ROBOTIKAMEKANIKA ROBOT

Chaeriah Bin Ali Wael ST, MT

chaeriah.wael10@gmail.com

UNRIKA - Batam

Sistem Aktuator

Sistem Robot Berorientasi Fungsi

Sistem Kontroler

Mekanik RobotAkruator Sensor

Sistemroda

Sistemkaki

Sistemtangan

Sistem Aktuator

Sistem Robot Berorientasi Fungsi

Sistemroda

Sistemkaki

Sistemtangan

Untuk manipulasiUntuk navigasi

Mengikuti jalur Menuju objek/menghindari

objek Berdasarkan urutan perintah

(referensi trajektori)

Ujung tangan : Mengikuti referensi

trajektori Mengikuti objek Memegang, mengambil,

mengangkat objek, dll.

Mekanik Robot

Mekanik robot merupakan perangkat yang mengubah

gerak menjadi beberapa pola yang diinginkan.

Struktur robot sebagian besar dibangun berdasarkan

konstruksi mekanik. Sistem mekanik robot terdiri dari

setidak-tidaknya sebuah fungsi gerak.

Degree of Freedom (DOF) : jumlah arah yang independen

dimana end effector dari sebuah robot dapat bergerak.

Mekanisme Aktuator (Penggerak)

Aktuator merupakan istilah yang digunakan untuk penggerakrobot.

Macam aktuator :

Hidrolik : menggunakan fluida dalam bentuk cairan

Pneumatik : menggunakan fluida udara yang dimampatkan.

Aktuator hidrolik dan pneumatik menghasilkan geraklinier

Motor listrik

Motor listrik menghasilkan gerak rotasi

Aktuator Hidrolik

Aktuator Hidrolik

Piston berpegas

Aktuator Hidrolik

Silinder double acting

Metode pengendalian yang

diterapkan pada silinder

double acting menggunakan

katup transfer hidrolik.

Aktuator Hidrolik

Silinder double acting

Metode pengendalian yang

diterapkan pada silinder

double acting menggunakan

katup transfer hidrolik.

Aktuator Pneumatik

untuk membangkitkan

tekanan yang dibutuhkan

dalam pengoperasian piston,

pompa harus melakukan

pekerjaan tambahan yaitu

memampatkan udara.

Motor Listrik

Berdasarkan fungsinya, motor yang digunakan pada robot terdiridari :

Motor DC

Digunakan untuk aplikasi yang membutuhkan kecepatan tinggi.

Motor stepper

Digunakan untuk aplikasi dengan akurasi tinggi.

Motor servo

Digunakan untuk gerakan-gerakan berupa gerakan sudut.

Motor DC

Motor DC paling sederhana untuk diaktifkan, yaitu dengan memberikantegangan DC dan selanjutnya akan berputar secara kontinyu ke arah tertentu.

Membalik arah putaran motor dilakukan dengan mengubah polaritas arus yang mengalir pada motor.

Aplikasi motor DC pada robot :

Roda robot yang membutuhkan kecepatan gerak yang tinggi.

Baling-baling atau kipas pada aplikasi robot pemadam api.

Untuk mengendalikan motor DC dibutuhkan sebuah rangkaian yang disebutrangkaian Half Bridge

Pada modul Delta DC Driver terdapat 2 rangkaian half bridge sehingga dapatmengendalikan 2 buah motor DC.

Motor DC Magnet Permanen

Motor DC Magnet Permanen

Rangkaian ekivalen motor DC-MP

Ket :V(t) : tegangan armaturia : arus motorR : resistansi armaturL : induktansi lilitan armatur

Vb : tegangan induksi (emf)m : posisi angular rotor m : torsi motorl : torsi beban

Motor DC Magnet Permanen

Rangkaian ekivalen motor DC-MP

Motor Stepper

Motor Stepper

Motor stepper merupakan jenis motor DC yang dapat berputar padalangkah tetap dengan besar sudut tertentu.

Motor stepper menghasilkan gerak putaran diskrit (gerakan yang patah-patah) dengan besar sudut untuk tiap langkah bervariasi.

Motor stepper digunakan pada aplikasi yang memerlukan perputaranpada sudut tertentu namun tidak memerlukan umpan balik darisensor posisi.

