Aktuator digunakan untuk mengerakkan mekanik pada robot

1

Slides from Braunl and Jussi Suomela

Aktuator adalah elemen yang mengkonversikan besaran listrik analog menjadi besaran lainnya misalnya kecepatan putaran

Perangkat elektromagnetik yang menghasilkan daya gerakan sehingga dapat menghasilkan gerakan pada robot

RHex Rough-Terrain Robot: https://www.youtube.com/watch?v=ISznqY3kESI

Robot Arm on How it's Made: https://www.youtube.com/watch?v=tkDbmWAyHYw

How Hydraulic Ram Works : https://www.youtube.com/watch?v=svdsbL4PLL4

Snake robot : https://www.youtube.com/watch?v=v6W-sEpJEqY

Autonomous mobile robot: https://www.youtube.com/watch?v=F2q5wi2bfBc

Robot ant: https://www.youtube.com/watch?v=XwM9P-pdf7k

Homemade Robot: https://www.youtube.com/watch?v=0xUp-JRW_2s

Electrical

Hydraulic

Pneumatic

Others

Jussi Suomela HUT/Automation 4

Mudah dikontrol

Kecepatan biasanya 1000 - 10000 rpm

Ada beberapa tipe

Pengontrolan akurat

Effisiensi sangat baik

Jussi Suomela HUT/Auomation 5

•Tersedia yang berputar

atau yang linier

•Gerakan linier dg gigi

atau dengan gerakan linier

motor

DC-motors

asynchronous motors

synchronous motors

reluctance motors (stepper motors)

Jussi Suomela HUT/Automation 7

Mengubah energi listrik arus searah menjadi energi gerak atau energi mekanik

Ada 2 bagian : rotor dan stator

Rotor : bagian yang berputar, berupa koil dimana arus listrik dapat mengalir

Stator : bagian yang tetap, menghasilkan medan magnet

Jussi Suomela HUT/Automation 8

• Motor DC bekerja berdasarkan prinsip gaya Lorentz,

• ketika sebuah konduktor beraliran arus diletakkan dalam

medan magnet, maka sebuah gaya (yang dikenal dengan gaya

Lorentz) akan tercipta secara ortogonal diantara arah medan

magnet dan arah aliran arus.

Pengendalian kecepatan putar motor DC dapat dilakukan dengan mengatur besar tegangan terminal motor VTM.

Metode lain yang biasa digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor DC adalah dengan teknik modulasi lebar pulsa atau Pulse Width Modulation (PWM).

Controller + H-bridge

PWM-control

Speed control by controlling motor current=torque

PID control

H-bridge adalah sebuah perangkat keras berupa rangkaian yang berfungsi untuk menggerakkan motor.

Rangkaian ini diberi nama H-bridge karena bentuk rangkaiannya yang menyerupai huruf H

Hardware Implementation with Microcontroller: 2 Digital output pins from microcontroller,

[one at Gnd, one at Vcc] feed into a power amplifier

Alternative: use only 1 digital output pin plus one inverter, then feed into a power amplifier

very simple, very popular in industry

0,5kW - 500kW

More difficult to control (frequency)

nowadays as accurate control as DC-motors

Jussi Suomela HUT/Automation 16

Jussi Suomela HUT/Automation 17

Pada motor besar 100 kW - XXMW

also small ones ~ brushless DC-motors from 50W to 100 kW

Pengontrolan sama dengan motor asynchronous

Digunakan pada kapal, industri

Jussi Suomela HUT/Automation 18

Stepper Motors

Motor stepper adalah perangkat elektromekanis yang bekerja dengan mengubah pulsa elektronis menjadi gerakan mekanis diskrit.

Motor stepper bergerak berdasarkan urutan pulsa yang diberikan kepada motor.

Karena itu, untuk menggerakkan motor stepper diperlukan pengendali motor stepper yang membangkitkan pulsa-pulsa periodik.

Penggunaan motor stepper memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan penggunaan motor DC biasa

Sudut rotasi motor proporsional dengan pulsa masukan sehingga lebih mudah diatur.

