tkc225 2012 kuliah 4 aktuator robot1

Aktuator Robot(Beroda)

@2012, Eko DidikWidianto

Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Aktuator Robot (Beroda)TKC306 - Robotika

Eko Didik Widianto

Sistem Komputer - Universitas Diponegoro



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Review Kuliah

� Pembahasan tentang aktuator robot beroda

� Motor DC: magnet permanen, stepper, brushless,servo

� Teknik PWM (modulasi lebar pulsa)� Motor direct drive� Motor linear� Aktuator pneumatik dan hidrolik

� Referensi:

1. Thomas Braunl, Embedded Robotics: Mobile RobotDesign and Application with Embedded Systems,Bab 3

2. Appin Knowledge Solutions, Robotics, Bab 33. Endra Priwarno, Robotika Desain, Kontrol dan

Kecerdasan Buatan, Bab 2.64. Sumber lain yang relevan



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Kompetensi Dasar

Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa akan mampu

1. [C5] memilih aktuator untuk robot beroda berdasarkan aplikasirobotnya: motor DC, motor Stepper, Motor DC Brushless, danmotor DC servo

2. [C3] mengaplikasikan teknik PWM Analog dan PWM Software

3. [C3] mengaplikasikan motor DC Direct Drive, dan menjelaskanfungsi dari Motor Linier

4. [C3] mengaplikasikan aktuator pneumatik dan hidrolik



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Bahasan

Aktuator

Aktuator TranslasiAktuator PneumatikAktuator HidrolikAktuator Selenoid

Motor DCModel Motor DCRating dan PerformansiKontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Aktuator

� Aktuator: peralatan mekanis untuk menggerakkan ataumengontrol sebuah mekanisme atau sistem

� Mengkonversikan besaran listrik menjadi besaran lainnya(umumnya meanik)Misalnya: arus listrik menjadi kecepatan sudut pada motorDC

� Fungsi:

� Penghasil gerakan rotasi dan/atau translasi� Robot beroda: aktuator berbasis motor� Aktuator dimodelkan secara linear, riil? nonlinier

� Jenis tenaga penggerak pada aktuator

� tenaga elektrik: selenoid, motor DC. Mudah diatur dengantorsi kecil sampai sedang

� tenaga hidrolik: torsi besar, konstruksi sukar� tenaga pneumatik: sukar dikendalikan� lainnya: piezoelektrik, magnetik, ultrasound



Aktuator

Aktuator TranslasiAktuator Pneumatik

Aktuator Hidrolik

Aktuator Selenoid

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Bahasan

Aktuator



Motor Stepper

Motor Servo



Aktuator


Aktuator Hidrolik

Aktuator Selenoid

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Aktuator Pneumatik

� Air-to-close/spring-to-open

Appin Knowledge Solutions, Robotics



Aktuator


Aktuator Hidrolik

Aktuator Selenoid

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Kontrol Aktuator Pneumatik




Aktuator


Aktuator Hidrolik

Aktuator Selenoid

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Bahasan

Aktuator



Motor Stepper

Motor Servo



Aktuator


Aktuator Hidrolik

Aktuator Selenoid

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Aktuator Hidrolik




Aktuator


Aktuator Hidrolik

Aktuator Selenoid

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Bahasan

Aktuator



Motor Stepper

Motor Servo



Aktuator


Aktuator Hidrolik

Aktuator Selenoid

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Aktuator Selenoid Elektrik




Aktuator


Aktuator Hidrolik

Aktuator Selenoid

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Aktuator Selenoid Elektrik

� Kelebihan:

� Operasi cepat� Lebih mudah untuk diinstall daripada pneumatik atau

hidrolik

� Kekurangan:

� Hanya mempunyai 2 posisi: terbuka penuh (fullyopen) atau tertutup penuh (fully closed)

� Menghasilkan gaya yant relatif kecil, sehinggabiasanya digunakan untuk katup yang kecil



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DCModel Motor DC

Rating dan Performansi

Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Bahasan

Aktuator



Motor Stepper

Motor Servo



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Motor DC

� Digunakan secara luas dalam robotika

� Ukuran kecil, keluaran energi besar� Cocok untuk WMR atau peralatan mekanik lainnya

(misalnya bor)� Sumber daya menggunakan arus searah (DC)� Tipe: motor DC, motor stepper, brushless dan motor

servo



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Kombinasi Motor - Enkoder

� Motor DC berputar bebas

� Kontrol motor membutuhkan mekanisme feedbackmenggunakan enkoder putar



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Model Motor



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Bahasan

Aktuator



Motor Stepper

Motor Servo



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Karakteristik Masukan

� Karakteristik masukan

� Tegangan operasi (1.5V s/d 100V)

