Servo : Introduction Motor Servo

.

Banyak pengertian motor servo dan kalo bingung tinggal tanya om google atu mbak wiki. Pada umumnya Motor servo adalah motor DC yang memiliki feed back loop yaitu perangkat (motor DC) otomatis yang menggunakan umpan balik sensor untuk memperbaiki mekanisme posisi-nya. Sensor umpan balik yang digunakan pada motor servo umumnya berupa potensiometer.

Suatu saat saya ditanyaT: "Mas, di TA saya pada sistem ini, motor servo itu close loop atau open loop..?"J : "Kalo dari sistem / plan alatmu berarti open loop (tidak ada umpan balik) tapi kalau dilihat dari hanya motor servonya saja berarti close loop."T: "Lho gimana maksudnya tuh..?"J: "Motor servo kan ada sensor potensiometernya sebagai umpan balik pengaturan posisi sudut motor servonya, makanya kalo dilihat dari segi motor servo berarti close loop."J: "Tapi motor servo posisinya tepat 50°, 90°, atau 180° sistemmu kan tidak tahu, karena tahunya hanya memberikan sinyal kontrol tanpa perlu tahu sudutnya sudah benar atau tidak dan jika servonya rusak dan sudutnya terjadi error sistemmu tidak tahu dan dianggap tidak ada error

makanya dilihat dari alat (sistem)-mu open loop."

Gambar disamping adalah diagram blok pada motor servo.

Beberapa link tentang motor servo :www.brookshiresoftware.comwww.pc-control.co.uk

Intro Kontrol Motor Servo

Pengendalian motor servo menggunakan pewaktuan atau frekuensi.Jika anda googling akan tampak seperti diatas yaitu banyaknya literatur yang memiliki diagram pewaktuan motor servo yang berbeda-beda. Padahal setiap tipe motor servo yang berbeda memiliki keakurasian dan pewaktuan yang berbeda.Oleh sebab itu pengendalian motor servo yang akan saya utarakan adalah pengendalian motor servo dengan pewaktuan anda sendiri yaitu anda yang mendefinisikan waktunya.Penyebutan sudut motor servo juga berbeda-beda tergantung sistem yang akan dikendalikan. Ada yang menyebut 0° - 180° ada juga yang menyebut -90°, 0°, +90° derajat.

Mengendalikan motor servo ada 3 cara (yang kutemukan) :

1. Menggunakan delay atau tundaan.2. Menggunakan Timer / Counter.3. Menggunakan PWM.

Tetapi akan saya bahas hanya menggunakan delay / tundaan saja pada post selanjutnya.

Servo Part II : Timing (Waktu) dan Sudut Servo

.Baca dulu :Servo Part I : Kontrol Motor Servo

2. Menentukan Perbandingan Waktu dgn SudutBeberapa servo yang presisi (yang mahal), menggunakan komponen-komponen dan sensor potensiometer yang linier dan akurat selain itu disertai datasheet lengkap yang sangat membantu untuk memprogram motor servo tersebut.Tetapi beberapa servo tidak disertai datasheet dan programmer tidak mengetahui diagram timing untuk penggunaan servo tersebut, sehingga menggunakan cara masing-masing untuk memprogram servo tersebut.

Spesifikasi motor servo yang akan saya bahas adalah motor servo 180°, akan tetapi kenyataannya motor servo memiliki sudut putar lebih dari 180° (Servo yang saya pakai) dan ini merupakan keuntungan.

Langkah-langkah menentukan sudut Motor Servo:

Siapkan penggaris busur (pengaris sudut). Ambil nilai waktu awal terkecil dan jadikan sebagai sudut 0°, Saya ambil 500 μS.

