MAKALAH “ JENIS-JENIS AKTUATOR ELEKTRONIK, PNEUMATIK DAN HIDROLIK” Disusun sebagai tugas mata kuliah Mekatronika dan Robotika
Disusun Oleh
Rian Glori Suseno
521 512 2629
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNJ 2014
PENDAHULUAN
1.1.
Latar Belakang Perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan mengubah cara pandang manusia dalam menyelesaikan segala urusannya. Pekerjaan-pekerjaan yang sebelumnya tidak dapat dilakukan manusia, kini dapat dilakukan dengan bantuan mesin atau alat. Bukan hanya itu, posisi manusia sebagai pekerja juga dapat digantikan dengan robot atau mesin-mesin otomatis. Sehingga, pekerjaan yang sebelumnya memakan waktu lama, kini dapat dilakukan cepat. Pada dasarnya gerak robot atau mesin meniru gerakan dari manusia. Salah satu gerakan yang sering ditiru adalah gerakan tangan manusia, yang memiliki pergerakan pitch, yaw, dan roll. Gerakan seperti ini banyak diaplikasikan pada robot-robot di industri manufatktur seperti industri trasnportasi, elektronik,dan lain-lain. Proses yang cepat dan tingkat ketilitian yang tinggi membuat robot banyak dipakai di industri. Hal ini kemudian memicu inovasi-inovasi dalam sistem penggerak pada robot atau mesin. Kemajuan teknologi pada motor elektronik, dan komputer membuat pergerakan yang sebelumnya mustahil dilakukan robot menjadi mungkin untuk dilakukan.
1.2.
Perumusan Masalah Rumusan masalah pada makalah adalah sebagai berikut: 1. Apa yang dimaksud dengan aktuator? 2. Jenis-jenis aktuator?
1.3.
Tujuan Tujuan penulis membuat makalah adalah: 1. Sebagai tugas untuk mata kuliah Mekatronika dan robotika 2. Menjelaskan pengertian aktuator 3. Menjelaskan fungsi aktuator
1
2
PEMBAHASAN
2.1.
Pengertian Aktuator Sebuah aktuator adalah fungsional
element
Fungsi utama dari aktuator
yang
adalah sebagai komponen penguat
proses
dan pengkonversi daya, kemudian
informasi dari sebuah sistem kontrol
menguatkan sinyal kontrol menjadi
elektronik dengan teknis atau non-
sinyal baru dengan daya yang besar
teknis,
dan
menghubungkan
bagian
semisal
biologi,
proses.
bisa
digunakan
untuk
Aktuator
dengan
daya
yang
dibutuhkan oleh plant. Gambar 2. Blok diagram
mengendalikan aliran energi, massa,
closed loop control system.
atau volume. Satuan dari aktuator
Klasifikasi aktuator berdasarkan daya
disebut energi atau power. Kontrol dari aktuator
sesuai
selalu menggunakan
daya elektrik minim, idealnya tanpa mengkonsumsi daya sama sekali.
yang dhasilkan ada tiga yakni :
Gambar 1. Strukur fungsi aktuator
-
Aktuator elektrik Aktuator pneumatik Aktuator hidrolik
Sedangkan
klasifikasi
Struktur dari fungsi sebuah aktuator
berdasarkan
pergerakan
dapat
yakni linier dan berputar.
komponen
digambarkan dasar
yakni
dengan “energy
controller”dan “energy converter” (Gambar 1.). Dimana variabel output dari energy controller merupakan energi yang dihasilkan oleh sebuah power supply yang dikontrol via variabel
input
yang
biasanya
menggunakan transistor dan katup.
2.2.
aktuator ada
dua
Macam-macam aktuator elektrik Yang dimaksud
dengan
aktuator
elektrik merupakan aktuator yang mengubah
energi
listrik
menjadi
energi gerak dengan menggunakan prinsip elektromagnet. Ada beberapa
macam aktuator elektrik yang linier
yang
dihasilkan
cukup
besar.
dan rotasi, diantaranya: Aktuator Elektrik Linier 1. Selenoid Selenoid merupakan aktuator linier, biasanya digunakan untuk gerakan short
stroke
(pukulan
pendek).
Selenoid terbuat dari lilitan tembaga, plunger,dan cangkang besi. Gambar 5. Konstruksi dari motor and ball screw. 3. Motor and lead screw Memiliki cara kerja yang sama Gambar 3. Konstruksi selenoid
dengan
motor
and
ball
screw,
Untuk
menghemat
penggunaan
perbedaanya terletak pada pergeseran
energi,
biasanya
selenoid
lebih tinggi yang dihasilkan pada
untuk
screw. Aktuator jenis ini memiliki
membalikkan posisi plunger dalam
efisiensi yang kurang bagus, sekitar
keadaan awal.
dibawah 25%.
menggunakan
pegas
Gambar 4. Bentuk fisik selenoid
Gambar 6. Bentuk fisik dari motor and screw.
