Upload
others
View
19
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Endra Pitowarno © 2007
Sistem Kontrol Manual danOtomatis Robot
Endra PitowarnoPENS ©2007
Endra Pitowarno © 2007
Low-level & High Level Control
Sensor Internal:sensor posisi,
sensor kecepatan, dansensor percepatan,
Sensor Eksternal:sensor taktil (tactile), berbasis sentuhan: misalnya limit switch pada bemper robot,
sensor force dan sensor torsi (torque sensor), sensor proksimiti, sensor jarak (sonar, PSD, dll), sensor vision (kamera), gyro, kompas digital, detektor api, dan
sebagainya.
Endra Pitowarno © 2007
Low-level & High Level Control
Perintah Gerak Aktuator
Lingkungan Robot
Sensor Internal
Sensor Eksternal
Low-level Control
High-level Control
Kontroler
Endra Pitowarno © 2007
Kontrol Posisi
Perintah Gerak Aktuator
Lingkungan Robot
Sensor Internal
Sensor Eksternal
Low-level Control
High-level Control
Referensi posisi yg selaluberubah
Posisi aktual tiap derajataktuator
Kontroler
Endra Pitowarno © 2007
Kontrol Posisi
Algoritma program (ex:
IF-THEN-ELSE)
Kontroler PID + Aktuator
Lingkungan Robot
Sensor posisi (rotary encoder)
Proximity sensor (ex: line
sensor)
Low-level Control
High-level Control
Referensi posisi yg selaluberubah
Posisi aktual tiap derajataktuator
Kontroler
Endra Pitowarno © 2007
Kontrol Posisi & Kecepatan
Perintah Gerak
(posisi) & Kecepatan
Lingkungan Robot
Sensor Internal (posisi &
kecepatan)
Sensor Eksternal
Low-level Control
High-level Control
Kontroler PID
Aktuator
Referensi posisi & kecepatan yg selalu berubah
Posisi & kecepatan aktualtiap derajat aktuator
Kontroler
Endra Pitowarno © 2007
Kontrol ON/OFF
Endra Pitowarno © 2007
Kontrol ON/OFF
Endra Pitowarno © 2007
Driver Kontrol ON/OFF
Endra Pitowarno © 2007
Rangkaian Sistem Kontrol ON/OFF
Endra Pitowarno © 2007
Program Kontrol ON/OFF: PIC16F87
// Nama Program : RR_16F84A1.c -Author: epit - Date : 2002/04/24#pragma PROC_CODE_WORD_VAL 0x3ff2#pragma PROC_ID_VAL 0x01 0x02 0x03 0x04#pragma PCLATH_LOC 0xa#include "16F84.h"# define TRUE 1# define FALSE 0// Definisi alamat I/O Port A & Bint porta @ 0x5;int portb @ 0x6;int trisa @ 0x85;int trisb @ 0x86;int dataIN;int count;
Endra Pitowarno © 2007
Program Kontrol ON/OFF: PIC16F87
pause(t)long t;{unsigned int d;while( t ) {for(d = 0 ; d < 255 ; d++ );t--;}} // end pausemain(){trisa = 0;trisb = 0;start_position();pause(10);run();for(;;){portb = 0x00;}}
Endra Pitowarno © 2007
