## J OURNAL OF APPLIED ELECTRICAL ENGINEERING
( E -ISSN: 2548-9682), VOL . 1, N O . 1, O CTOBER 2017

## 
Abstrak —  Pada  Kontes  Robot  ABU  Indonesia  tahun 2016 terdapat task terakhir yaitu climbing task yang harus diselesaikan  oleh  robot hybrid untuk  memenangkan pertandingan.  Pada  bagian  ini,  robot hybrid harus memanjat  tiang  dan    memasang propeller pada  bagian engine .  Untuk  menyelesaikan task tersebut  maka  pada penelitian  ini  dikembangkan  sistem  pemanjat  dan pemasang propeller yang    menggunakan  4  buah  roda polyurethane  dan  3  buah  motor power window sebagai pemanjat.  Kemudian  akan  dikontrol  menggunakan metode Proporsional Derivatif (PD) dengan menggunakan EDF  dan rotary encoder sebagai feedback .  Lalu  setelah berada  di  atas  tiang,  robot  akan  memasang propeller ke engine .  Hasil  percobaan  menunjukkan  robot  dapat meluruskan  diri  dengan  garis  dalam  waktu  0,3  detik  dan memanjat  tiang  dengan  rata  –  rata error sebesar  2,17°. Robot  dapat memasang propeller dengan  tingkat keberhasilan  65,0%  dengan  rata  –  rata  waktu  yang dibutuhkan  adalah  6,46  detik  untuk  sukses  memasang propeller pada engine .  Kegagalan  pemasangan propeller disebabkan  oleh  mekanik  robot  yang  kurang  kuat  dan pemasangan roda yang tidak sejajar pada pipa.
Kata kunci : Kontroller PD , climbing robot, EDF , propeller

## I. P ENDAHULUAN
PADA Kontes Robot ABU Indonesia tahun 2016 terdapat task terakhir  yaitu climbing task yang  harus  dilakukan  oleh  robot hybrid . Pada bagian ini robot hybrid harus memanjat tiang dan memasang propeller pada bagian engine .
Penelitian  sebelumnya  tentang pole  climbing  robot yang dilakukan oleh Jean-Christophe Fauroux dan Joel Morillon [1] menggunakan  beban  robot  sebagai  tumpuan  yang  menekan pipa.  Prinsip  yang  digunakan  adalah  meletakkan  beban  yang berat  di  bagian  belakang  dan  menjepit  pipa  bagian  atas  dan bawah  memiliki  sudut  tertentu.  Namun  pada  sistem  ini  robot tidak  bisa  berputar  di  tiang  dan  bergerak  naik  turun  karena tidak  memiliki  mekanisme  pemutar  di  tiang  dan  penjepit  lalu hanya memanfaatkan beban sebagai self locking . Pada penelitian ini digunakan sistem pemanjat menggunakan  4  buah  roda  polyurethane  dan  3  buah  motor
power  window sebagai  pemanjat.  2  roda  sebagai  penggerak bagian  atas  dan  2  roda  sebagai  sebagai  penggerak  bagian bawah.  Kemudian  akan  dikontrol  menggunakan  metode  PD dengan menggunakan EDF dan feedback dari rotary encoder . Lalu  setelah  berada  di  atas,  robot  akan  memasangkan propeller ke engine .

## II. D ASAR T EORI

## A. Kontroler PD
Di  dalam  suatu  sistem  kontrol  kita  mengenal  adanya beberapa  macam  aksi  kontrol,  diantaranya  yaitu  aksi  kontrol proporsional,  aksi  kontrol  integral  dan  aksi  kontrol  derivatif. Masing-masing  aksi  kontrol  ini  mempunyai  keunggulan- keunggulan  tertentu,  dimana  aksi  kontrol  proporsional mempunyai  keunggulan rise  time yang  cepat,  aksi  kontrol integral  mempunyai  keunggulan  untuk  memperkecil error , dan  aksi  kontrol  derivatif  mempunyai  keunggulan  untuk memperkecil error atau  meredam overshot / undershot [2]. Untuk  itu  agar  kita  dapat  menghasilkan output dengan rise time yang  cepat  dan error yang  kecil,  kita  dapat menggabungkan  ketiga  aksi  kontrol  ini  menjadi  aksi  kontrol Proporsional Integral Derivatif (PID).
Pada  penelitian  ini  kontrol  yang  akan  digunakan  adalah kontrol PD. Hal tersebut dilakukan berdasarkan penelitian dari Swati  Singh  dan  Ankita  Kosti  [3]  bahwa  kontrol  PD  sudah dapat  membuat  sistem  stabil  meskipun  ada  kemungkinan sistem memiliki steady state error .

