ESTIMASI POSISI ROBOT MOBIL MENGGUNAKAN UNSCENTED KALMAN FILTER. Oleh: Miftahuddin ( )

dokumen-dokumen yang mirip
ALGORITMA ADAPTIVE COVARIANCE RANK UNSCENTED KALMAN FILTER UNTUK ESTIMASI KEADAAN PADA PERSAMAAN AIR DANGKAL

IMPLEMENTASI ENSEMBLE KALMAN FILTER PADA ESTIMASI KECEPATAN KAPAL SELAM

Oleh: Dimas Avian Maulana Dosen Pembimbing: Subchan, Ph.D

Estimasi Posisi Mobile Robot Menggunakan Metode Akar Kuadrat Unscented Kalman Filter (AK-UKF)

Perbandingan Metode Kalman Filter, Extended Kalman Filter, dan Ensemble Kalman Filter pada Model Penyebaran Virus HIV/AIDS

Optimasi Pada Misil Menggunakan Bang-Bang Control Dan Ensamble Kalman Filter

TUGAS AKHIR. ESTIMASI POSISI MAGNETIC LEVITATION BALL MENGGUNAKAN METODE ENSEMBLE KALMAN FILTER (EnKF) Oleh: ARIEF RACHMAN

Estimasi Solusi Model Pertumbuhan Logistik dengan Metode Ensemble Kalman Filter

Implementasi Ensemble Kalman Filter (Enkf) Untuk Estimasi Ketinggian Air Dan Temperatur Uap Pada Steam Drum Boiler

BAB III EXTENDED KALMAN FILTER DISKRIT. Extended Kalman Filter adalah perluasan dari Kalman Filter. Extended

PENERAPAN MODEL PREDICTIVE CONTROL (MPC) PADA DESAIN PENGENDALIAN ROBOT MOBIL BERODA EMPAT

SEMINAR TUGAS AKHIR. Penerapan Metode Ensemble Kalman Filter untuk Estimasi Kecepatan dan Ketinggian Gelombang Non Linear pada Pantai

Metode Asimilasi Data sebagai Estimasi Penyelesaian Masalah-masalah Lingkungan

DESAIN PENGENDALIAN ROBOT MOBIL BERODA MENGGUNAKAN METODE SLIDING MODE CONTROL (SMC) Oleh: Ratnawati

Estimasi Variabel Dinamik Kapal Menggunakan Metode Kalman Filter

PERBANDINGAN METODE EXTENDED KALMAN FILTER DAN UNSCENTED KALMAN FILTER PADA ESTIMASI MODEL PREDATOR-PREY LOTKA-VOLTERRA SKRIPSI

BAB III KALMAN FILTER DISKRIT. Kalman Filter adalah rangkaian teknik perhitungan matematika (algoritma)

Penerapan Model Predictive Control (MPC) pada Desain Pengendalian Robot Mobil Beroda Empat

PENGENDALIAN OPTIMAL PADA SISTEM STEAM DRUM BOILER MENGGUNAKAN METODE LINEAR QUADRATIC REGULATOR (LQR) Oleh : Ika Evi Anggraeni

ANALISIS MODEL KINEMATIK PELURU KENDALI PADA PENEMBAKAN TARGET MENGGUNAKAN METODE KENDALI OPTIMAL

WAKTU OPTIMUM PADA PELURU KENDALI DENGAN MANUVER AKHIR MENGHUNJAM VERTIKAL. Sari Cahyaningtias Dosen Pembimbing: Subchan, Ph.

