TELKA, Vol.2, No.2, November 2016, pp. 150~159
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
Pengontrolan Kecepatan Mobile Robot
Line Follower Dengan Sistem Kendali PID
Hendri Miftahul1, Firdaus2, Derisma3
1,3Jurusan Sistem Komputer Universitas Andalas
Jl. Universitas Andalas, Limau Manis, Pauh, Limau Manis, Pauh, Kota Padang, Sumatera Barat 25163
2Teknik Elektro Politeknik Negeri Padang
Kampus Limau Manis, Limau Manis, Pauh, Kota Padang, Sumatera Barat 25163
Abstrak – Perkembangan teknologi robotika telah mampu menciptakan robot cerdas yang memiliki
keistimewaan-keistimewaan khusus, salah satunya yaitu mobile robot line follower. Mobile robot line
follower merupakan suatu jenis robot beroda yang memiliki sensor untuk mendeteksi suatu garis dengan
pola tertentu yang bergerak mengikuti garis tersebut. Untuk memberikan perubahan pergerakkan mobile
robot line follower menjadi lebih halus tanpa menimbulkan pergerakan yang kaku maka pengaturan
kecepatan mobile robot line follower dapat dilakukan dengan menggunakan sistem kendali PID
(Proportional Integral Derivative). Sistem kendali PID digunakan untuk mengkoreksi error dari
pengukuran variabel input (sensor) agar output sistem sesuai dengan nilai set point untuk menghasilkan
error yang sekecil mungkin. Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, didapatkan nilai parameter
kontrol PID yang terbaik dengan nilai Kp=9, Kd=3 dan Ki=1, dimana nilai tersebut mampu merespon
posisi mobile robot line follower agar selalu mendekati nilai set point dan memiliki waktu yang tercepat
mencapai finis dengan waktu 6930 ms.
Kata kunci: mobile robot line follower, sensor, PID (Proportional Integral Derivative)
1. Pendahuluan
Robotika merupakan suatu bidang kajian ilmu yang terus berkembang dengan sangat pesat.
Saat ini perkembangan teknologi robotika telah mampu menciptakan robot cerdas yang memiliki
keistimewaan-keistimewaan khusus. Mobile robot [1] merupakan sebuah robot yang bergerak,
dimana sistem robot tersebut mampu memindahkan dirinya sendiri dari posisi A ke posisi B,
dimana kedua posisi tersebut berada pada jarak tertentu (keseluruhan badan robot berpindah
tempat), bisa dikatakan bahwa robot tersebut bergerak dinamis. Salah satu jenis mobile robot yang
memiliki keistimewaan dan sering dikembangkan yaitu mobile robot line follower (pengikut
garis).
Robot jenis line follower bergerak menggunakan aktuator berupa motor DC. Biasanya jenis
penggerak robot line follower memiliki 2 buah motor DC yang dipasang di sebelah kiri dan kanan
robot. Untuk dapat menggerakkan robot maka masing-masing motor DC diatur kecepatannya
melalui sebuah rangkaian driver motor.
Pengaturan kecepatan masing-masing motor DC sangat menentukan tingkat kestabilan
perubahan pergerakan mobile robot line follower dari kondisi berbelok ke kondisi bergerak lurus
maupun sebaliknya.
Pengaturan kecepatan motor DC ini dapat dilakukan dengan menggunakan sistem kendali
PID (Proportional Integral Derivative). Pengendali PID[2] adalah suatu sistem pengendali yang
merupakan gabungan antara pengendali Proportional, Integral dan Derivative. Sistem kendali
PID digunakan untuk mengkoreksi error dari pengukuran variabel input (sensor) agar output
sistem sesuai dengan nilai set point untuk menghasilkan error yang sekecil mungkin. Berdasarkan
latar belakang diatas, maka penulis akan merancang merancang dan membuat mobile robot line
follower yang dikontrol dengan pengendali PID untuk mengatur kecepatan motor DC berbasis
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
Mikrokontroler ATMega 8535 sehingga pergerakkan robot line follower menjadi lebih halus dan
tidak kaku.
