Sistem Sensor dan Robotik

Sensor Sentuh (Tactile Sensor)

Banyak robot yang memerlukan sensor sentuh sebagai kelengkapannya. Penggunaan sensor sentuh misalnya untuk mendeteksi keberadaan suatu obyek pada tangan robot dan mencegah tabrakan antara robot dengan suatu obyek. Di industri sensor jenis ini digunakan untuk menghitung produk yang dihasilkan dan juga untuk menyesuaikan orientasi suatu obyek selain juga dapat menggunakan sensor proksimiti.

Sensor sentuh pada dasarnya adalah saklar dengan berbagai macam variasi bentuknya. Rangkaian sensor sentuh pada umumnya menggunakan resistor pull-up ataupun pull-down seperti terlihat pada Gambar 0-1. Rangkaian menggunakan resistor pull-up bersifat active low yang berarti rangkaian mengeluarkan sinyal 1 kecuali saat saklar aktif. Hal ini berkebalikan dengan rangkaian menggunakan resistor pull-down yang bersifat active low, yaitu rangkaian mengeluarkan sinyal 0 kecuali saat saklar aktif. Nilai resistor pull-up dan pull down berkisar antara 1 – 10 k. Dari kedua rangkaian tersebut, rangkaian pull-up lebih banyak digunakan dibanding rangkaian pull down.

 

 Gambar 0 1    Dasar rangkaian saklar

 

 Gambar 0 2 Diagram pengkabelan untuk rangkaian sungut

Contoh sensor sentuh sederhana berupa sungut (whisker) beserta diagram pengkabelannya terdapat pada Gambar 0-2. Rangkaian ini sebetulnya merupakan rangkaian pull up dengan kedua sungut berfungsi sebagai saklar. Rangkaian akan mengeluarkan sinyal 1 saat sungut tidak tertekan. Jika sungut tertekan maka sinyal output akan menjadi 0 karena sungut dihubungkan dengan ground.

 

 Gambar 0 3 Microswitch beserta rangkaiannya.

Pilihan lain yang dapat digunakan sebagai sensor sentuh adalah microswitch yang merupakan saklar SPDT. Microswitch adalah saklar tekan yang aktif jika ada obyek menyentuh/mendorong tuas dan sering juga disebut sebagai limit switch. Gambar 0-3 menunjukkan gambar microswitch dan contoh rangkaiannya.

Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan sensor sentuh adalah robot yang menggunakan sensor ini haruslah dapat berhenti secara mendadak sehingga kurang cocok untuk robot dengan kecepatan tinggi. Untuk deteksi obyek lebih lanjut dapat digunakan sensor non-kontak seperti ultrasonik ataupun inframerah.

Sensor Cahaya

Terdapat banyak peranti yang dapat digunakan sebagai sensor cahaya antara lain fotoresistor, fotodioda, dan fototransistor. Berdasarkan panjang gelombangnya sensor cahaya diklasifikasikan menjadi sensor inframerah, cahaya tampak dan ultraviolet.

Sensor cahaya mempunyai banyak kegunaan pada sistem otomasi. Beberapa contohnya antara lain deteksi kertas pada printer, penentuan banyaknya lampu yang dibutuhkan suatu ruangan, dan penentuan nyala lampu blitz pada kamera.

Pada mobile robot sensor cahaya kebanyakan digunakan untuk dua hal, yaitu penjejak garis dan deteksi obyek. Robot penjejak garis menggunakan sensor cahaya untuk menentukan garis yang berwarna gelap dengan lantai yang berwarna terang atau sebaliknya. Sensor deteksi obyek dapat dibagi menjadi :

●     sensor proksimasi : biasanya berupa sensor dengan output biner. Obyek hanya diketahui jika memasuki zona tertentu di sekitar robot, di luar zona itu obyek diabaikan.

●     sensor pengukuran jarak : selain mengetahui keberadaan suatu obyek, sensor juga dapat mengetahui jarak obyek dari robot dalam rentang jarak tertentu.

Selain kedua penggunaan utama tersebut, sensor cahaya dapat juga digunakan sebagai pengukur temperatur (inframerah) dan sensor api (ultraviolet).

Fotoresistor atau sering juga disebut sebagai Light Dependant Resistor adalah resistor yang mempunyai nilai resistansi yang berubah sesuai dengan intensitas cahaya tampak yang menimpanya. Elemen pada fotoresistor terbuat dari Cadmium Sulfida (CdS) yang peka terhadap cahaya tampak. Intensitas cahaya berbanding terbalik dengan nilai resistansi fotoresistor, atau dengan kata lain sebanding dengan nilai konduktansinya. Keadaan gelap menyebabkan nilai resistansi meningkat, sedangkan keadaan terang menyebabkan nilai resistansi berkurang. Nilai resistansi fotoresistor berkisar antara beberapa ohm hingga beberapa kilo ohm.

