Robot melakukan tugas-tugas tertentu yang telah direncanakan sebelumnya seperti pekerjaan jalur perakitan, bantuan bedah, pengambilan/pengambilan gudang, dan bahkan tugas-tugas berbahaya seperti pemindahan ranjau darat. Robot-robot masa kini mampu menangani tidak hanya tugas-tugas yang sangat berulang, tetapi juga fungsi-fungsi kompleks yang memerlukan fleksibilitas dalam arah dan gerakan. Seiring kemajuan teknologi, peningkatan kecepatan dan ketangkasan, dan penurunan biaya, robot secara bertahap akan diadopsi secara luas. Keuntungan biaya yang lebih rendah daripada tenaga kerja juga memberi kita gambaran sekilas tentang industri robotika. Selain itu, kemajuan dalam visi mesin, daya komputasi, dan jaringan juga akan mendorong popularisasi aplikasi robot, dan mesin-mesin berkinerja tinggi ini
Terwujudnya manusia yang bermartabat disebabkan oleh aspek peningkatan sebagai berikut:
1. Sensor kompleks
2. Kekuatan komputasi dan algoritma yang memungkinkan pengambilan keputusan dan pergerakan secara real-time.
3. Motor yang secara cepat dan tepat meningkatkan daya mekanik guna menyelesaikan tugas rumit!
Saat secara khusus memilih jenis dan model motor, perancang harus mempertimbangkan tiga faktor utama yang harus dipertimbangkan oleh perancang.
1. Kecepatan minimum dan maksimum (dan percepatan) motor.
2. Torsi maksimum yang dapat dihasilkan motor, dan kurva hubungan antara torsi dan kecepatan.
3. keakuratan dan pengulangan pengoperasian motor (tanpa sensor dan kontrol loop tertutup); tentu saja, ada banyak faktor penting lainnya yang perlu dipertimbangkan saat memilih motor, seperti ukuran, berat, dan biaya. Untuk hampir semua aktuator robotik berukuran kecil hingga menengah, pilihan motor penggerak biasanya antara motor DC sikat, motor DC tanpa sikat (BLDC), dan motor stepper. (Namun, dalam beberapa kasus, pengepres hidrolik vs. pneumatik adalah pilihan terbaik.)
Motor DC bersikat merupakan teknologi motor DC tertua, paling sederhana, dan paling murah. Rotasi rotor motor mengubah (mengubah) medan magnet lilitan di sekitar rotor karena adanya kontak antara sikat dan rotor. Kecepatan motor merupakan fungsi dari tegangan yang diberikan, sehingga kebutuhan penggeraknya sederhana, tetapi pengaturan torsi sulit. Ada pula masalah keandalan saat beroperasi karena faktor-faktor seperti sikat yang aus, perlu dibersihkan dan dirawat, dan berpotensi menjadi sumber kebisingan elektronik (interferensi elektromagnetik). Sebagai akibat dari masalah-masalah ini, motor DC bersikat, sebagian besar, merupakan pilihan yang paling tidak menarik untuk desain robot.
Motor DC tanpa sikat muncul pada tahun 1860-an dan mendapat manfaat dari dua perkembangan: munculnya magnet permanen yang kuat, kecil, dan berbiaya rendah; dan munculnya sakelar elektronik yang kecil dan efisien (biasanya MOSFET) untuk mengalihkan aliran arus ke belitan. "Komutasi elektronik" menggantikan komutasi mekanis motor sikat untuk mengendalikan pengalihan medan magnet, interaksi antara kumparan pengalihan tetap di sekitar dan magnet pada inti yang berputar menggantikan komutasi mekanis motor sikat, yaitu, ia memanfaatkan interaksi antara medan magnet dan medan listrik. Dengan mengubah frekuensi pengalihan MOFSET, kecepatan motor dapat dikendalikan. Selain itu, pengontrol motornya dapat mengendalikan kinerja motor dengan lebih baik dibandingkan dengan motor sikat.
Bahkan lebih baik lagi, algoritme canggih seperti algoritme koreksi PID (Proportional-Integral-Differential) atau algoritme kontrol FOC (Field Oriented Control, terkadang disebut Vector Control) dapat dipadatkan ke dalam pengontrol motor. Hal ini memungkinkan pengoperasian motor yang ideal untuk disesuaikan dengan beban aktual dan variasi beban, sehingga menghasilkan kinerja motor yang lebih tangguh dan akurat. Misalnya, algoritme/program kontrol motor dapat memperhitungkan faktor-faktor yang relevan seperti inersia rotor dan memungkinkan penggerak motor beradaptasi dan secara bertahap mengurangi kesalahan karena faktor mekanis. Algoritme semacam itu memungkinkan untuk mengontrol akselerasi dan torsi secara tepat.
Motor tanpa sikat (BLDC) memerlukan rangkaian kontrol yang lebih kompleks tetapi dapat menunjukkan kinerja yang lebih baik daripada motor dengan sikat. Biasanya, motor BLDC perlu dilengkapi dengan sensor umpan balik posisi, seperti sensor efek Hall, encoder optik, atau perangkat deteksi potensial terbalik.
Jenis motor BLDC lain yang umum digunakan dalam robot adalah motor stepper, yang menggunakan elektromagnet pengalih, yang terletak di sebelah inti pusat cincin magnet permanen. Motor stepper tidak "berputar" dengan cara konvensional; sebaliknya, kecepatannya meningkat secara bertahap dengan bantuan poros yang berputar terus-menerus, sehingga memungkinkan sudut putaran tertentu atau putaran berkelanjutan. Motor stepper memiliki kontrol gerakan yang dapat diulang: motor dapat dikembalikan ke posisi sebelumnya saat diperlukan.
Sudut langkah berkisar dari 1,8 derajat (200 langkah/putaran) hingga 30 derajat (12 langkah/putaran). Sudut langkah atau jumlah langkah bergantung pada jumlah magnet permanen yang dimiliki motor, tetapi nilai di luar rentang ini juga memungkinkan.
Dengan motor stepper, jika daya diberikan tetapi tidak ada anak tangga yang diarahkan, maka anak tangga akan tetap berada pada posisi semula; motor stepper menyediakan torsi tinggi pada rpm rendah. Cara paling langsung untuk membuat motor stepper berputar adalah dengan memberi energi dan menghilangkan energi pada solenoid secara teratur, tetapi hal ini dapat menimbulkan getaran atau jitter. Motor tanpa sikat dan motor stepper memiliki area aplikasi yang sebagian tumpang tindih. Motor stepper lebih cocok untuk aplikasi yang memerlukan gerakan masuk dan keluar yang presisi (seperti mengambil dan meletakkan) daripada periode rotasi berkelanjutan yang panjang, serta untuk aplikasi yang lebih kecil yang tidak memerlukan torsi atau kecepatan tinggi dari motor. Selain itu, motor stepper memiliki persyaratan efisiensi energi yang lebih rendah daripada motor DC tanpa sikat. Selain motor yang tercantum di sini, ada banyak jenis lain yang tersedia. Keluarga motor banyak dan kompleks, dengan banyak subdivisi. Misalnya, motor sinkron magnet permanen (PMSM) adalah kombinasi dari motor DC tanpa sikat (sehubungan dengan rotor) dan motor induksi AC (sehubungan dengan struktur stator). Hal ini ditandai dengan efisiensi energi yang tinggi, kepadatan relatif tinggi per unit volume kecil, rasio torsi terhadap berat, waktu respons yang cepat, dan kemudahan kontrol yang relatif, tetapi juga relatif mahal.
Sistem gerak robot melibatkan lebih dari sekadar motor; tetapi mencakup tiga modul fungsional utama.
1.Pengontrol waktu nyata, diwujudkan dalam tiga bentuk berikut.
Prosesor komputasi cepat untuk keperluan umum, menjalankan firmware pengendalian gerak.
FPGA berorientasi DSP untuk aplikasi kontrol.
Rangkaian IC pengontrol khusus dengan pengkabelan permanen dan algoritma bawaan.
2. Satu atau lebih lapisan penggerak dirangkai untuk mengambil sinyal level rendah dari keluaran pengontrol dan mengeluarkan tegangan/arus tinggi yang diperlukan untuk menghidupkan/mematikan elektronik kontrol.
