Autonomous Unmanned Survace Vehicle (USV) berbasis Fuzzy-PID dan Bezier Curvature-continous Sharp Corner Algorithm

MUHAMMAD ASROFI, Dr.Eng. Adha Imam Cahyadi, S.T., M.Eng;Ir. Oyas Wahyunggoro M.T., Ph.D

2018 | Tesis | S2 Teknik Elektro

Unmanned Surface Vehicle (USV) merupakan robot yang mampu berjalan diatas permukaan air secara otomatis dengan cara memberikan titik referensi yang diinginkan. Robot ini berjalan dengan membandingkan sensor GPS sebagai referensi titik tujuan dan juga sensor IMU sebagai sensor yang memberikan data referensi orientasi dari USV itu sendiri. Permasalahan yang muncul dari sebuah USV adalah ketika robot berjalan diatas air yang bergelombang. Hal ini akan mempengaruhi USV dalam melakukan maneuver. Hal terburuk yaitu terjadinya USV terbalik yang mengakibatkan elektronika rusak dikarenakan pada umumnya mekanis USV belum dirancang untuk situasi seperti ini. Permasalahan lainnya yaitu terjadinya offset terhadap garis referensi tujuan USV ketika terjadi perpotongan antara dua line yang membentuk sudut sempit / <90 derajat. Pada penelitian ini, dilakukan perbaikan terhadap masalah tersebut dengan menggunakan sistem rotating thruster. Sistem rotating (Gimbal) akan membantu USV melakukan maneuver, selain itu, dengan komponen elektronika yang kedap air, apabila USV terbalik, maka secara mekanis akan berputar menuju sumbu semula dan elektronika akan aman dari kemungkinan terjdinya short terhadap air. Sistem IMU menggunakan Kalman Filter sebagai metode untuk mengurangi noise yang ditimbulkan sensor. Perbaikan selanjutnya yaitu dengan metode Bezier Curve, akan mengurangi offset terhadap jalur waypoint yang terlalu besar dikarenakan metode ini membentuk kurva terhadap sudut sempit dan juga dikombinasikan dengan kontrol Fuzzy-PID untuk dapat mengatasi kelemahan dari PID konvensional tanpa perbaikan parameter terhadap kondisi terkini saat melakukan gerakan. Hasil yang diperoleh yaitu bahwa dengan metode Kalman memperoleh RMSE sebesar 0.18 derajat lebih kecil disbanding dengan filter complementary yang menghasilkan RMSE 0.308 derajat. metode control Fuzzy-PID menghasilkan RMSE sebesar 1.93373 derajat. dengan sistem rotating thruster mampu meminimalisir error pada sudut roll sebesar 25 derajat. Kurva Bezier mampu meminimalisir error offset terhadap sudut <90 derajat sebesar 9.56 meter dengan selisih waktu selama 79 detik ketika dibandingkan dengan tanpa menggunakan metode Bezier Curve.

Unmanned Surface Vehicle (USV) is a robot that can automatically operates on water surface by giving reference point. This robot operate by comparing Global Positioning System (GPS) as reference of objective point and Inertial Measurement Unit (IMU) as sensor which gives USVs orientation. One of problems that will happen from USV is when it operates on the wavy water surface. It can disturb USVs maneuver. Furthermore, the worst thing that can be flipped and the electronic will be broken. Error toward USVs objective reference can probably be another problem when crossing between two lines which makes sharp corner occurs. In this research, the problems above is solved by implementing rotating thruster system. Rotating system will enhance maneuver stability and it can mechanically flips USV to normal condition. More over, kalman filter that implemented on the system is used to decrease noise from IMU. The other improvement to decrease error from waypoints line is combining Fuzzy-PID control and Bezier curve. Due to Bezier curve ability to make curve in sharp corner. There are several conclusions from this research. First, Kalman filter gives 0.18 RMS lower than complementary which has 0.308 RMSE. Fuzzy-PID produces 1.933 degree of error, better than the other control method which are used in this research such as proportional, PID and Fuzzy. And than by implementing rotating thruster system, error reduces 25 degree and also can be operated to next task when it was flipped. The last, Bezier curves minimizes offset from waypoint in amount 9.56 m with 79s offset of times when it compares with system without Bezier curve method.

Kata Kunci : USV, Kalman Filter, Rotating Thruster, Bezier Curve, Fuzzy-PID