Skema Dan Penjelasan Prinsip Kerja Robot Line Follower Analog Lengkap !

Robot pengikut garis atau Line follower / line tracker adalah robot sederhana yang tugasnya membaca jalur (track) dan bergerak mengikutinya. Bagi pemula atau pelajar yang sedang mempelajari ilmu robotika, membuat robot line follower adalah sebuah langkah awal yang wajib dilakukan. Kenapa ? Karena Robot line follower adalah robot sederhana yang merupakan dasar bagi pemahaman mengenai cara sebuah robot bekerja.


Line Follower Analog

Pada dasarnya robot line follower ada dua yaitu line follower Analog dan line follower Digital. Line follower analog merupakan robot yang pengolahan datanya diolah secara analog menggunakan IC Op-amp. 

Sedangkan line follower digital adalah robot yang datanya diolah secara digital menggunakan IC digital maupun di program menggunakan mikrokontroller.

Pada pembahasan kali ini kita akan membahas tentang skema line follower Analog besarta cara kerjanya. Line follower analog pada dasarnya terdiri dari 3 rangkaian utama, yaitu Rangkaian Sensor, Rangkaian proses /  kontrol dan dangkaian akuator atau penggerak.

Sensor pada robot line follower dapat terdiri dari 2 sensor, 4 sensor, 6 sensor bahkan 8 sensor. Data dari sensor ini akan diolah dalam IC Op � Amp yang bekerja sebagai pembanding (comparator). Untuk menggerakan motor DC menggunakan sebuah Driver yang terdiri dari driver transistor, driver relay maupun driver FET / MOSFET.


1. Rangkaian Line Follower 2 sensor dengan driver relay

Rangkaian dibawah ini menggunakan 2 buah sensor photodioda, IC LM 358 dan Driver Relay DPDT. Penjelasan lebih lanjut dan daftar komponen yang digunakan dapat dilihat disini. Skema rangkaian  dapat dilihat pada gambar dibawah ini :

skema line follower 2 sensor driver Relay
Rangkaian 2 Sensor Relay

Prinsip kerja rangkaian

Untuk menjelaskan prinsip kerja robot line follower analog akan lebih mudah apabila dijelaskan berdasarkan  blok diagram sehingga hubungan antar komponen dapat dengan mudah dipahami. Blok diagram Robot line follower analog adalah sebagai berikut :


1. Rangkaian Sensor 

Rangkaian sensor terdiri dari sebuah Light Emitting Diode (LED) , Photodioda dan Resistor . Resistor 330 berfungsi sebagai pembatas aru s untuk LED sedangkan resistor 10K dikombinasikan dengan photodioda dengan hubungan seri.

Karakteristik photodioda adalah apabila terpapar cahaya yang cukup maka resistansi photodioda akan menjadi rendah, sebaliknya apabila dalam kondisi normal atau tidak terpapar cahaya maka resistansi photodioda akan berubah tinggi (sekitar 1M ohm).  Tata letak dan posisi led dan photodioda dapat dilihat pada gambar berikut.

Rangkaian sensor ini akan mendeteksi garis putih dan hitam lalu mengirim data pada rangkaian kontrol. Jarak antara Photodioda dan LED diatur seperti pada gambar diatas. Jika terlalu jauh atau terlalu dekat, maka pembacaan sensor dan pergerakan robot menjadi tidak maksimal. Apabila salah satu sensor berada dibawah garis hitam, maka akan menghasilkan logika 1.

Sedangkan apabila sensor berada dibawah garis putih, maka akan menghasilkan logika 0. Hal ini terjadi karena apabila sensor berada dibawah garis hitam, cahaya dari LED tidak dapat dipantulkan karena sifat warna hitam yang menyerap cahaya. Sedangkan apabila sensor berada dibawah garis putih maka cahaya dari LED akan dipantulkan ke photodioda sesuai sifat warna putih yang memantulkan cahaya.


