Sensor Robot. Nuryono S.W., S.T.,M.Eng. TH22452 Robotika

(1)

TH22452 Robotika 1

Sensor Robot

(2)

TH22452 Robotika 2

Pendahuluan

• Sensor adalah piranti untuk mengukur

besaran tertentu (devices for measuring a

quantity)

• Dalam sistem robotika umumnya sensor

mengubah besaran tertentu ke dalam

besaran elektris(arus, tegangan, isyarat

elektris/elektronis)

(3)

TH22452 Robotika 3

Karakteristik Sensor

• Akurasi

(Kesesuaian nilai aktual dan nilai terukur)

• Resolusi

(Perubahan terkecil pd besaran terukur yg

masih bisa dideteksi oleh sensor)

• Repeatability

(Variasi nilai terukur ketika suatu besaran

yg sama diukur secara berulang-ulang)

(4)

TH22452 Robotika 4

Karakteristik Sensor

• Linearity

(Hubungan antara perubahan input terhadap

perubahan output)

• Sensitivity

(Rasio perubahan output terhadap perubahan

input/kepekaan)

• Range

(Batas bawah&atas variabel yg masih bisa dikur

oleh sensor)

(5)

TH22452 Robotika 5

Perlunya Sensor

• Agar robot punya “awareness” thdp

dirinya dan lingkungan

• Agar robot dapat berinteraksi dengan

lingkungannya

• Keamanan dan Keselamatan,

pencegahan kerusakan

• Kemampuan untuk mencapai target

atau tujuan

(6)

TH22452 Robotika 6

Besaran yg diukur

• Cahaya

– Warna, Intensitas, Arah

• Suara

– Frekuensi, Intensitas, Arah

• Panas

– Suhu, panjang gelombang, kuantitas, arah

• Bahan kimia

• Object Proximity dan jarak dan arah benda

• Orientasi fisik, gerakan, posisi

(7)

TH22452 Robotika 7

Besaran yg diukur

• Medan Magnet & Medan Listrik

• Resistan (electrical, secara tdk langsung

dari V/I)

• Capacitance (melalui excitation/oscillation)

• Inductance (melalui excitation/oscillation)

(8)

TH22452 Robotika 8

Contoh Sensor Robot

• Feelers (Whiskers, Bumpers) – Mekanis

• Photoelectric

• Infrared

• Ultrasonic

(9)

TH22452 Robotika 9

Contoh Sensor Robot

• Visual – Cameras & Arrays (Active & Passive)

• Color Sensors (Active & Passive)

• Magnetic (Active & Passive)

• Orientation (Pitch & Roll)

• GPS (location, altitude)

• Compass (orientation, bearing)

• Voltage – Electric Field Sensors

• Current – Magnetic Field Sensors

(10)

TH22452 Robotika 10

Sensor – Feelers

• Whiskers (sungut)

– Senar gitar/piano yg diletakkan di antara conductive “hoop”

– Adanya defleksi menyebabkan kontak dengan “hoop” – Kawat yg lentur yg menyentuh suatu batang konduktor

ketika terdefleksi

– Menjangkau di depan robot dalam beberapa cm – Sederhana, murah, keluaran biner

• Bumpers & Guards

– Sensor benturan/tumbukan Impact/Collision sensor, mendeteksi adanya tekanan/kontak

– Microswitch & kawat

(11)

TH22452 Robotika 11

• Desain

(12)

TH22452 Robotika 12

(13)

TH22452 Robotika 13

Feelers - Bumpers &

Guards

(14)

TH22452 Robotika 14

Sensor-Feeler&bumper

(15)

TH22452 Robotika 15

Sensors – IR

• Aktif (emitting)

– Oscillator membangkitkan Pulsa IR, memantul ketika bertemu benda/obyek

– Filtered receiver mencari pantulan tsb

– Pulsa dienkode untuk deteksi yg lebih efektif – Frekuensi yg digunakan sekitar 40KHz

– Tidak terlalu baik ketika bertemu obyek yg gelap • Pasif (hanya sensor tanpa emitting)

– Pyro-electric (heat sensor)

– Mencari emisi IR dari manusia dan binatang

(16)

TH22452 Robotika 16

(17)

TH22452 Robotika 17

(18)

TH22452 Robotika 18

Spek Active IR Sensor

• Sensor type = Reflective IR

• IR detector = Panasonic PNA4602M

• IR LED type = Narrow focus 10º

• I/O required = 3 digital lines: 2 outputs, 1 input

• Range = Sekitar 4“ to 26" (10 cm s/d 65cm)

• Input voltage = 5vdc regulated @ 8mA

• PC board size = 2.3" x .75"

(19)

TH22452 Robotika 19

(20)

TH22452 Robotika 20

Linear Array IR Range

Sensors

• Sharp GP2Dxx (satu

contoh)

• ~4 to 30cm Range

• Output Analog atau

(21)

TH22452 Robotika 21

Linear Array IR Range

Sensors

(22)

(23)

