Sempro 2019 [PDF]

Citation preview

No. LS



D.IV/2019



Bidang



Robotika



Status



Diterima / Ditolak



Revisi



Ada / Tidak



PROPOSAL LAPORAN SKRIPSI



MOTION PLANNING ROBOT DENGAN KONTROL KINEMATIK



Oleh : M. FAHMI KHUSNU AWALUDIN NIM : 1641170095



PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI MALANG 2019



*) *)



DAFTAR ISI



HALAMAN SAMPUL DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL RINGKASAN BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ....................................................................... 1 1.2. Rumusan Masalah ................................................................................ 3 1.3. Batasan Masalah ...................................................................................3 1.4. Tujuan ..................................................................................................3 1.5. Luaran Skripsi ......................................................................................3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Review Penelitian Terdahulu .............................................................. 4 2.2. Kinematik Mobile Robot dengan menggunakan 3 Omni Wheel .......... 4 2.3. Rotasi dan Translasi Posisi pada bidang 2 dimensi Posisi ...................7 2.4. Perubahan Kecepatan Berdasarkan Tujuan .......................................... 7 2.5. Sensor Adafruit BNO055 ..................................................................... 9 2.6. Arduino Mega 2560 dan Arduino Nano 328p.....................................10 2.7. Sensor Rotary Encoder........................................................................12 2.9. LCD .................................................................................................... 14 2.10. Motor DC ......................................................................................... 15 2.11. Driver Motor IBT_2 ........................................................................ 16 BAB III TEKNOLOGI YANG DITAWARKAN 3.1. Spesifikasi Alat ................................................................................ 17 3.1.1. Konsep Pelaksanaan Skripsi ...............................................17 3.1.2. Studi Literatur .....................................................................18 3.1.3. Diagram Blok Sistem .......................................................... 18 1. Input ..............................................................................18 2. Proses ............................................................................19 3. Output............................................................................ 19



3.1.4. Prinsip Kerja ................................................................................... 19 3.2. Spesifikasi Alat .................................................................................. 20 3.2.1. Spesifikasi Mekanik ............................................................ 20 3.2.1. Spesifikasi Mekanik .............................................................20 3.3. Perancangan Mekanik ....................................................................... 21 3.4. Daftar Perkiraan Harga ..................................................................... 21 3.5. Jadwal Pelaksanaan ............................................................................ 22 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 23



DAFTAR GAMBAR



Gambar 2.1 Frame Mobile Robot ......................................................................... 5 Gambar 2.2 Frame Global terhadap Frame Robot ...............................................6 Gambar 2.3 Implementasi Global frame dan fa ................................................... 7 Gambar 2.4 Sensor Kompas bno055 .................................................................... 9 Gambar 2.5 Master Arduino mega dan slave Arduino nano ............................... 10 Gambar 2.6 Kinerja Rotary Encoder .................................................................. 12 Gambar 2.7 Sinyal arah Rotary Encoder ............................................................ 12 Gambar 2.8 LCD 16x4 ........................................................................................ 18 Gambar 2.9 Motor DC geared ............................................................................. 18 Gambar 2.10 Modul Driver ................................................................................. 18 Gambar 3.1 Flowchart Kerangka Penelitian ....................................................... 17 Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem ...................................................................... 18 Gambar 3.3 Ukuran base ..................................................................................... 18 Gambar 3.4 Mobile Robot ................................................................................... 18



v



DAFTAR TABEL



Tabel 2.1 Deskripsi pin bno055 ........................................................................... 13 Tabel 2.2 Data sheet Arduino mega dan Arduino nano ...................................... 15 Tabel 2.3 Logika arah putar Rotary Encoder ........................................................ 7 Tabel 2.4 Pin LCD 16x4 ...................................................................................... 29 Tabel 3.1 Tabel Perkiraan Harga ......................................................................... 29 Tabel 3.2 Tabel Jadwal Pelaksaan ....................................................................... 29



vi



RINGKASAN



Tahapan revolusi industri telah memasuki era industri 4.0, yang salah satunya ditandai dengan kehadiran teknologi robotik. Robotik merupakan hasil teknologi canggih era ini. Teknologi yang digunakan untuk mengembangkan ide yaitu dari ilmu elektronika khususnya bidang ilmu robotika. Robot adalah Sebuah manipulator multifungsi yang mampu diprogram, didesain untuk memindahkan material, komponen, alat, atau benda khusus lainnya melalui serangkaian gerakan terprogram untuk melakukan berbagai tugas. Robot digunakan karena ketepatan, kecepatan dan akurasi yang jelas berdampak posisitf dan memudahkan berbagai bidang pekerjaan manusia. Ada pula beragam jenis kontes atau perlombaan robotika. Salah satunya adalah kontes robot bergengsi di ASIA yaitu ABU ASIA-PASIFIC ROBOT CONTEST 2020, sedangkan di Indonesia perolombaan ini disebut dengan KRAI (Kontes Robot Abu Robocon Indonesia) 2020. Pada perlombaan ini robot diharuskan untuk memindahkan dan melempar bola Rugby ke tempat yang sudah di tentukan. Pada mobile robot melakukan gerakan menuju titik koordinat tujuan dengan melewati halangan yang akan di lakukan. Cara kerja mobile robot ini yaitu dilakukannya terlebih dahulu pembelajaran kepada mobile robot tersebut dengan memberikan pergerakan meleati rintangan untuk ke tujuan secara kemudian. Dan setalah mobile robot dikembalikan ke posisi awal dan di lakukan tombol start maka robot akan otomatis mengikuti pergerakan yang sesuai dengan pergerakan manual. Kontrol yang digunakan kontrol kinematic yang memanfaatkan peta lokasi, sensor rotary encoder dan sensor kompas. Tujuan penelitian dari skripsi ini yaitu Pergerakan robot yang di rencanakan dengan pemberian informasi dengan kontrol kinematik.



