bab ii - perancangan dan pembuatan

BAB II
LANDASAN TEORI
A
2.1 Definisi Robot
Keunggulan dalam teknologi robotik telah lama dijadikan ikon
AY
kebanggaan negara-negara maju dunia. Kecanggihan teknologi yang dimiliki,
gedung-gedung tinggi yang mencakar langit, tingkat kesejahteraan yang tinggi,
AB
kota-kota yang modern, belum terasa lengkap tanpa popularitas kepiawaian dalam
dunia robotic.
Istilah “robot” berasal dari kata “robota” (bahasa Czech) yang berarti
R
pekerja, mulai populer ketika seorang penulis berbangsa Czech (Ceko), Karl
SU
Capek, membuat pertunjukan dari lakon komedi yang ditulisnya pada tahun 1921
yang berjudul RUR (Rossum’s Universal Robot). Namun menurut kamus besar
Webster memberikan definisi mengenai robot, yaitu “sebuah peralatan otomatis
M
yang melakukan pekerjaan seperti yang dilakukan oleh manusia”. Lain halnya
dengan Institute of America, menurut Institute of America definisi robot adalah
O
“manipulator dengan fungsi ganda dan dapat diprogram kembali, didesain untuk
IK
dapat memindahkan komponen, peralatan-peralaan khusus melalui pergerakan
ST
yang diprogram agar dapat melakukan berbagai kegiatan”.
Robot biasanya digunakan untuk tugas yang berat, berbahaya, pekerjaan
yang berulang dan kotor. Biasanya kebanyakan robot industri digunakan dalam
bidang produksi. Penggunaan robot lainnya termasuk untuk pembersihan limbah
beracun, penjelajahan bawah air, luar angkasa, pertambangan, dan pencarian
kebocoran gas.
5
6
2.1.1 Klasifikasi Robot
Menurut stabilitasnya robot dibagi menjadi 2, yaitu:
a.
Fixed robot, robot yang memiliki ruang kerja (spatial space) yang
A
terbatas, dimana bagian dasarnya dilekatkan pada sebuah benda tetap seperti panel
atau meja.
Mobile robot, robot yang memiliki ruang kerja yang luas, di mana bagian
AY
b.
dasarnya pada sebuah alat gerak seperti roda atau kaki. Beberapa macam mobile
AB
robot antara lain robot beroda, robot yang bergerak dengan menggunakan roda.
Robot berkaki, robot yang bergerak menggunakan kaki dalam perpindahannya.
Pembahasan lebih lanjut akan berfokus pada jenis mobile robot dengan alat gerak
SU
tidak akan dibahas lebih lanjut.
R
roda, khususnya tipe ackerman drive. Untuk tipe fixed robot dan robot berkaki
2.1.2 Robot Beroda
Robot beroda dalam pergerakannya menggunakan roda atau ban,
M
sehingga dapat berpindah dari titik satu ke titik yang lain. Jenis-jenis robot beroda
O
adalah differential drive, skid steering, synchro drive, omni wheel, tricycle
steering, ackerman steering, dan articulated drive. Jenis robot beroda di atas
IK
diklasifikasikan menurut pengendalian roda robot. Seperti Gambar 2.1 merupakan
ST
gambar robot beroda.
Gambar 2.1 Robot beroda (Lehrbaum,2008)
7
2.1.3 Ackerman Steering
Ackerman steering merupakan pengendalian arah gerak robot dengan
menggerakkan sudut putar roda depan. Kinematika ackerman sangat mirip dengan
A
mobil yang dikenal umum, sehingga dinamakan car-like steering seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.2. Kinematika ackerman pada dasarnya hampir sama
AY
dengan kinematika tricycle steering dengan dua roda penentu arah di bagian
depan. Penggunaan dua roda depan akan mempermudah pengendalian posisi.
AB
Sebelum prinsip ackerman steering ini ditemukan, sebelumnya masih