 

Gambar 0 4 Perbandingan karakteristik sel CdS (fotoresistor) dengan fotodioda (dan fototransistor)

Fotoresistor dihubungkan dengan resistor lain untuk membentuk rangkaian pembagi tegangan untuk diukur beda tegangannya. Gambar 0-5 menunjukkan rangkaian fotoresistor, untuk (a) tegangan output sebanding dengan intensitas cahaya, sedangkan pada (b) tegangan berbanding terbalik dengan intensitas cahaya. Nilai R dipilih sehingga nilai Vout diusahakan berada pada rentang 0 – 5 V. Untuk penggunaan umum nilai R dapat dipilih 330 atau 470 . Output dari rangkaian fotoresistor dapat dihubungkan dengan komparator untuk mendapatkan sinyal biner (on/off) ataupun ADC. Cara lain mengukur nilai resistansi fotoresistor adalah dengan mengukur waktu RC yang akan dijelaskan pada bagian pengkondisi sinyal. Fotoresistor mempunyai kelemahan dibanding fototransistor ataupun fotodioda yaitu waktu responsnya yang relatif lambat.

 

 Gambar 0 5 Fotoresistor dan rangkaiannya

Fototransistor adalah transistor (biasanya dari jenis NPN) yang dapat meneruskan arus sesuai dengan banyaknya intensitas cahaya yang mengenainya. Berbeda dengan fotoresistor yang peka terhadap cahaya tampak, fototransistor dan juga fotodioda lebih peka terhadap cahaya pada spektrum inframerah. Cahaya pada fototransistor menggantikan peranan arus basis, semakin banyak intensitas cahaya, semakin banyak arus yang dapat dialirkan dari kolektor ke emitor.

 

 Gambar 0 6 Rangkaian fototransistor

Contoh rangkaian fototransistor ditunjukkan pada Gambar 0-6. Rangkaian tersebut bersifat active low, yang berarti tegangan output berbanding terbalik dengan intensitas cahaya yang diterima. Output rangkaian fototransistor biasanya dihubungkan dengan pengkondisi sinyal biner seperti inverting transistor, komparator, ataupun Schmidt trigger. Fototransistor sering ditemui dalam kemasan berpasangan dengan LED (biasanya inframerah) membentuk rangkaian optokopler (atau optoisolator) dan optoreflektor.

Fotodioda merupakan dioda yang peka terhadap cahaya. Dioda pada umumnya hanya dapat mengalirkan arus dari anoda ke katoda, namun fotodioda dapat mengalirkan arus yang berarah sebaliknya (dari katoda ke anoda) saat diberi cahaya. Rangkaian fotodioda mirip dengan rangkaian fototransistor seperti terlihat pada Gambar 0-7. Jika diberi cahaya maka tegangan output akan berkurang, begitu juga jika keadaansebaliknya.

 

 Gambar 0 7 Rangkaian fotodioda

Sensor Inframerah

Sinar inframerah adalah sinar atau gelombang elektromagnet yang mempunyai frekuensi lebih rendah (atau dengan kata lain panjang gelombang lebih besar) dari warna merah. Penggunaan inframerah yang paling populer adalah pada peranti remote control TV. Pada robot, selain untuk remote control inframerah juga dapat digunakan sebagai sensor proksimasi ataupun pengukur jarak. Untuk itu diperlukan LED inframerah dan penerima inframerah, yang memuat detektor inframerah beserta pelengkapnya seperti tapis, penguat, dan demodulator. Sinar inframerah yang dipancarkan mempunyai frekuensi 38 – 40 kHz untuk membedakan dengan pancaran sinar inframerah lain (misal dari lampu atau sinar matahari). Pada penerima demodulator digunakan mengubah sinyal tersebut menjadi sinyal biner biasa.

 

Gambar 0 8 Penerima inframerah

Salah satu contoh sensor inframerah untuk penentuan jarak adalah GPD2D12 dari Sharp. Sensor ini sebenarnya digunakan untuk peranti peringatan jarak pada mobil dan deteksi banyaknya kertas pada mesin fotokopi. Output dari sensor ini adalah bilangan biner 8 bit yang mewakili jarak antara 10 – 80 cm. Prinsip kerja sensor ini adalah mengukur kemiringan pantulan dari sinar inframerah yang dipantulkan oleh suatu obyek (Gambar 0-10). Semakin dekat obyek berada semakin besar pula sudut pantulan sinar inframerah.

 

Gambar 0 9 Sensor GPD2D12 dari Sharp beserta hubungan input-outputnya

 Gambar 0 10 Prinsip kerja sensor pengukur jarak inframerah

Jenis lain sensor inframerah adalah Passive Infra Red (PIR). PIR dapat digunakan untuk mendeteksi manusia atau binatang yang ada di dekatnya melalui radiasi inframerah dari panas tubuh yang dipancarkan. Sensor ini digunakan misalnya pada pintu otomatis atau sistem alarm.

Analisa:
Sensor adalah peranti yang menerima input berupa suatu besaran/sinyal fisik yang kemudian mengubahnya menjadi besaran/sinyal lain yang diteruskan ke kontroler. Terdapat banyak jenis sensor yang digunakan pada robot.Beberapa jenis sensor yang digunakan terutama pada mobile robot dan lebih dititikberatkan pada antarmuka dengan kontroler.