Fuzzy Logic Untuk Navigasi Robot (Bagian I)

Seperti apa yang pernah diucapkan almarhum buyut :D:

The only source of knowledge is experience

Albert Einstein

Saya ingat bagaimana saya membuat robot pertama kali dengan pengetahuan nol dalam bidang robotika dan juga elektronik. Meskipun banyak buku, artikel dan tutorial yang membahas bagaimana membuat robot dari awal, rasanya hanya akan membuat bingung dengan segudang referensi tanpa mengotori tangan dengan solder dan coding. Akhirnya saya lupakan referensi dan mengingat sebagaian referensi yang masih menyangkut di otak. Ini saatnya memakai otak untuk sedikit berpikir dan berimajinasi. Jadi teringat pesan buyut :

Any man who reads too much and uses his own brain too little falls into lazy habits of thinking.

Albert Einsten.

Berhubung robot yang dibuat hanya sebatas tugas lab, maka saya tidak memprioritaskan untuk membuatnya istimewa. Cukup bekerja sesuai deskripsi yang diminta. Apabila saya mengingat robot itu, saya tertawa membayangkan baris program yang sangat sederhana sekali, tapi beberapa orang melihatnya cukup serius :D. Mungkin ini juga sering terjadi apabila Anda belajar bahasa pemrograman dan sebulan kemudian melihat program Hello World. Tadinya saya berniat menaruh skematik beserta program di tulisan ini, tapi filenya entah di mana.. :D. Robot yang saya buat ini adalah light seeking, hanya menggunakan 3 LDR. Kalau tidak salah ada koran yang memuatnya (he2.. narsis).

Robot kedua yang saya buat dibuat untuk mengikuti kontes robot line follower di kampus, kontes perdana.
Masih dengan pengetahuan yang sangat minim dan agak sotoy (karena menganggap enteng) dan masih acuh terhadap sistem kontrol, maka yang terbesit saat itu hanya teknik kontrol ON-OFF. Teknik kontrol seperti ini masih bisa di terapkan di arena tak bersimpang, namun arena yang digunakan banyak terdapat simpangan, sehingga dibutuhkan teknik kontrol
yang dapat mentolelir gain motor. Hal yang pertama di lakukan adalah melakukan pendataan kondisi sensor pada garis dan menentukan aksi terhadap kondisi tersebut. Pada robot tersebut digunakan 5 sensor dengan susunan sebagai berikut :

(4)___(3)_(2)_(1)___(0)

Angka tersebut menunjukkan urutan pin pada port mikrokontroller. Untuk nilai binary dengan 4 variabel (sensor) memliki kemunkinan nilai unik (kondisi sensor) sebanyak 2^4 = 16. Tidak semua kondisi digunakan. Adapun kondisi yang perlu diprioritaskan untuk mendapatkan aksi adalah :

—————————————————-
4 | 3 | 2 | 1 | 0 | Aksi
—————————————————-
x | 0 | 1 | 0 | x | Maju
x | 1 | 1 | 0 | x | Serong kiri
x | 1 | 0 | 0 | x | banting kiri
x | 0 | 1 | 1 | x | serong kanan
x | 0 | 0 | 1 | x | banting kanan
x |1 | 1 | 1 | x | Maju
——————————————————
1 menunjukkan sensor berada pada garis.
Pengaturan jarak antar sensor disini memungkinkan 2 atau 3 sensor mengenai garis. Dengan mengabaikan sensor paling kiri (4) dan kanan (0) dan menggunakan aksi sesuai tabel, robot saya dapat berjalan cukup smooth mengikuti garis lurus. Bila terdapat jalur berupa huruf L, sensor (0) dan (4) bisa membantu. Kontrol yang digunakan hanya proportional
saja, yaitu pemberian PWM motor. Apabila diinginkan pergerakan yang lebih smooth bisa menambah kontrol derivative. Mendapatkan nilai konstanta proportional yang tepat adalah melalui test berulang kali. Ini seperti melakukan mapping input sensor terhadap output PWM motor. Nilai input disini sangat sederhana jadi tidak perlu menggunakan fuzzy logic. Beberapa orang menyebutnya dengan table lookup. Oia ini video robotnya, cupu abis :