menggunakan prinsip parallel steering. Seperti yang ditunjukkan Gambar 2.3
yang merupakan gambar parallel steering. Parallel steering lebih kaku dan sudut
SU
R
putar yang bisa diatur dangat terbatas.
ST
IK
O
M
Gambar 2.2 Ackerman steering (Burnhill, 2009)
Gambar 2.3 Parallel steering (Burnhill, 2009)
2.2 Sensor Sharp GP2D120
Sensor sharp GP2D120 merupakan sebuah sensor deteksi jarak dengan
menggunakan cahaya infra merah yang output-nya berupa tegangan analog. Blok
diagram dari sharp GP2D120 berisi LED pemancar dan penerima yang memiliki
8
rangkaian pemroses, driver, dan rangkaian osilasi serta rangkaian output analog
seperti Gambar 2.4.
2
AY
A
3
R
AB
1
SU
Gambar 2.4 Blok diagram GP2D120 (SHARP, 2006)
Sensor ini mempunyai 3 pin yang terdiri atas tegangan output Vo (pin 1),
ground (pin 2), dan VCC (pin 3). GP2D120 mendeteksi jarak secara terus-
M
menerus ketika diberi daya. Output-nya berupa tegangan analog yang sesuai
O
dengan jarak yang diukur. Berikut pada Gambar 2.5 adalah gambar pinout
ST
IK
GP2D120. (SHARP, 2006)
Gambar 2.5 Pinout GP2D120 (SHARP, 2006)
9
2.3 Driver Motor L298
L298 merupakan sebuah integrated circuit (IC) yang dapat menggerakan
2 motor DC. Arus maksimal yang bisa diatur sampai dengan 4A. Driver motor
A
L298 tidak hanya digunakan untuk mengatur motor DC tetapi juga bisa mengatur
seperti relay, solenoid, dan juga motor stepper. (STMicroelectronics, 2000)
R
AB
AY
Untuk mengetahui pin connection dari L298 ini dapat dilihat pada Gambar 2.6.
SU
Gambar 2.6 Pin connection L298 (STMicroelectronics, 2000)
2.3.1 Fungsi-fungsi Kaki (Pin) L298
Current sensing A
M
a.
O
Pin yang berfungsi sebagai untuk mengontrol keluaran arus yang mengalir
pada H-bridge A.
Output 1
IK
b.
ST
Pin yang digunakan sebagai keluaran H-bridge A, dan keluaran arus yang
mengalir pada pin ini dikontrol oleh pin current sensing A.
c.
Output 2
Pin yang digunakan sebagai keluaran H-bridge A, dan keluaran arus yang
mengalir pada pin ini dikontrol pin current sensing A.
10
d.
Supply Voltage (Vs)
Tegangan yang digunakan sebagai tegangan output H- bridge A maupun H-
bridge B.
Input 1
A
e.
Pin ini digunakan sebagai input H-bridge A dan pin ini mampu menerima
f.
AY
sinyal TTL.
Enable A
g.
AB
Pin enable A digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan H-bridge.
Input 2
Pin ini digunakan sebagai input H-bridge A dan pin ini mampu menerima
GND
SU
h.
R
sinyal TTL.
Ground (GND) pada power supply dihubungkan dengan pin ini.
i.
VSS
O
block.
M
Pin logic supply voltage digunakan sebagai input power supply untuk logic
j.
Input 3
IK
Pin ini digunakan sebagai input H-bridge B dan pin ini mampu menerima
sinyal TTL.
ST
k.
l.
Enable B
Pin enable B digunakan untuk mengaktifkan dan menonaktifkan H-bridge.
Input 4
Pin ini digunakan sebagai input H-bridge B dan pin ini mampu menerima
sinyal TTL.
11
m. Output 4
Pin yang digunakan sebagai keluaran H-bridge B, dan keluaran arus yang
mengalir pada pin ini dikontrol pin current sensing B.
Current sensing B
A
n.
Pin yang berfungsi sebagai untuk mengontrol keluaran arus yang mengalir
AY
pada H-bridge B.
AB
2.4 PWM
Pulse Width Modulation (PWM) adalah suatu teknik manipulasi dalam
pengendalian kecepatan motor dengan menggunakan prinsip cut-off dan saturasi.
R
Driver penggerak motor didesain bekerja dengan karakteristik mirip ‘linier’
