel 4.3 Hasl Pengujan robot berkak engan pengenal proposonal ervatve No Jarak Referens (cm) p Waktu Robot Mencapa Rntangan (etk) Jarak Referens (cm) aras Parameter p Waktu Robot Mencapa Rntangan (etk) Antara pengenal P an pengenal PD memberkan perbeaan hasl yang sgnfkan. Maka terapkanlah pengenal PD. Dmana proposonal berfungs sebaga aks robot menekat jarak referens (mempercepat rse tme), an ervatve berfungs untuk koreks terhaap tngkah robot [5]

6 4.3 Pengujan Pergerakan Robot Dalam Meneteks Cahaya an Menghnar Rntangan 4.3. Pergerakan Robot alam Meneteks Cahaya ar belakang robot maka robot akan berotas ke kanan engan suut ketajaman yang lebh besar Pergerakan Robot alam Menghnar Rntangan LDR Depan Gambar 4. Sensor cahaya epan meneteks aanya cahaya an robot bergerak maju Gambar 4.5 Robot Bergerak maju sampa menuju jarak referens LDR anan Gambar 4.6 Pengujan robot engan jarak referens 0 cm, robot berhent Gambar 4. Sensor cahaya kanan meneteks aanya cahaya an robot belok/berotas ke kanan Gambar 4.7 Robot melakukan scannng setelah mencapa jarak referens LDR r cm Gambar 4.8 Robot melakukan rotas ke kanan apabla jarak halangan engan robot sebelah kanan lebh besar banngkan jarak halangan kr robot. cm Gambar 4.3 Sensor cahaya kr meneteks aanya cahaya an robot belok/berotas ke kr LDR Belakang Gambar 4.4 Sensor cahaya belakang meneteks aanya cahaya an robot belok/berotas ke kanan Paa gambar atas, terlhat bahwa robot bergerak sesua engan atangnya cahaya. Dengan jarak ar sumber cahaya yatu sebesar 0 cm. Apabla sumber cahaya berasal ar epan robot maka robot akan bergerak maju. Apabla sumber cahaya berasal ar kanan robot maka robot akan berotas ke kanan. Apabla sumber cahaya berasal ar kr robot maka robot akan berotas ke kr. Apabla sumber cahaya berasal [6] Gambar 4.9 Robot melakukan rotas ke kr apabla jarak halangan engan robot sebelah kr lebh besar banngkan jarak halangan kanan robot. Gambar atas menunjukkan robot bergerak untuk menghnar aanya halangan. Setelah mencapa jarak referens robot berhent an melakukan scannng objek. emuan sensor jarak menghtung jarak terjauh ar halangan untuk melakukan pergerakan robot selanjutnya.

7 . PENUTUP 5. esmpulan Berasarkan perancangan, pengujan, an analss yang telah lakukan, maka apat smpulkan hal-hal sebaga berkut:. Dar hasl pengujan terhaap kenal kecepatan robot alam mencapa rntangan/halangan, apatkan bahwa untuk sstem tanpa kontroler menghaslkan respon sstem yang lambat.. Pengujan engan kontroler proporsonal (p) mempercepat keluaran respon menuju nla referens. Semakn besar nla p, maka semakn cepat rse tme nya sehngga gerak laju ar robot lebh cepat. 3. ontroler fferensal () berpengaruh paa senstvtas sstem terhaap perubahan jarak. 4. eteltan ar sensor jarak PING sangat berpengaruh terhaap pergerakan robot alam menghnar rntangan. 5. Arah gerak robot sangat berpengaruh terhaap peneteksan bentuk rntangan yang beraa epan robot. 5. Saran Sebaga masukan guna pengembangan lebh lanjut ar Tugas Akhr n, maka penuls memberkan beberapa saran sebaga berkut :. Pengenal PD mash memberkan performa yang kurang memuaskan, sehngga untuk pengembangan lebh lanjut apat gunakan sstem kontrol ceras sepert Fuzzy, JST an Algortma Genetk.. Penambahan sensor ultrasonk akan menjakan robot lebh senstf alam membaca aanya halangan. 3. Penambahan sensor LDR akan menjakan robot lebh senstf alam meneteks aanya sumber cahaya. 4. onstruks mekank robot berkak bsa lebh sempurnakan sehngga robot berkak bsa berjalan alam kons jalan berkerkl an jalan tak rata. 5. Robot berkak n bsa tambahkan kamera, sehngga robot bsa pantau ar jarak jauh. [3] Lee, Honglak. kk, Quarupe Robot Obstacle Negotaton va Renforcement Learnng, Stanfor Unversty. [4] Mohroj, Perancangan Bpeal Robot Penjejak Dnng Ruang Menggunakan enal PD, Laporan Tugas Akhr Teknk Elektro Unverstas Dponegoro, Me, 0. [5] Ogata, atsuhko, Teknk ontrol Automatk Jl, Dterjemahkan Oleh Ir. E Leksono, Penerbt Erlangga, Jakarta, 994. [6] Rabbo, Saber Ab, Desan, Implementaton an Control of Walkng Robot va PIC Mcrocontroller, Mechancal Desgn an Pro. Department Shoubra Faculty of Engneerng Benha Unversty, 008. [7] Setawan, Iwan, ontrol PID untuk Proses Inustr, Elex Mea omputno, Jakarta, [8] Taleb, S. kk, Towars Dynamc Step Clmbng For A Quarupe Robot wth Complant Legs, McGll Unversty, Montreal, CANADA. [9] , ATmega 8535 Data Sheet, Januar 00. [0] , PING))) Ultrasonc Dstance Sensor Data Sheet, Maret 0. [] , Coe son AR Data Sheet, Maret 0. [] , LDR Data Sheet, Maret 0. BIODATA MAHASISWA Dw Inro Woo (LF ) Saat n seang melanjutkan stu penkan strata I Jurusan Teknk Elektro, Fakultas Teknk Unverstas Dponegoro onsentras ontrol. Mengetahu an mengesahkan, DAFTAR PUSTAA [] Bejo, Agus, C&AR Rahasa emuahan Bahasa C alam Mkrokontroler ATMega8535. Penerbt Graha Ilmu, Yogyakarta 008. [] Buharto, Woo, Membuat Robot Ceras, Penerbt Elex Mea omputno, Jakarta, 006. [7] Dosen Pembmbng I Iwan Setawan, ST, MT NIP Tanggal: Dosen Pembmbng II Bu Setyono, ST, MT NIP Tanggal: