INTRODUKSI Apakah Mekatronika ?

Cuplikan definisi mekatronik dari berbagai pakar dibidangnya

Takashi Yamaguchi (Hitachi Ltd. ’s Mechanical Engineering Lab Takashi Yamaguchi (Hitachi Ltd.’s Mechanical Engineering Lab., Ibaraki, Japan) Mechatronics is “a methodology for designing products that exhibit fast, precise performance. These characteristics can be achieved by considering not only the mecahnical design but also the use of servo controls, sensors, and electronics”

Giorgio Rizzoni (associate prof Giorgio Rizzoni (associate prof. Of Mecahnical Engineering at Ohio State Univ., Colombus) Mechatronics is “the confluence of traditional design methods with sensors and instrumentation technology, drive and actuator technology, embedded real-time microprocessor systems, and real-time software”

Masayoshi Tomizuka (Prof Masayoshi Tomizuka (Prof. Of Mechanical Engineering at the University of California, Berkeley) Mechatronics is really nothing but good design practice. The basic idea is to apply new controls to extract new levels of performance from mechanical device; By having a good idea of what can be done using other than mechanical means, design freedom increases dan result improve.

KOMENTAR

David M. Auslander (Prof. Of Mech. Eng. At Berkeley) Today we have mechanical systems for which performance is defined by what’s in a computer, wether it’s software algorithms, neural networks, or fuzzy logic. That alone makes it different from anything you could do (more than) 25 years ago! Any system in which you control or modulate power is a candidate for computer control. For any mechanical component you can ask the question: What is its purpose ? Does it transmit power ? Or is its purpose control and coordination ? Computers, software, and electronics can generally do this second function more efficiently – simpler, cheaper, with much more flexibility!

Hendrik M.J. Van Brussel (Belgian Robotics Researcher) In the past, machine and product design has, almost exclusively, been the preoccupation of mechanical engineers. Recently, machine design has been profoundly influenced by the evolution of microelectronics, control engineering, and computer science. What is needed, as a solid basis for designing high-performance machines, is a synergetic cross- fertilization between the different engineering diciplines. This is exactly what mechatronics is aiming at; it is a concurrent-engineering view of machine design. Mechatronics encompasses the knowledge base and the technologies required for the flexible generation of controlled motion.

HISTORI MEKATRONIKA

Tahun 1960-an Istilah mekatronika digunakan dalam kendali komputer untuk motor-motor elektrik (Yaskawa Electric Co., Japan); Perkembangannya tidak berasal dari robotika, justru robotika-lah yang banyak mengambil keunggulan2 teknologi kinematika, dinamika, kendali, teknologi sensor dan pemrograman aras-tinggi.

Tahun 1970-an Konsentrasi mekatronika pada teknologi servo yang digunakan produk–produk seperti: pembuka pintu otomatis, mesin penjaja dan kamera-kamera autofokus.

Tahun 1980-an Penggunaan teknologi informasi, para insinyur mulai memadukan mikroprosesor dalam sistem mekanik (embedded system) untuk meningkatkan unjuk-kerja.

Tahun 1990-an Penggunaan teknologi komunikasi, agar suatu produk dapat terhubungkan dalam suatu jaringan yang lebih besar atau luas.

DEFINISI MEKATRONIKA Bagian Interdisipliner (antar cabang ilmu pengetahuan) yang berhubungan dengan studi & perancangan dari sistem & peralatan yang melibatkan elektronik sensor aktuator dan arsitektur pengendalian

RUANG LINGKUP MEKATRONIKA

DIAGRAM BLOK

IMPLEMENTASI MEKATRONIKA

CONTOH APLIKASI

BAGIAN-BAGIAN Mekanis posisi Motor Pemutar Sensor Posisi Motor Head

BAGIAN-BAGIAN (Cont.) Mekanik Cardrige Cardrige Head Switch Cover

PUBLIK

INDUSTRI OTOMASI

ELEMEN2 PENDUKUNG

Elektronik Komponen dasar Komponen analog Komponen semikonduktor resistor, kapasitor, induktor Komponen analog op-amp, relay Komponen semikonduktor transistor, diode, gerbang logika (and, or, not), flip-flop

SENSOR Proximity Temperatur Posisis dan kecepatan Akselerasi switch, photoelectric, capacitive, inductive Posisis dan kecepatan potensiometer, LVDT, enkoder, tachometer Force & Strain strain gage, load cell Temperatur termokopel, RTD, termistor Akselerasi piezzo electric accelerometer Aliran & Tekanan

AKTUATOR Selenoida & voice coil Motor Hidrolik & penumatik AC, DC, Servo, Stepper Hidrolik & penumatik Smart material device piezzo electric

ARSITEKTUR KENDALI Rangkaian logika PLC Mikrokendali Mikroprosesor kombinasional, sekuensial, PAL, PLA PLC Mikrokendali Mikroprosesor Software

RANGKAIAN ELEKTRONIKA

KOMPONEN DASAR Resistor Kapasitor (Kondensator) Induktor Fungsinya melawan/menghambat Kapasitor (Kondensator) Penyimpan Induktor mengimbas

RESISTOR Bahan dasar terbuat dari komposisi karbon Nilai : 1  - 100 M Daya : 1/8 W – 2 W Perubahan harga menurun karena umur 5% solderan 2% panas uap 15% Jenis resistor ini kurang stabil dibanding lainnya

