Reka Bentuk Mekatronik KPTM

REKA BENTUK MEKATRONIK

DISEDIAKAN OLEH
Ts. AIZAT ABD AZIZ

PENSYARAH
JABATAN KEJURUTERAAN ELEKTRIK DAN SAINS

KOLEJ POLY-TECH MARA KUANTAN

LATAR BELAKANG PENCERAMAH

Nama : Ts. Aizat Abd Aziz
Badan
Profesional : 1. MBOT Profesional Technologist (Ts.)
GT18050716
Pendidikan
: 2. BEM Graduate Engineer 71041A
Pengalaman
: 1. Sarjana Kejuruteraan Elektrik, UTHM, 2013.
2. Ijazah Sarjana Muda Kejuruteraan (Elektrik),

UTM, 2005.

: 1. Pensyarah Kejuruteraan Elektrik,
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan dari
22/9/2009 hingga sekarang.

2. Jurutera Teknikal, Samsung Electronics (M)
Sdn Bhd dari 6/2/2006 hingga 20/7/2009.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 2
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

KOLEJ POLY-TECH MARA KUANTAN

Alamat: KM 8, Jalan Gambang, 25150 Kuantan,
Pahang

Website: www.kptm.edu.my

Program yang ditawarkan yang diiktiraf oleh MQA
adalah seperti berikut:

1. Diploma Kejuruteraan Awam (Keselamatan
Pembinaan)

2. Diploma Pengurusan Sumber Manusia
3. Diploma Pengurusan Perniagaan
4. Diploma Pengurusan Perakaunan

Pinjaman MARA disediakan Syarat kelayakan paling tinggi iaitu 3 kredit:
kepada yang LAYAK  Matematik
 Sains / Teknikal / Vokasional
 1 subjek lain serta lulus Bahasa Inggeris dan

Sejarah

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 3
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

OBJEKTIF KURSUS

Di akhir kursus ini, peserta boleh:

1. Mengenalpasti elemen mekatronik pada produk sedia ada iaitu
robot mudah alih (mobile robot).

2. Menulis bahasa pengatucaraan C untuk mengawal pergerakan robot
mudah alih secara automatik menggunakan mikropengawal Arduino.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 4
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

MAKSUD MEKATRONIK

Mekatronik: Satu bidang ilmu yang menggabungkan disiplin ilmu
mekanikal, elektrik, elektronik, kawalan dan pengaturcaraan untuk
menghasilkan suatu sistem yang berfungsi secara automatik.

Reka bentuk mekatronik: Merupakan reka bentuk produk atau system
yang menggabungkan disiplin ilmu mekanikal, elektrik, elektronik,
kawalan dan pengaturcaraan untuk mencapai tujuan yang dikehendaki.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 3
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

ELEMEN MEKATRONIK

Kawalan dan
Pengatucaraan

Elektrik Mekatronik Elektronik

Mekanikal 4

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

ELEMEN MEKATRONIK

Elemen mekatronik pada robot mudah alih (mobile robot):

• Sensor ultrasonik • Roda
• Elemen • Elemen mekanikal
• Untuk
elektronik
• Untuk mengesan menggerakkan robot

halangan di • Suis
hadapan robot • Elemen elektronik
• Untuk
• Sensor “infrared”
• Elemen menghidupkan dan

elektronik memutuskan
• Untuk mengesan
bekalan kuasa
laluan hitam atau
putih (berfungsi robot
sebagai sensor
kepada line • Bingkai robot
following robot
(chassis)
• Elemen mekanikal

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 5
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

ELEMEN MEKATRONIK

Elemen mekatronik pada produk sedia ada seperti robot mudah alih

(mobile robot): • Papan L298N (motor driver)
• Elemen elektronik
• Untuk menggerakkan motor

pada robot (kiri, kanan, hadapan,

belakang)

• Mikropengawal Arduino
• Elemen kawalan
• Untuk mengawal segala

aktiviti robot berdasarkan

algoritma yang telah

diprogramkan

• 2 x Lithium ion bateri (3.7V 4000 mAH)
• Elemen elektrik
• Untuk membekalkan kuasa A.T kepada

robot

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 6
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