Sudut perpindahan dapat diketahui dengan menghitung jumlahlangkah yang dilakukan dalam satu putaran.

Karakteristik Motor Stepper

Karakteristik motor stepper :

Tegangan

Tiap motor stepper mempunyai tegangan rata-rata yang tertulis pada tiap unitnya atau tercantum pada datasheet motor stepper.

Apabila melebihi tegangan rata-rata akan menimbulkan panas yang menyebabkan kinerja putaran motor tidak maksimal atau bahkan sampai merusak motor.

Resistansi

Resistansi menentukan arus yang mengalir serta mempengaruhitorsi dan kecepatan maksimum motor.

Karakteristik Motor Stepper

Karakteristik motor stepper :

Derajat per step

Tiap motor stepper mempunyai spesifikasi derajat per step antara lain: 0.72 per step, 1.8 per step, 3.6 per step, 7.5 per step, 15 per step bahkan ada yang 90 per step.

Dalam pengoperasiannya, putaran motor stepper menggunakan 2 prinsip yaitu full step atau half step. Dengan full step berarti motor stepper berputar sesuai dengan spesifikasi derajat per stepnya, sedangkan half step berarti motor stepper berputar setengah derajat per step dari spesifikasi motor stepper tersebut.

Jenis Motor Stepper

V+

V+ V+

Motor stepper Unipolar Motor stepper Bipolar

Jenis Motor Stepper

Unipolar

Motor stepper unipolar mempunyai karakteristik khusus yaitu berupa lilitan center-tapped dan 1 lilitan sebagai common. Lilitan common akan mencatu tegangan pada center-tapped dan sebagai ground adalah rangkaian drivernya.

Jumlah phase dan motor stepper adalah dua kali dan jumlah koilnya.

Arus mengalir 1 arah dan perubahan arah putar motor tergantunglilitan (koil) yang dialiri arus.

Jenis Motor Stepper

Bipolar

Arus pada koil bolak-balik untuk mengubah arah putar motor.

Sulit dalam pengontrolan dibandingkan dengan unipolar.

Kelebihan : ukurannya besar dan dapat menghasilkan torsi yang besar daripada motor stepper unipolar.

Kendali motor stepper bipolar & unipolar dapat menggunakan IC L293D.

Modul SST-06 Subsystem Stepper Interface merupakan pengendalimotor stepper yang telah dilengkapi mikrokontroler untuk mengaturgerak motor dengan perintah serial dari UART ataupun manual.

Motor Servo

Motor Servo

Motor servo merupakan motor DC dengan sistem umpan balikdimana posisi rotornya akan diinformasikan kembali ke rangkaiankontrol yang ada di dalam motor servo.

Motor servo terdiri atas motor DC, serangkaian gear, potensiometer dan rangkaian kontrol.

Potensiometer berfungsi menentukan batas sudut dari putaranservo, sementara Sudut dari sumbu motor servo diaturberdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kabel motor.

Motor Servo

Pengaturan gerakan motor servo dilakukan dengan memberikan pulsaPWM (Pulse Width Modulation) yang dapat dibangkitkan olehmikrokontroler.

Untuk mempermudah pengontrolan robot dengan lebih dari 1 motor servo digunakan modul servo controller DSR-08.

Motor servo biasanya hanya bergerak mencapai sudut tertentu saja dantidak kontinyu seperti motor DC dan motor stepper.

Jenis aplikasi pada robot :

Digunakan untuk bagian kaki, lengan atau bagian-bagian lain yang mempunyai gerakan terbatas dan membutuhkan torsi cukup besar.

Modul Servo Motor Controller DSR-08

Pulse Width Modulation (PWM)

PWM (Pulse Width Modulation) secara umum adalah sebuah cara memanipulasilebar sinyal yang dinyatakan dengan pulsa dalam satu periode, untukmendapatkan tegangan rata-rata yang berbeda.

Sinyal PWM pada umumnya memiliki amplitudo dan frekuensi dasar yang tetap, namun memiliki lebar pulsa yang bervariasi.

