Sistem Kontrol Manual dan Otomatis Robot

Transkripsi

1 Sistem Kontrol Manual dan Otomatis Robot Endra Pitowarno PENS 2007

2 Low-level & High Level Control Sensor Internal: sensor posisi, sensor kecepatan, dan sensor percepatan, Sensor Eksternal: sensor taktil (tactile), berbasis sentuhan: misalnya limit switch pada bemper robot, sensor force dan sensor torsi (torque sensor), sensor proksimiti, sensor jarak (sonar, PSD, dll), sensor vision (kamera), gyro, kompas digital, detektor api, dan sebagainya.

3 Low-level & High Level Control Low-level Control Perintah Gerak Aktuator Lingkungan Robot Kontroler Sensor Internal Sensor Eksternal High-level Control

4 Kontrol Posisi Referensi posisi yg selalu berubah Low-level Control Posisi aktual tiap derajat aktuator Perintah Gerak Aktuator Lingkungan Robot Kontroler Sensor Internal Sensor Eksternal High-level Control

5 Kontrol Posisi Referensi posisi yg selalu berubah Algoritma program (ex: IF-THEN- ELSE) Low-level Control Kontroler PID Aktuator Kontroler Posisi aktual tiap derajat aktuator Lingkungan Robot Sensor posisi (rotary encoder) Proximity sensor (ex: line sensor) High-level Control

6 Kontrol Posisi & Kecepatan Referensi posisi & kecepatan yg selalu berubah Low-level Control Posisi & kecepatan aktual tiap derajat aktuator Perintah Gerak (posisi) & Kecepatan Kontroler PID Aktuator Lingkungan Robot Kontroler Sensor Internal (posisi & kecepatan) Sensor Eksternal High-level Control

7 Kontrol ON/OFF

8 Kontrol ON/OFF

9 Driver Kontrol ON/OFF

10 Rangkaian Sistem Kontrol ON/OFF

11 Program Kontrol ON/OFF: PIC16F87 // Nama Program : RR_16F84A1.c - Author: epit - Date : 2002/04/24 #pragma PROC_CODE_WORD_VAL 0x3ff2 #pragma PROC_ID_VAL 0x01 0x02 0x03 0x04 #pragma PCLATH_LOC 0xa #include "16F84.h" # define TRUE 1 # define FALSE 0 // Definisi alamat I/O Port A & B int 0x5; int 0x6; int 0x85; int 0x86; int datain; int count;

12 Program Kontrol ON/OFF: PIC16F87 pause(t) long t; { unsigned int d; while( t ) { for(d = 0 ; d < 255 ; d ); t--; } } // end pause main() { trisa = 0; trisb = 0; start_position(); pause(10); run(); for(;;){portb = 0x00;} }

13 Program Kontrol ON/OFF: PIC16F87 void start_position() { portb = 0xcf; for(;;) { datain = porta & 0x03; if (datain!= 0x03) return; } } void run() { count = 0; for(;;) { datain = porta & 0x80; // cek untuk bumper limit swtich if (datain == 0x00) {portb = 0x00; pause(100); return;} datain = porta & 0x83; // cek untuk x-----xxb Port A if (datain == 0x80) portb = 0x00; if (datain == 0x81) portb = 0x02; if (datain == 0x82) portb = 0x01; if (datain == 0x83) portb = 0x03; } }

14 Kontrol Linier: Kecepatan (kontrol Proportional)

15 Kontrol Linier: Kecepatan (kontrol Proportional-Integral)

16 Kontrol Linier: Kecepatan (kontrol Proportional-Integral-Derivative)

17 Skema ekivalen Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan

18 Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan

19 Studi Kasus: kontrol posisi & kecepatan

20 Fungsi Aktuator Penghasil gerakan (torsi) Gerakan rotasi (motor based) dan translasi (solenoid, hidrolik & pneumatik) Mayoritas aktuator > (DC) motor based Aktuator dalam simulasi cenderung dibuat linier Aktuator riil cenderung non-linier

21 Aktuator dalam perspektif Kontrol Aktuator: pintu kendali ke sistem Aktuator: pengubah sinyal listrik (arus, I) menjadi besaran mekanik (torsi) >> Torsi = I x Ktn; Ktn = konstanta motor/aktuator Batasan aktuator riil: sinyal kemudi terkecil (mulai bergerak), saturasi (arus membesar namun torsi tetap)

22 Berbagai macam Aktuator: VEXTA MOTOR

23 Berbagai macam Aktuator: Geared DC Motor

24 Berbagai macam Aktuator: Servo Motor

25 Artificial Muscle

26 Aplikasi (RC) Servo Motor

27 Sistem Robot Sistem Kontroler Sistem Robot dan orientasi fungsi Aktuator Mekanik Robot Sensor Sistem Aktuator Mata Kamera Sistem Roda Sistem Kaki Sistem Tangan Mata Kamera Real world Untuk Navigasi (gerak berpindah) Untuk Manipulasi (gerak penanganan) Mengikuti jalur Berdasarkan obyek statik atau bergerak (menuju obyek, menghindari obyek/halangan) berbasis vision, proximity, dll. Berdasarkan urutan perintah (referensi trajektori) Ujung tangan (posisi TIP): Mengikuti referensi trajektori Mengikuti obyek (berbasis vision, proximity, dll.) Memegang, mengambil, mengangkat, memindah atau mengolah obyek

