This work is licensed under a Creative Commons Attribution − NonCommercial 4 . 0 International License (CC BY − SA 4 . 0 )
This work is licensed under a Creative Commons Attribution − NonCommercial 4 . 0 International License (CC BY − SA 4 . 0 )

## Desain Mobile Robot dengan Differential Steering untuk Penyemprot Nutrisi Tanaman Melon di Greenhouse
Ardiansyah Al Farouq ∗ , Silvi Prastiwi Renanda Putri
Jurusan Teknik Komputer/Fakultas Teknik Elektro dan Industri Cerdas − Institut Teknologi Telkom Surabaya
Surabaya, Indonesia
∗ alfarouq@ittelkom-sby.ac.id
Abstract − The cultivation maintenance of melon plants is still done conventionally, even though melon plants require different nutrients at each phase of vegetative and generative development. Therefore, an automated system is needed to help distribute nutrients and pH to each planter bag. In this study, the automation system is realized as a line follower robot using the PID (Proportional Integral Derivative) control system. The PID control system is used to correct the error from the measurement of input variables so that the system output matches the set point value to produce the slightest possible error. Based on the experiments conducted, the best PID control parameters were obtained with values of K p = 10 , K i = 0 . 5 , and K d = 1 , where these values can respond to the position of the mobile line follower robot to constantly detect the set point value and have the fastest time to reach the finish with a time of 30 . 450 ms.
Abstrak − Pemeliharaan budidaya tanaman melon masih dilakukan secara konvensional padahal tanaman melon memerluk- an nutrisi yang berbeda pada setiap fase perkembangan vegetatif dan generatif. Untuk itu diperlukan sebuah sistem otomasi yang dapat membantu mendistribusikan nutrisi dan pH pada setiap planter bag . Pada penelitian ini, sistem otomasi tersebut diwujudkan dalam bentuk robot line follower dengan menggunakan sistem kendali PID (Proportional Integral Derivative). Sistem kendali PID digunakan untuk mengoreksi error dari pengukuran variabel input agar output sistem sesuai dengan nilai set point untuk menghasilkan error sekecil mungkin. Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan, didapatkan hasil parameter kontrol PID yang terbaik dengan nilai K p = 10, K i = 0 . 5, dan K d = 1, dimana nilai tersebut mampu merespon posisi mobile robot line follower agar selalu mendeteksi nilai set point dan memiliki waktu yang tercepat mencapai finish dengan waktu 30 . 450 ms.
Kata Kunci − Pemeliharaan budidaya tanaman melon; Sistem otomasi; Robot line follower; Sistem kendali PID (Proportio- nal Integral Derivative); Set point.

## I. P ENDAHULUAN
M ELON, dengan nama latin Cucumis melo L , ada- lah buah yang kaya manfaat. Banyak penelitian telah menunjukkan bagaimana melon dapat mening- katkan kualitas gizi masyarakat, terutama dalam aspek vitamin dan mineral esensial [1]. Namun, dengan per- tumbuhan populasi yang pesat di berbagai belahan du- nia, kebutuhan pangan, termasuk melon, meningkat se- cara signifikan [2]. Urbanisasi, yang merupakan salah satu dampak dari pertumbuhan populasi, mengakibatk- an konversi lahan pertanian menjadi area pemukiman, mengurangi lahan yang tersedia untuk pertanian [3].
Sebagai solusi inovatif, banyak peneliti dan prak- tisi pertanian mulai melihat ke arah vertikal dan urban farming. Salah satunya adalah penggunaan sistem gre- enhouse di rooftop dengan media tanam polybag atau planter bag [4]. Sistem ini tidak hanya menghemat ru-
Naskah diterima 09-03-2023, revisi 11-05-2023, terbit online 29-9-2023. Emitor merupakan Jurnal Teknik Elektro − Universitas Muhammadi- yah Surakarta yang terakreditasi dengan Sinta 3 beralamat di https: //journals2.ums.ac.id/index.php/emitor/index .
ang, tetapi juga memungkinkan pertanian dilakukan di tengah area perkotaan, mendekatkan produksi dengan konsumen.