Motor dapat langsung memberikan torsi penuh pada saat mulai bergerak

Posisi dan pergerakan repetisinya dapat ditentukan secara presisi

Memiliki respon yang sangat baik terhadap mulai, stop dan berbalik (perputaran)

Sangat realibel karena tidak adanya sikat yang bersentuhan dengan rotor seperti pada motor DC

Dapat menghasilkan perputaran yang lambat sehingga beban dapat dikopel langsung ke porosnya

Frekuensi perputaran dapat ditentukan secara bebas dan mudah pada range yang luas.

Motor stepper tipe Variable reluctance (VR)

Motor stepper tipe Permanent Magnet (PM)

Motor stepper tipe Hybrid (HB)

Motor ini terdiri atas sebuah rotor besi lunak dengan beberapa gerigi dan sebuah lilitan stator.

Ketika lilitan stator diberi energi dengan arus DC, kutub-kutubnya menjadi termagnetasi.

Perputaran terjadi ketika gigi-gigi rotor tertarik oleh kutub-kutub stator.

Memiliki rotor yang berbentuk seperti kaleng bundar (tin can) yang terdiri atas lapisan magnet permanen yang diselang-seling dengan kutub yang berlawanan

Dengan adanya magnet permanen, maka intensitas fluks magnet dalam motor ini akan meningkat sehingga dapat menghasilkan torsi yang lebih besar.

Motor jenis ini biasanya memiliki resolusi langkah (step) yang rendah yaitu antara 7,50 hingga 150 per langkah atau 48 hingga 24 langkah setiap putarannya.

Memiliki struktur yang merupakan kombinasi dari kedua tipe motor stepper sebelumnya.

Memiliki gigi-gigi seperti pada motor tipe VR dan juga memiliki magnet permanen yang tersusun secara aksial pada batang porosnya seperti motor tipe PM.

Paling banyak digunkan dalam berbagai aplikasi karena kinerja lebih baik.

Menghasilkan resolusi langkah yang tinggi yaitu antara 3,60 hingga 0,90 per langkah atau 100-400 langkah setiap putarannya.

Pengontrolan sudut

Lambat

Biasanya tidak ada feedback

Posisi akurat

Mudah dikontrol

Jussi Suomela HUT/Automation 27

Mengetahui jumlah putaran motor

Piringan memiliki celah-celah di mana cahaya inframerah dari LED bisa melewati dan mengenai phototransistor saat sejajar dengan celah dan cahaya akan terhalang saat celah bergeser.

Proses ini akan menimbulkan lewat tidaknya cahaya inframerah saat as berputar.

Pada saat lubang piringan tidak melalui celah tersebut, maka cahaya terhalang dan photo transistor berada dalam kondisi terbuka. Tegangan pada keluaran rangkaian ini (kaki 1 dari connector 3 pin) adalah sebesar VCC

Pada saat lubang piringan berada pada celah, cahaya tidak lagi terhalang dan photo transistor akan berada dalam kondisi saturasi. Arus mengalir dari VCC ke emitor melalui R 1K yang mengakibatkan keluaran dari rangkaian ini terhubung ke Ground atau tegangan 0 Volt.

Putaran dari piringan encoder akan membuat keluaran rangkaian ini berubah-ubah dari logika 0 ke 1 dan kembali lagi ke 0 dan seterusnya.

Pada motor yang memiliki 10 celah encoder

maka akan diperoleh perhitungan bahwa setiap celah mewakili sudut sebagai berikutSudut celah = 360/jumlah celah = 36º

Apabila terdeteksi adanya 3 pulsa maka akan diperoleh informasi bahwa motor telah bergerak 36º x 3 = 108º

Untuk pengendalian kecepatan motor

Cara memanipulasi lebar sinyal atau tegangan yang dinyatakan dengan pulsa dalam suatu perioda

Mengatur tegangan sumber yang konstan untuk mendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda

linear movement

big forces without gears

actuators are simple

in mobile machines

Bad efficiency

Jussi Suomela HUT/Automation 35

Jussi Suomela HUT/Automation 37

like hydraulic except power from compressed air

fast on/off type tasks

big forces with elasticity

no leak problems

Jussi Suomela HUT/Automation 38

piezoelectric

magnetic

ultra sound

SMA

inertial

Jussi Suomela HUT/Automation 39