bab 2 landasan teori - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/ecolls/ethesisdoc/bab2/2009-2-00425-sk...

43
9 BAB 2 LANDASAN TEORI 2.1 Robotika Istilah robot yang biasa terdengar umumnya mengandung pengertian suatu alat yang menyerupai manusia atau bahkan bertingkah laku seperti manusia, namun struktur tubuhnya tidak seperti manusia melainkan terbuat dari bahan logam . Pada hakekatnya robot mengandung beberapa unsur – unsur pendukung : a. Programable b. Automatic (otomatis) c. Manipulator (perangkat manipulasi) d. Human like (mempunyai kemiripan dengan manusia) e. Controller Dari unsur-unsur diatas jelaslah bahwa robot bukan hanya sekedar perkakas biasa, namun merupakan mesin khusus yang dapat dikontrol oleh manusia lewat suatu processor atau controller. Terdapat dua defenisi yang dapat diterima dikalangan industri mengenai robot, yaitu : a. Menurut RIA (Robotik Institute of Amerika) robot adalah Manipulator yang berfungsi jamak dan dapat diprogram ulang dan dirancang untuk mengangkut material, part, peralatan atau perangkat khusus melalui peubah pergerakan terprogram untuk melakukan tugas bervariasi”

Upload: tranhanh

Post on 07-Feb-2018

230 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

9

BAB 2

LANDASAN TEORI

2.1 Robotika

Istilah robot yang biasa terdengar umumnya mengandung pengertian

suatu alat yang menyerupai manusia atau bahkan bertingkah laku seperti

manusia, namun struktur tubuhnya tidak seperti manusia melainkan terbuat

dari bahan logam . Pada hakekatnya robot mengandung beberapa unsur –

unsur pendukung :

a. Programable

b. Automatic (otomatis)

c. Manipulator (perangkat manipulasi)

d. Human like (mempunyai kemiripan dengan manusia)

e. Controller

Dari unsur-unsur diatas jelaslah bahwa robot bukan hanya sekedar

perkakas biasa, namun merupakan mesin khusus yang dapat dikontrol oleh

manusia lewat suatu processor atau controller. Terdapat dua defenisi yang

dapat diterima dikalangan industri mengenai robot, yaitu :

a. Menurut RIA (Robotik Institute of Amerika) robot adalah “

Manipulator yang berfungsi jamak dan dapat diprogram ulang dan

dirancang untuk mengangkut material, part, peralatan atau perangkat

khusus melalui peubah

pergerakan terprogram untuk melakukan tugas bervariasi”

Page 2: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

10

b. Robot merupakan peralatan yang melakukan fungsi-fungsi yang biasa

dilakukan oleh manusia, atau peralatan yang bekerja dengan kecerdasan

yang mirip dengan kecerdasan manusia.

2.1.1 Klasifikasi Umum dari Robot

Berdasarkan sifat mobilitasnya, robot dapat diklasifikasikan dalam

dua bagian besar, yaitu:

1. Mobile Robot

Kata mobile robot mempunyai arti bergerak, yang

dimaksudkan adalah sistem robot tersebut mampu memindahkan dirinya

sendiri dari posisi A ke posisi B, dimana kedua posisi tersebut berada

pada jarak tertentu (keseluruhan badan robot berpindah tempat), bisa

dikatakan bahwa robot tersebut bergerak dinamis.

A. Operator Oriented

Mobil robot dengan operator oriented adalah pengenalan

gerakan dari robot yang membutuhkan seorang operator. Jadi

seluruh gerakan robot untuk memindahkan tubuhnya tergantung

dari instruksi yang diberikan oleh seorang operator.

B. Self Running

Mobil robot dengan Self Running adalah pengendalian

gerakan dari robot yang berdasarkan program kemudi yang

diberikan sehingga seolah-olah robot tersebut bergerak sendiri.

Jenis ini tidak tergantung dari kemudi seorang operator dan juga

Page 3: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

11

biasanya ditempatkan beberapa jenis

sensor untuk mendeteksi situasi sekelilingnya (untuk mengenali

medan jelajahnya).

Sensor tersebut akan memberikan informasi kepada sistem

robot, kemudian oleh perangkat prosessor atau controll

informasi tersebut diolah, yang nantinya dijadikan sebagai acuan

dalam melakukan pergerakan selanjutnya.

Self Runnning dapat dikategorikan lagi menjadi dua jika

dilihat dari tingkat kecerdasan robot tersebut, yakni robot dengan

kecerdasan buatan dan tanpa kecerdasan buatan. Robot dengan

kecerdasan buatan memiliki maksud bahwa robot tersebut

berkemampuan secara sendiri untuk merespon atau bereaksi

didalam kondisi yang tidak ditentukan sebelumnya. Selanjutnya

robot dengan tanpa kecerdasan buatan secara keseluruhan

tergantung kepada intstruksi yang diberikan.

2. Non Mobile robot

Kebalikan dari pengertian mobil robot, maka non robot memilki

pengertian sistem robot yang tidak dapat memindahkan posisinya dari

suatu tempat ketempat lain. Artinya robot tersebut hanya dapat

menggerakkan tubuhnya saja, misalnya ini terjadi pada perangkat

manipulator yaitu lengan robot, tangan kaki dan sebagainya. Atau

dengan kata lain tubuh robot berada pada posisi yang tetap.

Page 4: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

12

Lengan Robot Pada skripsi ini merupakan salah satu contoh dari

non mobile robot

2.1.2 Lengan robot

Lengan robot banyak digunakan pada industri, khususnya industri yang

memerlukan ketepatan dan bekerja secara berulang – ulang. Dalam hal ini

lengan robot pada sistem ini digunakan untuk mengambil dan

memindahkan benda. Berat Benda yang dapat diangkat diharuskan

mempunyai 2 sisi yang rata sehingga dapat dijepit oleh grip pada lengan

robot.

Gambar 2.1 Contoh Pergerakan lengan robot

Page 5: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

13

Lengan robot yang digunakan memakai motor servo sebagai

penggerak. Ada 6 motor servo yang digunakan untuk mengerakan lengan

robot. Derajat kebebasan gerakan lengan robot dapat dilihat pada Contoh

gambar 2.1 diatas.

2.2 Konsep Dasar Manipulator Robot

Istilah manipulator adalah sekumpulan hubungan mekanik yang terdiri

dari dari rangkaian kinematic berupa link, baik sebagai rangkaian umpan balik

terbuka maupun umpan tertutup yang dihubungkan dengan sendi dan

mempunyai kemampuan untuk melakukan pergerakkan baik planar maupun

spatial. Pergerakan secara planar adalah pergerakan sendi-sendi pada bidang

parallel sedangkan secara spatial adalah pergerakan pada bidang tiga dimensi.