Kata Kunci : KRI 2020, Sensor Rotary Encoder, Sensor Kompas, Kinematik, robot.



vii



BAB I PENDAHULUAN 1.1



Latar Belakang Dunia robotika memiliki unsur yang sedikit berbeda dengan ilmu-ilmu



dasar. Ilmu dasar kebanyakan berkembang dari hipotesa yang kemudian dilakukan penelitan untuk membutuhkan hipotesa tersebut, sedangkan ilmu robotika melalui dari hasil pengamatan perilaku makhluk hidup atau peralatan pergerakan. kebutuhan akan akurasi yang tinggi, kecepatan tinggi, dan yang memiliki resiko yang tinggi. Salah satu dapat diatasi dengan penggunaan mobile robot. Penelitian mendalam mengenai robotika terus mengalami kemajuan hal ini didasari adanya ide kreatif dan inovasi para peneliti maupn pengembang. Contoh salah satu kontes robot yang bergengsi di ASIA adalah ABU ASIA-PACIFIC ROBOT CONTEST 2020 dengan tema “Robo Rugby 7s” dan di Indonesia disebut KRAI 2020 (Kontes Robot Abu robocon Indonesia 2020). Kontes Robot Indonesia (KRI) adalah ajang kompetisi rancang bangun dan rekayasa dalam bidang robotika yang di selenggarakan oleh Direktorat Kemahasiswaan. Kontes Robot Indonesia ini dapat diikuti oleh tim mahasiswa pada Perguruan Tinggi yang tercatat di Kemenristekdikti.Pada perlombaan KRAI 2020 robot diharuskan untuk membawa dan menendang objek bola Rugby yang akan diletakkan di zona tertentu sesuai dengan “rule”. Pergerakan mobile robot dapat dilakukan dengan berbagai macam metode yang umumnya melakukan pembacaan sensor dan fitur-fitur dari seluruh arena sebagai input. Mobile robot diharuskan bergerak secara benar dan cepat agar pergerakan untuk melewati rintangan yang ada diarena perlombaan dapat dilewati sesuai dengan gerakan yang dibutuhkan. Agar pergerakan benar dan cepat yaitu dengan menggunakan roda. Dengan menggunakan roda pergerakan mobile robot bisa ke segala arah. Banyaknya roda yang digunakan tergantung dari pergerakan yang di butuhkan. Omni Wheel termasuk tipe yang bergerak bebas kesegala arah. Roda terpasang pada bagian kerangka robot. Tingkat akurasi pergerakan dari rangka robot penting



1



Kinematik kontrol digunakan untuk mengontrol motor ditujukan agar menuju posisi



yang



disesuaikan



dengan



kontrol



tersebut.



Sehingga



dengan



mengkombinasikan 3 gerakan mobile robot (robot bergerak menuju arah x , arah y, dan rotasi sumbu z yang terdapat di peta). Terdapat metode perhitungan yang digunakan untuk kontrol tersebut. Input lain yang digunakan berupa sensor – sensor, dimana data sensor tersebut akan di inputkan ke perhitungan kinematik. Sensor tersebut berupa Sensor odometri dan sensor kompas. Sensor odometri digunakan untuk pergeseran mobile robot sedangkan sensor kompas digunakan untuk rotasi mobile robot. Salah satu factor perhitungan kinematik adalah jumlah roda. Banyak mapun sedikitnya roda penggerak mempunyai kekurangan dan kelebihan tergantung dalam kebutuhan situasi dan kondisi. Peneliti menggunakan 3 roda penggerak menggunakan Omni Wheel. Semakin banyak roda penggerak maka dimensi robot akan semakin besar. Dasar persamaan kinematik dengan 3 roda Omni Wheel 𝜉̇ = 𝐽𝜔 𝐽11 𝑥̇ [𝑦̇ ] = [𝐽21 𝐽31 𝜃̇



⋯ 𝐽1𝑛 𝜔1 . . . 𝐽2𝑛 ] [ . . . ] ⋯ 𝐽3𝑛 𝜔𝑛



(1.1) (1.2)



