Sistem Kontrol Manual dan Otomatis Robot

Endra Pitowarno © 2007

Sistem Kontrol Manual danOtomatis Robot

Endra PitowarnoPENS ©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.


Low-level & High Level Control

Perintah Gerak Aktuator

Lingkungan Robot

Sensor Internal

Sensor Eksternal

Low-level Control

High-level Control

Kontroler


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


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


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


Kontrol ON/OFF


Driver Kontrol ON/OFF


Rangkaian Sistem Kontrol ON/OFF


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;


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;}}


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)


Kontrol Linier: Kecepatan(kontrol Proportional-Integral)


Kontrol Linier: Kecepatan(kontrol Proportional-Integral-Derivative)


Skema ekivalen Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan



Motor DC Servo dengan kontrolkecepatan

Studi Kasus: kontrol posisi & kecepatan



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


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)


Berbagai macam Aktuator:VEXTA MOTOR

Berbagai macam Aktuator:Geared DC Motor



Berbagai macamAktuator: Servo Motor


Artificial Muscle


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


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



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)


Kontroler Robot

Referensi Gerak

Robot

Referensi Gerak

Kontroler

Hasil Gerak sesungguhnya (dibaca oleh

sensor)

Gerak aktual

+

-

Error = Gerak referensi – Gerak aktual


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&

&&



Metoda Kontrol Klasik (P)

H(s) r Kp y +

-

e u

eKpu ⋅=


Metoda Kontrol Klasik (I)

H(s) r

sKi

y +

-

e u

KidTTetut

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡= ∫0 )()(


Metoda Kontrol Klasik (P-I)

H(s) r

sKi

y +

-

e u

Kp +

+

sKiKpsG +=)(


Metoda Kontrol Klasik (D)

H(s) r Kds ⋅

y +

-

e u

eKdu &⋅=teKdu

∆∆⋅=


Metoda Kontrol Klasik (P-I-D)

H(s) r

Kds ⋅

y +

-

e u +

+

Kp

sKi +


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)


Motor DC magnet permanen

R L

Va Ia

Vb

θωτ ,,

ωbaa

a KRIdt

dILV ++= ] [)(

)(

btneffeff

tn

a

L

KKfRJsRsnK

sVs

++=

θ


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)


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


Motor DC Servo dengan kontrol kecepatan

Tegangan Supply DC

(misal 0÷24V)

refθ&

Rangkaian Driver

actθ&

+ -

+ -

Vref(+) Vref(-)


RC Servo

Arah piringan

Servo -120º s/d +120º 0º

RC Servo

Sinyal Tegangan Input PWM

Prinsip kerja RC Servo


Teknik Pulse Width ModulationTegangan PWM Tegangan ekivalen linier V

t t

=

=

=

0V

Vsat

Prinsip kerja PWM


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


Wassalam

Sistem Kontrol Manual dan Otomatis Robot

Documents

Transcript of Sistem Kontrol Manual dan Otomatis Robot