Lebar Pulsa PWM berbanding lurus dengan amplitudo sinyal asli yang belumtermodulasi. Artinya, sinyal PWM memiliki frekuensi gelombang yang tetapnamun duty cycle bervariasi (antara 0% hingga 100%)

Aplikasi PWM berbasis mikrokontroler biasanya berupa, pengendalian kecepatan motor DC, Pengendalian Motor Servo, Pengaturan nyala terang LED.

Pulse Width Modulation (PWM)

Vrata-rata sinyal PWM

Konsep Dasar PWM

Time

Am

plit

udo

Ttot = Ton + Toff

total

on

TTD =

Vout = D Vin

intotal

onout VT

TV =

Ket :D : duty cycle (lamanya pulsa high

dalam 1 periode)Ton : waktu pulsa highToff : waktu pulsa low

Jenis PWM

PWM dengan metode analog

Pembangkitan sinyal PWM yang paling sederhana adalah dengan caramembandingkan sinyal gigi gergaji sebagai tegangan carrier dengantegangan referensi menggunakan rangkaian op-amp comparator.

Komparator akan membandingkan gelombang tegangan gigi gergajidengan tegangan referensi.

Saat nilai tegangan referensi lebih besar dari tegangan carrier (gigigergaji) maka output komparator akan bernilai high. Namun saattegangan referensi bernilai lebih kecil dari tegangan carrier, makaoutput komparator akan bernilai low.

Jenis PWM

PWM dengan metode analog

Mengubah duty cycle dari sinyal output cukup dengan mengubah-ubah besar tegangan referensi.

%100=carrier

referensi

VV

cycleDuty

Jenis PWM

Sinyal gigi gergaji sebagaitegangan carrier

Rangkaian PWM analog

PWM metode Analog

Jenis PWM

PWM dengan metode digital

PWM dengan metode digital dipengaruhi oleh resolusi dari PWM.

Resolusi adalah jumlah variasi perubahan nilai dalam PWM.

Misalkan suatu PWM memiliki resolusi 8 bit berarti PWM memiliki

variasi perubahan nilai sebanyak 28 = 256, variasi mulai dari 0 255

yang mewakili duty cycle 0 100% dari keluaran PWM.

Jenis PWM

PWM denganmetode digital

Duty cycle dan resolusi PWM

%100+

=offon

on

TTTcycleDuty

Perhitungan Vaverage PWM

Perhitungan pengontrolan tegangan output motor dengan PWM :

fullratarata VbaaV +

=

Robot Locomotion

Locomotion Movement (pergerakan) Travel (perjalanan) Moving from place to place

Robot locomotion adalah studi tentang bagaimana mendesain anggotabadan robot dan mekanisme interaksi fisik dengan lingkungannya untuk menghasilkan gerakan .

Contoh : robot beroda (wheeled robot) merupakan tipe pergerakan yang efisien pada lingkungan permukaandatar dan mudah dikendalikan

Jenis Locomotion (Alami)

crawling Sliding/snaking running jumping

walking rolling gliding flying

Jenis Locomotion (Alami)

swimming propulsion Branchiating/climbing

Jenis Locomotion (Buatan)

crawling sliding walking

Bigdog

Mechanics of Soft Materials Laboratoryhttp://ase.tufts.edu/msml/researchInchBot.asp

Jenis Locomotion (Buatan)

running

jumping

half-swimming-half walking

salamander

Slide Number 1Sistem Robot Berorientasi FungsiSistem Robot Berorientasi FungsiMekanik RobotMekanisme Aktuator (Penggerak)Aktuator HidrolikAktuator HidrolikAktuator HidrolikAktuator HidrolikAktuator PneumatikMotor ListrikMotor DCMotor DC Magnet PermanenMotor DC Magnet PermanenMotor DC Magnet PermanenMotor StepperMotor StepperKarakteristik Motor StepperKarakteristik Motor StepperJenis Motor StepperJenis Motor StepperJenis Motor StepperMotor ServoMotor ServoMotor ServoModul Servo Motor Controller DSR-08Pulse Width Modulation (PWM)Pulse Width Modulation (PWM)Konsep Dasar PWMJenis PWMJenis PWMJenis PWMJenis PWMJenis PWMPerhitungan Vaverage PWMRobot LocomotionJenis Locomotion (Alami)Jenis Locomotion (Alami)Jenis Locomotion (Buatan)Jenis Locomotion (Buatan)