PENGIMBANGAN GERAK ROBOT BERODA DUA

PENGIMBANGAN GERAK ROBOT BERODA DUA

Lidia Ernanda¹, M. Bachtiar Rifa’i², Dr. Samuel Beta, Ing-Tech.,M.T.³

Jl. Prof. H. Soedarto, SH, Tembalang, Semarang, 50275 Jurusan Teknik Elektro

 Politeknik Negeri Semarang

Jln. Prof. Sudarto, SH, Ds. Tembalang Semarang 50275

E-mail :

 lidiaernanda0@gmail.com¹,rifbachtiar37@gmail.com²,sambetak2@gmail.com³

Intisari ─ Robot Pengimbangan yang dibuat adalah robot beroda yang memiliki 2 roda pada sisi kanan dan kiri, robot ini harus dapat menjaga keseimbangan. Untuk dapat menjaga keseimbangan secara maksimal digunakan sensor accelerometer ADXL335. Accelerometer terdiri dari tiga sumbu yaitu sumbu X, sumbu Y, dan sumbu Z, dimana setiap sumbu saling tegak lurus. Pada robot ini digunakan Sumbu Y untuk mendeteksi kemiringan dan kecepatan sudut badan robot ketika akan jatuh. Saat sudut >7ᵒ maka robot bergerak maju, saat sudut <-13ᵒ maka robot bergerak mundur, dan saat sudut -12ᵒ -6ᵒ maka robot berhenti. ARM ( Advanced RISC Machine ) digunakan sebagai pemproses yang hasilnya dikirim ke motor DC untuk mengatur arah putaran motor.

Kata Kunci : ARM, sensor accelero ADXL335, Motor DC

Abstract ─ The Balancing Robot made is a wheeled robot that has 2 wheels on the right and left sides, this robot must be able to maintain balance. To be able to maintain maximum balance, the ADXL335 accelerometer sensor is used. Accelerometer consists of three axes namely X axis, Y axis, and Z axis, where each axis is perpendicular to each other. In this robot Y axis is used to detect the slope and the angular speed of the robot body when it will fall. When the angle is> 7ᵒ, the robot moves forward, when the angle <-13ᵒ then the robot moves backwards, and when the angle is -12ᵒ -6ᵒ the robot stops. ARM (Advanced RISC Machine) is used as a processor whose results are sent to a DC motor to adjust the motor rotation direction.

Keywords: ARM, a accelero sensor ADXL335, DC Motor

I.     PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Di dunia modern saat ini, penelitian mengenai robot sangatlah banyak dan berkembang pesat disertai dengan kemajuan teknologi yang terus menerus berkembang. Salah satu hal yang diingini adalah     mengembangkan    pengetahuan mengenai robot dan sejenisnya. Robot yang dibuat adalah robot yang akan dapat menyeimbangkan  dirinya hanya dengan dua roda. Untuk dapat menyeimbangkan  dibutuhkan metode kontrol yang baik untuk dapat mempertahankan posisi robot dalam keadaan tegak lurus dan seimbang. Advanced RISC Machine  (ARM) digunakan sebagai pemproses yang hasilnya dikirim ke motor DC untuk mengatur arah putaran motor. Sebagai masukan yaitu sensor accelerometer  yang digunakan sumbu Y  untuk mendeteksi kemiringan dan kecepatan sudut badan robot ketika akan jatuh.

1.2    Tujuan

Tujuan yang ingin dicapai dalam Proyek ARM ini adalah membuat suatu   alat   yang   dapat mempertahankan  posisi   pergerakan robot  beroda  dua   pada  kondisi   seimbang  dan   tegak   lurus terhadap   permukaan  bumi  di  bidang  datar.

II.       TINJAUAN PUSTAKA

Untuk mengetahui berbagai komponen dan peralatan yang dibutuhkan, maka disusunlah tinjauan pustaka sebagai acuan dalam merancang dan membuat aplikasi menggunakan mikrokontroler ARM NUC120 ini.