ST
IK
O
M
sinyal PWM.
SU
namun sebenarnya menggunakan teknik on-off. Gambar 2.7 mengilustrasikan
Gambar 2.7 Sinyal PWM
Pada prinsipnya PWM menggunakan sinyal kotak yang dimodulasikan dan diatur
lebar datanya, dengan frekuensi f(t) untuk nilai rendah ymin dan nilai tinggi ymax
12
dan dengan duty cycle D, dapat kita tampilkan korelasi bentuk sinyalnya dalam
AY
A
Gambar 2.8.
AB
Gambar 2.8 Sinyal terhadap waktu
2.5 Comparator LM339
R
Comparator adalah sebuah rangkaian yang dapat membandingkan
SU
besarnya tegangan input. Comparator tegangan biasanya menggunakan op-amp
sebagai piranti utama dalam rangkaian.
Ada dua jenis comparator tegangan, yaitu comparator tegangan sederhana,
M
dan comparator tegangan dengan histerisis. Untuk comparator sederhana dapat
O
dilihat pada Gambar 2.9. Comparator yang digunakan adalah jenis LM339.
ST
IK
Gambar pinout IC LM339 bisa dilihat pada Gambar 2.10
Gambar 2.9 Comparator sederhana (STMicroelectronics, 2003)
AY
A
13
2.6 Sistem Kendali Mobile Robot
R
2.6.1 PID
AB
Gambar 2.10 Pin connection LM339 (STMicroelectronics, 2003)
PID (dari singkatan bahasa proportional–integral–derivative) controller
SU
merupakan pengendali untuk menentukan presisi suatu sistem instrumentasi
dengan karakteristik adanya umpan balik pada sistem tesebut. Pengendali PID
merupakan gabungan dari tiga sistem kendali yang bertujuan untuk mendapatkan
M
keluaran dengan rise time yang tinggi dan galat yang kecil. Seperti yang kita
O
ketahui bahwa sistem kendali proporsional memiliki keunggulan yaitu rise time
yang cepat tetapi sangat rentan dengan overshot/undershot, sistem kendali
IK
integral memiliki keunggulan untuk meredam galat, sedangkan sistem kendali
ST
diverensial memiliki keunggulan untuk memperkecil delta error atau meredam
overshot/undershot. PID berdasarkan implementasinya dibedakan menjadi analog
dan digital. PID analog diimplementasikan dengan komponen elektronika resistor,
capacitor, dan operational amplifier, sedangkan PID digital diimplementasikan
dengan menggunakan program.
14
a.
Pengendali Proporsional (P)
Pengaruh pada sistem :
1.
Menambah atau mengurangi kestabilan dengan menambah atau mengurangi
A
nilai konstanta KP (Kontrol Proporsional).
Dapat memperbaiki respon transien khususnya : rise time, settling time
3.
Mengurangi error steady state (ESS)
AY
2.
Untuk mengurangi ESS dibutuhkan KP besar, yang akan membuat sistem
AB
lebih tidak stabil. Kendali proporsional memberi pengaruh langsung (sebanding)
pada error. Semakin besar error, semakin besar sinyal kendali yang dihasilkan
b.
Pengendali Integral (I)
SU
Pengaruh pada sistem :
R
pengendali.
Mengurangi error steady state (ESS)
2.
Respon lebih lambat (dibandingkan dengan P)
3.
Dapat menambah ketidakstabilan (karena menambah orde pada sistem)
M
1.
O
Perubahan sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error. Semakin besar
error, semakin cepat sinyal kontrol bertambah atau berubah.
Pengendali Derivatif (D)
IK
c.
Pengaruh pada sistem :
ST
1.
2.
Memberikan efek redaman pada sistem yang berosilasi sehingga bisa
memperbesar pemberian nilai Kp.
Memperbaiki respon transien, karena memberikan aksi saat ada perubahan
error.
15
3.
D hanya berubah saat ada perubahan error, sehingga saat ada error statis D