ELEMEN MEKATRONIK

Elemen mekatronik pada produk sedia ada seperti robot mudah alih

(mobile robot): • Bola kastor
• Elemen mekanikal
• Untuk melancarkan dan

menyokong pergerakan robot

• Motor gear arus terus 8
• Elemen electromechanics
• Untuk memutarkan roda dalam

menghasilkan pergerakan robot

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LITAR SKEMATIK ROBOT

Komponen Penyambungan

Pemacu Motor ENA  Pin 3 (Arduino)
(Motor Driver) IN1  Pin 2 (Arduino)
L298N IN2  Pin 4 (Arduino)
IN3  Pin 5 (Arduino)
IN4  Pin 7 (Arduino)
ENB  Pin 6 (Arduino)

OUT3 & OUT4  DC motor sebelah kiri
OUT1 & OUT2  DC motor sebelah kanan

GND (L298N)  GND (Arduino)
5V (L298N)  Vin (Arduino)
+12V (L298N)  Salah satu terminal suis

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 8
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LITAR SKEMATIK ROBOT

Komponen Penyambungan

Sensor “Infrared VCC  5V (Arduino atau 5V L298N)
– Left” GND  GND (Arduino atau L298N)
DO  Pin 12 (Arduino)

Sensor “Infrared VCC  5V (Arduino atau 5V L298N)
– Right” GND  GND (Arduino atau L298N)
DO  Pin 11 (Arduino)

Sensor Ultrasonik VCC  5V (Arduino)
Bateri Trig  8 (Arduino)
Echo  9 (Arduino)
GND  GND (Arduino)

+V  Salah satu terminal suis
-V  GND (L298N)

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 8
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

Pemacu motor L298N

• L298N adalah pemacu motor yang membolehkan kawalan kelajuan dan arah bagi dua
motor DC pada masa yang sama.

• Modul ini boleh memacu motor DC yang memerlukan voltan di antara 5V sehingga 35V,
dengan arus maksima sehingga 2A.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 12
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

• Enable A dan Enable B pin digunakan untuk mengawal kelajuan motor.
• Sekiranya jumper digunakan pada pin ini, motor akan bergerak kelajuan yang maksimum,

dan kelajuan motor tidak boleh dikawal.
• Sekiranya jumper ini ditanggalkan, kelajuan motor akan dapat dikawal dengan

menyambungkan pin ini ke pin PWM Arduino (pin yang mempunyai symbol ~).

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 13
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

• Seterusnya, Input 1 dan Input 2 pin digunakan untuk mengawal arah putaran motor A, dan

input 3 dan 4 untuk motor B.
• Jika input 1 adalah LOW dan input 2 adalah HIGH, motor akan berputar mengikut arah jam,

dan sebaliknya, jika input 1 adalah HIGH dan input 2 adalah LOW, motor akan berputar

mengikut lawan jam.
• Sekiranya kedua-dua input adalah sama, sama ada LOW atau HIGH, motor akan berhenti.
• Begitu juga dengan input 3 dan 4 untuk motor B.
• Namun, keadaan di atas tidak dapat dipenuhi sekiranya pemasangan wayar motor adalah

terbalik.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 14
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT 15

• Contoh program untuk menggerakkan robot ke hadapan:

int RIGHT_MOTOR_SPEED = 3;
int LEFT_MOTOR_SPEED = 6;
int LEFT_MOTOR_DIR_1 = 7;
int LEFT_MOTOR_DIR_2 = 5;
int RIGHT_MOTOR_DIR_1 = 4;
int RIGHT_MOTOR_DIR_2 = 2;

void setup()
{
pinMode(LEFT_MOTOR_DIR_1, OUTPUT);
pinMode(LEFT_MOTOR_DIR_2, OUTPUT);
pinMode(RIGHT_MOTOR_DIR_1, OUTPUT);
pinMode(RIGHT_MOTOR_DIR_2, OUTPUT);
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

void loop() If the robot moving backward,
{ reverse the wiring polarity of the
two motors.
RIGHT_MOTOR_FORWARD();
LEFT_MOTOR_FORWARD(); OR
analogWrite(RIGHT_MOTOR_SPEED,100);
analogWrite(LEFT_MOTOR_SPEED,100); Change the programming:
} • LOW  HIGH and HIGH  LOW