Dimana : ➢ 𝜉̇ (𝜉̇ ∈ 𝑅 3𝑥1 ) merupakan vektor posisi dengan dimensi 3 x 1. ➢ 𝐉 (𝐽 ∈ 𝑅 3𝑥1 ) merupakan jacobian merupakan sebuah matriks 3 X n. ➢ 𝜔 (𝜔 ∈ 𝑅 3𝑥1 ) yaitu matriks kecepatan putar roda penggerak berjumlah n, Variable n merupakan jumlah penggerak yang digunakan sehingga persamaan di atas , dimensi dari persamaan matriks dari 𝑱 dan 𝜔 mengikuti spesifikasi dari robot. Penggerak lebih dari 3 sebagai contoh menggunakan 3 buah roda penggerak ( n = 3). Persamaan kinematik merupakan persamaan dinamik yakni persamaan yang berbeda beda bergantung pada spesifikasi pada mobile robot. Input yang diketahui dari mobile robot ada 2 yaitu yang pertama adalah ukuran peta atau arena



2



perlombaan. Dan yang kedua pemberian data yang berupa data scanning yang dilakukan terlebih dahulu terhadap mobile robot. Berdasarkan latar belakang ini maka penulis mengangkat judul “MOTION PLANNING ROBOT DENGAN KONTROL KINEMATIK ”. Pembuatan robot diharapkan dapat memberikan motivasi kepada mahasiswa atau mahasiswi Politeknik Negeri Malang alam perlombaan Nasional. 1.2



Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas, diperoleh rumusan masalah dalam



penulisan skripsi sebagai berikut : 1. Bagaimana Implementasi kontrol kinematik dengan 3 roda? 2. Bagaimana menggunakan sensor rotary encoder external? 3. Bagaimana menggunakan sensor kompas pada mobile robot? 1.3



Batasan Masalah Masalah yang diangkat dalam skripsi ini terlalu luas jika diteliti secara



menyeluruh. Penulis memberikan pembatasan masalah sebagai berikut : 1. Peta atau arena sudah ditentukan. 2. Kinematika yang di gunakan adalah invers kinematic dan forward kinematic 1.4



Tujuan Berdasarkan rumusan masalah dan batasan masalah diatas, tujuan dari



penulisan skripsi adalah sebagai berikut : 1. Dapat menerapkan ilmu pengetahuan di bidang elektronika dari perkuliaan baik praktek mapun teori ke dalam bentuk dan pembuatan mobile robot. 2. Dapat mengatur gerakan robot dan posisi robot menggunakan kontrol kinematik. 3. Pengaplikasian kontrol kinematic pada 3 roda penggerak Omni Wheel. 1.5



Luaran Skripsi Luaran yang diharapkan dari perancangan ini adalah sebagai berikut : 1. Laporan Skripsi. 2. Untuk mengikuti Kontes Robot Abu Robocon Indonesia (KRAI) 2020. 3. Publikasi Artikel ilmiah. 3



BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1



Review Penelitian Terdahulu Pada bab kedua ini akan dibahas mengenai tentang penelitian-penelitian yang



sudah ada dan akan menjadi landasan teori yang menjadi dasar dalam pelaksanaan skripsi ini. Gillang Al Azhar (2019). Dengan Judul Penelitian “ Implementasi Kontrol Kinematik dan Algoritma Lokalisasi Robot pada Robot Sepak bola” pada penelitian ini pemodelan matematis system kontrol kinematic robot beroda dengan 3 roda Omni Wheel. Melakukan studi kontrol kinematik robot beroda dengan 3 roda serta melakukan studi algoritma lokalisasi dengan metode particle filter. Membuat robot sepakbola beroda sebagai alat uji eksperimen realtime. Menganalisis dan membandingkan hasil simulasi dan eksperimen kinerja kontrol konematik robot beroda. Menggunakan system distribusi data pada robot yang optimal dengan menggunakan Robot Operating System. Riemza Zamronan (2018). “ Kontrol Posisi System Pergerakan Mobile Robot Berbasis Analisa Kinematik” pada penelitian ini robot mampu mencapai titik yang dituju melalui perhitungan pulsa roda robot untuk memperkirakan perubahan posisi robot dan robot dapat menghindari rintangan atau tiang. Pada bidang mobile robot, agar robot dapat bernavigasi secara tepat dapat menggunakan metode navigasi berupa sensor kompas digital dibandingkan dengan metode yang lainnya menggunakan garis atau merabah dinding untuk jalur pergerakan robot dengan bantuan Analisa kinematic, analisa ini memanfaatkan hasil data dari sensor yang aktif untuk memperkirakan perubahan posisi robot dari waktu ke waktu sepanjang robot bergerak. Metode yang dibutuhkan untuk melakukan pengontrolan agar sesuai dengan harapan, antara lain yaitu : 2.2



Kinematik Mobile Robot dengan menggunakan 3 Omni Wheel Robot memiliki 3 buah penggerak yang digerakkan menggunakan motor DC.



Untuk mengetahui posisi dari robot dengan 3 roda, dibutuhkan sebuah perhitungan kinematik dari roda penggeraknya.



