Journal of Science and Technology http://journal.trunojoyo.ac.id/rekayasa Rekayasa. 2019; 12(2): 168-173 ISSN: 0216-9495 (Cetak) ISSN: 2502-5325 (Online) Article History:
Received : July, 12 nd 2019; Accepted : September, 29 th 2019
ISSN: 2502-5325 (Online) Terakreditasi  Peringkat  3 oleh Ke- menterian Riset, Teknologi dan Pendidikan Tinggi (ARJUNA), berdasarkan Keputusan Direktur Jenderal Penguatan Riset dan Pengembangan No: 23/E/KPT/2019 tanggal 8 Agustus 2019
Cite this as: Umam, F. (2019). Kestabilan Kecepatan Mobile Robot pada Lin- tasan Mendatar, Tanjakan Serta Turunan. Rekayasa, 12(2), 168- 173. doi:https://doi.org/10.21107/rekayasa.v12i2.6396
© 2019 Faikul Umam

## Kestabilan Kecepatan Mobile Robot pada Lintasan Mendatar, Tanjakan Serta Turunan
Faikul Umam 1* , Sri Wahyuni 2 , Hairil Budiarto 3 1,2,3 Universitas Trunojoyo Madura
* faikul@trunojoyo.ac.id
DOI: https://doi.org/10.21107/rekayasa.v12i2.6396

## Abstrak
Mobile robot merupakan salah satu kategori robot yang memiliki fungsi untuk berpindah tempat. Pengembangan dari mobile robot yaitu implementasi perubahan lintasan mendatar¸ tanjakan serta turunan. Ketika robot berjalan terdapat gangguan tak terukur dari luar yang mempengaruhi respon sistem. Hal ini menyebabkan kecepatan robot berubah-ubah, sehingga dibutuhkan suatu mekanisme yang mampu membuat mobile robot menjaga stabilitas dan kemampuan jelajah untuk kestabilan kecepatan mobile robot. Penelitian ini menerapkan metode PID untuk mengatur servo berdasarkan input dari gyro Z, sehingga membuat mobile robot berjalan tanpa keluar dari lintasannya dengan nilai konstanta Kp = 5, Ki = 0 dan Kd = 1. Respon sistem mencapai stedy state dengan nilai servo 90°, dari detik ke-8 sampai detik ke-13,5. Mobile robot dapat menjaga kestabilan kecepatan ketika melewati lintasan mendatar, tanjakan serta turunan dengan mene rapkan  metode  fuzzy logic controller dan kontrol PID dengan nilai konstanta Kp = 1,5, Ki = 0 dan Kd = 0,2. Respon yang diberikan oleh sistem mencapai steady state nilai kecepatan 0,88 pada detik ke-16,4. Sensor yang digunakan untuk mengetahui kemiringan lintasan yaitu sensor MPU6050 nilai gyro Y dan sensor rotary encoder. Kata-kunci: mobile robot, MPU6050, rotary encoder, fuzzy logic controller dan kontrol PID .

## Mobile Robot Speed Stability on Flat Road, Upward and Descend Trajectories
Abstract Mobile robot is a robot that can move to other places. The development of a mobile robot is the implementation of changes in in flat, upward and descending trajectories. When robot runs there are immeasurable interference that af - fects the system response. This causes robot speed is change, so we need a solution for mobile robot to maintain stability and movement capability for stability the robot speed. This research applies the PID method to set the servo based on the input from the gyro Z, so as to make the mobile robot run without leaving its path with constant values Kp = 5, Ki = 0 and Kd = 1. This research applies PID method to set servo motor based on input from gyro Z, so as to make the mobile robot run on path with constant values Kp = 5, Ki = 0 and Kd = 1. The system response reaches steady state when the servo value is 90 °, from the 8th second to the 13.5th second. Mobile robots can maintain the stability of speed when flat road, upward, and descend trajectories by applying the fuzzy logic controller and PID control methods with constant values of Kp = 1.5, Ki = 0 and Kd = 0.2. The response given by the system reaches a steady state speed value of 0.88 at 16.4 seconds. The sensors used to determine the slope of the track are the MPU6050 Y gyro sensor and rotary encoder sensor. Keyword: mobile robot, MPU6050, rotary encoder sensor, fuzzy logic controller and PID control .