28 Sistem Robot dengan kontroler berbasis prosesor Analog dan atau Digital Rangkaian prosesor (CPU) Analog dan atau Digital Aktuator Robot Sensor

29 Kontroler berbasis prosesor dengan user interface Keypad/ keyboard Monitor (LCD, CRT, etc.) analog 1/0 sistem bus (shaft encoder, vision) Rangkaian prosesor (CPU) Wireless communications (blue tooth, Wi-Fi, etc.) 1/0 analog

30 Sistem Kontrol Robotik (kontrol robot loop terbuka/tertutup) Referensi Gerak Kontroler Robot Referensi Gerak Error = Gerak referensi Gerak aktual Kontroler Robot Hasil Gerak sesungguhnya (dibaca oleh sensor) - Gerak aktual

31 Teori Dasar: Penggunaan Transformasi Laplace st L{ f ( t)} = f ( t) e dt 0 jika L { x( t)} = X ( s) & L {&& x( t)} = s( sx ( s)) maka L { x( t)} = sx ( s) percepatan/akselerasi kecepatan posisi & x&(t) 1 x& (t) 1 x (t) s s s(s X(s)) s X(s) X(s)

32 Contoh: Robot Tangan Satu Sendi Sensor posisi (potensiometer) Y θ & act = θ t Robot (lengan tunggal) Aktuator (Motor DC) θ X && θ act = & θ t θ ref θ Error = θ ref act Sistem Kontroler Kontrol Amplifier - I Ktn Motor DC Sistem Robot τ Sendi Robot & θ act 1 s & θ act 1 s θact

33 Metoda Kontrol Klasik (P) r e Kp u H(s) y - u = Kp e

34 Metoda Kontrol Klasik (I) r - e Ki s u H(s) y u( t) t = e T dt ( ) 0 Ki

35 Metoda Kontrol Klasik (P-I) Kp r e u H(s) y - Ki s G ( s) = Kp Ki s

36 Metoda Kontrol Klasik (D) r e s Kd u H(s) y - u = Kd e& u = Kd e t

37 Metoda Kontrol Klasik (P-I-D) Kp r - e Ki s u H(s) y s Kd

38 Penggunaan Kontrol Cerdas r - e Kontroler berbasis AI u Sistem Robot y AI & Terminologi:orang pertama > Alan Turing (1937) Neural Network: Warren McCulloch (1943) Teori Fuzzy: Lukacewick (1930an) Fuzzy Sets: Lotfi Zadeh (1965) Genetic Algorithm: Teori Darwin Konsep GA dalam Evolutionary Computation (EC): Holland (1975)

39 Motor DC magnet permanen R L τ, ω, θ I a V a V b di a V a = L RI a dt Kbω θ ( s) V L a ( s) = s[ sr J eff nk R f tn eff K tn K b ]

40 Fungsi transfer open loop Motor DC magnet permanen Va(s) - 1 sl R K tn (s) 1 sj eff f eff sθ(s) 1 s θ(s) K b θ V L a ( s) ( s) = s[ sr J eff nk R f tn eff K tn K b ] Ia(s) (s) K 1 tn H( s) sθ(s) 1 θ(s) s

41 Motor DC Servo Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan Kecepatan Referensi, θ & ref Kontrol PID Motor DC-MP Kecepatan aktual, θ & act - Skema ekivalen Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan

42 Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan & θ act Tegangan Supply DC (misal 0 24V) - & θ ref Rangkaian Driver - Vref(-) Vref()

43 RC Servo Sinyal Tegangan Input PWM Arah piringan Servo -120º s/d 120º 0º RC Servo Prinsip kerja RC Servo

44 Teknik Pulse Width Modulation Tegangan PWM V Tegangan ekivalen linier Vsat 0V = = = t t Prinsip kerja PWM

45 Sebuah rangkaian pembangkit PWM lengkap dengan driver H-bridge untuk motor DC-MP/DC-SV 74HCT245 1K2 ¼ LM324 12V - 1K2 BD643 (12 24)V BD643 1K2 ¼ LM324 12V - 1/0 CW/CCW (0 5)V & θ ref 74HCT04 LM555 1 Gnd Vcc 8 2 Trg Dis 7 3 Out Thr Rst Ctl.01 74HCT04 74HCT245 74HCT245 1K2 5V 20K.01 1K2 ¼ LM324 12V - 1K2 2SD1314 BD643 ¼ LM324 20K 12V 12V 2K2 2SD BD643 1K2 BD643 2SD1314 ¼ LM324 Arah (1/0) Kecepatan (0 5)V M 2SD1314 BD643 Driver Motor DC Berbasis PWM 2SD1314 1K2 H-bridge M ¼ LM324 12V - (ep)

46 Wassalam