# Optimasi Kendali PID pada Robot Line Follower: Analisis Mekanika dan Kecepatan Motor DC

## Nama Kelompok
* M Rakan Bagus / 1103213162
* Rizki Ramadhan / 1103213091
* M Jibran Hady / 1103210132
* Muhammad Irfan Al Rasyid /1103200080
* M. Jamil Al Munawar /1103213175
## Daftar Isi
[TOC]

**[CLO 4]** Memiliki kemampuan untuk menganalisis sistem kendali loop tertutup pada kondisi transien dan steady state untuk melihat performansinya.
**[CLO5]** Memiliki kemampuan merancang sistem kendali motor DC.

## Pendahuluan
Perkembangan Teknologi dan otomasi industri yang semakin pesat, canggih dan modern mendorong manusia untuk memenuhi kebutuhan hidupnya dengan cepat, tepat dan efisien. Salah satu teknologi yang berkembang saat ini adalah teknologi di bidang robotika. Banyak negara maju seperti Jepang, Amerika, Inggris dan Jerman yang menciptakan berbagai jenis robot untuk membantu dan mempermudah pekerjaan manusia di masa depan. Salah satu jenis robot yang banyak diciptakan adalah robot line follower dengan berbagai keistimewaan yang dimilikinya.

Robot line follower merupakan suatu jenis robot bergerak (mobile robot) yang mengikuti suatu garis pandu yang telah dibuat pada bidang lintasan. Garis yang dimaksud adalah garis berwarna hitam diatas permukaan berwarna putih atau sebaliknya, ada juga lintasan dengan warna lain dengan permukaan yang kontras dengan warna garisnya. Robot line follower telah dilengkapi sensor IR untuk mendeteksi warna garis pada bidang lintasan. Sensor IR terdiri dari LED (Light Emiting Diode) dan sensor photodiode. Dimana LED akan memancarkan cahaya dan pantulan cahayanya akan diterima oleh sensor photodiode sehingga ada perubahan tegangan yang di deteksi oleh sensor.

Tujuan dari tugas besar ini adalah untuk merancang dan mengimplementasikan robot line follower yang dapat mengikuti garis hitam dengan optimal. Robot line follower yang optimal harus memenuhi kriteria berikut:

o Presisi: Robot harus dapat mengikuti garis hitam dengan presisi tinggi, bahkan saat melewati tikungan tajam atau jalur berkelok.
o Kecepatan: Robot harus dapat bergerak dengan kecepatan konstan, baik saat berbelok maupun saat lurus.
o Stabilitas: Robot harus dapat bergerak dengan stabil, tidak goyang atau oleng.
o Responsif: Robot harus dapat bereaksi cepat terhadap perubahan di sekitarnya, seperti perubahan arah garis atau hambatan yang tiba-tiba.

Untuk memenuhi kriteria-kriteria tersebut, kami akan menggunakan sistem kendali loop tertutup PID dan pengoptimalan komponen mekanik.

## Rancangan Sistem Kendali Loop Tertutup PID
1. **Teori Pendukung dan Metode:**
* **Kendali Loop Tertutup:**
Close loop atau sistem kontrol tertutup adalah suatu sistem kontrol yang menggunakan umpan balik (feedback) untuk mengukur dan membandingkan output sistem dengan referensi atau setpoint yang diinginkan. Pada robot line follower, sistem kontrol tertutup digunakan untuk memastikan robot dapat mengikuti garis dengan akurat dan responsif terhadap perubahan kondisi di sekitarnya.
* **keunggulan PID:**
PID (Proporsional, Integral, Derivatif) adalah metode kontrol yang umum digunakan dalam sistem kontrol otomatis. Pada robot line follower, PID digunakan untuk mengatur kecepatan atau arah gerakan robot agar tetap berada pada lintasan garis. Dengan menggunakan PID dalam sistem kontrol tertutup pada robot line follower, kita dapat mengatur kecepatan dan arah gerakan robot sehingga dapat mengikuti garis dengan akurat.
2. **Gambar Close Loop System:**
* **Diagram Block:**

3. **Sensor dan Aktuator:**
* **Sensor IR:**
Sensor IR adalah komponen penting dari robot line follower. Sensor ini digunakan untuk mendeteksi garis hitam pada jalur yang diikuti oleh robot. Sensor IR terdiri dari dua komponen utama, yaitu:
a) LED (Light Emitting Diode) yang berfungsi untuk memancarkan cahaya
b) Sensor photodiode yang berfungsi untuk mendeteksi cahaya.