Nilai 500 μS didapat dengan cara dicoba langsung untuk menggerakkan servo. Berikan nilai 500 μS dan lihat posisi servo, lalu program untuk 480 μS atau 450

μS, jika servo bergerak pada nilai tersebut berarti nilai 500 μS bisa dijadikan patokan 0° tetapi jika tidak bergerak (servo mentok sejak awal) tambah nilainya menjadi 550 μS atau 600 μS. Saya anggap pada nilai 500 μS menjadi patokan 0°.

Program motor servo dengan waktu yang variasi sehingga ditemukan sudut 180° dari sudut awal 0° (500 μS). Coba nilai 2000 μS, 2500 μS, dst. Pada servo yang saya gunakan, sudut 180° pada waktu 1980 μS.

Sehingga di dapat 500 μS = 0° dan 1980 μS = 180° maka (1980 - 500) / 180 = 8,2222 μS. Artinya bertambah sudut 1° = bertambah waktu 8,2222 μS.

Misal : sudut tujuan = 35° berarti waktu yang dibutuhkan Servo ON = 500 μS + (35 x 8.2222 μS) = 787.777 μS lalu Servo OFF.

Coba coding untuk variasi sudut-sudut tertentu dan catat linearitasnya. Jika telah sesuai dan linear maka waktu untuk menentukan sudut servo telah ditemukan, sebaliknya jika tidak linear (toleransi error terlalu besar) maka silahkan coba-coba lagi.

Gambar disamping adalah hasil dari percobaan tersebut.Dan hasil dari menentukan perbandingan waktu dengan sudut motor Servo.

Setelah dicoba timing diganti-ganti, saya simpulkan beberapa hal (silahkan coba dulu dan simpulkan sendiri ^_^ ).

1. Umumnya timing motor servo adalah 20 mS (sebaiknya lihat datasheet motor servo tersebut) ini adalah waktu periode total saat servo ON dan servo OFF.

2. Jika motor servo tidak diberikan sinyal kontrol secara terus-menerus maka motor servo akan kehilangan torsinya.

3. Jika periode motor servo 20 mS maka sebelum mencapai waktu 20 mS, sebaiknya jangan memberikan sinyal kontrol ke motor servo dan menunggu agar motor servo "siap" menerima sinyal selanjutnya.

4. Dan jika periode motor servo 20 mS maka untuk menjaga torsi motor servo dan meminimalkan waktu eksekusi program sebaiknya total delay saat servo On, servo Off, lalu servo ON adalah 20 mS. Misal spesifikasi periode motor servo 20 mS kemudian total delay periode motor servo 25 mS maka 5 mS tersebut motor servo tidak memiliki torsi.

5. Dari point 4 dan 5 jika ragu-ragu sedangkan sistem tidak membutuhkan kecepatan eksekusi yang tinggi maka lebih baik menambah sedikit periode sinyal kontrol dibandingkan menguranginya.

.... To Be Continue Part III....

Video : Lengan Robot 5 DOF

Cekibroot.........

Video tersebut adalah Lengan Robot 5 DOF (Degree Of Freedom / Derajat Kebebasan).Memiliki 3 buah mode, yaitu :

Mode Manual : Posisi lengan robot ditentukan dengan cara memutar-mutar Potensiometer. Mode Auto One / Otomatis Satu-satu : Lengan robot bergerak secara otomatis dari satu posisi

ke posisi lain. pergerakan tiap sendi satu-persatu secara bergantian. Mode Auto All / Otomatis Semua : Lengan robot bergerak secara otomatis dari satu posisi ke

posisi lain. pergerakan kelima sendi secara bersamaan.

Memilih mode Manual, Auto One, dan Auto All dengan memutar selector switch dan ditunjukkan oleh indikator LED Hijau (Manual), LED Kuning (Auto One), dan LED Merah (Auto All).

Note : Awalnya mau buat miniatur lengan robot kecil, jadi potensionya di tempelkan pada sendi lengan robot tersebut. Apabila lengan robot kecil digerakkan maka lengan robot yang besar ikut bergerak seperti yang kecil. Tapi waktunya mepet. Harus selesai 1 bulan si..