Secara umum derajat kebebasan tersebut adalah jumlah yang dibutuhkan untuk

menyatakan posisi dari setiap hubungan relative terhadap link yang tetap

Beberapa istilah dan definisi yang banyak digunakan dalam manipulator

robot adalah :

1. Link

Link adalah salah satu bagian dari kerangka yang kaku atau anggota

yang dihubungkan secara bersamaan untuk membentuk sebuah rangkaian

kinematic.

2. Sendi (Joint)

Joint adalah koneksi antar link yang dapat menentukan pergerakkan

Page 6: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

14

relative yang terbatas .

Pada lengan robot/mekanik merupakan penghubung yang dapat

berupa poros ataupun tumpuan dari lengan-lengan mekanik dalam

pergerakkannya. Biasanya pada sendi ditempatkan motor yang

dikendalikan sebagai tenaga penggerak dari lengan-lengan mekanik.

Sendi terbagi menjadi dua jenis, yaitu : sendi putar (Revolute Joint)

dan sendi geser (Prismatic Joint). Revolute joint bergerak seperti engsel

dan memungkinkan gerakkan memutar yang relatif antara dua lengan

mekanik. Sedangan prismatic Joint memungkinkan gerakan lurus yang

relatif antara dua hubungan.

Gambar 2.2 Contoh Revolute Joint

(The University Of Texas and Simmechanics.com)

Gambar 2.3 Contoh Prismatic Joint

(The University Of Texas and Simmechanics.com)

Page 7: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

15

2. End-effector

Biasa juga disebut end of arm tooling, berupa peralatan khusus yang

ditempatkan pada bagian akhir dari link untuk melakukan tugas tertentu.

3. Work Space/Work Envelope

Adalah total volume ruang kerja yang dapat dijangkau oleh End-

Effector ketika manipulator melakukan semua gerakan yang mungkin.

4. Akurasi

Pengukuran atas seberapa dekat sebuah manipulator dapat mencapai

titik tujuan yang diinginkan pada ruang kerjanya.

5. Repeatability

Pengukuran atas seberapa dekat sebuah manipulator dapat kembali

mencapai titik tujuan sebelumnya.

6. Rigidity

Tingkat kekakuan mekanik manipulator.

8. Poros gerakan

Adalah mekanisme yang memungkinkan robot untuk bergerak

secara lurus atau berotasi.

9. Derajat kebebasan : adalah jumlah arah yang idenpenden dimana end-

effector dari sebuah robot dapat bergerak.

Page 8: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

16

Robot dengan 3 poros gerakan & 6 derajat kebebasan yang

3 derajat kebebasan mungkin bagi sebuah obyek

Gambar 2.4 Contoh Pergerakkan Joint dengan 3 dan 6 derajat kebebasan

Robot dengan 4 poros gerakan & Pergelangan robot dengan

3 derajat kebebasan 3 derajat kebebasan

Gambar 2.5 Contoh Pergerakkan Joint dengan 4 dan 3 derajat kebebasan

2.2.1 Geometri robot

1. Anthropomorphic

Memiliki kesamaan dengan manusia, misalnya lengan

Anthropomorphic akan serupa dengan lengan manusia dalam hal

bagaimana setiap bagian dihubungkan. Lengan ini memiliki manuver

paling besar dan seringkali menjadi pilihan untuk pengecatan,

namun jenis ini pergerakannya paling lambat dan akan mengalami

kesulitan untuk menggerakkan ujung lengan dalam garis lurus.

Page 9: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

17

Gambar 2.6 Anthropomorphic

2. Cartesian

Dapat bergerak 3 arah yang idependen yaitu sumbu X, Y dan Z.

Biasanya lengan ini akan bekerja pada kerangka overhead yang dibentuk

oleh sumbu x membentuk suatu lingkup kerja persegi panjang. Geometri

ini digunakan untuk pekerjaan yang memiliki cakupan area yang

luas dimana gerakan-gerakan yang rumit tidak terlalu dipentingkan.

Gambar 2.7 Cartesian

3. Silindris

Serupa dengan cartesian, kecuali bahwa ia tidak memiliki

gerakan sepanjang sumbu X, sebagai gantinya, lengan dapat bergerak

rotasi. Terdapat 3 poros gerakan yaitu Y, Z dan θ. Dimana θ adalah

sudut rotasi.

Page 10: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

18

Gambar 2.8 Silindris

4. Kutup

Hampir sama dengan silindris, lengan dengan geometri kutup

memiliki sumbu Y dan θ, perbedaannya terletak pada adanya poros

yang memungkinkan lengan tersebut berotas / berputar pada bidang

vertikal, sebagai ganti gerakan ke atas atau ke bawah sepanjang

sumbu Z. Lingkup kerjanya seperti bagian permukaaan dari sebuah bola

(spherical).

Gambar 2.9 Kutup

5. SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm)

pada SCARA persendian putar lengannya berotasi pada sumbu

Page 11: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

19

vertikalnya. Pemakaiannya meluas untuk pengoperasian perakitan

khususnya pada bidang elektronika.

Gambar 2.10 Scara

2.2.2 Bagian-Bagian Manipulator Lengan Robot

Secara keseluruhan sebuah system Lengan robot msnipulator terdiri dari :

1. Tangan Mekanik (Mechanical arm)

Adalah bagian dasar dari konstruksi lengan robot untuk dapat

membentuk lengan robot sesuai kebutuhan dan merupakan bagian yang

dikendalikan pergerakkannya

2. End-Effector

Piranti yang terpasang pada lengan robot untuk melaksanakan

fungsi-fungsi tertentu.

• Jenis end-effector :

1. Gripper (pencengkram)

Piranti untuk memegang dan mencengkram obyek,

misalnya : tangan mekanik, piranti pengait, magnet atau

penghisap.

Page 12: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

20

Gambar 2.11 Jenis End-effector Gripper

2. Tool (peralatan)

Piranti yang digunakan robot untuk melakukan operasi pada suatu

obyek. Misalnya : bor, penyemprot cat, gerinda, alat las dan lain-lain.

• Gerakan robot pada end-effector

1. Point to point control (Gripper)

2. Continous path control (Tool)

• Jenis Gripper :

1. Kontak (jig) : Robot melakukan aktivitas terhadap suatu

obyek tertentu, seperti melakukan pengelasan, pemotongan,

pengeboran.