TH22452 Robotika 23

Laser Range Sensors

• USB Interface

• 240º Field of View

• 0.36º Angular

Resolution

• 10Hz Refresh Rate

• 20mm s/d 4m

• $2695

(24)

TH22452 Robotika 24

(25)

TH22452 Robotika 25

Sensor Ultrasonic

• Aktif

– Membangkitkan pulsa dan menunggu pantulannya pulses & listen for echos

– Terkait dengan kecepatan rambat di udara (~1ft/mS)

– Bisa menjangkau daerah yg jauh dari robot ( bisa s/d 3m) – Prinsip kerja sederhana, tidak murah, keluaran analog atau

digital

– Directional; tidak semua benda memantulkan • Pasif

– Senso “mendengarkan” adanya gelombang ultrasonic – Rangkaian Electronik mengubahnya ke frekuensi atau

modulasi

(26)

TH22452 Robotika 26

Ultrasonic - Aktif

$27

$134 $49

(27)

TH22452 Robotika 27

Sensor Ultrasonic

• Pasif - Beacon & Sensor

– Beacons menunggu RF command untuk

memancarkan

• Cahaya atau gelombang suara

• Robot mencari & mendengarkan setiap beacon

– Robot mengetahui lokasi tiap beacon

– Kompas pada robot memberi informasi

tentang arah (orientasi) beacon tersebut

– Robot dapat menghitung posisinya

(28)

TH22452 Robotika 28 Beacon1 Beacon2 Sound Pulse Sound Pulse Robot Light Pulse BEACON RF Receiver IR Emitter Ultrasonic Emitter Beacon3 Light Pulse Sound Pulse ROBOT RF Transmitter IR Receiver Ultrasonic Receiver Light Pulse

Sensor Ultrasonic

(29)

TH22452 Robotika 29

Sonic (Acoustic) Pasif

TI (Burr-Brown) UAF42 Universal Active Filter

(30)

TH22452 Robotika 30

Sensor Resistan

(31)

TH22452 Robotika 31

Potensiometer

(32)

TH22452 Robotika 32

Tipe Potensiometer

• Wirewound

– Wiper/penyapu bergeser/bergerak pada suatu lilitan kawat Ni-Crome

– Mudah rusak, peka terhadap suhu

• Cermet

– Wiper bergeser pada jalur keramik konduktif – Lebih baik dibanding wirewound

• Plastic film

– Resolusi tinggi

(33)

TH22452 Robotika 33

Linear Potensiometer

(34)

TH22452 Robotika 34

Penggunaan Potensiometer

• Keuntungan

– Low Cost(murah)

– Sinyal kendali bisa menggunakan isyarat

analog

– Informasi yg dibutuhkan adalah informasi

posisi secara absolute

• Kerugian

– Kerusakan akibat suhu dan keausan

– Tidak cocok untuk daerah berdebu

(35)

TH22452 Robotika 35

Sensor Proximity Capasitif &

Induktif

• Sensor Induktif menggunakan perubahan

medan magnet untuk mendeteksi adanya

obyek logam

• Sensor Capasitif menggunakan

perubahan capasitans yg disebabkan

obyek bukan logam

• Umumnya utk jarak dekat

• Cukup Kuat& reliable

(36)

TH22452 Robotika 36

(37)

TH22452 Robotika 37

(38)

TH22452 Robotika 38

(39)

TH22452 Robotika 39

(40)

TH22452 Robotika 40

Sensor Visual

• CMUCam

(41)

TH22452 Robotika 41

Sensor Warna

(42)

TH22452 Robotika 42

Sensor Orientasi (arah gerak)

• Rate Gyros

– Output proporsional dengan kecepatan angular

rotation

– Diintegralkan untuk menentukan posisi

– Didifferensialkan untuk menentukan

akselerasi/percepatan

• Accelerometer

(43)

TH22452 Robotika 43

Sensor Percepatan

• Akselerasi diukur melalui gaya yg ditimbulkan oleh massa yg berakselerasi • Distorsi Piezo

• Pergerakan Cantilever • Strain ataupun Restrain

massa

• Akselerometer biasa pula digunakan utk mengukur vibrasi

(44)

TH22452 Robotika 44

Tri-axial Accelerometer

• Tipe ini biasa

digunakan pada

Sistem Mobile

– Mobil Balap

– Rotating elemen pada turbin

– Elemen pesawat terbang

• Mengukur besarnya

vibrasi

(45)

TH22452 Robotika 45

Sensor Gerakan

Rate Gyro – Silicon Sensing Systems

Servo Accel – Sensorland.com

(46)

TH22452 Robotika 46

Sensor Posisi/Lokasi

• Encoder

(47)

TH22452 Robotika 47

Encoder

• Nubotics.com, $27

(48)

TH22452 Robotika 48

Optical Encoder

• Encoder adalah Sensor Digital yg umum digunakan untuk memberikan feedback posisi untuk suatu

aktuator

• Tersusun atas Disc/ cakram kaca/plastik yg berputar di antara sumber cahaya(LED) dan photo-detector • Disk diencode dengan bagian yg gelap& terang