Cara kerja sensor IR dapat dijelaskan sebagai berikut:
Pada robot line follower, LED memancarkan cahaya ke sekitar jalur yang diikuti oleh robot, menyebarkan cahaya ke segala arah termasuk arah jalur tersebut. Cahaya yang dipantulkan oleh jalur kemudian diterima oleh sensor photodiode. Sensor photodiode bertugas mengubah cahaya yang diterima menjadi sinyal listrik. Kesimpulannya bahwa semakin besar intensitas cahaya yang diterima oleh sensor, semakin kuat sinyal listrik yang dihasilkan. Sinyal listrik yang dihasilkan oleh sensor photodiode selanjutnya diproses oleh mikrokontroler. Mikrokontroler memiliki peran krusial dalam menentukan posisi robot berdasarkan intensitas sinyal listrik yang diterima dari sensor photodiode. Dengan menggunakan informasi ini, mikrokontroler dapat membuat keputusan yang dibutuhkan untuk menjaga robot berada pada jalur yang ditentukan.
* **Aktuator : Motor DC dan L298N Motor Driver**
Motor DC sebagai aktuator utama, dikendalikan oleh L298N Motor Driver. Kontroler PID mengirimkan sinyal kontrol ke L298N Motor Driver untuk mengatur kecepatan dan arah putaran motor. L298 adalah IC yang dapat digunakan sebagai driver motor DC. IC ini menggunakan prinsip kerja H-Bridge. Tiap H-Bridge dikontrol menggunakan level tegangan TTL yang berasal dari output mikrokontroler.
4. **Hubungan-hubungan:**
* **Integrasi Informasi:**
Integrasi antara LED, sensor photodiode, dan mikrokontroler merupakan sistem yang bekerja sama untuk memastikan navigasi yang tepat dan presisi pada lintasan yang diikuti oleh robot line follower.

## Mekanik Motor DC
Berisi Teori fungsi transfer dan mekanisme daya yang digunakan pada project yang dibuat.
Penjelasan tentang bentuk type mekanik yang digunakan.

1. **Teori Fungsi Transfer:**
Cara kerja pengkonversian energi yang terdapat pada motor DC Robot Line Follower terjadi melwati beberapa tahap. Tahap pertama yaitu energi listrik dari baterai dengan total 19 V disuplai ke motor DC, yang kemudian dikonversikan menjadi energi mekanik pada rotor dan poros motor DC. Selanjutnya, melalui sistem pengaturan, energi mekanik tersebut diarahkan ke roda untuk menggerakkan mobil sesuai dengan garis yang dideteksi oleh sensor.

2. **Mekanisme daya:**
Penerapan Motor DC:
Motor DC digunakan sebagai komponen penggerak utama untuk menjalankan masing masing 1 roda yang terhubung ke sensor, sensor terhubung dengan arduino yang sudah diberi codingan. Sensor mendeteksi garis hitam yang membuat motor dc berhenti berputar/berkerja setelah sensor mendeteksi garis hitam tersebut. Dan kembali berjalan setelah menemukan garis hitam kembali.

Daya yang Diperlukan:
Konsumsi Daya yang di perlukan untuk menggerakan kedua motor jika keduanya menggunakan daya max loadnya.
Tegangan (V)* Arus (A)
= 12V * 0.25 A
= **3 Watt**
Pada Robot Line Follower, menggunakan 2 motor DC maka total daya yang digunakan yaitu 3 Watt x 2 = 6 Watt.

3. **Motor DC**
Motor DC yg digunakan adalah jenis motor dc 1:48,motor ini yaitu motor listrik yang sering digunakan dalam aplikasi robotika, khususnya pada robot line follower. Motor ini menggunakan arus searah (DC) untuk menghasilkan gerakan, dan keistimewaannya terletak pada perbandingan 1:48 antara putaran output dan putaran motor. Artinya, untuk setiap 48 putaran motor, roda keluaran akan berputar satu kali. Kecepatan tinggi yang dapat diatur membuat motor DC cocok untuk Robot Line Follower, sementara perbandingan gearbox 1:48 memungkinkan motor menghasilkan torsi yang tinggi dengan kecepatan yang lebih rendah. Gearbox, atau roda gigi, berperan penting dalam mengubah kecepatan putaran motor dan meningkatkan torsi yang diberikan pada roda keluaran. Dalam konteks robot line follower, kontrol presisi terhadap kecepatan dan torsi sangat kritis, dan perbandingan 1:48 pada motor DC memberikan solusi yang efektif untuk memenuhi kebutuhan tersebut.
* **Spesifikasi :**
-Motor DC :
-Tegangan: 6 - 12 V
-Arus: 70 mA (typical) - 250 mA (max)
-Kecepatan: hingga 200 RPM
-Torsi: hingga 0.8 Kg /Cm
-Rasio gear: 1:48
-Dimensi motor: 2.76in x 1.46in x 0.87in (7cm x 3.7cm x 2.2cm)

## Analisis Mekanika
Ng = N2/N1 = 24 /8 = 3
Untuk mengetahui rasio gear dari dua ukuran gear yang berbeda kita bisa temukan dengan cara membagi jumlah gigi dari gear 2 dan juga gear 1 yang mana hasilnya yaitu rasio 2 gear ukuran yang berbeda tersebut.

