Aktuator digunakan untuk mengerakkan mekanik pada · PDF fileRobot ant: ... Memiliki rotor...
Transcript of Aktuator digunakan untuk mengerakkan mekanik pada · PDF fileRobot ant: ... Memiliki rotor...
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