Pergerakan Jari Tangan Prostetik Menggunakan Aktuator Muscle Wire dengan Input Voice Command.

i

PERGERAKAN JARI TANGAN PROSTETIK MENGGUNAKAN AKTUATOR MUSCLE WIRE DENGAN

INPUT VOICE COMMAND

Disusun Oleh : Nama : Linda

NRP : 0922047

Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Kristen Maranatha, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia.

Email : ong.linda@hotmail.com ABSTRAK

Dewasa ini, perkembangan teknologi robotika terutama dalam pergerakan robot dibuat sehalus mungkin menyerupai pergerakan pada manusia terutama pada bagian jari tangan robot. Muscle Wire yang memiliki prinsip kerja seperti otot pada manusia dapat menggantikan motor servo yang pergerakannya kaku. Pada pengembangan kedepannya, jari tangan prostetik yang digerakkan oleh muscle wire dapat digunakan oleh penyandang tuna daksa (club-hand).

Adapun, penelitian tugas akhir ini dibatasi pada pergerakan lima jari tangan yang menampilkan banyaknya jari satu sampai lima yang akan diperintah oleh suara menggunakan modul Vrbot. Selain itu, sistem kontrol pada jari tangan prostetik menggunakan sistem loop terbuka. Muscle wire yang terhubung pada setiap jari akan dialiri arus listrik keluaran pin PWM Arduino Severino yang diperkuat menggunakan Transistor BJT 2N2222A. Selain itu, prinsip mekanisme tuas diperlukan untuk memperbesar simpangan tarikan pada jari tangan prostetik karena maksimum kontraksi muscle wire hanya 8% dari total panjangnya.Metoda yang akan digunakan adalah Metoda Penelitian Eksperimen.

Berdasarkan data yang diambil, arus daerah kerja maksimum rata-rata muscle wire yang terpasang pada mekanisme tuas adalah 311 mA dengan respon waktu pergerakan jari 30.8s. Respon waktu ini tidak cukup cepat sehingga muscle wire perlu dialiri arus maksimum lalu dialiri arus daerah kerja agar umur pemakaian muscle wire lebih panjang . Gaya maksimum jari rata-rata yang dihasilkan adalah 0.314N. Selain itu, persentase keberhasilan modul Vrbot dalam mendeteksi suara dalam kebisingan 38-43dB lebih tinggi dibandingkan dalam kebisingan 50-58dB dengan perbedaan 11%. Pergerakan Jari Tangan Prostetik menggunakan aktuator muscle wire dengan Input Voice Command berhasil direalisasikan dengan bantuan mekanisme tuas dan modul Vrbot sebagai pendeteksi suara.

THE MOVEMENT OF HAND’S FINGERS PROSTHETIC USING MUSCLE WIRE ACTUATOR

WITH VOICE COMMAND INPUT Composed By :

Name : Linda

NRP : 0922047

Department of Electrical Engineering, Maranatha Christian University, Jl. Prof.Drg.Suria Sumantri, MPH no.65, Bandung, Indonesia.

Email : ong.linda@hotmail.com ABSTRACT

Nowadays as robotic technology developed, particularly in the movement of robot is being made as real as humans’ such ashand’ fingers movement. Thus, muscle wire which has

similar working principle to human’s muscle could be used to replace motor servo which has rigid movement. Therefore, for further development of this final project, hand’s finger prosthetics using muscle wire could be applied for disabled people (club-hand).

The movement of hand’s fingers prosthetic prototype in this final project is strictly prohibited to display fingers of one to five which is commanded by voice using VRbot module. Moreover, system control of hand’s finger prosthetic is done using open loop control system. Muscle wires which are connected indirectly to each finger are going to be supplied by current from PWM pin of Arduino Severino. Transistor BJT 2N2222A is used as current driver. Furthermore, as maximum contraction of muscle wire is only 8% of its length, principle of lever mechanism is required. Experimental Research methodology is used in this final project .

Based on the result of data and analysis, maximum current active region of muscle wire which is integrated with lever mechanism is 311 mA and its time response is 30.8s. Time response could be fastened by supplying maximum current to the muscle wire, followed by supplying active region current, which will prevent muscle wire from damaging. Average maximum strength of hand’s finger prosthetics prototype is 0.314N. Additionally, the successful percentage of VRbot module in detecting voice is in level noise of 38-43dB yield 11% higher compared to 50-58dB. As a result, the movement of Hand’s finger prosthetics prototype in this final project has been successfully realized with the aid of lever mechanism and Vrbot module as voice-recognition.