2. Rangkaian Kontrol

Rangkaian kontrol terdiri dari IC LM 358 , Variabel resistor dan LED indikator. IC LM 358 adalah IC Op-Amp yang berfungsi sebagai pembanding (Komparator). Rangkaian komparator akan membandingkan tegangan dari output sensor dengan tegangan dari output Variabel resistor. 

Tegangan pada Variabel resistor diset sedikit lebih rendah dibandingkan tegangan output sensor pada saat berada dibawah garis hitam.

IC LM 358 adalah komponen yang berfungsi sebagai komparator atau pembanding. IC ini terdiri dari 4 buah pembanding. Masing masing pembanding terdiri dari 2 input, yaitu input Posistif  (+) dan input negatif (-) serta output. 

Cara kerja komparator ini adalah apabila tegangan  input positif lebih tinggi  daripada tegangan pada input negatif, maka output akan berlogika 1. Sebaliknya apabila  tegangan input negatif lebih tinggi daripada tegangan input positif , maka output akan berlogika 0.

Hasil perbandingan antara Sensor dan Variabel resistor akan  menghasilkan data antara 0 dan 1. Data ini dibaca oleh rangkaian driver untuk menentukan arah putaran dari motor DC.


3. Rangkaian Driver

Driver adalah rangkaian untuk menyuplai arus untuk motor DC. Input yang berasal dari IC LM358 kuat arusnya sangat kecil, sehingga tidak mampu menggerakkan motor. Disini rangkaian Driver diperlukan untuk memperkuat arus dari IC sehingga motor dapat berputar.

Rangkaian driver terdiri dari resistor, Transistor, Dioda dan Relay. Resistor berfungsi sebagai pembatas arus pada kaki basis transistor. Dioda dipasang paralel dengan relay sebagai proteksi terhadap sentakan tegangan dari koil relay. Transistor berfungsi sebagai saklar yang mengaktifkan koil relay.

Relay yang digunakan adalah relay DPDT. Pin Normally open dan Normally close pada relay dihubungkan dengan VCC dan Ground sedangkan Kontaknya dihubungkan pada motor DC. Konfigurasi seperti ini menghasilkan arah putaran yang berbeda pada motor DC apabila relay aktif dan tidak aktif.

Pada saat input berlogika 0, maka transistor tidak aktif sehingga relay tidak bekerja. Apabila relay tidak bekerja maka motor DC akan berputar pada salah satu arah yakni searah jarum jam alias CW (Clock Wise) atau  berlawanan arah jarum jam alias CCW  (counter clock wise). Jika logika input berubah menjadi high, maka transistor akan mengaktifkan relay sehingga  motor akan berubah arah putaran dari CW menjadi CCW, atau dari CCW menjadi CW. Arah putaran motor inilah yang akan menggerakkan robot mengikuti garis hitam.


4. Power Supply

Line follower analog biasanya bekerja dengan tegangan 5v sampai 12v. Tegangan 5v bisa didapatkan dengan cara merangkai seri 4 buah baterai AA sehingga didapat tegangan 1.5*4= 6V. Tegangan 6V masih relatif aman untuk IC LM 358. Untuk tegangan 12V biasanya didapatkan dari baterai Li-Po.

Tegangan 12V ini terlalu besar untuk IC LM358 sehingga perlu rangkaian Regulator untuk menurunkan tegangan menjadi sekitar 5V DC. Skematik regulator tegangan bisa dilihat pada gambar dibawah ini :

Power supply line follower


2. Rangkaian Line Follower 4 Sensor dengan Driver Relay

Rangkaian ini menggunakan 4 buah sensor Photodioda. Skema rangkaian dapat dilihat pada gambar dibawah :
Skema robot line follower 4 sensor driver relay
Rangkaian 4 sensor

Prinsip kerja rangkaian ini sama dengan penjelasan rangkaian sebelumnya. Perbedaannya adalah pada bagian Sensor terdapat 2 buah photodioda pada bagian kanan dan 2 buah lagi pada bagian kiri. Penjelasan lebih lanjut dan daftar komponen dapat dilihat disini.

Fungsi dari 4 sensor ini adalah untuk meningkatkan kualitas pembacaan sensor sehingga lebih mengurang error pada saat robot mengikuti jalur. 2 sensor pada masing masing sisi dihubungkan melalui dioda penyearah tipe 1N4148.