� Semakin tinggi tegangan semakin efisien� Robot menggunakan battery 6, 12, 24 Volt

� Arus operasi

� Semakin tinggi arus, torsi yang dihasilkan semakinbesar



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Karakteristik Keluaran

� Karakteristik keluaran

� Kecepatan (RPM, rotasi per menit), 1 - 12k rpm

� Diukur saat tidak ada beban di tegangan tertentu

� Torsi (Nm/newton meter atau oz/once inci),τ = r × F × sin θ

� Oz menunjukkan gaya tangen satu ons di radius 1inci dari tengah motor

� Rating: stall torque, torsi maksimum saat motorberhenti

� Ilustrasi: http://en.wikipedia.org/wiki/Torque

� Daya

� Perkalian kecepatan dengan torsi� Pout = (torsi)× (rpm)/9.57



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Performansi Motor

� Pertambahan torsi, kecepatan motor menurun, arusbertambah

� Daya keluaran maksimum diperoleh di level torsimenengah, sedangkan efisiensi tertinggi di nilai torsiyang relatif rendah



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Bahasan

Aktuator



Motor Stepper

Motor Servo



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Kecepatan, Torsi dan Reduksi Gear

� Saat tidak ada beban, motor berputar dengankecepatan penuh, namun torsi NOL,

� sehingga menghasilkan daya NOL

� Sedangkan saat berhenti berputar, motormenghasilkan torsi maksimum, namun kecepatanNOL

� dan menghasilkan daya NOL

� Perlu menggunakan reduksi gear

� daya maksimum antara 1/2 kecepatan dan torsimaksimum



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Pengontrolan Motor DC

� Pengontrolan motor DC

1. Arah maju, mundur atau berhenti

� Dengan H-Bridge

2. Kecepatan motor

� modulasi lebar pulsa (PWM, pulse width modulation)



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

H-Bridge



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Operasi H-Bridge



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Device H-Bridge

� IC L293 mempunyai 2 H-bridge denganmasing-masing menyediakan arus 1 A (peak 2A)

� IC LMD18200 mempunyai 1 H-bridge dengan arus 3A (peak 6A)



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Pulse Width Modulation

� Kontrol kecepatan motor dengan DAC untuk membangkitkan tegangankeluaran analog yang proporsional dengan kecepatan motor

� Kelemahan: sistem mekanik mempunyai latensi tertentu

� Membangkitkan pulsa digital untuk mengontrol kecepatan motor

� Frekuensi tetap, misalnya 20kHz� Mengatur duty-cycle = ton/tperiod� Keluaran dihubungkan dengan H-Bridge



Aktuator

Aktuator Translasi



Kontrol Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Response PWM

� Perubahan kecepatan dimulai di detik ke-5

� Kecepatan tidak linear terhadap PW ratio

� Kalibrasi motor?



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Motor Stepper

� Mempunyai 2 koil yang dapat dikontrol secara bebasdengan impulse

� Menghasilkan step (langkah) tunggal baik maju ataumundur (berbeda dengan gerak kontinyu di motorDC)

� Jumlah step umumnya 200, sehingga menghasilkanukuran step 1.8o

� Kecepatan motor ditentukan oleh jumlah stepperdetik

� Dipengaruhi juga oleh beban



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Motor Stepper

� Sepertinya cocok untuk WMR yang memerlukankontrol kecepatan dan posisi

� Namun, kenyataannya jarang digunakan untuk WMRkarena tidak adanya feedback di beban daninformasi kecepatan aktualnya (misalnya saatgagalnya eksekusi step)

� Performansi beban lebih rendah daripada motor DC



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Motor Servo� Motor DC yang dikemas dengan kontrol PW (lebar pulsa)

� Port: VCC, GND dan masukan kontrol PW� Servo tidak bisa memutar penuh seperti motor DC,

jangkauannya sekitar ±120o dari posisi tengah� Kontrol PW digunakan untuk menentukan posisi putar

servo

� Bukan kecepatan seperti di motor DC

� Menggunakan rangkaian feedback (potensiometer) untukmengukur posisi servo



Aktuator

Aktuator Translasi

Motor DC

Motor Stepper

Motor Servo

Kontrol Motor Servo

� Frekuensi 50Hz, periode 20ms

� Lebar pulsa menentukan posisi yang diinginkan,misalnya lebar 0.7ms akan memutar ke kiri −120o,dan lebar 1.7ms akan memutar ke kanan 120o

(tergantung model)

tkc225 2012 kuliah 4 aktuator robot1

Documents

aktuator robot beroda

aktuator tenaga elektrik

danmotor dc servo2

motor dc brushless

appin knowledge solutions

kontrol dankecerdasan

mudah diatur dengantorsi

openappin knowledge