JURNAL ELKOLIND, JULI 2018, VOL.05, N0. 2

8

Abstrak — Robot memang tela hadir didalam kehidupan

manusia dalam bentuk bermacam-macam. Dalam arti luas

robot berarti suatu system yang terdiri dari mekanisme yang

memiliki suatu control elektrik untuk melaksanakan suatu

tugas tertentu. Dengan pengertian ini sangat erat hubungan

antara robot dan otomastisasi Hal ini dapat dilihat dari

munculnya beragam robot yang diciptakan, sehingga muncul

beragam jenis kontes robotika salah satunya adalah KRAI

2017. Pada perlombaan kali ini robot diharuskan dapat

melemparkan soft saucer untuk menjatuhkan sebuah bola

diatas penampang dengan lebar penampang 75cm dan tinggi

55cm. Sesuai dengan peraturan lomba yang sudah ditentukan

robot yang akan dibuat adalah robot pelontar, dalam

perancangannya akan digunakan motor BLDC, kecepatan

putaran motor akan ditentukan oleh jauh dekatnya jarak target

yang dideteksi oleh SRF 08 dan kecepatan putaran motor akan

dideteksi oleh sensor rotary encoder. Pada bab pengujian

sensor ditemukan error rata rata 0,11% menandakan bahwa

sensor dalam keadaan baik dan laya untuk digunakan. Setelah

dilakukan tunning PID ditemukan nilai Kp = 6, Ki = 4 dan Kd

= 16 dengan nilai tr = 5s, tp = 6s, %Os = 0.9%, ts = 13s dan

Ess = 0.4%, respon dari system terbilang bagus dan sesuai

dengan system yang direncanakan.

Kata Kunci : SRF 08, Sensor rotary Encoder, metode PID,

KRAI2017

I. PENDAHULUAN

ada saat ini, robot memang telah hadir didalam

kehidupan manusia dalam bentuk yang bermacam –

macam. Ada robot sederhana untuk mengerjakan

kegiatan yang mudah atau berulang – ulang. Sementara dalam

arti luas robot berarti suatu system yang terdiri dari

mekanisme yang memiliki suatu control elektrik untuk

melaksanakan suatu tugas tertentu. Dengan pengertian ini

sangat erat hubungan antara robot dan otomastisasi sehingga

dapat dipahami bahwa hampir setiap aktivitas kehidupan

modern makin tergantung pada robot dan otomatisasi.

Andy Hardiansyah adalah mahasiswa D4 Teknik Elektronika Jurusan Teknik

Elektro Politeknik Negeri Malang, email: Andyhardiansyah@gmail.com

TotokWinarno dan Achmad Komarudin adalah dosen Jurusan Teknik Elektro

Politeknik Negeri Malang

Hal ini dapat dilihat dari munculnya beragam robot yang

diciptakan , sehingga muncul beragam jenis kontes robotika.

Salah satu kontes robot bergengsi di ASIA adalah ABU ASIA –

PACIFIC ROBOT CONTEST 2017 yang bertemakan The

Landing Disc. Perlombaan robot ini di Indonesia disebut

KRAI 2017 (Kontes Robot Abu Robocon Indonesia). Pada

perlombaan KRAI 2017 prinsip gerak yang digunakan salah

satunya adalah gerak parabola.

II. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sensor Ultrasonic

Sensor ultrasonik adalah alat elektronika yang bisa

mengubah besaran fisis (bunyi) menjadi besaran listrik dalam

bentuk gelombang ultrasonik. Gelombang ultrasonik

merupakan gelombang akustik yang frekuensinya mulai 20

kHz hingga sekitar 20 MHz.

Gambar 1 Sensor Ultrasonic SRF-08

2.2 Electronic Speed Control (ESC)

Electronic speed control merupakan rangkaian yang

digunakan untuk mengkontrol kecepatan motor BLDC dengan

system PWM. Cara kerjanya yaitu menerjemahkan sinyal

yang diterima receiver dari transmitter. Di pasaran terdapat

berbagai macam ESC dengan kekuatan arus dan tegangan

yang berbeda-beda.