RESISTOR (Cont.) Bahan dari selaput karbon (carbon film) Terbuat dari selaput korbon yang diendapkan pada substrat keramik Nilai : 10  - 10 M Toleransi : > 5% Daya : s/d 2 W

RESISTOR (Cont.) Bahan dari lilitan kawat yang dililitkan pada gelondong keramik atau material lain Kawatnya dari campuran alumunium-kromium- nikel, atau alumunium-kromium-besi Oleh karena berbentuk lilitan maka resistor ini mengandung induktansi & kapasitansi Merupakan jenis resistor yang presisi Nilai : 0,22  - 10 M  Toleransi : < 0,5% Daya : 2 W

RESISTOR (Cont.) Satuan : ohm () Cara penulisan Jika dalam ohm dinyatakan dengan R 0R5 = 0,5  atau 0,5 Jika dalam kilohm dinyatakan dengan K 2K2 = 2,2 K  atau 2,2 K Jika dalam megohm dinyatakan dengan M 1M5 = 1,5 M  atau 1,5 M

SIMBOL RESISTOR

KODE WARNA

BERBAGAI APLIKASI

CAPASITOR Kegunaannya Simbol menyimpan tenaga listrik Menahan arus rata-rata Menghubungsingkat sebuah hambatan bagi arus AC Penapis (Filtering) Pengkopel sinyal dari satu rangkaian ke rangkaian lain Pembangkit gelombang non-sinus misal saw tooth Simbol Biasa Elektrolit

Aplikasi

Merubah DC ke AC Menghilangkan spike: pasanglah 0,1 mF melintang thd. Sumber daya (power) dan ground pada IC logik. Integrator: merubah sinyal kotak (square) menjadi sinyal segitiga (konstanta waktu RC >> periode pulsa) sekitar 10 kali lipat. Diferensiator: merubah sinyal kotak menjadi sinyal spike dalam hal ini Konstanta waktu RC << pulsa periode (sekitar 1/10 kali lipat).

Capasitor (Cont.) Capasitor khusus atau Kapasitas liar yang tidak diinginkan, ini terdapat antara Penghantar2 yang berdekatan Badan2 komponen yang berdekatan Lilitan2 kawat di dalam kumparan Elektroda2 di dalam dioda, transistor dsb Kapasitas liar ini hanya beberapa pF (piko farad), tidak berpengaruh pada frekuensi rendah kecuali frekuensi tinggi

Capasitor (Cont.) Macam2 Capasitor Keramik Mika (Mylar) Polyster Digunakan baik untuk frekuensi rendah maupun tinggi Toleransi ± 1% Polyster Kapasitas 1 pF – 1 µF Toleransi ± 10% Elektrolit Tantalum

Capasitor (Cont.) Umumnya kapasitas dinyatakan dalam µF atau pF Ada kalanya huruf k dipakai sebagai pengganti nF Contoh : 10k = 10nF = 0,01 µF

KODE WARNA Warna yang diterapkan seperti pada hambatan Jenis kapasitas kecil Jalur A, B & C digunakan untuk pengkodean dalam pF Jalur D Hitam = 20% Putih = 10% Jalur E Merah = 250 Vdc Kuning = 400 Vdc A B C D E

Kondensator Elektrolit Tantalum Warna untuk Faktor Perkalian 3 Jalur 4 (Volt) Jalur 1 Jalur 2 Hitam - 10 Coklat 1 Merah 2 100 Jingga Kuning 4 6,3 Hijau 5 16 Biru 6 20 Unggu 7 Abu-Abu 8 0,01 25 Putih 9 0,1 Merah muda 35 1 2 3 4

KAPASITAS Penyimpan Muatan : q = Cv Konstanta waktu (t) : t = RC q : banyaknya muatan (Coulomb) v : tegangan antara dua keping (volt) C : Kapasitas (farad) Konstanta waktu (t) : t = RC Charging Discharging

Hubungan V-A C ic _ + vc Berdasar perubahan waktu, v=v(t) dan i=i (t) Berdasar eksponensial, v=Vest dan i=Iest

Kapasitor Pengganti Seri C1 C2 C3 Paralel C1 C2 Cp=C1+C2+C3 C3

INDUKTOR Kegunaan Elemen elektronika yang dipakai untuk menghadirkan energi yang tersimpan dalam medan magnet i

Implementasi

Mutual Induktansi M ۰ ۰ + L1 L2 v2 v1 - dan

SOURCE V & I Independent source Dependent source atau controlled Sumber tegangan atau arus yang tidak bergantung pada sesuatu sumber lain Dependent source atau controlled Sumber tegangan atau arus yang dikendalikan oleh sumber lain

Independent Voltage Source + + + Beban v (t ) V v (t ) i _ _ _ ideal

Independent Current Source a + Beban i (t ) i (t ) v _ b ideal

Sumber Tegangan dalam Praktek

Sumber Arus dalam Praktek i (t ) b

DEPENDENT SOURCE Voltage Controlled Current Controlled a a + + + + v1 i1 ri1 _ _ _ _ b b Voltage Controlled Current Controlled

KIRCHHOFF’S LAW Hukum Arus Kirchhoff Hukum Tegangan Kirchhoff Jumlah semua arus yang menuju ke suatu simpul harus sama dengan nol pada setiap saat Hukum Tegangan Kirchhoff Jumlah penurunan tegangan diseputar lingkar (untai) harus nol pada setiap saat

Contoh Rangkaian R-C

Komponen Pendukung Function Generator