MAKALAH JENIS-JENIS AKTUATOR

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