2. Gripper kasar : Tidak membutuhkan ketepatan.

3. Gripper presisi : Memerlukan penempatan yang presisi

Page 13: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

21

4. Perakitan : Posisi yang akurat dan umpan balik sensor yang

memungkinkan robot memantau dan memperbaiki gerakan

yang dilakukannya.

• Jenis Tool (Peralatan) :

1. Pengelasan (welding) :

Inert gas : metal (MIG) dan Tungsten (TIG)

- Spot welding (las titik)

- Stud welding

2. Pengecatan semprot (Paint spraying)

3. Deburring

4. Nut runner

Gambar 2.12 Jenis Tools Paint Spraying

Page 14: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

22

3. Penggerak (Actuator)

Istilah yang digunakan untuk mekanisme yang menggerakkan

lengan robot. Aktuator dapat berupa hidrolik dan pneumatik

yang digunakan untuk mengendalikan persendian prismatik karena

dapat menghasilkan gerakan linier secara langsung (sering disebut

dengan penggerak linier)., atau pula aktuator motor listrik yang

menghasilkan gerakan rotasi. Penggerak yang umum digunakan pada

saat ini adalah penggerak motor servo. Penggerak ini lebih mudah

dikontrol dibanding penggerak lainnya

4. Sensor/Transducer

Sensor dipergunakan manipulator agar dapat berinteraksi dengan

lingkungan kerjanya. Sensor juga dipergunakan sebagai input umpan

balik pada proses pengendalian manipulator

5. Pengendali (Controller)

Pengendali adalah mekanisme (baik secara perangkat keras maupun

perangkat lunak) yang dipergunakan untuk mengatur seluruh pergerakan

atau proses yang dilakukan manipulator

6. Antar muka (Interface)

7. Sumber Tenaga (External Power Unit)

2.3 Aktuator Robot

Aktuator dasar yang sering digunakan sebagai penghasil gerakkan, yaitu

motor DC magnet permanent, motor DC brushles, motor DC servo, aktuator

pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada skripsi

Page 15: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

23

ini untuk aktuatornya menggunakan motor servo, untuk itu dalam bab ini yang

dibahas hanya khusus pada motor servo saja.

2.3.1 Servo Motor Servo motor adalah motor DC yang memiliki sistem close loop. Pada

dasarnya motor DC bekerja secara open loop, dimana putaran motor yang

dihasilkan tidak diketahui kecepatan dan kekuatannya hingga hanya dapat

digunakan pada sistem yang mencari arah perputaran dan bukan penempatan

posisi. Seperti apa bentuk motor servo, dapat dilihat pada Gambar 2.10

berikut ini:

Gambar 2.13 Motor Servo

Di dalam servo terdapat sebuah motor, beberapa buah gear untuk

mengurangi kecepatan dari motor, sebuah papan controller dan sebuah

potentiometer. Motor dan potentiometer dihubungkan ke papan controller,

sehingga ketiganya membentuk sistem close loop. Dengan sistem close loop

itulah, putaran motor yang dihasilkan dapat diketahui dan dikembalikan lagi

ke controllernya sehingga putarannya walaupun menggunakan motor DC

Page 16: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

24

dapat dikendalikan kekuatan dan kecepatannya. Seperti apa bagian dalam

motor servo, dapat dilihat pada Gambar 2.11 berikut ini:

Gambar 2.14 Bagian dalam Motor Servo

Servo motor terdiri dari beberapa jenis dan ukuran, mulai dari ukuran

yang sangat kecil hingga ukuran yang sangat besar. Servo motor yang

berukuran kecil biasanya disebut sebagai servo hobi dan dapat digunakan pada

pesawat atau mobil radio kontrol dan tentunya juga dapat digunakan pada

robot. Servo motor yang berukuran besar biasanya disebut sebagai servo

industri dan digunakan pada alat – alat berukuran besar yang memerlukan

motor penggerak yang lebih presisi.

2.3.2 Cara Pengendalian Motor Servo

Servo motor dikendalikan dengan memberikan inputan berupa PWM

(Pulse Width Modulation). Sinyal PWM yang diberikan ke servo merupakan

sinyal yang proporsional besarnya terhadap posisi poros output servo tersebut.

Secara spesifik, dalam perulangan setiap 20 ms, sinyal PWM sebesar 1 ms

akan menghasilkan output shaft yang bergerak ke posisi paling kiri.

Dengan

Page 17: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

25

perulangan yang sama, sinyal PWM sebesar 2 ms akan menghasilkan

output shaft yang bergerak ke arah paling kanan. Dengan demikian, untuk

sinyal PWM yang besarnya 1,5 ms akan menghasilkan posisi ditengah –

tengah. Sebuah hobby servo pada umumnya hanya dibatasi untuk pergerakan

180 derajat. Walaupun ada beberapa servo yang disebut sebagai continuous

rotation, sebenarnya servo jenis ini hanyalah servo biasa yang output shaft

telah diputus dari potensiometer. Semakin besar atau kecil sinyal yang

diberikan, semakin cepat atau lambat bahkan berbeda arah pergerakannya.

2.4 Teori Dasar Sistem Kontrol

Sistem Kontrol adalah system yang terdiri atas beberapa komponene

yang bekerja bersama-sama dan saling berinteraksi untuk menghasilkan suatu

keluaran tertentu sesuai dengan masukkan referensi yang diinginkan. Bagian

yang dikendalikan pada system control disebut kendalian (kontroler). Kendalian

merupakan suatu system fisis yang dapat berupa sekumpulan peralatan mekanis,

kimiawi, dan lain-lain yang biasa dinamakan perangkat keras.

Sistem Kontrol pada dasarnya terbagi menjadi dua jenis, yaitu:

1. Sistem kendali lingkar terbuka (Opened loop control system)

2. Sistem Kendali lingkar tertutup (Closed loop control system)

2.4.1 Sistem Kontrol Loop Tertutup

Sistem kendali lingkar tertutup adalah system kendali dimana keluaran

dari system akan mempengaruhi aksi kendalian. Hal ini dapat terjadi

dikarenakan nilai keluaran dari system akan diumpan balikkan sebagai

Page 18: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

26

perbandingan terhadap nilai input. Nilai perbedaan antara sinyal masukkan dan

umpan balik diteruskan ke pengendali untuk memberikan sinyal keluaran yang

berfungsi memperbaiki kesalahan dan menghasilkan nilai keluaran yang

dikehendaki. Proses hubungan antara nilai keluaran dan masukkan diatas akan

berlangsung secara terus-menerus (continue)

Gambar dibawah ini adalah salah satu contoh dari suatu system kendali

lingkar tertutup (Closed Loop) :

Gambar 2.15 Sistem Kendali Lingkar Tertutup

Kelebihan pada system kendali lingkar tertutup terletak pada penggunaan

sinyal keluaran sebagai umpan balik yang membuat respon system relative

kurang peka terhadap gangguan. Namun kestabilan pada system pengendalian

harus dijaga. Karena cenderung terjadi koreksi berlebih yang dapat

menimbulkan osilasi pada system.