void RIGHT_MOTOR_FORWARD() for RIGHT_MOTOR_FORWARD()
{ and LEFT_MOTOR_FORWARD()
digitalWrite(RIGHT_MOTOR_DIR_1,LOW);
digitalWrite(RIGHT_MOTOR_DIR_2,HIGH);
}

void LEFT_MOTOR_FORWARD() 16
{
digitalWrite(LEFT_MOTOR_DIR_1,LOW);
digitalWrite(LEFT_MOTOR_DIR_2,HIGH);
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

Latihan:

Tuliskan program supaya:

1. Robot akan sentiasa bergerak ke belakang.
2. Robot akan sentiasa membelok ke kanan.
3. Robot akan sentiasa membelok ke kiri.
4. Robot akan bergerak ke hadapan selama 5 saat, bergerak ke belakang selama 5 saat, belok kiri

selama 5 saat, belok ke kanan selama 5 saat dan keadaan ini akan sentiasa berulang.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 17
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

Sensor Ultrasonik

• Sensor ultrasonik adalah instrumen yang mengukur jarak ke objek menggunakan
gelombang bunyi ultrasonik.

• Bunyi ultrasonik bergetar pada kekerapan di atas julat pendengaran manusia.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 18
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

• Untuk memprogramkan sensor ultrasonik, NewPing library hendaklah di muat turun dan
ditambahkan ke dalam perisian (software) Arduino.

• Di bawah adalah pautan untuk muat turun:
https://playground.arduino.cc/Code/NewPing

• Cara-cara untuk memasukkan NewPing library ke dalam perisian Arduino:

 Buka perisian Arduino
 Klik pada Sketch  Include Library  Add.ZIP Library

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 19
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

 Kemudiannya cari NewPing-v1.8.zip yang telah dimuat turun sebelum ini dan klik
Open.

 Library tersebut telah berjaya dimasukkan sekiranya paparan di bawah ini keluar.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 20
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

• Contoh program sensor ultrasonik:

#include <NewPing.h>

int trig_pin = 8; //Trig pin is connected to 8
int echo_pin = 9; //Echo pin is connected to 9

#define maximum_distance 200 //maksimum distance is 200 cm
int distance;
NewPing sonar(trig_pin, echo_pin, maximum_distance); //sensor function

void setup()
{
Serial.begin(9600);
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 21
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

void loop() Klik Serial Monitor ikon di penjuru atas kanan perisian
{ Arduino dan jarak di antara sensor dengan objek akan
distance = readPing(); dipaparkan di dalam unit cm:
Serial.println(distance);
delay(1000);
}

int readPing()
{
int cm = sonar.ping_cm();
if (cm==0)
{

cm=200;
}
return cm;
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 22
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

Contoh program di mana robot akan berhenti sekiranya ada halangan di hadapan robot yang
jaraknya kurang daripada 20 cm. Robot akan kembali bergerak sekiranya tiada halangan yang
kurang daripada 20 cm di hadapan robot.

#include <NewPing.h> //Ultrasonic sensor function library. You must install this library

int trig_pin = 8; //Trig pin is connected to 8
int echo_pin = 9; //Echo pin is connected to 9

#define maximum_distance 200 //maksimum distance is 200 cm
int distance;
NewPing sonar(trig_pin, echo_pin, maximum_distance); //sensor function

int RIGHT_MOTOR_SPEED = 3;
int LEFT_MOTOR_SPEED = 6;
int LEFT_MOTOR_DIR_1 = 7;
int LEFT_MOTOR_DIR_2 = 5;
int RIGHT_MOTOR_DIR_1 = 4;
int RIGHT_MOTOR_DIR_2 = 2;

