Dokumen Perancangan B100-B600 WGCR

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA

Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,

Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Lembar Sampul Dokumen

Judul Dokumen Dokumen Proposal Produk : "Penerapan Sistem Kendali Posisi pada

Wireless Glove Controlled Robot dengan Metoda PID"

Jenis Dokumen PRO : Proposal Proyek Pengembangan

Nomor Dokumen Pro – 01

Nomor Revisi 01

Nama File B100 Kendali Posisi WGCR

Tanggal Penerbitan 28 – 11 – 2016

Unit Penerbit Hilman

Jumlah Halaman 9

Data Pengusul

Pengusul Nama Jabatan Mahasiswa Elektronika D-IV

Hilman Wahyu Caesar Akbar 131354011

Tanggal 28-11-2016

Tanda

Tangan

Lembaga Politeknik Negeri Bandung

Alamat Jln. Gegerkalong Hilir, Ds. Ciwaruga Bandung 40012, Kotak Pos 1234,

Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889

Telepon : 022-2013789 Faks : 022-2013889 Email : [email protected]

Daftar Isi

Sejarah Revisi Dokumen .................................................................................................... 3

1. Pengantar .................................................................................................................... 4

1.1. Ringkasan Isi Dokumen ....................................................................................... 4

1.2. Tujuan Penulisan ................................................................................................. 4

1.3. Referensi .............................................................................................................. 4

2. Proposal Pengembangan ............................................................................................. 4

2.1. Pendahuluan ......................................................................................................... 4

2.2. Desain Alat .......................................................................................................... 5

2.3. Upaya Proyek ....................................................................................................... 7

3. Kesimpulan ................................................................................................................. 7

4. Lampiran ..................................................................................................................... 9

Sejarah Revisi Dokumen

Versi Tanggal Oleh Deskripsi

1. Pengantar

1.1. Ringkasan Isi Dokumen

Dokumen ini berisi proposal penerapan sistem kendali posisi pada wireless glove

controlled robot yang ditujukan sebagai tugas proyek mata kuliah praktek Sistem

Kendali Terdistribusi program studi D4 Teknik Elektronika Politeknik Negeri

Bandung. Penulisan dokumen berdasar pada ide pengembangan yang berisi antara lain

: konsep, desain dan fitur dari miniatur sistem gerhana yang direncanakan akan

dikembangkan, perangkat/tools yang akan digunakan dan rencana pengembangan dari

awal perencanaan hingga produk akhir dari proyek ini.

1.2. Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan dari dokumen ini yaitu:

1. Sebagai landasan dalam pelaksanaan pengembangan alat

2. Untuk memudahkan proses pengembangan alat yang akan dibuat

3. Sebagai acuan dan referensi dalam pengembangan alat dan pengembangan lebih

lanjut,

4. Sebagai bagian dari dokumentasi proyek.

1.3. Referensi

Flex Sensor Based Robotic Arm Controller Using MicroController. Syed,

Abidhusain , et al. India : Journal of Software Engineering and Applications, 2012,

Vol. 5.

2. Proposal Pengembangan

2.1. Pendahuluan

Robot merupakan salah satu bentuk implementasi dari kemajuan teknologi.

Dalam pengoperasiannya robot terbagi kedalam dua jenis yaitu robot otomatis dan

robot yang dikendalikan oleh pengguna. Robot yang dikendalikan oleh pengguna juga

terbagi lagi pada jenis transmisinya yaitu wireless dan wired.

Pengendalian robot wireless memiliki beberapa critical point yaitu pada jarak

transmisi data dan remote pengendalinya itu sendiri. Remote pengendali pada sebuah

robot umumnya berbentuk kotak, trapesium, elips atau bentuk lainnya yang

dioperasikan oleh dua tangan.

Bentuk remote yang konvensional seperti itu sering kali tidak fleksible karena

harus menggunakan dua tangan dalam pengoperasiannya. Dengan memanfaatkan

sarung tangan, user akan lebih fleksible dalam mengoperasikan robot karena hanya

menggunakan satu tangan dan robot bergerak hanya dengan menggerakan jari – jari

tangan. Kombinasi dari jari tangan pun banyak sehingga memudahkan user

dibandingkan dengan tombol – tombol pada remot. Penelitian sebelumnya mayoritas

memanfaatkan glove controller hanya untuk bionic arm padahal glove controller

dapat dimanfaatkan juga untuk mengendalikan sebuah robot beroda untuk

memudahkan user.

Penerapan sistem kendali posisi pada mobile robot digunakan untuk menjaga

jarak antara mobile robot dengan objek yang ada di depannya.

2.2. Desain Alat

Projek ini terdiri dari dua buah unit sistem yaitu unit mobile robot dan unit glove

controller. Pada glove controller menggunakan sarung tangan kendaraan bermotor

yang dipasangi flex sensor sebagai sensor utama pendeteksi tekukan. Pada mobile

robot menggunakan chassis 4 wheel driver dengan 2 motor kiri dan kanan yang

diparalel sehingga dalam proyeksi geraknya hanya roda kiri dan kanan.

Prinsip kerja alat ini adalah pertama pada unit glove controller akan mendeteksi

gerakan jari kemudian mengirimkan data perubahan nilainya pada unit mobile robot.

Pada unit mobile robot telah diprogram mengenai kombinasi gerakan jari dan perintah

yang akan dieksekusi. Perintah pada mobile robot dibatasi lima yaitu, maju, mundur,

kiri, kanan dan berhenti.

Sistem kendali posisi diterapkan pada jarak antara mobile robot dengan objek di

depannya dengan set point yang diberikan dari unit glove controller. Sensor yang

menjadi feedback sistem adalah ultrasonic yang mendeteksi seberapa jauh mobile

robot dengan objek di depannya.

2.2.1. Latar Belakang Alat

Penggunaan remote control dalam pengendalian memiliki beberapa

kelemahan karena penggunaanya lebih diarahkan untuk dua tangan. Komunikasi

antara remote control dengan kendalian (mobile robot) umumnya bersifat kaku

dan konservatif. Banyak kendala yang dihadapi saat pengendalian menggunakan

remote control, salah satunya adalah ketika harus mengendalikan kendalian yang

lebih dari satu dengan jarak tertentu yang tidak dekat. Saat menggunakan remote

control, user juga hanya bisa melakukan satu pekerjaan saja dan ketika remote

control yang digunakan hilang atau lupa menyimpan maka user akan kesulitan

mengendalikan kendalian. Terdapat juga masalah saat user merupakan

penyandang disabilitas karena sebuah remote control didesain untuk kondisi

tangan normal. Kondisi seperti ini mendorong diciptakannya sebuah remote

control berbentuk sarung tangan yang memungkinkan user untuk mengendalikan

sebuah robot hanya menggunakan satu tangan dengan bentuk komunikasi antara

user dan kendalian lebih natural dengan komunikasi jarak jauh secara wireless.

2.2.2. Konsep Alat

Dalam pembuatan alat “Penerapan Sistem Kendali Posisi pada Wireless Glove

Controlled Robot dengan Metoda PID” ini, merujuk pada blok diagram sistem

kendali berikut :

Gambar 1.1 Blok Diagram Sistem Kendali

Teknologi yang digunakan berdasarkan gambar 1.1 adalah :

1. Blok Set Point diimplementasikan oleh unit glove controller dengan sensor

yang digunakan flex sensor dan pemproses data adalah Arduino UNO,

Arduino UNO juga berfungsi mengirimkan data secara wireless

menggunakan komunikasi radio NRF24 pada unit mobile robot.

2. Blok Controller memanfaatkan Arduino UNO (unit mobile robot) yang

berfungsi menerima data dari unit glove controller. Kendali yang digunakan

adalah PID digital.

3. Blok penguat daya / sinyal manipulator diimplementasikan menggunakan

Arduino UNO L298 Shield Driver.

4. Actuator diimplementasikan oleh 4 buah motor DC 12 V yang diparalelkan

kiri dan kanan.

5. Feedback diimplementasikan oleh sensor ultrasonic yang mendeteksi jarak

antara objek di depan mobile robot dengan plant.

2.3. Upaya Proyek

2.3.1. Upaya Pengembangan

Pengembangan proyek ini tahapan – tahapannya meliputi:

perencanaan proyek

identifikasi spesifikasi kebutuhan sistem

perancangan rinci sistem

pengujian prototipe sistem

perbaikan atau peningkatan sistem

pengujian dan penyelesaian akhir produk jadi

3. Kesimpulan

a. Kelebihan sistem:

Mengendalikan objek seperti mobile robot tidak perlu dua tangan, cukup dengan

kombinasi gerak jari.

