KONTROL POSISI ROBOT MOBIL MENGGUNAKAN LOGIKA …

No.1 Vol: 1 September 2012 ISSN : 2302-2949

Jurnal Nasional Teknik Elektro 33

KONTROL POSISI ROBOT MOBILMENGGUNAKAN LOGIKA FUZZY DENGAN SENSOR ULTRASONIK

Darwison, M. Ilhamdi Rusydi dan Rico FajriLaboratorium Elektronika Industri Jurusan Teknik Elektro Universitas Andalas

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan membuat kontrol posisi robot mobil dengan menggunakan sensor ultrasoniksebagai pengukur jarak dan encoder untuk penghitung kecepatan robot mobil. Dengan menerapkanmetoda logika fuzzy akan membuat pergerakan servomotor DC dari robot mobil bergerak lebih halus.Logika fuzzy merupakan suatu hubungan ketidakpastian sesuatu yang tidak mempunyai suatu batas jelaskedalam suatu persamaan matematis yang mudah dimengerti. Fungsi keanggotaan menggunakan segitigadan dinyatakan secara numerik serta Metoda inference yang digunakan adalah metode Mandani. Hasil-hasil percobaan menunjukkan bahwa semakin dekat jarak akan membuat pergerakan robot mobil semakinlebih halus. Encoder mempunyai rata-rata persentase kesalahan sebesar 22.38% dan sensor ultrasonicmempunyai rata-rata perubahan waktu per 2 cm yaitu 0.114546 ms dengan kesalahan sebesar 4,14%.

Kata Kunci : robot mobil, logika fuzzy dan kontrol posisi.

I. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Robot mobil adalah tipe robot yangpaling populer dalam dunia penelitian robot.Manfaat robot mobil antara lain dapatmembantu manusia dalam melakukan otomasidalam transportasi, platform bergerak untukrobot industri, dan eksplorasi tanpa awak.Menurut Endra[1], untuk fokus penelitiandalam domain robotik dapat dikelompokkankedalam analisa dinamik yaitu untukmendapatkan disain kontrol yang lasak (robust)yang mampu meredam gangguan dengan baikdan analisa kinematik yaitu konfigurasi robotyang benar-benar baru dengan mengkajipersamaan kinematik dan kontrol dasarnya.Namun pada penelitian terkini tentang kontrolrobot dengan aplikasi kecerdasan buatan lebihbanyak dilakukan dengan tujuan untukmemperoleh kontrol kinematik yang lebihcanggih, seperti kemampuan untuk menghindaritabrakan sesama robot. Berdasarkan hal tersebutmaka dilakukan penelititan untuk merancangdan Implementasi Kontrol posisi Robot MobilMenggunakan Logika Fuzzy dengan SensorUltrasonik.

1.2 Tujuan PenelitianAda dua tujuan penelitian, yakni:1. Agar dapat merancang dan membuat

sebuah sistem kontrol posisiservomotor DC.

2. Agar dapat robot mobil bergerak lebihhalus dengan bantuan logika fuzzy.

1.3 Manfaat Penelitian

Penelitian ini adalah suatu usaha untukdapat memberlakukan servomotor dc sebagaipengendali posisi dengan menerapkan logikafuzzy. Keberhasilan metoda ini sebagai materipenelitian diharapkan dapat memberikan hasilyang lebih efektif tanpa membutuhkanformulasi matematis yang rumit dalammenyelesaikan masalah, sehingga dapatberguna untuk kemajuan dunia industri dankhususnya bidang yang berhubungan denganmasalah kontrol servomotor dc.

1.4 Batasan Masalah

Adapun masalah yang akan diteliti yaituBagaimana merancang kontrol posisi (melibatkansensor ultrasonik dan encoder) agar dapat menjadiinput logika fuzzy, sehingga menghasilkanpergerakan robot mobil yang lebih halus.