Gambar 2 Electronic Speed Control (ESC)

2.3 Motor Brushless

Motor brushless adalah motor elektrik yang dicatu

dengan arus/ tegangan DC melalui inverter terintegrasi yang

menghasilkan sinyal listrik AC ke driver motor dan

Kontrol Kecepatan Motor Pelontar Robot Abu

Robocon 2017 dengan Metode PID

Andy Hardiansyah, Totok Winarno, Achmad Komarudin

P

JURNAL ELKOLIND, JULI 2018, VOL.05, N0. 2

9

mempunyai sistem komutasi elektrik, dibandingkan dengan

komutator mekanik dengan sikat.

Gambar 3 Turnigy 3648 Brushless Motor 600Kv

2.4 Kontroller Proportional Integral Derivative (PID)

Setiap kekurangan dan kelebihan dari masing-masing

pengontrol P, I dan D dapat saling menutupi dengan

menggabungkan ketiganya secara paralel menjadi pengontrol

proportional integral derivative (kontrol PID). Elemen –

elemen pengontrol P, I dan D masing-masing secara

keseluruhan bertujuan untuk mempercepat reaksi sebuah

sistem, menghilangkan offset dan menghasilkan perubahan

awal yang besar. Hubungan antara keluaran kontroler m(t) dan

sinyal kesalahan penggerak e(t) adalah:

t

dip

dt

tdeKdtteKteKtm

0

)()()()( ( (1)

atau, dalam besaran transformasi Laplace,

sKs

KK

sE

sMd

ip .

)(

)( (2)

Karakteristik pengontrol PID sangat dipengaruhi oleh

kontribusi besar dari ketiga parameter P, I dan D. Pengaturan

konstanta Kp, Ti, dan Td akan mengakibatkan penonjolan sifat

dari masing-masing elemen. Satu atau dua dari ketiga

konstanta tersebut dapat diatur lebih menonjol dibanding yang

lain. Konstanta yang menonjol itulah akan memberikan

kontribusi pengaruh pada respon sistem secara keseluruhan.

Gambar 4 Diagram Blok Kontroler PID.

2.5 Metode Ziegler Nichols

Metode Ziegler-Nichols merupakan salah satu

metode yang digunakan untuk mencari nilai PID. Metode ini

dikembangkan oleh John G Ziegler dan Nathaniel B Nichols.

Metode Ziegler Nichols terbagi menjadi dua yaitu metode

Kurva S dan metode Oslasi, Pada sistem ini metode yang

digunakan adalah metode osilasi.

Gambar 5 Contoh Osilasi Sistem yang Stabil

Tabel 1 Rumus Tuning PID Metode Ziegler-Nichols

III. METODOLOGI

Dalam metode penelitian ini akan menjelaskan

tentang bagaimana metodelogi yang digunakan dalam

penelitian ini maupun pemuatan robot yang meliputi

perancangan mekanik, perancangan elektrik dan perancangan

software.

3.1 Diagram Blok Sistem

Diagram blok dari robot pelontar menggunakan

beberapa komponen – komponen elektronik berikut diagram

blok alat :

Sensor Jarak

PUSH BUTON

MIKROKONTROLLER

ARDUINO MEGA

ESC

LCD

MOTOR SERVO

MOTOR

BLDC

INPUT PROSES OUTPUT

Sensor Kecepatan

Gambar 6 Diagram Blok Sistem

JURNAL ELKOLIND, JULI 2018, VOL.05, N0. 2

10

3.2 Perancangan sensor rotarty encoder

Penggunaan sensor rotary encoder pada system ini

digunakan untuk mendeteksi kecepatan dari putaran motor

BLDC

Gambar 7 Skematik Sensor Rotary Encoder

Berdasarkan datasheet phototransistor H21A3

memiliki if = 5mA-50mA, Icmax = 50mA dan Iceo = 100 nA,

dan pada arduino memiliki Vo = 5V, maka untuk mencari nilai

R2 dapat dihitung menggunakan rumus :

(3)

Sedangkan untuk menghitung nilai resistansi pulldown dapat

dihitung dengan persamaan :

(4)

3.3 Konfigurasi Sensor SRF 08

Dalam konfigurasi rangkaian antara kontroler dengan

sensor SRF08 ini yang menggunakan komunikasi data I2C,

sesuai dengan datasheet SRF08 ini, dibutuhkan rangkaian

pull-up I2c.