## PENDAHULUAN
Mobile robot merupakan salah satu kategori robot yang memiliki fungsi untuk bergerak dari satu tem- pat ke tempat lainnya, dimana kedua posisi terse- but berada pada jarak tertentu. Penggerak mobile robot berupa kaki atau roda, serta pemberian ke- cerdasan buatan agar robot bergerak berdasarkan perintah yang telah ditentukan (Budiarto Wido- do, 2006). Penelitian tentang aplikasi kecerdasan buatan dalam kontrol mobile robot lebih ditujukan untuk memperoleh kinematik yang canggih, mi- salnya metode navigasi, pemetaan, path planning, obstacle avoidance dan collision. Beberapa kasus ini telah banyak dilakukan daripada mengkaji sta-
bilitas gerak robot. Rancang bangun robot yang ideal seharusnya menggabungkan kontrol kine- matik dan dinamik yang menghasilkan robot mo - tion control yang baik.
Kontrol gerak robot bertujuan meningkatkan sta- bilitas dan kemampuan jelajah (Kawulur Irene Cin- dy, dkk. 2013). Stabilitas terkait dengan pengenda- lian gerak pada kecepatan konstan ataupun pada saat terjadi percepatan dan perlambatan (Rosali- na, dkk. 2017). Kemampuan jelajah terkait dengan gaya dorong yang dimiliki oleh robot. Tingkat ke- sulitan yang tinggi terjadi apabila robot melewa- ti lintasan menanjak dan menurun, sebab adanya percepatan serta perlambatan akibat perubahan
lintasan. Kemampuan untuk mendeteksi jalan yang akan dilalui menjadi syarat utama dari pergerakan robot ini (Adiprasetya Agung, dkk. 2016). Kemam- puan tersebut dapat dicapai apabila sensor yang tertanam pada robot dapat terintegrasi baik de- ngan metode yang diterapkan pada sistem, se- hingga robot memiliki respon cepat terhadap pe- rubahan lintasannya.
Penelitian mengenai kontrol kecepatan motor un- tuk menyesuaikan roda robot mengikuti lintasan tanjakan maupun turunan (Imran I.H, 2011)(Dar- mawan Tasdik., dkk. 2015). Metode yang digu- nakan yaitu fuzzy logic controller yang output -nya berupa nilai PWM berdasarkan kondisi kemiri- ngan. Hasil pengujian menunjukkan batas kemi- ringan yang mampu dilewati robot agar menca- pai set point pada kondisi mendaki adalah 15° dan -15° kondisi menurun dengan range PWM yang telah dideskripsikan. Penelitian ini dipengaruhi oleh perubahan kondisi lintasannya serta nilai er - ror yang diperoleh semakin besar jika melewati lintasan yang tidak rata. Lintasan dengan tanjakan dan turunan pada penelitian tersebut telah diten- tukan serta besarnya nilai error . Perkembangan mobile robot diharapkan dapat melewati berbagai kondisi lintasan seperti tanjakan dan turunan, se- bab diharapkan dapat diimplementasikan pada kendaraan yang sebenarnya ataupun sebagai robot pemandu. Penelitian tentang kontrol ke- cepatan motor pernah dilakukan oleh beberapa peneliti (Marta Bayu, dkk. 2018)(Defit Putra, 2014) (Nurba Hardy P., dkk. 2015). Penelitian ini memba- has mengenai kontrol kecepatan motor DC yang diinginkan dapat mengubah putaran sesuai de- ngan putaran beban. Hal tersebut bertujuan untuk mengurangi besarnya arus start , meredam getaran dan hentakan mekanis saat starting. Metode kon- trol yang digunakan adalah PID agar dapat meng- hasilkan output dengan risetime yang tinggi dan
error yang kecil. Pada penelitian ini hanya mem- bahas mengenai analisa dari kontrol kecepatan motor DC tanpa melakukan penerapannya pada sebuah robot.