Page 19: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

27

2.4.2 Sistem Kontrol Loop Terbuka

Gambar 2.16 Kontrol Robot Loop Terbuka

Kontrol loop terbuka atau umpan maju (feedforward control) dapat

dinyatakan sebagai sistem kontrol yang outputnya tidak diperhitungkan ulang

oleh kontroler. Keadaan apakah robot benar-benar telahmencapai target seperti

yang dikehendakisesuai referensi, adalah tidak dapat mempengaruhi kinerja

kontroler. Kontrol ini sesuai untuk sistem operasi robot yang memiliki aktuator

yang beroperasi berdasarkan umpan logika berbasisi konfigurasi langkah

sesuai urutan, misalnya stepper motor. Stepper motor tidak perlu dipasangi

sensor pada porosnya untuk mengetahui posisi akhir. Jika dalam keadaan

berfungsi baik dan tidak ada masalah beban lebih maka stepper motor akan

berputar sesuai dengan perintah kontroler dan mencapai posisi target dengan

tepat.

2.5 Pengendali Robot

Beberapa model robot digerakkan menurut remote yang dipegang oleh

manusia. Remote control tersebut dapat terhubung ke robot melalui kabel

maupun gelombang radio, Seperti robot yang ditunjukkan oleh Gambar 2.17,

Robot-robot jenis ini umumnya sangat berguna untuk tujuan explorasi dimana

mereka dapat menggantikan peran manusia di daerah yang berbahaya,

Page 20: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

28

pengendalian robot pada skripsi ini mengarah untuk pengendalian pada lengan

robot seperti contoh gambar 2.18 adalah salah satu lengan robot produksi dari

http://www.red5.co.uk, robot arm dengan control joystick yang terhubung

melalui kabel, dalam hal ini lengan robot dapat terkendali berdasarkan inputan

dari joystick pengontrol, pengontrol lengan robot ini dapat digunakan untuk

mengangkat dan memindahkan barang dengan memanfaatkan fungsi dari grip

lengan robot tersebut.

Gambar 2.17 Robot semi autonomous URBIE

(sumber : http://www.columbus2space.org)

Gambar 2.18 Arm Robot

(sumber : www.red5.co.uk)

Page 21: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

29

2.5.1 Kontrol Dengan Lengan Pengendali

Pengontrol dengan Lengan pengendali mekanik pada skripsi ini adalah

termasuk pengontrol manual untuk mengendalikan lengan robot yang

konstruksinya untuk digerakkan oleh lengan manusia, lengan pengendali

mekanik ini posisinya bersifat permanen pada basenya (tempatnya) sehingga

konstruksi lengan pengendali mekanik ini (terdiri dari acrylic dan

potensiometer) sama dengan konstruksi lengan robotnya ( terdiri dari susunan

motor servo) yang juga posisinya permanen berada pada basenya.

2.6 Mikrokontroler AVR ATMega8535

ATMega 8535 adalah mikrokontroler keluaran dari Atmel yang

mempunyai arsitektur RISC yang dimana setiap instruksi akan dieksekusi

hanya dengan menggunakan satu clock cycle sehingga proses eksekusi data

lebih cepat daripada arsitektur CISC [9].

Mikrokontroler ini mempunyai beberapa fitur antara lain yaitu 130

instruksi, 32 register umum, Nonvolatile Program dan Data Memories

yang dimana data akan dan program akan tersimpan walaupun tidak ada

tegangan yang dialirkan ke mikrikontroler tersebut, 8-Kbyte Flash Memory

yang dapat dihapus dan diprogram sampai 10.000 kali, 512-Byte EEPROM (

Electronic Erasable Programable Read Only Memory ) yang dapat ditulis dan

dihapus sebanyak 100.000 kali, 512-Byte internal SRAM ( Static Random

Access Memory), RTC dengan osilator terpisah, 4 jalur PWM, 10 bit

Page 22: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

30

ADC, 32 jalur input / output yang dapat diprogram yang dibagi menjadi 4

buah port yaitu port A, port B, port C dan port D.

Secara umum AVR dibagi menjadi tiga kelompok, yaitu:

1. TinyAVR

- Mempunyai program memori sebesar 1-8 kB

- Dikemas dalam bentuk package 8–20 pin

- Mempunyai fungsi – fungsi terbatas 2. MegaAVR

- Mempunyai program memori sebesar 4-256 kB - Dikemas dalam bentuk package 28-100 pin dengan contoh yang

dapat dilihat pada Gambar 2.16.

- Mempunyai instruction set yang lebih variatif - Mempunyai fungsi – fungsi yang lebih banyak yang tergabung

secara internal seperti yang dilihat pada Gambar2.17

3. Application specific AVR

Merupakan tipe MegaAVR yang telah dirancang untuk melakukan

fungsi tambahan yang lebih specific, seperti LCD controller, USB,

PWM dan lainnya.

Page 23: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

31

2.6.1 Konfigurasi Pin AVR ATMega8535

Gambar 2.19 Konfigurasi Pin AVR ATMega 8535

Port A (PA7..PA0) mempunyai fungsi sebagai 8-bit port I/O

bidirectional yang jika digunakan sebagai input perlu diberi eksternal pull-down

dan dapat juga digunakan sebagai Analog to Digital Converter ( ADC ).

Port B (PB7..PB0) berfungsi sebagai 8-bit port I/O bi-directional

dengan internal pull-up. Port B juga mempunyai beberapa fungsi lain. Fungsi-

fungsi tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1.

Port Pin Fungsi La in

PB7 SCK (SPI Bus Serial Clock)

PB6 MISO (SPI Bus Master Input/Slave Output)

PB5 MOSI (SPI Bus Master output/Slave input)

PB4 SS (SPI Slave Select Input)

PB3 AIN1 (Analog Comparator Negative Input)

OC0 (Timer / Counter 0 output Compare Match Output)

PB2 AIN0 (Analog Comparator Positive Input)

INT2 (External interrupt 2 input)

PB1 T1 (Timer / Counter1 External Counter Input)

PB0 T0 (Timer / Counter0 External Counter Input)

XCK (USART External Clock Input / Output)

Tabel 2.1 Fungsi Lain Port B AVR ATMega 8535

Page 24: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

32

Port C (PC7..PC0) berfungsi sebagai 8-bit port I/O bi-directional dengan internal pull-up dan jika digunakan sebagai input perlu diberi eksternal pull- down Tabel 2.2 Fungsi Lain Port D AVR ATMega8535

Port D (PC7..PC0) berfungsi sebagai 8-bit port I/O bi-directional

dengan internal pull-up. Port D juga mempunyai beberapa fungsi lain yang dapat

dilihat pada tabel 2.2.