tidak beraksi. Sehingga D tidak boleh digunakan sendiri
Besarnya sinyal kontrol sebanding dengan perubahan error (e). Semakin cepat
A
error berubah, semakin besar aksi kontrol yang ditimbulkan.
2.6.2 Tuning PID
AY
Aspek yang sangat penting dalam desain kendali PID ialah penentuan
parameter kendali PID supaya sistem kalang tertutup memenuhi kriteria
AB
performansi yang diinginkan (Wicaksono, 2004). Adapun metode Tuning
dan Cohen-Coon.
a.
Metode Ziegler-Nichols
R
parameter PID yang sudah banyak dan sering digunakan adalah Ziegler-Nichols
SU
Ziegler-Nichols pertama kali memperkenalkan metodenya pada tahun
1942. Metode ini memiliki dua cara yaitu metode osilasi dan grafik respon. Kedua
metode ditujukan untuk menghasilkan respon sistem dengan lonjakan maksimum
M
sebesar 25%. Metode grafik respon didasarkan terhadap respon sistem open loop.
O
Plant sebagai open loop dikenai sinyal step function. Kalau plant minimal tidak
mengandung unsur integrator ataupun pole-pole kompleks, respon sistem akan
IK
berbentuk S. Gambar 2.11 menunjukkan grafik berbentuk S tersebut. Kelemahan
metode ini terletak pada ketidakmampuannya untuk menangani plant integrator
ST
maupun plant yang memiliki pole kompleks. Grafik berbentuk S mempunyai dua
konstanta, waktu mati (dead time) L dan waktu tunda T. Dari Gambar 2.11 terlihat
bahwa grafik respon berubah naik setelah selang waktu L.
AY
A
16
Gambar 2.11 Grafik respon berbentuk S
AB
Sedangkan waktu tunda menggambarkan perubahan grafik setelah mencapai 66%
dari keadaan mantapnya. Pada grafik dibuat suatu garis yang bersinggungan
R
dengan garis grafik. Garis singgung itu akan memotong dengan sumbu absis dan
garis maksimum (K). Perpotongan garis singgung dengan sumbu absis merupakan
SU
ukuran waktu mati, dan perpotongan dengan garis maksimum merupakan waktu
tunda yang diukur dari titik waktu L. Tabel 2.1 merupakan rumusan penalaan
M
parameter PID berdasarkan cara grafik respon.
ST
IK
O
Tabel 2.1 Penalaan parameter PID dengan metode grafik respon
Tipe
Kp
Ti
Td
Kendali
P
T/L
~
0
b.
PI
0,9 T/L
L/0,3
0
1,2 T/L
2L
0,5L
PD
PID
Metode Cohen-Coon
Karena tidak semua proses dapat menoleransi keadaan osilasi dengan
amplitudo tetap, Cohen-Coon berupaya memperbaiki metode osilasi dengan
17
menggunakan metode quarter amplitude decay. Respon sistem close loop, pada
metode ini, dibuat sehingga respon berbentuk quarter amplitude decay. Quarter
amplitude decay didefinisikan sebagai respon transien yang amplitudonya dalam
A
periode pertama memiliki perbandingan sebesar seperempat (1/4). Untuk lebih
R
AB
AY
jelasnya dapat dilihat pada Gambar 2.12.
SU
Gambar 2.12 Grafik respon quarter amplitude decay
Pada kendali proporsional Kp di-tuning hingga diperoleh respon quarter
M
amplitude decay. Periode pada saat respon ini disebut Tp dan parameter Ti dan Td
dihitung dari hubungan KP dengan TP. Sedangkan penalaan parameter kendali PID
O
adalah sama dengan yang digunakan pada metode Ziegler-Nichols. Selain cara
IK
tersebut, metode Cohen-Coon ini bisa dihitung dengan aturan praktis yang
parameter-parameter plant-nya diambil dari grafik respon yang terdapat pada
ST
Tabel 2.2.
18
2.7 Motor DC
SU
R
AB
AY
A
Tabel 2.2 Penalaan parameter PID dengan metode Cohen-Coon
Tipe Kendali
Kp
Ti
Td
P
1  T   1  L 
 1   
K  L   3  T 
PI