Komunikasi menggunakan NRF24 sehingga dapat dilakukan secara wireless

dengan jarak mencapai lebih dari 400 meter.

Sistem kendali PID dimanfaatkan untuk memberikan jarak antara objek dengan

mobile robot sehingga meminimalisir kemngkinan tabrakan.

Glove Controller dapat dikembangkan lebih lanjut untuk mengendalikan plant

lain yang lebih besar atau rumit dengan memanfaatka prinsip hand motion

control.

b. Kekurangan sistem

NRF24 yang sensitif terdapat getaran atau guncangan sehingga terkadang

menimbulkan lost connection / request time out pada saat pengiriman data.

c. Tingkat teknologi (tingkat kesulitan):

Teknologi yang dipakai dalam pembuatan produk ini tergolong cukup mudah

d. Ketersediaan material / komponen

Komponen yang diperlukan mudah didapatkan di dalam negeri.

4. Lampiran Biodata

A. Identitas Diri

1 Nama Lengkap Hilman Wahyu Caesar Akbar

2 Jenis Kelamin Laki – laki

3 Program Studi D4 Teknik Elektronika

4 NIM 131354011

5 Tempat Tanggal Lahir Bandung, 02 September 1995

6 E-mail [email protected]

7 Nomor Telepon/HP 083821345783

8 Alamat Jl. Maleer V no. 154/118 B RT 04/01 Kel,

Maleer, Kec. Batununggal

B. Riwayat Pendidikan

SD SMP SMA

Nama Institusi SD Kartika X-2 SMPN 13 Bandung SMAN 14

Bandung

Jurusan - - IPA

Tahun masuk-

Lulus

2001-2007 2007-2010 2010-2013

C. Pemakalahan Seminar Ilmiah

No Nama Pertemuan Ilmiah /

Seminar

Judul Artikel

Ilmiah

Waktu dan

Tempat

D. Penghargaan dalam 10 tahun terakhir

No Jenis Penghargaan Institusi Pemberi Penghargaan Tahun

Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat

dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila di kemudian hari ternyata dijumpai ketidak-

sesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi.

Bandung, 2 Nopember 2016

Pengusul,

Hilman Wahyu Caesar Akbar

NIM. 131354011




Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889




Jenis Dokumen SPE: Spesifikasi Produk

Nomor Dokumen SPE – 01

Nomor Revisi 01




Jumlah Halaman 9

Data Pengusul



Tanggal 28-11-2016

Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889


Daftar Isi


1. Pengantar .................................................................................................................... 4



1.3. Referensi .............................................................................................................. 4

2. Functional Requirement Specification......................................................................... 4

2.1. Pendahuluan ......................................................................................................... 4

2.1.1. Gambaran Umum ..................................................................................... 4

2.1.2. Tujuan ...................................................................................................... 5

2.1.3. Ruang Lingkup.......................................................................................... 5

2.2. Desain Sistem ...................................................................................................... 6

2.3. Elemen yang dibutuhkan ...................................................................................... 6

2.4. Pengembangan Lebih Lanjut ................................................................................ 6

3. Overall Specification ................................................................................................... 6

3.1. Pendahuluan ......................................................................................................... 6

3.2. Deskripsi Sistem ................................................................................................ 7

3.3. Deskripsi Perangkat Keras ................................................................................. 7

3.4. Deskripsi Perangkat Lunak ................................................................................ 9



1. Pengantar


Dokumen B200 ini berisi tentang dokumen spesifikasi alat yang meliputi spesifikasi

sistem dalam mengembangkan alat, serta detail dari alat yang akan dibuat dengan nama

Penerapan Sistem Kendali Posisi pada Wireless Glove Controlled Robot dengan

Metoda PID. Dokumen ini lebih menitik beratkan pada pembahasan rangkaian inti yang

akan dibuat, mekanisme alat, cara kerja, dan mengenai dasar pemrograman yang akan

digunakan.


Tujuan dari penulisan dokumen ini adalah untuk menggambarkan bagaimana cara

kerja dari alat yang akan dibuat, mekanisme alat, dan teknik dalam pengembangan

alat.

1.3. Referensi



Vol. 5.

2. Functional Requirement Specification

Customer dalam pengembangan sistem ini adalah kalangan disabilitas tangan atau jari

dan untuk mereka yang menderita penyakit sehingga geraknya terbatas.s

Designer dalam hal ini adalah pengembang sistem, dalam hal ini adalah kami yang

nantinya akan mencoba berfikir mengenai mekanisme dari alat yang akan dibuat.

Dokumen dasar untuk program pengembangan sistem ini adalah dokumen B100 hingga

B500.

Definisi requirement adalah deskripsi dari apa yang harus dilakukan oleh sistem. Sistem

yang dikembangkan harus mampu melakukan hal-hal tertentu.

2.1. Pendahuluan

2.1.1. Gambaran Umum

Pengaturan jarak antara objek dan mobile robot dilakukan menggunakan

glove controller yang membaca tekukan jari tangan. Perintah yang dapat

diberikan dibatasi lima yaitu ; maju, mundur, kiri, kanan dan berhenti.

Pertama, flex sensor akan mendeteksi adanya perubahan tekukan pada jari

tangan. Data tersebut kemudian diolah oleh Ardunio UNO unit glove controller

dan dikirimkan secara serial menggunakan radio frekuensi. Data tersebut

kemudian diterima oleh Arduino UNO unit mobile glove lalu dilakukan

eksekusi pada aktuator berupa motor DC. Umpan balik didapatkan dari sensor

ultrasonik yang terpasang di bagian depan mobile robot. Umpan balik tersebut

dibandingkan dengan nilai set point yang diatur oleh gerak tekuk jari tangan.

2.1.2. Tujuan

Tujuan utama dari dibuatnya alat ini adalah :

1. Pengendalian robot akan lebih fleksible karena robot dikendalikan oleh

gerakan jari – jari tangan.

2. Memahami karakteristik flex sensor untuk mendapatkan prinsip kerja

sensor tersebut.

3. Sistem pengendalian menggunakan sarung tangan ini selanjutnya dapat

diaplikasikan pada plant atau kendalian yang lebih besar dan kompleks

lagi seperti mesin besar atau kursi roda sehingga dapat bermanfaat bagi

orang – orang yang memiliki keterbatasan dalam fisik.

4. Membuat Glove Controller dan Mobile Robot yang compact sehingga

mudah dalam penggunaan dan perawatan.

2.1.3. Ruang Lingkup

Alat ini memiliki batasan-batasan sebagai berikut :

Teknis :

o Tangan yang digunakan adalah tangan kanan

o Ukuran jari – jari tangan diasumsikan untuk orang dewasa normal

o Mengatur jarak objek dan mobile robot berdasar set point

o Set point diatur dari tekukan jari tangan

Konten :

o Target pengguna dari alat ini adalah kalangan disabilitas jari dan tangan

atau mereka yang sedang menderita penyakit yang membatasi

pergerakannya

o Alat ini nantinya dapat dipasang diimplementasikan pada plant yang

lebih besar dan kompleks seperti kursi roda elektrik.

2.2. Deskripsi Sistem

Karakteristik sistem dari alat ini adalah :

Unit glove controller menerima input dari flex sensor.

Melakukan proses dari input yang diterima.

Mengirimkan data dari proses input pada unit mobile robot.

Unit mobile robot menerima input dari sensor ultrasonic.

Data tersebut dijadikan umpan balik sistem dan disesuaikan kembali nilainya

dengan set point.

2.3. Elemen yang dibutuhkan

Dalam hal ini, elemen yang paling dibutuhkan adalah tekukan jari yang akan

diproses oleh unit glove controller. Pembacaan tekukan jari tersebut akan

mempengaruhi jarak dari mobile robot dengan objek di depannya. Jadi peranan input

di sini sangat penting terutama untuk menentukan output posisi mobile robot.

2.4. Pengembangan Lebih Lanjut

Untuk pengembangan alat ini lebih lanjut, alat ini ditargetkan untuk mampu

mengatur posisinya terhadap objek di depan secara cepat. Untuk itu dibutuhkan :

Sensor yang mampu mendeteksi tekukan jari tangan.

Mikrokontroler yang digunakan untuk memproses data secara cepat.

Modul radio frekuensi untuk pengiriman data secara wireless.

Driver untuk menggerakan motor DC.

