DAFTAR ISI
HALAMAN PENGESAHAN
ii
LEMBAR PERNYATAAN
iii
HALAMAN PERSEMBAHAN
iv
KATA PENGANTAR
v
DAFTAR ISI
viii
DAFTAR TABEL
xi
DAFTAR GAMBAR
xii
Intisari
xvii
Abstract
xviii
BAB I
PENDAHULUAN
1
1.1
Latar Belakang Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1
1.2
Rumusan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2
1.3
Batasan Masalah . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.4
Maksud dan Tujuan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.5
Metode Penelitian . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4
1.6
Sistematika Penulisan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
viii
ix
BAB II DASAR TEORI
6
2.1
Mobile Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
2.2
Navigasi pada Mobile Robot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.3
Localization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
2.4
Sensor IMU 10 DOF DFRobot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.4.1
Sensor Gyroscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
2.4.2
Sensor Accelerometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.5
Mikrokontroller Mbed NXP LPC1768 . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.6
Kalman Filter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.7
Frame Sensor dan Frame Bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.8
Transformasi Koordinat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
BAB III PERANCANGAN SISTEM
22
3.1
Perancangan Secara Umum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.2
Rangkaian Skematik Sensor IMU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.3
Rangkaian Modul Localization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.4
Pengaturan dan Program Inisialisasi Sensor . . . . . . . . . . . . . . 28 3.4.1
Pengaturan dan Program Inisialisasi Sensor Gyroscope . . . . 29
3.4.2
Pengaturan dan Program Inisialisasi Sensor Accelerometer . . 30
3.5
Program Pembacaan Data Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.6
Program Pembacaan Data Sensor Gyroscope . . . . . . . . . . . . . . 32
3.7
Program Pembacaan Data Sensor Accelerometer . . . . . . . . . . . . 33
x
3.8
Program Kalibrasi Offset Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.9
Kompensator Gravitasi pada Data Sensor Accelerometer . . . . . . . 35
3.10 Model Sistem Untuk Data Sensor Gyroscope . . . . . . . . . . . . . . 36 3.11 Model Sistem Untuk Data Sensor Accelerometer . . . . . . . . . . . 40 3.12 Zero Velocity Compensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1
46
Pembacaan Data Sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 4.1.1
Pembacaan Data Sensor Gyroscope . . . . . . . . . . . . . . 46
4.1.2
Pembacaan Data Sensor Accelerometer . . . . . . . . . . . . 48
4.2
Pengujian Kompensator Gravitasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.3
Pengujian Kalman Filter untuk Data Sensor Gyroscope . . . . . . . . 58
4.4
Pengujian Kalman Filter untuk Data Sensor Accelerometer . . . . . . 64
4.5
Pengujian Localization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
74
5.1
Kesimpulan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.2
Saran . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
DAFTAR PUSTAKA
77
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Hasil pengujian Kalman Filter untuk data sensor Gyroscope . . . 63 Tabel 4.2 Hasil pengujian Kalman Filter untuk data sensor Accelerometer . 69
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1
Robot Curiosity untuk menjelajah Mars . . . . . . . . . . . .
Gambar 2.1
Salah satu Mobile Robot di udara (kiri), di darat (tengah),
1
dan air (kanan) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6
Gambar 2.2
Sensor IMU 10 DOF dari DFRobot . . . . . . . . . . . . . .
9
Gambar 2.3
Sensor Gyroscope pada IMU 10 DOF dari DFRobot (kotak merah) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Gambar 2.4
Sensor Accelorometer pada IMU 10 DOF dari DFRobot (kotak merah) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
Gambar 2.5
MIkrokontroller Mbed NXP LPC1768 . . . . . . . . . . . . 12
Gambar 2.6
Antarmuka pada Mbed NXP LPC176
Gambar 2.7
Proses rekursif untuk Kalman Filter . . . . . . . . . . . . . . 16
Gambar 2.8
Frame sensor (merah) dan frame sensor bumi (biru) . . . . . 17
Gambar 2.9
Rotasi frame sensor (merah) pada sumbu X frame sensor bu-
. . . . . . . . . . . . 12
mi (biru) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Gambar 2.10 Rotasi frame sensor (merah) pada sumbu Y frame sensor bumi (biru) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Gambar 2.11 Rotasi frame sensor (merah) pada sumbu Z frame koordinat sensor bumi (biru) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 Gambar 3.1
Blok diagram modul localization Mobile Robot secara umum
xii
22
xiii
Gambar 3.2
Diagram alir program pada Mikrokontroller Mbed NXP LPC1768 23
Gambar 3.3
Rangkaian skematik sensor IMU 10 DOF dari DFRobot . . . 25
Gambar 3.4
Rangkaian skematik untuk modul localization . . . . . . . . 26
Gambar 3.5
Pengatur tegangan pada rangkaian modul . . . . . . . . . . . 26
Gambar 3.6
Mikrokontroller pada rangkaian modul . . . . . . . . . . . . 27
Gambar 3.7
Konektor Pinhead pada Rangkaian Modul . . . . . . . . . . 27
Gambar 3.8
Pengaturan Bandwidth Low Pass Filter dengan Frekuensi Internal Gyroscope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Gambar 4.1
Pengujian pembacaan data sensor Gyroscope dan Accelerometer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Gambar 4.2
Raw data sensor Gyroscope pada sumbu X, Y, dan Z . . . . . 47
Gambar 4.3
Data sensor Gyroscope pada sumbu X, Y, dan Z tanpa kalibrasi offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Gambar 4.4
Data sensor Gyroscope pada sumbu X, Y, dan Z dengan kalibrasi offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Gambar 4.5
Raw data Accelerometer pada Sumbu X, Y, dan Z . . . . . . 49
Gambar 4.6
Data sensor Accelerometer pada sumbu X, Y, dan Z tanpa kalibrasi offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Gambar 4.7
Data Accelerometer pada Sumbu X, Y, dan Z dengan pengurangan offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Gambar 4.8
Perputaran sensor sebesar 90◦ pada sumbu X frame bumi . . 52
xiv
Gambar 4.9
Data sensor Accelerometer tanpa Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu X frame bumi . . . . . . . 52
Gambar 4.10 Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu X frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Gambar 4.11 Data sensor Accelerometer dengan Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu X frame bumi . . . . . . 53 Gambar 4.12 Perputaran sensor sebesar 90◦ pada sumbu Y frame bumi . . 54 Gambar 4.13 Data sensor Accelerometer tanpa Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Y frame bumi . . . . . . . 54 Gambar 4.14 Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Y frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Gambar 4.15 Data sensor Accelerometer dengan Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Y frame bumi . . . . . . 55 Gambar 4.16 Perputaran sensor sebesar 90◦ pada sumbu Z frame bumi . . . 56 Gambar 4.17 Data sensor Accelerometer tanpa Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Z frame bumi . . . . . . . . 56 Gambar 4.18 Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Z frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Gambar 4.19 Data sensor Accelerometer dengan Kompensator Gravitasi saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Z frame bumi . . . . . . 57 Gambar 4.20 Rotasi sensor sebesar 90◦ pada sumbu X frame bumi . . . . . 58
xv
Gambar 4.21 Roll, Pitch, dan Yaw tanpa Kalman Filter saat sensor diputar 90◦ pada sumbu X frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Gambar 4.22 Roll, Pitch, dan Yaw dengan Kalman Filter saat sensor diputar 90◦ pada sumbu X frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . 59 Gambar 4.23 Rotasi sensor sebesar 90◦ pada sumbu Y frame bumi . . . . . 60 Gambar 4.24 Roll, Pitch, dan Yaw tanpa Kalman Filter saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Y frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Gambar 4.25 Roll, Pitch, dan Yaw dengan Kalman Filter saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Y frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . 61 Gambar 4.26 Rotasi sensor sebesar 90◦ pada sumbu Z frame bumi . . . . . 61 Gambar 4.27 Roll, Pitch, dan Yaw tanpa Kalman Filter saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Z frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Gambar 4.28 Roll, Pitch, dan Yaw dengan Kalman Filter saat sensor diputar 90◦ pada sumbu Z frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . 62 Gambar 4.29 Perpindahan linear sensor sejauh 10 cm pada sumbu X frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Gambar 4.30 Posisi X, Y, dan Z tanpa Kalman Filter saat sensor digerakkan sejauh 10 cm pada sumbu X frame bumi . . . . . . . . . . 65 Gambar 4.31 X, Y, dan Z dengan Kalman Filter saat sensor digerakkan sejauh 10 cm pada sumbu X frame bumi . . . . . . . . . . . 66 Gambar 4.32 Perpindahan linear sensor sejauh 10 cm pada sumbu Y frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
xvi
Gambar 4.33 Posisi X, Y, dan Z tanpa Kalman Filter saat sensor digerakkan sejauh 10 cm pada sumbu Y frame bumi . . . . . . . . . . 67 Gambar 4.34 Posisi X, Y, dan Z dengan Kalman Filter saat sensor digerakkan sejauh 10 cm pada sumbu Y frame bumi . . . . . . . 67 Gambar 4.35 Perpindahan linear sensor sejauh 10 cm pada sumbu Z frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Gambar 4.36 Posisi X, Y, dan Z tanpa Kalman Filter saat sensor digerakkan sejauh 10 cm pada sumbu Z frame bumi . . . . . . . . . . 68 Gambar 4.37 Posisi X, Y, dan Z dengan Kalman Filter saat sensor digerakkan sejauh 10 cm pada sumbu Z frame bumi . . . . . . . . 69 Gambar 4.38 Cara pengujian lokalisasi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Gambar 4.39 Arah sensor pada frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Gambar 4.40 Posisi sensor pada frame bumi . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Gambar 4.41 Jalur hasil perhitungan sensor (biru), dan jalur yang seharusnya ditempuh sensor (hijau) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