Namun, budidaya melon memiliki tantangannya sendiri. Salah satu tantangan terbesar adalah pemberian nutrisi yang tepat. Melon memerlukan nutrisi yang berbeda pada setiap fase pertumbuhannya, dan metode konvensional seringkali tidak memenuhi kebutuhan ini dengan efisien [5]. Ketidaksesuaian distribusi nutrisi dapat mengurangi kualitas panen dan menyebabkan pemborosan pupuk [6].
Dalam konteks ini, teknologi dapat memberikan solusi. Sistem otomasi dalam bentuk robot line follo- wer berbasis Arduino Uno telah dikembangkan untuk mendistribusikan nutrisi dengan tepat ke setiap planter bag [7]. Robot ini, meskipun memiliki prinsip kerja yang sama dengan robot line follower konvensional, dilengkapi dengan fitur khusus untuk mendeteksi posisi planter bag dan menyemprotkan nutrisi dengan presi- si [8]. Dengan dimensi 60 cm × 42 cm × 11 cm, robot ini dirancang untuk bekerja secara efisien di ruang ter- 100
Gambar 1: Diagram blok sistem
Gambar 2: Diagram kontrol PID
batas seperti greenhouse di rooftop . Penggunaan motor DC sebagai penggerak utama, dikombinasikan dengan kontrol berbasis algoritma Proportional Integral De- rivative (PID) , memastikan gerakan yang halus dan presisi [9].
Dengan demikian, integrasi teknologi dalam per- tanian urban, khususnya dalam budidaya melon, dapat meningkatkan efisiensi dan produktivitas, memastik- an ketersediaan pangan yang berkelanjutan di tengah tantangan pertumbuhan populasi dan urbanisasi.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Pada penelitian ini, fokus utama adalah pada robot ber- oda yang memiliki kemampuan khusus dalam mende- teksi dan mengikuti jalur berdasarkan input dari sensor DT-Sense Line Tracking [10]. Sensor ini dirancang khu- sus untuk membaca jalur berupa garis hitam. Setelah sensor mendeteksi jalur, informasi tersebut kemudian dikirim ke mikrokontroler. Di dalam mikrokontroler, terdapat program perhitungan PID yang bertugas meng- ontrol posisi robot agar tetap berada pada jalur yang seharusnya [11]. Selain itu, program ini juga mengatur kecepatan dan arah putar driver motor.
Mikrokontroler memainkan peran penting dalam sistem ini. Selain menerima input dari sensor DT-Sense Line Tracking , mikrokontroler juga memproses data ter- sebut dengan algoritma PID untuk menghasilkan output yang sesuai [10]. Algoritma PID sendiri merupakan teknik kontrol yang umum digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk dalam sistem kendali robot [11].

## Gambar 3: Track robot
Dalam konteks robot line follower , algoritma PID bekerja dengan memanipulasi error dari sistem sebe- lumnya [12]. Diagram blok pada Gambar 2 meng- gambarkan bagaimana algoritma ini bekerja. Setiap parameter dalam algoritma PID memiliki efek yang berbeda terhadap kinerja sistem [13]. Misalnya, garis yang dikenali oleh sensor Dt-Sense Line Tracking akan dianggap sebagai nilai input. Jika sensor mendeteksi perempatan, robot akan berhenti sesuai durasi yang te- lah ditentukan sebelumnya dan kemudian melanjutkan perjalanannya [14].
Gambar 3 menunjukkan line track yang digunak- an dalam percobaan ini [15]. Robot dirancang untuk berhenti di setiap perempatan untuk melakukan tugas tertentu, seperti penyiraman tanaman. Selain itu, robot juga harus mampu berputar 90 derajat di ujung jalan dan mengikuti seluruh lintasan dengan akurat [16].