II. TINJAUAN PUSTAKA

Sebagai bahan perbandingan antara lainoleh Muhammad I.R. (2004) dengan judulpenelitian “Perancangan Dan ImplementasiSistem Kendali PID Adaptif Pada PergerakanSYNCBOT” dengan encoder sebagai penentuankecepatan motor. Dan penelitian tentang kontrolposisi yaitu oleh Ahmad Rivai (2008) denganjudul “Perancangan Dan Implementasi KendaliCerdas Logika Fuzzy Pada Kontrol PosisiMotor Servo AC”. Serta penelitian denganmenggunakan sensor ultrasonik oleh FebryYadi Z (2009) dengan judul “Robot CerdasPengangkut Box dengan Sensor UltrasonikSebagai Navigasi Berbasis Mikrokontroller”.

2.1 Logika Fuzzy

Teori tentang fuzzy set atau himpunansamar pertama kali dikemukakan oleh LotfiZadeh sekitar tahun 1965 pada sebuah makalahyang berjudul ”Fuzzy Sets” yaitu dapatmerepresentasikan dan menangani masalahketidakpastian yang dalam hal ini bisa berartikeraguan, ketidakpastian, kekuranganlengkapan informasi, dan kebenaran yangbersifat sebagian[5].

Fungsi-fungsi KeanggotaanFungsi keanggotaan memakai fungsi

segitiga untuk merepresentasikan masalah danmenghasilkan keputusan yang akurat, sepertigambar 1.

U

Gambar 1 Fungsi segitiga

cxbbc

cx

bxaab

ax

cxax

cbaxTriangular

;)(

;

,;0

,,,

Sistem Berbasis Aturan FuzzySistem berbasis aturan fuzzy terdiri dari tiga

komponen utama yaitu Fuzzification, Inferencedan Defuzzification.

FuzzificationFuzzification mengubah masukan-

masukan yang nilai kebenarannya bersifat pasti(crisp input) ke dalam fuzzy input, yang berupanilai linguistik yang semantiknya ditentukanberdasarkan fungsi keanggotaan tertentu.

InferenceInference melakukan penalaran

menggunakan fuzzy input dan fuzzy rules yangtelah ditentukan sehingga menghasilkan fuzzyoutput. Secara sintaks, suatu aturan fuzzydituliskan sebagai:

IF antecendent THEN consequent.Terdapat dua model aturan fuzzy dan pada

penelitian ini memakai model Mamdani.

Model MamdaniPada model ini, aturan fuzzy didefinisikansebagai:IF x1 is A1 AND ... AND xn is An THEN yis Bdimana A1, ..., An, dan B adalah nilai-nilailinguistik dan ”x1 is A1” menyatakanbahwa nilai variabel x1 adalah anggotafuzzy set A1.

DefuzzificationDefuzzification mengubah fuzzy output

menjadi crisp value berdasarkan fungsikeanggotaan yang telah ditentukan. Terdapatberbagai metode defuzzification yang telahberhasil diaplikasikan untuk berbagai macammasalah dan pada penelitian ini menggunakanmetoda weigthed average.

Weigthed AverageMetode ini mengambil nilai rata-ratadengan mengunakan pembobotan berupaderajat keanggotaan. Sehingga y*didefinisikan sebagai:

)(

)(*

y

yyy

dimana y adalah nilai crisp dan µ(y)adalah derajat keanggotaan dari nilaicrispy.



2.2 Komponen Utama RobotAktutor yang sesungguhnya hanya dapat

dioperasikan dalam ketelitian gerak hinggasekian derajat saja dan dengan linieritas yangsangat terbatas. Sensor riil juga selalu tidaksempurna seperti definisi teoritisnya. Noise,non-linieritas, dan keterbatasan jangkauanoperasi hampir selalu mengiringi instalasisensor dalam rangkaian (Endra Pitowarno,2006).

2.2.1 Sistem AktuatorAktuator adalah perangkat

elektromekanik yang digunakan untukmelakukan gerakan, seperti servomotor DCpada gambar 2.

Servomotor DCServomotor DC adalah motor DC

dengan torsi besar yang memiliki kemampuanyang baik dalam hal posisi, kecepatan danakselerasi.

Secara umum terdapat 2 jenis motorservo. Yaitu motor servo standard dan motorservo Continous. Motor servo standard seringdipakai pada sistim robotika misalnya untukmembuat “ Robot Arm” ( Robot Lengan )sedangkan motor servo Continous seringdipakai untuk robot mobil[6].