Motor DC sebagai penggerak mobile robot.

3. Overall Spesification

3.1. Pendahuluan

Pada bab ini akan dibahas mengenai spesifikasi keseluruhan dari Penerapan

Sistem Kendali Posisi pada Wireless Glove Controlled Robot dengan Metoda PID

sebagai suatu sistem dan komponen-komponen penyusunnya. Hal-hal yang akan

dijelaskan antara lain:

Deskripsi Sistem : menjelaskan mengenai cara kerja secara umum dari sistem alat

ini.

Deskripsi Perangkat Keras : menjelaskan lebih lanjut dari perangkat keras yang

mendukung sistem.

Deskripsi Perangkat Lunak: menjelaskan komponen-komponen perangkat lunak

penyusun sistem.

3.2. Deskripsi Sistem

Projek ini terdiri dari dua buah unit sistem yaitu unit mobile robot dan unit glove

controller. Pada glove controller menggunakan sarung tangan kendaraan

bermotor yang dipasangi flex sensor sebagai sensor utama pendeteksi tekukan.

Pada mobile robot menggunakan chassis 4 wheel driver dengan 2 motor kiri dan

kanan yang diparalel sehingga dalam proyeksi geraknya hanya roda kiri dan

kanan.

Prinsip kerja alat ini adalah pertama pada unit glove controller akan mendeteksi

gerakan jari kemudian mengirimkan data perubahan nilainya pada unit mobile

robot. Pada unit mobile robot telah diprogram mengenai kombinasi gerakan jari

dan perintah yang akan dieksekusi. Perintah pada mobile robot dibatasi lima yaitu,

maju, mundur, kiri, kanan dan berhenti.

Sistem kendali posisi diterapkan pada jarak antara mobile robot dengan objek di

depannya dengan set point yang diberikan dari unit glove controller. Sensor yang

menjadi feedback sistem adalah ultrasonic yang mendeteksi seberapa jauh mobile

robot dengan objek di depannya.

3.1. Deskripsi Perangkat Keras

Penerapan Sistem Kendali Posisi pada Wireless Glove Controlled Robot dengan

Metoda PID membutuhkan perangkat keras sebagai pendukung dari sistem ini,

diantaranya :

Motor DC Low Torque

Driver berupa shield Arduino

Flex sensor untuk pembacaan tekukan jari

Sarung angan

Modul komunikasi NRF24

Mekanik mobile robot berupa chasis mobil 4 wd

Dan komnponen lainnya

Spesifikasi flex sensor

1. Cakupan suhu : -35o C sampai +80o C

2. Hambatan datar : 10K Ohm

3. Toleransi hambatan : ±30%

4. Cakupan hambatan tekukan : 60K Ohm

5. Nilai power : 0,5 Watt dst. 1 Watt sampai batas maksimal

Spesifikasi Arduino Uno sebagai controller :

Tabel 1.1 Spesifikasi Arduino UNO

Spesifikasi motor dc sebagai actuator :

1. Built-in gearbox

2. Tegangan supply : 12 volt

3. Arus : 2 ampere

4. Torsi : 6,5 kg.cm

Spesifikasi ultrasonik sebagai sensor mobile robot :

Jangkauan deteksi: 2cm sampai kisaran 400 -500cm

Sudut deteksi terbaik adalah 15 derajat

Tegangan kerja 5V DC

Resolusi 1cm

Frekuensi Ultrasonik 40 kHz

Spesifikasi Arduino Shield Motor L298 adalah sebagai berikut :

Logic Control Voltage：5V (dari Arduino)

Motor Driven Voltage：4.8～35V (dari Arduino atau sumber daya eksternal)

Logic supply current Iss：≤36mA

Motor Driven current Io：≤2A

Maximum power consumption：25W（T=75℃）

PWM、PLL Speed control mode

Control signal level:

High：2.3V≤Vin≤5V

Low：-0.3V≤Vin≤1.5V

3.2. Deskripsi Perangkat Lunak

Secara garis besar, pemrograman yang digunakan pada Penerapan Sistem Kendali

Posisi pada Wireless Glove Controlled Robot dengan Metoda PID adalah :

Realisasi perangkat lunak adalah proses pembuatan perangkat lunak sesuai

dengan diagram alir yang telah dibuat. Berikut adalah tahapan dalam realisasi

perangkat lunak.

Menentukan bahasa pemrograman yang dipakai adalah bahasa C++ Arduino.

Menentukan compiler yang digunakan untuk pemrograman adalah Arduino IDE.

Membuat dan menguji program berdasarkan diagram alir yang telah dibuat dan

mensimulasikannya pada mikrokontoler.

Men-download program ke dalam embedded system.

Menguji program pada alat yang telah dibuat.




Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889




Jenis Dokumen PRO : Proposal Proyek Pengembangan

Nomor Dokumen Pro – 01

Nomor Revisi 01




Jumlah Halaman 10

Data Pengusul



Tanggal 28-11-2016

Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889


Daftar Isi


1. Pengantar .................................................................................................................... 4



1.3. Referensi .............................................................................................................. 4

2. Proposal Pengembangan Produk Mekanik dan Sistem Elektronik .............................. 4

3. Perancangan Sistem Elektronik ................................................................................... 5

3.5. Diagram Blok Sistem ........................................................................................... 5

3.2. Analisis Rangkaian Per Blok ............................................................................... 5

3.2.1. Analisis Masukan Unit Glove Controller ................................................... 5

3.2.2. Analisis Masukan Unit Mobile Robot ........................................................ 6

3.2.3. Proses Pengontrolan ................................................................................... 6

3.2.4. Analisis Keluaran ....................................................................................... 7

4. Perancangan Perangkat Lunak ...................................................................................... 8

5. Perancangan Mekanik ................................................................................................... 10

5.1. Unit Glove Controller ........................................................................................... 10

5.2. Unit Mobile Robot ............................................................................................... 10



1. Pengantar


Dokumen ini berisi proposal spesifikasi produk yang ditujukan sebagai proyek

tugas akhir mata kuliah sistem kendali terdistribusi. Dokumen ini menjelaskan lebih

detail mengenai konsep dan desain alat serta upaya pengembangan serta perangkat yang

akan digunakan.


Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah untuk melanjutkan proyek sistem

kendali terdistribusi dalam hal hardware dan sistem elektronikanya dalam hal

pengembangan dari konsep dan ide pada dokumen sebelumnya, sehingga proyek ini

bisa terelalisasikan.

1.3. Referensi



Vol. 5.

HAND MOTION CONTROL UNTUK MENGGERAKKAN QUADCOPTER ROBOT

DENGAN MENGGUNAKAN SENSOR ACCELEROMETER ADXL335 DAN

WIRELESS XBee-PRO Series 1 60 mW BERBASIS MIKROKONTROLLER

ATmega32. Swamardika, Ida Bagus Alit. Bali : Jurnal Ilmiah Mikrotek, 2014, Vol.

1.

Implementasi Sistem Bluetooth menggunakan Android dan Arduino untuk Kendali

Peralatan Elektronik. RAHMIATI, PAULINE , FIRDAUS, GINANJAR dan

FATHORRAHMAN, NUGRAHA . Bandung : Jurnal ELKOMIKA, 2014, Vol. 2.

2. Functional Requirement Specification

Pada pengembangan proyek ini kami memberikan rancangan mekanik dan elektronik

yang akan menjadi acuan dalam proses pengambangan dan perealisasian proyek sehingga

dalam pengerjaannya bisa menjadi lebih mudah. Dan tidak menutup kemungkinan bila

disaat proses pengerjaannya mengalami beberapa perubahan dan modifikasi dalam hal

mekanik maupun sistem elektroniknya.

3. Perancangan Sistem Elektronik

3.1.Diagram Blok Sistem

Pada gambar 3.1 berikut merupakan diagram blok sistem rangkaian elektronika

yang akan dibuat.

Gambar 3.1 Blok Diagram Sistem

3.2. Analisis Rangkaian Per Blok

a. Analisis Masukan Unit Glove Controller

Gambar 3.2 Rangkaian Input Glove Controller

Nilai resistansi yang dihubungkan paralel dengan sistem adalah 10k Ohm, karena

nilai normal berdasarkan datasheet dari flex sensor adalah 25k Ohm sehingga

perubahan yang dihasilkan dapat terbaca oleh arduino. Terdapat lima buah flex

sensor yang dimasang satu tiap jari.

