3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Hasil Penelitian Sebelumnya

Sebelumnya telah ada penelitian yang serupa berjudul Sistem Pengaturan

Kecepatan Motor Pada Robot Line Follower Berbeban Menggunakan Kontroler PID.

Sistem pengaturan kestabilan kecepatan motor pada robot line follower

berbeban ini menggunakan Kontroler ProporsionalIntegral Differential (PID) berbasis

ATMega8 dan ATMega16. PID merupakan gabungan dari tiga kontroler yaitu

Kontroler Proporsional,Kontroler Integral dan Kontroler Differential. Gabungan dari

ketiga kontroler ini diharapkan agar mendapat keluaran sistem yang stabil karena bisa

saling menutupi kekurangan.Keuntungan dari kontroler PID adalah merupakan

sebuah sistem yang sederhana sehingga lebih cepat dalam mengambil sebuah

keputusan. Diharapkan dengan menggunakan kontroler PID kesetabilan kecepatan

motor terjaga pada nilai yang diinginkan, dan reaksi sistem yang didapatkan cepat.

2.2 Konsep Dasar

2.2.1 Robot Line Follower

Line Follower Robot adalah sebuah jenis robot yang termasuk kedalam

kategori robot mobile yang di desain untuk bekerja secara autonomous dan

memiliki kemampuan dapat mendeteksi dan bergerak mengikuti (follows) garis

yang ada di permukaan. Sistem kendali yang digunakan dirancang untuk bisa

3

4

merasakan jalur garis yang ada dan melakukan manuver gerakan agar tetap bisa

mengikuti garis tersebut.

Ada dua macam robot line follower yaitu line follower biasa tanpa

menggunakan program dan line follower dengan program microkontroler.hanya

saja yang menggunakan program microkontroler lebih komplek dan lebih

sempurna jika di banding line follower yang tanpa menggunakan program.

Robot jenis ini lumayan banyak diminati bagi mereka yang baru belajar

teknologi robot Bahkan kompetisi-kompetisi Line Follower Robot, secara rutin

sering diadakan di berbagai universitas di indonesia. Dalam bidang industri,

robot jenis ini sering digunakan untuk untuk memindahkan barang dari satu

tempat ke tempat yang lain.

Dengan memodifikasi sedikit sensornya maka robot line follower bisa

dikembangkan menjadi Robot Wall Follower, sebuah robot yang bisa bergerak

mengitari dinding.

Gambar 2.1 Robot Line Follower

4

5

2.2.2 Lengan Robot

Lengan robot dikenal sebagai manipulator yaitu sistem gerak yang

berfungsi untuk memanipulasi (memegang, mengambil, mengangkat,

memindah, atau mengolah) obyek. Pada robot industri fungsi mengolah ini

dapat berupa perputaran (memasang mur-baut, mengebor/drilling, milling, dll.),

tracking (mengelas, membubut, dll.) ataupun mengaduk (control proses).

Gambar 2.2 Lengan Robot

2.2.3 Sistem Kontrol

Sistem kontrol (control system) adalah suatu alat (kumpulan alat)

untuk mengendalikan, memerintah, dan mengatur keadaan dari suatu sistem.

2.2.3.1 Kontrol PID (Proportional Integral Derivative)

Kontrol PID (Proportional Integral Derivative) merupakan

kontroler untuk menentukan kepresisian suatu sistem intrumentasi

dengan karakteristik adanya umpan balik/feedback pada sistem

5

6

tersebut. Komponen PID terdiri dari tiga jenis yaitu

Proportional,Integral dan Derivative.Ketiganya dapat dipakai

bersamaan maupun sendiri-sendiri, tergantung dari respon yang kita

inginkan terhadap suatu plant.

Gambar 2.3 Blok Diagram PID

Ada tiga macam control PID yaitu kontrol PI,PD dan PID. PI

adalah kontrol yang menggunakan komponen proportional dan

integrative. PD adalah kontrol yang menggunakan komponen

proportional dan derivative. Dan PID adalah kontrol yang

menggunakan komponen proportional,integrative dan derivative.

6

7

2.2.3.2 Kontrol PI

2.2.3.2.1 Kontrol Proportional

Kontroler yang merupakan sebuah penguat input sehingga

hasil pada output tidak semakin menjadi kecil pada sebuah sistem.

Output proportional adalah hasil perkalian antara kostanta proportional

dengan nilai erornya. Perubahan yang terjadi pada sinyal input akan

menyebabkan sistem secara langsung mengubah output sebesar

kostanta pengalinya.

