Istilah Mechatronik (Mechanical Engineering-Electronic Engineering)
pertama kali dikenalkan pada tahun 1969 oleh perusahaan jepang Yaskawa
Electric Cooperation. Awalnya berkembang dalam bidang Feinwerktechnik,
yaitu cabang dari teknik yang mengedepankan aspek ketelitian. Misalnya
pada pembuatan jam, alat optik dan sebagainya. Lalu ditambahkan setelah
munculnya Informatik sebagai disiplin ilmu baru. Hingga saat ini
dipandang sebagai hubungan antara ilmu Mekanik, Elektronik dan
Informatik. Dalam masa yang akan datang, aplikasi mekatronika akan
digunakan hampir disemua bidang, seperti Otomotif, Pemutar CD, Stasiun
luar angkasa atau pada fasilitas produksi. Mekatronika dikategorikan
oleh Majalah Technology Review pada tahun 2003 sebagai 10 Teknologi yang
dalam waktu dekat dapat mengubah hidup kita!
Definisi
Menurut IEEE (IEEE Mechatronics Transaction, 1996), definisi
mekatronika adalah sebagai berikut: Mechatronics is the synergistic
integration of mechanical engineering with electronics and intelligent
computer control in the design and manufacturing of industrial products
and processes Berdasarkan hasil Musyawarah nasional mekatronika, Bandung
28 Juli 2006, Komunitas Mekatronika Indonesia merekomendasikan definisi
Mekatronika sebagai berikut: Mekatronika adalah sinergis IPTEK teknik
mesin, teknik elektronika, teknik informatika dan teknik pengaturan
(atau teknik kendali) untuk merancang, membuat atau memproduksi,
mengoperasikan dan memelihara sebuah sistem untuk mencapai tujuan yang
diinginkan.
Aplikasi
Begitu banyaknya penggunaan sistem mekatronika dalam kehidupan kita memperkuat salah satu sifatnya yang multiguna (aplikatif)
Teknik Otomotif . Sebagai contoh sistem mekatronik pada kendaraan
bermotor adalah sistem rem ABS ( Anti-lock Breaking system) atau sistem
pengereman yang menghindari terkuncinya roda sehingga mobil tetap dapat
dikendalikan dalam pengereman mendadak, ESP ( Elektronik Stability
Programm), ABC ( Active Body Control) dan Motor-Managemen-System.
Teknologi Penerbangan Dalam teknologi penerbangan modern digunakan
Comfort-In-Turbulence System sehingga dapat meningkatkan kenyamanan
penumpang walau ketika terjadi turbulensi. Gust Load Alleviation serta
banyak contoh lainnya.
Teknik Produksi. Contoh dalam teknik produksi adalah penggunaan
sensor pada robot. Sistem kendali umpan balik pada elektromotor
berkecepatan rotasi tinggi dengan ‘pemegang as’ tenaga magnet. Serta
pemutar CD, Harddisk serta mesin pencetak berkecepatan tinggi, atau
alat-alat elektronika yang biasa kita gunakan sehari-hari aplikasi
mekatronika akan sangat sering kita jumpai.
Mekatronika di Indonesia
Masyarakat mekatronik Indonesia adalah sebuah organisasi profesi yang
bergerak di bidang mekatronik yang beranggotakan para peneliti,
akademisi, praktisi, dan mahasiswa yang tertarik pada bidang mekatronik
yang meliputi teknik mesin, teknik elektronika, teknik informatika,
teknik telekomunikasi dan teknik kendali.
Contohnya pada beberapa produk cerdas yang digunakan sebagai barang
konsumen biasa dalam kehidupan kita sehari-hari, seperti kamera, perekam video,
CD, mesin fotokopi atau mesin cuci, semua yang menggabungkan sensor, mikroprosesor
berbasis control dan aktuator yang membuat mereka lebih fleksibel dan
mudah digunakan. Mesin otomatis yang digunakan dalam kedokteran, pertanian,
pertambangan, perbankan, atau manufaktur yang dapat merasakan, melihat, mempunyai akal,
memutuskan dan bertindak juga bisa
disebut dengan sistem mekatronika. Ini
sangat membantu menciptakan mesin atau alat yang pintar, praktis
dan mudah digunakan. Sehingga sumber daya pada manusia seperti waktu dan otak
dapat dipakai untuk pekerjaan yang lain.
.png)
Sistem mekatronik memiliki 4 bagian
utama yaitu: INPUT, PROSES, OUTPUT dan FEEDBACK. Feedback juga berlaku sebagai
INPUT dalam sistem mekatronik tersebut.
1. Struktur dan Elemen Mekatronik
Di dunia elektronika terdapat beberapa
elemen mekatronika yaitu: sensor, kontroler, jalur data, aktuator dan sumber
energi.
a. Mekanisme Mesin/Unit
Mekanisme mesin adalah elemen penyusun pertama pada
sistem mekatronika yang harus ada. Semua kebutuhan yang kita inginkan harus
dituangkan dulu dalam bentuk mekanisme suatu sistem, hal ini adalah syarat
untuk membuat sebuah sistem control.
Contohnya bisa berupa alat berat itu
sendiri, fuel sistem, transmission sistem dan lain sebagainya.
Gambar 1. 4 Analogi mekanisme
mesin dengan beberapa sistem yang ada pada manusia
a.
Sensor
Sensor adalah elemen yang
bertugas memonitor keadaan objek yang dicontrol. Sensor dilengkapi dengan
rangkaian pengkondisi yang berfungsi memproses sebuah informasi menjadi sinyal
listrik.
Gambar 1. 5 Analogi sebuah
sensor terhadap panca indera manusia
b.
Kontroler
Kontroler (Controller) adalah elemen yang mengambil
keputusan apakah keadaan objek yang dikontrol telah sesuai dengan kebutuhan
yang diinginkan, dan kemudian memproses informasi dari komponen input untuk
menetapkan apa yang harus dilakukan untuk merevisi keadaan objek tersebut.
Gambar 1. 6 Analogi sebuah
controller dengan otak manusia
c.
Jalur
data
Jalur data berfungsi
menyalurkan sinyal perintah dari kontroler dan menyampaikannya ke aktuator
ataupun sebaliknya sesuai dengan perintah dari controller. Contoh umumnya
adalah wire dan connector.
Gambar 1. 7 Analogi jalur data
dengan syaraf manusia
d.
Aktuator
Actuator adalah elemen
yang berfungsi mengkonversi energi dari energy listrik ke energi mekanik atau
energy yang terlihat. Bentuk konkrit aktuator ini misalnya: motor listrik,
solenoid, relay, display, dll.
Gambar 1. 8 Analogi solenoid
actuator dengan sistem otot pada manusia
e. Sumber
energi.
Sumber energy adalah
elemen yang memberikan supply eergi listrik ke semua elemen yang
membutuhkannya. Salah satu bentuk sumber energi adalah battery untuk sistem
yang bergerak atau movable, atau adaptor AC-DC untuk sistem yang stasioner
(diam/tetap). Namun pada alat berat atau otomotif, battery akan tergantikan dengan
alternator pada saat engine sudah running.
Gambar 1. 9 Analogi sumber
battery dengan sumber makanan manusia
B. Sinyal.
Sinyal adalah teori
dasar yang kita perlukan
untuk memahami sistem mekatronika, misalkan sebuah coolant temperature sensor
mendeteksi suhu coolant agar selalu termonitor, data sensor tersebut akan
diproses menuju kontroler. Pada saat suhu coolant melebihi batas temperatur
yang di tentukan, maka engine akan menurunkan putarannya. Data-data yang
dikirimkan dari sensor ke controller tersebut berbentuk sinyal, karena itu kita
perlu untuk mengetahui beberapa jenis sinyal untuk menunjang studi mekatronik
ini.Sinyal adalah sebuah fungsi besaran yang berubah terhadap waktu.
Gerak
gelombang sering ditemui didalam pembahasan setiap cabang ilmu fisika.
Pengenalan akan gelombang air, gelombang bunyi, gelombang cahaya, gelombang
radio, gelombang elektrik, dll. Sinyal ini juga tergolong dalam bentuk
gelombang.Sebuah sinyal juga mempunyai identifikasi untuk mengenalinya seperti
yang ditunjukkan gambar dan keterangan di bawah ini.
Gambar 1. 10 Bagian-bagian
sinyal
·
Amplitude (A) :Simpangan terjauh (Ymaks)
·
Panjang Gelombang/ Wave length (λ) :Panjang dari awal siklus
positif (Crest/bukit) sampai akhir siklus negative (Trough/Lembah)
·
Periode (T) :Waktu yang dipelukan untuk perambatan
sebuah gelombang
·
Frekuensi
(f) :Banyaknya gelombang untuk setiap
waktunya sekon (Hertz)
Sinyal
elektrik digolongkan dalam 2 tipe yaitu digital dan analog.
Gambar 1. 11 Pembagian sinyal
1.