## 1) Kontroler Proporsional
Kontroler  proposional  [2]  memiliki  keluaran  sinyal  kontrol yang  sebanding/proposional  dengan  besarnya  perubahan  nilai error (selisih  antara  nilai set  point sistem  dengan  nilai  aktual pembacaan  sensor).  Dapat  dikatakan,  bahwa  keluaran kontroler  proporsional  merupakan  perkalian  antara  nilai konstanta proporsional dengan nilai error . Sehingga kontroler proporsional  memberi  pengaruh  langsung  (sebanding)  pada error ,  yaitu  semakin  besar error ,  maka  semakin  besar  sinyal kendali  yang  dihasilkan  kontroler  proporsional.  Gambar  1 menunjukkan  hubungan  antara  sinyal error dan  keluaran kontroler.

## Robot Hybrid pada Kontes Robot ABU Indonesia 2016 ( Climbing Task )
Alex Nico Simanjuntak 1 , Hendawan Soebhakti 1*
1 Teknik Mekatronika, Politeknik Negeri Batam, Batam, Indonesia
* Email: hendawan@polibatam.ac.id

## J OURNAL OF APPLIED ELECTRICAL ENGINEERING
( E -ISSN: 2548-9682), VOL . 1, N O . 1, O CTOBER 2017
2) Kontroler Diferensial
Besarnya sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error (d e ). Semakin cepat error berubah, semakin besar aksi kontrol yang  ditimbulkan.  Keluaran  kontroler  diferensial  memiliki sifat  seperti  halnya  suatu  operasi  derivatif.  Perubahan  yang mendadak  pada  masukan  kontroler,  akan  mengakibatkan perubahan  yang  sangat  besar  dan  cepat.  Gambar  2 menunjukkan  diagram  blok  yang  menggambarkan  hubungan antara sinyal kesalahan dengan keluaran kontroler.

## 3) Kontroler Proporsional Diferensial
Setiap  kekurangan  dan  kelebihan  dari  masing-masing kontroler  P  dan  D  dapat  saling  menutupi  dengan menggabungkan  keduanya  secara  paralel  menjadi  kontroler PD  [2].  Elemen–elemen  kontroler  P  dan  D  masing–masing secara  keseluruhan  bertujuan  untuk  mempercepat  reaksi
sebuah  sistem,  menghilangkan overshoot dan  menghasilkan perubahan awal yang besar. Gambar 3  menunjukkan diagram blok kontroler PD.
Keluaran  kontroler  PD  merupakan  jumlahan  dari  keluaran kontroler  proporsional  dan  keluaran  kontroler  diferensial. Gambar 4 menunjukkan hubungan tersebut.
Karakteristik  kontroler  PD  sangat  dipengaruhi  oleh kontribusi  besar  dari  kedua  parameter  P  dan  D.  Penyetelan konstanta K p dan T d akan mengakibatkan penonjolan sifat dari masing-masing  elemen.  Salah  satu  konstanta  tersebut  dapat disetel  lebih  menonjol  dibanding  yang  lain.  Konstanta  yang menonjol  itulah  akan  memberikan  kontribusi  pengaruh  pada respon sistem secara keseluruhan.