Key words : Arduino, Lever Mechanism, Muscle Wire, Hand’s fingers prosthetic, VRbot Module

iii DAFTAR ISI

Halaman

LEMBAR PENGESAHAN

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN PENELITIAN PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN TUGAS AKHIR KATA PENGANTAR

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL... ix

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1

1.2Rumusan Masalah ... 2

1.3Tujuan ... 2

1.4Batasan Masalah... 2

1.5Spesifikasi Alat ... 3

1.6Sistematika Penulisan... 3

BAB 2 DASAR TEORI 2.1 Jari Tangan ... 5

2.1.1 Struktur Tulang Jari Tangan... 5

2.1.2 Pergerakan dan Persendian Jari Tangan ... 6

2.2 Pencetak Tiga Dimensi (Printer 3D) ... 9

2.3 Modul VRbot (Voice-Recognition) ... 9

2.3.2 Komunikasi Serial ... 13

2.4 Muscle Wire ... 14

2.4.1 Cara Kerja Muscle Wire ... 14

2.4.2 Karakteristik Muscle Wire... 16

2.4.3 Penyambungan Muscle Wire ... 21

2.4.4 Rangkaian untuk Muscle Wire ... 22

2.4.5 Mekanisme untuk Muscle Wire ... 23

2.5 Arduino ... 25

2.5.1 ATmega 328P... 29

2.5.2 Arduino Integrated Development Environment ... 30

2.6 Transistor 2N2222A (Driver Arus Muscle Wire) ... 31

BAB 3 PERANCANGAN DAN REALISASI 3.1 Diagram Blok Sistem Kontrol Jari Tangan Prostetik ... 33

3.2 Koneksi VRbot pada Arduino ... 34

3.3 Rangkaian Penguat Arus untuk Muscle Wire... 37

3.4 Desain Plant ... 41

3.4.1 Desain Struktur Jari Tangan ... 41

3.4.2 Desain Mekanisme Tuas ... 46

3.5 Algoritma Pemrograman Jari Tangan ... 49

3.5.1 Sub Program VRbot ... 50

3.5.2 Sub Program Trigger_Word ... 51

3.5.3 Sub Program Jari Tangan ... 52

3.6 Realisasi Perancangan ... 56

a. Rangkaian Penguat Arus ... 57

b. Jari Tangan Prostetik dengan Golden Ratio ... 57

v BAB 4 DATA DAN ANALISIS

4.1 Mekanisme Tuas ... 59

4.1.1 Data Pengamatan Mekanisme Tuas ... 60

4.1.2 Analisa Mekanisme Tuas ... 60

a. Ibu_Jari ... 60

b. Jari_Telunjuk ... 63

c. Jari_Tengah ... 63

d. Jari_Manis ... 63

e. Jari_Kelingking ... 64

4.2 Respon Waktu Jari Tangan Prostetik ... 64

4.3 Kekuatan Jari Tangan Prostetik ... 68

4.4 Pergerakan Masing-Masing Jari Tangan Prostetik ... 69

4.4 Keberhasilan VRbot Menditeksi Suara ... 72

BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN 5.1 Simpulan ... 75

5.2 Saran ... 76

DAFTAR PUSTAKA ... 77

Lampiran A - Command dan Status kode ASCII VRbot Lampiran B - Data Mekanisme Tuas

Lampiran C - Program Pergerakan Jari Tangan Prostetik Lampiran D - Hasil Pergerakan Jari Tangan Prostetik (Foto)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1.1 Ruas Jari Tangan ... 2

Gambar 1.2 Pergerakan Jari Tangan ... 2

Gambar 2.1 Struktur Tulang Jari Tangan Manusia ... 5

Gambar 2.2 Otot, Tendon dan Ligamen ... 6

Gambar 2.3 Pergerakan Tangan ... 7

Gambar 2.4 Gerakan yang melibatkan flexion dan extension MCP dan PIP ... 8

Gambar 2.5 Macam-macam pergerakan pegangan tangan ... 9

Gambar 2.6 Printer 3D ... 9

Gambar 2.7 Contoh Hasil 3D dengan kombinasi warna ... 10

Gambar 2.8a Dimensi Fisik VRbot... 11

Gambar 2.8b Fungsi pin ... 11

Gambar 2.9 Koneksi VRbot ke Host ... 13

Gambar 2.10 Mekanisme dari Shape Memory Effect (SME) ... 15

Gambar 2.11 Grafik Panjang Muscle wire terhadap Suhu ... 16

Gambar 2.12 Reaksi Muscle wire ... 18

Gambar 2.13 Struktur Muscle wire yang berkaitan dengan panjang dan diameter kawat ... 19