Arduino Uno

b. Analisis Masukan Unit Mobile Robot

Gambar 3.3 Sensor ultrasonic HC-SR04

Sensor ultrasonic yang diapakai pada proyek ini adalah modul jenis HC-

SR04. Modul HC-SR04 ini dapat mendeteksi pengukuran jarak non-kontak dari

2cm sampai 400cm, akurasi jangkauan sekitar 3mm. Module terdiri dari

Ultrasonic transmitter dan receiver serta rangkaian kontrol.

Seperti yang ditampilkan pada gambar 3.3 di atas, modul HC-SR04

mempunyai 4 buah pin yaitu 5V Supply, Trigger Pulse Input, Echo Pulse Output,

dan 0V Ground. Trigger pulse dihubungkan ke pin mikrokontroler yang

difungsikan sebagai output sedangkan Echo pulse dihubungkan ke pin

mikrokontroler yang difungsikan sebagai input.

Sensor ini seperti pada fungsinya yaitu untuk mendeteksi jarak antara mobile

robot dengan objek di depannya. Nilai tersebut merupakan umpan balik / process

value (PV) sistem yang akan dibandingkan dengan set point value (SV). Sistem

kendali PID membuat respon antara SV dan PV dapat di-tunning.

c. Proses Pengontrolan

Gambar 3.4 Arduino Uno sebagai Embedded System Projek

Blok pengontrolan dalam projek ini bertugas untuk menerima input dari

pendeteksian flex sensor yang dikirim secara serial dan input dari sensor ultrasonik

mengenai jarak pendeteksian objek. Data yang diterima dari unit glove controller

telah dibuat aturan mengenai lima gerak mobile robot yaitu gerak maju, mundur,

belok kiri, belok kanan dan diam. Glove controller juga memberikan SV pada

sistem yang akan dibandingkan dengan pembacaan ultrasonik (PV). Hasil selisih

antara SV dan PV tersebutlah yang menjadi nilai error dan diproses menggunakan

kendali PID secara digital. Hasil dari proses PID digital mengasilkan nilai

manipulated value (MV) yang memberikan aksi pada roda kiri dan kanan mobile

robot.

d. Analisis Keluaran

Gambar 3.5 Arduino Motor Shield L298

Arduino L298 Motor Shield adalah perangkat tambahan untuk Arduino yang

memungkinkan Arduino untuk men-drive dua channel DC motor. Menggunakan

IC L298N yang arus keluarannya hingga 2A setiap channel. Kontrol kecepatan

dilakukan melalui PWM konvensional yang dapat diperoleh dari PWM keluaran

Arduino pin 5 dan 6. Pengaktifkan / penonaktifkan fungsi dari kontrol motor

ditandai dengan Arduino Digital Pin 4 dan 7.

Motor shield dapat didukung langsung dari Arduino atau dari sumber daya

eksternal. Hal ini sangat dianjurkan untuk menggunakan catu daya eksternal

untuk daya shield bermotor.

Pada projek ini, Arduino Shiled langsung dihubungkan dengan Arduino sehingga

wiring yang dilakukan hanya pada motor, supply dan NRF.

4. Perancangan Perangkat Lunak

Terdapat dua buah unit dalam projek ini, yaitu unit glove controller dan unit mobile robot,

sehingga terdapat dua buah alur program sistem. Unit glove controller berperan sebagai

transmitter yang mengirimkan data perubahan tekukan jari, sehingga unit mobile robot

berperan sebagai receiver. Sistem kendali PID digital diterapkan pada unit mobile robot

karena pada embedded system itulah terdapat umpan balik yang berperan juga sebagai

process value (PV). Nilai set point value (SV) didapatkan dari pembacaan perubahan

tekukan jari tangan dan dibandingkan dengan process value (PV).

Sistem kendali PID dimanfaatkan untuk mengkompensasi selisih yang terjadi antara SV

dan PV sehingga error yang terjadi selalu dikejar pada nilai 0.

Flowchart transmitter ditunjukan pada gambar 3.6

Gambar 3.6 Flowchart Transmitter Sistem

Flowchart receiver sistem ditunjukan pada gambar 3.7

Gambar 3.7 Flowchart Receiver Sistem dan PID Digital

5. Perancangan Mekanik

Berdasarkan flowchart gambar 3.6 dan gambar 3.7, maka projek ini terdiri atas dua buah

barang yaitu unit mobile robot dan unit glove controller. Berikut ada desain mekanik unit

tersebut.

5.1. Unit Mobile Robot

Gambar 3.8 Desain Box Motor Mobile Robot 4 wd

Mekanik mobile robot diambil dari chasis mobile robot 4 wd sehingga pada desain

yang dirancang hanyalah penempatan motor yang digunakan.

5.2. Unit Glove Controller

Gambar 3.9 Desain Glove Controller

Terlihat pada gambar 3.9 terdapat lima buah flex sensor yang dipasang di masing –

masing jari. Sensor tersebut diparalelkan dengan sebuah resistor sebagai pembagi

tegangan karena pada prisnipnya sensor ini merupakan sebuah potensiometer.




Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889




Jenis Dokumen B400

Nomor Dokumen B400 – 01

Nomor Revisi 01




Jumlah Halaman 21

Data Pengusul



Tanggal 12-12-2016

Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889


Daftar Isi

Sejarah Revisi Dokumen.......................................................................................................... 31

1. Pengantar .......................................................................................................................... 32

1.1. Ringkasan Isi Dokumen ................................................................................................ 32

1.2. Tujuan Penulisan ........................................................................................................... 32

1.3. Referensi ....................................................................................................................... 33

2. Realisasi ............................................................................................................................ 33

2.1. Mekanik ........................................................................................................................ 33

2.2. Elektronik .................................................................................................................... 35

2.3. Komputer ...................................................................................................................... 40

3. Pengujian Sub Sistem ....................................................................................................... 42

3.1. Sasaran Pengujian ......................................................................................................... 42

3.2. Pengujian dan Analisa................................................................................................... 42

3.2.1. Pengujian dan Analisa Rangkaian Sistem Arduino Uno Glove Controller .............. 42

3.2.2. Pengujian dan Analisa Rangkaian Sistem Arduino Uno Mobile Robot .................... 42

3.2.3. Pengujian dan Analisa Ultrasonic ............................................................................. 43

3.2.4. Pengujian dan Analisa Flex Sensor ........................................................................... 44

3.2.5. Pengujian dan Analisa Mobile Robot ........................................................................ 48

3.2.6. Pengujian dan Analisa Modul Komunikasi NRF24L01 ........................................... 48

3.2.7. Hasil Pengujian ......................................................................................................... 49



1. Pengantar

1.1.Ringkasan Isi Dokumen

Dokumen ini berisi realisasi dan pengujian sub sistem dari proyek mandiri yang

berjudul “Penerapan Sistem Kendali Posisi pada Wireless Glove Controlled Robot

dengan Metoda PID”. Deskripsi dan gambaran umum proyek telah diuraikan pada

dokumen B100, spesifikasi telah diuraikan pada dokumen B200 dan desain telah

diurakan pada dokumen B300.

Isi dokumen ini secara garis besar berisi dua bagian yakni hasil realisasi dan

Pengujian sub sistem. dibagi menjadi empat bagian kecil yaitu mekanik, elektronik, dan

komputer. Bagian mekanik akan menjelaskan implementasi di bagian mekanik yang

digunakan pada sistem ini. Bagian elektronik menjelaskan perangkat-perangkat

elektronik yang digunakan dan fungsinya. Bagian komputer menjelaskan implementasi

pemrograman software sistem ini. Bagian kontrol menjelaskan alur pengontrolan sistem

ketika bergerak.

Pengujian sub sistem menjelaskan berbagai macam test yang akan dilakukan untuk

performa suatu sistem. Ukuran tersebut dapat berupa bekerja atau tidaknya suatu sub

sistem yang menyusun sistem yang dirancang

1.2.Tujuan Penulisan

Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah melanjutkan proses perancangan

dan realisasi dari proyek mekatronika dalam hal realisasi dan implementasi hardware

serta sistem elektronikanya dalam hal pengembangan dari konsep dan ide pada

dokumen sebelumnya, sehingga proyek ini bisa terelalisasikan. Sedangkan tujuan

khusus dari dokumen ini adalah :

1. Untuk memudahkan proses pengembangan dan pembuatan sistem.

2. Sebagai landasan dalam proses pengerjaan proyek.

3. Sebagai tolak ukur fungsionalitas setiap sub sistem.

4. Sebagai dokumentasi tahapan dalam perancangan dan pengembangan sebuah proyek

sistem kendali PID posisi.