Pin reset berfungsi me-reset fungsi dari input dan mikrokontroller. Pin

ini akan aktif jika diberi ground lebih dari panjang pulsa minimum (aktif

LOW).

2.6.2 Struktur Arsitektur AVR ATMega8535

Mikrokontroler ATMega8535 memiliki arsitektur Harvard, yaitu

memisahkan memori untuk kode program dan memori untuk data sehingga

dapat memaksimalkan unjuk kerja dan paralelisme. Instruksi instruksi dalam

memori program dieksekusi dalam satu alur tunggal, dimana pada saat satu

instruksi dikerjakan instruksi berikutnya sudah diambil (pre-fetched) dari

Port Pin Fungsi Lain PD7 OC2 (Timer / Counter2 Output Compare Match Output) PD6 ICP1 (Timer / Counter1 Input Capture Pin) PD5 OC1A (Timer / Counter1 Output Compare A Match Output) PD4 OC1B (Timer / Counter1 Output Compare B Match Output) PD3 INT1 (External Interrupt 1 Input) PD2 INT0 (External Interrupt 0 Input) PD1 TXD (USART Output Pin) PD0 RXD (USART Input Pin)

Page 25: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

33

memori program. Konsep inilah yang memungkinkan instruksi-instruksi

dapat dieksekusi dalam setiap satu siklus clock

Gambar 2.20 Arsitektur AVR ATMega8535

ATMega8535 memiliki bagian-bagian sebagai berikut: 1. Saluran I/O sebanyak 32 buah yang terpisah menjadi 4 bagian, yaitu Port

A, Port B, Port C dan Port D.

2. ADC 10 bit sebanyak 8 saluran. 3. Tiga buah Timer/Counter dengan kemampuan pembandingan. 4. CPU yang terdiri atas 32 buah register. 5. Watchdog Timer dengan osilator internal. 6. Internal SRAM sebesar 512 byte. 7. Memori Flash sebesar 8 kb dengan kemampuan Read While Write. 8. Unit interupsi internal dan eksternal. 9. Port antarmuka SPI. 10. EEPROM sebesar 512 byte yang dapat diprogram saat operasi. 11. Antarmuka komparator analog.

Page 26: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

34

12. Port USART untuk komunikasi serial.

2.7 Komunikasi Serial

Semua sistem yang tidak bersifat stand alone selalu memerlukan cara

untuk berkomunikasi ke siatem lain baik untuk display, penyimpanan,

maupun pemrosesan lebih lanjut. Dengan ukuran mikrokontroller yang kecil,

kebutuhan untuk melakukan komunikasi data jumlah besar dengan

menggunakan jumlah pin yang sedikit sangat diperlukan. Dengan

memperhatikan kebutuhan ini, komunikasi serial dipergunakan.

2.7.1 Komunikasi serial synchronous dan asynchronus

Dua tipe dasar dari komunikasi serial adalah komunikasi secara

synchronous dan asynchronous. Sebuah sistem komunikasi synchronous,

kedua alat yang saling bertukar data harus selalu melakukan

sinkronisasi untuk

mengetahui status keaktifan bit data yang dikirim/diterima. Proses

sinkronisasi ini akan terus berjalan walaupun pada saat itu tidak terdapat data

yang sedang dikirim/diterima. Komunikasi serial synchronous ini dapat

menghasilkan jumlah bit per second(bps) yang lebih besar dibandingkan

asynchronous karena tidak memerlukan start maupun stop bit, namun tidak

sepopuler komunikasi asynchronous karena memerlukan resource yang lebih

besar dan IBM PC yang telah menjadi standar Personal Computer pada

umumnya hanya mempunyai support untuk Asynchronous Serial

Page 27: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

35

Communication.

Asynchronous yang berarti ’tanpa sinkronisasi’ tidak memerlukan line

untuk sinkronisasi, dan dengan ini dapat melakukan komunikasi full

duplex dengan jumlah I/O line yang sangat minim. Sebagai

pengganti proses sinkronisasi, sebuah startbit dan sebuah stop bit diperlukan

untuk menandai awal dan akhir dari transmisi. Perlunya ditambahkan

kedua bit ini membuat komunikasi secara asynchronous menjadi lebih

lambat dibandingkan dengan komunikasi serial synchronous, tetapi dapat

merupakan sebuah kelebihan dimana prosesor tidak akan terbebani degan

proses sinkronisasi.

Sebuah line asynchronous yang sedang tidak melakukan

pengiriman/penerimaan data akan mempertahankan nilai ’1’ yang juga

disebut sebagai ’mark state’. Dengan menggunakan nilai ini, sebuah sistem

dapat melakukan pengenalan antara sebuah line yang sedang idle (tidak

melakukan pengiriman/penerimaan data) dan sebuah line yang sedang

tidak tersambung / disconnected. Setiap proses pengiriman akan dilakukan,

sebuah start bit yang bernila ’0’ akan dikirim, dan ketika terjadi perubahan

dari nilai ’1’ ke ’0’, sistem penerima akan mengenali awal dimulainya

penerimaan data. Seluruh protokol dan urutan transmisi data dapat dilihat pada

Gambar 2.19.

Page 28: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

36

Gambar 2.21 Protokol Komunikasi Serial Asynchronous

2.8 Sensor dan Transduser

2.8.1 Definisi

D Sharon, dkk (1982), mengatakan sensor adalah suatu peralatan yang

berfungsi untuk mendeteksi gejala-gejala atau sinyal-sinyal yang berasal dari

perubahan suatu energi seperti energi listrik, energi fisika, energi kimia, energi

biologi, energi mekanik dan sebagainya.

Contoh; Camera sebagai sensor penglihatan, telinga sebagai sensor

pendengaran, kulit sebagai sensor peraba, LDR (light dependent resistance)

sebagai sensor cahaya, dan lainnya.

William D.C, (1993), mengatakan transduser adalah sebuah alat yang

bila digerakan oleh suatu energi di dalam sebuah sistem transmisi, akan

menyalurkan energi tersebut dalam bentuk yang sama atau dalam bentuk

yang berlainan ke sistem transmisi berikutnya”. Transmisi energi ini bisa

berupa listrik, mekanik, kimia, optic (radiasi) atau thermal (panas).