Gambar 2.14 Metoda penjepitan menggunakan konektor pada ujung kawat dengan loop back... 22

Gambar 2.15 Rangkaian Kontrol ... 22

Gambar 2.16 Rangkaian Driver ... 23

Gambar 2.17 Gaya pegas /karet dengan grafik gaya terhadap jarak ... 24

Gambar 2.18 Board Arduino Severino ……… 25

Gambar 2.19 Bagian-Bagian pada board Arduino………... 26

Gambar 2.20 Diagram Blok Sederhana ATmega 328……… 29

Gambar 2.21 Tampilan Software IDE Arduino 0023 (“sketch”)……… 30

vii

Gambar 2.23 Grafik hFE terhadap IC ………. 32

Gambar 2.24 Grafik VCE terhadap IB ……….... 32

Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem Kontrol Jari Tangan Loop Terbuka ... 33

Gambar 3.2 Bridge Mode……… 34

Gambar 3.3 Adapter Mode………. 35

Gambar 3.4 Tampilan EasyVR GUI 2.1.7……….. 36

Gambar 3.5 Skematik Rangkaian Penguat Arus dan Indikator pada Software Eagle 5.10.0……… 37

Gambar 3.6 Rangkaian Penguat untuk salah satu muscle wire………... 39

Gambar 3.7 a Garis Segmen dalam Golden Ratio ... 41

b.Persegi panjang dalam Golden Ratio ... 41

Gambar 3.8 Desain jari tangan tampak depan (kiri) dan tampak belakang (kanan) menggunakan AutoCAD ... 42

Gambar 3.9 Jari Tangan dalam Golden Ratio menggunakan Fibonacci ... 43

Gambar 3.10 Desain Mekanisme Tuas ... 46

Gambar 3.11 Ukuran Tuas dari Mekanisme Tuas ... 47

Gambar 3.12 Sudut Tuas dengan Gerak Melingkar ... 48

Gambar 3.13 Flowchart Program Utama ... 50

Gambar 3.14 Flowchart VRbot (prosedur wake-up) ... 51

Gambar 3.15 Flowchart Trigger_word ... 51

Gambar 3.16 Flowchart Jari_Tangan ... 52

Gambar 3.17 Grafik Hubungan Sudut terhadap Nilai Duty Cycle pin PWM saat pemanasan muscle wire(ibu_jari) ... 53

Gambar 3.18 Grafik Hubungan Sudut terhadap Nilai Duty Cycle pin PWM saat pemanasan muscle wire (jari_telunjuk) ... 54

Gambar 3.19 Grafik Hubungan Sudut terhadap Nilai Duty Cycle pin PWM saat pemanasan muscle wire (jari_tengah) ... 54

Gambar 3.20 Grafik Hubungan Sudut terhadap Nilai Duty Cycle pin PWM saat pemanasan muscle wire (jari_manis) ... 54 Gambar 3.21 Grafik Hubungan Sudut terhadap Nilai Duty Cycle pin PWM saat

pemanasan muscle wire (jari_kelingking) ... 55

Gambar 3.22 Flowchart Sub Program Mengaktifkan Muscle wire... 55

Gambar 3.23 Skema Perancangan Keseluruhan ... 56

Gambar 3.24 Rangkaian Penguat Arus ... 57

Gambar 3.25 Jari Tangan Tanpa dan Dengan Sarung Tangan Karet... 57

Gambar 3.26 Mekanisme Tuas yang Sudah Terintegrasi dengan Jari Tangan Prostetik... 58

Gambar 4.1 Pengambilan data mekanisme tuas (sudut terhadap nilai duty cycle pin PWM)... 59

Gambar 4.2 Grafik hubungan arus terhadap nilai duty cycle pin PWM (ibu_jari) 60 Gambar 4.3 Grafik arus terhadap nilai duty cycle pin PWM menggunakan pendekatan regresi linier (ibu_jari)……….. 61

Gambar 4.4 Grafik hubungan sudut terhadap nilai duty cycle pin PWM saat pendinginan (ibu_jari)………... 62

Gambar 4.5 Grafik hubungan sudut terhadap nilai duty cycle pin PWM saat dipanaskan dan didinginkan (ibu_jari) ... 62

Gambar 4.6 Algoritma Sub Program Pergerakan Jari Tangan dengan memberi arus besar pada muscle wire lalu dialiri arus daerah kerja maksimum ... 67