4



Gambar 2.1 Frame mobile robot Penempatan posisi roda pada kerangka robot 𝛼1 , 𝛼2 𝑑𝑎𝑛 𝛼3 adalah 120o, dan nilai 𝑙 merupakan jarak antara titik tengah robot ke titik tengah dari roda penggerak robot. Kecepatan roda tersebut bisa dihitung nilai kecepatan perpindaan robot framenya terhadap sumbunya. Persamaan matriknya sebagai berikut : 𝑅



𝜉𝑅̇ (𝑙) = 𝑅𝑱𝑅 (𝑙)𝜔(𝑙)



𝑐𝑜𝑠 (𝛼1 ) 𝑐𝑜𝑠 (𝛼2 ) 𝑐𝑜𝑠 (𝛼3 ) 𝜔 (𝑡) 𝑅𝑥̇ 𝑅 (𝑡) 1 [𝑅𝑦̇ 𝑅 (𝑡)] = 𝑟 [ 𝑠𝑖𝑛 (𝛼1 ) 𝑠𝑖𝑛 (𝛼2 ) 𝑠𝑖𝑛 (𝛼3 ) ] [𝜔2 (𝑡)] 1 1 1 𝜔3 (𝑡) 𝑅𝜃̇𝑅 (𝑡) 𝑙 𝑙 𝑙



(2.1)



(2.2)



Dengan ➢ r adalah radius dari roda penggerak robot. ➢



𝑅



𝜉𝑅̇ dinotasikan sebagai kecepatan perubahan posisi dan kecepatan



perubahan posisi terhadap FR. sedangkan nilai 𝜉𝑅̇ bisa di dapatkan dengan mengalikan 𝑅 𝜉𝑅̇ dengan matriks rotasi terhadap 𝑓𝜔 . Nilai kecepatan perubahan terhadap posisi terhadap global frame



( 𝜉𝑅̇ =



𝑅



𝜉𝑅̇ x 𝑓𝜔 ) Sehingga dapat dituliskan



persamaan 𝜉𝑅̇ sebagai berikut :



5



Gambar 2.2 Frame global terhadap frame robot 𝜉𝑅̇ (𝑡) =



𝑜



̇ 𝑹𝒐𝒕 𝑅 (𝑡) 𝑥 𝑅 𝝃𝑅 (𝑡)



(2.3)



𝑅𝑥̇ 𝑅 (𝑡) [𝑅𝑦̇ 𝑅 (𝑡)] = 𝑅𝜃̇𝑅 (𝑡) 𝑐𝑜𝑠 (𝜃(𝑡)) 𝑐𝑜𝑠 (𝜃(𝑡)) 0 𝑐𝑜𝑠 (𝛼1 ) 𝑐𝑜𝑠 (𝛼2 ) 𝑐𝑜𝑠 (𝛼3 ) 𝜔1 (𝑡) 𝑟 [ 𝑠𝑖𝑛 (𝜃(𝑡)) 𝑠𝑖𝑛 (𝜃(𝑡)) 0] [ 𝑠𝑖𝑛 (𝛼1 ) 𝑠𝑖𝑛 (𝛼2 ) 𝑠𝑖𝑛 (𝛼3 ) ] [𝜔2 (𝑡)] (2.4) 1 1 1 𝜔3 (𝑡) 0 0 1 𝑙 𝑙 𝑙 𝜉𝑅̇ (𝑡) = 𝐽𝑅 (𝑡)𝜔(𝑡)



(2.5)



Dimana nilai 𝜃 didapatkan dari sudut yang terbentuk antara 𝐹𝑟 dengan 𝐹𝜔. Setelah didapatkan nilai kecepatan perubahan posisi robot terhadap peta, maka dapat diketahui posisi robot pada awaktu ke t dengan melalui persamaan berikut : 𝑥𝑅 (𝑡) = 𝑥𝑅 (𝑡 − 1) + 𝑥̇



𝑅



(𝑡)∆𝑡



(2.6)



𝑦𝑅 (𝑡) = 𝑦𝑅 (𝑡 − 1) + 𝑦̇



𝑅



(𝑡)∆𝑡



(2.7)



𝜃𝑅 (𝑡) = 𝜃𝑅 (𝑡 − 1) + 𝜃̇ 𝑅 (𝑡)∆𝑡



(2.8)



6



2.3



Rotasi dan Translasi Posisi pada bidang 2 dimensi Posisi Terdapatnya posisi pada translasi dan rotasi pada suatu objek bidang 2



dimensi yang memiliki titik koordinat (koordinat x dan koordinat y) terhadap titik pusat sumbu utamanya (frame). Sumbu utama disebut sebagai global frame (𝑓𝜔).