Contoh; generator adalah transduser yang merubah energi mekanik menjadi

energi listrik, motor adalah transduser yang merubah energi listrik menjadi energi

mekanik, dan sebagainya.

Page 29: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

37

William D.C, (1993), mengatakan alat ukur adalah sesuatu alat yang

berfungsi memberikan batasan nilai atau harga tertentu dari gejala-gejala atau

sinyal yang berasal dari perubahan suatu energi.

Contoh: voltmeter, ampermeter untuk sinyal listrik; tachometer,

speedometer untuk kecepatan gerak mekanik, lux-meter untuk intensitas cahaya,

dan sebagainya.

2.8.2 Persyaratan Umum Sensor dan Transduser

Dalam memilih peralatan sensor dan transduser yang tepat dan sesuai

dengan sistem yang akan disensor maka perlu diperhatikan persyaratan umum

sensor berikut ini : (D Sharon, dkk, 1982)

a. Linearitas

Sebuah output linier dari sensor sangat diinginkan. Hubungan

pengukuran antara sinyal dengan output sensor adalah linier

Ada banyak sensor yang menghasilkan sinyal keluaran yang berubah

secara kontinyu sebagai tanggapan terhadap masukan yang berubah secara

kontinyu. Sebagai contoh, sebuah sensor panas dapat menghasilkan

tegangan sesuai dengan panas yang dirasakannya. Dalam kasus seperti ini,

biasanya dapat diketahui secara tepat bagaimana perubahan keluaran

dibandingkan dengan masukannya berupa sebuah grafik. Gambar 1.1

memperlihatkan hubungan dari dua buah sensor panas yang berbeda. Garis

lurus pada gambar 2.20(a). memperlihatkan tanggapan linier, sedangkan

pada gambar 2.20(b). adalah tanggapan non-linier.

Page 30: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

38

Gambar 2.22. Keluaran dari transduser panas (D Sharon dkk, 1982).

b. Sensitivitas

Sensitivitas akan menunjukan seberapa jauh kepekaan sensor

terhadap kuantitas yang diukur. Sensitivitas sering juga dinyatakan

dengan bilangan yang menunjukan “perubahan keluaran dibandingkan

unit perubahan masukan”. Beberepa sensor panas dapat memiliki

kepekaan yang dinyatakan dengan “satu volt per derajat”, yang berarti

perubahan satu derajat pada masukan akan menghasilkan perubahan

satu volt pada keluarannya. Sensor panas lainnya dapat saja memiliki

kepekaan “dua volt per derajat”, yang berarti memiliki kepakaan dua kali

dari sensor yang pertama. Linieritas sensor juga mempengaruhi sensitivitas

dari sensor. Apabila tanggapannya linier, maka sensitivitasnya juga akan

sama untuk jangkauan pengukuran keseluruhan. Sensor dengan tanggapan

paga gambar 2.20(b) akan lebih peka pada temperatur yang tinggi dari pada

temperatur yang rendah.

Page 31: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

39

c. Tanggapan Waktu

Tanggapan waktu pada sensor menunjukan seberapa cepat

tanggapannya terhadap perubahan masukan. Sebagai contoh, instrumen

dengan tanggapan frekuensi yang jelek adalah sebuah termometer

merkuri. Masukannya adalah temperatur dan keluarannya adalah posisi

merkuri. Misalkan perubahan temperatur terjadi sedikit demi sedikit dan

kontinyu terhadap waktu, seperti tampak pada gambar 2.21(a).

Frekuensi adalah jumlah siklus dalam satu detik dan diberikan

dalam satuan hertz (Hz). (1 hertz berarti 1 siklus per detik, 1 kilohertz

berarti 1000 siklus per detik). Pada frekuensi rendah, yaitu pada saat

temperatur berubah secara lambat, termometer akan mengikuti

perubahan tersebut dengan “setia”. Tetapi apabila perubahan temperatur

sangat cepat lihat gambar 2.21(b) maka tidak diharapkan akan melihat

perubahan besar pada termometer merkuri, karena ia bersifat lamban dan

hanya akan menunjukan temperatur rata-rata.

Gambar 2.23 Temperatur berubah secara kontinyu(D. Sharon, dkk, 1982)

Page 32: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

40

Ada bermacam cara untuk menyatakan tanggapan frekuensi sebuah

sensor. Misalnya “satu milivolt pada 500 hertz”. Tanggapan frekuensi

dapat pula dinyatakan dengan “decibel (db)”, yaitu untuk

membandingkan daya keluaran pada frekuensi tertentu dengan daya

keluaran pada frekuensi referensi.

2.8.3 Jenis Sensor dan Transduser

Perkembangan sensor dan transduser sangat cepat sesuai kemajuan

teknologi otomasi, semakin komplek suatu sistem otomasi dibangun maka

semakin banyak jenis sensor yang digunakan.

Robotik adalah sebagai contoh penerapan sistem otomasi yang

kompleks, disini sensor yang digunakan dapat dikatagorikan menjadi dua jenis

sensor yaitu: (D Sharon, dkk, 1982)

a. Internal sensor,yaitu sensor yang dipasang di dalam bodi robot.

Sensor internal diperlukan untuk mengamati posisi, kecepatan, dan

akselerasi berbagai sambungan mekanik pada robot, dan merupakan

bagian dari mekanisme servo.

b. External sensor, yaitu sensor yang dipasang diluar bodi robot.

Sensor eksternal diperlukan karena dua macam alasan yaitu:

1) Untuk keamanan dan

2) Untuk penuntun.

Page 33: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

41

Yang dimaksud untuk keamanan” adalah termasuk keamanan

robot, yaitu perlindungan terhadap robot dari kerusakan yang

ditimbulkannya sendiri, serta keamanan untuk peralatan, komponen, dan

orang-orang dilingkungan dimana robot tersebut digunakan. Berikut ini

adalah dua contoh sederhana untuk mengilustrasikan kasus diatas.

Contoh pertama: andaikan sebuah robot bergerak keposisinya yang

baru dan ia menemui suatu halangan, yang dapat berupa mesin lain

misalnya. Apabila robot tidak memiliki sensor yang mampu mendeteksi

halangan tersebut, baik sebelum atau setelah terjadi kontak, maka

akibatnya akan terjadi kerusakan.

Contoh kedua: sensor untuk keamanan diilustrasikan dengan

problem robot dalam mengambil sebuah telur. Apabila pada robot

dipasang pencengkram mekanik (gripper), maka sensor harus dapat

mengukur seberapa besar tenaga yang tepat untuk mengambil telor

tersebut. Tenaga yang terlalu besar akan menyebabkan pecahnya telur,

sedangkan apabila terlalu kecil telur akan jatuh terlepas.