Gambar 2.4 Blok Diagram KP

Jika nilai kp kecil, kontroler proportional hanya mampu

melakukan koreksi kesalahan yang kecil, sehingga akan menghasilkan

respon sistem yang lambat.

7

8

Gambar 2.5 Nilai Kp Kecil

Jika nilai kp besar, respon sistem menunjukan semakin cepat

mencapai keadaan yang stabil, tetapi juga memungkinkan motor

berputar diatas set point.

Gambar 2.6 Nilai Kp Besar

2.2.3.2.2 Kontrol Integratif

Kontroler proportional tidak akan mampu menjamin output

dari sistem akan menuju ke keadaan yang diinginkan kalau sebuah

8

9

plant tidak memiliki unsur integrator. Pada kontroler integral, respon

kepada sistem akan meningkat secara kontinu dan terus-menerus

kecuali nilai eror yang diintegralkan dengan batasan atas t dan batasan

bawah 0 (nol).

U(t) = Ki e(t) dt

Pada diagram blok kontroler integral, menunjukan hubungan

antara nilai eror dan output. Kontroler integral membantu menaikan

respon sehingga menghasilkan output yang diinginkan.

Gambar 2.7 Blok Diagram Kontrol Integral

2.2.4 Aktuator

Aktuator adalah bagian keluaran untuk mengubah energi suplai

menjadi energi kerja yang dimanfaatkan. Sinyal keluaran dikontrol oleh sistem

kontrol dan aktuator bertanggung jawab pada sinyal kontrol melalui elemen

9

10

kontrol terakhir. Jenis lain dari bagian keluara digunakan untuk mengindikasi

status kontrol sistem atau aktuator.

Actuator adalah elemen yang mengkonversikan besaran listrik analog

menjadi besaran lainnya misalnya kecepatan putaran dan merupakan perangkat

elektromekanik yang menghasilkan daya gerakan sehingga dapat menghasilkan

gerakan pada robot. Untuk meningkatkan tenaga mekanik aktuator dapat

dipasang sistem gearbox.

2.2.4.1 Motor Servo

Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed

feedback dimana posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke

rangkaian control yang ada di dalam motor servo.Motor ini terdiri dari

sebuah motor, serangkaian gear, potensiometer, dan rangkaian kontrol.

Motor servo biasa bergerak mencapai sudut tertentu saja dan tidak

kontinu seperti motor DC. Motor servo mempunyai torsi cukup

besar,biasa digunakan untuk aplikasi pergerakan lengan robot pada

mainan mobil remot kontrol dan lain sebagainya.

Motor servo memiliki beberapa keunggulan antara lain :

1. Output yang besar walaupun bentuknya kecil.

2. Memiliki encorder untuk member tahu apabila ada eror.

3. Efisiensi yang tinggi

10

11

4. Memiliki torsi yang besar.

Selain itu motor servo juga beberapa kelemahan antara lain :

1. Membutuhkan proses tunning untuk menstabilkan feedbacknya

2. Motor akan terus bergerak walaupun ada sesuatu yang menahannya

3. Lebih kompleks dalam menggunakannya karena menggunakan

encorder.

4. Brushnya mempunyai umur pakai 2000 jam, sehingga dibutuhkan

service

5. Apabila membawa beban berlebihan motor akan rusak

Gambar 2.8 Motor Servo

2.2.4.2 Motor DC

Motor DC (direct current) merupakan salah satu jenis motor

yang paling banyak digunakan dalam dunia eketronika maupun

robotika. Umumnya motor banyak digunakan untuk aplikasi peralatan

11

12

yang memerlukan gerak memutar secara konstan, misalnya kipas

angin, bor listrik, mesin gerinda, pompa air, mixer, dan lain

sebagainya.Untuk memutar motor DC cukup diberi tegangan DC saja,

sedangkan untuk mengatur arah perputaran, tinggal membalik polaritas

tegangan nya saja.

Gambar 2.9.Motor DC

2.2.5 ATMEGA32

Mikrokontroller ATMEGA32 adalah mikrokontroler yang diproduksi

oleh Atmel.mikrokontroler ini memiliki clock dan kerjanya tinggi sampai 16

MHz, ukuran flash memorinya cukup besar, kapasistas SRAM sebesar 2

KiloByte, 32 buah port I/O yang sangat memadai untuk berinteraksi dengan

LCD dan keypad.