OPTIMASI PARAMETER α DAN γ DALAM PEMULUSAN EKSPONENSIAL DUA PARAMETER DENGAN METODE MODIFIKASI GOLDEN SECTION

DESAIN SISTEM KENDALI GERAK SURGE DAN ROLL PADA SISTEM AUTONOMOUS UNDERWATER VEHICLE DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL (SMC)

PENGENDALIAN GERAK ROBOT MOBIL BERPENGGERAK DIFFERENSIAL BERDASARKAN METODE TRACKING CONTROL BERBASIS PROPORTIONAL DERIVATIVE (PD)

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

Estimasi Parameter pada Model Suku Bunga Cox Ingersoll Ross (CIR) Menggunakan Kalman Filter untuk Menentukan Harga Zero Coupon Bond

Sistem Pengemudian Otomatis pada Kendaraan Berroda dengan Model Pembelajaran On-line Menggunakan NN

Kontrol Fuzzy Takagi-Sugeno Berbasis Sistem Servo Tipe 1 Untuk Sistem Pendulum Kereta

OPTIMASI PENCAPAIAN TARGET PADA SIMULASI PERENCANAAN JALUR ROBOT BERGERAK DI LINGKUNGAN DINAMIS

ESTIMASI TRAJECTORY MOBILE ROBOT MENGGUNAKAN METODE ENSEMBLE KALMAN FILTER SQUARE ROOT (ENKF-SR)

MASALAH NILAI AWAL ITERASI NEWTON RAPHSON UNTUK ESTIMASI PARAMETER MODEL REGRESI LOGISTIK ORDINAL TERBOBOTI GEOGRAFIS (RLOTG)

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2013) 1-6 1

DESAIN PENGENDALIAN PINTU AIR DENGAN METODE SLIDING MODE CONTROL (SMC)

Perbandingan Algoritma Golub Kahan dan QR Simetri untuk Dekomposisi Nilai Singular

ABSTRAK. Inverted Pendulum, Proporsional Integral Derivative, Simulink Matlab. Kata kunci:

KONTROL OPTIMAL UNTUK DISTRIBUSI TEMPERATUR DENGAN PENDEKATAN BEDA HINGGA

Pengukuran Tinggi Permukaan Air Berbasis Gelombang Ultrasonik Menggunakan Kalman Filter

Analisis Reduksi Model pada Sistem Linier Waktu Diskrit

Oleh: Isna Kamalia Al Hamzany Dosen Pembimbing : Dra. Laksmi Prita W, M.Si. Dra. Nur Asiyah, M.Si

PERBANDINGAN KINERJA DIAGRAM KONTROL G DAN DIAGRAM KONTROL S BESERTA APLIKASINYA

KAJIAN ANTRIAN TIPE M/M/ DENGAN SISTEM PELAYANAN FASE CEPAT DAN FASE LAMBAT

REDUKSI RANK PADA MATRIKS-MATRIKS TERTENTU

IDENTIFIKASI DAN ESTIMASI VARIABEL KEADAAN DARI SISTEM TEREDUKSI DENGAN METODE PEMOTONGAN SETIMBANG PADA MODEL KONDUKSI PANAS

Desain Kontroler Fuzzy untuk Sistem Gantry Crane

ESTIMASI PELACAKAN RADAR TIGA DIMENSI MENGGUNAKAN MODIFIKASI EXTENDED KALMAN FILTER

BAB 3 PERANCANGAN SISTEM

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Komparasi Bentuk Daun Kemudi terhadap Gaya Belok dengan Pendekatan CFD

Proceeding Tugas Akhir-Januari

Program Aplikasi Rekonsiliasi Data untuk Pendeteksian Gross Error pada Sistem Tangki Ganda yang Berinteraksi

Pemodelan Gerak Belok Steady State dan Transient pada Kendaraan Empat Roda

DESAIN KONTROL INVERTED PENDULUM DENGAN METODE KONTROL ROBUST FUZZY

JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 1, (2014) ISSN: ( Print) B-58

KAJIAN MODEL MARKOV WAKTU DISKRIT UNTUK PENYEBARAN PENYAKIT MENULAR PADA MODEL EPIDEMIK SIR. Oleh: RAFIQATUL HASANAH NRP.