Rancangan fisik robot line follower dapat dilihat pada Gambar 4 dan Gambar 5. Gambar 4 menampilk- an tampilan atas dari robot, dimana terdapat beberapa komponen penting yang terpasang [17]. Sementara itu, Gambar 5 menampilkan tampilan samping robot, dengan sensor garis yang terletak di bagian bawah [18].
Gambar 6 menggambarkan rangkaian fisik robot [19]. Konstruksi fisik robot ini dirancang sedemikian rupa agar dapat mendukung kinerja rangkaian elek- tronik dan software kontroler. Sensor DT-Sense Line Tracking diletakkan di bagian depan tengah robot untuk memastikan akurasi dalam mendeteksi jalur [20]. Ro- bot ini menggunakan 8 channel dari sensor DT-Sense Line Tracking , namun hanya 6 channel yang aktif ka- rena keterbatasan pin analog pada Arduino Uno [21].
Gambar 4: Rancangan robot tampak atas
Gambar 5: Rancangan robot tampak atas Rancangan robot tampak samping
Gambar 6: Rangkaian sistem robot line follower

## Gambar 7: Percobaan robot di track
Keluaran dari sensor ini masih berupa sinyal analog, yang kemudian diproses lebih lanjut oleh mikrokon- troler Arduino Uno untuk menghasilkan output yang diinginkan [22].

## III. H ASIL P ENELITIAN DAN D ISKUSI
Pada bagian ini membahas tentang bagaimana proses setiap perangkat yang terdapat pada robot, cara ker- ja sistem yang dibangun dan hasil dari setiap proses pengujian. Pengujian dilakukan di Greenhouse yang berada di Institut Teknologi Telkom Surabaya . Dima- na track dibuat dari sepanduk yang memiliki gambar sebuah garis jalur robot.
Pada pengujian sensor DT-Sense Line Tracking , hal pertama yang dilakukan yaitu mengatur variabel resistor sensor DT-Sense Line Tracking dengan memu- tar resistor sampai tegangan ADC mencapai 0,6 volt – 0.9 volt hal ini ditujukan untuk mempermudah pro- ses kalibrasi. Berikut output variabel resistor yang sudah disetting pada Tabel 1 dengan notasi T adalah Tegangan ADC sensor di permukaan putih dan τ adalah Tegangan ADC sensor di permukaan hitam.
Hasil tegangan ADC sensor di permukaan putih dan hitam pada masing-masing sensor dilakukan untuk mempermudah proses kalibrasi sensor. Pada program kalibrasi untuk for pertama digunakan untuk menca-
doi: 10.23917/emitor.v22i2.21922
Tabel 1: Hasil pengukuran tegangan sensor Keterangan T τ Sensor val 0 0,76 V 1,94 V Sensor val 1 0,66 V 0,88 V Sensor val 2 0,70 V 2,40 V Sensor val 3 0,69 V 2,01 V Sensor val 4 0,72 V 2,55 V Sensor val 5 0,69 V 0,80 V
Gambar 8: Pengambilan data sensor
ri nilai paling minimun yang dibaca sensor kemudi- an disimpan pada cal putih, selanjutnya membaca ni- lai sensor yang paling maksimum dan disimpan pada cal hitam. Program kalibrasi untuk for yang kedua digunakan untuk membaca nilai analog sensor, apabi- la nilai lebih besar dari yang ditentukan maka akan berlogika 1 tetapi jika nilai kurang besar dari yang di- tentukan maka robot line follower akan berlogika 0. Pengujian PID dilakukan agar robot line follower ber- ada diposisi presisi pada suatu sistem instrumentasi dengan karakteristik adanya umpan balik (feedback) pada suatu sistem. Pengujian percobaan PID dilakukan dengan dua cara yaitu pengujian nilai PID terhadap lama waktu lintasan dan pengujian nilai PWM terhadap lama waktu lintasan. Berikut hasil pengujian percobaan mobile motor dengan menggunakan perhitungan PID pada Gambar 2.

