PERANCANGAN SISTEM KONTROL DAN ALGORITMA UNTUK

PENYEMPURNAAN GERAKAN DAN KESTABILAN

PADA ROBOT HUMANOID

Oleh

Yonas Aditya Darmawan

NIM: 612009034

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

September 2014

PERANCANGAN SISTEM KONTROL DAN ALGORITMA UNTUK

PENYEMPURNAAN GERAKAN DAN KESTABILAN

PADA ROBOT HUMANOID

Oleh

Yonas Aditya Darmawan

NIM : 612009034

Skripsi ini telah diterima dan disahkan

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

dalam

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

Disahkan oleh :

Pembimbing I Pembimbing II

Daniel Santoso, M.S. Deddy Susilo, S.T.,M.Eng

Tanggal : Tanggal :

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya, yang bertanda tangan di bawah ini:

NAMA : Yonas Aditya Darmawan

NIM : 612009034

JUDUL SKRIPSI : Perancangan Sistem Kontrol dan Algoritma

Untuk Penyempurnaan Gerakan dan

Kestabilan pada Robot Humanoid

Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata

ditemukan unsur plagiat di dalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi

apapun sesuai aturan yang berlaku.

Salatiga, September 2014

Yonas Aditya Darmawan

Materai Rp,

6000,-

i

INTISARI

Meskipun R2C telah meraih juara dua tingkat nasional dalam KRSBI 2013

(Kontes Robot Sepak Bola Indonesia 2013), robot humanoid yang dimiliki oleh R2C

masih memiliki kekurangan dalam sistem kontrol dan motion (gerakan). Kekurangan

utama yang dimiliki robot humanoid R2C terletak pada motion (gerakan) dan kestabilan

robot ketika bergerak. Robot humanoid ini bergerak dengan kecepatan 7,5 centimeter

per detik dan sering kali robot terjatuh ketika melakukan proses gerakan.

Sistem kontrol pada robot dibagi menjadi 2 bagian utama, yaitu kontrol aktuator

robot dan kontrol utama. Kontrol aktuator robot dalam hal ini adalah servo controller

untuk mengontrol sistem gerak robot yang keseluruhannya terdiri dari motor servo,

dimana servo controller mendapat perintah gerakan yang sudah didefinisikan di kontrol

utama. Sedangkan kontrol utama bertugas untuk mensinkronisasi antara gerak robot

dengan perintah yang telah diolah oleh mikrokontroler sehingga nantinya robot dapat

melakukan tugas-tugas sesuai dengan perintah yang dikirim dari smartphone. Robot

akan memiliki sekitar 16 motor servo, untuk mengontrol 16 servo di bagian lengan dan

kaki digunakan servo controller yang akan dibantu oleh sebuah dual-axis gyroscope

yang berfungsi sebagai sensor keseimbangan dan stabilitas robot saat bergerak dan dual-

axis accelerometer yang berfungsi sebagai sensor kemiringan untuk mengetahui ketika

posisi robot miring atau posisi robot sedang dalam keadaan jatuh.

Pengujian dilakukan dengan membandingkan algoritma lama yang dipakai robot

saat mengikuti KRSBI 2013 dengan algoritma baru yang dibuat oleh penulis. Persentase

keberhasilan robot ketika bergerak tetap stabil saat robot melakukan pergantian gerakan

tanpa adanya delay dari program pada algoritma lama hanya mencapai 41% sedangkan

pada algoritma baru persentase keberhasilan dapat mencapai 95,3%.

ii

ABSTRACT

Although R2C has won as second winner of national championship in KRSBI

2013 (Kontes Robot Sepak Bola Indonesia), a humanoid robot owned by R2C still have

deficiencies in the control system and motion. The major deficiency in R2C humanoid

robot lies in motion and the stability of the robot when it moves. This humanoid robot

moves at a speed of 7.5 centimeters per second and often falls when doing the motion.