3.MOSFET (atau perangkat switching lainnya, seperti IGBT atau transistor bipolar), yang mengontrol aliran arus ke belitan motor tertentu
Pemilihan MOSFET terutama bergantung pada motor dan lilitan arus serta ukuran tegangan yang dibutuhkan. Model MOSFET menentukan ke bawah untuk memilih driver setelah pemilihan driver MOSFET berdasarkan peringkat MOSFET: terkadang mungkin memerlukan serangkaian driver tolakan menaik, keputusan khusus untuk menentukan driver. Terkadang serangkaian driver penguat mungkin diperlukan, tergantung pada ukuran MOSFET.
4. Masalah yang mungkin dihadapi saat memilih pengontrol
Pemilihan model pengontrol juga sangat strategis dan memerlukan keputusan yang harus dibuat sebelum memilih vendor dan model tertentu. Ada banyak pertimbangan saat memilih apakah akan menggunakan prosesor serba guna untuk kontrol motor saja, FPGA dengan daya komputasi lokal, atau sirkuit IC kontrol khusus (biasanya dari vendor kontrol motor tertentu). Desainer perlu mempertimbangkan faktor-faktor seperti.
Kompleksitas algoritma kontrol apa yang Anda butuhkan, dan berapa banyak port I/0?
Siapa yang akan menyediakan algoritma dan kode kontrol: pemasok IC, mitra pihak ketiga, atau pengembang pihak ketiga yang tidak terkait? Bagaimana mereka akan memverifikasi dan memvalidasi kinerja motor dan aplikasinya?
Seberapa besar kemampuan pemrograman pengguna yang Anda butuhkan? Bahkan pengendali khusus yang tidak dapat diprogram akan mengharuskan pengguna untuk memilih jenis algoritme, mode kendali loop tertutup (posisi, kecepatan, atau percepatan), dan perlu mengatur sejumlah parameter operasi. Apakah motor dan aplikasi memiliki properti unik untuk diatur? Jika jawabannya ya, maka akan lebih baik untuk memilih I yang dapat diprogram. Sebaliknya, jika tidak perlu memodifikasi algoritme, IC khusus dengan algoritme yang tertanam dan dipadatkan lebih disukai daripada IC yang dapat diprogram sepenuhnya. Apakah pengendali perlu mendukung beberapa jenis motor? Meskipun jenisnya sama, apakah pengendali perlu mendukung hanya satu ukuran motor dalam model tersebut, atau berbagai ukuran?
Tingkat dukungan teknis apa yang disediakan vendor? Pengalaman apa yang mereka miliki dalam pengembangan motor secara langsung? Apakah mereka akan menyediakan desain referensi khusus yang telah dibuat dan divalidasi, termasuk rangkaian antarmuka antara IC kontrol dan driver MOSFET?
Apakah ada masalah regulasi yang perlu diperhatikan? Misalnya, evaluasi efisiensi energi yang sah
(banyak aplikasi motor sekarang harus memenuhi berbagai persyaratan lingkungan "hijau"). Jika demikian, apakah pemasok memahami masalah ini dan apakah komponen dan algoritme mereka memenuhi persyaratan ini?
5. Kit Pengembangan Mendemonstrasikan Kinerja Kontroler dan Antarmuka
Bagi banyak teknisi, menyatukan semua bagian - pengontrol, driver, MOSFET, dll. dengan algoritme yang dipadatkan atau terpisah - merupakan tugas multidisiplin, tugas yang tidak ingin mereka "mulai dari awal". Karena alasan ini, banyak vendor menawarkan papan evaluasi atau bahkan kit lengkap dengan contoh algoritme pengontrol, driver, dan MOSFET. Misalnya, kit PMSM tiga fase tanpa sensor Freescale MTRCKTSPNZVM128 menggunakan teknologi kontrol motor tanpa sensor untuk menggerakkan motor BLDC atau PMSM tiga fase, dan dirancang untuk pembuatan prototipe dan evaluasi cepat menggunakan potensi terbalik yang didukung oleh modul ADC terintegrasi dengan bantuan mikrokontroler. Selain itu, kit ini (yang dilengkapi mikrokontroler MC9S12ZVML12) juga dapat dikonfigurasi untuk evaluasi operasi berbasis sensor menggunakan sensor Hall atau resolver. Masa depan robotika juga sangat menjanjikan karena kemajuan teknologi, termasuk aktuasi presisi melalui kontrol dan penginderaan motor yang ditingkatkan, akan menciptakan peluang baru. Revolusi di bidang utama penginderaan, kontrol, dan motor akan terus memengaruhi perubahan dalam robotika.