SBAB III MODEL VARMAX. Pengamatan time series membentuk suatu deret data pada saat t 1, t 2,..., t n

ESTIMASI VARIABEL KEADAAN PADA NON- ISOTHERMAL CONTINUOUS STIRRED TANK REACTOR MENGGUNAKAN FUZZY KALMAN FILTER

BAB I PENDAHULUAN. Universitas Internasional Batam

BAB 2 LANDASAN TEORI. Metode ini digunakan untuk menyelesaikan permasalahan yang terjadi pada

Simulasi Deteksi Sinyal Radar Pada simulator ESM Menggunakan Metode Kalman Filter Pada ESM (Electronic Support Measured)

Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya. Model Matematik Sistem Mekanik

KAJIAN DATA KETAHANAN HIDUP TERSENSOR TIPE I BERDISTRIBUSI EKSPONENSIAL DAN SIX SIGMA. Victoria Dwi Murti 1, Sudarno 2, Suparti 3

Rancang Bangun Prototipe Kapal Tanpa Awak Menggunakan Mikrokontroler

TOOLS SIMULASI INVENTORI PADA SUPERMARKET

TINJAUAN PUSTAKA. Waktu dan Tempat Penelitian

ANALISA SAHAM MENGGUNAKAN TRANSFORMASI FOURIER STOKASTIK

BAB IV PENGUJIAN ALGORITMA TRACKING

RANCANG BANGUN SISTEM KENDALI KECEPATAN KURSI RODA LISTRIK BERBASIS DISTURBANCE OBSERVER

Abdul Halim Dosen Pembimbing Dr. Trihastuti Agustinah, ST., MT

Peramalan Aset dengan Memperhatikan Dana Pihak Ketiga (DPK) dan Pembiayaan Perbankan Syariah di Indonesia dengan Metode Fungsi Transfer

PEMODELAN DAN ANALISA GETARAN MOTOR BENSIN 4 LANGKAH 2 SILINDER 650CC SEGARIS DENGAN SUDUT ENGKOL 90 UNTUK RUBBER MOUNT

Pengukuran Tinggi Permukaan Air Berbasis Gelombang Ultrasonik Menggunakan Kalman Filter

KONTROL OPTIMAL PADA PENGADAAN BAHAN MENTAH DENGAN KEBIJAKAN PENGADAAN TEPAT WAKTU, PERGUDANGAN, DAN PENUNDAAN

Presentasi Sidand Tesis

Desain dan Implementasi Model Reference Adaptive Control untuk Pengaturan Tracking Optimal Posisi Motor DC

BAB I PENDAHULUAN. sewajarnya untuk mempelajari cara bagaimana variabel-variabel itu dapat

Stabilisasi Robot Pendulum Terbalik Beroda Dua Menggunakan Kontrol Fuzzy Hybrid

ESTIMASI KETINGGIAN AIR DAN TEMPERATUR UAP PADA MODEL STEAM DRUM BOILER DENGAN METODE EXTENDED KALMAN FILTER SKRIPSI

GENERALIZED CROSS VALIDATION DALAM REGRESI SMOOTHING SPLINE

DESAIN KONTROL INVERTED PENDULUM DENGAN METODE KONTROL ROBUST FUZZY

BAB 2 PENGENALAN IRIS, PENENTUAN LOKASI IRIS, DAN PEMBUATAN VEKTOR MASUKAN

Estimasi Kecepatan Kendaraan Menggunakan Kalman Filter

KAJIAN METODE JACKKNIFE DALAM MEMBANGUN SELANG KEPERCAYAAN DENGAN PARAMETER ARMA(p,q)

ABSTRAK. Teknologi pengkode sinyal suara mengalami kemajuan yang cukup. pesat. Berbagai metode telah dikembangkan untuk mendapatkan tujuan dari

Desain Kontroler Fuzzy untuk Sistem Gantry Crane

PERANCANGAN SISTEM KENDALI SLIDING-PID UNTUK PENDULUM GANDA PADA KERETA BERGERAK

ANALISA SIFAT-SIFAT ANTRIAN M/M/1 DENGAN WORKING VACATION

PERBANDINGAN KINERJA DIAGRAM KONTROL MULTIVARIAT UNTUK VARIABILITAS BERDASARKAN MATRIKS KOVARIANSI DAN MATRIKS KORELASI. Abstrak