The robot control system is divided into two main parts, they are the main

control and the actuators control. Actuators control of the robot is a servo controller to

control the robot’s motion system which consists of servo motor. Servo controller get

motion command which had already defined in the main control. The main control used

to synchronize the motion of the robot with the command which has been processed by

the microcontroller so the robot will be able to perform tasks in accordance with the

commands sent from a smartphone. The robot will have approximately 16 servo motors,

servo controller are used to control those servos in the arms and legs which will be

assisted by a dual-axis gyroscope as a balance and stability sensor and dual-axis

accelerometer as a tilt sensor to know the position of the robot when the robot position

tilted or fall.

The test is done by comparing the old algorithm that used by the robot when

competing in KRSBI 2013 with the new algorithm created by the author. Percentage of

successful when the robot moved steady without delay from the program on the old

algorithm only reaches 41%, while the new algorithm can achieve a success rate of

95.3%.

iii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang tidak pernah

sekali-kali meninggalkan penulis selama menempuh pendidikan sampai sekarang

sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan serta penulisan tugas akhir sebagai

syarat kelulusan di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen

Satya Wacana.

Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada

berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam

menyelesaikan skripsi ini :

1. Tuhan Yesus yang selalu memberikan jalan terbaik sehingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini.

2. Papa Ong Thiam Ien dan mama Yulianti, orang tua luar biasa yang selalu

mendukung dan mendoakan penulis dalam segala hal.

3. Bapak Daniel Santoso, M.S. dan Bapak Deddy Susilo, S.T.,M.Eng selaku

pembimbing I dan pembimbing II, terima kasih atas bimbingan dan saran yang

telah diberikan kepada penulis selama mengerjakan skripsi ini.

4. Kakakku Karin dan adikku Leo yang selalu memberikan doa dan semangat

sehingga penulis dapat menyelesaikan studinya.

5. Sahabat-sahabatku selama berada di salatiga Hendry, Amsal, Veto, Apuy,

Gde, Ivan Dwinanda, Astu yang selalu menghibur dan memberi saran serta

masukan yang sangat membantu penulis dalam menyelesaikan studinya.

6. Sahabat-sahabatku di muntilan yang walaupun jauh selalu mendukung dalam

doa.

7. Keluarga besar R2C yang selalu melakukan riset dan memberikan pengalaman

tidak terlupakan selama menginap di lab robot.

8. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK yang memfasilitasi penulis

selama belajar di FTEK UKSW.

9. Keluarga besar 2009 sebagai teman seperjuangan yang selalu memberi

dukungan kepada penulis.

iv

10. Teman-teman kos, teman-teman tim robot dari universitas lain, teman-teman

FTEK, teman-teman dari fakultas lain, teman-teman basket, teman-teman

futsal, teman-teman DOTA2, dan seterusnya.

11. Berbagai pihak yang tidak dapat dituliskan satu persatu, penulis mengucapkan

terima kasih.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata “sempurna”, oleh karena

itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga

skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika.

Salatiga, September 2014

Penulis

v

DAFTAR ISI

INTISARI .......................................................................................................................i

ABSTRACT.................................................................................................................. ii

KATA PENGANTAR ................................................................................................. iii

DAFTAR ISI..................................................................................................................v

DAFTAR GAMBAR.................................................................................................. vii

DAFTAR TABEL...................................................................................................... viii

BAB I PENDAHULUAN..............................................................................................1

1.1. Tujuan.............................................................................................................1

1.2. Latar Belakang................................................................................................1

1.3. Batasan Masalah .............................................................................................3

1.4. Sistematika Penulisan .....................................................................................4

BAB II DASAR TEORI ................................................................................................5

2.1. Kajian Pustaka ................................................................................................5

2.2. Humanoid Robot.............................................................................................6

2.3. Gerakan Omnidirectional ...............................................................................9

2.4. Metode Static Walking..................................................................................10

2.5. Metode Dynamic Walking ............................................................................11

BAB III PERANCANGAN SISTEM..........................................................................13

3.1. Gambaran Sistem..........................................................................................13

3.2. Perancangan Perangkat Keras.......................................................................15

3.2.1. Sistem Kontrol ........................................................................................15

3.2.2. Konstruksi Robot ....................................................................................17

3.2.3. Perangkat Keras Elektronik ....................................................................18

3.3. Perancangan Perangkat Lunak......................................................................25

3.3.1. Flowchart Algoritma Pertama ................................................................26

3.3.2. Flowchart Algoritma Kedua...................................................................27

3.3.3. Flowchart Algoritma Ketiga...................................................................30

3.3.4. Flowchart Algoritma Keempat...............................................................33

vi

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ....................................................................36