2. Metode Penelitian
2.1. Perancangan Sistem
Sebelum melakukan perancangan sistem, terlebih dahulu dibuat diagram blok sebagai
langkah awal pembuatan sistem.
Gambar 1. Diagram Blok Sistem
2.1.1. Mikrokontroler ATMega 8535
Mikrokontroler[11] merupakan sebuah sistem mikroprosesor di mana di dalamnya sudah
terdapat Central Processing Unit (CPU), Read Only Memory (ROM), Random Access Memory
(RAM) , Input/Output (I/O), clock dan perlatan internal lainnya yang sudah terhubung dan
terorganisasi dengan baik dan dikemas dalam satu chip yang siap pakai.
2.1.2. Driver Motor L298
L298 adalah IC yang dapat digunakan sebagai driver motor DC. IC ini menggunakan prinsip
kerja H-Bridge. Tiap H-Bridge dikontrol menggunakan level tegangan TTL yang berasal dari
output mikrokontroler.
2.1.3. Motor DC Magnet Permanen
Motor DC (direct current) merupakan jenis motor yang menggunakan tegangan searah
sebagai sumber tenaganya. Dengan memberikan beda tegangan pada kedua terminal tersebut,
motor akan berputar pada satu arah, dan bila polaritas dari tegangan tersebut dibalik maka arah
putaran motor akan terbalik pula. Polaritas dari tegangan yang diberikan pada dua terminal
menentukan arah putaran motor sedangkan besar dari beda tegangan pada kedua terminal
menentukan kecepatan motor.
2.1.4. Liquid Crystal Display (LCD)
Liquid Crystal Display (LCD)[12] adalah suatu display dari bahan cairan Kristal yang
pengoperasiannya menganut sistem dot matrix.
2.1.5. Light Emitting Diode (LED)
LED[5] adalah perangkat semikonduktor yang memancarkan cahaya berspektrum sempit
ketika dialirkan listrik dengan arah maju. Efek ini merupakan bentuk dari electroluminescence.
Warna dari cahaya yang dipancarkan tergantung pada komposisi dan keadaan semikonduktor
yang digunakan, dan dapat berupa infrared, cahaya tampak atau mendekati ultraviolet.
Mikrokontroler Driver Motor Motor DC
LCD
Sensor
Set Point Output
error
PV
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
2.1.6. Photodioda
Photodioda[6] merupakan salah satu jenis sensor optik yang digunakan dalam rangkaian
elektronika untuk mengukur intensitas cahaya. Photodioda disusun menggunakan 2 buah pin.
Bagian yang panjang berkutub positif (+) dan bagian yang pendek berkutub negatif (-). Keluaran
photodiada adalah arus listrik yang berubah sesuai intensitas cahaya yang masuk. Semakin terang
atau semakin banyak intensitas cahaya yang masuk, keluaran photodioda semakin kecil.
2.2. Perancangan Hardware
2.2.1. Rangkaian Sistem Minimum ATmega 8535
Rangkaian sistem minimum dalam penelitian ini tergambar pada gambar berikut.
Gambar 2. Skema Rangkaian Sistem Minimum
2.2.2. Rangkaian Sensor
Rangkaian sensor dalam penelitian terlihat pada gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Sensor
2.2.3. Rangkaian Driver Motor
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
Rangkaian driver motor dalam penelitian terlihat pada gambar 4.
Gambar 4. Rangkaian Driver Motor
2.3. Perancangan Mekanik
Hasil perancangan mekanik robot line follower dapat dilihat pada gambar 5.
Gambar 5. Hasil Perancangan Mekanik Robot Line Follower
2.4. Perancangan Kendali PID
Berdasarkan ketiga parameter kontrol maka keseluruhan nilai PID yang didapatkan adalah
dengan menjumlahkan seperti persamaan 1.
PID = P + I + D (1)
2.4.1. Perancangan Software Robot Line Follower dengan Kendali PID
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
Flowchart perancangan software Robot Line follower terlihat pada gambar 6 dan gambar
7 berikut.
