Pengertian Motor Servo sebagai Aktuator

Motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer. Serangkaian gear yang melekat pada poros motor DC akan memperlambat putaran poros dan meningkatkan torsi motor servo, sedangkan potensiometer dengan perubahan resistansinya saat motor berputar berfungsi sebagai penentu batas posisi putaran poros motor servo. Sedangkan sudut dari sumbu motor servo diatur berdasarkan lebar pulsa yang dikirim melalui kaki sinyal dari kabel motor servo. Bentuk Fisik Motor Servo dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Bentuk Fisik dan Simbol Motor Servo

Prinsip Kerja Motor Servo

Prinsip kerja motor servo hampir sama dengan motor DC yang lain. Hanya saja motor ini dapat bekerja searah maupun berlawanan jarum jam mulai dari gerakan 0 derajat, 90 derajat, 180 derajat, hingga 360 derajat. Derajat putaran dari motor servo juga dapat dikontrol dengan mengatur pulsa yang masuk ke dalam motor tersebut.

Tabel 1. Lebar pulsa dan putaran atau posisi motor servo

Motor servo akan bekerja dengan baik apabila pin kontrolnya diberikan sinyal PWM dengan frekuensi (f) 50 Hz atau dengan periode (t) 20 ms. Frekuensi tersebut dapat diperoleh ketika kondisi Ton duty cycle berada di angka 1,5 ms. Dalam posisi tersebut rotor dari motor berhenti tepat di tengah-tengah (0°) atau netral. Pada saat kondisi Ton duty cycle kurang dari angka 1,5 ms, maka rotor akan berputar berlawanan arah jarum jam. Sebaliknya pada saat kondisi Ton duty cycle lebih dari angka 1,5 ms, maka rotor akan berputar searah jarum jam seperti diperlihatkan pada Tabel 1.

Karakteristik Motor Servo

Motor servo mempunyai tiga kabel atau konektor. Dua dari kabelkabel tersebut adalah ground dan sumber tegangan positif untuk pencatu motor servo DC. Kabel ketiga digunakan untuk sinyal kontrol. Kabel-kabel ini dibedakan dengan warna, kabel merah merupakan supply DC dan harus dihubungkan dengan tegangan positif antara 4,8V – 6V. Kabel hitam dihubungkan dengan ground. Untuk kabel ketiga warnanya tergantung pada masing-masing pabrik.

Gambar 2. (a) Splines dan Horn dan, (b) Mechanical stop dalam motor servo

Motor servo mempunyai 24 – 25 gigi pada splines-nya tergantung pabrikannya. Splines yang dibuat untuk satu tipe motor servo tidak bisa dipakai untuk motor servo lainnya. Splines adalah tempat untuk menyambungkan lengan motor servo. Tidak seperti motor DC, membalik konektor ground dan tegangan positif tidak mengubah arah perputaran motor servo. Hal ini malah dapat merusak motor servo. Oleh karena itu pemasangan konektor harus diperhatikan dengan seksama. Sebuah motor servo utamanya terdiri dari motor DC, sistem gigi, dan sensor posisi yang kebanyakan berupa potensiometer dan rangkaian kontrol. Bagian-bagian motor servo dapat dilihat dalam Gambar 3. Motor DC terhubung dengan mekanisme gigi yang memberikan umpan balik ke sensor posisi yang berupa potensiometer. Dari gear box, keluaran motor servo dikirimkan melalui splines motor servo ke lengan motor servo. Potensiometer berganti posisi sesuai dengan posisi motor saat itu. Sehingga perubahan resistansi menghasilkan perubahan tegangan yang sebanding dari potensiometer.