Gambar 4.7 Cara pengukuran besar gaya Jari Tangan Menggunakan Force Gauge ... 68

Gambar 4.8 Posisi awal jari tangan prostetik sebelum muscle wire dialiri arus .. 69

Gambar 4.9 Pergerakan menekuk setiap jari ketika diberikan nilai duty cycle pin PWM dalam daerah kerja maksimum muscle wire ... 70

Gambar 4.10 Grafik sudut terhadap nilai duty cycle pada rentang 105 sampai 150 yang merupakan daerah kerja linier muscle wire (ibu_jari) ... 71

ix

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1 Rentang pergerakan jari telunjuk ... 8

Tabel 2.2 Fungsi J1 dan J3 pada modul VRbot... 12

Tabel 2.3 Kondisi Operasi VRbot yang Disarankan ... 12

Tabel 2.4 Power Supply VRbot yang diperlukan ... 12

Tabel 2.5 Karakteristik Muscle Wire... 17

Tabel 2.6 Fungsi Setiap Pin pada Board Arduino ... 26

Tabel 2.7 Penjelasan Diagram Blok Sederhana ATmega 328 ... 29

Tabel 2.8 Karakteristik pada saat Transistor 2N2222A bekerja ... 32

Tabel 3.1 Ukuran ruas jari tangan ... 42

Tabel 3.2 Ukuran Ruas Distal ... 44

Tabel 3.3 Ukuran jari tangan prostetik menggunakan Golden Ratio ... 45

Tabel 3.4 Nilai duty cycle pin PWM yang digunakan... 56

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan arus yang mengalir ke muscle wire dengan menggunakan nilai duty cycle pin PWM yang sudah ditentukan dalam Bab 3... 64

Tabel 4.2 Respon Waktu Daerah Kerja Maksimum Jari Tangan Prostetik ... 65

Tabel 4.3 Respon Waktu Maksimum Jari Tangan Prostetik menggunakan nilai duty cycle maksimum ... 66

Tabel 4.4 Data Besar Gaya setiap Jari Tangan... 68

Tabel 4.5 Keberhasilan Modul VRbot pada tingkat kebisingan 50-58dB ... 72

Tabel 4.6 Keberhasilan Modul VRbot pada tingkat kebisingan 38-43 dB ... 73

Tabel 4.7 Keberhasilan Modul VRbot menerima suara rekaman pada tingkat kebisingan 50-58dB ... 74

Tabel 4.8 Keberhasilan Modul VRbot menerima suara rekaman pada tingkat kebisingan 38-43dB ... 74

BAB 1 PENDAHULUAN

Bab 1 berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, spesifikasi alat yang digunakan dan sistematika penulisan

1.1 LATAR BELAKANG

Pada umumnya, pergerakan pada robot tidak sehalus pergerakan pada manusia karena engsel-engsel yang digunakan pada robot menggunakan servo atau motor. Terutama pada robot penari biasanya pergerakan halus pada jari sangatlah penting. Muscle wire merupakan salah satu solusi efektif dalam memperhalus pergerakan karena fungsi muscle wire sama seperti otot pada manusia. Muscle wire terbuat dari campuran nickel titanium ini menyerupai kawat tipis yang dapat berkontraksi (memanjang/memendek) ketika diberikan arus/panas.Selain itu, Muscle wire akan berkontraksi 8% dari panjang muscle wire yang digunakan. Oleh karena itu, panjang dari muscle wire yang digunakan akan sangat menentukan seberapa besar kontraksi muscle wire yang akan dihasilkan nantinya. Selain itu, beberapa kelebihan yang dimiliki oleh muscle wire seperti reaksi yang cepat, reaksi yang tidak menimbulkan noise, bentuk yang tipis namun dapat menahan beban yang cukup besar dan jangka waktu pemakaian yang panjang menyebabkan muscle wire banyak diaplikasikan di dalam berbagai bidang ilmu. Salah satu contohnya di dalam bidang robotik atau kedokteran dalam pembuatan Prosthetic Limbs/hands untuk orang cacat[9]. Di Indonesia, muscle wire belum banyak diteliti, berbeda dengan negara maju seperti Jepang, Amerika, Jerman yang sudah meneliti muscle wire secara mendalam. Diharapkan penelitian lebih lanjut dari hasil tugas akhir ini dapat membantu orang cacat, khususnya di Indonesia, untuk mendapatkan prosthetic hands yang digerakkan oleh muscle wire.