= 1,5ms

< 1,5ms

18ms – 20ms

> 1,5ms

berhenti

putarkanan

putarkiri

Gambar 2 Penggunaan motorsevo DC

III. METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Garis Besar Perancangan SistemAdapun diagram blok penelitian seperti

gambar 3, yang terdiri dari sensor kecepatanyaitu encoder dan sersor jarah yaitu sensorultrasonik SRF04. Robot dikendalikan oleh

mikrokontroler Renesas R8C/Tiny yang dapatdioperasikan dalam bahasa C dan Assembly.Dan penggerak robot digunakan 2 servomotorcontiniuos GWS S35 pada masing-masingroda[7].

Gambar 3 Perancangan sistem

3.2 Perancangan Perangkat Keras

3.2.1 Perancangan Mekanik

Perancangan robot ini menggunakan duabuah roda aktif yang digerakkan olehservomotor continious serta dua roda pasif yangdapat bergerak ke segala arah sebagai penahankeseimbangan robot. Sebagai penentu jarakdigunakan sebuah sensor jarak ultrasonik yangterletak tepat di depan robot. Sebagaipenghitung kecepatan diletakkan encoder padasalah satu roda penggerak pada robot, sepertigambar 4.

Gambar 4 Foto robot mobil

Perancangan Rangkaian EncoderPada penelitian ini encoder digunakan

sebagai penghitung kecepatan real dari motorsehingga encoder yang tepat digunakan adalah



incremental encoder. Encoder dibagi kedalam100 divisi yang terdiri dari 50 divisi yangtransparan dan 50 divisi tidak transparan sepertigambar 5 dan 6.

Gambar 5 Letak encoder

U?

Optoisolator1

U1

INV

Renesas P3_2

Res2 Res1

VCC VCC

Gambar 6 Schematic rangkaianencoder

3.2.2 Perancangan Sistem Minimum

Mikrokontroller Atmel digunakan padapenelitian ini sebagai penggerak dari motorservo continious, seperti gambar 7 dan sebagaipembantu mikrokontroler utama yaitu RenesasR8C/13, seperti gambar 8.

403938373635343332

31 3130292827262524

23 23

22 2221

123456789

1011121314151617181920

AT89C51

Motor Sevo

12

20 MHz

30pF

30pF

VCC

RST

100uF

Res2

Diode

VCC Motor KananMotor Kiri

Renesas P1_1Renesas P1_0

Renesas P1_2Renesas P1_3

Gambar 7 Schematic rangkaian mikrokontrolerAT89C51[8]

16 16

15 15

14 14

13 13

12 12

11 11

10 10

9 9

17

81

81

92

02

12

22

32

4

7654321

2526272829303132

1 2Q1

20 MHz30pFC2

30pFC1

TXRX

VCC

Res3

23

1 S1

MODE

EchoTrigger

MCS51 A P2.0MCS51 A P2.1MCS51 A P2.2MCS51 A P2.3

R8C/13

VCC

R1 Res1

RST

100uFC4

100nF

C3R2

Res2

Encoder

Gambar 8 Schematic rangkaianmikrokontroler renesas[9]

3.3 Perancangan Perangkat Lunak

Dalam penulisan program, Renesas telahmenyediakan program developer terpaduberbasis Windows yang diberi nama HEW(High-performance Embedded Workshop).Seluruh fasilitas HEW versi gratis berfungsisepenuhnya untuk permrograman mikrokontrol-er R8C/13. HEW memadukan seluruh fasilitasprogram seperti fasilitas untuk pembuatankerangka program, penyetingan compiler,pengeditan program, manajemen file,download, dan pelacakan kesalahan.

Pada mikrokontroler slave yang digunakanyaitu keluaran Atmel, assembly merupakanbahasa pemrograman yang digunakan. Programditulis pada notepad, kemudian di-compile dandidownload ke dalam mikrokontroler yangdigunakan.

Berikut merupakan perancangan programyang digunakan seperti gambar 9.

3.3.1 Perancangan Program PerhitunganJarak dan Kecepatan

Sensor encoder dan sensor ultrasonik digunakanuntuk memperoleh data kecepatan dan jarak.Berikut perancangan program perhitungan jarakdan kecepatan seperti gambar 10.