## III. P ERANCANGAN S ISTEM

## A. Perancangan Perangkat Keras
Pada  penelitian  ini  akan  dibuat  robot  dengan  diagram  blok seperti  pada  Gambar  5.  Pada  penelitian  ini  menggunakan rotary encoder , sensor garis, limit switch dan 2 potensiometer dan  2  motor power window sebagai  pemanjat,  dan  EDF sebagai steering .
Sensor  garis  akan  memberikan  data digital kepada microncontroller master yang  kemudian  akan  diolah  oleh microcontroller master dengan  menggunakan  kontroller  PD lalu  akan  memberikan output kepada microcontroller slave berupa  kecepatan  tiap  motor  supaya  robot  dapat  mencapai setpoint .  Pengiriman  data  dari microcontroller master ke microcontroller slave menggunakan  sistem broadcast dimana master  akan  mengirimkan  paket  data  ke  semua slave secara bersamaan dalam interval waktu tertentu.

## B. Perancangan Mekanik
Desain  robot  menggunakan  4  roda  dan  EDF  sebagai steering yang  telihat  pada  Gambar  6.  Pada  bagian  depan terdapat rotary encoder yang  digunakan  untuk  mengetahui posisi robot ketika memanjat tiang.

## C. Perancangan Perangkat Lunak
Posisi awal robot akan dipengaruhi oleh pembacaan  sensor garis  yang  terletak  di  bagian  depan  robot.  Sensor  garis  akan menghasilkan  sejumlah  data  sehingga  robot  mengetahui  nilai error posisi dari robot dan garis.
Pergerakan  robot  selanjutnya  bergantung  pada  pembacaan pulsa rotary encoder untuk  mendapatkan  nilai  sudut pergerakan  robot  pada  tiang.  Dengan  nilai  tersebut  akan diketahui arah pergerakan robot yang dibentuk.

## D. Instrumen Penelitian
Untuk  menguji robot yang telah dibuat, dilakukan skenario pengujian  sebagai  berikut:  Skenario  pertama  yang  akan dilakukan  adalah  meletakkan  robot  di  posisi  A.  Kemudian robot  akan  bergerak  menuju  posisi  B.  Skenario  selanjutnya adalah robot akan memanjat tiang dari titik B menuju titik C. Setelah  mencapai  posisi  C  maka  robot  akan  memasang propeller pada engine . Perhatikan Gambar 7.
Gambar 1.  Diagram blok kontroler proporsional
Gambar 2.  Diagram blok kontroler diferensial
Gambar 3.  Diagram blok kontroler PD
Gambar 4.  Fungsi waktu pada kontroler PD

## J OURNAL OF APPLIED ELECTRICAL ENGINEERING
( E -ISSN: 2548-9682), VOL . 1, N O . 1, O CTOBER 2017

## IV. P ENGUJIAN DAN A NALISIS
A. Pengujian Sensor Posisi dengan Potensiometer
Pengujian  dilakukan  menggerakkan slider ke  posisi kelipatan  2  cm.  Kemudian  diambil  data  tegangan  dari output potensiometer  setiap  posisi  yang  ditentukan.  Tabel  I menampilkan data hasil pengujian yang telah dilakukan.
Posisi  nol  dari  lengan  robot  ada  pada  tegangan  3,5  V, sedangkan posisi akhir dari lengan robot adalah 2,31 V. Rata – rata  selisih  tegangan  setiap  2  cm  adalah  0,09  V.  Hasil pengujian  menunjukkan  bahwa output potensiometer  cukup linear.

## B. Pengujian Sensor Posisi dengan Rotary Encoder
Pengujian  pada rotary encoder dilakukan  dengan  memberi tanda  berupa  garis  untuk  mengetahui  posisi  sudut  dari  robot. Gambar  8  menunjukkan  posisi  tanda  pada  pipa  yang  diputar dan garis pada bagian robot.
Tabel  II  menunjukkan  data rotary encoder yang  telah
dikonversi  menjadi  sudut  setiap  10°.  Pulsa  yang  dihasilkan oleh rotary encoder dikonversi  menjadi  sudut  (derajat).  Dari data  pembacaan  yang  telah  diambil  terdapat  rata-rata error pembacaan sebesar 0,530.