[9]

2

Universitas Kristen Maranatha

1.2 RUMUSAN MASALAH

Masalah-masalah yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah 1. Bagaimana sistem pergerakan jari tangan manusia?

2. Bagaimana konstruksi tangan tiruan agar dapat terintegrasi dengan muscle wire?

3. Bagaimana rangkaian dan pemrograman untuk mendapatkan pergerakan yang diinginkan sesuai dengan voice command?

1.3 TUJUAN

Adapun tujuan yang ingin dicapai dari pembuatan TA ini adalah untuk merancang dan merealisasikan jari tangan prostetik yang dapat digerakkan oleh muscle wire

1.4 BATASAN MASALAH

Batasan masalah untuk Tugas Akhir ini diantaranya adalah

1. Muscle wire akan menggerakkan 5 jari tangan. Satu jari terdiri dari dari 3 ruas

(distal, middle dan proximal phalanges) yang dapat dilihat pada Gambar 1.1 akan digerakan oleh 1 muscle wire dengan menggunakan mekanisme tuas untuk masing-masing jari.

Gambar 1.1 Ruas Jari Tangan

2. Pergerakan jari tangan dibatasi hanya sampai flexion dan extension (tidak termasuk adduction dan abduction) dapat dilihat pada Gambar 1.2

3

3. Kemampuan pergerakan jari dibatasi sampai menampilkan jumlah bilangan satu sampai lima

4. Keputusan pergerakan jari tangan berdasarkan keputusan mikrokontroler 5. Pengenalan suara menggunakan modul VRbot

6. Sistem kontrol jari tangan prostetik menggunakan sistem loop terbuka

1.5SPESIFIKASI ALAT YANG DIGUNAKAN

Alat-alat yang digunakan untuk merancang dan merealisasikan Tugas Akhir ini sebagai berikut :

1. Arduino Severino dengan Microcontroller ATmega328 2. Muscle wire 200μm

3. Modul VRbot (Voice Recognition)

4. Transistor BJT 2N2222 sebagai penguat arus 5. 3D printer dan Polymorph

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Susunan penulisan Tugas Akhir ini, secara umum dibagi menjadi 5 Bab yang terdiri dari

 BAB 1 PENDAHULUAN

Bab 1 berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, spesifikasi alat yang digunakan, dan sistematika penulisan.

 BAB 2 DASAR TEORI

Di dalam bab ini dijelaskan mengenai teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merancang dan merealisasikan pergerakan jari tangan prostetik menggunakan aktuaktor muscle wire dengan input voice command yaitu berupa teori mengenai bagian dan sistem pergerakan jari tangan, Printer 3D,

muscle wire, Modul VRbot (Voice Recognition), driver muscle wire dan

4

Universitas Kristen Maranatha

 BAB 3 PERANCANGAN DAN REALISASI

Bab ini memaparkan diagram blok sistem pergerakan jari tangan. Selain itu, koneksi pada Arduino dan VRbot, perancangan rangkaian driver, struktur jari tangan prostetik, mekanisme tuas, algoritma pergerakan jari tangan menggunakan muscle wire dengan input voice command serta realisasi perancangan akan dipaparkan secara rinci dalam Bab 3

 BAB 4 DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS

Di dalam bab ini terdapat data pengamatan dan analisa mekanisme tuas. Data pengamatan mekanisme tuas yang diambil berupa arus dan sudut terhadap nilai duty cycle pin PWM. Sedangkan data pengamatan besaran gaya setiap jari tangan diambil dalam satuan Newton. Selain itu, terdapat data respon waktu dari pergerakan jari tangan prostetik serta data keberhasilan modul VRbot dalam menditeksi suara.

 BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan dari Tugas Akhir Pergerakan Jari Tangan Prostetik Menggunakan Aktuator Muscle Wire dengan Input Voice Command beserta saran-saran yang diperlukan untuk perbaikan di masa mendatang

BAB 5

SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan dari Tugas Akhir Pergerakan Jari Tangan Prostetik Menggunakan Aktuator Muscle wire dengan Input Voice Command beserta saran-saran yang diperlukan untuk perbaikan di masa mendatang.