Gambar 2.3 Implementasi global frame dan fa Namun memungkinkan frame tersebut lebih dari satu namun pada bidang yang tetap. Namun harus tetap memilih satu dari banyaknya frame yang ada pada bidang yang sama sebagai referensi yang dijadikan global frame dan yang lainnya di notasikan sebagai frame lainnya (𝑓𝑎). 𝑓𝑎 memiliki titik pusat sumbunya sendiri serta arah hadap sumbu yang berbeda dibandingkan dengan arah hadap sumbu milik 𝑓𝜔, sehingga terapat nilai translasi titik pusat sumbu 𝑓𝑎 terhadap pusat sumbu 𝑓𝜔 ( 𝜊 𝑡𝑎 ) serta nilai rotasi hadap sumbu 𝑓𝑎 terhadap sumbu 𝑓𝜔 ( 𝜊 𝑅𝑜𝑡𝑎 ) yang menghasilkan sebuah nilai sudut berupa 𝜃 yang di notasikan 𝜉𝑅̇ = [ 𝜊 𝑡𝑎 x 𝜊 𝑅𝑜𝑡𝑎 ]. 2.4



(2.9)



Perubahan Kecepatan Berdasarkan Tujuan Kecepatan mobile robot harus berubah saat mendekati tujuan yang



dibutuhkan, ini dikarenakan pergerakan mobile robot dalam perlombaan tidak bisa kecepatannya dalam keadaan tetap. Meskipun semakin lama pergerakan semakin cepat kecepetannya ataupun semakin lama pergerakannya semakin lambat kecepatannya dari waktu ke waktu. Ketika robot sudah mendekati target maka



7



mobile robot melakukan perlambatan kecepatan agar berhentinya sesuai dengan tujuan. Maka dari itu dibutuhkan sebuah kontrol agar kecepatan bisa diatur sehingga kecepatan awal dari posisi awal ke posisi tujuan yang bersifat eksponensial. Semakin dekat jarak antara posisi robot ke t dengan posisi tujuan robot. Dan juga robot seiring waktu sehingga perubahan jarak memiliki kecepatan Dapat dirumuskan 𝑒𝑡 = 𝑝𝑡∗ − 𝑝𝑡 .



(2.10)



Turunan perubahan dari persamaan diatas. 𝑒̇𝑡 = −𝑝̇ 𝑡



(2.11)



𝑒𝑡 merupakan nilai eror, 𝑝𝑡∗ posisi tujuan, 𝑝𝑡 posisi robot pada saat ke t. maka dari itu nilai eror di dapatkan saat selisi antara posisi tujuan dengan posisi robot saat ke t. Turunan eksponensial di dapat dari turunannya nilai eror dan posisi robot, sedangkan posisi tujuan tidak mengalami turunan dikarenakan tidak terikat waktu atau posisi tujuannya tetap. Nilai eror mempunyai kecepatan perubahan errornya, sehingga turunan error posisi untuk mendapatkan nilai kecepatan error. Pendekatan nilai error berubah secara eksponensial agar kecepatan motor berubah antara jarak posisi sekarang dengan posisi tujuan. Maka persamaannya 𝑒𝑡 = 𝑒 −𝜆 𝑡



(2.12)



𝑒𝑡 = −𝜆𝑒 −𝜆 𝑡



(2.13)



Sari persamaan di atas akan di substitusikan untuk mengetahui perubahan kecepatan posisi yang di butuhkan : −𝑝̇ 𝑡 = −𝜆𝑒 −𝜆 𝑡



(2.14)



−𝑝̇ 𝑡 = −𝜆𝑒𝑡



(2.15)



𝑝̇ 𝑡 = 𝜆(𝑝𝑡∗ − 𝑝𝑡 )



(2.16)



Maka dari persamaan tersebut kita bisa mengetahui perkalian konsatnta 𝜆 dengan error posisi pada saat waktu ke tujuan. Kemudian dari nilai yang sudah di temukan maka akan di inputkan ke dalam perhitungan invers kinematik.



8



2.5



Sensor Adafruit BNO055



Gambar 2.4 Sensor kompas bno055 Sensor yang terdiri dari 9 DOF diantaranya terdapat akselerometer, giroskop dan magnetometer. Fungsi dari sensor tersebut sangan penting bagi mobile robot dikarenakan sensor ini dapat mendeteksi percepatan dan arah hadap pada mobile robot. Agar pendeteksian percepatan dan arah hadap yang sesuai maka maka ketiga dari 9 DOF tersebut harus di gunakan dengan perhitungan yang kompleks. Diantara kegunaan dari sensor ini adalah data orientasi absolut 0 – 360o dengan kecepatan gerak orientasi salam satuan quertion (𝑥, 𝑦, 𝑧, 𝜔) dengan satuan rad/s dan percepatan dalam satuan m/ss Table 2.1 Deskripsi pin bno055 Pins



Deskripsi



VIN



3,3 – 5 volt tegangan input



3VO



Output 3.3B dari regulator tegangan linier yang terpasang hingga 50mA



GDN



Ground



SCL



I2C clock pin dihubungkan me mikrokontroller



SDA



I2C clock pin dihubungkan me mikrokontroller



RST



Pengaturan ulang untuk mereset sensor



INT



Dikonfigurasikan untuk menghasilkan sinyal interupsi ketika peristiwa tertentu.