1.3.Referensi

Flex Sensor Based Robotic Arm Controller Using MicroController. Syed, Abidhusain

, et al. India : Journal of Software Engineering and Applications, 2012, Vol. 5.



WIRELESS XBee-PRO Series 1 60 mW BERBASIS MIKROKONTROLLER ATmega32.

Swamardika, Ida Bagus Alit. Bali : Jurnal Ilmiah Mikrotek, 2014, Vol. 1.




2. Realisasi

Pada pengembangan proyek ini diberikan rancangan mekanik dan elektronik yang akan

menjadi acuan dalam proses pengambangan dan perealisasian proyek sehingga dalam

pengerjaannya bisa menjadi lebih mudah. Dan tidak menutup kemungkinan bila disaat

proses pengerjaannya mengalami beberapa perubahan dan modifikasi dalam hal mekanik

maupun sistem elektroniknya.

2.2.1. Mekanik

Gambar 4.1 Realisasi Mekanik Tampak Samping Mobile Robot

Gambar 4.2 Realisasi Mekanik Tampak Depan Mobile Robot

Gambar 4.3 Realisasi Mekanik Tampak Samping Glove Controller

Gambar 4.1 merupakan hasil realisasi dari desain mekanik penempatan motor

mobile robot pada dokumen B300. Mekanik merupakan produk chasis mobile robot 4

wheel driver, chasis ini memiliki keuntungan dengan tersedianya tempat untuk

memasangkan perangkat pendukung seperti sensor.

Power Bank 3000 mAH

Modul NRF24L01

Arduino Uno

Arduino L298 Motor

Shield

Lipo 1000 mAH 11,1 V

Sensor Ultrasonic

Gambar 4.2 merupakan hasil realisasi dari desain mekanik glove controller pada

dokumen B300. Glove controller merupakan sarung tangan kendaraan bermotor bagian

kanan yang ditempeli sensor dan Arduino Uno.

2.2.2. Elektronik

Gambar 4.4 Penempatan Komponen Elektronik Mobile Robot

Flex Sensor

Arduino Uno

Arduino Proto-

Shield

Modul NRF24L01

Gambar 4.5 Penempatan Komponen Elektronik Glove Controller

Flex Sensor

Gambar 4.6 Dimensi Flex Sensor

Flex sensor seperti pada namanya merupakan sebuah sensor fleksibel yang

memiliki panjang 4,5 inch. Sensor tekuk ini dipatenkan oleh Spectra

Symbol. Hambatan sensor fleksibel ini berubah ketika bantalan logam

berada diluar ditekuk. Spesifikasi :

1. Cakupan suhu : -35o C sampai +80o C

2. Hambatan datar : 10K Ohm

3. Toleransi hambatan : ±30%

4. Cakupan hambatan tekukan : 60K Ohm

5. Nilai power : 0,5 Watt dst. 1 Watt sampai batas maksimal

Arduino Uno

Gambar 4.7 Arduino Uno sebagai pemproses data

Kontroller yang digunakan adalah Arduino Uno yang memiliki fungsi

sebagai pengolah hasil pembacaan sensor dan sebagai masukkan bagi driver

motor dengan output PWM.

Sensor Ultrasonic

Gambar 4.8 Sensor Ultrasonik sebagai feedback sensor

Sensor ultrasonic yang diapakai pada proyek ini adalah modul jenis HC-

SR04. Modul HC-SR04 ini dapat mendeteksi pengukuran jarak non-kontak

dari 2cm sampai 400cm, akurasi jangkauan sekitar 3mm. Module terdiri dari

Ultrasonic transmitter dan receiver serta rangkaian kontrol.

Arduino L298 Motor Shield

Gambar 4.9 Arduino L298 Motor Shield.

Motor shield dapat didukung langsung dari Arduino atau dari sumber daya

eksternal. Hal ini sangat dianjurkan untuk menggunakan catu daya eksternal

untuk daya shield bermotor.

Spesifikasi Arduino Shield Motor L298 adalah sebagai berikut :

Logic Control Voltage：5V (dari Arduino)

Motor Driven Voltage：4.8～35V (dari Arduino atau sumber daya eksternal)

Logic supply current Iss：≤36mA

Motor Driven current Io：≤2A

Maximum power consumption：25W（T=75℃）

PWM、PLL Speed control mode

Control signal level:

High：2.3V≤Vin≤5V

Low：-0.3V≤Vin≤1.5V

Modul NRF24L01

Gambar 4.10 Modul komunikasi radio NRF24L01

Modul untuk komunikasi antara perangkat Arduino Unit Glove

Controller dengan Arduino Unit Mobile Robot pada projek ini digunakan

NRF24L01. NRF24L01 memiliki baseband logic Enhanced ShockBurst™

hardware protocol accelerator yang support “high-speed SPI interface for the

application controller”. Jarak komunikasi menggunakan modul ini ketika tanpa

halangan dengan posisi horizontal sejajar bisa mencapai 200m.

2.2.3. Komputer

Program Transmitter

#include <SPI.h>

#include "nRF24L01.h"

#include "RF24.h"

RF24 radio(9,10);

const uint64_t pipe = 0xF0F0F0F0E1LL;

typedef struct{

int A;

int B;

int C;

int D;

int E;

}A_t;

A_t duino;

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

radio.begin();

radio.openWritingPipe(pipe);

}

void loop() {

// put your main code here, to run

repeatedly:

duino.A = analogRead(A0);

duino.B = analogRead(A1);

duino.C = analogRead(A2);

duino.D = analogRead(A3);

duino.E = analogRead(A4);

radio.stopListening();

bool ok = radio.write(&duino,

sizeof(duino));

}

Program Receiver

#include <SPI.h>

#include "nRF24L01.h"

#include "RF24.h"

int E1 = 5;

int M1 = 4;

int E2 = 6;

int M2 = 7;

RF24 radio(9,10);

const uint64_t pipe = 0xF0F0F0F0E1LL;

typedef struct{

int A;

int B;

int C;

int D;

int E;

int F;

}A_t;

A_t duino;

void setup() {

// put your setup code here, to run once:

pinMode(M1, OUTPUT);

pinMode(M2, OUTPUT);

radio.begin();

radio.openReadingPipe(1, pipe);

}

void loop() {

// put your main code here, to run

repeatedly:

radio.startListening();

unsigned long started_waiting_at =

millis();

bool timeout = false;

while (! radio.available() && ! timeout){

if(millis() - started_waiting_at > 250)

timeout = true;

}

if (timeout){

Serial.println("Failed, response timed

out");

}else{

radio.read(&duino,sizeof(duino));

}

if (duino.A < 900 && duino.A > 800){

digitalWrite(M1,HIGH);

digitalWrite(M2, HIGH);

analogWrite(E1, 255); //PWM Speed

Control


Control

delay(30);

}else{

digitalWrite(M1,HIGH);

digitalWrite(M2, HIGH);


Control


Control

delay(30);}

}

42

3. Pengujian Sub Sistem

3.1. Sasaran Pengujian

Pada pengujian yang akan dilakukan suatu pengujian yang diuji untuk melihat

apakah hasil realisasi dari perancangan dapat memenuhi sasaran yang ditentukan.

Adapun sasaran dari pengujian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Arduino Uno Unit Glove Controller dapat memproses data dari input flex

sensor.

2. Modul NRF dapat mentrasmisikan data dari Unit Glove Controller ke Unit

Mobile Robot.

3. Flex sensor dapat mendeteksi perubahan dari tekukan jari tangan.

4. Sensor ultrasonic dapat mendeteksi jarak dengan satuan centimeter.

3.2. Pengujian dan Analisa

3.2.1. Pengujian dan Analisa Rangkaian Sistem Arduino Uno Glove

Controller

Pengujian sub sistem arduino uno dilakukan dengan pengecekan setiap port

output. Adapun langkah yang harus dilakukan dalam pengujian ini adalah

sebagai berikut :

Memberikan catu daya pada Arduino Uno.

Membuat seluruh pin digital yang digunakan berlogika 1.

Dilakukan pengukuran setiap tegangan keluaran.

Pengujian sub sistem ini dilakukan dengan men-download program cek port

ke dalam arduino. Hasil dari pengukuran akan menunjukkan bahwa port I/O

berfungsi dengan baik atau tidak.