Berdasarkan uraian tersebut maka penelitian ini akan dibuat kestabilan kecepatan mobile robot yang memiliki kemampuan mendeteksi adanya perubahan lintasan dari mendatar, tanjakan ser- ta turunan. Sensor MPU6050 akan membaca nilai sudut hasil konversi nilai accelerometer dengan gyroscope pada sumbu Y. Adapun sensor rotary encoder untuk membaca nilai putaran motor ber- dasarkan waktu per detik (RPS). Guna memudah- kan pergerakan robot maka robot dibekali dengan dua buah roda aktif yang bergerak secara siner- gi dan dua buah roda dinamis. Sistem ini dibekali dengan metode fuzzy  logic  controller untuk me- nentukan kemiringan yang mampu dilalui oleh robot, sedangkan metode PID untuk mengatur kecepatan motor. Metode digunakan agar robot dapat menyesuaikain diri terhadap keadaan yang baru atau tidak diketahui, sehingga robot melaku- kan kestabilan kecepatan untuk melewati peruba- han lintasan dari mendatar, tanjakan serta turunan. Selain itu, mobile robot juga dapat mengatur posi- si dari mobile robot ini untuk tetap berjalan lurus tanpa keluar dari lintasannya. Sensor MPU6050 dengan gyroscope pada sumbu Z digunakan untuk mengetahui pergerakan mobile robot tetap lurus tanpa keluar dari lintasannya, Penerapan metode PID dilakukan agar mobile robot tetap berjalan lurus tanpa keluar dari lintasannya serta servo yang digunakan sebagai output -nya.

## METODE PENELITIAN
Diagram Blok dan Flowchart Gambar 1 merupakan diagram blok sistem mobile robot. Input pada sistem ini terdiri dari beberapa
sensor yaitu sensor MPU6050 dan rotary encoder. Kedua sensor tersebut memiliki fungsi yang berbe- da, namun menjadi acuan stabilitas mobile robot. Sensor MPU6050 digunakan pada Gambar 1 ber- fungsi untuk membaca nilai sudut hasil konversi nilai accelerometer dengan gyroscope pada nilai Y dan Z. Rotary encoder digunakan untuk me- ngetahui hasil pembacaan nilai putaran motor (RPS). Arduino Mega 2560 pusat pemprosesan dalam membaca keadaan dan instruksi perintah pada aktuator. Arduino Mega 2560 mengontrol motor DC agar dapat bergerak sesuai dengan pe- rintah. Kemudian terdapat motor servo yang ber- fungsi untuk mengendalikan mobile robot untuk berjalan lurus. Mikrokontroler arduino uno juga digunakan untuk mengontrol servo berdasarkan input dari MPU6050 nilai gyro Z, sebab jika hanya menggunakan satu mikrokontroler menyebabkan mikrokontroler mengalami low memory sehingga
proses pembacaan keadaan dan perintah pada aktuator tidak maksimal. Bluetooth yang terkonek- si dengan android berfungsi untuk menampilkan perubahan kecepatan motor yang terjadi ketika mobile robot melewati lintasan mendatar, tanjakan serta turunan.
Flowchart dari keseluruhan sistem mobile robot di- tunjukkan pada Gambar 2 . Flowchart dimulai dari input rotary encoder dan sensor MPU6050. Robot diletakkan pada bidang datar agar dapat menye- suaikan posisi mobile robot . Sensor MPU6050 melakukan kalibrasi yang bertujuan untuk me- nemukan titik awal posisi mobile robot . Setelah dilakukan kalibrasi sensor MPU6050 maka blue - tooth melakukan auto pairing sehingga bluetooth tersambung pada android. Proses koneksi Blue - tooth selesai, maka mobile robot dalam keadaan ON. Kemudian proses selanjutnya straight /lurus, hal ini untuk menentukan posisi mobile robot da- lam keadaan lurus dan proses fuzzy PID agar mo - bile robot dapat berjalan autonomous pada lintasan mendatar, tanjakan serta turunan. Kedua proses ini berjalan secara bersamaan, sehingga robot dapat menentukan posisi lurus terhadap lintasan dan tetap melakukan pendeteksian perubahan lintasan yang dilalui oleh robot.

## Desain Metode Pada Sistem
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah metode fuzzy dan PID (Aisuwarya Ratna, dkk. 2017) (Nawawi Ibrahim, dkk. 2016). Simulasi perhitungan dimulai dari perhitungan metode PID untuk mo- tor servo, kemudian perhitungan fuzzy PID untuk kontrol motor DC. Pada penelitian ini nilai asumsi Kp=0,5, Ki=0,1, Kd=0,2, Ts=2 dan Set point 0. Pada perhitungan metode fuzzy PID, dimulai dari proses metode fuzzy kemudian hasil dari fuzzy dijadikan sebagai input PID. Metode fuzzy yang digunakan adalah fuzzy sugeno. Metode fuzzy terdapat dua point penentu yang terdiri dari pembentukan fungsi keanggotaan dan rule base. Sistem fuzzy su- geno memperbaiki kelemahan yang dimiliki oleh sistem fuzzy murni dengan menambahkan suatu perhitungan matematika sederhana sebagai ba- gian THEN. pada metode fuzzy perlu kiranya me- nentukan fungsi keanggotaan baik berupa input yang diwakili himpunan X dan Y. Fungsi keang- gotaan ditunjukkan Gambar 3, 4.
Start Fuzzy PID MPU6050 Rotary encoder Check Bluetooth Connection Connecting? Connect Android Connecting? Mobile Robot Mode ON End No Yes No Yes MPU6050 Calibration Straight Servo PWM Motor Gambar 2. Flowchart Sistem Keseluruhan
Himpunan X ( gyro y) terbagi menjadi lima fungsi keanggotaan berupa menurun memiliki nilai dari -50 sampai dengan -30, menurun sedikit memiliki nilai dari -30 sampai dengan 0, mendatar memili- ki nilai dari -15 sampai dengan 15, menanjak se- dikit memiliki nilai dari 0 sampai 30 dan menan- jak memiliki nilai dari 15 sampai 50. Sedangkan Himpunan Y ( rotary encoder ) terbagi menjadi lima fungsi keanggotaan yaitu sangat pelan memili- ki nilai dari 0 sampai dengan 0.55, pelan sedikit memiliki nilai dari 0.22 sampai dengan 0.88, nor- mal memiliki nilai dari 0.55 sampai dengan 1.21, Cepat sedikit memiliki nilai dari 0.88 sampai den- gan 1.54, dan sangat Cepat memiliki nilai dari 1.54 sampai dengan 10. Rule base pada metode fuzzy memiliki peranan penting pada sistem. Nilai output yang dijadikan sebagai parameter output pada rule base dapat dilihat pada tabel 1, sedangkan tabel rule base dapat ditunjukkan tabel 2.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini pengujian dilakukan untuk mengetahui kestabilan kecepatan mobile robot. Pada pengujian ini menggunakan metode fuzzy PID. Metode fuzzy dengan himpunan X ( gyro Y), himpunan Y ( rotary encoder ) dan output dari fuzzy adalah PWM. Nilai output PWM dari fuzzy akan di- jadikan sebagai nilai input PID. Pengujian dilakukan
untuk mencari respon sistem yang baik. Ke stabilan kecepatan didapat dengan data record dan pe- ngamatan di android saat mobile robot melewati lintasan mendatar, tanjakan serta turunan. Adapun nilai Kp, Ki dan Kd yang diberikan pada mobile ro - bot berdasarkan hasil trial and error. Gambar 4.25 merupakan hasil pengujian metode fuzzy PID pada mobile robot dengan memberikan nilai konstan- ta Kp = 0.2, Ki = 0 dan Kd = 0.5 . Sampel diambil dengan cara pengambilan data record pada saat mobile robot berjalan melewati lintasan mendatar, tanjakan serta turunan. Hasil dari pengujian ditun- jukkan grafik Gambar 5.