(49)

TH22452 Robotika 49

(50)

TH22452 Robotika 50

Incremental Encoder

• Pulsa dr LED dihitung

utk menentukan

posisi rotasi

• 2 Detektor digunakan

utk menentukan arah

putar(quadrature)

• Pulsa index sebagai

titik awal

(51)

TH22452 Robotika 51

Absolute Encoder

• Absolute Encoder

memiliki kode tertentu

sehingga setiap posisi

angulat yg berbeda

dapat diketahui

• Biasa menggunakan

“Kode Gray”

• Lebih

kompleks&mahal

dibanding Incremental

Encoder

(52)

TH22452 Robotika 52

Encoder Processing

• Diperlukan Rangkaian

Squaring untuk

mendigitalkan sinyal

• Monitor Index &

Counter

• Tersedia dlm bentuk

Chip IC

• Algoritma kendali

diletakkan pada chip

lain

(53)

TH22452 Robotika 53

Sensor Posisi/Lokasi

• Parallax.com

• $80

(54)

TH22452 Robotika 54

Sensor Kompas (Orientation)

• L: Parallax.com, $30

(55)

TH22452 Robotika 55

Sensor arus

• Pengukuran secara seri dengan Hall Effect device

• Current loop (coil)

(56)

TH22452 Robotika 56

(57)

TH22452 Robotika 57

(58)

TH22452 Robotika 58

• Smoke Detectors

• Gas concentration sensors - CO, H

₄

S, CH

_4,

(59)

TH22452 Robotika 59

Sensor Vendor/Info Links

http://www.dinsmoresensors.com http://www.fluke.com http://www.howstuffworks.com http:// www.lynxmotion.com http://www.magnetometer.org http:// www.nubotics.com http:// www.parallax.com http://www.raztec.co.nz http:// www.robotics.com http:// www.robotroom.com http://www.sensorland.com http://www.seattlerobotics.org/encoder http:// www.solarbotics.com

(60)

TH22452 Robotika 60

(61)

TH22452 Robotika 61

Tachogenerator

• Biasa digunakan untuk mengukur kecepatan putar • Prinsip operasinya merupakan generator dc • Tegangan yang dihasilkan proporsional dengan kecepatan yang diukur

• Biasa terpasang secara “Piggybacked” pada

motor untuk sinyal feed-back analog

(62)

TH22452 Robotika 62

Sensor Gaya&Tekanan

• Gaya& Tekanan umumnya diukur secara

tdk langsung melui defleksi suatu bahan

• Mekanismenya antara lain:

– Sistem pergerakan fisik berikut

pengukurannya menggunakan LVDT

– Strain Gauge( logam yg berubah

resistansinya ketika ditekan) yg ditempelkan

pada silinder/ plat logam dgn bentuk tertentu

– Piezoelectric sensor

(63)

TH22452 Robotika 63

(64)

TH22452 Robotika 64

(65)

TH22452 Robotika 65

(66)

TH22452 Robotika 66

(67)

TH22452 Robotika 67

Piezo Load Cell

• Distorsi Kristal,

Quartz ataupun

BaTiO

₃

• Untuk pengukuran

akurat beban atau

gaya yg kecil

• Tersedia dlm bentuk:

– Single axis Load washers

– Multiple axis Load washers

(68)

TH22452 Robotika 68

Sensor Tekanan

• Tekanan diukur dengan:

– Tabung Pitot

– Deformasi membran tetap

• Deformasi diukur dgn metode yg sama dgn gaya, yaitu menggunakan: – Pegas(Manometer) – Distorsi Piezo – Strain Gauges

(69)

TH22452 Robotika 69

Sensor Proximity

• Umum digunakan di Automasi Industri

– Jalur Conveyor (Counting, Jam, Detection, dsb) – Machine tools (Safety Interlock, Sequencing)

• Biasanya sensor digital(on-off) mendeteksi ada

atau tidaknya suatu benda/obyek

• Terdiri atas:

– Sensor:Optical, Inductive, Capacitive – Rangkaian Detektor

– Amplifier

(70)

TH22452 Robotika 70

Saklar Proximity Mekanis

• Seperti halnya saklar

biasa

• Operasi On-Off

• 2 Mode

– Normally Close(NC) – Normally Open(NO)

(71)

TH22452 Robotika 71

Contoh Saklar Proximity

Mekanis

(72)

TH22452 Robotika 72

Penggunaan Saklar Proximity

Mekanis

• Ada Kontak fisik

• Posisi yg disensing sudah tertentu

• Lingkungan tidak memungkinkan

(73)

TH22452 Robotika 73

Sensor Proximity Optis

• Terdiri atas sumber cahaya(LED) dan detektor cahaya(phototransistor)

• Sinyal dimodulasi untuk mengurangi pengaruh cahaya sekitar

• Tegangan operasi:12-30V dc, 24-240V ac • Output: TTL, Industrial Standard, dsb