Start

DeklarasiVariabel,

InisialisasiFungsi, Interupsi,

dsb

Hitung jarak penghalangdengan sensor ultrasonik

dan kecepatan rodadengan encoder

Logika Fuzzy

Kirim keluaran Fuzzy kemikrokontroler

penggerak motor servo

A

B

C

D

Keluaran kecepatanmotor servo

Gambar 9 Diagram alir robot

Gambar 10 Diagram alir perhitungan jarak dankecepatan

3.3.2 Perancangan Program Fuzzy Logic

Fuzzy Logic merupakan kendali cerdasyang digunakan untuk mengendalikankecepatan robot mobil. Berikut diagram aliryang digunakan untuk fuzzy logic sepertigambar 11.

Gambar 11 Diagram alir fuzzy logic

3.3.3 Perancangan Program Keluaran

Dari pengolahan fuzzy, hasil keluaranakan dikirim ke mikrokontroler penggerakservomotor. Berikut diagram alir yangdigunakan untuk mengirimkan keluaran kemikrokontroler Atmel seperti gambar 12.

Gambar 12 Diagram alir pengiriman keluaran

3.3.4 Perancangan Program PenggerakMotor Servo

Sebagai penggerak motor servocontinuous digunakan mikrokontroler yangberbeda dari mikrokontroler pengolah fuzzy.Berikut diagram alir pada mikrokontroler Atmelsebagai penggerak motor servo seperti gambar13.



Gambar 13 Diagram alir penggerak motor servo

3.4 Kontrol Logika Fuzzy

Pada penelitian ini digunakan kontrollogika fuzzy sebagai pengendali dari robotmobil dengan diagran blok seperti gambar 14.

Gambar 14 Diagram blok kendali fuzzy

Pada sistem fuzzy terdapat beberapalangkah atau proses yang digunakan, yaitu:

a. FuzzificationPada langkah ini, input yang diterima

yaitu jarak dan kecepatan real masing-masingdibagi kedalam empat fungsi keanggotaan. Padajarak, fungsi keanggotaannya yaitu: Berhenti(BI), Pelan (PI), Normal (NI), Cepat (CI), a1,a2, a3 & a4 serta merupakan nilai variabel padafungsi keanggotaan sepert gambar 15.

Gambar 15 Himpunan fuzzy kecepatan riil

21;

12

)2(

1;1

axaaa

ax

axxBI

32;23

)3(

21;12

1

3,1;0

axaaa

ax

axaaa

ax

axax

xPI

43;34

)4(

32;23

2

4,2;0

axaaa

ax

axaaa

ax

axax

xNI

4;1

43;34

3

3;0

ax

axaaa

ax

ax

xCI

Sedangkan pada kecepatan, fungsikeanggotaanya terbagi kedalam Sangat Dekat(SD), Dekat (DE), Cukup (CU), dan Jauh (JA)serta b1, b2, b3 & b4 sebagai nilai variable darifungsi keanggotaan seperti gambar 16.

Gambar 16 Himpunan fuzzy jarak

21;

12

)2(

1;1

bxbbb

bx

bxxSD

32;23

)3(

21;12

1

3,1;0

bxbbb

bx

bxbbb

bx

bxbx

xDE



43;34

)4(

32;23

2

4,2;0

bxbbb

bx

bxbbb

bx

bxbx

xCU

4;1

43;34

3

3;0

bx

bxbbb

bx

bx

xJA

b. Inference

Pada proses ini, terdapat aturan-aturanyang digunakan menghubungkan input danoutput dari sistem fuzzy. Output pada sistemkendali fuzzy ini adalah kendali kecepatan dariservomotor continious. Tabel aturan dapatdilihat pada tabel 1 berikut.

Tabel 1 Tabel aturan fuzzy

c. DefuzzificationPada proses defuzzifikasi dilakukan

pengubahan output fuzzy menjadi output berupanilai crisp yaitu nilai yang mewakili besarnyakecepatan servomotor continiuous yangdikendalikan. Pada penelitian ini, defuzzifikasimenggunakan Height Method seperti padagambar 17.

Gambar 17 Himpunan fuzzy keluaran

Pada metode ini, output nilai crisp hanyabernilai satu pada fungsi keanggotaan tertentu.Dan keluaran yang digunakan sebagai kendalimotor yaitu nilai keanggotaan tertinggi diantarafungsi keanggotaan yang didapat sebagai outputdari output fuzzy.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Data rata-rata hasil waktu ukur jarak darisensor ultrasonik per 2 cm adalah 0.114546 ms.Bila dihitung menggunakan teori dimana sadalah jarak (cm), tin adalah waktu kembaligelombang ultrasonic atau lamanya waktu pulsahigh pada sensor ultrasonik, dengan kecepatanbunyi 344m/s maka didapat persamaan:

Jarak (s) = (tin x 344 m/s)/2atau

344

102 2st IN

maka rata-rata perubahan waktu ultrasonic per 2cm yaitu 0.115020 ms. Dari kedua rata-ratayang didapat, maka diperoleh selisih wakturata-rata per 2 cm yaitu 0.114546 ms - 0.115020ms = 0.000474 ms atau kesalahan sebesar4,14%.

4.1 Hasil Pengujian Encoder

Dalam menghitung kecepatan pada robot,digunakan encoder yang terletak pada motorkanan mobil robot. Dengan asumsi kecepatanmotor servo kanan dan kiri adalah sama sertabeban adalah nol. Untuk menghitung kecepatanlinear motor dari encoder, yang perludiperhatikan adalah waktu dari encoder untukmenghasilkan satu gelombang, yaitu sebuahpulsa “1” dan sebuah pulsa “0”. Pada penelitiandigunakan encoder 100 divisi yang berartiterdapat 50 gelombang. Dari waktu pada setiapgelombang didapatkan kecepatan sudut (ω),yaitu:

t

rad

dimana : 1 rad =

180



ω = kecepatan sudut, dant = waktu yang diperoleh (s)

sedangkan hubungan kecepatan sedut dankecepatan linier dapat dilihat sebagai berikut:

v = ω · r

dimana : v = kecepatan motor (cm/s)r = jari-jari roda (cm)

Dari hubungan diatas dan dari kecepatanyang diperoleh dari variasi pemberian pulsapada motor servo maka data encoder untuk satugelombang didapatkan rata-rata persentasekesalahan sebesar 22.38%. Hal ini dapat terjadikarena banyak faktor, antara lain gear yangkurang bagus pada motor servo continuousyang digunakan sehingga perputaran rodakurang baik mengakibatkan kecepatan suduttidak konstan yang kemudian membuatpengukuran encoder untuk satu gelombangkurang baik.

4.2 Kontrol Kecepatan dengan LogikaFuzzy

Pengujian pengontrolan kecepatandengan logika fuzzy dilakukan denganmenentukan jarak menggunakan sensor jarakrobot mobil terhadap penghalang, dimanakondisi beban adalah nol.

4.2.1 Variasi Jarak Menggunakan SensorUltrasonik

Berikut jarak diambil menggunakansensor ultrasonik dan dengan jarak 0.8m sepertigambar 18.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46

Waktu (x 0,1s)

Kece

pata

n (c

m/s

)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Jara

k (c

m)

Kecepatan Jarak

Gambar 18 Grafik kecepatan dan jarakterhadap waktu pengotrolan logika fuzzy pada

jarak penghalang 0.8 meter

Dari grafik diatas dapat dilihat perubahanyang terjadi pada perhitungan jarak pada sensorultrasonik serta perhitungan kecepatan riil padaencoder. Dengan menggunakan logika fuzzydapat dilakukan perubahan kecepatan yangbertahap untuk menghindari slip pada rodaakibat perubahan yang tiba-tiba.

4.2.2 Variasi Jarak dengan Kondisi JarakPenghalang Berubah-ubah

Pada penelitian ini, dikondisikan mobilrobot mendapat perubahan jarak yang semakindekat dimana penghalang dimulai berada padajarak 1.8m dan terus mendekat hinggakecepatan motor mencapai 0 cm/s sepertigambar 19.

