1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dalam menunjang produktivitas pekerjaan, manusia telah lama menginginkan sebuah asisten pribadi yang mampu melakukan beberapa tugas. Asisten berupa robot otomatis yang mampu membantu manusia menyelesaikan pekerjaannya. Selain itu, robot otomatis juga dapat diaplikasikan dalam bidang militer, kedokteran, hiburan, serta transportasi. Salah satu jenis robot ialah robot keseimbangan. Robot keseimbangan merupakan robot yang hanya memiliki satu atau dua roda sebagai alat gerak dan mampu menyeimbangkan dirinya sendiri. Robot yang bekerja dengan konsep pendulum terbalik ini telah dikembangkan oleh Segway, Inc. sebagai sarana transportasi yang dapat digunakan sebagai alternatif kendaraan dalam maupun luar ruangan. Segway terdiri dari dua roda dan pergerakannya dikendalikan dengan membaca perpindahan titik berat pengendara. Segway dapat bergerak maju, mundur, belok, dan berhenti. Namun robot keseimbangan dua roda masih memiliki kekurangan diantaranya ketika hendak melakukan perubahan arah robot ini memerlukan waktu dan tempat yang cukup banyak. Untuk mensiasati hal tersebut, dikembangkanlah robot keseimbangan dengan sebuah roda berbentuk bulat (bola) sebagai alat geraknya. Robot keseimbangan ini disebut ballbot. Ballbot menggunakan sebuah bola yang digerakkan oleh roda omni sebagai alat gerak. Dengan menggunakan bola, Ballbot dapat berputar ke depan, belakang, kiri, kanan, dan bahkan berotasi ke segala arah dengan leluasa. Perkembangan ballbot sampai saat ini masih dalam tahap uji coba di laboratorium dan belum ada aplikasi dalam dunia nyata seperti segway. Meski demikian, untuk kedepannya ballbot akan mampu digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Ballbot juga seperti robot keseimbangan yang lain, yaitu bekerja dengan konsep pendulum terbalik. Dan hal paling penting dalam robot keseimbangan ialah menjaga agar robot tersebut mampu berdiri dan mempertahankan keseimbangannya. Diperlukan sebuah sistem kendali yang mampu menjaga 1
2 keseimbangan dan kestabilan robot. Ada banyak metode kendali yang dapat diterapkan pada ballbot, salah satunya ialah PID. Sistem kendali PID (yang merupakan akronim dari proportional, integral and derivative ) ialah salah satu metode yang digunakan untuk kendali proses (Bennett, 1993). Dengan menggabungkan kendali proportional, integral, dan derrivative, PID cukup optimal untuk digunakan sebagai sistem kendali. Permasalahan yang timbul berikutnya ialah menentukan konstanta Kp, Ki, dan Kd. Pada penelitian ini akan diajukan metode tuning konstanta PID menggunakan logika fuzzy. Dengan kemampuannya membuat mesin berfikir secara samar maka diharapkan mampu menentukan konstanta dengan optimal sehingga mempersingkat rise time dan meminimalisir overshot. Namun demikian perlu dilakukan penelitian mengenai implementasi tuning sistem kendali PID menggunakan logika fuzzy pada keseimbangan ballbot. 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah diatas maka dirumuskan sebuah penelitian yaitu: bagaimana menerapkan sistem kendali PID dengan metode tuning logika fuzzy pada ballbot agar mampu kembali ke posisi tegak di atas bola statis. 1.3 Batasan Masalah Agar permasalahan yang dibahas dapat fokus maka penelitian ini diberi batasan masalah sebagai berikut: a. Ballbot menggunakan tiga buah motor DC dan tiga buah roda omni untuk menggerakkan sebuah bola. b. Menggunakan IMU 6 DOF (Degree of Freedom) sebagai sensor pengukuran inersia c. Untuk akuisisi data sensor digunakan algoritma kalman filter dari pustaka yang tersedia. d. Penalaan konstanta PID menggunakan metode logika fuzzy.
3 e. Ballbot diuji dalam keadaan statis dengan kemiringan maksimal masingmasing sumbu sebesar 15 0 f. Pengujian dilakukan secara statis yaitu bola ditahan agar tidak bergerak. 1.4 Tujuan Penelitian Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini ialah mampu merancang sistem kendali PID dengan metode tuning logika fuzzy pada ballbot agar mampu kembali ke posisi tegak di atas bola statis 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat dengan adanya penelitian ini ialah dapat digunakan sebagai acuan pembanding antara respon yang dihasilkan oleh PID dengan menggunakan sistem tuning fuzzy dan metode classical tunning pada sistem keseimbangan ballbot. 1.6 Metodologi Penelitian Metodologi penelitian yang digunakan dalam penyelesaian skripsi ini adalah sebagai berikut: a. Studi literatur Mencari dan mempelajari referensi tentang permasalahan logika fuzzy, sistem kendali PID, akses sensor IMU, dan mencari tinjauan pustaka yang sesuai dengan penelitian tugas akhir yang dilakukan. b. Konsultasi dan diskusi Melakukan konsultasi dengan Dosen Pembimbing serta berdiskusi peneliti yang juga melakukan penelitian mengenai sistem kendali PD dan logika fuzzy. Hasilnya adalah didapatkan rancangan himpunan dan aturan logika fuzzy yang digunakan sebagai penala konstanta P dan D pada sistem kendali PD. c. Rancangan sistem Rancangan perangkat keras meliputi penentuan jumlah motor dan roda, sensor, serta mikrokontroller yang digunakan. Hasil rancangannya,
4 digunakan tiga buah motor DC 12V, 3 roda omni, IMU GY-86 sebagai sensor inersia, serta arduino uno sebagi pusat pengolahan data. a. Implementasi Implementasi sistem meliputi hasil dari rancangan yang telah dibuat. Ketiga motor dan roda diletakkan dengan sudut 50 o terhadap sumbu tegak dan jarak antar motor sebesar 60 o. Digunakan persamaan invers kinematik untuk mengatur gerak ketiga motor tersebut. b. Pengujian dan pembahasan Pengujian sistem kendali PD dengan metode tuning logika fuzzy ini dilakukan dengan menguji respon sistem terhadap kendali, serta dengan variasi rentang nilai keluaran pada himpunan fuzzy. 1.7 Sistematika Laporan Sistematika penulisan yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I PENDAHULUAN Bab ini berisi latar belakang, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metodologi penelitian dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Tinjauan pustaka memuat uraian sistematis tentang informasi hasil penelitian yang disajikan dalam pustaka dan menghubungkannya dengan masalah penelitian yang sedang diteliti. BAB III DASAR TEORI Pada bagian ini dijelaskan mengenai metode-metode yang digunakan serta algoritma sistem yang dibuat. BAB IV PERANCANGAN SISTEM Pada bagian ini dijelaskan mengenai perancangan algoritma dan metode penalaan konstanta P dan D dari sistem kendali. BAB V IMPLEMENTASI SISTEM
5 Bab ini berisi tentang implementasi sistem kendali PID dengan metode penalaan yang telah dirancang pada bab sebelumnya. BAB VI HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Pada bab ini akan dijelaskan mengenai proses pengujian dan hasil sistem kendali PID pada ballbot keseluruhan serta pembahasan hasil pengujian. BAB VII PENUTUP Bab ini berisi kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan serta saran-saran pengembangan penelitian selanjutnya.