3.2.2. Pengujian dan Analisa Rangkaian Sistem Arduino Uno Mobile

Robot

Pengujian sub sistem arduino uno dilakukan dengan pengecekan setiap port

output. Adapun langkah yang harus dilakukan dalam pengujian ini adalah

sebagai berikut :

Memberikan catu daya pada Arduino Uno.

Membuat seluruh pin digital yang digunakan berlogika 1.

Dilakukan pengukuran setiap tegangan keluaran.

43

Membaca nilai dari pin – pin analog read.

Pengujian sub sistem ini dilakukan dengan men-download program cek port

ke dalam arduino. Hasil dari pengukuran akan menunjukkan bahwa port I/O

berfungsi dengan baik atau tidak.

3.2.3. Pengujian dan Analisa Ultrasonic

Pengujian sub sistem sensor dilakukan dengan men-download program

pembacaan ultrasonic secara serial. Ultrasonic pertama – tama ditempatkan

pada jarak 20 cm atau 8 inchi. Hasil pembacaan ditunjukan secara serial

plotter dan monitor.

Gambar 4.11 Data Serial Plotter Pembacaan Awal

Gambar 4.12 Data Serial Monitor Pembacaan Awal

44

Gambar 4.13 Data Serial Plotter ketika terjadi perubahan.

3.2.4. Pengujian dan Analisa Flex Sensor

Berdasarkan penekukannya, flex sensor terbagi kedalam tiga kondisi,

yaitu kondisi normal, kondisi tekukan ±45° dan kondisi tekukan ±90°.

Kondisi tersebut digambarkan pada gambar 4.1

Gambar 4.14 Kondisi flex sensor berdasakan penekukannya

Kondisi Normal

Tabel 4.1 Kondisi Normal

No. Kode Flex Sensor Analog

Read

Tegangan yang

terdeteksi (V)

1 10 740 3.64

2 19 736 3.59

3 21 720 3.51

4 42 766 3.74

5 49 693 3.38

45

Kondisi Tekukan ±45°

Tabel 4.2 Kondisi Tekukan ±45°

No.

Kode

Flex

Sensor

Analog

Read

Tegangan

yang

terdeteksi

(V)

1 10 861 4.28

2 19 823 4.02

3 21 817 3.99

4 42 864 4.22

5 49 838 4.09

Kondisi Tekukan ±90°

Tabel 4.3 Kondisi Tekukan ±90°

No. Kode Flex

Sensor

Analog

Read

Tegangan yang

terdeteksi (V)

1 10 892 4.35

2 19 870 4.25

3 21 837 4.09

4 42 912 4.45

5 49 884 4.32

Pengujian dan Analisa Glove Controller

Perubahan data atau nilai pada flex sensor sangat bergantung pada perubahan

tekukan yang diberikan. Penekukan flex sensor pada glove controller akan

berbeda dengan penekukan secara langsung / tanpa glove controller, bukan

berarti pengambilan data yang dilakukan sebelumnya sia – sia karena data

tersebut diambil untuk menggambarkan range / karakteristik dari flex sensor

yang diuji karena seperti pada resistor, setiap resistor memiliki nilai yang bisa

jadi tidak sama karena adanya nilai toleransi. Jari jemari memliki penekukan

yang berbeda – beda disetiap ruasnya. Hal ini dikarenakan adanya perbedaan

ukuran ruas tulang dan adanya sendi sehingga jari bisa ditekukan. Gambar 4.15

46

menunjukan nama ruas dan sendi jari tangan sehingga menjadi ilustrasi

mengenai penekukan yang dilakukan.

Gambar 4.15 Ruas Tulang Jari dan Sendi pada Jari

Kondisi Normal

Kondiri normal adalah kondisi jari yang bila dilihat dari samping, akan sejajar

dengan punggung tangan. Kondisi ini disebut kondisi normal karena tidak ada

penekukan pada jari tangan. Gambar 4.16 posisi jari telunjuk menunjukan

kondisi normal.

Gambar 4.16 Ilustrasi Kondisi Normal

Tabel 4.4 Kondisi Normal Glove

No. Kode Flex

Sensor Jari Tangan Analog Read

Tegangan yang

terdeteksi (V)

1 10 Kelingking 751 3.67

2 19 Manis 745 3.64

3 21 Tengah 720 3.51

4 42 Telunjuk 780 3.81

5 49 Ibu Jari 735 3.59

Kondisi Normal

47

Kondisi Tekukan Sedang

(Sendi Metacharpo-phalangeal)

Kondisi tekukan sedang adalah kondisi jari dimana sendi yang ditekuk adalah

sendi Metacharpo-phalangeal. Bila dilihat dari samping atau secara

horizontal, jari tegak lurus dengan punggung tangan. Gambar 4.17

menunjukan ilustrasi kondisi tekukan sedang.

Gambar 4.17 Ilustrasi Kondisi Tekukan Sedang

Tabel 4.5 Kondisi Tekukan Sedang

No. Kode Flex

Sensor Jari Tangan

Analog

Read

Tegangan yang

terdeteksi (V)


2 19 Manis 825 4.03

3 21 Tengah 760 3.71

4 42 Telunjuk 855 4.17

5 49 Ibu Jari 805 3.93

Kondisi Tekukan Maksimal

(Sendi Metacharpo-phalangeal & Proximal Inter-phalangeal)

Kondisi tekukan maksimal adalah kondisi dimana sendi Metacharpo-

phalangeal & Proximal Inter-phalangeal aktif atau secara mudahnya kondisi

jari jemari mengepal. Gambar 4.18 menunjukan ilustrasi kondisi tekukan

maksimal.

Gambar 4.18 Ilustrasi Kondisi Tekukan Maksimal

Kondisi Tekukan

Sedang

48

Tabel 4.6 Kondisi Tekukan Maksimal

No. Kode Flex

Sensor Jari Tangan

Analog

Read

Tegangan yang

terdeteksi (V)


2 19 Manis 892 4.35

3 21 Tengah 870 4.25

4 42 Telunjuk 927 4.53

5 49 Ibu Jari 872 4.26

3.2.5. Pengujian dan Analisa Mobile Robot

Pengujian sub sistem mobile robot dilakukan untuk memeriksa Arduino L298

Motor Shield apakah bekerja sesuai fungsinya atau tidak. Pengujian dilakukan

dengan mendownloadkan program sederhana berupa maju dengan pwm 255,

mundur dengan pwm 255 lalu belok kiri, belok kanan dan perubahan pwm dari

0-255 dalam rentang waktu.

3.2.6. Pengujian dan Analisa Modul Komunikasi NRF24L01

Pengujian sub sistem modul komunikasi NRF24L01 dilakukan untuk

memeriksa apakah Arduino Unit glove controller dapat mentrasmisikan data

pada Arduino Unit mobile robot atau tidak. Pengujian dilakukan dengan

mendownloadkan program sederhana berupa pengujian transmitter dan receiver

seperti yang sudah dituliskan pada bagian realisasi komputer.

49

3.2.7. Hasil Pengujian

No. Hasil yang diharapkan Hasil Pengujian Keterangan

1. Arduino Uno unit glove controller

dapat memproses data dari

perubahan flex sensor

baik

2. Arduino Uno unit mobile robot

dapat berfungsi dengan baik

baik

3. Ultrasonic dapat mendeteksi jarak

dengan baik

baik

4. Flex sensor memberikan perubahan

nilai yang baik

baik Perubahan tiap flex

bervariasi

5. Glove controller dapat mendeteksi

prubahan tekukan jari tangan

baik Perubahan tiap flex

bervariasi

6. Mobile robot dapat menggerakan

roda kiri dan kanan dengan baik

baik

7. Modul komunikasi NRF24L01

mentransmisikan data dari Arduino

Uno unit glove controller pada

Arduino Uno unit mobile robot

dengan baik

baik

50




Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889




Jenis Dokumen B500


Nomor Revisi 01




Jumlah Halaman 10

Data Pengusul



Tanggal 12-12-2016

Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889


51

Daftar Isi


1. Pengantar .......................................................................................................................... 53



1.3. Referensi ....................................................................................................................... 53

2. Desain Kendali Sistem...................................................................................................... 54

2.1. Proses Desain Kendali Ziegler Nichols 2 ..................................................................... 54

3. Kesimpulan ....................................................................................................................... 59

52



53

1. Pengantar


Dokumen ini berisi desain kendali dari proyek yang berjudul “Penerapan Sistem

Kendali Posisi pada Wireless Glove Controlled Robot dengan Metoda PID”. Deskripsi

dan gambaran umum proyek telah diuraikan pada dokumen B100, spesifikasi telah

diuraikan pada dokumen B200, perancangan desain telah diurakan pada dokumen B300

dan realisasi alat telah diuraikan pada dokumen B400. Pada dokumen ini akan

dijelaskan proses desain kendali dari sistem







Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah memaparkan tentang penjelasan

desain kendali. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah :



3. Sebagai dokumentasi tahapan dalam perancangan dan pengembangan sebuah

desain PID dari proyek sistem kendali PID posisi.

