3 Aktuator pada robot sutikno
Aktuator digunakan untuk mengerakkan
mekanik pada robot
Slides from Braunl and Jussi Suomela
1
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
Jussi Suomela
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
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 + Hbridge
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 pulsapulsa 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 100400 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 berikut
Sudut 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
mekanik pada robot
Slides from Braunl and Jussi Suomela
1
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
Jussi Suomela
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
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 + Hbridge
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 pulsapulsa 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 100400 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 berikut
Sudut 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