## C. Tuning Kontroler PD
Untuk  mencari  konstanta  proporsional  dan  konstanta diferensial  yang  dapat  menghasilkan  waktu steady state tercepat  perlu  dilakukan tuning PD.  Proses tuning dilakukan
Gambar 5.  Diagram blok robot
Gambar 7.  Skenario posisi tujuan Gambar 8. Pengujian rotary encoder Gambar 6.  Desain mekanik pemanjat

## J OURNAL OF APPLIED ELECTRICAL ENGINEERING
( E -ISSN: 2548-9682), VOL . 1, N O . 1, O CTOBER 2017
dengan  mengirimkan  konstanta  melalui  komunikasi  serial. Robot  bergerak  dan  mengirimkan  posisi  aktual  robot  ke  PC melalui  komunikasi  serial  setiap  0,05  detik.  Pengujian tuning PD  dilakukan  pada  proses line  follower dan climbing .  Pada pengujian tuning PD, diketahui pengaruh dari setiap kontroler yaitu:
1.  Semakin  tinggi  konstanta  K p ,  maka  respon  akan bertambah  cepat  begitu  pula  sebaliknya.  Tetapi  apabila konstanta  K p terlalu  tinggi  dapat  menyebabkan  osilasi  dan overshoot berlebih.
2.  Semakin  tinggi  konstanta  K d dapat  mengurangi
overshoot , begitu pula sebaliknya. Tetapi apabila konstanta K d terlalu tinggi dapat menyebabkan sistem menjadi tidak stabil.
Dari  hasil  pengujian tuning PD  didapat  nilai  konstanta proporsional  dan  diferensial  yang  terbaik  yang  ditampilkan pada Gambar 9 dan Gambar 10.

## D. Pengujian Line follower
Untuk  menguji  bagian line  follower pada  robot  dilakukan percobaan  dengan  memposisikan  robot  pada  posisi error . Kemudian  robot  dijalankan  dengan  menggunakan  konstanta yang telah didapat pada saat percobaan tuning PD.
Dari pengujian yang telah dilakukan dapat diketahui bahwa waktu  yang  dibutuhkan  untuk  meluruskan  diri  dengan  garis tidak  selalu  sama.  waktu  tercepat  untuk  mencapai set  point adalah 0,3 detik dan waktu terlama adalah 0,5 detik. Rata-rata waktu yang dibutuhkan untuk memposisikan diri dengan garis adalah 0,39 detik.
TABEL I H ASIL P ENGUJIAN P OTENSIOMETER M ULTITUNE Posisi (cm) Tegangan (V) Selisih Tegangan (V) 0 3 , 5 0 2 3 , 4 0,1 4 3 , 32 0,08 6 3 , 2 0,12 8 3 , 12 0,08 10 3 , 03 0,09 12 2 , 9 0,13 14 2 , 81 0,09 16 2 , 7 0,11 18 2 , 63 0,07 20 2 , 5 0,13 22 2 , 4 0,1 24 2 , 31 0,09 Rata - rata 0,099166667
TABEL II
D ATA P ENGUJIAN P ULSA E NCODER Sudut Aktual (deg) Sudut Pengukuran (deg) Error (deg) 0 0 0 30 31,076 1,076 60 59,346 0,654 90 89,896 0,104 120 119,29 0,71 150 151,88 1,88 180 179,47 0,53 210 209,88 0,12 240 240,1 0,1 270 270,64 0,64 300 299,6 0,4 330 330,9 0,9 360 360,38 0,38 Rata-rata 0,53 TABEL III W AKTU P ENGUJIAN L INE F OLLOWER Percobaan ke- Waktu  (s) 1 0,5 2 0,4 3 0,4 4 0,4 5 0,4
6 0,4 7 0,4 8 0,35 9 0,35 10 0,3 Rata - rata 0,39
Gambar 9.  Grafik tuning line follower terbaik Gambar 10. Grafik tuning climbing pole terbaik TABEL IV P ENGUJIAN C LIMBING P OLE Percobaan ke- Error (degree) Waktu (s) Pemasangan Propeller 1 2,43 6,35 Berhasil Memasang 2 1,36 6,30 Berhasil Memasang 3 6,97 6,25 Gagal Memasang 4 7,73 7,05 Gagal Memasang 5 5,91 7,35 Gagal Memasang 6 1,36 6,15 Berhasil Memasang 7 2,27 6,35 Berhasil Memasang 8 11,07 6,70 Gagal Memasang 9 0,91 6,30 Berhasil Memasang 10 14,4 6,35 Gagal Memasang 11 1,97 6,40 Berhasil Memasang 12 4,85 6,35 Gagal Memasang 13 3,33 6,15 Berhasil Memasang 14 3,49 6,05 Berhasil Memasang 15 2,85 6,15 Berhasil Memasang 16 2,88 6,33 Berhasil Memasang 17 4,85 6,25 Gagal Memasang 18 3,33 6,30 Berhasil Memasang 19 0,91 7,55 Berhasil Memasang 20 1,21 7,60 Berhasil Memasang Rata - rata 4,204 6,514