1.3.Referensi










54

2. Desain Kendali Sistem

Tujuan dari desain kendali yang dilakukan pada sistem ini adalah untuk menentukan

nilai dari parameter kendali yang akan digunakan. Jenis kendali yang digunakan pada sistem

ini adalah kendali PID. Dalam proses desain kendali PID ini, nilai parameter PID didapatkan

dengan menggunakan metoda ziegler nichols tipe 2

3.1. Proses Desain Kendali Ziegler Nichols 2

Dalam proses desain kendali PID dengan metoda ziegler nichols 2 respon dari sistem

dibuat berosilasi tetap untuk mendapatkan nilai Kcr dan Pcr. Untuk menghasilkan

osilasi tetap sistem dibuat loop tertutup lalu nilai Kp diatur. Nilai Kp pada saat osilasi

tetap merupakan nilai Kcr yang dicari. Nilai Pcr merupakan perioda dari ouput sistem

yang berosilasi.

Gambar 2.1 merupakan output sistem yang sudah dibuat berosilasi tetap.

Gambar 2.1 Osilasi tetap sistem

Dari gambar 2.1 didapatkan data untuk nilai Pcr bernilai 0.5. Nilai tersebut

didapatkan dari stopwatch dengan beberapa sampling. Nilai tersebut

merupakan pendekatan dari nilai sebenarnya karena keterbatasan

pengukuran.

Kcr saat terjadi osilasi adalah 6.

0,5 detik

55

Maka didapatkan :

𝐾𝑝 = 0.6 𝐾𝑐𝑟

𝐾𝑝 = 0.6 𝑥 6 = 𝟑. 𝟔

𝑇𝑖 = 0.5 𝑃𝑐𝑟

𝑇𝑖 = 0.5 𝑥 0.5 = 0.25

𝑇𝑑 = 0.125 𝑃𝑐𝑟

𝑇𝑑 = 0.125𝑥 0.5 = 0.0625

Berdasar persamaan (6) maka didapat

𝐾𝑖 =𝐾𝑝

𝑇𝑖

𝐾𝑖 =3.6

0.25= 𝟏𝟒. 𝟒

Berdasar persamaan (6) maka didapat

𝐾𝑑 = 𝐾𝑝 ∗ 𝑇𝑑

𝐾𝑑 = 3.6 ∗ 0.0625 = 𝟎. 𝟐𝟐𝟓

Gambar 2.2 Hasil PID tanpa tunning

Pada gambar 2.2 ditunjukan hasil PID tanpa tunning dengan parameter Kp = 3.6, Ki =

14.4 dan Kd = 0.225. Dari gambar 2.2 terlihat bahwa nilai settling time masih tinggi,

overshoot yang terjadi pun hampir menyentuh angka 30. Walaupun demikian, respon

sistem masih menuju 20 atau kestabilannya tercapai.

56

Hasil tunning pertama

Gambar 2.3 Hasil PID tunning pertama

Pada gambar 2.2 respon sistem yang perlu diperbaiki adalah settling time, oleh karena

itu parameter yang perlu ditunning adalah Ki. Untuk menghilangkan settling time

maka perlu memperkecil nilai Ki. Karena kendali posisi untuk plant ini tidak terlalu

membutuhkan Ki maka nilai Ki dihilangkan atau = 0.

Pada gambar 2.3 ditunjukan hasil PID tunning pertama dengan parameter

Kp = 3.6

Ki = 0

Kd = 0.225

Terlihat pada gambar 2.3 nilai settling time langsung menurun secara signifikan dan

nilai overshoot pun turun menjadi 25.

57

Hasil tunning kedua

Gambar 2.4 Hasil PID tunning kedua

Pada gambar 2.3 respon sistem yang perlu diperbaiki adalah settling time dan

overshoot. Nilai Ki sudah tidak dapat diperkecil lagi karena sudah minimum pada 0.

Oleh karena itu parameter yang perlu ditunning adalah Kd. Pada gambar 2.4

ditunjukan hasil PID tunning kedua dengan parameter

Kp = 1

Ki = 0

Kd = 0.0625

Terlihat pada gambar 2.4 nilai settling time langsung menurun dan nilai overshoot pun

turun walaupun tidak signifikan.

58

Hasil tunning akhir

Gambar 2.5 Hasil PID tunning akhir

Pada gambar 2.4 respon sistem yang perlu diperbaiki adalah settling time dan

overshoot, oleh karena itu parameter yang perlu ditunning adalah Kd. Pada gambar

2.5 ditunjukan hasil PID tunning ketiga dengan parameter

Kp = 0.5

Ki = 0

Kd = 0.03125

Terlihat pada gambar 2.5 nilai settling time dan overshoot pun turun secara signifikan.

Sistem lebih cepat menuju titik kestabilan dengan overshot yang bernilai 22.

59

3. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan di atas maka dapat disimpulkan bahwa :

3.1. Desain kendali menggunakan metoda PID Ziegler Nichols tipe 2 karena sistem

reponnya cepat dan lebih mudah dalam melakukan analisis respon.

3.2. Nilai tunning pertama sistem dapat dikategorikan buruk karena overshoot yang

terjadi bernilai 30 dengan settling time yang tinggi. Hal ini disebabkan karena

ketidakakuratan saat proses desain ketika mencari perioda osilasi.

Ketidakadaannya keterangan waktu di serial plotter menjadi sebab tidak

didapatkannya nilai yang akurat.

3.3. Parameter Ki pada sistem kendali posisi plant wireless glove controlled robot

dibuat 0 karena menyebabkan nilai settling time dan overshoot yang tinggi.

3.4. Hasil tunning akhir parameter kendali sistem adalah Kp bernilai 0.5, Ki = 0, dan

Kd = 0.03125, parameter ini menghasilkan respon cukup baik dengan overshoot

22, settling time yang rendah dan error steady state = 0.

60




Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889




Jenis Dokumen B600


Nomor Revisi 01




Jumlah Halaman 11

Data Pengusul



Tanggal 15-01-2017

Tanda

Tangan



Telepon (022) 2013789, Fax. (022) 2013889


61

Daftar Isi


1. Pengantar .......................................................................................................................... 63



1.3. Referensi ....................................................................................................................... 63

2. Pengujian Tipe Kendali PID ............................................................................................. 64

2.1. Pengujian Kendali PID Tipe A ..................................................................................... 64

2.2. Pengujian Kendali PID Tipe B ..................................................................................... 65

2.3. Pengujian Kendali PID Tipe F ...................................................................................... 66

2.4. Pengujian Kendali PID Tipe ISA .................................................................................. 67

3. Pengujian terhadap Gangguan .......................................................................................... 69

4. Kesimpulan ....................................................................................................................... 70

62



63

1. Pengantar


Dokumen ini berisi desain kendali dari proyek yang berjudul “Penerapan Sistem

Kendali Posisi pada Wireless Glove Controlled Robot dengan Metoda PID”. Deskripsi

dan gambaran umum proyek telah diuraikan pada dokumen B100, spesifikasi telah

diuraikan pada dokumen B200, perancangan desain telah diurakan pada dokumen

B300, realisasi alat telah diuraikan pada dokumen B400 dan desain kendali sistem telah

dijelaskan pada B500. Pada dokumen ini akan dijelaskan proses desain kendali dari

sistem







Tujuan penulisan dokumen ini secara umum adalah memaparkan tentang penjelasan

desain kendali. Sedangkan tujuan khusus dari dokumen ini adalah :



6. Sebagai dokumentasi tahapan dalam perancangan dan pengembangan sebuah

desain PID dari proyek sistem kendali PID posisi.

7. Sebagai dokumentasi proses menentukan tipe PID optimum yang dapat digunakan

dan pengujian sistem terhadap gangguan yang diberikan.