2. Motor and ball screw Merupakan
aktuator
Aktuator Elektrik Rotasi linier
1. Motor DC
menggunakan electric motor, seperti
Motor DC merupakan motor yang
servomotor dan screw jack dengan
menggunakan
bola
membuat gaya magnetic, sehingga
yang
bersikulasi
ulang
(reciculating). Salah satu keunggulan dari aktuator jenis ini adalah gaya
arus
DC
menggerakan poros (shaft).
untuk
Ada dua bagian terpenting pada
paling
jelas
ada
motor DC yakni rotor bagian yang
lilitannya (stator).
pada
bagian
bergerak dan stator bagian yang tak bergerak.
Gambar 7. Konstruksi sederhana motor DC
Gambar 9. Representasi dari sebuah
Cara kerja dari sebuah DC Motor
motor AC sederhana.
arus
Arus AC mengalir melalui satu atau
kemudian
lebih lilitan pada stator, menghasilkan
diterima oleh comutator sehingga
medan magnet berfluktuasi yang akan
menghasilkan medan magnet pada
tarik menarik dengan rotor, sehingga
coil. Perbedaan polaritas antara gaya
rotor dapat bergerak.
adalah melalui
dengan brushes,
mengalirkan yang
magnet dengan coil, menyebabkan rotor bergerak.
Gambar 10. Bentuk fisik dari motor Gambar 8. Bentuk fisik motor DC.
AC.
2. Motor AC
3. Motor Stepper
Motor AC merupakan motor yang
Stepper motor bekerja berdasarkan
bergerak menggunakan sumber arus
pulsa-pulsa listrik. Setiap kali mengirim
AC. Memiliki bagian yang sama
pulsa ke pengontrol elektronik, maka
dengan motor DC, yakni stator dan
motor akan bergerak ‘selangkah’, yaitu
rotor, akan tetapi memiliki cara kerja
satu putaran sudut kecil.
yang berbeda. Perbedaanya yang
Ada dua jenis stepper motor yang banyak dipakai, yakni Bipolah stepper motor dan unipolar stepper motor. Bipolar stepper motor bekerja dengan menggunakan satu lilitan penuh pada setiap bagian stator untuk melakukan gerak satu langkah. Gambar 14. Konstruksi Unipolar stepper motor. Salah satu keunggulan dari unipolar stepper motor adalah penggunaan daya yang
rendah
disebabkan
hanya
menggunakan setengah coil. Gambar 12. Konstruksi bipolar stepper motor. Ciri-ciri dari bipolar stepper motor, adalah terdapat empat kabel sebagai media transfer arus. Gambar 15. Bentuk fisik unipolar stepper motor. 4. Servo Motor Servo motor merupakan kombinasi dari motor, gear box, dan rangkaian kontrol Gambar 13. Bentuk fisik bipolar stepper motor. Sedangkan
unipolar
stepper
elektronik yang dibungkus bersama pada satu tempat.
motor,
bekerja dengan menggunakan setengah dari lilitan pada setiap statornya. Sehingga kabel yang disediakan pada unipolar stepper motor biasanya lebih dari empat. Dimana terdapat sebuah common, yang dapat diberikan ke ground atau VCC.
Gambar 16. Bentuk fisik servo motor. Motor dapat bergerak dengan tegangan AC atau DC,
namun
biasanya
menggunakan
motor
orang-orang servo
dengan
eksternal dikenakan ke sejumlah fluida (bisa gas ataupun cairan), maka tekanan
sumber DC.
tersebut akan dipindahkan seluruhnya ke
Servo motor pada dasarnya dikendalikan
semua bagian dari fluida tersebut.