1  T 
1  L 
 L 
30

3


 0,9   


K  L 
12  T 
T 
L
 L 

9

20
 

T 

PD

1  T   5 1  L 
L 
     
 6  2 T  
K  L   4 6  T 
 
L
 L 

 22  3 T  


PID



1  T   4 1  L 
 L 
     
 32  6 T  


4
K  L   3 4  T 
 

L
L
 L
 L 


 13  8 T  
11  2 T  




Motor DC merupakan motor arus searah yang berfungsi mengubah
M
tenaga listrik arus searah (lisrik DC) menjadi tenaga gerak atau mekanik
(Sumanto, 1984). Motor DC banyak ditemukan pada peralatan rumah tangga
O
seperti mixer, blender, pemutar tape,dll. Selain itu motor DC juga digunakan
IK
dalam industri misalkan untuk mengaduk adonan, memutar konveyor, dll.
Motor DC memerlukan suplai tegangan yang searah pada kumparan
ST
medan untuk diubah menjadi energi mekanik. Kumparan medan pada motor DC
disebut stator (bagian yang tidak berputar) dan kumparan jangkar disebut rotor
(bagian yang berputar). Jika terjadi putaran pada kumparan jangkar dalam pada
medan magnet, maka akan timbul tegangan gaya gerak listrik (GGL) yang
berubah-ubah arah pada setiap setengah putaran, sehingga merupakan tegangan
bolak-balik. Prinsip kerja dari arus searah adalah membalik fase tegangan dari
19
gelombang yang mempunyai nilai positif dengan menggunakan komutator,
dengan demikian arus yang berbalik arah dengan kumparan jangkar yang berputar
dalam medan magnet. Bentuk motor paling sederhana memiliki kumparan satu
A
lilitan yang bisa berputar bebas di antara kutub-kutub magnet permanen seperti
SU
R
AB
AY
pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Motor DC sederhana (Sumanto, 1994)
M
Catu tegangan DC dari baterai menuju ke lilitan melalui sikat yang
menyentuh komutator, dua segmen yang terhubung dengan dua ujung lilitan.
O
Kumparan satu lilitan pada gambar di atas disebut rotor dinamo. Rotor dinamo
IK
adalah sebutan untuk komponen yang berputar di antara medan magnet.
Jika arus lewat pada suatu konduktor, timbul medan magnet di sekitar
ST
konduktor seperti pada Gambar 2.14. Arah medan magnet ditentukan oleh arah
aliran arus pada konduktor.
A
20
AY
Gambar 2.14 Medan magnet yang membawa arus mengelilingi konduktor
(Djati, 2010)
AB
Aturan genggaman tangan kanan bisa dipakai untuk menentukan arah garis fluks
di sekitar konduktor. Bila konduktor digenggam dengan tangan kanan dengan
R
jempol mengarah pada arah aliran arus, maka jari-jari akan menunjukkan arah
SU
garis fluks. Gambar 2.15 menunjukkan medan magnet yang terbentuk di sekitar
konduktor berubah arah karena bentuk U. Pada motor listrik konduktor berbentuk
ST
IK
O
M
U disebut angker dinamo.
Gambar 2.15 Konduktor berbentuk U (Djati, 2010)
Jika konduktor berbentuk U (angker dinamo) diletakkan di antara kutub
uatara dan selatan yang kuat medan magnet konduktor akan berinteraksi dengan
medan magnet kutub seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.16.
A
21
AY
Gambar 2.16 Reaksi garis Fluks (Djati, 2010)
AB
Lingkaran bertanda A dan B pada Gambar 2.16 merupakan ujung
konduktor yang dilengkungkan (looped conductor). Arus mengalir masuk melalui
ujung A dan keluar melalui ujung B. Medan konduktor A yang searah jarum jam
R
akan menambah medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di bawah
SU
konduktor. Konduktor akan berusaha bergerak ke atas untuk keluar dari medan
kuat ini. Medan konduktor B yang berlawanan arah jarum jam akan menambah
medan pada kutub dan menimbulkan medan yang kuat di atas konduktor.
M
Konduktor akan berusaha untuk bergerak turun agar keluar dari medan yang kuat
tersebut. Gaya-gaya tersebut akan membuat angker dinamo berputar searah jarum
O
jam.
IK
Mekanisme kerja untuk seluruh jenis motor secara umum :
Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan gaya.
b.
Jika
ST
a.
c.
kawat
yang
membawa
arus