## J OURNAL OF APPLIED ELECTRICAL ENGINEERING
( E -ISSN: 2548-9682), VOL . 1, N O . 1, O CTOBER 2017

## E. Pengujian climbing Pole
Pengujian  ini  dilakukan  dengan  meletakkan  robot  di  tiang lalu robot dijalankan pada set point 0°. Kemudian diambil data nilai error dari posisi robot dan waktu yang dibutuhkan untuk menyelesaikan  tugasnya  beserta  keberhasilan  robot  dalam memasang propeller .
Untuk  mengetahui  tingkat  keberhasilan  robot  dalam memasang propeller ,  Tabel  V  dapat  dihasilkan  berdasarkan Tabel IV.
Rata-rata  waktu  yang  dibutuhkan  untuk  memasang propeller dengan  benar  adalah  6,46  detik.  Rata-rata error posisi robot ketika berada diatas tiang adalah 2,17°. Persentase keberhasilan robot dalam memasang propeller adalah 65,0%.

## V. K ESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  analisis  dan  pembahasan  maka  dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Waktu  tercepat  untuk  meluruskan  diri  dengan  garis adalah 0.3 detik dengan konstanta K p =15,5 dan konstanta K d =0,01.
2. Robot dapat memanjat tiang dengan rata–rata error 2,17°
dengan konstanta K p =4,5 dan konstanta K d =0,5.
3. Persentase  tingkat  keberhasilan  robot  dalam  memasang propeller adalah  65,0%  dan  rata-rata  waktu  yang dibutuhkan  untuk  sukses  memasang propeller adalah 6,46 detik.

## R EFERENSI
[1] Fauroux,  J.  C.  and  Morillon,  J.,  “Design  of  a climbing Robot  for Cylindro-conic  Poles  based  on  rolling  self-locking”,  Industrial  Robot:
An International Journal, vol. 37(3), pp. 287-292, 2010.
[2] Wicaksono,  G.,  “Kontrol  PID  Pada  Robot  Barelang  3.1”,  Buku  Tugas Akhir  Diploma  III,  Jurusan  Teknik  Elektro,  Politeknik  Negeri  Batam,
2012.
[3] Singh, S. and and Kosti, A., “Comparative Study Of Integer Order Pi-Pd Controller  and  Fractional  Order  Pi-Pd  Controller  of  A  DC  Motor  for Speed  and  Position  Control”,  International  Journal  of  Electrical  and Electronic  Engineering  &  Telecommunications,  vol.  4(2),  pp.  22-26, 2015.
TABEL V R ATA -R ATA W AKTU S UKSES M EMASANG P ROPELLER Percobaan ke- Error (degree) Waktu (s) Pemasangan Propeller 1 2,43 6,35 Berhasil Memasang 2 1,36 6,3 Berhasil Memasang 6 1,36 6,15 Berhasil Memasang 7 2,27 6,35 Berhasil Memasang 9 0,91 6,3 Berhasil Memasang 11 1,97 6,4 Berhasil Memasang 13 3,33 6,15 Berhasil Memasang 14 3,49 6,05 Berhasil Memasang 15 2,85 6,15 Berhasil Memasang 16 2,88 6,33 Berhasil Memasang 18 3,33 6,3 Berhasil Memasang 19 0,91 7,55 Berhasil Memasang 20 1,21 7,6 Berhasil Memasang Rata - rata 2,17 6,46