Program Kontrol ON/OFF: PIC16F87void start_position(){portb = 0xcf;for(;;){ dataIN = porta & 0x03; if (dataIN != 0x03) return; }}void run(){count = 0;for(;;) {dataIN = porta & 0x80; // cek untuk bumper limit swtichif (dataIN == 0x00) {portb = 0x00; pause(100); return;}dataIN = porta & 0x83; // cek untuk x-----xxB Port Aif (dataIN == 0x80) portb = 0x00;if (dataIN == 0x81) portb = 0x02;if (dataIN == 0x82) portb = 0x01;if (dataIN == 0x83) portb = 0x03;}}
Kontrol Linier: Kecepatan(kontrol Proportional)
Endra Pitowarno © 2007
Kontrol Linier: Kecepatan(kontrol Proportional-Integral)
Endra Pitowarno © 2007
Kontrol Linier: Kecepatan(kontrol Proportional-Integral-Derivative)
Endra Pitowarno © 2007
Skema ekivalen Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan
Endra Pitowarno © 2007
Endra Pitowarno © 2007
Motor DC Servo dengan kontrolkecepatan
Studi Kasus: kontrol posisi & kecepatan
Endra Pitowarno © 2007
Endra Pitowarno © 2007
Fungsi Aktuator
• Penghasil gerakan (torsi)• Gerakan rotasi (motor based) dan
translasi (solenoid, hidrolik & pneumatik)• Mayoritas aktuator > (DC) motor based• Aktuator dalam simulasi cenderung dibuat
linier• Aktuator riil cenderung non-linier
Endra Pitowarno © 2007
Aktuator dalam perspektif Kontrol
• Aktuator: pintu kendali ke sistem• Aktuator: pengubah sinyal listrik (arus, I)
menjadi besaran mekanik (torsi) >> Torsi = I x Ktn; Ktn = konstanta motor/aktuator
• Batasan aktuator riil: sinyal kemudi terkecil(mulai bergerak), saturasi (arus membesarnamun torsi tetap)
Endra Pitowarno © 2007
Berbagai macam Aktuator:VEXTA MOTOR
Berbagai macam Aktuator:Geared DC Motor
Endra Pitowarno © 2007
Endra Pitowarno © 2007
Berbagai macamAktuator: Servo Motor
Endra Pitowarno © 2007
Artificial Muscle
Endra Pitowarno © 2007
Aplikasi (RC) Servo Motor
Sistem
Kontroler
Sistem Aktuator
Mekanik Robot
Sistem Roda
Sistem Kaki
Sistem Tangan
Untuk Navigasi (gerak berpindah)
Untuk Manipulasi (gerak penanganan)
• Mengikuti jalur • Berdasarkan obyek statik atau
bergerak (menuju obyek, menghindari obyek/halangan) berbasis vision, proximity, dll.
• Berdasarkan urutan perintah (referensi trajektori)
Ujung tangan (posisi TIP): • Mengikuti referensi trajektori • Mengikuti obyek (berbasis vision,
proximity, dll.) • Memegang, mengambil,
mengangkat, memindah atau mengolah obyek
Sensor Aktuator
Real world
Mata Kamera
Mata Kamera
Sistem Robot
Endra Pitowarno © 2007
Sistem Robot dan orientasi
fungsi
Sistem Robot dengan kontroler berbasis prosesor
Rangkaian prosesor
(CPU)
Robot Sensor Aktuator
Analog dan atau Digital
Analog dan atau Digital
Endra Pitowarno © 2007
Endra Pitowarno © 2007
Kontroler berbasis prosesor dengan user interface
Rangkaian prosesor
(CPU)
1/0
analog
sistem bus (shaft encoder,
vision)
1/0
analog
Keypad/ keyboard
Monitor (LCD, CRT, etc.)
Wireless communications (blue tooth, Wi-Fi, etc.)