5.1 Simpulan

Setelah melakukan pengamatan data dan melakukan analisa pada Bab 4, dapat disimpulkan bahwa:

1. Pergerakan jari tangan dengan menggunakan muscle wire berhasil direalisasikan dengan bantuan mekanisme tuas dan modul VRbot sebagai pendeteksi suara

2. Respon waktu pergerakan jari tangan prostetik lambat dengan pemberian arus dalam kawasan daerah kerja muscle wire (nilai duty cycle pin PWM = 180)

3. Penggunaan arus besar (nilai duty cycle pin PWM = 255) hanya digunakan untuk mendapatkan respon waktu yang cepat setelah itu muscle wire kembali dialiri arus dalam kawasan daerah kerja muscle wire untuk memperpanjang jangka waktu pemakaian muscle wire 4. Memasang muscle wire pada mekanisme tuas tidak mengubah

karakteristik muscle wire walaupun pada mekanisme tuas terpasang benang nylon elastis sebagai force bias

5. Keberhasilan Vrbot dalam mendeteksi suara pada lingkungan 50-58dB atau setara dengan kebisingan orang berbicara pada umumnya 11% lebih rendah dibandingkan pemberian perintah suara pada lingkungan 38-43dB dengan persentase keberhasilan pada lingkungan 50-58dB adalah 77%

6. Konsistensi pemberian perintah suara diperlukan tetapi bukan menjadi faktor utama dalam menentukan keberhasilan modul VRbot dalam

76

Universitas Kristen Maranatha

mendeteksi suara. Ini terbukti ketika hasil pemberian perintah suara secara langsung dan melalui rekaman hanya memiliki selisih sebesar 1%

5.2 Saran

Adapun beberapa saran yang diberikan untuk perbaikan sekaligus pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Sistem kontrol untuk jari tangan prostetik menggunakan sistem loop tertutup untuk memudahkan mendapatkan pergerakan yang beragam dan lebih akurat dengan menggunakan umpan balik berupa flex sensor atau touch sensor.

2. Pasang beberapa Muscle wire secara paralel pada mekanisme tuas untuk mendapatkan gaya yang lebih besar pada setiap Jari

3. Ukuran alumunium mekanisme tuas dengan panjang yang sama diharapkan dapat diperkecil diameternya sehingga mekanisme tuas dapat diletakkan didalam lengan prostetik

DAFTAR PUSTAKA

1. 3D_printer. http://en.wikipedia.org/wiki/3d_printing. diakses pada Januari 2014.

2. 3D_printer_multi_colour. http://solidsmack.com/fabrication/incredible-diy-multi-color-3d-printing-and-the-future-with-your-host-richrap. diakses pada januari 2014.

3. Arduino. (2014). Arduino Severino Serial Single Sided Version 3 S3V3

Revision 2, User Manual.

http://www.arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoSeverinoManual.pdf. diakses pada Maret 2014.

4. Arduino. (2014). analogWrite. http://arduino.cc/en/Reference/analogWrite. diakses pada Juni 2014

5. Atmel Corporation. (2014). ATmega 328P.

http://www.atmel.com/devices/atmega328p.aspx. diakses pada Februari 2014. 6. Bundhoo, Vishalini., Edmund Haslam., Benjamin Birch., & Edward J Park.

(2008). A shape memory alloy-based tendon-driven actuation system for biomimetic artificial fingers, part I: design and evaluation. Departement of Mechanical Engineering, University of Victoria: copyrignt 2008 Cambridge University Press.

7. Bundhoo,V. (1999). Design and evaluation a shape memory alloy-based tendon-driven actuation for biomimetic artificial fingers. BEng.,University of Mauritius, pp. 56-73.

8. Djundi, Feri. (2011). Pengenalan Arduino. http://tobuku.com/Arduino-Pengenalan.pdf. diakses pada Oktober 2013

9. Dynalloy,Inc. Technical Characteristics of Flexinol. 14762 Bentley Circle,Tustin, California 92780 USA. http://www.dynalloy.com diakses pada Juni 2013.

10.Gareth, E.R. (2012). The Fibonacci number and the golden ratio. Motserrat Seminar Spring.

11.Gilberson, Roger G. (2000). Muscle Wire Project Book. Edited by Celene de Miranda. Designed by Mark Tuchman. 3rd ed, completely revised. San Rafael, CA: Mondo-tronics, copyright 1993, 2000

12.On Semiconductor. (1999-2014). General Purpose Transistor. MPS2222 Datasheet. http://onsemi.com diakses pada Februari 2014.

13.Tigal. (2006-2014). EasyVR_User_Manual_3.4.2.

http://download.tigal.com/veear/EasyVR_User_Manual_3.4.2.pdf. diakses pada Desember 2013.

2

Universitas Kristen Maranatha

1.2 RUMUSAN MASALAH

Masalah-masalah yang akan dibahas pada tugas akhir ini adalah 1. Bagaimana sistem pergerakan jari tangan manusia?