via pulse width modulation (PWM). Sebagai contoh untuk jenis servo kecil pada RC. Pulsa yang mengendalikan di atur pada frekuensi konstan yakni 20ms, dengan durasi keadaan positif pada setiap pulsanya akan mengatur posisi dari motor, dan lembah diantara pulsa tidak dihiraukan. Jangkauan dari lebar pulsa untuk motor yang kecil adalah 1 ms sampai
2
jangkauan
ms, -90
dengan sampai
spesifikasi +90
Gambar 18. Ilustrasi sederhana tentang aktuator hidrolik. Sehingga di dapat persamaan
derajat
berdasarkan titik tengahnya. Aktuator linier Hidrolik 1. Hidrolik cylinder Merupakan jenis aktuator hidrolik yang sering digunakan untuk gerakan linier untuk beban-beban yang berat yang tidak mampu
dilakukan
oleh
aktuator
pneumatic, semisal rams. Gambar 17. Posisi dari gerak servo motor yang dikendalikan dengan lebar pulsa. Berdasarkan rotasi, terdapat dua jenis servo, yakni servo yang dapat bergerak sebesar 180 derajat dan 360 derajat. 2.3. Macam-macam aktuator Hidrolik Pada tahun 1653, ilmuwan Blaise Pascal menyatakan teori: “apabila tekanan
Gambar 19. Bentuk fisik dari hidrolik cylinder.
Pada jenis cylinder yang praktis, cara
Selain itu, keunggulan
aktuator
ini
kerjanya adalah dengan memberikan fluida
adalah tingkat presisi yang tinggi, sampai
pada silinder, dan terdapat piston B sebagai
dengan 0.01mm.
input dan piston A sebagai output. 2.4. Macam-macam aktuator pneumatik Jika hidrolik menggunakan fluida dalam bentuk cairan, pneumatik menggunakan udara yang ternyata memilki kaidah yang sama dalam hubungnnya dengan gaya dan Gambar 20. Cylinder Praktis
luas area. Perbedaanya adalah bahwa udara
Untuk menghemat penggunaan energi,
yang
terdapat jenis cylinder yang menggunakan
volumenya akan berubah. Maka, untuk
pegas.
membangkitkan
ditekan
atau
dimampatkan,
tekananan
yang
dibutuhkan dalam pengoperasian piston, pompa
harus
melakukan
pekerjaan
tambahan yaitu memampatkan udara.
Gambar 21. Cylinder berpegas.
Aktuator linier Pneumatik
Untuk melakukan gerakan linier secara
1. Pnumatic rams : rod type
dua arah, terdapat cylinder dengan katup
Merupakan jenis aktuator linier dengan
transfer hidrolik. Sehingga cylinder dapat
single acting push or pull. Jenis aktuator
melakukan double acting dan jugan
ini dapat bekerja menahan.
mengendalikan gerak cylinder menjadi lebih telilti.
Gambar 23. Pneumatic Rams: rod type. 2. Pneumatic rams: rodless type Gambar 22. Cylinder dengan katup
Alat ini diperkenalkan sekitar beberapa tahun yang lalu. Perbedaan tipe rod dengan rodless,
terletak
pada
piston
yang
digerakkan. Pada tipe rodless, piston yang digerakkan
ada
dua,
sehingga
dapat
melakukan double action. Gambar 25. Bentuk fisik rodless type 3. Pneumatic diapraghms Diapragm aktuator digunakan dimana udara Gambar 24. Rodless air cylinder.
yang menekan pada tingkat medium,
Konstruksi dari aktuator jenis ini adalah slot pada sisi dari cylinder yang dibungkus dengan sebuah elastomeric seal backed dan juga sebuah potongan stainless steel yang fleksibel yang dipindahkan oleh lintasan dari piston dan carrier (pengangkut).
Gambar x. Diapragm pneumatic actuator atau dengan kata lain untuk keamanan pada lingkungan sekitar dimana bahaya mungkin bisa terjadi.
KESIMPULAN 3.1. Kesimpulan Aktuator merupakan komponen penggerak pada sebuah sistem kontrol, berfungsi sebagai komponen penguat dan pengkonversi daya, kemudian menguatkan sinyal kontrol menjadi sinyal baru dengan daya yang besar dan sesuai dengan daya yang dibutuhkan oleh plant. Terdapat 3 jenis aktuator berdasarkan energi penggeraknya, yakni jenis aktuator hidrolik, elektrik, dan pneumatik. Dan berdasarkan geraknya, terdapat jenis aktuator linier dan rotasi. Aktuator elektrik, merupakan aktuator yang mengubah energi listrik menjadi energi gerak dengan menggunakan prinsip elektromagnet. Sedangkan akuator hidrolik, merupakan jenis aktutor yang menggunakan prinsip fluida yang incompressible. Lalu aktuator pneumatik, sama halnya dengan aktuator hidrolik, tapi menggunakan angin sebagai penggeraknya.
3
Daftar Pustaka D.A Bradley, D. Dawson, N.C. Burd, A.J. Loader, Mechtatronics: Electronics in products and processes, ______ , Springer. Platt, Charles, Encyclopedia of electronic components Volume 1, 2013, Media, Inc : Sebastopol.
O’Reilly