1.       ARM NUC120

ARM  adalah  prosesor  dengan  arsitektur  set instruksi 32-bit RISC (Reduced Instruction Set Computer) yang dikembangkan oleh ARM Holdings. ARM merupakan singkatan dari Advanced RISC Machine. ARM NUC120 merupakan sebuah modul mikrokontroler 32-bit berbasis ARM CortexM0. ARM NUC120 BOARD dilengkapi dengan program bootloader sehingga tidak membutuhkan divais programmer terpisah. NUC120 dapat beroperasi dengan kecepatan CPU sampai 48MHz. Telah dilengkapi dengan Full Speed  USB 2.0 Device Controller yang sangat fleksibel dan dapat dikonfigurasi untuk berbagai aplikasi berbasis USB.

 Gambar 1. ARM NUC120

Spesifikasi :

a.          Berbasis NUC120RD2BN dengan Flash memory APROM sebesar 64 Kbyte, 8 Kbyte SRAM, 4 Kbyte Data Flash.

b.         Memiliki kemampuan IAP (In Applicaton Programming) dan ISP (In System Programming) melalui bootloader software pada LDROM.

c.          Tersedia jalur SWD (Serial Wire Debug) yang dapat digunakan untuk debugging sertaprogramming.

d.         Dapat diprogram langsung melalui jalur USB.

e.          Mendukung Peripheral DMA mode.

f.          Memiliki 8 channel ADC dengan resolusi 12 bit.

g.         Memiliki 4 buah timer 32 bit.

h.         Memiliki fungsi Watchdog dan RTC.

i.           Dilengkapi dengan 4 buah hardware PWM dengan resolusi 16 bit.

j.           Memiliki masing-masing 2 kanal jalur komunikasi UART, SPI, dan I²C.

k.         Memiliki 1 channel I²C.

l.           Tersedia antarmuka USB dan UART RS-485.

m.       Terdapat sensor suhu built-in dengan range - 40 - 125°C dengan resolusi 1°C. Sensor ini memiliki gain -1.76mV/°C dan offset 720 mV pada suhu 0°C.

n.         Memiliki hingga 45 jalur GPIO yang masing-masing dapat dikonfigurasi pull-up/ pull-down resistor, repeater mode, input inverter, dan open-drain mode.

o.         Terdapat 22 MHz internal osilator.

p.         Frekuensi osilator eksternal sebesar 12 MHz dan fitur PLL sampai dengan 48 MHz.

q.         Frekuensi osilator eksternal sebesar 32.768 KHz yang dapat digunakan untuk fungsi RTC dan Low Power Mode.

r.          Tersedia rangkaian reset manual.

s.          Bekerja pada tegangan 3,3 – 5,5 V.

t.           Dilengkapi dengan regulator 3,3 V dan 5 V dengan arus maksimum 800 mA

Tersedia pilihan catu daya input : catu daya eksternal 6,5 – 12 VDC (via regulator), catu daya  eksternal 3,3 – 5,5 VDC ( tanpa melalui regulator ), atau  menggunakan sumber catu daya dari jalur USB.

2.       Sensor Accelero ADXL335

Accelerometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur percepatan, mendeteksi dan mengukur getaran, dan mengukur percepatan akibat gravitasi. Accelerometer mengukur percepatan akibat gerakan benda yang melekat padanya. dengan satuan g yaitu unit percepatan yang nilainya sebanding dengan gravitasi bumi diatas permukaan air laut yaitu 9,8m/s². Accelerometer digunakan untuk mengukur getaran pada mobil, mesin, bangunan, dan instalasi pengamanan.