2. Bagaimana konstruksi tangan tiruan agar dapat terintegrasi dengan muscle wire?

3. Bagaimana rangkaian dan pemrograman untuk mendapatkan pergerakan yang diinginkan sesuai dengan voice command?

1.3 TUJUAN

Adapun tujuan yang ingin dicapai dari pembuatan TA ini adalah untuk merancang dan merealisasikan jari tangan prostetik yang dapat digerakkan oleh muscle wire

1.4 BATASAN MASALAH

Batasan masalah untuk Tugas Akhir ini diantaranya adalah

1. Muscle wire akan menggerakkan 5 jari tangan. Satu jari terdiri dari dari 3 ruas (distal, middle dan proximal phalanges) yang dapat dilihat pada Gambar 1.1 akan digerakan oleh 1 muscle wire dengan menggunakan mekanisme tuas untuk masing-masing jari.

Gambar 1.1 Ruas Jari Tangan

2. Pergerakan jari tangan dibatasi hanya sampai flexion dan extension (tidak termasuk adduction dan abduction) dapat dilihat pada Gambar 1.2

3

Universitas Kristen Maranatha

3. Kemampuan pergerakan jari dibatasi sampai menampilkan jumlah bilangan satu sampai lima

4. Keputusan pergerakan jari tangan berdasarkan keputusan mikrokontroler 5. Pengenalan suara menggunakan modul VRbot

6. Sistem kontrol jari tangan prostetik menggunakan sistem loop terbuka

1.5SPESIFIKASI ALAT YANG DIGUNAKAN

Alat-alat yang digunakan untuk merancang dan merealisasikan Tugas Akhir ini sebagai berikut :

1. Arduino Severino dengan Microcontroller ATmega328 2. Muscle wire 200μm

3. Modul VRbot (Voice Recognition)

4. Transistor BJT 2N2222 sebagai penguat arus 5. 3D printer dan Polymorph

1.6 SISTEMATIKA PENULISAN

Susunan penulisan Tugas Akhir ini, secara umum dibagi menjadi 5 Bab yang terdiri dari

 BAB 1 PENDAHULUAN

Bab 1 berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan, batasan masalah, spesifikasi alat yang digunakan, dan sistematika penulisan.

 BAB 2 DASAR TEORI

Di dalam bab ini dijelaskan mengenai teori-teori penunjang yang diperlukan dalam merancang dan merealisasikan pergerakan jari tangan prostetik menggunakan aktuaktor muscle wire dengan input voice command yaitu berupa teori mengenai bagian dan sistem pergerakan jari tangan, Printer 3D,

muscle wire, Modul VRbot (Voice Recognition), driver muscle wire dan

4

Universitas Kristen Maranatha

 BAB 3 PERANCANGAN DAN REALISASI

Bab ini memaparkan diagram blok sistem pergerakan jari tangan. Selain itu, koneksi pada Arduino dan VRbot, perancangan rangkaian driver, struktur jari tangan prostetik, mekanisme tuas, algoritma pergerakan jari tangan menggunakan muscle wire dengan input voice command serta realisasi perancangan akan dipaparkan secara rinci dalam Bab 3

 BAB 4 DATA PENGAMATAN DAN ANALISIS

Di dalam bab ini terdapat data pengamatan dan analisa mekanisme tuas. Data pengamatan mekanisme tuas yang diambil berupa arus dan sudut terhadap nilai duty cycle pin PWM. Sedangkan data pengamatan besaran gaya setiap jari tangan diambil dalam satuan Newton. Selain itu, terdapat data respon waktu dari pergerakan jari tangan prostetik serta data keberhasilan modul VRbot dalam menditeksi suara.

 BAB 5 SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan dari Tugas Akhir Pergerakan Jari Tangan Prostetik Menggunakan Aktuator Muscle Wire dengan Input Voice Command beserta saran-saran yang diperlukan untuk perbaikan di masa mendatang

75 Universitas Kristen Maranatha

BAB 5

SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan dari Tugas Akhir Pergerakan Jari Tangan Prostetik Menggunakan Aktuator Muscle wire dengan Input Voice Command beserta saran-saran yang diperlukan untuk perbaikan di masa mendatang.