Gambar 6. Flowchart Utama Robot Line Follower
Mulai
Inisialisasi nilai Kp, Ki, Kd dan
Set Point
Baca data sensor
Pemrosesan dengan metoda
PID
Gerakan robot
Selesai
Dapatkan nilai error dari
pembacaan sensor
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
Gambar 7. Flowchart Program Kendali PID Robot Line Follower
Mulai
Dapatkan nilai PV berdasarkan
pembacaan sensor
Dapatkan nilai error
error = SP - PV
Dapatkan nilai P
P = Kp * error
Dapatkan nilai D
D1 = Kd * 10
D2 = D1/Ts
D3 = error – last error
D = D2 * D3
Dapatkan nilai I
I1 = Ki/10
I2 = error + last error
I3 = I1 + I2
I = I3 * Ts
Dapatkan nilai PWM
llpwm = 200 – PID
rrpwm = 200 + PID
llpwm <
MINPWM
llpwm = MINPWM
llpwm >
MAXPWM
llpwm = MAXPWM
rrpwm <
MINPWM
rrpwm >
MAXPWM
rrpwm = MINPWM
rrpwm = MAXPWM
Selesai
T
T
Y
T
T Y
Y
Y
Gerakkan robot
Robot (llpwm, rrpwm)
Dapatkan nilai PID
PID = P + I + D
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
3. Hasil dan Analisa
3.1. Pengujian Alat
3.1.1. Pengujian Sensor Garis
Tabel 1. Hasil Pengukuran Tegangan Photodioda
Nilai tegangan di permukaan putih dan permukaan hitam pada masing-masing sensor
didapatkan dari hasil pengukuran menggunakan multimeter. Berdasarkan tabel 1 dapat
disimpulkan bahwa ketika sensor berada dipermukaan putih nilai tegangannya lebih rendah dari
pada ketika sensor berada di garis hitam.
3.1.2. Pengujian PWM (Pulse Width Modulation)
Pulse Width Modulation (PWM)[9] secara umum adalah sebuah cara memanipulasi lebar
sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda, untuk mendapatkan tegangan rata-rata
yang berbeda. Tabel 2. Nilai LPWM dan RPWM Motor
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
Dari tabel 2 didapatkan nilai PWM masing-masing motor pada tiap posisi pembacaan sensor.
Nilai PWM tersebut didapatkan dari pembacaan nilai PWM yang keluar dari LCD. Dapat
diperhatikan bahwa saat PV bernilai 0 nilai PWM motor kanan dan motor kiri adalah sama yaitu
bernilai 255. Pada saat nilai PV tidak sama dengan 0 maka nilai PWM motor kanan dan motor
kiri memiliki nilai PWM yang berbeda sesuai dengan besarnya perubahan nilai PV. Semakin
besar nilai perubahan PV maka semakin berkurang nilai PWM salah satu motor.
3.2. Pengujian PID
3.2.1. Pengujian pada Garis Lurus
Data hasil pengujian akan disajikan dalam bentuk grafik pengujian PID. Grafik pengujian
PID dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Grafik Pengujian PID
Gambar 4. terlihat bahwa dengan menggunakan kendali PID pada saat robot diletakkan
pada posisi error = -8, robot mampu bergerak dengan baik dan selalu mendekati nilai set point,
dimana nilai set point dari robot ini yaitu 0.
3.2.2. Pengujian pada Lintasan
Tabel 3. Pengujian Waktu pada Lintasan
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
Berdasarkan tabel 3 dengan memberikan nilai parameter Kp, Ki dan Kd yang berbeda dapat
kita simpulkan bahwa dengan pemberian nilai parameter Kp=9, Kd=3 dan Ki=1 didapatkan waktu
tercepat dalam mencapai garis finis yaitu dengan waktu 6930 ms.
4. Penutup
4.1. Kesimpulam
Berdasarkan pengujian dan analisa yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa
hal sebagai berikut :
1. Pemberian nilai variabel Kp, Kd dan Ki yang dilakukan dengan metoda Trial and error
didapatkan nilai parameter kontrol PID yang terbaik dengan nilai Kp=9, Kd=3 dan Ki=1,
dimana nilai tersebut mampu merespon posisi robot line follower agar selalu mendekati nilai
set point dan memiliki waktu yang tercepat mencapai finis dengan waktu 6930 ms.