Gravitasi bumi merupakan percepatan yang konstan selalu mengarah lurus menuju inti bumi. Ketika Accelerometer sejajar dengan gravitasi pada keadaan diam maka percepatan yang terukur adalah 1g, ketika Accelerometer tegak lurus dengan gravitasi pada keadaan diam maka percepatan sebesar 0g.

x= nilai percepatan terukur pada sumbu yang tegak lurus dengan gravitasi

z= nilai percepatan(2.4)terukur pada sumbu yang sejajar dengan gravitasi

Gambar 2.  Penempatan sumbu x dan y pada Accelerometer

3.       Motor DC

Penggunaan motor DC sebagai actuator  untuk meyeimbangkan kestabilan  robot  agar dapat berdiri tegak dan stabil. Motor DC dengan torsi yang besar  dan rpm sedang  menjadi sangat krusial untuk kestabilan robot . Motor DC yang digunakan untuk alat ini mempunyai tegangan kerja  6-12 Volt. Dengan menggunakan metor yang memiliki torsi besar diharapkan mampu mengangkat badan robot  ketika mengalami kemiringan  untuk disetimbangkan kembali hingga tegak lurus terhadap permukaan bumi.

Gambar 3. Motor DC

4.       Driver Motor

Pada alat ini digunakan  satu jenis driver motor , yaitu driver motor Shield H-Bridge ST L298N Module yang ditunjukkan pada gambar 4.

   Gambar 4. Driver Motor

Fungsi driver motor yaitu untuk menjalankan motor  sebagai pengatur arah putaran motor maupun kecepatan putaran motor dan digunakan driver motor karena arus yang keluar dari mikrokontroler tidak mampu memenuhi kebutuhan motor DC, serta mengubah tegangan  yang dikeluarkan mirokontroler agar sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan  motor tersebut.

III.       PERANCANGAN ALAT

3.1      Perangkat Keras dan Rangkaian Elektronika

Adapun komponen yang digunakan adalah :

1.         ARM NUC120

2.         Sensor accelero ADXL335

3.         Motor DC

4.         Driver Motor

3.1.1.   Rangkaian

  

Gambar 5. Schematic rangkaian

Ganbar 6. Pengawatan Keseluruhan

Gambar 7. Pengawatan Luar

Gambar 7. Pengawatan Dalam

3.2       Perangkat Lunak

3.2.1. Diagram Blok

Berikut ini adalah diagram blok menggunakan masukan sensor accelerometer ADXL 335 dengan keluaran motor DC dan Roda

Gambar 9. Diagram blok

3.2.2. Diagram Alir

Untuk memudahkan dalam merancang perangkat lunak, dibuatlah diagram alir yang menjelaskan alur    cara kerja alat secara keseluruhan dimulai dari pembacaan sensor hingga hasil akhir atau keluaran yang dihasilkan. Berikut gambar diagram alir rangkaian pada gambar 10.

Gambar 10. Diagram alir

IV.     PENGUJIAN ALAT

4.1      Cara Kerja Alat

Robot akan membaca masukan dari accelerometer ADXL335 yang berfungsi sebagai pembaca sudut kemudian diproses oleh ARM NUC 120 untuk mengendalikan putaran motor. Data yang diperoleh berupa besarnya sudut kemiringan pada sumbu y. Robot dilengkapi 2 LED sebagai indikator kemiringan robot. Ketika robot miring ke depan led bagian depan akan menyala dan robot akan bergerak maju sedangkan ketika robot miring ke belakang led bagian belakang menyala dan robot akan bergerak mundur.

4.2      Hasil Percobaan

Setelah  dilakukan  simulasi alat  bekerja  sesuai  dengan yang  diinginkan. Robot bisa bergerak seimbang. Saat sudut >7ᵒ maka robot bergerak  maju serta LED 1 ON  dan LED 2 OFF, saat  sudut <-13ᵒ maka robot bergerak mundur serta LED 1 OFF dan LED 2 ON, dan saat sudut -12ᵒ -6ᵒ maka robot berhenti serta LED 1 ON dan LED 2 OFF. Berikut kami tampilkan proses simulasi alat tersebut :