12

13

Gambar 2.10. ATMEGA 32

Secara fungsional konfigurasi pin ATMega32 adalah sebagai berikut:

a.VCC. Tegangan sumber

b.GND (Ground).Ground

c.Port A (PA7 – PA0)

Port A adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin

memilki internal pull-up resistor. Output buffer port A dapat mengalirkan arus

sebesar 20 mA. Ketika port A digunakan sebagai input dan di pull-up secara

langsung, maka port A akan mengeluarkan arus jika internal pull-up resistor

diaktifkan. Pin-pin dari port A memiliki fungsi khusus yaitu dapat berfungsi

sebagai channel ADC (Analog to Digital Converter) sebesar 10 bit. Fungsi-

fungsi khusus pin-pin port A dapat ditabelkan seperti yang tertera pada table

dibawah

13

14

Tabel 2.1. Fungsi Khusus Port A

Port Alternate Function

PA7 ADC7 (ADC input channel 7)

PA6 ADC6 (ADC input channel 6)

PA5 ADC5 (ADC input channel 5)

PA4 ADC4 (ADC input channel 4)

PA3 ADC3 (ADC input channel 3)

PA2 ADC2 (ADC input channel 2)

PA1 ADC1 (ADC input channel 1)

PA0 ADC0 (ADC input channel 0)

d. Port B (PB7 – PB0)

Port B adalah 8-bit port I/O yang bersifat bi-directional dan setiap pin

mengandung internal pull-up resistor.Output buffer port B dapat

mengalirkan arus sebesar 20 mA. Ketika port B digunakan sebagai input dan

di pull-down secara external, port B akan mengalirkan arus jika internal pull-

up resistor diaktifkan.

Pin-pin port B memiliki fungsi-fungsi khusus, diantaranya :

a) SCK port B, bit 7

Input pin clock untuk up/downloading memory.

b) MISO port B, bit 6

14

15

Pin output data untuk uploading memory.

c) MOSI port B, bit 5

Pin input data untuk downloading memory.

Fungsi-fungsi khusus pin-pin port B dapat ditabelkan seperti pada table

dibawah

Tabel 2.2. Fungsi Khusus Port B

Port Alternate Function

PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)

PB6 MOSI (SPI Bus Master Output/Slave Input)

PB5 SS (SPI Slave Select Input)

PB3AIN1 (Analog Comparator Negative Input)

OCO (Timer/Counter0 Output Compare Match Output)

PB2AIN0 (Analog Comparator Positive Input)

INT2 (External Interrupt 2 Input)

PB1 T1 (Timer/Counter1 External Counter Input)

PB0T0 (Timer/Counter External Counter Input) XCK (USART

External Clock Input/Output)

15

16

e.  Port C (PC7 – PC0)

Port C adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap pin

memiliki internal pull-up resistor.Output buffer port C dapat mengalirkan

arus sebesar 20 mA. Ketika port C digunakan sebagai input dan di pull-down

secara langsung, maka port C akan mengeluarkan arus jika internal pull-up

resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port C dapat ditabelkan

seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.

Tabel 2.3. Fungsi Khusus Port C

Ort Alternate Function

PC7 TOSC2 (Timer Oscillator Pin 2)

PC6 TOSC1 (Timer Oscillator Pin 1)

PC6 TD1 (JTAG Test Data In)

PC5 TD0 (JTAG Test Data Out)

PC3 TMS (JTAG Test Mode Select)

PC2 TCK (JTAG Test Clock)

PC1 SDA (Two-wire Serial Bus Data Input/Output Line)

PC0 SCL (Two-wire Serial Bus Clock Line)

f.  Port D (PD7 – PD0)

Port D adalah 8-bit port I/O yang berfungsi bi-directional dan setiap pin

memiliki internal pull-up resistor.Output buffer port D dapat mengalirkan

16

17

arus sebesar 20 mA. Ketika port D digunakan sebagai input dan di pull-down

secara langsung, maka port D akan mengeluarkan arus jika internal pull-up

resistor diaktifkan. Fungsi-fungsi khusus pin-pin port D dapat ditabelkan

seperti yang tertera pada tabel dibawah ini.

 Tabel 2.4 Fungsi Khusus Port D

Port Alternate Function

PD7 OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match Output)

PD6 ICP1 (Timer/Counter1 Input Capture Pin)

PD6 OCIB (Timer/Counter1 Output Compare B Match Output)

PD5 TD0 (JTAG Test Data Out)

PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input)

PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input)

PD1 TXD (USART Output Pin)

PD0 RXD (USART Input Pin)

2.2.6 Sensor

Sensor adalah sesuatu yang digunakan untuk mendeteksi adanya

perubahan lingkungan fisik atau kimia. Variabel keluaran dari sensor yang

diubah menjadi besaran listrik disebut Transduser. Pada saat ini, sensor tersebut

telah dibuat dengan ukuran sangat kecil dengan orde nanometer. Ukuran yang

sangat kecil ini sangat memudahkan pemakaian dan menghemat energi.

