TKC306 - Robotika. Eko Didik Widianto. Sistem Komputer - Universitas Diponegoro

Transkripsi

1 Robot Robot TKC306 - Robotika Eko Didik Sistem Komputer - Universitas Diponegoro Review Kuliah Pembahasan tentang aktuator robot beroda Referensi: : magnet permanen, stepper, brushless, servo Teknik PWM (modulasi lebar pulsa) Motor direct drive Motor linear pneumatik dan hidrolik 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 Sumber lain yang relevan Robot

2 Kompetensi Dasar Robot Setelah mempelajari bab ini, mahasiswa akan mampu 1. [C5] memilih aktuator untuk robot beroda berdasarkan aplikasi robotnya: motor DC, motor Stepper, Brushless, dan motor DC 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 Pneumatik Hidrolik Selenoid Robot Model Kontrol

3 : peralatan mekanis untuk menggerakkan atau mengontrol sebuah mekanisme atau sistem Fungsi: Mengkonversikan besaran listrik menjadi besaran lainnya (umumnya meanik) Misalnya: arus listrik menjadi kecepatan sudut pada motor DC Robot Penghasil gerakan rotasi dan/atau translasi Robot beroda: aktuator berbasis motor 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 Pneumatik Hidrolik Selenoid Model Kontrol Robot Pneumatik Hidrolik Selenoid

4 Pneumatik Robot Pneumatik Hidrolik Selenoid Air-to-close/spring-to-open Appin Knowledge Solutions, Robotics Kontrol Pneumatik Robot Pneumatik Hidrolik Selenoid Appin Knowledge Solutions, Robotics

5 Bahasan Pneumatik Hidrolik Selenoid Model Kontrol Robot Pneumatik Hidrolik Selenoid Hidrolik Robot Pneumatik Hidrolik Selenoid Appin Knowledge Solutions, Robotics

6 Bahasan Pneumatik Hidrolik Selenoid Model Kontrol Robot Pneumatik Hidrolik Selenoid Selenoid Elektrik Robot Pneumatik Hidrolik Selenoid Appin Knowledge Solutions, Robotics

7 Selenoid Elektrik Robot Kelebihan: Operasi cepat Lebih mudah untuk diinstall daripada pneumatik atau hidrolik 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 Pneumatik Hidrolik Selenoid Bahasan Pneumatik Hidrolik Selenoid Model Kontrol Robot Model Kontrol

8 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 Robot Model Kontrol Kombinasi Motor - Enkoder Robot berputar bebas Kontrol motor membutuhkan mekanisme feedback menggunakan enkoder putar Model Kontrol

9 Model Motor Robot Model Kontrol Bahasan Pneumatik Hidrolik Selenoid Model Kontrol Robot Model Kontrol

10 Karakteristik Masukan Robot Karakteristik masukan Tegangan operasi (1.5V s/d 100V) Semakin tinggi tegangan semakin efisien Robot menggunakan battery 6, 12, 24 Volt Arus operasi Semakin tinggi arus, torsi yang dihasilkan semakin besar Model Kontrol Karakteristik Keluaran Karakteristik keluaran Kecepatan (RPM, rotasi per menit), 1-12k rpm Diukur saat tidak ada beban di tegangan tertentu Torsi (Nm/newton meter atau oz/once inci), τ = r F sin θ Oz menunjukkan gaya tangen satu ons di radius 1 inci dari tengah motor Rating: stall torque, torsi maksimum saat motor berhenti Ilustrasi: Daya Perkalian kecepatan dengan torsi Pout = (torsi) (rpm)/9.57 Robot Model Kontrol

11 Performansi Motor Robot Model Kontrol 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 Pneumatik Hidrolik Selenoid Model Kontrol Robot Model Kontrol

12 Kecepatan, Torsi dan Reduksi Gear Robot Saat tidak ada beban, motor berputar dengan kecepatan penuh, namun torsi NOL, sehingga menghasilkan daya NOL Sedangkan saat berhenti berputar, motor menghasilkan torsi maksimum, namun kecepatan NOL dan menghasilkan daya NOL Perlu menggunakan reduksi gear Model Kontrol daya maksimum antara 1/2 kecepatan dan torsi maksimum Pengontrolan Robot Pengontrolan motor DC 1. Arah maju, mundur atau berhenti Dengan H-Bridge 2. Kecepatan motor modulasi lebar pulsa (PWM, pulse width modulation) Model Kontrol

13 H-Bridge Robot Model Kontrol Operasi H-Bridge Robot Model Kontrol

14 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) Robot Model Kontrol 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 = t on /t period Keluaran dihubungkan dengan H-Bridge Robot Model Kontrol

15 Response PWM Robot Model Kontrol Perubahan kecepatan dimulai di detik ke-5 Kecepatan tidak linear terhadap PW ratio Kalibrasi motor? 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 1.8 o Kecepatan motor ditentukan oleh jumlah step perdetik Dipengaruhi juga oleh beban Robot

16 Robot Sepertinya cocok untuk WMR yang memerlukan kontrol kecepatan dan posisi 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 yang dikemas dengan kontrol PW (lebar pulsa) Port: VCC, GND dan masukan kontrol PW Servo tidak bisa memutar penuh seperti motor DC, jangkauannya sekitar ±120 o dari posisi tengah Kontrol PW digunakan untuk menentukan posisi putar servo Bukan kecepatan seperti di motor DC Menggunakan rangkaian feedback (potensiometer) untuk mengukur posisi servo Robot

17 Kontrol Frekuensi 50Hz, periode 20ms Lebar pulsa menentukan posisi yang diinginkan, misalnya lebar 0.7ms akan memutar ke kiri 120 o, dan lebar 1.7ms akan memutar ke kanan 120 o (tergantung model) Robot