http://www.youtube.com/v/ks1zYPqFcEI

Apabila ada yang tertarik ini source codenya. Saya bukan programmer sekelas Kel, jadi masih banyak menggunakan delay. Rutin utama yang perlu diperhatikan adalah rutin scan :scan:
mov a,p1
anl a,#0eh
jz cekKiKamov p2, #66h
mundur: ;serkan / serkir / maju, 0,6,c,e
mov B, A
movc A,@A+dptr
mov pwmKi, A
mov A, B
inc A
movc A,@A+dptr
mov pwmKa, A
ret

mundur_:mov p2, #3Ch
sjmp mundur

cekKiKa:jnb sKiLuar,_kanan
_kiri: mov pwmKi,#40h
mov pwmKa,#50h
mov p2, #36h
ret

_kanan: jnb sKaLuar,mundur_
mov pwmKi,#50h
mov pwmKa,#40h
mov p2, #6Ch
ret

Pemanggilan rutin scan secara otomatis akan memandu robot untuk mengikuti track putih tanpa mempedulikan simpangan. Pertama-tama kontroler akan membaca kondisi sensor saat itu nilai sensor akan menentukan alamat pengambilan data PWM motor. Penggunaan instruksi ‘anl a,#0eh’ akan membaca 3 sensor tengah (sesuai dengan susunan sensor yang saya jelaskan di atas). Instruksi ‘jz cekKiKa’ akan mengecek nilai accumulator, apabila ‘0′ maka sensor paling ujung (0 & 4) akan dicek. Jika ada salah satu dari sensor (0) atau (4) mengenai track putih (memberikan logik ‘1′) maka robot akan spin ke arah sensor bernilai ‘1′ tersebut. Ini berguna untuk track yang memiliki belokan berbentuk huruf L. Jika 3 sensor tengah memberikan nilai ‘0′ dan tidak ada sensor (0) dan (4) yang memberikan logik ‘1′ maka robot akan mundur. Ini kurang efektif, jika saya berpikir sekarang, untuk digunakan sebenarnya. Sayangnya, rutin ini hanya bisa diimplemetasikan pada jalur lurus. Ada paper menarik, Penggunaan Kombinasi Sensor Array Depan dan Belakang pada Robot Pengikut Garis (Kasus Robot Otomatis ASKAF-i), yang menggunakan tambahan sensor belakang dalam kombinasi sensor Array. Jika Anda menginginkan navigasi line tracking yang lebih robust, paper ini dapat dijadikan acuan. Jika jalur yang digunakan tidak lurus, terdapat jalur melengkung, ada baiknya melihat robot ini.
Robot yang saya kerjakan saat ini (sudah selesai seminggu yang lalu) menggunakan fuzzy logic untuk navigasinya, baik untuk wall following (mengikuti dinding) dan obstacle avoidance (menghindari dinding). Karena menggunakan sensor ultrasonic, data untuk satu sensor tidak lagi berupa biner. Biner dalam bahasa pemrograman tingkat tinggi dapat di padankan sama halnya dengan tipe data boolean (true atau false). Engineer melihatnya sebagai level tegangan, apabila bekerja dengan komponen logika, yang mempresentasikan 0 atau 5 V. Tapi tidak absolut 0 atau 5 (tergantung spesifikasi komponen tersebut). Misal jika sebuah sensor memberi masukan 5 V, program melihatnya sebagai ‘1′ atau true, yang mengindikasikan sensor menangkap adanya objek yang berdekatan. Bila tidak objek yang menghalangi sensor dalam batas toleransinya, maka akan dihasilkan tegangan 0 V, dimana program merepresentasikan nya sebagai ‘0′ atau false. Secara sederhana program dapat di tulis seperti ini :

if (sensor==1) {
aksi(1); //aksi yang dilakukan sistem bila ada objek
} else {
aksi(0); //aksi yang dilakukan sistem bila tidak ada objek
}

Dalam teknik kontrol, ini termasuk kontrol ON-OFF. Bagaimana bila sistem yang kita inginkan dapat melakukan aksi yang berbeda untuk jarak yang sangat jauh, jarak jauh, sedang, cukup dekat dan dekat. Mungkin ini saatnya menggunakan Fuzzy logic. Teori fuzzy logic dipropose oleh seorang ahli matematika bernama Lotfi Zadeh pada tahun 1973. Sebelumnya Zadeh memperkenalkan teori fuzzy set pada tahun 1965.

Bersambung … (Ntar lagi ya lanjutinnya, banyak image nya soalnya bagian ke-II)

Referensi :

http://gedex.web.id/archives/2007/05/24/fuzzy-logic-untuk-navigasi-robot-bagian-i/