0

5

10

15

20

25

1 11 21 31 41 51 61 71 81 91 101 111

Waktu (x 0,1s)

Kecep

ata

n (

cm

/s)

0

50

100

150

200

250

300

Jara

k (

cm

)

Kecepatan Jarak

Gambar 19 Grafik kecepatan dan jarak denganjarak penghalang terus mendekat

V. KESIMPULAN1. Penggunaan logika fuzzy pada robot

mobil dapat membuat pergerakan robotmobil lebih halus dalam memulaibergerak hingga berhenti.

2. Encoder mempunyai rata-rata persentasekesalahan sebesar 22.38% dan

3. Sensor ultrasonic mempunyai rata-rataperubahan waktu per 2 cm yaitu0.114546 ms dengan kesalahan sebesar4,14%.

.DAFTAR PUSTAKA

[1] Pitowarno, Endra., Robotika Disain,Kontrol, dan Kecerdasan Buatan, AndiYogyakarta (2006).



[2] Muhammad I.R., Perancangan DanImplementasi Sistem Kendali PIDAdaptif Pada Pergerakan SYNCBOT ,Tugas Akhir (2004).

[3] Ahmad Rivai, Perancangan DanImplementasi Kendali Cerdas LogikaFuzzy Pada Kontrol Posisi Motor ServoAC, Tugas Akhir (2008).

[4] Febry Yadi Z, Robot Cerdas PengangkutBox dengan Sensor Ultrasonik SebagaiNavigasi Berbasis Mikrokontroller,Tugas Akhir (2009).

[5] Kuswadi, Son., Kendali Cerdas Teoridan Aplikasinya, ANDI Yogyakarta(2007).

[6] Malik, Moh. Ibnu., Pengantar MembuatRobot, Gava Media Yogyakarta (2006).

[7] Sigit, Rianto., Robotika, Sensor danAktuator, Graha Ilmu Yogyakarta (2007).

[8] Nalwan, Paulus Andi., Teknik Antarmukadan Pemrograman MikrokontrolerAT89C51, PT Elex Media Komputindo:Jakarta (2003).

[9] Sulistiyanto, Nanang., PemrogramanMikrokontroler R8C/13, PT Elex MediaKomputindo: Jakarta (2008).

Biodata Penulis

Darwison, dilahirkan di Payakumbuh, Sumatera Barat Indonesia. Pendidikan SD sampai SMAdilalui di kota Padang Sumatera Barat. Lulus SMA melanjutkan S1 Teknik Elektro bidang studiElektronika ke ITS Surabaya. Selama mengikuti perkuliahan di ITS banyak pengalaman praktik yangdidapat melalui sebagai asisten Praktikum, lomba dan Tugas AkhirPernah mendapat pengalamanelektronika di beberapa perusahaan yang memproduksi antara lain semen, plastik, obat nyamuk bakardan lain-lain. Tahun 1995 diterima sebagai dosen S1 Teknik Elektro di Universitas Andalas Padangsampai sekarang. Tahun 2002 menyelesaikan S2 Teknik Elektro bidang studi Sistem Isyarat Elektronikdi UGM Yogyakarta. Aktif di laboratorium untuk penelitian di bidang kontrol, mekatronika danbiomedika, pembimbing penelitian PKMT mahasiswa. Tahun 2002 sebagai kepala labor ElektronikaIndustri sampai sekarang. Mata kuliah yang diajarkan di Jurusan Teknik Elektro dan Fakultas lain diUnand adalah Elektronika, Sistem kontrol, Interface, Operasional Amplifier, Sistem Digital danMikroprosesor & Mikrokontroller. Penelitian yang dilakukan masih berkaitan denganmikrokontroller, antara lain kontrol PLTB (Bayu), akses Moving Sign via HP, robot, petir dan gempa.Pengabdian di KKN, mengadakan pelatihan interface & Mikrokontroller untuk mahasiswa / umum,dan pembinaan & pelatihan perancangan & pembuatan moving sign.

KONTROL POSISI ROBOT MOBIL MENGGUNAKAN LOGIKA …

Documents

Transcript of KONTROL POSISI ROBOT MOBIL MENGGUNAKAN LOGIKA …