2. Pengujian robot line follower pada garis lurus sepanjang ±1 meter didapatkan perubahan nilai
error yang memiliki rentang nilai dari error bernilai -8 sampai dengan error bernilai 3.
Adapun kondisi ideal dari robot line follower yaitu terletak pada posisi error = 0 atau pada
nilai PV = 0.
3. Nilai maksimal PWM pada robot line follower ini yaitu bernilai 255 dan nilai minimal PWM
dari robot line follower yaitu bernilai -255.
4. Kendali PID mampu mengkoreksi nilai error, dimana nilai error tersebut diolah dengan
perhitungan PID untuk dijadikan sinyal kendali yang diteruskan ke motor sehingga
kecepatan motor dapat berubah-ubah sesuai dengan bobot pembacaan sensor sehingga
menimbulkan pergerakkan robot line follower menjadi lebih halus tanpa menimbulkan
pergerakan yang kaku
4.2. Saran-saran
Adapun saran yang dapat diberikan untuk membuat sistem dapat berjalan menjadi lebih
sempurna sehingga sistem tersebut dapat memiliki fungsi yang lebih baik adalah sebagai berikut
1. Menentukan nilai parameter kontrol proportional, integral dan derivative dapat dilakukan
dengan metoda osilasi lain seperti Ziegler-Nichols karena metoda tersebut telah
menggunakan rumus-rumus yang sederhana yang dapat mempersingkat waktu dalam
pencarian nilai parameter PID.
2. Untuk posisi sensor, antara sensor yang satu dengan sensor yang lainnya sebaiknya diberi
pembatas untuk mengurangi intensitas cahaya yang datang dari luar.
Daftar Pustaka
[1] Pramana, Agus, dkk. 2007. Perancangan Prototipe Kontrol Mobile Robot Pemindah
Benda. Universitas Bina Nusantara.
[2] Laksana, Andra. Balancing Robot Beroda Dua Mengggunakan Metode Kendali
Proporsional Integral. Universitas Diponegoro.
[3] Raditya, Bregas. 2011. Pengendali Motor Servo DC Menggunakan PI untuk
Diimplementasikan pada Mesin CNC. Universitas Bina Nusantara.
[4] Harry, dkk. 2006. Kontrol Posisi pada Motor DC dengan FPGA. Universitas Bina
Nusantara.
[5] Antoni, dkk. 2007. Perancangan Modul dengan Pengaturan Grayscale pada Dot Matrix
(Prototype). Universitas Bina Nusantara.
TELKA: Jurnal Telekomunikasi, Elektronika, Komputasi, dan Kontrol
ISSN (e): 2540-9123
ISSN (p): 2502-1982
[6] Fajar, Khairul. 2011. Analisis Efisiensi Sensor Cahaya (LDR, Photodioda dan
Phototransistor) pada Rancang Robot Pemadam Api. Universitas Islam Negeri Maulana
Malik Ibrahim Malang.
[7] Pitowarno, Endra. 2006. Robotika Desain, Kontrol dan Kecerdasan Buatan. Yogyakarta:
Andi Yogyakarta.
[8] Firdaus. 2010. Rancang Bangun Sistem Kendali Kecepatan Kursi Roda Listrik
Berbasiskan Disturbance Observer. Institut Teknologi Sepuluh November Surabaya.
[9] Prayogo, Rudito. 2012. Pengaturan PWM (Pulse Width Modulation) dengan PLC.
Universitas Brawijaya Malang.
[10] Novendy, dkk. 2006. Pengimplementasian Ultrasonic terhadap Mobile Robot sebagai
Penjejak (Object Follower). Universitas Bina Nusantara.
[11] Syahrul. 2012. Mikrokontroler AVR ATmega 8535. Bandung: Informatika Bandung.
[12] Budy. 2011. Sistem Pengamanan Kunci Sepeda Motor Menggunakan Radio Frequency
Identification (RFID). STMIK AMIKOM Yogyakarta.