PERANCANGAN KONTROLER PROPORTIONAL INTEGRAL DERIVATIVE
ROBOT SEGWAY BERBASIS MIKROKONTROLER ARDUINO NANO
Kuncoro.
Wahyu Mulyo Utomo.
Slamet Winardi.
Kunto Eko Susilo.
1,2,3,.
Falkutas Ilmu Komputer Universitas Narotama Surabaya Jalan Arief Rachman Hakim 51 Surabaya 60117.
Jawa Timur e-mail: kuncorosetiawan982@gmail.
com , wahyumu@narotama.
id , slamet.
winardi@narotama.
emsatech2006@yahoo.
ABSTRAK
Perkantoran, industry, atau mall yang luas membutuhkan pengawasan ataupun konektivitas yang cepat dan efisien antar unit-unit.
Sehingga muncul gagasan untuk membuat alat transportasi yang mudah di kendalikan yang dapat membantu kegiatan tersebut.
Pada awalnya Segway adalah robot yang mengutamakan keseimbangan tetapi saat ini di kembangkan menjadi alat trasportasi yang membantu manusia sehari-hari.
Dalam perancangan Segway mengunakan metode proportional integral derivative (PID) yang ditanamkan dalam sebuah mikrokontroler Arduino Nano.
Sensor gyroaccelero digunakan untuk menjaga keseimbangan robot agar dapat dinaiki untuk keperluan pengawasan dan konektivitas antar unit.
Parameter nilai yang dihasilkan Kp=20, nilai Ki = 0,1 dan nilai Kd = 0,2 mampu mengendalikan keseimbangan robot Segway sehingga dapat berjalan sesuai dengan pergerakan sensor pada bidang yang datar.
Kata Kunci: PID.
Segway.
Arduino Nano.
Robot
PENDAHULUAN
Teknologi di Negara berkembang atau di Negara maju tidak bisa di anggap sebelah mata, saat ini hampir di semua Negara menciptakan robot dengan teknologi tinggi dan cangih, menjadi sebuah kebangaan apabila Negara tersebut dapat menciptakan Robot saat ini juga dapat membantu kinerja manusia dalam bidang industri atau di dalam kehidupan sehari-hari dapat juga sebagai penganti manuisa seperti di bidang pekerjaan yang berbahaya.
Robot beroda dua ini yang biasa di sebut dengan robot segway memiliki roda kanan dan kiri yang dapat diatur kecepatannya dan arah putaran, dalam mengendalikan robot ini ada beberapa metode yang dapat di gunakan, salah satu yang akan di gunakan untuk mengendalikan robot ini adalah metode Proportional Integral Derivative (PID).
Untuk menyeimbangkan sandaran kaki di badan robot diperlukan suatu kontrol yang baik dalam mempertahankan posisi robot agar tetap tegak atau vertical pada bidang yang dipijak dalam robot tersebut.
Pengembangan robot sederhana ini dapat digunakan sebagai alat transportasi di dalam kantor, industry, ataupun mall untuk efisiensi waktu konektifitas antar unit-unit.
Penelitian Terdahulu Beberapa penelitian sebelumnya yang sudah diteliti dan bermaksud untuk memperbaiki beserta untuk membandingkan hadware dan software sehingga dapat menyempurnakan yang sudah ada.
Pada penelitian yang berjudul AuSystem Kendali Gerak Segway Berbasis MikrokontrolerAy (Lukas B.
Setyawan.
Deddy Susilo.
Dede Irawan, 2.
dalam robot segway pada ini mengunakan sensor posisi sudut yaitu gyroscope dan sensor kecepatan sudut menggunakan accelerometer serta mengunakan potensiometer.
Prinsip kerja robot ini dapat di atur oleh perangkat lunak yang di tanamkan pada mikrokontroler.
Sehingga kontroler ini bertugas sebagai pengatur pergerakan pada robot.
Untuk AyBalancing Robot Menggunakan Motode Kendali Proposional Integral DerivatifeAy (Rizka Bimarta.
Agfianto Eko Putro.
Andi Dharmawan april, 2.
menggunakan kontroler Arduino Uno yang dilengkapi PID.