Sensor untuk penuntun atau pemandu, Kategori ini sangatlah luas,

sebagai contoh berikut : Sensor untuk penuntun diharapkan cukup

canggih dalam pengelasan. Untuk melakukan operasi dengan baik, robot

haruslah menggerakkan tangkai las sepanjang garis las yang telah

ditentukan, dan juga bergerak dengan kecepatan yang tetap serta

mempertahankan suatu jarak tertentu dengan permukaannya.

Sesuai dengan fungsi sensor sebagai pendeteksi sinyal dan meng-

informasikan sinyal tersebut ke sistem berikutnya, maka peranan dan

Page 34: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

42

fungsi sensor akan dilanjutkan oleh transduser. Karena keterkaitan antara

sensor dan transduser begitu erat maka pemilihan transduser yang tepat

dan sesuai juga perlu diperhatikan.

2.8.4 Klasifikasi Sensor

Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat

dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu:

a. sensor thermal (panas)

b. sensor mekanis

c. sensor optik (cahaya)

Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala

perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi

ruang tertentu.

Contohnya; bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo

dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb.

Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak

mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan

melingkar, tekanan, aliran, level dsb. Contoh; strain gage, linear variable

deferential transformer (LVDT), proximity, potensiometer, load cell, bourdon

tube, dsb.

Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya

dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengernai benda

atau ruangan.

Page 35: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

43

Contoh; photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier,

pyrometer optic, dsb.

2.8.5 Klasifikasi Transduser (William D.C, 1993)

a. Self generating transduser (transduser pembangkit sendiri)

Self generating transduser adalah transduser yang hanya memerlukan

satu sumber energi.

Contoh: piezo electric, termocouple, photovoltatic, termistor, dsb.

Ciri transduser ini adalah dihasilkannya suatu energi listrik dari

transduser secara langsung. Dalam hal ini transduser berperan sebagai

sumber tegangan.

b. External power transduser (transduser daya dari luar)

External power transduser adalah transduser yang memerlukan

sejumlah energi dari luar untuk menghasilkan suatu keluaran.

Contoh: RTD (resistance thermal detector), Starin gauge, LVDT (linier

variable differential transformer), Potensiometer, NTC, dsb.

Tabel berikut menyajikan prinsip kerja serta pemakaian transduser

berdasarkan sifat kelistrikannya.

Tabel 2.3 Kelompok Transduser Parameter

listrik dan kelas transduser

Prinsip kerja dan sifat alat Pemakaian alat

Transduser Pasif Potensiometer Perubahan nilai

tahanan karena posisi kontak bergeser

Tekanan, pergeseran/posisi

Strain gage Perubahan nilai tahanan akibat perubahan panjang kawat oleh tekanan dari luar

Gaya, torsi, posisi

Page 36: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

44

Transformator selisih (LVDT)

Tegangan selisih dua kumparan primer akibat pergeseran inti trafo

Tekanan, gaya, pergeseran

Gage arus pusar Perubahan induktansi kumparan akibat perubahan jarak plat

Pergeseran, ketebalan

Transduser Aktif Sel fotoemisif Emisi elektron akibat

radiasi yang masuk pada permukaan fotemisif

Cahaya dan radiasi

Photomultiplier Emisi elektron sekunder akibat radiasi yang masuk ke katoda sensitif cahaya

Cahaya, radiasi dan relay sensitif cahaya

Termokopel Pembangkitan ggl pada titik sambung dua logam yang berbeda akibat dipanasi

Temperatur, aliran panas, radiasi

Generator kumparan putar (tachogenerator)

Perputaran sebuah kumparan di dalam medan magnit yang membangkitkan tegangan

Kecepatan, getaran

Piezoelektrik Pembangkitan ggl bahan kristal piezo akibat gaya dari luar

Suara, getaran, percepatan, tekanan

Sel foto tegangan Terbangkitnya tegangan pada sel foto akibat rangsangan energi dari luar

Cahaya matahari

Termometer tahanan (RTD) Perubahan nilai tahanan kawat akibat perubahan temperatur

Temperatur, panas

Hygrometer tahanan Tahanan sebuah strip konduktif berubah terhadap kandungan uap air

Kelembaban relatif

Termistor (NTC) Penurunan nilai tahanan logam akibat kenaikan temperatur

Temperatur

Mikropon kapasitor Tekanan suara mengubah nilai kapasitansi dua buah plat

Suara, musik,derau

Page 37: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

45

Pengukuran reluktansi Reluktansi rangkaian magnetik diubah dengan mengubah posisi inti besi sebuah kumparan

Tekanan, pergeseran, getaran, posisi

Tabel 2.3 Kelompok Transduser, Sumber: William D.C, (1993)

2.8.6 Sensor Mekanik

Pergerakkan mekanis adalah tindakan yang paling banyak dijumpai

dalam kehidupan sehari-hari, seperti perpindahan suatu benda dari suatu posisi

ke posisi lain, kecepatan mobil di jalan raya, dongrak mobil yang dapat

mengangkat mobil seberat 10 ton, debit air didalam pipa pesat, tinggi

permukaan air dalam tanki.

Semua gerak mekanis tersebut pada intinya hanya terdiri dari tiga

macam, yaitu gerak lurus, gerak melingkar dan gerak memuntir. Gerak

mekanis disebabkan oleh adanya gaya aksi yang dapat menimbulkan gaya

reaksi. Banyak cara dilakukan untuk mengetahui atau mengukur gerak

mekanis misalnya mengukur jarak atau posisi dengan meter, mengukur

kecepatan dengan tachometer, mengukur debit air dengan rotameter dsb. Tetapi

jika ditemui gerakan mekanis yang berada dalam suatu sistem yang kompleks

maka diperlukan sebuah sensor untuk mendeteksi atau mengimformasikan nilai

yang akan diukur.

Page 38: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

46

2.8.7 Potensiometer

Potensiometer yang tersedia di pasaran terdiri dari beberapa jenis, yaitu:

potensiometer karbon, potensiometer wire wound dan potensiometer metal

film.

1. Potensiometer karbon adalah potensiometer yang terbuat dari bahan

karbon harganya cukup murah akan tetapi kepressian potensiometer ini

sangat rendah biasanya harga resistansi akan sangat mudah berubah

akibat pergeseran kontak.