C

D

A

B

Gambar 8 Sambungan antara Arduino, Pull-Up I2C, dan

SRF08

A. GND

B. Resistor Pull-Up dan Pin 20 SDA Arduino Mega

C. 5V DC

D. Resistor Pull-Up dan Pin 21 SCL Arduino Mega

3.4 Konfigurasi Driver ESC

Dalam konfigurasinya data yang diberikan pada ESC

oleh kontroler, merupakan data PWM, dan di atur seperti

pengaturan pada servo. Kabel rangkaian yang disambungkan

memiliki 3 sambungan, yaitu Data dengan warna kabel

orange, VCC dengan warna kabel merah, dan GND dengan

warna kabel hitam. Berikut gambar perangkaian ESC dengan

kontroler arduino:

Kabel BLDC Biru

Kabel BLDC Kuning

Kabel BLDC Merah

Kabel Battery hitam

Kabel Battery Merah

PIN 8 Arduino

5V DC

GND

Gambar 9 Sambungan Driver ESC dengan Arduino

3.5 Perancangan Kontrol PID

Dalam perancangan kontrol PID metode yang

digunakan adalah metode osilasi Ziegler-nichols hal pertama

yang dilakukan adalah memberikan nilai parameter integral

dan parameter diferensial dengan nilai 0 ( Ki = 0 dan Kd = 0).

Kemudian tahap selanjutnya adalah mencari nilai parameter

proposional dengan cara menaikan nillai Kp mulai dari kecil

hingga menemukan nilai dimana reaksi sistem menjadi

berosilasi, dengan syarat osilasi dari reaksi sistem stabil.

Gambar 10 Percobaan Dengan Memasukkan Nilai Kp = 5

Gambar 11 Percobaan Dengan Memasukkan Nilai Kp = 10

Diketahu

Ku = 10 Tu = 32 – 24 = 8

Dari nilai Ku dan Tu dapat dicari nilai Kp, Ki dan Kd sesuai

dengan tabel 2.4 sebagai berikut :

Perhitungan nilai Kp

Kp = 0.6 x

Ku = 0.6 x 10= 6

0

1000

2000

3000

1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 56R

PM

Time(s)

Grafik Respon

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61

Series1

JURNAL ELKOLIND, JULI 2018, VOL.05, N0. 2

11

Perhitungan nilai Ki

Ti = Tu / 2 = 8 / 2 = 4

Ki = Kp / Ti = 12 / 4 = 3

Perhitungan nilai Kd

Td = 0.125 x Tu = 0.125 x 8 = 1

Kd = Kp x Td = 12 x 1 = 12

Dari dua grafik diatas gambar 11 dengan nilai Kp

=10 merupakan sistem osilasi yang baik dibanding dengan

gambar 10 dengan nilai Kp = 5. Sesuai dengan aturan tunning

PID nilai Kp yang didapat dapat digunakan untuk mencari

nilai Tu. Nilai Tu diambil dari selisih amplitude antara

gelombang yang mempunyai tinggi yang sama. Berikut

perhitungannya menurut tabel Ziegler-Nichols.

IV. HASIL DAN ANALISA

4.1 Pengujian Sensor Ultrasonic SRF 08

Pengujian sensor ultrasonic dilakukan untuk

mengetahui apakah pembacaan sensor sudah sesuai dengan

data yang di tampilkan pada Serial monitor atau tidak.

Disamping itu pengujian ini juga menandakan apakah sensor

sudah bekerja sesuai dengan kriteria yang dibutuhkan.