1.3.Referensi







64




2. Pengujian Tipe Kendali PID

Tujuan dari pengujian tipe kendali PID ini adalah untuk menentukan tipe PID optimum

/ terbaik yang dapat diimplementasikan pada sistem. Terdapat 5 buah tipe PID yaitu tipe

PID A, tipe PID B, tipe PID C, tipe PID F dan tipe PID ISA, akan tetapi untuk tipe PID C

tidak dapat diimplementasikan pada sistem yang diuji, karena pada tipe PID C harus terdapat

Ti dalam parameternya, sedangkan seperti yang telah terdokumentasi pada B500 bahwa

parameter kendali Ti akan menyebabkan sistem lebih lama mencapai posisi steady state

sehingga tipe PID C tidak dapat digunakan.

2.1. Pengujian Kendali PID Tipe A

PID Tipe A merupakan tipe yang digunakan pada dokumen B500. Pada hasil tuning

terakhir, parameter yang diberikan sudah memberikan respon yang cukup baik dengan

overshoot 6% dan settling time yang rendah ±3 detik. Akan tetapi masalah dari Tipe A

adalah kestabilan sistem yang sangat sensitif terhadap gangguan dan terkadang sistem

akan kembali terdapat error ketika PV sudah mencapai SV di rentang waktu melebihi

settling time.

Gambar 6.1 Pengujian Kendali PID Tipe A

65

Gambar 6.1 menunjukan bagaimana respon dari kendali PID tipe A, seperti yang telah

disebutkan sebelumnya bahwa terdapat ketidakstabilan sistem saat telah mencapai

steady state terlihat pada kotak merah gambar 6.1. Gangguan sekecil mungkin dapat

membuat sistem tidak mencapi kestabilannya kembali dan perlu dilakukan perubahan

nilai SV terlebih dahulu untuk mencapai nilai kestabilannya.

Parameter kendali yang digunakan pada pengujian 2.1 masih sama seperti dokumen

B500 yaitu :

Kp = 0.5

Ki = 0

Kd = 0.03125

2.2. Pengujian Kendali PID Tipe B

Gambar 6.2 Pengujian Kendali PID Tipe B

Secara teori kendali PID Tipe B merupakan tipe kendali yang tidak akan begitu reaktif

seperti PID Tipe A. Akan tetapi seperti yang ditunjukan pada gambar 6.2, tidak begitu

terlihat apakah respon yang diberikan tidak begitu reaktif seperti tipe A atau kurang

lebih sama karena tidak ada indikator rentang waktunya, akan tetapi yang terlihat pada

gambar 6.2 adalah bahwa nilai error ketika telah mencapai steady state nya berkurang

walaupun tidak hilang sama sekali. Overshoot yang terjadi pun ± 2%, sedikit lebih kecil

dibanding kendali PID Tipe A.

66

Parameter kendali yang digunakan pada pengujian 2.2 masih sama seperti sebelumnya

yaitu :

Kp = 0.5

Ki = 0

Kd = 0.03125

Kekurangan dari tipe kendali ini adalah masih adanya error seperti tipe kendali A, saat

rentang waktu tertentu dari keadaan steady state, sistem terkadang kembali bergerak

lalu terjadi kembali steady state error.

2.3. Pengujian Kendali PID Tipe F

Gambar 6.3 Pengujian Kendali PID Tipe F

Secara teori, tipe kendali PID Tipe F memiliki parameter filter dalam alogritmnaya dan

akan meredamkan noise yang terjadi pada sistem melalui program. Terlihat pada

gambar 6.3 untuk pengujian kendali PID Tipe F memiliki respon yang paling baik,

walaupun pada dasarnya noise yang terjadi pada respon sistem tidaklah terlalu besar

akan tetap bila dibandingkan dengan respon pada gambar 6.1 dan 6.2, respon gambar

6.3 terlihat lebih halus dari noise. Untuk pengujian yang diberikan, walaupun tidak

secepat respon tipe A akan tetapi error ketika sistem telah mencapai steady state jauh

67

lebih berkurang. Overshoot yang terjadi kurang lebih sama seperti respon PID Tipe B

yaitu ± 2 %.


yaitu :

Kp = 0.5

Ki = 0

Kd = 0.03125

Dan untuk perhitungan filter dalam programnya adalah sebagai berikut :

Secara umum, penggunaan kendali PID tipe F menghasilkan respon yang paling terbaik

disbanding tipe PID lainnya, walaupun terkadang masih terdapat error steady state

tetapi nilainya masih lebih kecil dibanding respon PID lainnya dan jauh lebih stabil

terhadap gangguan yang diberikan.

2.4. Pengujian Kendali PID Tipe ISA

Gambar 6.4 Pengujian Kendali PID Tipe ISA

68

Secara teori, kendali PID tipe ISA memiliki struktur yang sama seperti tipe F tetapi

ditambahkan pembobotan terhadap bagian proporsional (alpha) dan derivatif (gamma).

Respon yang dihasilkan dari kendali PID tipe ISA menunjukan nilai yang cukup baik

dengan overshoot yang kurang lebih sama sepeti kendali PID tipe F yaitu ± 2 %.


yaitu :

Kp = 0.5

Ki = 0

Kd = 0.03125

Dan untuk perhitungan filter dalam programnya adalah sebagai berikut :

Nilai pembobotan proporsional untuk pengujian 2.4 ini yaitu 0.8 dan pembobotan untuk

derivatif yaitu 0.5.

Bila dibandingkan dengan respon PID tipe A dan B, tipe ISA jauh lebih baik karena

noise yang dihasilkan lebih sedikit karena teredam, sistem juga jauh lebih stabil karena

masih perubahan direntang waktu tertentu ketika telah mencapai steady state sangat

jarang akan tetapi bila dibandingkan dengan respon PID tipe F, ketika terjadi error

steady state, nilainya sedikit lebih besar dibanding PID tipe F.

69

3. Pengujian terhadap Gangguan

Gambar 6.5 Pengujian Kendali terhadap Gangguan

Pengujian dilakukan saat sistem menggunakan kendali PID tipe F karena responnya

yang lebih baik dibandingkan tipe PID lainnya. Gangguan yang biberikan berupa

penggerakan halangan di depan sensor ultrasonic, sehingga pembacaan PV menjadi

berbeda kembali. Penggerakan dilakukan dengan mendekatkan dan menjauhkan

halangan. Pada gambar 6.5, garis berwarna orange merupakan PV dan garis berwarna

biru merupakan SV, ketika PV berada di bawah SV, gangguan yang diberikan adalah

mendekatkan halangan pada mobile robot dan ketika PV berada di atas SV gangguan

yang diberikan adalah menjauhkan halangan pada mobile robot. Terlihat pada gambar

6.5 setiap telah terjadinya gangguan, maka sistem akan segera mengkompensasi error

tersebut agar tetap mengejar nilai SV. Hal ini menandakan bahwa sistem kendali PID

berjalan dengan baik.

70

4. Kesimpulan

Berdasarkan percobaan di atas maka dapat disimpulkan bahwa :

4.1 Tipe PID C tidak dapat diterapkan pada sistem, karena tipe PID C memiliki

parameter Ki dalam perhitungannya, sedangkan pada dokumen B500 ketika

diberikan nilai Ki pada parameter sistemnya maka akan terjadi osilasi, sehingga

Ki diset = 0 dan PID C tidak dilakukan pengujian.

4.2 Tipe PID A menghasilkan respon yang cukup baik dengan overshoot ±8 % akan

tetapi tipe ini cenderung tidak stabil dalam rentang waktu tertentu dan malah

mendimbulkan error steady state.

4.3 Tipe PID B menghasilkan respon yang lebih baik dibanding tipe A dengan

overshoot ±2 %, tetapi sama seperti tipe A, terkadang menghasilkan error

steady state walaupun tidak seperti tipe A.

4.4 Tipe PID F merupakan tipe PID terbaik yang dapat diterapkan pada sistem

karena overshoot sama seperti tipe B yaitu ± 2 % akan tetapi sistem jauh lebih

stabil dibanding tipe A, walaupun terkadang terjadi error steady state, tetapi

nilainya lebih kecil dibanding tipe B.

4.5 Tipe PID ISA menghasilkan respon yang hampir sama dengan tipe F, sehingga

lebih baik dibandingkan tipe A dan B, akan tetapi ketika terjadi error steady

state, nilianya sedikit lebih besar dibanding dengan tipe PID F.

4.6 Pengujian terhadap gangguan dilakukan menggunakan kendali PID tipe F dan

menunjukan bahwa sistem dapat mengatasi error yang terjadi dan nilai PV dapat

terus mengejar kembali pada kestabilan atau SV.

Education

Dokumen Perancangan B100-B600 WGCR