Sistem menggunakan motode tuning Ziegler Nicholas metode osilasi yang digunakan pada system close loop merupakan motede tuning kendali PID sebagai penentu nilai penguatan proportional Kp, integral time Ti, dan http://jurnal.
id/index.
php/narodroid e-NARODROID Volume V.
Januari 2019
ISSN 2407-7712
Halaman 38-43 derivative Td.
Metode ini memberikan nilai overshoot 25% pada step response.
Berikutnya penelitian yang berjudul AuSelf-Balancing Scooter Menggunakan Metode Kendali Proporsional Integral DerivatifAy (Bambang Nur Cahyono.
Sumardi.
Budi Setyono, 2.
merupakan self balancing scooter robot mobile yang memiliki dua buah roda di sisi kanan dan kiri yang secara otomatis akan menjaga keseimbangan pijakan kaki pengendara.
METODE PENELITIAN
Pada membutuhkan keseimbangan tingkat tinggi memiliki rangkaian proses yang panjang yang terkait antara sensor dengan hadware yang Untuk itu dibutuhkan skema yang jelas mengenai perancangan robot segway yang mencakup rangkain hadware dan Adapun prinsip kerja dari robot segway yang dibuat meliputi sensor MPU5060 sebagai penentu sudut keseimbangan yang Sensor tersebut memiliki sumbu X.
Y dan Z yang diatur secara bersamaan.
Prinsip kerja di lihat pada gambar 1.
Gambar 1.
Cara kerja Sensor MPU5060 Dari ilustrasi di atas, jika robot berdiri pada posisi tegak lurus di sebut dengan steady-state dan apa bila robot condong maka system akan terjadi error sehingga system akan mengembalikan ke posisi semula.
Gambar 2.
Mikrokontroler Arduino Nano Untuk mikrokontroller menggunakan arduino nano.
Arduino merupakan platform yang terbuka yang di tujuhan siapa saja yang ingin mengembangkan alat elektronika digital yang terdiri dari hadware dan software yang diprogram.
Sensor MPU5060 Modul MPU-6050 ini memiliki dua sensor, sensor gyroscope dan sensor accelerometer di dalam satu chip.
Modul ini memiliki tingkat akurasi yang tinggi dengan konversi ADC 16 pada setiap channel sehingga memberikan nilai X.
Y dan Z dengan resolusi Modul sensor MPU-5060 ini menggunakan bus 12C untuk berkomunikasi dengn Arduino Nano.
Gyroscope merupakan mempertahankan orientasi dengan prinsip ketepatan momentum sudut.
Mekanismenya adalah sebuah roda berputar dengan motor driver yang tetap stabil.
Driver Motor Driver motor merupaan rangkaian mengendalikan putaran motor.
Motor driver juga dapat digunakan sebgai pengatur kecepatan dengan mengunakan Pulse Width Modulation (PWM).
Perubahan kecepatan motor DC tersebut bergantung dari nilai tegangan yang dimasukkan pada input motor driver.
Berikut adalah motor driver jenis MPU5060.
Mikrokontroller Agar robot dapat berjalan dengan sempurna maka di butuhkan sebuah mikrokontroler yang berfungsi sebagai pengatur sinyal dari sensor ke aktuator.
Gambar 3 Motor Driver MPU5060 http://jurnal.
id/index.
php/narodroid e-NARODROID Volume V.
Januari 2019
ISSN 2407-7712
Halaman 38-43 H-Bridge digunakan untuk mengontrol arah putaran yang dapat dikendalikan lewat Motor driver ini pada dasarnya mengunakan transistor switching.
Untuk dapat respon tertentu komparator ke pergerakan motor sangat cepat.
Untuk itu di memadukan antara kecepatan dan transfer arus yang besar.
Smartdriver40 adalah salah satu driver motor seri pintar dan terbaru yang dirancang untuk berkendara dengan kecepatan rendah sampai tinggi dengan supply arus mencapai 80 A dan 40 A secara terus menerus.
Kontrol PID Kontrol logika PID digunakan untuk membutuhkan ketelitian yang sangat tinggi, di dalam PID tedapat tiga proses utama yaitu proportional, integral dan derivative.
Control PID ini bertujuan untuk menentukan parameter aksi control agar robot dapat bediri dengan tegak secara otomatis.
Proses ini dapat dilakukan dengan cara trial dan eror.
Adapun nilai yang akan di berikan adalah nilai konstanta P-I-D sehingga dapat di peroleh hasil yang diinginkan.
Perhatikan gambar di bawaah ini.
Eror: nilai kesalahan, yakni deviasi atau simpangan antara variable set point dengan nilai bobot sensor Skema pada control PID diberi nama dari ketiga yang merupakan term pengendali Dan kemudian dijumlahkan untuk menghitung hasil keluaran kontrol PID.
Dengan difinisi .
digunakan sebagai keluaran kontroler, bentuk akhir dari algoritma PID adalah sebagai berikut:
yc yuN.
= ycE.
= yaycyyce.
yaycn O0 yce.
cN) yaycc yccyce.
yccyc Term akan menghasilkan nilai keluaran yang berbanding lurus dengan nilai kesalahan, responnya dapat di atur dengan cara mengalikan nilai kesalahan (Erro.
dengan konstanta Kp yang disebut sebagai konstanta gain propostional atau gain Gain yang besar menghasilkan perubahan yang besar pada keluaran untuk suatu nilai kesalahan.
Dan jika gain terlalu besar system akan membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mencapai kodisi sebelumnya jika sebaliknya gain bernilai kecil maka respon respon keluaran juga kecil sehingga system kurang responsife.
Perancangan Hadware Sebelum terlebih dahulu melakukan kajian yang berkaitan dengan perancangan perangkat Berikut adalah rangkaian hadware.
Gambar 4 Blog Diagram Kontrol PID Dari gambar di atas blok diagram control PID dapat di jelaskan sebagai berikut:
C SP: set point, secara sederhana adalah suatu parameter nilai acuan atau nilai yag diinginkan C PV: nilai bobot pembacaan sensor saat itu merupakan variable terukur atau diumpanbalikan oleh sensor.
Gambar 5 Rangkaian Sistem http://jurnal.
id/index.
php/narodroid e-NARODROID Volume V.
Januari 2019
ISSN 2407-7712
Halaman 38-43 Gambar rangkaian keseluruhan dimana antar hardaware atau sensor saling berhubungan.
Langkah pertama pasangkan sensor MPU dengan Arduino Nano dengan kabel jumper pada pin di papan MPU yang juga terdapat identitas antara VCC dan GND.
Selanjutnya pemasangan ini tidak jauh berbeda dengan pemasangan sensor MPU.
Begitu pula dengan hadware yang lainya sudah memiliki keterangan anatara Ae dan .
Perancangan Mekanik Di dalam dunia robot terdapt 3 aspek yang berkaitan, yaitu Hadware.
Software dan Dalam hal ini akan di bahas rancangan mekanik robot Segway.
Hasil perancangan Perangkat Pada tahap pengujian perangkat yang digunakan dari seluruh komponen hadware yang digunakan untuk rangkaian robot Segway.
Gambar 7 Desain Robot Segway Gambar di atas merupakan hasil desain sistem dari beberapa hadware yang sudah di siapkan.
Pada bagian atas adalah sebagai alas kaki dengan diameter lebar 50 cm dalam dengan panjang 35 cm.
Hasil Pengujian Perangkat Sensor MPU560 Dari pengujian terlihat sensor mengalami gangguan atau getaran pada serial monitor yang sudah di ubah menjadi Berikut adalah gambar saat sensor diam tidak ada getaran.
Gambar 6 Perancangan Mekanik Robot Ukuran pada robot tersebut mempunyai lebar kira-kira 50cm dan tinggi Antara tanah dan dasar robot kira-kira 20cm.
Ukuran total pada robot Segway kurang lebih 60 cm, di antaranya ukuran lebar Ban 5 cm, terdapat 2 ban yang di perlukan maka dari itu kedua ban memiliki ukuran kurang lebih 10 cm.
sedangkan ukuran segway sendiri yang di ukur dari ban bagian dalam mimiliki ukuran 50 cm, karena di perhitungkan dari ukuran ACCU dan hadware lainya HASIL DAN PEMBAHASAN Tahap pengujian perangkat keras dan perangkat lnak telah dilakukan dan didapat hasil dari pengujian perangkat system secara keseluruan.
Gambar 8 Sensor Tidak ada Getaran Pada gambar di atas dapat di lihat jika tidak terdapat perubahan arah sensor maka sensor akan diam tidak ada perubahan pada kurva.
Maka tanda garis biru akan tetap berapa di posisi 0,0 apabila terdapat pergerakan pada sensor maka nilai akan Seperti pada gambar berikut.
http://jurnal.
id/index.
php/narodroid e-NARODROID Volume V.
Januari 2019
ISSN 2407-7712
Halaman 38-43 Dari pengujian yang di lakukan di dapatka perbandingan konstanta ideal agar system dapat lebih stabil yaitu dengan nilai:
Kp=20, nilai Ki = 0,1 dan nilai Kd = 0,2.
Dengan demikian nilai tersebut di dapat dengn eksperimen dari reaksi pada system.
Gambar 9 Sensor Bergerak Pada gambar di atas menunjukan perubahan pada pergerakan sensor, apabila sensor di gerakan terus menerus maka kurva pada serial monitor akan menunjukan seperti pada contoh gambar yang ada di atas.
Jika sensor digerakan kemudian di berhentikan maka alur kurva akan berbeda lagi.
Berikut adalah contoh gambar apabila sensor di gerakan dan di berhentikan.
Gambar 10 Pergerakan Sensor Pergerakan pada gambar di atas sangat berbeda dengan gambar sebelumnya.
Perbedaanya sangat terlihat karena terdapat alur kurva yang diam dan bergetar.
Pada awalnya sensor diam kemudian sensor di gerakan maka kurva berubah alur sesuai dengan pergerakan sensor.
Begitu dengan seterusnya sensor di gerakan dan diam yang terjadi seperti gambar yang ada di atas.
Gambar 11 Hasil Nilai PID Dari hasil gambar di atas didapatkan dari eksperimen berkali kali dan nilai tersebut adalah yang baik bila di lihat kasat mata apabila kurang dari niali tersebut maka system kurang responsive apabila lebih dari tersebut maka system akan over responsive sehingga Segway akan berguling guling.
Pada gambar di atas steady-state pada nilai 0, karena Segway merupakan robot yang mencari sudut atau angka noll .
agar dapat memberikan titik keseimbangan.
Apabila angka tersebut berubah lebih besar ( ) atau lebih kecil (-) maka system akan menggangap error dan akan mencari titik nol kembali degan otomatis.
Segway atau system dapat mengetahui besaran sudut dari sensor MPU5060.
Tabel 1.
Nilai Hasil Pengujian Pembahasan Koefision Kontrol PID Pengujian ini bertujuan untuk mendapatkan nila ideal antara kostanta proportional, integral dan derivative .
Dengan mengamati reaksi pada system maka dapat di tentukan besar perbandingan konstanta http://jurnal.
id/index.
php/narodroid e-NARODROID Volume V.
Januari 2019
ISSN 2407-7712
Halaman 38-43 Gambar di atas merupakan sedikut contoh nilai yang di dapat dari system pada saat Segway bergerak atau pada nilai error untuk mencari nilai steady-state atau sudut nol .
Untuk data keseluruhan di letakan pada bagian lampiran, di atas merupkan potongan sebagai contoh.
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan dari pembuatan dan pengujian alat yang mnggunakan sensor MPU6050 pada robot Segway sebagai pengendali keseimbangan robot beroda dua sebagai berikut:
C Motor dapat berjalan sesuai dengan sudut kemiringan sensor.
C Segway dapet berjalan di bidang datar C Nilai PID telah di dapatkan dengan:
Kp=20, nilai Ki = 0,1 dan nilai Kd = 0,2.
C Segway dapat di tumpangi tidak lebih dari 1 orang.
DAFTAR PUSTAKA