Gambar 11. Gambar Alat

V. PENUTUP

Berdasarkan hasil perancangan, perakitan, pengujian dan analisa hasil dari alat " Pengimbangan Gerak Robot Beroda Dua ", maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Untuk mempertahankan posisi robot perlu ditentukan sudut yang sebagai titik tengah keseimbang.
2. Dalam menentukan sudut kemiringan posisi benda Sensor Gyro mendeteksi setiap perubahan percepatan gravitasi dari benda untuk kemudian diubah menjadi tegangan.
3. Keluaran sensor ADXL 335 yang digunakan Y_out.
4. Indikator untuk Y_OUT adalah LED yang terpasang pada depan dan belakang robot.
5. Robot dapat mempertahankan keseimbangan dengan gerakan maju dan mundur.

Referensi :

[1]         G. Bobby, E. Susanto, and F. Y. Suratman, “Implementasi Robot Keseimbangan Beroda Dua Berbasis Mikrokontroler,” J. ELKOMIKA, vol. 03, no. 2, pp. 142–160, 2015.

[2]         S. K. Risandriya, R. A. Fatekha, S. St, and I. Zusmaniar, “Balancing Robot Berbasis Fuzzy Logic,” vol. 07, no. 2, pp. 113–118, 2015.

[3]     P. W. R. Raranda, “IMPLEMENTASI KONTROLER PID PADA TWO WHEELS SELF BALANCING ROBOT BERBASIS ARDUINO UNO,” vol. 06, no 02, pp. 89–96, 2017

[4]         S. T. Elektro, F. Teknik, U. N. Surabaya, D. T. Elektro, F. Teknik, and U. N. Surabaya, “PENGEMBANGAN TWO WHEELS SELF BALANCING ROBOT DENGAN PI CONTROLLER BERBASIS LABVIEW 2014 Bagus Rio Rynaldo Endryansyah pada Two Wheels Self Balancing Robot Berbasis Arduino,” vol. 07, no. 03, pp. 127–136, 2018.

LAMPIRAN

1. Jurnal, klik disini

2. PPT, klik disini

3. Program, pdf klik disini ... Coide + Pustaka klik disini

4. Skematik, klik disini

5. Pengawatan, dalam klik disini ... luar klik disini

6. Diagram Alir, klik disini

7. Diagram Blok, klik disini

Biodata penulis:

Nama penulis Lidia Ernanda Penulis dilahirkan di Padang, tanggal 28 April 1998 .Penulis telah menempuh pendidikan formal di SDN 05 Sintuk Toboh Gadang , SMPN 01 Sintuk  Toboh Gadang, dan  SMA N  1 Lubuk  Alung. Tahun 2016 penulis  telah   menyelesaikan  pendidikan  SMA. Pada  tahun 2016  penulis  mengikuti seleksi   mahasiswa   baru diploma (D3) dan diterima menjadi mahasiswa baru diploma (D3)  di  kampus    Politeknik  Negeri  Semarang  (Polines)  dengan  Program Studi D3 Teknik    Elektronika,   Jurusan   Teknik   Elektro.   Penulis    terdaftar    dengan   NIM .32.16.3.13.  Apabila   ada  kritik, saran  dan  pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email: lidiaernanda0@gmail.com

Nama penulis Muhammad Bachtiar Rifa’i lahir di Semarang, tanggal 22 November 1996. Penulis telah menempuh Pendidikan formal di SD Neger Purwoyoso 06, SMP Negeri 18 Semarang, dan SMK Negeri 7 Semarang. Tahun 2016 penulis menyesaikan pendidikannya di SMK, pada tahun 2016 penulis mengikuti seleksi mahasiswa baru dan diterima menjadi mahasiswa diploma (D3) di Politeknik Negeri Semarang (Polines) dengan Program Studi Elektonika, Jurusan Teknik Elektro. Penulis terdaftar dengan NIM 3.32.16.3.14. Apabila ada kritik, saran, dan pertanyaan mengenai penelitian ini, bisa melalui via email: rifbachtiar37@gmail.com