Pada Gambar 5 menunjukkan bahwa respon yang diberikan oleh sistem dengan nilai Kp sebesar 0.2, Ki adalah 0 dan Kd sebesar 0.5 cukup cepat men- capai steady state. Hal ini ditunjukkan pada data ke-75 dengan waktu 14,5 detik hingga data ke- 85 dengan waktu 15,2 detik. Akan tetapi terdapat overshoot dan respon sistem masih melakukan osilasi dengan nilai yang cukup besar. Nilai over - shoot sangat meningkat, sehingga respon sistem
Gambar 4. Himpunan Y ( rotary encoder)
Gambar 5 Pengujian kestabilan kecepatan mobile robot Kp = 0.2, Ki = 0 dan
Kd = 0.5
Tabel 2. Rule Base X Y Menurun Menurun sedikit Mendatar Menanjak sedikit Menanjak Sangat pelan N N N C C Pelan N N N C C Normal P N N C C Cepat P N N C C Sangat cepat SP P P C SC Tabel 1. Himpunan Z No. Keanggotaan Nilai 1. Sangat pelan 75 2. Pelan 100 3. Normal 150 4. Cepat 200 5. Sangat cepat 250
yang terjadi pada mobile robot mengalami osilasi dan hanya beberapa kali mencapai steady state.
Nilai overshoot mencapai 1,1 seperti yang ditun- jukkan pada data ke-86 sampai data ke-124. Gam- bar 6 merupakan grafik pengujian kestabilan ke - cepatan mobile robot dengan nilai konstanta Kp sebesar 1, Ki dengan nilai 0 dan Kd sebesar 0.2.
Gambar 6 menunjukkan bahwa respon sistem ini mengalami overshoot yang cukup lama teta- pi pada 19,5 detik mobile robot berjalan mele- wati lintasannya, respon sistem mencapai steady state. Hanya saja nilai overshoot juga sangat cepat meningkat, sehingga respon sistem mengalami osilasi dengan nilai yang cukup berbeda. Osila- si terjadi hingga respon sistem mencapai steady state namun beberapa kali osilasi terjadi, seperti pada data ke-247 dengan waktu 33,5 detik hingga data ke-255 dengan waktu 34,3 detik. Kecepatan mengalami overshoot mencapai 0,91 m/s. Sampel ini didapatkan dari data record saat mobile robot berjalan melewati perubahan lintasan mendatar, tanjakan serta turunan.
Gambar 7 merupakan pengujian dengan nilai kon- stanta Kp sebesar 1,5 dan Kd sebesar 0,2 sedang- kan Ki adalah 0. Nilai konstanta ini yang digunakan secara berkelanjutan oleh sistem. Selain respon sistem menuju steady state cukup cepat, respon hanya beberapa kali melakukan osilasi dengan nilai yang tidak terlalu besar. Sampel ini didapat- kan dari data record saat mobile robot berjalan melewati perubahan lintasan mendatar, tanjakan serta turunan.

## KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan pengujian dan hasil analisis yang te- lah dilakukan pada penelitian kestabilan kecepa- tan mobile robot pada lintasan mendatar, tanjakan serta turunan, diperoleh kesimpulan bahwa mobile robot dapat menstabilkan kecepatannya melewati lintasan mendatar, tanjakan serta turunan dengan
menggunakan metode fuzzy PID. Output PWM dari metode fuzzy dijadikan sebagai nilai input metode PID. Nilai konstanta Kp = 1,5, Ki = 0 dan Kd = 0,2. Dalam upaya memaksimalkan kinerja mobile robot perlu melakukan kalibrasi pada lintasan yang lebih rendah dan lebih tinggi, karena pembacaan sensor MPU6050 dipengaruhi oleh ketinggian dan suhu udara. Perhatikan faktor keamanan mobile robot pada saat implementasi, seperti penambahan pe- lindung pada komponen elektronika agar aman ketika sistem mengalami kesalahan/crash.