Sinyal
Analog
Sinyal analog adalah sinyal yang nilai perubahannya
sangat bervariasi dan semua nilai yang ada sangat berarti. Bisa kita analogikan
perubahan sekecil apapun pada sinyal analog maka masih ada lagi nilai
tengahnya, begitu seterusnya. Bila dianalogikan sebagai alat ukur, maka alat
ukurnya harus memiliki ketelitian yang tanpa batas. Sinyal analog bisa disebut
juga sinyal yang bernilai mentah. Dalam kehidupan sehari-hari, misalkan saja
kita berjabat tangan dengan seseorang mulai dari genggaman yang paling lemah ke
yang paling kuat. Gaya yang kita butuhkan untuk berjabat tangan tadi berubah
sesuai dengan kuat tidaknya genggaman, kita tidak tahu berapa gaya yang
dibutuhkan tersebut dan hanya bisa memperkirakan saja. Contohnya dalam alat
beratadalah sinyal yang langsung dihasilkan oleh pressure sensor atau
temperature sensor.
2.
Sinyal
Digital
Sinyal digital adalah sinyal yang hanya memperhatikan
perubahan diwaktu tertentu saja, sesuai dengan permintaan pada saat kapan kita
membutuhkan nilai tersebut. Nilai yang didapatkan dari sinyal digital tersebut
bisa dikirimkan sebagai data. Dalam kehidupan sehari-hari kita umpamakan saja
saat bermain petak umpet, saat kita harus menghitung sambil menunggu
teman-teman yang lain berpindah. Dari kegiatan tersebut kita tidak mengetahui
perpindahan teman yang lain, tetapi hanya mengetahui posisi terakhir saat kita
menemukan teman kita. Contoh pada alat berat adalah sinyal yang dihasilkan oleh
sensor yang masuk ke controller, dan juga ada sinyal yang langsung keluar dari
sensor yaitu speed sensor.
Gambar 1. Pengambilan
sample sinyal analog, hanya pada waktu tertentu saja
Gambar 2. Hasil yang
didapat dari pengambilan sample sinyal analog (sinyal digital)
1.
PWM
PWM
adalah sinyal digital yang panjang sinyalnya dapat di atur atau di modulasikan.
Pada saat pengenalan sinyal telah dibahas bagaimana caranya kita tahu panjang
satu sinyal, agar dapat dengan mudah memahami sinyal PWM ini. Bentuk sinyal PWM
dapat dilihat pada gambar dibawah ini.
Dimana untuk sebuah sinyal PWM di atas (panjang waktu
saat ON (ton) dan panjang waktu saat OFF (toff)) selama T
detik (waktu yang dibutuhkan untuk satu sinyal), maka
Sinyal ini
memiliki duty cycle (panjang waktu sinyal ON terhadap total 1 sinyal (panjang
waktu sinyal ON+ panjang waktu sinyal OFF)) yaitu,
C. Sistem Bilangan.
Data-data
yang dikirimkan pada sistem mekatronik ataupun pada saat komunikasi antar
kontroler melibatkan angka-angka yang komplex, sedangkan kemampuan sebuah
kontroler dan sistem komunikasi hanya dapat mengirimkan data berupa bit yang
bentuk bilangannya adalah bilangan biner. Kita perlu mengetahui perubahan
bilangan, karena kontroler melakukan konversi bilangan yang komplex. Sehingga
data dapat ditampilkan, diproses dan dapat diolah kembali untuk menjalankan
sebuah sistem mekatronika.
1. Decimal
Perhitungan
yang sering kita pakai sehari-hari adalah bilangan pencacah atau penghitung
yang sama dengan sistem perhitungan decimal. Decimal mempunyai 10 macam nomer
digit yaitu 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Decimal dikatakan sebagai base 10 karena punya
10 jenisnomer digit. Alasan kenapa orang lebih memilih decimal, karena jari
tangan kita ada 10 agar lebih mudah untuk menghitungnya dengan jari kita.
2.
Binary
Binary
hanya menggunakan 2 macam nomer digit yaitu 0 dan 1 yang kita kenal sebagai
base number 2. Binary adalah digit yang digunakan pada computer yang berguna
seperti switch OFF atau ON (0 atau 1). Angka 2 diletakkan setelah binary number
seperti yang dituliskan dibawah ini:
10012
3.
Octal
Octal mempunyai 8 macam nomer digit yaitu
0,1,2,3,4,5,6,7 dan disebut dengan base 8. Tiga digit angka biner dapat
mewakili 1 angka octal. Gunakan angka 8 diakhir penulisan octal:
2758
4.
Hexadecimal
Kata
hexadecimal berasal dari 2 kata yaitu hex(6) dan decimal(10). Jika kita
menambahkan 6 dan 10 bersamaan kita akan mendapatkan 16 angka. Hexadecimal bisa
disebut dengan hex atau angka base 16. Untuk mendapatkan hingga 16 digit maka
harus ditambahkan huruf alphabet dan hingga ada 16 macam digit dan menjadi
sebagai berikut 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F. Dua digit hexadecimal dapat
membuat angka yang sama dengan 8 digit binary yang nantinya disebut dengan
byte. Angka 16 digunakan setelah penulisan hexadecimal adalah sebagai berikut: 7F16
