Aktuator Robot - Eko Didik Widianto
advertisement
Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Robot (Beroda) TKC306 - Robotika Motor DC Motor Stepper Motor Servo Eko Didik Widianto Sistem Komputer - Universitas Diponegoro Review Kuliah Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto � 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 Robot Design and Application with Embedded Systems, Bab 3 2. Appin Knowledge Solutions, Robotics, Bab 3 3. Endra Priwarno, Robotika Desain, Kontrol dan Kecerdasan Buatan, Bab 2.6 4. Sumber lain yang relevan Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Motor Stepper Motor Servo Kompetensi Dasar Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa akan mampu 1. [C5] memilih aktuator untuk robot beroda berdasarkan aplikasi robotnya: motor DC, motor Stepper, Motor DC Brushless, dan motor DC servo Motor DC Motor Stepper Motor Servo 2. [C3] mengaplikasikan teknik PWM Analog dan PWM Software 3. [C3] mengaplikasikan motor DC Direct Drive, dan menjelaskan fungsi dari Motor Linier 4. [C3] mengaplikasikan aktuator pneumatik dan hidrolik Bahasan Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator � Aktuator: peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem � Mengkonversikan besaran listrik menjadi besaran lainnya (umumnya meanik) Misalnya: arus listrik menjadi kecepatan sudut pada motor DC Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Motor Stepper Motor Servo � 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 dengan torsi kecil sampai sedang tenaga hidrolik: torsi besar, konstruksi sukar tenaga pneumatik: sukar dikendalikan lainnya: piezoelektrik, magnetik, ultrasound Bahasan Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator Pneumatik Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Motor Stepper Motor Servo � Air-to-close/spring-to-open Appin Knowledge Solutions, Robotics Kontrol Aktuator Pneumatik Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Motor Stepper Motor Servo Appin Knowledge Solutions, Robotics Bahasan Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Motor Stepper Motor Servo Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator Hidrolik Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Motor Stepper Motor Servo Appin Knowledge Solutions, Robotics Bahasan Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Motor Stepper Motor Servo Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator Selenoid Elektrik Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Motor Stepper Motor Servo Appin Knowledge Solutions, Robotics Aktuator Selenoid Elektrik Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi � Kelebihan: � � � Operasi cepat Lebih mudah untuk diinstall daripada pneumatik atau hidrolik Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Motor Stepper Motor Servo Kekurangan: � � Hanya mempunyai 2 posisi: terbuka penuh (fully open) atau tertutup penuh (fully closed) Menghasilkan gaya yant relatif kecil, sehingga biasanya digunakan untuk katup yang kecil Bahasan Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi 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 Kombinasi Motor - Enkoder Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC � Motor DC berputar bebas � Kontrol motor membutuhkan mekanisme feedback menggunakan enkoder putar Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Model Motor Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Bahasan Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Karakteristik Masukan Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi � Karakteristik masukan � Tegangan operasi (1.5V s/d 100V) � � � Semakin tinggi tegangan semakin efisien Robot menggunakan battery 6, 12, 24 Volt Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Arus operasi � Semakin tinggi arus, torsi yang dihasilkan semakin besar Karakteristik Keluaran Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto � Karakteristik keluaran � Kecepatan (RPM, rotasi per menit), 1 - 12k rpm � � Torsi (Nm/newton meter atau oz/once inci), τ = r × F × sin θ � � � � Diukur saat tidak ada beban di tegangan tertentu Oz menunjukkan gaya tangen satu ons di radius 1 inci dari tengah motor Rating: stall torque, torsi maksimum saat motor berhenti Ilustrasi: http://en.wikipedia.org/wiki/Torque Daya � � Perkalian kecepatan dengan torsi Pout = (torsi) × (rpm)/9.57 Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Performansi Motor Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo � Pertambahan torsi, kecepatan motor menurun, arus bertambah � Daya keluaran maksimum diperoleh di level torsi menengah, sedangkan efisiensi tertinggi di nilai torsi yang relatif rendah Bahasan Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Aktuator Pneumatik Aktuator Hidrolik Aktuator Selenoid Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Kecepatan, Torsi dan Reduksi Gear Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator � Saat tidak ada beban, motor berputar dengan kecepatan penuh, namun torsi NOL, � � Sedangkan saat berhenti berputar, motor menghasilkan torsi maksimum, namun kecepatan NOL � � sehingga menghasilkan daya NOL Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo dan menghasilkan daya NOL Perlu menggunakan reduksi gear � daya maksimum antara 1/2 kecepatan dan torsi maksimum Pengontrolan Motor DC Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC � Pengontrolan motor DC 1. Arah maju, mundur atau berhenti � Dengan H-Bridge 2. Kecepatan motor � modulasi lebar pulsa (PWM, pulse width modulation) Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo H-Bridge Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Operasi H-Bridge Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Device H-Bridge � � IC L293 mempunyai 2 H-bridge dengan masing-masing menyediakan arus 1 A (peak 2A) IC LMD18200 mempunyai 1 H-bridge dengan arus 3 A (peak 6A) Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Pulse Width Modulation � Kontrol kecepatan motor dengan DAC untuk membangkitkan tegangan keluaran 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 Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo Response PWM Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Model Motor DC Rating dan Performansi Kontrol Motor DC Motor Stepper Motor Servo � Perubahan kecepatan dimulai di detik ke-5 � Kecepatan tidak linear terhadap PW ratio � Kalibrasi motor? Motor Stepper � Mempunyai 2 koil yang dapat dikontrol secara bebas dengan impulse � � � Menghasilkan step (langkah) tunggal baik maju atau mundur (berbeda dengan gerak kontinyu di motor DC) Jumlah step umumnya 200, sehingga menghasilkan ukuran step 1.8o Kecepatan motor ditentukan oleh jumlah step perdetik � Dipengaruhi juga oleh beban Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Motor Stepper Motor Servo Motor Stepper Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC � Sepertinya cocok untuk WMR yang memerlukan kontrol kecepatan dan posisi � � � 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 � � Motor Servo Namun, kenyataannya jarang digunakan untuk WMR karena tidak adanya feedback di beban dan informasi kecepatan aktualnya (misalnya saat gagalnya eksekusi step) Performansi beban lebih rendah daripada motor DC Motor Servo � Motor Stepper Bukan kecepatan seperti di motor DC Menggunakan rangkaian feedback (potensiometer) untuk mengukur posisi servo Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Motor Stepper Motor Servo Kontrol Motor Servo Aktuator Robot (Beroda) @2012, Eko Didik Widianto � 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) Aktuator Aktuator Translasi Motor DC Motor Stepper Motor Servo