17

18

Gambar 2.11. Sensor

2.2.6.1 Sensor Ultrasonik

Sensor Ultrasonik   adalah alat elektronika yang kemampuannya

bisa mengubah dari energy listrik menjadi energy mekanik dalam

bentuk gelombang suara ultrasonic. Sensor ini terdiri dari rangkaian

pemancar Ultrasonic yang dinamakan transmitter dan penerima

ultrasonic yang disebut receiver. Alat ini digunakan untuk mengukur

gelombang ultrasonic. Gelombang ultrasonic adalah gelombang

mekanik yang memiliki cirri-ciri longitudinal dan biasanya memiliki

frekuensi di atas 20 Khz. Gelombong Utrasonic dapat merambat

melalui zat padat, cair maupun gas. Gelombang Ultrasonic adalah

gelombang rambatan energi dan momentum mekanik sehingga

merambat melalui ketiga element tersebut sebagai interaksi dengan

molekul dan sifat enersia medium yang dilaluinya.

18

19

Gambar 2.11.Sensor Ultra Sonic

Gambar 2.12.Sensor Ultra Sonic

2.2.6.2 Sensor Photodiode

Photodioda adalah sebuah dioda yang dioptimasi untuk

menghasilkan aliran elektron (atau arus listrik) sebagai respon apabila

terpapar oleh sinar ultraviolet, cahaya tampak, atau cahaya infra

merah. Kebanyakan photodioda dibuat dari silikon, tetapi ada juga

yang dibuat dari germanium dan galium arsenida. Daerah sambungan

semikonduktor tipe P dan N tempat cahaya masuk harus tipis sehingga

cahaya bisa masuk ke daerah aktifnya (active region) atau daerah

pemisahnya (depletion region) tempat dimana cahaya diubah menjadi

pasangan elektron dan hole.

Gambar 2.13.Photodioda

19

20

2.2.7 Driver Motor

Driver motor merupakan salah satu perangkat umum yang digunakan

untuk kendali motor DC. Driver motor ini yang nantinya bertugas

mengendalikan arah putaran maupun kecepatan motor DC yang akan

dikendalikan Driver motor ada yang berupa IC, beberapa diantaranya adalah

L298, L293D, LMD18200, dll. Pada dasarnya IC driver motor merupakan

bentukan dari rangkaian H-Bridge baik itu H-Bridge transistor ataupun H-

Bridge mosfet. L298 dan L293D merupakan contoh IC driver motor dengan

transistor, sedangkan LMD18200 merupakan IC driver motor dengan mosfet.

Kita dapat membuat rangkaian H-Bridge sendiri untuk driver motor,

2.2.7.1 IC L298

IC L298 adalah jenis IC driver motor yang dapat

mengendalikan arah putaran dan kecepatan motor DC ataupun Motor

stepper. Mampu mengeluarkan output tegangan untuk Motor dc dan

motor stepper sebesar 50 volt. IC l298 terdiri dari transistor-transistor

logik (TTL) dengan gerbang nand yang memudahkan dalam

menentukkan arah putaran suatu motor dc dan motor stepper. Dapat

mengendalikan 2 untuk motor dc namun pada hanya dapat

mengendalikan 1 motor stepper. Penggunaannya paling sering untuk

robot line follower. Bentuknya yang kecil memungkinkan dapat

meminimalkan pembuatan robot line follower

20

21

Gambar 2.14.IC L298

21

22

2.3 Kerangka Pikir

Gambar 2.12.Kerangka Pikir

22

PROBLEM

Kurangnya kemampuan manusia dalam hal mengangkut dan memindahkan suatu benda

yang berat

APPROACH

Mikrokontroler,Motor DC,Motor Servo

DEVELOPMENT

Robot Line Follower Berlengan.

IMPLEMENTASI

Bidang Industri/Pabrik

MEASURMENT

Melakukan uji coba robot line follower berlengan dengan menggunakan algoritma kontrol PI

(pada blok ini yang dimaksud dengan pengukurannya adalah bagaimana metode pengukurnya dan apa yang digunakan dalam pengukuran

tersebut)

RESULT

Robot Line Follower Berlengan yang dapat berjalan mengikuti garis serta mendeteksi objek/barang dan mengangkut objek/barang.