9



ADR



Untuk



mengubah



alamat



I2c



default



BNO055



jika



menggunakan dua IC PS0 dan PS1



2.7



Untuk mengubah mode perangkat



Arduino Mega 2560 dan Arduino Nano 328p Arduino adalah board berbasis mikrokontroller atau papan rangkaian



elektronika open source yang didalamnya terdapat komponen utama yaitu sebuah chip mikrokontroller dengan jenis AVR dari perusahaan Atmel. Terdapat beberapa jenis Arduino yang digunakan pada umumnya yaitu Arduino mega dan Arduino nano. Perbedaan dua jenis arduino tersebut sangat lah besar yang paling menonjor adalah port Arduino mega sangat lah banyak di banding aduino nano sehingga Arduino mega memiliki kemampuan yang sangat mumpuni di banding Arduino nano dalam kapasitas maupaun dalam hal lain.



Gambar 2.5 Master arduino mega dan Slave Arduino nano Namun pemilihan jenis Arduino tergantung kebutuhan. Apabila di kerjakan dalam pekerjaan yang tidak membutuhkan input/output banyak maka di rekomendasikan menggunakan Arduino nano, sebaliknya jika membutuhkan kapasitas memory besar dan input/output yang banyak maka di rekomendasikan menggunakan Arduino mega. Berikut spesifikasi yang di miliki oleh Arduino mega dan Arduino nano



10



Tabel 2.2 Data sheet Arduino mega dan Arduino nano Spesifikasi



Arduino Mega



Arduino Nano



Mikrokontroler



Atmega 2560



Atmega 328p



Tegangan Operasi



5V



5V



Tegangan Input



7-12 V



7-12 V



Pin I/O



54 Pin



14 Pin



Pin Analog Input



16 Pin



8 Pin



Arus DC per Pin



20 mA



40 mA



Memori Flash



256KB



32KB



SRAM



8 KB



2 KB



EEPROM



4 KB



1 KB



Clock Speed



16 MHz



16 MHz



LED_BULLIN



13



-



Panjang



101,52 mm



14,3 cm



Lebar



53,3 mm



1,85 cm



Berat



37 g



5g



16 bit timer/ counter pin 2 , 3 , 5 (Timer 3);



9 dan 10 (Timer 1)



6 , 7 , 8 (Timer 4) 11 dan 12 (Timer 1); 44 , 45 , 46 (Timer 5); Interrupt pin



2 (INT 0); 3 (INT 1)



2 ( INT 0); 3 (INT 1)



18 (INT 5); 19 (INT 4) 20 (INT 3);



11



2.6



Sensor Rotary Encoder Rotary encoder umumnya menggunakan sensor optic untuk menghasilkan



serial pulsa yang apat diartikan menjadi gerakan, posisi, dan arah. Sehingga posisi sudut suatu poros benda berputar dapat diolah menjadi informasi berupa kode digital oleh rotary encoder untuk di teruskan oleh rangkaian kendali.



Gambar 2.6 Kinerja rotary encoder Cara kerja rotary encoder tersusun dari suatu piringan tipis yang memiliki lubang lubang pada bagian lingkaran piringan. LED di tempatkan pada salah satu sisi piringan sehingga cahaya akan menunjukan ke pirirngan. Disisi yang lain suatu photo-transistor di letakkan sehingga photo-transistor ini dapat mendeteksi cahaya dari led yang berseberangan. Piringan tipis dikopel dengan porors motor, sehingga ketika motor berputar piringan juga akan ikut berputar. Apabila posisi piringan mengakibatkan cahaya dari LED dapat mencapai photo-Transistor melalui lubang lubang yang ada makan akan mengalami saturasi dan menghasilkan satu pulsa.



Gambar 2.7 Sinyal arah rotary encoder



12



Table 2.3 Logika arah putar rotary encoder Arah Poros



Channel A



Channel B



CW



HIGH



LOW



CCW



HIGH



HIGH



Dalam pembacaan data encoder tersebut biasanya ada beberapa cara mengubungkan output encoder dengan channel A dan channel B keduanya dihubungkan ke pin external interrupt.



13



2.9



LCD LCD (Liquid Crystal Display) adalah sebuah alat berfungsi untuk



menampilkan karakter seperti huruf, angka, dan symbol - simbol. Tipe yang digunakan adalah LCD 16x4.



Gambar 2.8 LCD 16x4 Konfigurasi pin LCD : Table 2.4 Pin LCD 16x4 Pin



Simbol



I/O



Deskripsi



1



VSS



-



Ground



2



VCC



-



+5V power supply



3



VEE



-



To control contrast of character



4



RS



I



Register select : RS = 0 to select instruksi Command register, RS = 1 to select data reg