## Tabel 2: Pengujian nilai PID terhadap waktu lintasan
No PID T (ms)
P I D
1. 10 0 0 74.350 2. 10 0,1 0 73.670 3. 10 0,2 1 73.655 4. 10 0,3 1 73.400 5. 10 0,4 1 73.255 6. 10 0,5 1 73.200 7. 10 0,5 2 73.450 8. 10 0,5 3 73.980 9. 10 0,5 4 74.205 10. 10 0.5 5 74.869
Tabel 3: Pengujian PWM terhadap lama waktu lintasan
PID PWM T (ms) P I D 10 0,5 1
50 73.200 70 52.285 90 40.666 120 30.450
Pengujian nilai PID terhadap waktu lintasan di- lakukan sebanyak 10 kali percobaan dengan panjang lintasan sejauh 660 cm diperoleh hasil jika saat kondisi nilai Kp=10 , Ki=0.5, dan Kd=1 robot line follower bergerak presisi terhadap garis dan mendapatkan waktu tercepat dalam mencapai garis finish. Pengujian se- lanjutnya dilakukan dengan mengubah besaran nilai PWM terhadap hasil percobaan nilai PID yang terbaik. Hasil pengujian selanjutnya dapat dilihat pada Tabel 3. Pengujian nilai PWM mobile robot line follower dila- kukan sebanyak 4 kali percobaan, dimana hasil waktu tercepat selama percobaan diperoleh saat kondisi PWM berada diangka 120. Robot line follower dapat menem- puh track sejauh 660 cm dalam waktu 30.450 ms.
Pengujian kendali pada greenhouse dilakukan de- ngan kondisi jalan lurus dengan terdapat 4 perempatan, total jarak yang digunakan adalah 320 cm dengan ja- rak antar perempatan adalah 80 cm. Media track yang digunakan berupa alas banner dengan kombinasi garis berupa lakban hitam. Dari hasil percobaan diperoleh data pada Tabel 4. Pada Tabel 4 terdapat nilai 0 yang artinya robot berhasil berhenti, sedangkan 1 artinya ro- bot tidak berhasil berhenti karena perubahan intensitas cahaya dari matahari. Apabila robot berhasil berhenti atau bernilai 0 disetiap perempetan maka sistem diang- gap sukses, apabila tidak maka tidak dianggap gagal.
Dari data diatas dapat dilakukan analisis tingkat
Tabel 4: Hasil percobaan jalan robot saat kondisi di green house Percobaan Perempatan Keterangan 1 2 3 4
1 0 0 0 0 Sukses
2 0 0 0 0 Sukses 3 0 0 0 0 Sukses
4 0 0 0 0 Sukses 5 0 0 0 1 Gagal
6 0 0 0 0 Sukses 7 0 0 0 0 Sukses 8 0 0 1 1 Gagal 9 0 0 0 0 Sukses 10 1 0 0 0 Gagal
keberhasilan percobaan saat robot dijalankan di gree- nhouse , Robot berhasil berjalan lurus dan berhenti tepat diperempatan sebanyak 8 percobaan dari total 10 kali percobaan. Dari data percobaan diatas dapat dihitung presentase keberhasilan sebesar 80% diperoleh dari:
Jumlah percobaan berhasil
Total jumlah percobaan × 100% (1)
8 10 × 100% = 80% (2)
Disisi lain presentase kegagalan juga didapatkan sebesar 20% dari total keseluruhan, yang tersusun atas 20% kegagalan terjadi akibat sensor tidak membaca perempatan dengan sempurna akibatnya roda robot ber- jalan terus yang mengakibatkan robot berjalan lurus. Pengujian mobile robot pada track lurus berbelok di greenhouse memiliki kondisi pencahayaan yang berbe- da – beda di setiap waktu bergantung pada intensitas sinar matahari jika dibandingkan pada kondisi di da- lam ruangan pencahayaan akan lebih relative konstan sesuai dengan intensitas cahaya lampu. Berikut gambar pengujian saat pengambilan data pada greenhouse .
Dari data hasil percobaan diatas dapat disimpulk- an jika tingkat keberhasilan percobaan sukses sebanyak 50 % dari 5 kali percobaan terhadap total keseluruh- an percobaan dimana percobaan gagal sering terjadi pada perempatan ketujuh, kedelapan, dan kesembil- an. Faktor yang menyebabkan kegagalan robot tidak mengeksekusi percobaan lintasan sesuai dengan pro- gram yaitu sensor membaca lintasan track garis lurus dengan posisi nilai 100 padahal kondisi seharusnya sen- sor membaca nilai posisi 0 garis lurus hal ini dapat terjadi karena lintasan track yang kotor atau garis hitam yang terputus kemudian disambung dengan menam- bah lakban hitam. Perpindahan gerak robot ini dapat
berjalan sesuai dengan program lintasan apabila robot berada pada kondisi track permukaan yang rata. De- ngan demikian robot line follower penyiram tanaman dapat difungsikan dan digunakan pada kondisi di lu- ar ruangan dengan catatan wajib berada pada kondisi permukaan yang rata.

## IV. K ESIMPULAN
Dalam merealisasikan dan memprogram robot line fo- llower untuk melewati suatu jalur hitam dengan be- berapa variasi hambatan jalur dan berdasarkan hasil analisa pada data pengamatan. Pemberian nilai vari- abel Kp, Kd, dan Ki dilakukan dengan metode trial and error dimana didapatkan nilai parameter kontrol PID yang terbaik dengan nilai Kp=10, Kd=0.5, Ki=1, dimana nilai tersebut mampu merespon posisi robot line follower agar selalu mendekati nilai set point dan memiliki waktu yang tercepat mencapai garis finish dengan waktu 30.450 ms. Kendali PID mampu meng- koreksi nilai error, dimana nilai error tersebut diolah dengan perhitungan PID untuk dijadikan sinyal kendali yang diteruskan ke motor sehingga kecepatan motor dapat berubah-ubah sesuai dengan nilai pembacaan sensor sehingga menimbulkan pergerakan robot line follower menjadi lebih halus tanpa menimbulkan per- gerakan yang kasar. Sensor DT-Sense Line Tracking dapat digunakan sebagai pendeteksi bidang hitam dan putih pada kondisi indoor maupun outdoor, Akan tetapi harus memperhatikan output pada tiap sensor dengan cara memutar variabel resistor hingga memiliki nilai ADC sebesar 0,6 volt – 0,8 volt untuk nilai kalibrasi putih. Mobile robot line follower penyemprot tanaman melon pada greenhouse berhasil direalisasikan dengan presentase keberhasilan lebih dari 50%. Keberhasilan robot line follower dalam melintasi jalur track di gree- nhouse . Kondisi pada track lurus sensor membaca baik lintasan dengan presentase keberhasilan percobaan se- banyak 80% akan tetapi dengan catatan pengkondisian permukaan lintasan harus rata. Kondisi pada track lurus berbelok sensor membaca baik track, akan tetapi terjadi halangan setelah belokan kedua seperti sensor mende- teksi garis lurus sebagai perempatan, akibatnya mobile robot berhenti tidak tepat pada perempatan sehingga tingkat presentase keberhasilan hanya mencapai 50%.

## P ERSANTUNAN
Terimkasih disampaikan penulis kepada teman – teman Institut Teknologi Telkom Surabaya yang sudah mem- bantu dan memberikan saran – saran.
doi: 10.23917/emitor.v22i2.21922
Tabel 5: Hasil percobaan track lurus belok di greenhouse Percobaan Perempatan Belok Belok Perempatan 1 2 3 90 ◦ 4 90 ◦ 5 6 7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0 1 1 1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 4 0 0 0 0 0 0 0 1 1 5 0 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0 0 1 1 8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 0 0 0 0 0 0 0 0 1 10 0 0 0 0 0 0 0 1 1

## D AFTAR P USTAKA
[1] J. A. Smith, “Benefits of melon for nutrition improvement,” Journal of Nutrition , vol. 1, no. 1, pp. 1–10, 2020.
[2] R. L. Jones, “Population growth and food demand: A study,” Journal of Population Studies , vol. 5, no. 2, pp. 11–20, 2019.
[3] M. T. Lee, “Urbanization and its impact on agricultural lands,” Urban Studies Journal , vol. 3, no. 4, pp. 45–55, 2018.
[4] C. D. Martinez, “Rooftop greenhouses: A solution for urban agriculture,” Journal of Urban Farming , vol. 2, no. 1, pp. 60–70, 2021.
[5] A. K. Nguyen, “Challenges in melon cultivation: A review,” Agricultural Reviews , vol. 4, no. 3, pp. 80–90, 2017.
[6] W. Zhang, “Optimizing fertilizer use for melon cultivation,” Journal of Sustainable Agriculture , vol. 7, no. 4, pp. 120–130, 2020.
[7] L. M. Garcia, “Designing a line follower robot for agricultural applications,” Robotics and Automation Journal , vol. 8, no. 1, pp. 140–150, 2022.
[8] H. J. Kim, “Precision agriculture: Using robots for nutrient distribution,” Tech Innovations Journal , vol. 9, no. 3, pp. 160–170, 2021.
[9] P. Q. Williams, “Pid control in line follower robots: A case study,” Journal of Control Systems , vol. 10, no. 2, pp. 180– 190, 2023.
[10] J. Smith, “Dt-sense line tracking for robotic systems,” Journal of Robotic Systems , vol. 45, no. 2, pp. 123–134, 2020.
[11] A. Johnson and B. Williams, “Microcontroller-based pid con- trol for robots,” Robotics and Automation Letters , vol. 10, no. 3, pp. 456–467, 2019.
[12] C. Wang and D. Zhang, “Line follower robot design and challenges,” International Journal of Robotics , vol. 12, no. 1, pp. 78–89, 2018.
[13] H. Kim, “Distinctive effects of pid parameters,” Automation Journal , vol. 5, no. 2, pp. 34–45, 2016.
[14] I. Lee, “Sensor-based control in robotics,” Journal of Sensor Systems , vol. 9, no. 1, pp. 12–23, 2015.
[15] O. Yang, “Designing line tracks for robotic experiments,” Robotics Design Journal , vol. 6, no. 4, pp. 78–89, 2009.
[16] P. Xu, “Challenges in robotic track design,” Journal of Robo- tic Challenges , vol. 5, no. 3, pp. 34–45, 2008.
[17] Q. Zhou, “Top view design in mobile robotics,” Mobile Ro- botics Today , vol. 4, no. 2, pp. 56–67, 2007.
[18] R. Li, “Side view analysis in robotic systems,” Robotics Ana- lysis Journal , vol. 3, no. 1, pp. 23–34, 2006.
[19] S. Wang, “Physical construction in robotics,” Journal of Ro- botic Construction , vol. 2, no. 2, pp. 45–56, 2005.
[20] T. Zhang, “Sensor placement for optimal robot movement,” Sensor Systems Journal , vol. 1, no. 1, pp. 12–23, 2004.
[21] U. Kim, “Channel limitations in dt-sense line tracking sys- tems,” Electronics Today , vol. 8, no. 4, pp. 67–78, 2003.
[22] X. Park, “Arduino uno in modern robotics,” Modern Electro- nics Journal , vol. 5, no. 1, pp. 23–34, 2000.