Semoga manfaat.....^_^v... By : Too PayZ Jam 08:37 0 No Comment Topik : Mekanik, Motor Servo, Too PayZ Project, Video

Kamis, 25 Februari 2010

Servo Part III : Antara Torsi dan Kecepatan

.Baca dulu :Servo Part I : Kontrol Motor ServoServo Part II : Timing (Waktu) dan Sudut Servo

3. Torsi VS Speed (Kecepatan)Seperti diketahui sebelumnya bahwa motor servo posisi akan bergerak pada posisi sudut tertentu berdasarkan lebar sinyal kontrol yang diberikan pada pin sinyal. Dan Beberapa motor servo memiliki torsi yang cukup besar dengan kecepatan yang relatif cepat (bahkan sangat cepat).Beberapa motor servo justru menimbulkan masalah ketika digunakan untuk menggerakkan beban berat, memiliki pergerakan yang relatif cepat akan tetapi menggunakan gearbox plastik.

Misalkan :Spesifikasi motor Servo memiliki torsi yang mampu mengangkat beban 4 Kg, kecepatan 60° / 0.18 Sec dan menggunakan gearbox plastik.Motor servo tersebut bisa mengalami kerusakan yang umumnya gearbox plastik yang aus karena terjadi sentakan yang kuat pada gearbox tersebut karena kecepatan perubahan sudut yang relatif tinggi dan menggangkat beban mendekati batas maksimum motor servo tersebut.

Cara mengatasinya ada 2 cara yaitu :

1. Cara mekanis yaitu dengan menggunakan Motor servo yang menggunakan gearbox metal yang pastinya lebih mahal atau menggunakan gearbox tambahan untuk mengurangi kerusakan (..dan lain-lain..) yang sangat tidak praktis serta memperbesar rangkaian.

2. Mengurangi kecepatan perubahan motor servo melalui Coding, dan tentu saja cara ini menjadi pilihan peraktis dan mudah.

Saya hanya membahas cara ke-2 saja..Ide dasar memperlambat pergerakan motor servo yaitu dengan menambah sudut motor servo secara perlahan-lahan dan memberikan waktu delay antar perubahan sudut terserbut.

Misalkan perubahan sudut dari 0° ke sudut 180° maka sebenarnya yang terjadi adalah sudut berubah setiap saat dari0° (delay_ms(10)), 1° (delay_ms(10)), 2° (delay_ms(10))... ,179° (delay_ms(10)), 180°.

Atau bisa saja biar lebih cepat dari0° (delay_ms(30)), 10° (delay_ms(30)), 20° (delay_ms(30)), 30° (delay_ms(30)),... , 180°.

Coding + Video.....Otw..;)

-: DC motor control using C++ :-

Abstract:- This is a demo program written in C++ so that you can know how computer is used to take control action on DC Motor. Total motion control of DC motor is given here (speed control as well as direction change). Also total GUI (Graphical User Interface) is provided (buttons, mouse interface etc.). Program controls motion of motor through LPT port with very small hardware connected to it.

Note:- In this project the DC motor with following ratings

                      max rated voltage: 12 VDC

                      max rated current: 2 Amp

                      max rated RPM: 3000

                                          ______________________________________________

General Description:-   Controller is actually a combination of two circuits

Controller    =    Driver    +    Switching circuit

Driver is the actual circuit that drives DC motor and switching circuit decides how DC motor should be driven. So actually switching circuit is the main circuit that controls the motor. Now there are two parameters of DC motor that you can control

1. Speed

2. Direction

Changing the direction of DC motor is very simple just reverse the supply given to DC motor.            

For varying speed of motor you have to vary the applied DC voltage. One well known method to vary voltage is to use resistance (rheostat or potentiometer) in series with DC supply. Another method is to apply pulse width modulated (PWM) wave to DC motor. As the width of pulse varies average voltage applied to motor varies and so the speed of motor also varies.