5



R/W



I



Read/Write:R/W=0 for write, R/W=1 for read



6



EN



I



Enable



7



DBO



I/O



8-bit data bus



8



DB1



I/O



8-bit data bus



9



DB2



I/O



8-bit data bus



10



DB3



I/O



8-bit data bus



11



DB4



I/O



8-bit data bus



12



DB5



I/O



8-bit data bus



13



DB6



I/O



8-bit data bus



14



DB7



-



8-bit data bus



15



BPL



-



Black Plane Light



16



GDN



-



Ground



14



2.10



Motor DC Merupakan suatu device yang memiliki fungsi untuk mengubah energi



listrik menjadi energi gerak. Terjadinya



sebuah



gaya



torsi



pada



jangkar



disebabkan oleh hasil interaksi antar dua garis medan magnet. Kutub mahnet menghasilkan garis medan dari utara - selatan menuju jangkar. Pada lilitan jangkar yang dialiri arus listrik DC akan menghasilkan magnet dengan arah ke kiri. Prinsip kerja motor DC : jika kawat penghantar listrik arus listrik yang terletak diantara kutub magnet utara dan selatan, akan terkena gaya Lorentz. Arus yang mengalir pada lilitan akan menghasilkan medan magnet yang berinteraksi dengan medan utama dan akan memperkuat medan disatu sisi konduktor tapi melemahkan sisi yang lain. Interaksi ini menyebabkan adanya gaya dorong konduktor.



Gambar 2.9 Motor DCgeared Motor DC geared merupakan motor dc biasa namun terdapat tambahan gear. Fungsi dari tambahan gear ini untuk menambah besar torsi pada motor dc tersebut. Gear yang di psang sudah tersusun dan dikemas rapi.



15



2.11



Driver Motor IBT_2 Kontrol Motor DC High Current pada driver motor DC ini dapat



mengeluarkan arus hingga 43A, dengan memiliki fungsi PWM. Tegangan sumber DC yang dapat diberikan antara 5.5V – 27V DC, sedangkan tegangan input level antara 3.3V – 5Vdc, driver motor ini menggunakan rangkaian full H-bridge dengan IC BTS7960 dengan perlindungan saat terjadi arus yang Panas atau Berlebihan Detail Pin Input •



RPWM = Input PWM Forward Level ,Aktif High



•



LPWM = Input PWM Reverse Level ,Aktif High



•



R_EN = Input Enable Forward Driver, Aktif High



•



L_EN = Input Enable Reverse Driver, Aktif High



•



R_IS



= Forward Drive ,Side current alarm output



•



L_IS



= Reverse Drive ,Side current alarm output



•



Vcc



= +5 V Power Supply Mikrokontroler



•



Gnd



= Gnd Power Supply Mikrokontroler



Detail Pin Output •



W- = Di hubungkan ke Motor DC (V-)



•



W+= Di hubungkan ke Motor DC (V+)



•



B+ = Tegangan Input V+ Motor



•



B- = Tegangan Input V- Motor



Gambar 2.10 Modul Driver



16



BAB III METODE PENELITIAN



3.1 Perencanaan Alat Perancangan system ini meliputi dari rancangan hardware serta perancangan software dan diagram blok perencanaan alat, serta prinsip kerja alat. Di dalam diagram blok menjelaskan bagian bagian dari input, kontroler, maupun output dalm proses pengaturan pwm serta menjelaskan prinsip kerja dari keseluruan robot. 3.1.1. Konsep Pelaksanaan Skripsi Untuk mengetahui hasil pengontrolan posisi dengan kecepatan motor menggunakan kontrol kinematik. Untuk memulai penelitian adalah merancang system, setelah system dibuat kemudian mengimplementasikan system kontrol . Kerangka tersebut antara lain :



Gambar 3.1 Flowchat Kerangka Penelitian



17



3.1.2. Studi Litertur Adapun langkah yang dibuat dalam skripsi adalah dengan mengumpulkan dan meperlajari semua literature yang berhubungan dengan kontrol kinematik dengan menggunakan Master Arduino Mega dan Slave Arduino Nano. Dan juga mempelajari Literatur yang berhubungan dengan sensor kompas dan sensor rotary encoder. 3.1.3. Diagram Blok Sistem



Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem 1. Input Sensor kompas digunakan untuk pergerakan rotasi sumbu z pada mobile robot. Sensor kompas dihubungkan ke Master Arduino Mega melalui komunikasi I2C (SCL dan SDA). Peletakan sensor ini harus berada di tengah- tengah robot dikarenakan untuk mengatahui frame mobile robot. Sensor Rotary Encoder external akan membaca berapa putaran roda setiap perpindahan posisi.Tombol digunakan sebagai fitur fitur yang berada di mobile robot.



18



2. Proses Pada bagian proses digunakan system Master dan Slave. Arduino Mega dan Arduino Nano dan digunakan juga a. Arduino Mega digunakan untuk Master untuk satu mobile robot Fungsi dari Master adalah digunakan untuk memproses data input tombol dan perhitungan kinematik. b. Arduino Nano digunakan untuk slave yang di gunakan untuk setiap driver motor. Fungsi dari Arduino Nano (slave 1 , 2 dan 3) berfungsi untuk proses pengiriman dari Arduino Mega. Komunikasi untuk slave ke master menggunakan komunikasi SDA dan SCL (I2C). 3. Output Driver Motor digunakan untuk mengubah sinyal PWM dari Mikrokontroler menjadi tegangan DC untuk supply motor. Driver ini juga bisa digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor. LCD digunakan untuk menampilkan data dari hasil pembacaan sensor dan fitur - firur lainnya. Driver motor menggunakan IBT2 3.1.4. Cara Kerja Pada Mobile Robot ini tujuan yang diinginkan adalah robot mampu berjalan melewati tiang tiang secara otomatis, dengan inputan peta/arena yang sudah ditentukan. Menggunakan sensor yang paling utama yaitu sensor kompas dan sensor rotary encoder. Sebelum robot secara otomatis dijalankan maka pada system ini mobile robot diharuskan pergerakan secara manual terlebih dahulu. Kemudian garakan tersebut akan di disave pada mikrokontroler robot. Dan ketika sudah selesai maka di save. Dan kemudian ketika dijalankan secara otomatis maka robot akan berjalan sesuai dengan yang kita inputkan manual.