5.1 Simpulan

Setelah melakukan pengamatan data dan melakukan analisa pada Bab 4, dapat disimpulkan bahwa:

1. Pergerakan jari tangan dengan menggunakan muscle wire berhasil direalisasikan dengan bantuan mekanisme tuas dan modul VRbot sebagai pendeteksi suara

2. Respon waktu pergerakan jari tangan prostetik lambat dengan pemberian arus dalam kawasan daerah kerja muscle wire (nilai duty cycle pin PWM = 180)

3. Penggunaan arus besar (nilai duty cycle pin PWM = 255) hanya digunakan untuk mendapatkan respon waktu yang cepat setelah itu muscle wire kembali dialiri arus dalam kawasan daerah kerja muscle wire untuk memperpanjang jangka waktu pemakaian muscle wire 4. Memasang muscle wire pada mekanisme tuas tidak mengubah

karakteristik muscle wire walaupun pada mekanisme tuas terpasang benang nylon elastis sebagai force bias

5. Keberhasilan Vrbot dalam mendeteksi suara pada lingkungan 50-58dB atau setara dengan kebisingan orang berbicara pada umumnya 11% lebih rendah dibandingkan pemberian perintah suara pada lingkungan 38-43dB dengan persentase keberhasilan pada lingkungan 50-58dB adalah 77%

6. Konsistensi pemberian perintah suara diperlukan tetapi bukan menjadi faktor utama dalam menentukan keberhasilan modul VRbot dalam

76

Universitas Kristen Maranatha

mendeteksi suara. Ini terbukti ketika hasil pemberian perintah suara secara langsung dan melalui rekaman hanya memiliki selisih sebesar 1%

5.2 Saran

Adapun beberapa saran yang diberikan untuk perbaikan sekaligus pengembangan dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Sistem kontrol untuk jari tangan prostetik menggunakan sistem loop tertutup untuk memudahkan mendapatkan pergerakan yang beragam dan lebih akurat dengan menggunakan umpan balik berupa flex sensor atau touch sensor.

2. Pasang beberapa Muscle wire secara paralel pada mekanisme tuas untuk mendapatkan gaya yang lebih besar pada setiap Jari

3. Ukuran alumunium mekanisme tuas dengan panjang yang sama diharapkan dapat diperkecil diameternya sehingga mekanisme tuas dapat diletakkan didalam lengan prostetik

77

DAFTAR PUSTAKA

1. 3D_printer. http://en.wikipedia.org/wiki/3d_printing. diakses pada Januari 2014.

2. 3D_printer_multi_colour. http://solidsmack.com/fabrication/incredible-diy-multi-color-3d-printing-and-the-future-with-your-host-richrap. diakses pada januari 2014.

3. Arduino. (2014). Arduino Severino Serial Single Sided Version 3 S3V3

Revision 2, User Manual.

http://www.arduino.cc/en/uploads/Main/ArduinoSeverinoManual.pdf. diakses pada Maret 2014.

4. Arduino. (2014). analogWrite. http://arduino.cc/en/Reference/analogWrite. diakses pada Juni 2014

5. Atmel Corporation. (2014). ATmega 328P.

http://www.atmel.com/devices/atmega328p.aspx. diakses pada Februari 2014. 6. Bundhoo, Vishalini., Edmund Haslam., Benjamin Birch., & Edward J Park.

(2008). A shape memory alloy-based tendon-driven actuation system for biomimetic artificial fingers, part I: design and evaluation. Departement of Mechanical Engineering, University of Victoria: copyrignt 2008 Cambridge University Press.

7. Bundhoo,V. (1999). Design and evaluation a shape memory alloy-based tendon-driven actuation for biomimetic artificial fingers. BEng.,University of Mauritius, pp. 56-73.

8. Djundi, Feri. (2011). Pengenalan Arduino. http://tobuku.com/Arduino-Pengenalan.pdf. diakses pada Oktober 2013

9. Dynalloy,Inc. Technical Characteristics of Flexinol. 14762 Bentley Circle,Tustin, California 92780 USA. http://www.dynalloy.com diakses pada Juni 2013.

10.Gareth, E.R. (2012). The Fibonacci number and the golden ratio. Motserrat Seminar Spring.

11.Gilberson, Roger G. (2000). Muscle Wire Project Book. Edited by Celene de Miranda. Designed by Mark Tuchman. 3rd ed, completely revised. San Rafael, CA: Mondo-tronics, copyright 1993, 2000

12.On Semiconductor. (1999-2014). General Purpose Transistor. MPS2222 Datasheet. http://onsemi.com diakses pada Februari 2014.

13.Tigal. (2006-2014). EasyVR_User_Manual_3.4.2.

http://download.tigal.com/veear/EasyVR_User_Manual_3.4.2.pdf. diakses pada Desember 2013.