sistem kendali gerak segway berbasis...

SISTEM KENDALI GERAK SEGWAY

BERBASIS MIKROKONTROLER

oleh

Dede Irawan

NIM : 612007020

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

JULI 2013

PERNYATAAN BEBAS PLAGIAT

Saya, yang bertanda tangan di bawah ini:

NAMA: Dede Irawan

NIM: 612007020

JUDUL SKRIPSI: SISTEM KENDALI GERAK SEGWAY BERBASIS

MIKROKONTROLER

Menyatakan bahwa skripsi tersebut di atas bebas plagiat. Apabila ternyata

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

sanksi apa pun sesuai aturan yang berlaku.

Salatiga, 1 JULI 2013

Dede Irawan

Meterai Rp. 6000,-

Tanda Tangan

INTISARI

Segway adalah sebuah kendaraan personal yang memiliki bentuk yang unik

dengan dua roda di sisi kiri dan kanan, serta memiliki sebuah stang. Segway ini

umumnya digunakan di daerah perkotaan, sebab segway ini tidak akan menimbulkan

polusi udara dan dapat bermanuver dengan mudah pada jalanan yang padat. Namun di

Indonesia, produk tersebut masih jarang ditemui karena harganya yang mahal.

Dengan dilandasi oleh faktor tersebut maka diperlukan suatu perancangan sistem

kendali seperti yang digunakan pada kendaraan ini dengan cara mengamati cara

pengendaliannya. Dengan harapan, hasil yang didapat bisa digunakan sebagai pedoman

untuk memproduksi kendaraan sejenis walau menggunakan bahan yang berbeda dari

segway import.

Hasil yang didapat dari perancangan ini antara lain, beban maksimum yang

dapat ditampung adalah sebesar 70 kg. Kecepatan maksimum sistem sebesar 5.5

km/jam pada jalan datar. Serta saat digunakan pada kecepatan 2.7 km/jam dengan beban

53 kg dapat bertahan selama 60 menit.

i

ABSTRACT

Segway is a personal vehicle which has a unique shape with two wheels at the

left and the right sides, and has a handlebar. Segway is generally used on city areas,

because it is an easily controlled vehicle and will not contaminate the air. But, because

of the price, it is still be a rare product in Indonesia.

Therefore, it needs a planning to make the same segway control system by

observing the controlling ways. So the results can be used as a reference to make the

similar vehicle, although it uses different matters.

The system which has been realized shows some results, they are 70 kg

maximum load and 5.5 km/hour maximum speed on a flat road. Besides of those, when

used at 2.7 km/hour average speed and 53 kg load, it can be ridden for 60 minute.

ii

KATA PENGANTAR

Berbagai usaha telah dilakukan untuk merealisasikan skripsi ini, semua usaha

tersebut akan sia-sia jika tanpa dukungan dari semua pihak. Oleh sebab itu secara

pribadi saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Allah Bapa,

Yesus Kristus, Bunda Maria dan Roh Kudus, kepada keluarga besar dan kerabat

terutama yang disebutkan di bawah ini:

1. Kedua orang tua saya tercinta yang berada di Ketapang, Kalimantan Barat.

2. Kakak saya Ernawati dan keluarga, Alm. Abang saya Hartono, Abang saya Edy

Gunawan dan Adik saya Widyawati.

3. Tunangan saya tercinta yang selalu sabar menanti.

4. Dosen pembimbing saya Pak Lukas dan Koh Deddy.

5. Teman-teman satu kost saya Syamsu, Amat, Toras, Yonathan, Mario, Vici, Daniel,

Bivo, Heri, Hendi, Theo, Iwan, dan teman-teman lain.

6. Teman-teman saya di FTEK Theo, Heri, Suryo, Vincensius, Herditya, Satya, Indra,

Putu, dan teman-teman semua angkatan.

iii

DAFTAR ISI

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

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

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

DAFTAR ISI ..................................................................................................................iv

DAFTAR GAMBAR .....................................................................................................vi

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

DAFTAR SIMBOL .......................................................................................................ix

DAFTAR SINGKATAN ..................................................................................................x

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

1.1. Latar Belakang Masalah ..........................................................................1

1.2. Batasan Skripsi .......................................................................................2

1.3. Sistematika Penulisan .............................................................................2

BAB II SISTEM KENDALI GERAK SEGWAY ...........................................................3

2.1. Gambaran Segway ....................................................................................3

2.2. Mekanisme Gerak Segway ......................................................................4

2.3. Konsep Pengendalian Segway .................................................................5

2.4. Komponen Sistem Kendali Gerak Segway .............................................6

BAB III PERANCANGAN SISTEM ...........................................................................12

3.1. Mekanik ................................................................................................12

3.1.1. Body ..........................................................................................13

3.1.2. Stang .........................................................................................14

3.1.3. Roda ..........................................................................................14

3.1.4. Gear ..........................................................................................15

3.2. Elektrik .................................................................................................15

3.2.1. Mikrokontroler ...........................................................................15

3.2.2. Sensor Accelerometer ...............................................................17

3.2.3. Sensor Gyroscope .....................................................................19

3.2.4. Sensor Potensiometer ................................................................20

3.2.5. Driver Motor ..............................................................................21

3.2.6. Motor ........................................................................................23

3.2.7. Catu Daya .................................................................................24

iv

3.3. Perangkat Lunak ....................................................................................24

3.3.1. Akses Accelerometer .................................................................26

3.3.2. Akses Gyroscope .......................................................................26

3.3.3. Metode Kendali PID .................................................................27

3.3.4. Akses Potensiometer ..................................................................28

3.3.5. Low Pass Filter dan Waktu Sampling ........................................29

3.3.6. PWM ..........................................................................................29

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA ..........................................................32

4.1. Pengujian Accelerometer .......................................................................32

4.2. Pengujian Gyroscope dan Respon Sistem ............................................34

4.3. Pengujian PID ........................................................................................35

4.4. Pengujian Beban dan Kecepatan ...........................................................38

4.5. Pengujian Bidang Miring .......................................................................39

4.6. Pengujian Ketahanan Catu Daya ...........................................................39

BAB V PENUTUP ........................................................................................................41

5.1. Kesimpulan ............................................................................................41

5.2. Saran-Saran Pengembangan ..................................................................41

DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................................42

LAMPIRAN A. PETUNJUK PENGGUNAAN ALAT ................................................43

v

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1. Foto Segway ...............................................................................................1

Gambar 2.1. Segway digunakan untuk hiburan ..............................................................3

Gambar 2.2. Balancing Robot .........................................................................................4

Gambar 2.3. Block Diagram Konsep Pengendalian Segway ..........................................5

Gambar 2.4. Foto Penggunaan Sagway Secara Umum ...................................................6

Gambar 2.5. Block Diagram Kontroler Segway ..............................................................6

Gambar 2.6. Sudut Acuan Segway ..................................................................................7

Gambar 2.7. Arah Kecepatan Sudut ................................................................................7

Gambar 2.8. Pengaruh Kondisi Stang .............................................................................8

Gambar 2.9. Block Diagram Metode Kendali .................................................................8

Gambar 2.10. Grafik Hasil Low Pass Filter ....................................................................9

Gambar 2.11. Konsep PWM ..........................................................................................10

Gambar 3.1. Design Mekanik Tampak Bawah dan Belakang .......................................12

Gambar 3.2. Foto Mekanik Yang Telah Direalisasikan .................................................13

Gambar 3.3. Foto Bagian Body .....................................................................................13

Gambar 3.4. Foto Bagian Stang ....................................................................................14

Gambar 3.5. Foto Bagian Roda .....................................................................................14

Gambar 3.6. Foto Bagian Gear .....................................................................................15

Gambar 3.7. Skematik Kontroler ...................................................................................16

Gambar 3.8. Foto Kontroler Yang Telah Direalisasikan ................................................17

Gambar 3.9. Foto Modul Sensor MMA7341L 3-Axis Accelerometer 3/11g ................17

Gambar 3.10. Gambaran Jangkauan Sensor Accelerometer ..........................................18

Gambar 3.11. Modul Sensor L3G4200D 3-Axis Gyro ..................................................19

Gambar 3.12. Design Peletakan Potensiometer .............................................................20

Gambar 3.13. Skematik Potensiometer .........................................................................21

Gambar 3.14. Skematik Driver Motor ...........................................................................22

Gambar 3.15. Foto Motor ..............................................................................................23

Gambar 3.16. Foto Catu Daya .......................................................................................24

Gambar 3.17. Flow Chart Perangkat Lunak ..................................................................25

Gambar 4.1. Grafik Pengujian Accelerometer Dengan Koefisien Filter a=0.95 ...........32


vi


Gambar 4.4. Grafik Pengujian Gyroscope Terhadap Nilai Sudut ..................................34

Gambar 4.5. Grafik Pengujian Gyroscope Terhadap Nilai PID ....................................34

Gambar 4.6. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=75 dan Kd=1.4 ........................35



Gambar 4.9. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=100 dan Kd=1.4 ......................37

Gambar 4.10. Grafik Pengujian PID Dengan Kp=2, Ki=75 dan Kd=2 .........................37

Gambar 4.11. Foto Pengujian Segway di Jalan Miring .................................................39

Gambar A.1. Foto Posisi Saklar ………………………………………………………43

Gambar A.2. Foto Posisi Saat Mulai Naik ……………………………………………43

Gambar A.3. Foto Posisi di Atas Segway …………………………………………….44

Gambar A.4. Foto Segway Maju ……………………………………………………...44

Gambar A.5. Foto Segway Mundur …………………………………………………...45

Gambar A.6. Foto Segway Belok Kiri ………………………………………………..45

Gambar A.7. Foto Segway Belok Kanan ……………………………………………..46

vii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Beban dan Kecepatan .........................................................38

Tabel 4.2. Hasil Pengujian Catu Daya Pada Permukaan Jalan Halus ...........................40

Tabel 4.3. Hasil Pengujian Catu Daya Pada ermukaan Jalan Kasar ..............................40

viii

DAFTAR SIMBOL

g gravitasi bumi

n variabel nomor sampling

Δt perubahan waktu

u[n] sinyal keluaran metode PID

e[n] sinyal error metode PID

Kp Konstanta proporsional

Ki Konstanta integral

Kd Konstanta differensial

y[n] sinyal keluaran filter

x[n] sinyal masukan filter

a koefisien filter

Tc waktu konstan (RC)

Ts waktu sampling

ix

DAFTAR SINGKATAN

PWM Pulse Width Modulation

DC Direct Current

ADC Analog to Digital Converter

I2C Inter Integrated Circuit

dps degree per second

PID Proportional Integral Differential

x

sistem kendali gerak segway berbasis...

Documents