19



3.2 Spesifikasi Alat 3.2.1.



3.2.2.



Spesifikasi Mekanik. 1. Panjang



:60cm



2. Lebar



:68cm



3. Tinggi



:60cm



4. Berat tobot



: 20 kg



5. Jenis roda



: Omni Wheel



6. Bahan casis/base



: Alumunium



Spesifikasi Elektrik 1. Sumber daya



: Baterai Lipo 3S 5200mAH.



2. Jenis prosesor



: Mikrokontroler.



3. Jenis LCD



: 16x4.



4. Jenis sensor



: Sensor Kompas, Sensor Rotary Encoder.



5. Jenis Motor



: Motor DC Geared.



3.3 Perancangan Mekanik.



Gambar 3.3 Ukuran Base



20



Gambar 3.4 Mobile Robot 3.4 Daftar Perkiraan Harga. 3.1 Tabel Perkiraan Harga No Nama Komponen



Jumlah



Satuan



Harga satuan



Harga



1 Arduino Mega



1 buah



Rp



150.000



Rp



150.000



2 Arduino Nano



3 buah



Rp



45.000



Rp



135.000



3 Odroid XU4



1 buah



Rp



1.500.000



Rp



1.500.000



4 Sensor BNO055



1 buah



Rp



250.000



Rp



250.000



5 Sensor Rotary encoder



2 buah



Rp



400.000



Rp



800.000



6 Tombol



6 buah



Rp



1.000



Rp



6.000



7 Stepdown



1 buah



Rp



30.000



Rp



30.000



8 Driver BTS7970B



3 buah



Rp



300.000



Rp



900.000



9 Motor DC



3 buah



Rp



200.000



Rp



600.000



10 LCD 16x4



1 buah



Rp



75.000



Rp



75.000



11 Battry



2 buah



Rp



325.000



Rp



650.000



12 PCB



1 meter



Rp



10.000



Rp



10.000



13 Omniwheels



5 buah



Rp



250.000



Rp



1.250.000



14 PLA



1 buah



Rp



200.000



Rp



200.000



15 Kabel Jumper



3 meter



Rp



7.500



Rp



22.500



16 Profil Alumunium



5 meter



Rp



20.000



Rp



100.000



17 Plat Alumunium



2 meter



Rp



50.000



Rp



100.000



Rp



6.778.500



Total



21



3.5 Jadwal Pelaksaan. 3.2 Tabel Jadwal Pelaksanaan Bulan No Kegiatan Februari 1



Studi Literatur



2



Perancangan Alat



3



Proses Mekanik



4



Proses Elektrik



5



Proses Pemrograman



6



Pengujian Alat



7



Finishing



Maret



April



Mei



Juni



22



DAFTAR PUSTAKA



ABU



Asia



Pasific



Robot



Contest



2020.



Robo



Rugby



7s



(https://www.aburobocon2020.com.fj/ ) Diakses pada 17 November 2019. Gillang Al-Azhar, 2019. “Implementasi Kontrol Kinematik dan algoritma Lokalisasi Robot pada Robot Sepakbola Beroda”. Tesis Spesialisasi : Sistem Kontrol dan Robotika. Malang : Politeknik Negeri Malang Rafiuddin Syam, Irham dan Widhi Erlangga. 2012 “RANCANG BANGUN OMNI WHEEL ROBOT DENGAN RODA PENGGERAK INDEPENDENT” Skripsi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin, Makassar Wisesa Wibisono, Akhmad Musafa “Rancang Bangun Object Tracking dan Positioning Robot Beroda Penjaga Gawang Dengan Metode PID” Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Budi Luhur Jakarta. Irfan Affandi, Indra Adji Sulistijono, Fernando Ardilla “Kontrol Posisi Robot Omni-Directional Menggunakan Metode Gyrodometry” Program Studi Teknik Mekatronika, Departemen Teknik Mekanika dan Energi Politeknik Elektronika Negeri Surabaya. Septian Dwi Ermansyah “Implementasi System Voice Recognition dan Rotary Encoder pada Mobile Robot sebagai Sistem Navigasi dan Perhitungan Posisi Robot” Program Studi Strata 1 Teknik Elektro,Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Jember 2016. Alfi Nur Albab, Endah Rahmawati “Rancang Bangun Sistem Navigasi Mobile Robot Berbasis Sensor Rotary Encoder Menggunakan Metode Odometri” Program Studi Fisika, Universitas Negeri Surabaya 2019



23