Perpustakaan Digital ITB

Pemanfaatan robot mobile untuk otomatisasi layanan seperti pengantaran buku di perpustakaan memerlukan kontrol gerak yang memungkinkan robot bergerak dengan manuverabilitas tinggi, presisi, dan aman. Pada tugas akhir ini, dirancang algoritma berbagai fungsi gerak, sistem pengontrol gerak, estimasi odometri, dan sistem pengaman pada robot mobile berpenggerak differential drive yang menggunakan dua roda Brushless DC (BLDC) di depan dan dua roda castor di belakang. Robot dikendalikan oleh mikrokontroler ESP32-S3 yang menerima perintah melalui Wi-Fi, mengolah setpoint dengan persamaan kinematika differential drive, dan mengirim perintah kecepatan atau jumlah putaran roda ke driver ODrive. Posisi dan orientasi robot selama bergerak diestimasi melalui perhitungan odometri berdasarkan hasil pengukuran sensor hall, kemudian ditingkatkan akurasinya dengan menggabungkan pengukuran sensor Inertial Measurement Unit (IMU) BNO055 melalui Extended Kalman Filter (EKF). Pengontrol Linear Quadratic Regulator (LQR) kemudian diterapkan pada beberapa fungsi gerak, dan beberapa gerakan dasar disatukan menjadi kontrol sequence untuk dieksekusi secara berurut. Sistem keamanan menggunakan sensor ultrasonik juga diterapkan pada robot dengan menghentikan gerakan robot ketika terdeteksi rintangan. Hasil pengujian menunjukkan bahwa robot mampu melakukan gerakan dasar berupa lurus, pivot, haluan, dan lingkaran, serta gabungan gerakan dasar berupa sequence pivot, dan sequence busur. Model kinematika robot terbukti controllable sehingga robot mampu menjalankan berbagai fungsi gerak dan dapat dikendalikan dengan LQR, tetapi tidak observable secara langsung sehingga estimasi odometri diperlukan untuk dapat mengetahui posisi x, y, dan orientasi robot. Integrasi IMU melalui EKF berhasil meningkatkan akurasi odometri, mengurangi RMSE estimasi terbesar dari 0,412 m (x), 0,505 m (y), 28,972° (yaw), dan 0,381 m/s (kecepatan) menjadi 0,319 m, 0,417 m, 14,432°, dan 0,377 m/s. Pengontrol LQR yang dirancang mampu mengontrol robot mengikuti lintasan setpoint dan memiliki rise time, settling time, dan steady state error yang relatif kecil, meskipun akurasinya menurun pada kecepatan tinggi dan pada radius yang menjauh dari titik penalaan gain. Integrasi sensor ultrasonik berhasil menghentikan robot sebelum menabrak halangan pada kecepatan robot rendah, sedang, maupun tinggi.