Sistem Kontrol Robotik(kontrol robot loop terbuka/tertutup)
Endra Pitowarno © 2007
Kontroler Robot
Referensi Gerak
Robot
Referensi Gerak
Kontroler
Hasil Gerak sesungguhnya (dibaca oleh
sensor)
Gerak aktual
+
-
Error = Gerak referensi – Gerak aktual
Endra Pitowarno © 2007
Teori Dasar:Penggunaan Transformasi Laplace
∫∞ −=0
)()}({ dtetftfL st
jika )()}({ sXtxL =maka )()}({ ssXtxL =& ))(()}({ ssXstxL =&&
percepatan/akselerasi
s1
s1
kecepatan posisi
)(tx&& )(tx& )(tx
s(s X(s)) s X(s) X(s)
Contoh: Robot Tangan Satu Sendi
Robot (lengan tunggal)
Aktuator (Motor DC)
Sensor posisi (potensiometer)
θ
X
Y
+
-
Error = refθ – actθ
Amplifier s1
s1 Sendi
Robot Motor DC actθ&& actθ& actθrefθ
Sistem Robot
τIKtn
Kontrol
Sistem Kontroler
tact ∆∆
=θθ&
tact ∆∆
=θθ&
&&
Endra Pitowarno © 2007
Endra Pitowarno © 2007
Metoda Kontrol Klasik (P)
H(s) r Kp y +
-
e u
eKpu ⋅=
Endra Pitowarno © 2007
Metoda Kontrol Klasik (I)
H(s) r
sKi
y +
-
e u
KidTTetut
⎥⎦⎤
⎢⎣⎡= ∫0 )()(
Endra Pitowarno © 2007
Metoda Kontrol Klasik (P-I)
H(s) r
sKi
y +
-
e u
Kp +
+
sKiKpsG +=)(
Endra Pitowarno © 2007
Metoda Kontrol Klasik (D)
H(s) r Kds ⋅
y +
-
e u
eKdu &⋅=teKdu
∆∆⋅=
Endra Pitowarno © 2007
Metoda Kontrol Klasik (P-I-D)
H(s) r
Kds ⋅
y +
-
e u +
+
Kp
sKi +
Endra Pitowarno © 2007
Penggunaan Kontrol Cerdas
Sistem Robot
r Kontroler berbasis
AI
y +
-
e u
• AI & Terminologi:orang pertama > Alan Turing (1937)• Neural Network: Warren McCulloch (1943)• Teori Fuzzy: Lukacewick (1930an)• Fuzzy Sets: Lotfi Zadeh (1965)• Genetic Algorithm: Teori Darwin• Konsep GA dalam Evolutionary Computation (EC): Holland (1975)
Endra Pitowarno © 2007
Motor DC magnet permanen
R L
Va Ia
Vb
θωτ ,,
ωbaa
a KRIdt
dILV ++= ] [)(
)(
btneffeff
tn
a
L
KKfRJsRsnK
sVs
++=
θ
Endra Pitowarno © 2007
Fungsi transfer open loop Motor DC magnet permanen
Va(s)
+
- RsL +
1
effeff fsJ +1Ktn
s1
Kb
θ(s) sθ(s) (s)
] [)()(
btneffeff
tn
a
LKKfRJsRs
nKsVs
++=
θ
Ia(s) 1)( −sHKtn
s1 θ(s) sθ(s) (s)
Endra Pitowarno © 2007
Motor DC Servo
Motor DC-MP
Kecepatan
Referensi, refθ&
Kontrol PID +
-
Kecepatan
aktual, actθ&
Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan
Skema ekivalen Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan
Endra Pitowarno © 2007
Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan
Tegangan Supply DC
(misal 0÷24V)
refθ&
Rangkaian Driver
actθ&
+ -
+ -
Vref(+) Vref(-)
Endra Pitowarno © 2007
RC Servo
Arah piringan
Servo -120º s/d +120º 0º
RC Servo
Sinyal Tegangan Input PWM
Prinsip kerja RC Servo
Endra Pitowarno © 2007
Teknik Pulse Width ModulationTegangan PWM Tegangan ekivalen linier V
t t
=
=
=
0V
Vsat
Prinsip kerja PWM
Endra Pitowarno © 2007
Sebuah rangkaian pembangkit PWM lengkap dengan driver H-bridge untuk motor DC-MP/DC-SV
+5V
1K2
74HCT245
.01
Gnd Trg Out Rst Ctl
Thr Dis Vcc
20K
+
-+
-
+
-
+
- +
-
74HCT245
74HCT245
74HCT04
¼ LM324
¼ LM324
¼ LM324 ¼ LM324
¼ LM324
¼ LM324
+12V
+12V
+12V
+12V
+12V
1K2
1K2
1K2 1K2
1K2
2K2
2SD1314
BD643
BD643
BD643 BD643
BD643
BD643
2SD1314
2SD1314
2SD1314 2SD1314
1K2
LM555
.01
+(12÷24)V
M
1K2+12V
20K
(0÷5)V refθ&
CW/CCW
1
2
3
4
8
7
6
5
1/0
M
Arah (1/0)
Kecepatan (0÷5)V
Driver Motor DCBerbasis
PWM (ep)
H-bridge
74HCT04
Endra Pitowarno © 2007
Wassalam