Gambar 3. Bagian-Bagian Motor Servo

Rangkaian Driver Motor Servo

Secara basic rangkaian driver motor servo mempergunakan IC tipe NE555 sebagai IC utama dan dirangkai menjadi rangkaian multivibrator astabil yang memiliki output 50Hz dengan duty cycle yang mencapai 20 ms. Rangkaian driver motor servo dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Rangkaian Driver Motor Servo

Pada rangkaian Gambar 4 terdapat transistor BC547 yang mempunyai peran sebagai driver serta penguat arus dari keluaran IC 555 (multivibrator astabil) untuk memberikan sinyal menggerakan motor servo. Dikarenakan keluaran sinyal arus dari IC 555 tersebut dapat dikatakan kecil untuk dapat menggerakan motor servo. Duty cylce merupakan perbandingan antara pulsa high dan low dalam satu gelombang. Perhitungan total duty cycle yang dihasilkan oleh rangkaian multivibrator astabil IC 555, dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut :

𝐷 = 1 − 𝑅2/ (𝑅1 + 𝑅2) ............................................................. (persamaan 1)

Keterangan : 𝐷 : Duty cycle (%) Sehingga didapatkan perhitungan duty cycle sebagai berikut:

𝐷 = 1−𝑅2 / (R1+2∗R2) = 1−2200 / (10000+2∗2200) = 1 / (10000+2200) = 1 / 12200 = 8.19%

Pulsa pada Tabel 1 memiliki frekuensi dan periode yang konstan. Periode dalam satu gelombang penuh adalah Tt (Time total). Th (Time high) adalah periode sinyal tinggi sedangkan Tl (Time low) adalah periode sinyal rendah. Periode gelombang keluaran tersebut ditentukan oleh R1, R2 dan C1. Kapasitor C2 berfungsi sebagai penstabil rangkaian. Untuk menghitung periode keluaran, dapat dilakukan dengan persamaan berikut:

Th = 0.693*C1*(R1+R2) (1) ................................................... (persamaan 2)

Tl = 0.693*C1*R2.................................................................... (persamaan 3)

Tt = Th + TI ............................................................................. (persamaan 4)

Keterangan :

R1 & R2 : resistor (Ohm)

Th : periode pulsa High (Second)

Tl : periode pulsa Low (Second)

C : kapasitor (F)

Sedangkan untuk frekuensi pada multivibrator astabil dapat dihitung menggunakan rumus sebagai berikut : F= 1/Tt ........................................................................ (persamaan 5)

Keterangan :

F = frekuensi

Tt = periode total

Sehingga jika pada multivibrator astabil nilai R1 dan R2 telah diketahui, maka berapakah frekuensi pada multivibrator astabil? Untuk mengetahui berapa frekuensi pada multivibrator astabil maka didapat perhitungan sebagai berikut:

Th = 0.693*0.000002*(10000+2200)= 0.0169092 detik

Tl = 0.693*0.000002*1000 = 0.0030492 detik

Tt = 0.0169092 + 0.0030492 = 0.0199584 detik

Periode gelombang (Tt) pada rangkaian multivibrator astabil pada Gambar 1.14 adalah 0.0199584 detik sehingga didapat frekuensi:

𝑓 = 1 / 𝑇𝑡 = 1 / 0.0199584 = 50.1 𝐻z

Implementasi Motor Servo

Motor servo dapat dimanfaatkan pada pembuatan robot, salah satunya sebagai penggerak lengan dan kaki robot. Motor servo dipilih sebagai penggerak pada lengan dan kaki robot karena motor servo memiliki tenaga atau torsi yang besar, sehingga dapat menggerakan lengan dan kaki robot dengan beban yang cukup berat. Pada umumnya motor servo yang digunakan sebagai pengerak pada robot adalah motor servo 180°. Untuk rangkaian implementasi motor servo akan dibahas lebih detail pada BAB berikutnya. Salah satu contoh aplikasi motor servo adalah sebagai penggerak atau penjepit pada arm robot seperti pada Gambar 5.

Gambar 5. Contoh Motor Servo Sebagai Penggerak atau Penjepit pada Arm Robot

Abdurrahman Rasyid, S.Pd.

Lulusan Teknik Elektro yang hobi ngoprek komputer, gadget, dan traveling

Share this post