Tabel 2 Nilai Error Dari Hasil Pengujian Sensor Ultrasonic

SRF 08

Jarak

Aktual

(cm)

Jarak Terukur

(cm)

Error (%)

10 10 0

30 30 0

50 50 0

100 100 0

150 150 0

200 200 0

250 250 0

275 276 0,36

300 302 0.67

Rata – Rata Error 0,11

4.2 Pengujian dan Analisa Kontrol PID Terhadap

Kecepatan Putaran Motor BLDC

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui apakah

kontrol PID bekerja dengan baik atau tidak. Pengujian ini

dilakukan dengan cara memberikan nilai Kp, Kid an Kd sesuai

dengan hasil perhitungan dari Ziegler-Nichols. Respon system

adalah kecepatan nilai PV mencapai nilai SP. Dimana nilai PV

adalah nilai kecepatan putaran motor BLDC dar pembacaan

sensor roraty encoder , dan nilai SP merupakan nilai setpoint

dari kecepatan putaran motor BLDC

Gambar 12 Pengujian Kontrol Dengan Nilai Kp = 6 Ki = 3

dan Kd = 12

Pada grafik gambar 12 dengan nilai Kp = 6 dapat dilihat dan

dianalisa bahwa :

1. Rise time (tr) = merupakan lama waktu yang

diperlukan respon menuju set point mulai dari t=0

sampai dengan respon menyentuh sumbu set point

yang pertama. Pada grafik gambar 12 nilai Tr = 5 s

2. Peak time (tp) = waktu puncak merupakan waktu

yang diperlukan respon menuju titik puncak pertama

dari overshoot. Pada grafik gambar 12 nilai tp = 8 s

3. Overshoot maks (Mp) = merupakan perbandingan

nilai maksimum respon (overshoot) yang melampaui

nilai steady state. Pada grafik gambar 12 nilai Mp =

301 rpm kemudian dikonversikan dalam bentuk

persentase dengan menggunakan persamaan :

Dimana :

%Os = Persentase osilasi

Stp = nilai rpm saat puncak

Ssp = nilai rpm saat setpoint

Sehingga ditemukan nilai persentase osilasi:

4. Setling time (ts) = merupakan waktu yang

menyatakan respon telah masuk dalam keadaan

steady state. Dari grafik gambar 12 nilai ts = 13

5. Error steady state (Ess) = besarnya kesalahan pada

keadaan steadi state. Dari grafik gambar 12 nila dari

Ess =

Dimana :

Ess = Error steady state

Eo = Error osilasi

Sp = Set point

Sehingga ditemukan nilai error steady state :

0

1000

2000

3000

1 7 13192531374349556167

RP

M

time (s)

Respon Sistem

JURNAL ELKOLIND, JULI 2018, VOL.05, N0. 2

12

Untuk respon pada grafik gambar 12 merupakan

respon underdamp, dimana respon melesat naik melewati

setpoint dan kemudian turun dari nilai setpoint dan kemudian

berosilasi pada kisaran nilai setpoint.

Gambar 13 Pengujian Kontrol Dengan Nilai Kp = 6, Ki = 4

dan Kd = 12

Dari grafik gambar 13dengan nilai Kp = 6 Ki = 4 dan Kd = 12

dapat dilihat dan dianalisa bahwa :

1. Rise time (tr) = 5 s

2. Peak time (tp) = 8 s

3. Persentase osilasi = 11%

4. Setling time (ts) = 14 s

5. Error steady state (ess) = 0.5%

Gambar 14 Pengujian Kontrol Dengan Nilai Kp = 6, Ki = 4

dan Kd = 16

Dari grafik gambar 14 dengan nilai Kp = 6 Ki = 4 dan Kd = 16

dapat dilihat dan dianalisa bahwa :

1. Rise time (tr) = 5 s

2. Peak time (tp) = 6 s

3. Persentase osilasi (%Os) = 0.9%

4. Setling time (ts) = 13 s

5. Error steady state (ess) = 0.4%

Dari hasil pengujian gambar 12, gambar 13 dan

gambar 14 dapat dilihat bahwa perubahan nilai PID dapat

mempengaruhi respon dari sistem

V. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil pengujian dan analisa yang dilakukan

dapat diambil kesimpulan bahwa system yang telah dibuat

sudah berjalan dengan baik . berikut ini adalah kesimpulan

yang didapatkan dari percobaan alat :

1. Dengan menggunakan sensor ultrasonic SRF 08

robot pelontar mampu mendeteksi jarak secara akurat

dari target dan penggunaan sensor rotary encoder

yang mampu membaca kecepatan putaran motor

secara real time untuk menentukan kecepatan yang

sesuai dari targtet yang akan dijatuhkan.

