commit to user
OPTIMALISASI PARAMETER RANCANGAN IBU JARI
UNTUK LOW COST ANTHROPOMORPHIC PROSTHETIC
HAND
Skripsi
TYO PRASETYO
I 0308019
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
i
OPTIMALISASI PARAMETER RANCANGAN IBU JARI
UNTUK LOW COST ANTHROPOMORPHIC PROSTHETIC
HAND
Skripsi
Sebagai Persyaratan Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
TYO PRASETYO
I 0308019
JURUSAN TEKNIK INDUSTRI FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
commit to user
commit to user
iii
SURAT PERNYATAAN
ORISINALITAS KARYA ILMIAH
Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama : Tyo Prasetyo
NIM : I 0308019
Judul TA : Optimalisasi Parameter Rancangan Ibu Jari untuk Low Cost
Anthropomorphic Prosthetic Hand
Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun tidak
mencontoh atau melakukan plagiat dari karya tulis orang lain. Jika terbukti bahwa
Tugas Akhir yang saya susun mencontoh atau melakukan plagiat dapat dinyatakan
batal atau gelar Sarjana yang saya peroleh dengan sendirinya dibatalkan atau
dicabut.
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya dan apabila
dikemudian hari terbukti melakukan kebohongan maka saya sanggup
menanggung segala konsekuensinya.
Surakarta, 7 Mei 2013
Tyo Prasetyo
commit to user
iv
SURAT PERNYATAAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH
Saya mahasiswa Jurusan Teknik Industri UNS yang bertanda tangan dibawah ini,
Nama : Tyo Prasetyo
NIM : I 0308019
Judul TA : Optimalisasi Parameter Rancangan Ibu Jari untuk Low Cost
Anthropomorphic Prosthetic Hand
Menyatakan bahwa Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun sebagai syarat
lulus Sarjana S1 disusun secara bersama-sama dengan Pembimbing 1 dan
Pembimbing 2. Bersamaan dengan syarat pernyataan ini bahwa hasil penelitian
dari Tugas Akhir (TA) atau Skripsi yang saya susun bersedia digunakan untuk
publikasi dari proceeding, jurnal, atau media penerbit lainnya baik di tingkat
nasional maupun internasional sebagaimana mestinya yang merupakan bagian
dari publikasi karya ilmiah
Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Surakarta, 7 Mei 2013
Tyo Prasetyo
commit to user
v
KATA PENGANTAR
Alhamdulillah, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT karena
berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyusun dan menyelesaikan
laporan Skripsi ini. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih
kepada pihak-pihak yang telah banyak membantu selama penyusunan laporan
skripsi ini yaitu :
1. Orang tua saya, Darman dan Komsiyah, adik serta keluarga besar yang selalu
ada untuk memberikan doa, perhatian, dukungan, dan motivasi kepada
penulis.
2. Bapak Dr. Cucuk Nur Rosyidi, ST, MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Industri
UNS.
3. Ibu Dr. Ir. Susy Susmartini, MSIE, selaku pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan dan pengarahannya.
4. Bapak Ilham Priadythama, ST, MT, selaku pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan dan pengarahannya.
5. Ibu Azizah Aisyati, ST, MT dan Ibu Retno Wulan Damayanti, ST, MT selaku
penguji yang telah memberikan kritik dan saran terhadap penelitian ini.
6. Bapak Wakhid Ahmad Jauhari, ST, MT, selaku pembimbing akademik yang
turut memberikan masukan dan semangat dalam pengerjaan skripsi ini.
7. Dedy Kuncara, ST selaku teman seperjuangan selama penelitian ini.
8. Seluruh Asisten Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk,
khususnya asisten angkatan 2008.
9. Reza Rizkichani Akbar, ST, Ilham Akbar Nasution, ST, Danu Yudhi P., ST,
dan Ferdy Yogo Saputra. Terima kasih atas waktu, ilmu dan dukungan yang
diberikan.
10.Fitriyah Amira Assegaf, ST, Martika Mayangsari, ST, Wahyu Wulandari, ST
dan R. Pitaloka N., ST, yang selalu mendukung dan memberikan semangat
selama proses pengerjaan Skripsi ini.