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 23
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT 24

void setup()
{
pinMode(LEFT_MOTOR_DIR_1, OUTPUT);
pinMode(LEFT_MOTOR_DIR_2, OUTPUT);
pinMode(RIGHT_MOTOR_DIR_1, OUTPUT);
pinMode(RIGHT_MOTOR_DIR_2, OUTPUT);
}

void loop()
{

distance = readPing();
delay(100);
Serial.println(distance);
if(distance < 20)
{
analogWrite(RIGHT_MOTOR_SPEED,0); //motor right stop
analogWrite(LEFT_MOTOR_SPEED,0); //motor left stop
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT

else
{
RIGHT_MOTOR_FORWARD();
LEFT_MOTOR_FORWARD();
analogWrite(RIGHT_MOTOR_SPEED,100); //speed can be changed from 0 - 255
analogWrite(LEFT_MOTOR_SPEED,100); //speed can be changed from 0 - 255
}
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 25
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

PROGRAM MOBILE ROBOT 26

void RIGHT_MOTOR_FORWARD()
{
digitalWrite(RIGHT_MOTOR_DIR_1,LOW);
digitalWrite(RIGHT_MOTOR_DIR_2,HIGH);
}

void LEFT_MOTOR_FORWARD()
{
digitalWrite(LEFT_MOTOR_DIR_1,LOW);
digitalWrite(LEFT_MOTOR_DIR_2,HIGH);
}

int readPing()
{
delay(70);
int cm = sonar.ping_cm();
if (cm==0)
{

cm=200;
}
return cm;
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LINE FOLLOWER ROBOT

• Line follower Robot is a machine which follows a line, either a black line or white line.
• Infrared sensor will be used to sense the line.

Concepts of Line Follower

• Concept of working of line follower is related to light. The task of the robot is to sense the
reflectivity of light at black and white surface.

• When light fall on a white surface it is almost full reflected and in case of black surface light is
completely absorbed. This behavior of light is used in building a line follower robot.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 27
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LINE FOLLOWER ROBOT

Working of Line Follower Robot using Arduino

1) Robot moves forward
- The robot will move forward if both infrared sensors detect black line.

if(digitalRead(IR_LEFT) == HIGH && digitalRead(IR_RIGHT) == HIGH)
{
ROBOT_FORWARD();
analogWrite(RIGHT_MOTOR_SPEED,100);
analogWrite(LEFT_MOTOR_SPEED,100);
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 28
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LINE FOLLOWER ROBOT

2) Robot Steering to the right
- The robot will have to turn left if only the left sensor is detecting the black line.

if(digitalRead(IR_LEFT) == HIGH && digitalRead(IR_RIGHT) == LOW)
{
ROBOT_FORWARD();
analogWrite(RIGHT_MOTOR_SPEED,100);
analogWrite(LEFT_MOTOR_SPEED,0);
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 29
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LINE FOLLOWER ROBOT

3) Robot Steering to the left
- The robot will have to turn right if only the right sensor is detecting the black line.

if(digitalRead(IR_LEFT) == LOW && digitalRead(IR_RIGHT) == HIGH)
{
ROBOT_FORWARD();
analogWrite(RIGHT_MOTOR_SPEED,0);
analogWrite(LEFT_MOTOR_SPEED,100);
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 30
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LINE FOLLOWER ROBOT

4) Robot reached a right corner line
- The robot will have to turn right if only the right sensor is detecting the black line. The
programming is the same as the previous condition.

if(digitalRead(IR_LEFT) == LOW && digitalRead(IR_RIGHT) == HIGH)
{
ROBOT_FORWARD();
analogWrite(RIGHT_MOTOR_SPEED,0);
analogWrite(LEFT_MOTOR_SPEED,100);
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 31
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LINE FOLLOWER ROBOT

5) Robot reached a left corner line
- The robot will have to turn left if only the left sensor is detecting the black line. The
programming is the same as the previous condition.

if(digitalRead(IR_LEFT) == HIGH && digitalRead(IR_RIGHT) == LOW)
{
ROBOT_FORWARD();
analogWrite(RIGHT_MOTOR_SPEED,100);
analogWrite(LEFT_MOTOR_SPEED,0);
}

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 32
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan

LINE FOLLOWER ROBOT

TASK

Program a line follower robot that will follow the given track.
The robot will stop moving when it detects an object which is
less than 20 cm from the ultrasonic sensor. The robot will
continue moving when the object is taken away.

Jabatan Kejuruteraan Elektrik dan Sains 33
Kolej Poly-Tech Mara Kuantan