dibengkokkan
menjadi
sebuah
lingkaran/loop, maka kedua sisi loop, yaitu pada sudut kanan medan
magnet, akan mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.
Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/torque untuk memutar kumparan.
22
d.
Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya untuk memberikan
tenaga putaran yang lebih seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh
susunan elektromagnetik yang disebut kumparan medan.
A
Pada motor DC, daerah kumparan medan yang dialiri arus listrik akan
menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah
AY
tertentu. Konversi dari energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun
sebaliknya berlangsung melalui medan magnet, dengan demikian medan magnet
AB
disini selain berfungsi sebagai tempat untuk menyimpan energi, sekaligus sebagai
tempat berlangsungnya proses perubahan energi, daerah tersebut dapat dilihat
M
SU
R
pada Gambar 2.17.
IK
O
Gambar 2.17 Prinsip kerja motor DC (Djati, 2010)
Agar proses perubahan energi mekanik dapat berlangsung secara
ST
sempurna, maka tegangan sumber harus lebih besar daripada tegangan gerak yang
disebabkan reaksi lawan. Dengan memberi arus pada kumparan jangkar yang
dilindungi oleh medan maka menimbulkan perputaran pada motor.
Dalam memahami sebuah motor, penting untuk mengerti apa yang
dimaksud dengan beban motor. Beban dalam hal ini mengacu kepada keluaran
23
tenaga putar/torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan. Beban umumnya
dapat dikategorikan ke dalam tiga kelompok :
a.
Beban torque konstan adalah beban dimana permintaan keluaran energinya
A
bervariasi dengan kecepatan operasinya namun torquenya tidak bervariasi.
Contoh beban dengan torque konstan adalah conveyors, rotary kilns, dan
b.
AY
pompa displacement konstan.
Beban dengan variabel torque adalah beban dengan torque yang bervariasi
AB
dengan kecepatn operasi. Contoh beban dengan variabel torque adalah
pompa sentrifugal dan fan (torque bervariasi sebagai kuadrat kecepatan).
c.
Beban dengan energi konstan adalah beban dengan permintaan torque yang
R
berubah dan berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh untuk beban
SU
dengan daya konstan adalah peralatan-peralatan mesin.
Untuk menentukan arah putaran motor digunakan kaedah Flamming tangan
kiri. Kutub-kutub magnet akan menghasilkan medan magnet dengan arah dari
M
kutub utara ke kutub selatan. Jika medan magnet memotong sebuah kawat
O
penghantar yang dialiri arus searah dengan empat jari, maka akan timbul gerak
searah ibu jari. Gaya ini disebut gaya Lorentz, yang besarnya sama dengan F.
IK
Prinsip motor adalah aliran arus di dalam penghantar yang berada di
dalam pengaruh medan magnet akan menghasilkan gerakan. Besarnya gaya pada
ST
penghantar akan bertambah besar jika arus yang melalui penghantar bertambah
besar.
24
2.8 Motor Servo
Motor servo adalah sebuah motor dengan sistem closed feedback di mana
posisi dari motor akan diinformasikan kembali ke rangkaian kontrol yang ada di
A
dalam motor servo. Motor ini terdiri dari sebuah motor, serangkaian gear,
potensiometer dan rangkaian kontrol. Potensiometer berfungsi untuk menentukan
AY
batas sudut dari putaran servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur
berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor.
AB
Tampak pada Gambar 2.18 dengan pulsa 1 ms sumbu motor akan bergerak
berlawanan jarum jam, dengan pulsa 1.5 ms sumbu motor akan berada pada posisi
tengah dan pada periode selebar 2 ms maka sudut dari sumbu motor akan bergerak
R
searah jarum jam. Semakin lebar pulsa OFF maka akan semakin besar gerakan
SU
sumbu ke arah jarum jam dan semakin kecil pulsa OFF maka akan semakin besar