## DAFTAR PUSTAKA
Adiprasetya Agung, Erwin Susanto, Agung Surya Wibowo.  2016. Perancangan dan Implemen - tasi  Kontrol  Kecepatan  Motor  DC  menggu- nakan LABVIEW untuk Kestabilan Laju pada Robot Tank dengan Metode PID. e-Proceed- ing of Engineering : Vol.3 No.2 ISSN: 2355- 9365. Teknik Elektro Universitas Telkom.
Aisuwarya Ratna. Raihan Annafi. 2017. Implemen - tasi Fuzzy Logic Controller untuk Pengendali Kecepatan Roda pada Mobile Robot dengan Variasi Nilai Set Point. Jurnal Ilmiah. Sistem Komputer, Universitas Andalas.
Budiarto Widodo. 2006. Belajar Sendiri: Membuat Robot Cerdas. Buku. ISBN: 979-20-9178-5.
Darmana Tasdik, Wisnu Sya’ban.  2015. Rancang Bangun  Alat  Ukur  Kecepatan  Putaran  Mo- tor dan Pendeteksi Kestabilan Putaran pada Porosnya. Jurnal Energi dan Kelistrikan Vol. 7 No.1. Teknik Elektro STT PLN Jakarta.
Defit, Putra Renofa .  2014. Pengontrolan  Kecepa- tan Motor DC pada Mobile Robot Left Track - ing Menggunakan Metoda PID. Jurnal Ilmi- ah.  Sistem Komputer, Universitas Andalas. Padang.
Gambar 6 Pengujian kestabilan kecepatan mobile robot Kp = 1, Ki = 0 dan Kd = 0.2 Gambar 7 Pengujian kestabilan kecepatan mobile robot Kp = 1,5, Ki = 0 dan Kd = 0.2
Imran I.H., 2011. Perancangan dan Implementasi Sistem  Kendali  PID  sebagai  Pengontrol  Ke- cepatan Robot Mobil pada Lintasan Datar,
Tanjakan dan Turunan.. Jurnal Ilmiah. Teknik Elektro, Universitas Andalas.
Kawulur Irene Cindy. 2013. Analisa Kecepatan yang diinginkan oleh Pengemudi (Studi Kasus Ruas Jalan Manado-Bitung) . Jurnal Sipil Statik Vol. 1 No.4. ISSN: 2337-6732. Teknik Sipil Univer- sitas Sam Ratulangi.
Marta Bayu Sandi, Ferdiansyah Indra, Fernando Ar- dila.  2018. Sistem Kendali Kecepatan Motor pada Mobile Robot menggunakan PID dan Analisis Disturbance Berbasis Disturbance Observer . Jurnal Teknologi Terpadu Vol. 6 No.
2. Politeknik Elektronika Negeri Surabaya.
Namawi Ibrahim, Bagus Fatkhuttozi. 2016. Studi Komparasi Kendali Motor DC dengan Logika Fuzzy Metode Mamdani dan Sugeno . Jurnal Ilmiah. Teknik Elektro, Universitas Tidar.
Nurba Hardy Purnama, Erwin Susanto, Agung Surya Wibowo. 2015. Desain dan Implemen - tasi Kendali PID Adaptif pada Kecepatan Mo- tor DC. e-Proceeding of Engineering : Vol.2 No.2 ISSN: 2355-9365. Teknik Elektro Uni- versitas Telkom.
Rosalina.,  Ibnu  Qosim.  Mohammad  Mujirudin.
2017. Analisis  Pengaturan  Kecepatan  Motor DC menggunakan Kontrol PID (Proportional Integral Derivative) . Teknik Elektro. Universi- tas Muhammadiyah Prof. DR. HAMKA. Vol. 2. ISSN No. 2502-8782.