2. Berdasarkan hasil pengujian kombinasi dari sensor

SRF 08 dan sensor rotary encoder untuk membaca

jarak dan menentukan kecepatan putar motor BLDC

dari robot pelontar berjalan dengan baik dan mampu

menjatuhkan target dari atas penambang.

3. Implementasi metode PID pada robot pelontar telah

bekerja sesuai dengan yang diharapkan dari hasil

pengujian nilai konstanta Kp, Ki dan Kd yang tepat

untuk kontrol PID adalah Kp = 6, Ki = 4 dan Kd = 16

dengan nilai tr = 5 s tp = 6 s %Os = 0.9% ts = 13 s

dan Ess = 0.4% konstanta tersebut dihasilkan respon

system yang cepat dan sesuai dengan yang

diharapkan.

5.2 Saran

Ada beberapa saran yang dapat digunakan untuk

pengaplikasian robot pelontar diantaranya sebagai beriku:

1. Penggunaan sensor jarak yang dapat menjangkau

target lebih dari 10 meter sebagai pendeteksi posisi

target akan lebih baik dibandingkan sensor SRF 08

yang mampu mendeteksi jarak 6 meter dikarenakan

efisiensi dari sensor yang bagus berkisaran 80% dari

dari spesifikasi maksimal sensor tersebut.

2. Untuk pelontaran yang maksimal lebih baik gunakan

motor yang memiliki spesifikasi torsi dan RPM yang

besar, karena motor yang diguakan pada penelitian

ini hanya mempunyai RPM yang besar dan torsi yang

kecil,

3. Selain dengan kontrol PID sebagi kontrolernya

banyak berbagai macam kontroler lain yang dapat

digunakan. Seperti fuzzy logic dan hybrid.

DAFTAR PUSTAKA

[1 ]Abu Asia-Pacific Robocon (2017). ABU ROBOCON 2017 TOKYO,

THE LANDING DISC. (http://aburobocon.net/ , diakses pada 14

desember 2016.

[2] Amzar, Khairul; Mohd Kassim, (2013). DESIGN AND FABRICATION

OF THROWER MECHANISM FOR TENNIS BALL MACHINE.

Malaysia, Universiti Teknikal Malaysia Melaka.

[3] Ardik, Wijayanto; Rachmadyanti Nita. (2010). KONTROL PID

UNTUK PENGATURAN KECEPATAN MOTOR PADA PROTOTYPE

AYUNAN BAYI OTOMATIS. Skripsi Teknik Elektronika, Politeknik

Negeri Surabaya.

0

1000

2000

3000

1 7 1319 25 3137 4349 55 6167

RP

M

time (s)

Respon Sistem

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

1 7 13192531374349556167

RP

M

time (s)

Respon Sistem

JURNAL ELKOLIND, JULI 2018, VOL.05, N0. 2

13

[4] Alghoffary, Rievqi. (2013). SISTEM PENGATURAN KECEPATAN

MOTOR DC PADA ALAT EKTRATOR MADU MENGGUNAKAN

KONTROLLER PID. Skripsi Teknik Elektro, Universita Brawijaya.

[5] Habib Aydan, Mohammad. (2015). IMPLEMENTASI KONTROL PID

PADAMOTOR DC SEBAGAI PENGGERAK ROBOT BERODA 4WD

OMNI WHEELS DENGAN METODE WALL FOLLOWING Skripsi

Teknik Elektro Politeknik Negeri Malang.

[6] Agustinus, Mohammad S. A. L. (2016). AUTONOMOUS HOVER

DAN STEERING LINE FOLLOWING ” ROBOT HYBRID” PADA

ABU ROBOCON 2016 DENGAN METODE PID. Skripsi Teknik

Elektro Politeknik Negeri Malang.

[7] Wirawan, Fatan. 2016. KONTROL JARAK OBJEK DORONG (ROBOT

ECHO) PADA LENGAN ROBOT HYBRID DENGAN METODE PID.

Skripsi Teknik Elektro Politeknik Negeri Malang.