ST
IK
O
M
gerakan sumbu ke arah yang berlawanan dengan jarum jam.
Gambar 2.18 Sinyal motor servo
Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dan
tidak continue seperti motor DC maupun motor stepper. Walau demikian, untuk
beberapa keperluan tertentu, motor servo dapat dimodifikasi agar bergerak
continue. Pada robot, motor ini sering digunakan untuk bagian kaki, lengan atau
25
bagian-bagian lain yang mempunyai gerakan terbatas dan membutuhkan torsi
cukup besar.
Motor servo adalah motor yang mampu bekerja dua arah (CW dan CCW)
A
dimana arah dan sudut pergerakan rotor-nya dapat dikendalikan hanya dengan
memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM pada bagian pin kontrolnya.
AY
Motor servo merupakan sebuah motor DC yang memiliki rangkaian
control elektronik dan internal gear untuk mengendalikan pergerakan dan sudut
AB
angularnya. Motor servo adalah motor yang berputar lambat, dimana biasanya
ditunjukkan oleh rate putarannya yang lambat, namun demikian memiliki torsi
sebuah motor servo memiliki :
R
yang kuat karena internal gear-nya. Lebih dalam dapat digambarkan bahwa
Jalur kabel : power, ground, dan control.
b.
Sinyal control mengendalikan posisi.
c.
Operasional dari motor servo dikendalikan oleh sebuah pulsa selebar ± 20
SU
a.
M
ms, di mana lebar pulsa antara 0.5 ms dan 2 ms menyatakan akhir dari range
O
sudut maksimum. Konstruksi di dalamnya meliputi internal gear,
potensiometer, dan feedback control.
IK
2.8.1 Jenis-jenis Motor Servo
ST
a.
Motor Servo Standar 180°
Motor servo jenis ini hanya mampu bergerak dua arah (CW dan CCW)
dengan defleksi masing-masing sudut mencapai 90° sehingga total defleksi sudut
dari kanan – tengah – kiri adalah 180°.
26
b.
Motor Servo Continuous
Motor servo jenis ini mampu bergerak dua arah (CW dan CCW) tanpa
A
batasan defleksi sudut putar (dapat berputar secara kontinyu).
2.9 Hybrid System
AY
Hybrid system merupakan gabungan antara pemroses analog dengan
pemroses digital. Pada tugas akhir ini menggunakan FPAA sebagai pemroses
AB
analog dan microcontroller sebagai pemroses digital
2.9.1 FPAA (Field Programmable Analog Array)
FPAA (Field Programmable Analog Array) adalah sebuah rangkaian
R
terintegrasi yang dapat dikonfigurasi untuk membuat beberapa fungsi analog
SU
menggunakan beberapa CAB (Configurable Analog Blocks) dan interconection
network untuk menghubungkan antara CAB satu dengan yang lainnya dan
dilengkapi dengan input – output (I/O) block dan media penyimpan (memory)
M
jenis RAM (Random Access Memory). Konseptual FPAA ditunjukkan pada
ST
IK
O
Gambar 2.19.
Gambar 2.19 Diagram generic FPAA (Anadigm, 2003)
Teknologi dasar FPAA menggunakan switched capasitor technology
yaitu suatu teknik design yang mengimplementasikan suatu hambatan setara
27
dengan mengalihkan masukan suatu kapasitor secara berurutan (Anadigm,2003).
Dalam diagram umum FPAA terdapat beberapa bit data yang dapat digunakan
untuk memprogram masing-masing CAB.
A
Modul FPAA yang digunakan dalam penelitian ini adalah AN221E04,
SU
R
AB
AY
arsitekturnya adalah seperti pada Gambar 2.20.
O
M
Gambar 2.20 Arsitektur FPAA AN221E04 (Anadigm, 2003)
Fitur AN221E04 mempunyai fitur struktur input/output canggih yang
IK
memungkinkan FPAA untuk diprogram sampai dengan enam output yang dimiliki
oleh perangkat ANx20E04. FPAA AN221E04 mempunyai empat sel konfigurasi
ST
I/O dan dua sel output yang bisa dipilih.
Selain
itu
FPAA
AN221E04
memudahkan
programmer
untuk
mengimplementasikan 8 bit analog-to-digital converter (ADC) yang terintegrasi
dalam FPAA dan mengurangi kebutuhan akan external converter. Dengan
28
menggunakan FPAA seorang designer dapat membuat jalur digital output dari