4.1. Pengujian Sensor Accelerometer RAS-2 ......................................................36

4.2. Pengujian Sensor Gyroscope KRG-4 ...........................................................37

4.3. Pengujian Gerakan (Motion).........................................................................38

4.4 Pengujian Algoritma saat Robot dalam Posisi Jatuh ....................................42

4.5. Pengujian Algoritma Pergerakan Robot .......................................................44

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................................52

5.1. Kesimpulan ...................................................................................................52

5.2. Saran Pengembangan....................................................................................53

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................................54

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Robot Humanoid Kondo KHR-3HV [7]...................................................7

Gambar 2.2. Support Polygon [13]................................................................................8

Gambar 2.3. Support Polygon dengan warna abu-abu: (a) Double Support Polygon,

(b) Double Support Polygon (Pre-Swing), (c) Single Support Polygon [13] ................9

Gambar 2.4. Pola Langkah Kaki Gerakan Omnidirectional [14] ..................................9

Gambar 2.5. Pola Dasar Static Walking [11] ...............................................................11

Gambar 2.6. Pola Dasar Dynamic Walking [11]..........................................................12

Gambar 3.1. Blok Diagram Sistem..............................................................................13

Gambar 3.2. Gambaran Sistem Secara Umum ............................................................15

Gambar 3.3. Samsung galaxy S3 dan aplikasi remote.................................................16

Gambar 3.4. Perancangan mekanik robot....................................................................17

Gambar 3.5. Skema mekanik robot .............................................................................17

Gambar 3.6. Sensor Accelerometer RAS-2 .................................................................20

Gambar 3.7. Sensor Gyroscope KRG-4.......................................................................21

Gambar 3.8. DF-Bluetooth V3 ....................................................................................21

Gambar 3.9. Konfigurasi ID Servo pada Robot Kondo KHR-3HV ............................23

Gambar 3.10. RCB-4 ...................................................................................................23

Gambar 3.11. Tampilan Software Heart to Heart Ver.1.2.2 .......................................24

Gambar 3.12. Diagram Alir Algoritma Pertama..........................................................26

Gambar 3.13. Diagram Alir Algoritma Kedua ............................................................28

Gambar 3.14. Diagram Alir Algoritma Ketiga ............................................................31

Gambar 3.15. Diagram Alir Algoritma Keempat ........................................................34

viii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Tabel Keterangan Mekanik Robot..............................................................18

Tabel 3.2. Tabel Spesifikasi Servo KRS-2552HV ......................................................18

Tabel 3.3. Konfigurasi pin pada mikrokontroler utama...............................................19

Tabel 3.4. Konfigurasi pin pada RCB-4 ......................................................................25

Tabel 4.1. Pengujian sensor accelerometer axis x.......................................................36

Tabel 4.2. Pengujian sensor accelerometer axis y.......................................................37

Tabel 4.3. Pengujian sensor gyroscope axis x dan y ...................................................37

Tabel 4.4. Pengujian motion maju cepat yang lama....................................................38

Tabel 4.5. Pengujian motion maju cepat yang baru.....................................................39

Tabel 4.6. Pengujian motion maju lambat ...................................................................39

Tabel 4.7. Pengujian motion geser kiri ........................................................................40

Tabel 4.8. Pengujian motion geser kanan....................................................................40

Tabel 4.9. Pengujian motion putar kiri ........................................................................41

Tabel 4.10. Pengujian motion putar kanan..................................................................41

Tabel 4.11. Pengujian motion tendang kanan dan kiri ................................................41

Tabel 4.12. Pengujian motion bangun depan dan belakang ........................................41

Tabel 4.13. Pengujian Algoritma saat Robot dalam Posisi Jatuh ................................43

Tabel 4.14. Pengujian Algoritma Lama.......................................................................45

Tabel 4.15. Pengujian Algoritma Baru ........................................................................48