11.Teman-teman Teknik Industri 2008 yang tidak dapat disebutkan satu persatu
terima kasih atas waktu, bantuan, ilmu, semangat dan motivasi yang telah
commit to user
vi
12.Teman-teman Teknik Industri 2007 yang telah membantu dalam sharing ilmu.
13.Teman-teman Wisma Putra Galuh Kencana yang telah memberi semangat
setiap harinya.
14.Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas
segala bantuan dan doa yang telah diberikan.
Penulis menyadari bahwa laporan ini jauh dari sempurna dan banyak
memiliki kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik, masukan dan
saran yang membangun untuk penyempurnaan laporan ini. Semoga laporan ini
dapat memberikan manfaat bagi pembaca sekalian.
Surakarta, 7 Mei 2013
commit to user
vii
ABSTRAK
Tyo Prasetyo, NIM : I0308019. OPTIMALISASI PARAMETER
RANCANGAN IBU JARI UNTUK LOW COST ANTHROPOMORPHIC PROSTHETIC HAND. Skripsi. Surakarta: Jurusan Teknik Industri Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret, April 2013.
Prosthetic hand, sebagai alat bantu bagi mereka yang kehilangan tangan, diharapkan memiliki kesamaan fungsi, bentuk, ukuran dan aspek umum lainnya
dari tangan manusia. Kemampuan tersebut disebut dengan anthropomorphism.
Akan tetapi, permintaan prosthetic hand yang dapat diproduksi dengan biaya
rendah masih sangat tinggi karena prosthetic hand fungsional yang tersedia saat
ini sangat mahal. Untuk memenuhi kriteria tersebut, dibutuhkan rancangan khusus untuk ibu jari yang akan memberikan penggenggaman yang sempurna pada
prosthetic hand. Dibutuhkan juga parameter optimal untuk menjamin
anthropomorphism-nya. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah
mengoptimalisasi parameter rancangan ibu jari untuk low cost anthropomorphic
prosthetic hand.
Initial guess design untuk rancangan ibu jari yang diusulkan diperoleh
dengan pengurangan segment atau ruas ibu jari dan membalik mekanisme gerak
dari rancangan acuan yang sudah ada. Dengan demikian, initial guess design
merupakan desain awal berupa cross four bar linkage sytem yang membalik
mekanisme gerak sistem dorong menjadi sistem tarik. Panjang link pada initial
guess design ditentukan berdasarkan pengukuran ruas-ruas dan sudut gerakan ibu jari manusia. Kriteria optimalisasi adalah lintasan gerak ibu jari, waktu, dan sudut gerakan ibu jari manusia. Kriteria tersebut diperoleh dari perekaman gerakan ibu
jari saat menggenggam objek silindris yang diolah menggunakan freeware
CVMob 3.0.3. Optimalisasi menggunakan modul optimization pada software
SAM 6.0 dengan metode evolutionary algorithms.
Panjang link yang optimal telah berhasil diperoleh. Tingkat error lintasan
initial guess design sebesar 14,03% telah berhasil diturunkan menjadi 10,10%
dengan desain optimal. Sedangkan tingkat error sudut gerkan initial guess design
sebesar 53,83% telah berhasil diturunkan menjadi 26,86% dengan desain optimal.
Kata-kata kunci: Anthropomorphic, Low Cost Prosthetic Hand, Optimalisasi,
Parameter Rancangan, Ibu Jari.
commit to user
viii
ABSTRACT
Tyo Prasetyo, NIM: I0308019. OPTIMIZATION OF THUMB DESIGN PARAMETER FOR LOW COST ANTHROPOMORPHIC PROSTHETIC HAND. Thesis. Surakarta: Industrial Engineering Department of Engineering Faculty, Sebelas Maret University, April 2013.
Prosthetic hand, as a tool for hand amputee, is expected to have similarities in function, shape, size and other general aspects to human hand. That ability is called as anthropomorphism. However, demand of a prosthetic hand that can be produced at low cost is still high since the current commercial functional prosthetic hand is very expensive. To be functional, it needs a specific design of thumb which will give a perfect grasping for the prosthetic hand. It also needs an optimum set of parameters to ensure its anthropomorphism. Therefore, the objective of this study is to optimize the design parameter of thumb for low cost anthropomorphic prosthetic hand.