chip ADC menggunakan salah satu dedicated output (Anadigm, 2003).
a. AN221K04-V4 – AnadigmVortex Development Board
A
AnadigmVortex development board adalah suatu alat yang dapat
mempermudah dalam implementasi dan pengujian desain analog yang dibuat pada
AY
AnadigmVortex dpASP dan FPAA Silikon. Fitur utama yang dimiliki
AnadigmVortex development board adalah sebagai berikut:
AB
1) Minimalis footprint – 4.7 x 3.6 inci persegi.
2) Breadboard area yang luas pada area perangkat AN221E04.
3) Pin header untuk semua I/O perangkat FPAA.
R
4) Daisy chain yaitu kemampuan yang memungkinkan beberapa board dapat
SU
dihubungkan menjadi multi-chip sistem.
5) Standart USB serial interface untuk men-download file-file sirkuit dari
Anadigm Designer ®2.
M
6) Osilator modul 16-MHz pada board.
O
7) Kemampuan untuk menulis dan kemudian boot dari EEPROM, tetapi
menggunakan external EEPROM.
IK
Gambar 2.20 berikut adalah perangkat dari AN221K04 - developmen Board
ST
AnadigmApex Development Board.
AB
AY
A
29
SU
b. Layout Board
R
Gambar 2.21 AN221K04-V4 – AnadigmVortex Development Board
(Anadigm, 2003)
Gambar 2.22 menunjukkan layout dari semua komponen, konektor catu
ST
IK
O
M
daya dan jumper.
SU
R
AB
AY
A
30
M
Gambar 2.22 Layout board (Anadigm, 2003)
O
2.9.2 Microcontroller ATTiny2313
ATTiny 2313 merupakan microcontroller 8-bit AVR dengan kapasitas
IK
memory maksimum sebesar 2 Kbytes yang tersimpan di dalam memory flash-nya.
ST
ATTiny 2313 merupakan chip IC produksi ATMEL yang termasuk golongan
single chip microcontroller, di mana semua rangkaian termasuk memory dan I/O
tergabung dalam satu paket IC. Dalam pemrogramannya controller ini dapat
dijalankan menggunakan 2 bahasa yaitu bahasa assembly atau bahasa C. Sehingga
memungkinkan pengguna dapat mengoptimalkan kinerja sistem yang dibuat
secara fleksibel.
31
Konfigurasi pin IC ATTiny 2313 ada 2 jenis yaitu jenis PDIP/SOIC
(berbentuk prisma segi empat) dan jenis VQFN/MLF (berbentuk kotak) yang pada
AB
AY
A
dasarnya memiliki fungsi yang sama, hanya saja memiliki bentuk yang berbeda.
R
Gambar 2.23 Pin konfigurasi ATTiny 2313 (Atmel, 2010)
SU
Dari Gambar 2.23 merupakan konfigurasi pin dari ATTiny 2313. Secara
keseluruhan memiliki total 20 pin. Berikut adalah penjelasan secara garis besar
dari konfigurasi pin-pin tersebut :
VCC
M
a.
O
Tegangan masukan digital sebesar 5 Volt.
b.
GND
IK
Dihubungkan pada ground (GND). Referensi nol suplai tegangan digital.
ST
c.
PORT A (PA0...PA2)
Pada PORT A hanya terdapat tiga buah pin saja atau 3 bit pin I/O. Dimana
PORT A ini, ketiga pin-nya (seluruh pin PORT A) digunakan untuk
keperluan membuat minimum system. Yaitu PA.0 dan PA.1 untuk input clock
(nama komponen adalah kristal), dan PA.2 untuk input tombol RESET.
32
d.
PORT B (PB0...PB7)
Pada PORT B terdapat delapan buah pin atau 8 bit pin I/O. Dan juga pada
PORT B ini terdapat port SPI (Serial Peripheral Interface), yaitu pin
A
komunikasi untuk men-download program secara serial syncronous dari
MISO (PORT B.6), SCK (PORT B.7).
e.
PORT D (PD0...PD6)
AY
komputer ke microcontroller, pin-pin tersebut adalah MOSI (PORT B.5),
f.
AB
Pada PORT D terdapat tujuh buah pin atau 7 bit pin I/O.
RESET
Reset berfungsi untuk menyusun ulang routine program dari awal. Biasanya
R
reset bersifat active low, yaitu aktif saat logika bernilai nol “0”. Sinyal LOW
SU
pada pin ini dengan lebar minimum 1,5 mikrodetik akan membawa
microcontroller ke kondisi reset, meskipun clock tidak running. Sinyal
dengan lebar kurang dari 1,5 mikrodetik tidak menjamin terjadinya kondisi
XTAL 1
O
g.
M
reset.
XTAL1 adalah masukan ke inverting oscillator amplifier dan input ke
IK
internal clock operating circuit.
ST
h.
XTAL 2
XTAL2 adalah output dari inverting oscillator amplifier.