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