2. Potensiometer gulungan kawat (wire wound) adalah potensiometer yang

menggunakan gulungan kawat nikelin yang sangat kecil ukuran

penampangnya. Ketelitian dari potensiometer jenis ini tergantung dari

ukuran kawat yang digunakan serta kerapihan penggulungannya.

3. Metal film adalah potensiometer yang menggunakan bahan metal yang

dilapiskan ke bahan isolator

Gambar 2.24 Jenis Potensiometer

Potensiometer karbon dan metal film jarang digunakan untuk kontrol

industri karena cepat aus. Potensiometer wire wound adalah potensiometer yang

menggunakan kawat halus yang dililit pada batang metal. Ketelitian

Page 39: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

47

potensiometer tergantung dari ukuran kawat. Kawat yang digunakan biasanya

adalah kawat nikelin.

Penggunaan potensiometer untuk pengontrolan posisi cukup praktis karena

hanya membutuhkan satu tegangan eksitasi dan biasanya tidak membutuhkan

pengolah sinyal yang rumit. Kelemahan penggunaan potensiometer terutama

adalah:

1. Cepat aus akibat gesekan

2. Sering timbul noise terutama saat pergantian posisi dan saaat terjadi lepas

kontak

3. Mudah terserang korosi

4. Peka terhadap pengotor

Potensiometer linier adalah potensiometer yang perubahan tahanannya

sangat halus dengan jumlah putaran sampai sepuluh kali putaran (multi turn).

Untuk keperluan sensor posisi potensiometer linier memanfaatkan perubahan

resistansi, diperlukan proteksi apabila jangkauan ukurnya melebihi rating,

linearitas yang tinggi hasilnya mudah dibaca tetapi hati-hati dengan friksi dan

backlash yang ditimbulkan, resolusinya terbatas yaitu 0,2 – 0,5%

2.8.8 Linearitas - Potensiometer

Linearitas, adalah gambaran tentang penyimpangan sensor dari perilaku

garis lurus idealnya.

Linearitas sangat diinginkan karena segala perhitungan dapat dilakukan

dengan mudah jika sensor dapat diwujudkan dalam persamaan garis lurus.

Page 40: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

48

Potensiometer dapat merupakan sensor analog yang paling sederhana

namun sangat berguna untuk mendeteksi posisi putaran, misalnya kedudukan

sudut poros aktuator berdasarkan nilai resistansi pada putaran porosnya.

Gambar 2.25 berikut ini adalah sebuah potensiometer presisi yang dipasang

pada poros sendi robot tangan.

Gambar 2.25 Potensiometer Sebagai Sensor Posisi

Yang perlu diperhatikan dalam penggunaan potensiometer sebagai

sensor analog adalah masalah linearitas output terhadap besaran yang

diukurnya . Jika yang diukur adalah sudut maka nilai perubahan resistansi

yang direpresentasikan dalam perubahan tegangan output harus berbanding

lurus dengan perubahan sudut yang dideteksi. Gambar 2.27 mengilustrasikan

keadaan ini. k adalah konstanta konversi tegangan output potensiometer ke

besaran sudut. Sebagai misal, Vout mempunyai jangkauan (0-3)V sedang

sudut yang diukur adalah (0-300)°, maka perputaran 1° dan 10° adalah setara

dengan perubahan tegangan output sebesar,

Vout (1°) = (1/300)3V=0,01V, dan

Page 41: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

49

Vout (10°) = (10/300)3V = 0,1 V

Penggunaan Potensiometer linear pada perancangan alat di skripsi ini

berfungsi untuk menentukan batas sudut dari putaran sevo. dimana perubahan

nilai pada potensio akan berbanding lurus dengan perubahan sudut putar pada

motor servo, Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan

lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor servo. Metode

ini dikenal dengan sebutan Pulse Width Modulation (PWM)

Gambar 2.26 Posisi Motor Servo berdasarkan PWM

Dengan pengontrolan pada potensiometer linear ini penulis akan

membuat perubahan sudut pada motor servo berubah secara linear

Page 42: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

50

Hubungan antara output dan input dapat diwujudkan dalam persamaan

garis lurus.

Grafik Perubahan Linear Antara Potensiometer dengan Perubahan Sudut

Motor Servo

Gambar 2.27 Grafik Hubungan antara Nilai Tegangan Perubahab Potensio dgn Nilai Sudut Motor Servo

2.9 Analog to Digital Converter (ADC)

Konsep system konversi Analog ke Digital atau Analog to Digital

converter (ADC) adalah proses pengambilan (sampling) suatu data sinyal

analog dengan kuantisasi pengambilan yang mempunyai waktu periode cuplik

(sampling rate). Berdasarkan jumlah pengambilan data tersebut, maka setiap

pengambilan data tersebut mempunyai nilai besaran analog yang dapat

dikonversikan ke nilai digital. Nilai analog yang diambil dapat berupa nilai

dari tegangan sinyal analog, kemudian diterjemahkan kedalam bilangan

digital. Nilai yang didapat dari sinyal analog dikonversikan ke dalam suatu

bilangan biner. Sebagai contoh suatu nilai yang didapat dari proses analog

adalah 3 volt, maka nilai ini dikonversi ke bilangan digital menjadi 011.

Secara teoritis, fungsi transfer ideal untuk konverter analog-ke-digital (ADC,

Nilai Sudut Motor Servo, � (radian)

Peru

baha

n pa

da P

oten

siom

eter

V

out

(V)

� = k . Vout

Page 43: BAB 2 LANDASAN TEORI - library.binus.ac.idlibrary.binus.ac.id/eColls/eThesisdoc/Bab2/2009-2-00425-SK Bab 2.pdf · pneumatik dan aktuator hidrolik, dalam perancangan lengan robot pada

51

analog-to-digital converter) berbentuk garis lurus (Gambar 2.24). Bentuk

ideal garis lurus hanya dapat dicapai dengan konverter data beresolusi tak-

hingga. Karena tidak mungkin mendapatkan resolusi tak hingga, maka secara

praktis fungsi tranfer ideal tersebut berbentuk gelombang tangga seragam.

Semakin tinggi resolusi ADC, semakin halus gelombang tangga tersebut.

Gambar 2.28 Bit A/D Transfer Curve

ADC ideal secara unik dapat merepresentasikan seluruh rentang

masukan analog tertentu dengan sejumlah kode keluaran digital. Oleh karena

sinyal analog bersifat kontinu sedangkan sinyal digital bersifat diskrit, maka ada

proses kuantisasi yang menimbulkan kekeliruan. Apabila jumlah sinyal

diskritnya (yang mewakili rentang masukan analog) ditambah, maka lebar undak

(step width) akan semakin kecil dan fungsi transfer akan mendekati garis lurus

ideal.