The initial guess design of proposed thumb design is obtained by reducing thumb segments and reversing the motion mechanism of the reference design. Thus, the initial guess design is a cross four bar linkage system with reversing the push system to a pull system. Link length of the initial guess design is determined by length of human thumb segments and the motion angle of human thumb movement. Optimization criterions are performed by the thumb motion trajectory, time, and angle of human thumb movement. Those criterions are obtained from capturing motion of human thumb while grasping a cylindrical object using CVMob 3.0.3 freeware. The optimization uses the optimization module of SAM 6.0 software with evolutionary algorithms as the method.
The optimal length of links has been carried out. Based on the optimization results, the error rate of initial guess design trajectory has been successfully reduced from 14.03% to 10.10% by the optimal design. The error rate of initial guess design angle motion has been successfully reduced from 53.83% to 26.86% by the optimal design.
Keywords: Anthropomorphic, Low Cost Prosthetic Hand, Optimization, Design Parameter, Thumb.
commit to user
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ... I - 1
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
commit to user
Data Antropometri untuk Tangan Orang Indonesia …….. LARM Hand ……….. 2.6.1 Desain Ibu Jari pada LARM Hand ……….
TBM Hand ………
2.7.1 Desain Ibu Jari pada TBM Hand ……… Posisi Penelitian ……….
SAM (Synthesis Analysis of Mechanism) ……….
CVMob ……….
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Identifikasi Awal ... III - 2
3.2 Pengumpulan dan Pengolahan Data ... III - 3
3.3 Analisis, Kesimpulan dan Saran ...III - 10
BAB IV PENGUMPULAN DAN PENGOLAHAN DATA
4.1 Pengumpulan Data ………
4.1.1 Pengukuran Ruas-ruas Ibu Jari Tangan Manusia…
4.1.2 Penentuan Dimensi Grasping Object……….
4.1.3 Perekaman Gerakan Alami Ibu Jari saat
low costanthropomorphic prosthetic hand…….
IV - 2
4.2.2
4.2.3
Perancangan Initial Guess Design untuk Cross
--Four Bar Linkage System Ibu Jari ...
Pembuatan Reference File...
IV - 4
IV - 6
4.2.4
4.2.5
4.2.6
Memodelkan Rancangan pada Software SAM 6.0.
versi Trial………...
Pengaturan Objective pada Software SAM 6.0.
versi Trial………..…
Penentuan Parameter Desain ………...
IV - 8
IV - 12
commit to user
xi 4.2.7
4.2.8
Optimalisasi Menggunakan Software SAM 6.0
versi Trial ...
Perhitungan Tingkat Error Lintasan Dan Sudut
Gerak Desain Optimal ………..
IV - 13
IV - 17
BAB V ANALISIS
5.1 Proses dan Hasil Optimalisasi ... V - 1
5.2 Perbandingan Lintasan Gerak Rancangan Ibu Jari ….... V - 3
5.3 Karakteristik Low Cost, Fungsional, dan
Anthropomorphism………..……….... V - 5
VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 Kesimpulan ………..…….VI - 1
6.2 Saran ………VI - 1
DAFTAR PUSTAKA
commit to user
Antropometri telapak tangan orang Indonesia ……….
Posisi Penelitian ……….………..
Panjang ruas-ruas ibu jari tangan responden ...
Rekapitulasi kebutuhan teknis konsep rancangan ibu jari …...
Panjang link untuk initial guess design ..………..
Titik referensi sebagai target lintasasn ...
Koordinat titik parameter rancangan ibu jari ...
Posisi titik referensi pada initial guess design ...
Parameter awal untuk optimization dan searching domain ...
Panjang link untuk desain optimal ……...
Posisi titik referensi pada desain optimal ...
Perbandingan sudut gerakan yang terbentuk antara desain
optimal, initial guess design, dan ibu jari manusia ...
commit to user
Sendi dan tulang pada thumb………...
Jangkauan gerak 1st CMC Joint pada thumb………....
Contoh prosthetic hand pasif ………...
Body powered prosthesis……….
Glove yang menyerupai tangan manusia untuk myoelectric
hand……….
Prosthetic hand fungsional jenis prehensor dan hook……….
Prosthetic hand fungsional dengan glove………
Antropometri Tangan ………...
Prototype LARM hand dengan tiga jari, (a) prototype jari
dengan 1 DOF (b) prototype yang sedang menggenggam
objek ……….