Reduksi Rank pada Matriks-Matriks Tertentu

BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN

PENDEKATAN NEAR MINIMAKS SEBAGAI PENDEKATAN FUNGSI. Lilik Prasetiyo Pratama

UJIAN TUGAS AKHIR EKA NOVI NURHIDAYATI. Jurusan Matematika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember 2012

Latar belakang : Pesawat Udara Nir Awak lebih efektif dan efisien. Masalah navigasi, pemandu, dan kontrol. Pemandu. Pythagorean Hodograph

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang

BAB III MODEL STATE-SPACE. dalam teori kontrol modern. Model state space dapat mengatasi keterbatasan dari

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

Jaringan Syaraf Tiruan pada Robot

BAB IV IMPLEMENTASI SKEMA RUNGE-KUTTA. Pada bab ini akan dibahas implementasi skema skema yang telah

Prediksi Indeks Saham Syariah Indonesia Menggunakan Model Hidden Markov

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS

Transkripsi:

ESTIMASI POSISI ROBOT MOBIL MENGGUNAKAN UNSCENTED KALMAN FILTER Oleh: Miftahuddin (1206 100 707) Dosen Pembimbing: Subchan, Ph.D Dr. Erna Apriliani, M.Si

Abstrak Robot Mobil atau Mobile Robot adalah konstruksi robot yang ciri khasnya mempunyai roda untuk menggerakkan keseluruhan badan robot tersebut, sehingga robot tersebut dapat melakukan perpindahan posisi dari satu titik ke titik yang lain dengan lintasan yang telah ditentukan. Tetapi terkadang sebuah robot mobil tidak secara tepat mengikuti lintasan yang telah ditentukan. Sehingga diperlukan metode untuk mengestimasi posisi robot mobil agar berjalan sesuai dengan lintasan yang telah ditentukan. Metode yang akan digunakan dalam tugas akhir ini adalah Unscented Kalman Filter (UKF). Metode ini dipilih karena dapat digunakan untuk mengestimasi model dinamik linear maupun model dinamik nonlinear. Kata-kata kunci : estimasi, robot mobil, kalman filter, Unscented Kalman Filter.

PENDAHULUAN Wahana Nir Awak (WaNA) Robotika Robot Mobil UNSCENTED KALMAN FILTER (UKF) Sebuah robot yang menggunakan roda untuk bergerak dari satu titik ke titik yang lain Diperlukan metode untuk mengestimasi posisi robot mobil agar berjalan sesuai dengan lintasan yang telah ditentukan Terkadang sebuah robot mobil tidak secara tepat mengikuti lintasan yang telah ditentukan

Rumusan Masalah Permasalahan yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah bagaimana mengestimasi posisi robot mobil menggunakan unscented kalman filter.

Batasan Masalah 1. Lintasan sudah diketahui dan dianggap bebas dari rintangan. 2. Robot mobil dianggap memiliki GPS 3. Kecepatan robot mobil dianggap konstan pada interval waktu tertentu. 4. Pemodelan gerakan robot mobil dilakukan pada dimensi 2. 5. Simulasi pada penelitian ini dikerjakan dengan software Matlab 7.8.

Tujuan Tujuan yang akan dicapai dari tugas akhir ini adalah didapatkan hasil estimasi posisi robot mobil menggunakan unscented kalman filter.

Manfaat 1. Memberikan gambaran bagaimana unscented kalman filter dalam mengestimasi posisi robot mobil. 2. Sebagai penunjang penelitian khususnya pada bidang robotika. 3. Sebagai tambahan kepustakaan untuk penelitian selanjutnya.

TINJAUAN PUSTAKA Definisi Sistem Sebuah Robot Mobil ditunjukkan oleh gambar sebagai berikut 1 2

Dalam kasus ini data berbentuk diskrit dan sistemnya tak linear. Karena itu akan digunakan unscented kalman filter. Persamaan model dari robot mobil didefinisikan sebagai berikut: dimana (x, y, ) G adalah posisi dan bagian depan dari robot mobil pada sistem. Vc menyatakan kecepatan dan adalah sudut kemudi.

Metode Kalman Filter Metode Kalman filter digunakan untuk mengestimasi variabel keadaan dari sistem dinamik stokastik linear diskrit yang meminimumkan kovariansi kesalahan estimasi dengan pengukuran yang memenuhi ; ;

Algoritma kalman filter Model dan sistem pengukuran: Tahap Prediksi Inisialisasi Tahap Koreksi

Metode Unscented Kalman Filter Transformasi Unscented Transformasi unscented merupakan metode yang digunakan untuk menghitung mean dan kovarians suatu variabel random yang mengalami transformasi taklinier. Misalkan diberikan suatu fungsi kepadatan peluang diskrit y k =f(x k,k) mempunyai variabel random x dari sebuah model taklinier dengan dimensi n mempunyai mean dan kovarian. Fungsi y k =f(x k,k) didekati dengan transformasi unscented.

Titik-titik sigma yang dituliskan dalam bentuk vektor diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut:

Penyebaran vektor sigma adalah: i = 0,..., 2L nilai mean dan kovarian dari y didekati dengan sample dari mean dan kovarian yang terboboti dari titik sigma berikut

Algoritma Kalman Filter Diberikan sebuah sistem taklinier: Didefinisikan sebuah variabel keadaan tambahan, Matrik kovarian

inisilaisasi Tahap prediksi Titik sigma Tahap koreksi

METODE PENELITIAN Studi Literatur Kajian Tentang Sistem Dinamik Robot Mobil Konstruksi Unscented Kalman Filter (UKF) Implementasi dan Simulasi UKF Analisis Hasil Penarikan Kesimpulan

Model Dinamik Robot Mobil Robot mobil diasumsikan memiliki karakter sistem kemudi seperti mobil pada umumnya. Sudut kemudi berkisar antara 0 o sampai 30 o baik itu untuk belok kiri maupun belok kanan. Sedangkan gerakan mobil ke belakang diabaikan. sudut mobil hanya dipengaruhi sudut kemudi, sedangkan posisi x dan y dipengaruhi oleh sudut kemudi (α) dan sudut mobil ( ).

Setelah dilakukan pendiskritan, didapatkan bentuk state space sebagai berikut: sedangkan persamaan pengukurannya adalah:

Implementasi Algoritma UKF Didefinisikan state gabungan dan kovarian gabungan sebagai berikut:

Penerapan UKF dalam sistem dinamik robot mobil Inisialisasi:

Didapatkan 2L+1 titik sigma:

inisilaisasi Tahap prediksi Titik sigma Tahap koreksi

Simulasi dan Analisis Hasil Kovarian dan nilai awal state: Nilai dari kovarian dipilih sebesar 0,1 untuk P x, P y, dan kovarian dari noise (P v dan P w ). Sementara untuk untuk kovarian dari variabel akan diberikan 1/1800 π atau 0,1 o karena variabel adalah sudut, sementara x dan y adalah jarak.

Simulasi dengan Input Tetap Pada simulasi ini input sudut kemudi = 0 o dan kecepatan robot mobil v c = 2 m/s akan diberikan hanya sekali dalam interval waktu k = 20 detik. Dari input tersebut, akan didapatkan hasil simulasi sebagai berikut:

Sedangkan estimasi oleh UKF dari tiap variabel dan error estimasi didapatkan sebagai berikut:

Input sudut kemudi α = 20 o dan kecepatan robot mobil v c = 2 m/s sedangkan waktu k = 20 detik. Dengan input tersebut akan didapatkan hasil simulasi sebagai berikut:

Sedangkan estimasi oleh UKF dari tiap variabel dan error estimasi didapatkan sebagai berikut:

Simulasi dengan Input tidak Tetap Diberikan v c = 3 m/s sedangkan input sudut kemudi (α1) 0 o. Kecepatan v c dan sudut ini dipertahankan selama waktu k 1 = 20 detik. Untuk inteval waktu kedua k 2, diberikan sudut belok (α2) sebesar 20 o dengan mengurangi kecepatan v c menjadi 2 m/s. Kondisi ini dipertahankan selama k 2 = 7 detik. Selanjutnya untuk k 3 = 20 detik, kondisi sudut kemudi dan kecepatan mobil dikembalikan seperti kondisi pada saat k 1. Dari kondisi yang telah diberikan sebelumnya, akan diperoleh hasil simulasi sebagai berikut:

Estimasi oleh UKF dari tiap variabel dan error estimasi, pada k1 didapatkan sebagai berikut:

Estimasi oleh UKF dari tiap variabel dan error estimasi, pada k2 didapatkan sebagai berikut:

Estimasi oleh UKF dari tiap variabel dan error estimasi, pada k3 didapatkan sebagai berikut:

Sekarang dilakukan simulasi dengan menambah sudut kemudi menjadi 30 o. Nilai nilai parameter yang lain yaitu berupa waktu, dan kecepatan dimasukkan sama seperti simulasi sebelumnya. Dengan perubahan kondisi tersebut akan menghasilkan simulasi sebagai berikut:

Estimasi variabel pada tiga interval waktu (k1, k2, k3):

Estimasi variabel pada tiga interval waktu (k1, k2, k3):

PENUTUP Kesimpulan: 1. Metode Unscented Kalman Filter (UKF) dapat digunakan untuk mengestimasi pergerakan dari robot mobil pada gerakan lurus, berputar, maupun belok. 2. Untuk menerapkan metode UKF dalam sebuah model, kita harus melakukan diskritisasi model tetapi tetapi tidak perlu melakukan pelinieran. 3. Pergerakan robot mobil sangat dipengaruhi oleh input sudut kemudi dan kecepatan. Pemberian sudut kemudi yang besar akan mempercepat waktu untuk belok. Hal ini juga belaku pada kecepatan dimana saat kecepatan semakin besar, semakin cepat untuk dapat melakukan belok. 4. Dalam kasus robot mobil yang telah dibahas pada bab sebelumnya, performa UKF dalam mengestimasi variabel x dan y hampir sama cepat. Hal ini berbeda ketika UKF mngestimasi variabel dimana UKF memerlukan respon yang lebih lama untuk melakukan estimasi secara akurat.

Saran: Adapun saran yang bisa penulis berikan dalam tugas akhir ini terutama mengenai masalah input sistem. Dalam tugas akhir ini input sistem yang berupa kecepatan (v c ) dan sudut kemudi (α) diberikan secara manual. Pengembangan dapat dilakukan dengan memberikan input sistem secara otomatis. Estimasi posisi robot mobil dengan metode yang lain perlu dikembangkan. Karena dalam ilmu matematika masih banyak metodemetode estimasi yang lain yang bisa digunakan.

DAFTAR PUSTAKA [1] http://id.wikipedia.org/wiki/robot_mobile <diakses pada 13 Oktober 2010> [2] Ikhwan, A. 2010. Estimasi Posisi dan Kecepatan Kapal Selam Menggunakan Metode Extended Kalman Filter. Tugas Akhir, Jurusan Matematika, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya, Indonesia. [3] Kandepu, R. Foss, B. dan Imsland, L. 2007. Applying the Unscented Kalman Filter for Nonlinear State Estimation. Norwegian University of Science ang Technology. Elsivier Inc. Trondheim, Norway. [4] Lewis, F.L. 1986. Optimal Estimation. John Wiley and Sons Inc. [5] Razaei, S. dan Sengupta, R..... Position Estimation of the Car via Kalman Filter. University of California. Berkeley, California, USA. [6] Rudi. 2007. Estimasi Variabel Keadaan Sistem Model pengukuran Taklinier Menggunakan extended kalman filter dan unscented kalman filter. Thesis. Institut Teknonologi Sepuluh Nopember. Surabaya [7] Wan, E.A. dan van der Merwe, R..2000. The unscented Kalman Filter for Non Linear Estimation. Proc. of IEEE Symposium 2000 (AS-SPCC),Lake Louise, Alberta, Canada.

TERIMA KASIH