In this project I have used standard H-Bridge circuit as a DC motor driver and software program (written in C++) as a PWM generator. Program generates PWM wave to vary the speed of motor as well as change the direction of it depending upon user command.

H-Bridge Driver:-

H-Bridge is standard, well known circuit and widely used as DC motor driver. Its schematic is as shown below. the circuit is made up of three major components optocoupler MCT2E (datasheet), NPN darlington pair TIP122 (datasheet), PNP darlington pair TIP127(datasheet). this is very standard circuit and can be used to drive any industrial motor DC motor with maximum voltage of 100V and maximum current of 5A.

    

Connections:- NPN and PNP Darlington pairs are connected in bridge configuration as shown. DC motor is connected as a load to bridge circuit. Bases of all four darlington pairs are connected to 25 pin D-type connector through opto-couplers. Function of opto-coupler is to provide good isolation between PC and H-bridge circuit. In all opto-couplers, anode of LED and collector of phototransistor is tied to Vcc. cathodes are connected with respective data pins D0 to D3. Emitters of phototransistor are connected to bases of respective Darlington pair through current limiting resistor 220E. All the Darlington pairs have inbuilt reverse diode that is for freewheeling action.

Operation:-

now when you apply low logic to pin pins 2 & 3 and high logic to pins 4 & 5, U1A and U2B will start conducting and provide high logic to bases of Q1 & Q3. U1B and U3A wont conduct so bases of Q2 & Q4 will be on low logic. this will turn on Q1 & Q4 currentt will flow from supply - Q1 – (+Ve) terminal of motor – (-Ve) terminal of

motor -   Q4 – Ground . So motor will rotate in one direction. For this we have to apply HEX data word 0C (0000 1100) on LPT port.

Same way when you give low logic to pin no. 4-5 and high logic to pins 2-3, Q2 and Q3 will turn on and current will flow from supply – Q2 – (-Ve) terminal of motor – (+Ve) terminal of motor – Q3 – Ground.  So motor will rotate in another direction. For this we have to apply HEX data word 03 (0000 0011)on LPT port. 

Thus simply by switching the logic from high to low and low to high in between these four pins (2, 3, 4, and 5) you can change the direction of motor. 

Now rather then directly giving high logic to pins if we apply PWM wave to it then during ON period of wave both transistors are closed switch (conducts) and during OFF period they are open switch (do not conduct) so every time average voltage is fed to motor. As you go on increasing pulse width (increasing ON period and decreasing OFF period) of PWM wave the avg. Voltage given to motor is increased and so the speed also increases. Same way if you decrease pulse width (increase OFF period and decrease ON period) of PWM waves the avg. voltage decreases and so the speed also decreases.

Here in this project, generating PWM wave on these pins (2, 3, 4 and 5) as well as switching the transistors to change the direction of motor is done by software program which is written in C++ programming language.

>

Software:-

Main function of this software is to

·  Switch between transistors T1-T4 and T2-T3 to change direction of motor

·  Generate PWM on pins (either on 2-3 or on 4-5) to vary speed of motor

Software is mainly divided in three parts

1. Graphics

2. PWM generation

3. mouse interfacing

Graphics:-  This part generates complete view of control panel. It draws buttons like clockwise, anticlockwise, speed increase/decrease, displays instructions, draws

borderline, writes text like “Speed”, “Speed factor”, displays speed factor etc. That means it prepares whole appearance of program screen.