Desain jari pada Prototype LARM Hand (a) sketsa 3D-CAD
(b) diagram kinematik dengan parameter sudut (c) dengan
parameter ukuran ……….
Prototype TBM Hand ………..
Desain jari pada TBM Hand (a) enam link untuk jari
(b) assembled finger ……….
Desain ibu jari pada prototype TBM Hand (a) keempat link
(b) assembled thumb………
Interface SAM untuk desain mekanisme ……….
Tampilan awal freeware CVMob 3.0.3 ………...
Diagram Alir Penelitian ...
Penambahan sebesar 0.5 sudut θ2………
Besi pipa sebagai grasping object ...
Proses persiapan perekaman (a) posisi grasping object pada
dudukannya (b) Penandaan titik parameter pada ibu jari ...
commit to user
Photo sequence proses menggenggam objek ...
Initial guess design untuk ibu jari (a) Cross-four bar linkage
System (b) ketujuh link parameter ………..
Penentuan panjang l1 dan l2……….
Sudut dan ...
Initial guess design yang dimodelkan pada software SAM 6.0
Memasukkan sudut gerakan sebagai input pada software
SAM 6.0 versi trial ...
Kotak dialog untuk pengaturan objective pada software
SAM 6.0 ………...………
Initial guess design dengan searching domain ...
Hasil optimization yang menghasilkan desain optimal …...….
Lintasan gerakan fleksi ibu jaridengan desain optimal ……...
Grafik perbandingan lintasan ……….………...
commit to user
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1
Lampiran 2
Lampiran 3
Hasil pengolahan video proses penggenggaman
menggunakan freeware CVMob 3.1 ...
Pembuatan reference file ...
Dokumentasi hasil optimization ...
L - 1
L - 7
commit to user
Cross four bar
linkage system
Crossed-link
Degree of freedom
Distal phalanx
Initial guess design
Link
Low cost
Metacarpal link
Modulus elastisitas
Peralatan mekanis yang digunakan untuk menggerakkan atau
mengontrol sebuah mekanisme atau sistem.
Studi yang berkaitan dengan pengukuran dimensi tubuh
manusia.
Aspek perancangan pada desain alat bantu yang dapat
diartikan sebagai kemampuan alat untuk meniru baik dari
segi bentuk fisik maupun fungsi anggota tubuh manusia yang
hilang karena amputasi atau cacat sejak lahir.
Penekukan pada batang dengan geometri ramping akibat
menerima gaya yang melebihi beban kritis yang dapat
diterima oleh batang tersebut.
Sistem mekanisme dengan 4 batang menyilang.
Link penghubung yang menggerakkan link utama.
Variable posisi bebas yang menempatkan posisi semua link
dari suatu mechanism.
Ruas distal, ruas paling ujung dari ibu jari manusia.
Algoritma optimalisasi heuristic menggunakan mekanisme
evolusi organic, seperti mutasi, rekombinasi, seleksi alami
untuk mencari konfigurasi optimal.
Gerak ekstensi ibu jari, yaitu menjauhi telapak tangan.
Gerak fleksi ibu jari, yaitu mendekati telapak tangan.
Gerakan mengambil, memegang, menggenggam tangan
manusia.
Desain awal rancangan yang diusulkan untuk dioptimalisasi.
Batang yang menghubungkan dua joint atau sendi.
Murah, dapat diproduksi dengan biaya yang rendah.
Metacarpal pertama tangan manusia yang terletak pada ibu
jari.
commit to user
xvii Motor Unit Action
Potential
Myoelectric
Prosthetic hand
Proximal phalanx
Pull system
Push system
Searching domain
tegangan dan regangan dari suatu material.
Action potential yang dihasilkan oleh unit motorik (motor
unit) pada jaringan otot.
Berhubungan dengan sifat listrik dari jaringan otot yang dapat
diperkuat dan telah banyak digunakan terutama dalam
pengendalian dan pengoperasian dari perangkat buatan.
Tangan palsu atau tangan buatan sebagai alat bantu bagi
mereka yang kehilangan tangan.
Ruas proximal, ruas paling pangkal dari ibu jari yang
merupakan base.
Sistem tarik, sistem penggerak ibu jari dengan menarik
bagian pangkal ibu jari.
Sistem dorong, sistem penggerak ibu jari dengan mendorong
bagian pangkal ibu jari.