### Pengukuran Mekanika Gear
Pada percobaan yang dilakukan terjadi sebuah perubahan posisi Driven Gear sebesar ½ dari 360 derajat, jadi ketika driver gear menggerakan driven gear terjadi perubahan sebesar ½ x 360 derajat = 180 derajat
, lalu ada percobaan kedua dilakukan sebuah penukaran yaitu driven gear memakai gear besar dan driver gear memakai gear kecil, setelah dilakukan percobaan mendapatkan hasil 1 ½ x 360 dengan hasil akhir 540 derajat
### Analisis Kecepatan Motor Terhadap Beban
Torsi yang dihasilkan oleh sebuah gear cenderung meningkat seiring dengan penurunan ukuran gear. Oleh karena itu, menggunakan gear kecil sebagai driver gear dapat memberikan torsi yang lebih besar, yang dapat menguntungkan dalam beberapa situasi. Dengan torsi yang lebih besar, gear tersebut dapat lebih efektif menangani beban atau rintangan pada lintasan. Namun, perlu diingat bahwa pemilihan antara gear kecil atau besar juga harus mempertimbangkan faktor lain seperti rasio perbandingan gear dan kecepatan yang diinginkan dalam aplikasi tertentu

## Hasil dan Saran
**1. Hasil**
Hasil yang diperoleh pada beberapa percobaan pengujian Robot Line Follower ini DC Motor dapat bergerak ,tetapi masih ada kesalahan pada saat melakukan konfigurasi dengan sensor IR dan juga DC motornya.
**2. Saran**
Sistem ini masih perlu melakukan banyak perbaikan seperti konfigurasi pada sensor IR yang terhubung dengan DC Motor yang membuat Robot Line Follower ini berjalan ataupun bekerja dengan benar lagi kedepannya.
## Referensi
Web Akses
https://www.muhilham.com/2018/01/line-follower-robot-using-pid-control.html
https://teknikelektronika.com/pengertian-motor-dc-prinsip-kerja-dc-motor/
Jurnal
Pengontrolan Kecepatan Mobile Robot Line Follower Dengan Sistem Kendali PID (https://www.researchgate.net/publication/329002182_Pengontrolan_Kecepatan_Mobile_Robot_Line_Follower_Dengan_Sistem_Kendali_PID)

## Link Youtube
https://youtu.be/d1jxeePOdBM?si=1Pmp7k6wy6ToDVr2
## Rubrik Penilaian

| Penilaian Indikator Ketercapaian CLO | Bobot |
| -------- | -------- |
| Mahasiswa mampu mengevaluasi dan optimasi sistem kendali PID (soal CLO 4). | 50 % |
| Mahasiswa mampu mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC (soal CLO 5) | 50% |

## Kriteria Nilai

| 65-80 | 50-65 | 80-100 | 40-50 | 0-40 |
| ----- | ----- | ------ | ----- | ---- |
| CLO 4 | | | | |
|Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik, merancang sistem kendali PID, hingga mengevaluasi dan optimasi sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik, merancang, dan mengevaluasi sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik dan merancang sistem kendali PID. |Mampu menjelaskan konsep kendali umpan balik dan PID, tetapi kesulitan dalam merancang dan mengevaluasi sistem kendali PID. |Kesulitan dalam menjelaskan konsep kendali umpan balik dan PID. |
| CLO 5 | | | | |
|Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik, serta mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik, tetapi kesulitan dalam mendemonstrasikan sistem mekanisme transfer daya sederhana menggunakan gear dan motor DC. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya, menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor, tetapi kesulitan dalam menjelaskan cara kerja dan karakteristik motor listrik. |Mampu mendapatkan fungsi transfer sistem dari mekanisme transfer daya dan menganalisis hubungan antara torsi dan kecepatan motor. |Tidak dapat menentukan satu langkah pun untuk menjelaskan mengenai mekanisme transfer daya. |