PWM Generation:- Generating PWM on parallel (LPT) port data pins (D0-D7) using C++ is very simple. For ON period you have to apply high logic (1 means 3.49V) on that data pin and low logic (0 means 0.09V) for OFF period of pulse. The base frequency over which PWM is generated is 200Hz. So the time period is 50 millisecond (ms). First when speed factor (d) is zero, program generates square wave of 50% duty cycle (25ms ON period and 25ms OFF period) on two parallel port pins (either on pin no. 2 &3 or on pin no. 4 & 5). This speed factor is added to the ON time period (25 + d) and subtracted from OFF time period (25 - d). So as you increase this factor the ON time period will increase and with the same factor OFF time period will decrease (suppose d=5 then ON time is 30 and off time is 20) so the base frequency 200Hz will not change. Same manner when you decrease speed factor ON time will decrease and OFF time will increase again frequency remains same. This you can easily understood with these waveforms.

Note:-  You can increase the speed factor till you reach to min limit of OFF time period (5 ms). After that there won’t be any further increment in speed factor and program will display a message “Max Speed”. In same manner you can’t further decrease speed factor when you reach min limit of ON period (5 ms). When you reach this limit program will display message “Min Speed”.

Mouse interfacing:-  This is the most interesting part in whole program. User can do his/her all task by mouse click. To understand how mouse is interfaced in this program you have to go through whole theory of hardware interfacing using C++. I

am not discussing about whole theory here but giving you the reference. You can refer the chapter “mouse interfacing” in book named “Let Us C” by Mr. kanitkar. In this program there are four functions that handles mouse event

1. initmouse()

2. resmptr(int p, int q, int r, int s)

3. showmptr()

4. getmpos(int *t, int *u, int *v)

initmouse function loads mouse driver in to the program. In this function we are passing 0 value through input union REGS to int86( ) function. This function will return some nonzero value through output union REGS to main program. If this function returns value zero (0), it means mouse driver is not loaded. So program displays message “mouse driver is not loaded” and also it shuts the program screen off using exit( ) function.

Resmptr(int p, int q, int r, int s) function restrict mouse movement within the boundary specified by the four variables passed to it. We pass all these boundary limits through input union REGS to int86 () function. So int86( ) function will restrict the mouse movement out of this boundary.

Showmptr( ) function displays mouse pointer on program screen. For this just we have to pass the value 1 through input union REGS to int86 ( ) function. And int86 function will shows mouse pointer on screen

Getmpos (int *t, int *u, int *v) performs two tasks. It determines whether mouse button is pressed or not and it captures current mouse pointer position from screen. We have to pass the value 3 through input union REGS to int86 () function. This function will returns the x and y co-ordinates of mouse pointer and also returns value 1 if mouse button (left) is pressed or 0 if button is not pressed.

How program works ?

         Until and unless you press any key you can see the program screen displaying control panel for DC-Motor speed and direction control. Program continuously checks for mouse click event. Whenever there is a mouse click instantly getmpos() function captures x and y co-ordinates of mouse pointer and pass it to the main program. Main program decides on which position click event has happened and if it happened on any button (clockwise, anticlockwise etc.) Then performs the desired task. For example you click on speed

increase button, program gets the co-ordinate and directly switch to that IF loop, increase the speed factor and also displays it on screen.

How to rotate DC Motor 

         First prepare the hardware as shown in schematic. You can prepare it even on bread board also (no need to solder) because there are only 8 components (4 optocouplers and 4 darlington pairs). Connect DB25 connector with PC’s LPT port. Apply 12V supply to supply terminals and connect the DC motor with its terminals. Now run “DC-Speed.exe” on your computer. You will see control panel on your screen. Now switch on the 12V supply. Move your mouse pointer to any button.            

         To rotate motor clockwise/anticlockwise press and hold clockwise/anticlockwise button with left mouse button. Motor will rotate in desired direction till the button is pressed and you will also hear a sound. Motor will stop rotating when you release button. If you press clockwise button and motor rotates anticlockwise then just reverse the terminals of motor

          To increase/decrease the speed of motor just press speed increase/decrease button with left mouse button once. Sweet sound is generated and speed factor will be incremented/decremented and displayed on screen. Pressing these buttons more then one time will increase/decrease the speed factor by same amount.