Dioda berfungsi agar data dari sensor tidak masuk mempengaruhi sensor lain. Sesuai dengan karakteristik dioda yaitu forward dan reverse bias. Untuk susunan sensor pada PCB dapat dilihat pada gambar berikut :


3. Rangkaian Line Follower 2 sensor dengan driver transistor

Rangkaian ini menggunakan Transistor sebagai driver motor Dc nya. Penjelasan lebih lanjut dan daftar komponen yang digunakan dapat dilihat disini. Berikut ini Skemanya :

Skema robot line follower 2 sensor driver transistor
Rangkaian 2 sensor 

Prinsip Kerja rangkaian

Rangkaian Line follower ini sama prinsipnya dengan penjelasan skema nomor 1. Perbedaannya terletak pada rangkaian Kontrolnya menggunakan IC LM324 dan drivernnya menggunakan transistor. 

Dua pembanding IC LM 324 digunakan untuk menghasilkan 2 output yang nilainya berlawanan. Apabila Output IC 1a adalah 1, maka Output IC 1b adalah 0 dan begitu pun sebaliknya. Dua output berlawanan ini digunakan sebagai Input untuk Driver Transistor yang dirangkai dengan konfigurasi jembatan H atau H-Bridge Driver.

Driver Jembatan-H atau H-Bridge adalah rangkaian driver menggunakan transistor yang dirangkai menyerupai sambungan jembatan. Dalam artian, Motor DC akan berputar apabila 2 buat transistor yang saling bersinggungan aktif sehingga membuka jalan agar arus listrik dapat mengalir dari VCC ke ground melalui Motor DC. Konfigurasi jembatan H dapat dilihat pada gambar dibawah :

Konfigurasi Jembatan H

Transistor ibaratnya sebuah saklar. Pada keadaan normal, tidak ada saklar yang aktif sehingga tidak ada arus dari VCC ke Ground melalui motor. Pada saat driver menerima sinyal dari komparator, maka saklar yang bersinggungan akan saling terhubung, arus mengalir melalui motor sehingga berputar searah jarum jam atau CW. 

Ketika logika input berubah, maka Arus dari VCC dan ground berpindah pada arah berlawanan, sehingga mengubah putaran motor menjadi CCW.


4. Rangkaian Line Follower 4 sensor dengan driver transistor

Sama seperti rangkaian sebelumnya, namun pada bagian sensor terdapat 4 buah photodioda.
Skema rangkaian robot line follower 4 sensor driver transistor
Rangkaian 4 Sensor

5. Rangkaian Line Follower dengan pengatur kecepatan motor

Rangkaian pengatur kecepatan motor berguna pada saat robot berjalan pada track yang lumayan rumit. Jika motor terlalu cepat maka kemungkinan error dalam membaca sensor semakin tinggi.. Rangkaian ini menggunakan Variabel resistor, IC regulator Variabel yaitu LM 317 dan Transistor.

Artikel menarik : Skema Rangkaian Line Follower Dengan Speed Control

Variabel resistor berfungsi mengatur output tegangan pada LM 317, sedangkan Transistor dirangkain dengan konfigurasi Emitter follower sehingga tegangan output kaki emitor sama dengan tegangan pada basis dikurang 0.6. Tegangan ini yang kemudian mengatur kecepatan motor DC. Tegangan input yang disarankan adalah 12VDC, namun dapat juga beroprasi pada 6V DC.  Inilah skemanya :

Skema robot line follower dengan pengatur kecepatan
Rangkaian dengan pengatur kecepatan motor

Itulah beberapa Skema beserta penjelasan rangkaian Line follower analog. Setelah memahami skema dan prinsip kerja rangkaian robot ini, langkah selanjutnya adalah membuat Layout jalur PCB menggunakan Software PCB seperti Eagle dan Altium. Selamat mencoba !

0 Response to "Skema Dan Penjelasan Prinsip Kerja Robot Line Follower Analog Lengkap !"

Post a Comment

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel