Perancangan dan Realisasi Pengontrol Gerakan Lengan Robot Berdasarkan Kontraksi dan Relaksasi Otot Lengan Manusia.

(1)

Perancangan Dan Realisasi Pengontrol Gerakan Lengan Robot

Berdasarkan Kontraksi Dan Relaksasi Otot Lengan Manusia

Disusun Oleh :

Bonnie Ismailia Mehta 0422108 Email : [email protected] Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik

Universitas Kristen Maranatha

Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia

ABSTRAK

Interpretasi sinyal elektrik yang menggambarkan kondisi kontraksi dan relaksasi otot manusia atau disebut electromyogram diimplementasikan pada pengontrol mikro sebagai sinyal pengontrol lengan robot. Lengan robot yang digunakan yaitu robot tipe Dynamixel Smart Robotic Arm dengan lima derajat kebebasan yang terdiri dari base rotation, elbow flex, wrist pitch, wrist roll dan gripping. Pengontrol mikro yang digunakan dalam rancangan sistem adalah Arduino UNO™.

Sinyal electromyogram dari otot infraspinatus, bicep, dan forearm pengguna masing-masing dicuplik oleh instrumen electromyography (EMG). Sinyal keluaran dari instrument EMG berupa tegangan DC dengan rentang 0-5V agar terbaca nilai minimum (relaksasi otot) dan maksimum (kontraksi otot) oleh pengontrol mikro. Hasil pembacaan tegangan DC tersebut oleh pengotrol mikro diproses sebagai pengontrol gerakan base rotation, elbow flex, dan gripping pada lengan robot. Sensor accelerometer-gyroscope MPU6050 digunakan untuk membaca posisi pergelangan tangan pengguna. Sinyal pembacaan dari MPU6050 kemudian diproses oleh pengontrol mikro sebagai pengontrol gerakan wrist pitch dan wrist roll pada lengan robot.

Hasil pengujian menunjukkan bahwa kontraksi dan relaksasi otot lengan pengguna berhasil menggerakan lengan robot dengan rentang simpangan sudut sebesar 5°-20°.

Kata kunci : Dynamixel, Smart, Arm, Robotic, EMG, electromyogram,

electromyography, accelerometer, gyroscope, MPU6050, Arduino UNO™, Otot,

infraspinatus, bicep, forearm, base rotation, elbow flex, wrist pitch, wrist roll, gripping

(2)

Design and Realization of Robot Arm Movement Controller

Based on Contraction and Relaxation of Human Arm Muscles

Composed by :

Bonnie Ismailia Mehta 0422108 Email : [email protected]

Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering Maranatha Christian University

Jl. Prof. Drg. Suria Sumantri 65, Bandung 40164, Indonesia

ABSTRACT

Interpretation of electric signal that inform the human muscle contraction and relaxation which is called electromyogram implemented to microcontroller as a robot arm controller signal. The arm robots applied that is a Dynamixel Smart Robotic Arm with five degree of freedom which is consist of base rotation, elbow flex, wrist pitch, wrist roll and gripping. Microcontroller which is used in system design is Arduino UNO™.

Electromyogram signal from infraspinatus, bicep, and forearm users muscle is processed by the instrument Electromyography (EMG). The output signal from the EMG instrument is a DC voltages with the range of output is 0-5V in order to read the minimum value (muscle relaxation) and maximum (muscle contraction) by a microcontroller. The results of the DC voltage readings are processed by a microcontroller as a motion controller base rotation, elbow flex, and gripping on robot arm. Sensor accelerometer-gyroscope MPU6050 is used to read user wrist position. The signal reading of MPU6050 then processed by a micro controller as a motion controller wrist pitch and wrist roll on robot arm.

The test results showed that the contraction and relaxation of muscles arm of users succeed moving the robotic arm with a range of deviation angle of 5°-20°. Key Word : Dynamixel, Smart, Arm, Robotic, EMG, electromyogram, electromyography, accelerometer, gyroscope, MPU6050, Arduino UNO™, muscle, infraspinatus, bicep, forearm, base rotation, elbow flex, wrist pitch, wrist roll, gripping

(3)

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN

PERNYATAAN ORISINALITAS LAPORAN

PERNYATAAN PUBLIKASI LAPORAN TUGAS AKHIR

ABSTRAK ... i

ABSTRACT ... ii

KATA PENGANTAR ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

I.1 Latar Belakang ... 1

I.2 Perumusan Masalah ... 2

I.3 Tujuan Pembahasan ... 2

I.4 Pembatasan Masalah ... 2

I.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II LANDASAN TEORI ... 4

II.1 Terminologi Electromyogram dan Electromyography[4] ... 4

II.2 Fisiologi Otot (Muscle) Manusia[8] ... 5

II.2.1 Otot Polos (Smooth Muscle) ... 5

II.2.2 Otot Rangka (Skeletal Muscle) ... 5

II.2.3 Otot jantung (Cardiac Muscle) ... 6

II.2.4 Pemetaan Otot Lengan Berdasarkan Gerakannya[9]_{... 7}

II.3 Proses Terjadinya Sinyal Electromyogram Pada Otot Rangka[8][9] .... ₈

II.3.1 Action Potential ... 9

II.3.2 Recruitment dan Firing Rate ... 11

II.4 Teknik Akuisisi Sinyal Electromyogram[21]_{... 11}

II.4.1 Konfigurasi Monopolar ... 12

II.4.2 Konfigurasi Bipolar ... 12

(4)

II.5 Sumber Noise Sinyal Keluaran Instrumen EMG [3] ... 13

II.5.1 Inherent Noise (Derau Bawaan) Di Elektroda ... 14

II.5.2 Movement Artifact ... 14

II.5.3 Electromagnetic Noise ... 15

II.5.4 Cross Talk ... 15

II.5.5 Internal Noise ... 15

II.5.6 Electrocardiographic (ECG) Artifacts ... 15

II.6 Instrumen EMG ... 16

II.6.1 Elektroda ... 16

II.6.2 AC Coupling[19]_{... 17}

II.6.3 Instrumentation Amplifier[15]_{... 18}

II.6.4 Integrator[19]_{... 19}

II.6.5 Shield Driver[16]_{... 21}

II.6.6 Filter[19]_{... 22}

II.6.7 Lossy Integrator dan Adjustable Inverting Amplifier ... 26

II.6.5 RMS-DC Converter[1]_{... 27}

II.7 Accelerometer[2]_{... 29}

II.8 Mikrokontroler[11] ... 30

II.9 Full Duplex to Half Duplex Converter ... 31

II.10 Motor Servo Dynamixel AX-12A[17] ... 31

II.11 Dynamixel Smart Robotic Arm[17] ... 33

II.12 Sistem Kontrol Robot ... 35

BAB III PERANCANGAN DAN REALISASI ... 38

III.1 Rancangan Umum ... 38

III.2 Perancangan Gerakan Lengan Robot ... 39

III.3 Perancangan Instrumen EMG ... 43

III.3.1 AC Coupling ... 44

III.3.2 Penguat Tingkat Satu Instrumentation Amplifier ... 45

III.3.3 Integrator ... 46

III.3.4 Shield Driver ... 47

III.3.5 Filter ... 48

(5)

vii

III.3.7 RMS-DC Converter ... 52

III.4 Microcontroller ... 53

III.5 Full Duplex to Half Duplex Converter ... 54

III.6 Perancangan Program ... 55

BAB IV DATA PENGAMATAN DAN ANALISA DATA ... 59

IV.1 Pengujian Instrumen EMG ... 59

IV.1.1 Uji CMRR ... 59

IV.1.2 Uji Respon Frekuensi dan Nilai Keluaran Tegangan DC ... 63

IV.2 Uji Akurasi Sudut ... 65

IV.3 Uji Kemampuan Robot Mengangkat Beban ... 70

IV.4 Uji Sistem Pergerakan Lengan Robot Secara Keseluruhan ... 71

BAB V SIMPULAN DAN SARAN ... 75

V.1 Simpulan ... 75

V.2 Saran ... 75

DAFTAR PUSTAKA ... 77 LAMPIRAN A : Skematik ... A LAMPIRAN B : Penempatan Elektroda ... B LAMPIRAN C : Listing Program ... C LAMPIRAN D : Datasheet Komponen ... D

(6)

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Tampilan sinyal electromyogram dari tiga kontraksi otot bisep ... 4

Gambar II.2 (a) Sketsa struktur otot polos ... 5

Gambar II.2 (b) Struktur otot polos bila dilihat dari mikroskop ... 5

Gambar II.3 (a) Sketsa struktur otot rangka ... 6

Gambar II.3 (b) Struktur otot rangka bila dilihat dari mikroskop ... 6

Gambar II.4 (a) Sketsa struktur otot jantung ... 6

Gambar II.4 (b) Struktur otot jantung bila dilihat dari mikroskop ... 6

Gambar II.5 Pemetaan otot tubuh tampak depan ... 7

Gambar II.6 Pemetaan otot tubuh tampak belakang ... 7

Gambar II.7 Ilustrasi dari besarnya tegangan listrik pada otot rangka ... 9

Gambar II.8 Aksi potensial otot ... 10

Gambar II.9 Permukaan electromyogram disusun oleh jumlah aljabar dari semua motor unit action potential ... 11

Gambar II.10 Konfigurasi monopolar ... 12

Gambar II.11 Konfigurasi bipolar ... 13

Gambar II.12 Rentang frekuensi sinyal electromyogram ... 13

Gambar II.13 Elektroda permukaan tipe tipe 3M RedDot 2670 ... 16

Gambar II.14 (a) AC coupling konvensional dengan resistor yang dihubungkan ke ground ... 17

Gambar II.14 (b) AC coupling tanpa resistor yang terhubung dengan ground ... 17

Gambar II.15 Skematik INA118 ... 18

Gambar II.16 Integrator amp ... 20

Gambar II.17 Implementasi rangkaian Integrator pada instrumentation amp .... 20

Gambar II.18 Implementasi shield driver ... 21

Gambar II.19 Kabel Canare tipe L-2T2S ... 22

Gambar II.20 Kabel Mogami tipe 2524 ... 22

Gambar II.21 Frekuensi respon dari HPF ... 23

Gambar II.22 High pass filter Sallen-Key circuit ... 23

(7)

Gambar II.24 Low pass filter Sallen-Key circuit ... 24

Gambar II.25 Perbandingan respon frekuensi notch filter dengan besar nilai Q 25 Gambar II.26 T-Twin Notch Filter ... 26

Gambar II.27 Lossy integrator dan adjustable inverting amplifier ... 27

Gambar II.28 IC AD536AJD ... 28

Gambar II.29 IC AD536AJD simplified schematic ... 28

Gambar II.30 Accelerometer-Gyroscope tipe MPU6050 ... 29

Gambar II.31 Arduino UNO™ ... 30

Gambar II.32 Diagram logika IC SN74LS241N ... 31

Gambar II.33 Motor Servo AX-12 ... 32

Gambar II.34 Putaran sudut motor servo AX-12A ... 32

Gambar II.35 Sistem koneksi antar motor servo AX-12 ... 33

Gambar II.36 Dynamixel Smart Robotic Arm ... 34

Gambar II.37 Dynamixel Smart Robotic Arm dengan lima derajat kebebasan .. 35

Gambar II.38 Diagram blok sistem control open loop ... 36

Gambar II.39 Diagram blok sistem control closed loop ... 36

Gambar III.1 Blok diagram sistem ... 39

Gambar III.2 Diagram blok sistem analog instrumen EMG ... 43

Gambar III.3 AC coupling ... 45

Gambar III.4 Pengaturan penguatan INA118 ... 46

Gambar III.5 Implementasi integrator amplifier sebagai umpan balik ... 47

Gambar III.6 Aplikasi tegangan common mode untuk shield driver ... 48

Gambar III.7 Pembentukan band pass filter dengan cara menghubungkan secara cascade (seri) low pass filter dengan high pass filter ... 48

Gambar III.8 Implementasi butterworth high pass filter (fc = 20Hz) ... 49

Gambar III.9 Implementasi butterworth low pass filter (fc = 100Hz) ... 50

Gambar III.10 Implementasi T-Twin notch filter (fc = 50Hz) ... 51

Gambar III.11 Implementasi lossy integrator dan adjustable inverting amplifier ... 52

Gambar III.12 Skema RMS-DC converter menggunakan IC AD536AJD ... 53

(8)

Gambar III.14 Skema full duplex to half huplex converter menggunakan IC

SN74LS241N ... 54

Gambar III.15 Flowchart program utama ... 55

Gambar III.16 Flowchart inisialisasi ... 56

Gambar III.17 Flowchart baca nilai sensor MPU6050 ... 57

Gambar III.18 Flowchart baca nilai RMS-DC EMG ... 57

Gambar III.19 Flowchart movement 1 dan movement 2 ... 58

Gambar IV.1 Skema pengukuran penguatan sinyal diferensial ... 59

Gambar IV.2 Sinyal masukan dan sinyal keluaran diferensial (f = 40Hz) ... 60

Gambar IV.3 Skema pengukuran penguatan sinyal common mode ... 60

Gambar IV.4 Sinyal masukan dan sinyal keluaran common mode (f = 40Hz) 660 Gambar IV.5 Grafik CMRR berdasarkan data dari tabel IV.2 ... 62

Gambar IV.6 Skema pengukuran respon frekuensi dan DC output ... 63

Gambar IV.7 Sinyal masukan dan sinyal keluaran pada saat frekuensi 200Hz dan besar tegangan keluaran DC ... 63

Gambar IV.8 Grafik respon frekuensi berdasarkan data dari tabel IV.2 ... 65

Gambar IV.9 Beban yang digunakan untuk uji sistem pergerakan lengan robot ... 72

(9)

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Spesifikasi Instrumentation Amp tipe INA118 ... 18

Tabel II.3 Perbandingan toleransi error terhadap kecepatan baud ... 33

Tabel III.1 Pergerakan masing-masing bagian pada lengan robot ... 39

Tabel III.2 Orientasi sudut perputaran servo terhadap nilai digital servo ... 40

Tabel III.3 Orientasi Gerakan Lengan Robot Berdasarkan Gerakan Lengan . 40 Tabel IV.1 Hasil pengukuran CMRR di frekuensi 1 - 1000 Hz ... 61

Tabel IV.2 Hasil pengukuran respon frekuensi, penguatan dan tegangan keluaran DC di frekuensi 1 – 1000 Hz ... 64

Tabel IV.3 Orientasi sudut lengan robot terhadap gerakan rotation pada lengan manusia ... 66

Tabel IV.4 Orientasi sudut lengan robot terhadap gerakan vertical pada lengan manusia ... 67

Tabel IV.5 Hasil pengukuran akurasi sudut rotation traverse dan vertical traverse ... 67

Tabel IV.6 Orientasi sudut lengan robot terhadap gerakan vertical pada pergelangan tangan manusia ... 68

Tabel IV.7 Orientasi sudut lengan robot terhadap gerakan perputaran pada pergelangan tangan manusia ... 69

Tabel IV.8 Hasil pengukuran akurasi sudut pitch traverse dan roll traverse 70 Tabel IV.9 Hasil uji beban untuk rotation dan vertical traverse ... 71

Tabel IV.10 Hasil uji beban untuk pitch dan roll traverse ... 71

Tabel IV.11 Delapan langkah (step) uji sistem pergerakan lengan robot untuk memindahkan barang ... 72

Tabel IV.12 Hasil uji sistem pergerakan lengan robot dengan cara memindahkan barang ... 73

(10)

BAB I

PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan pembahasan, batasan masalah, dan sistematika penulisan tugas akhir.

I.1 Latar Belakang Masalah

Perkembangan teknologi pengontrol mikro pada masa sekarang sangat pesat, sehingga dapat diaplikasikan dalam banyak bidang. Selain harganya yang relatif murah, mikrokontroler dari segi penggunaannya sangatlah luas karena mikrokontroler dapat diprogram. Salah satu penggunaan mikrokontroler yaitu di bidang biomedis contohnya electromyography (EMG) dan electrocardiography (ECG).

Suatu gerakan pada tubuh manusia disebabkan oleh adanya kontraksi dan relaksasi otot. Electromyography (EMG) adalah suatu teknik untuk mengevaluasi dan merekam aktivitas listrik yang dihasilkan oleh otot-otot skeletal. Pada umumnya electromyography (EMG) digunakan terutama untuk tujuan eksplorasi atau diagnosis kontraksi atau relaksasi otot. Sinyal electromyogram sebagai informasi keadaan otot pada saat kontraksi dan relaksasi diinterpetasikan oleh sinyal listrik sehingga keadaan tersebut dapat dimanfaatkan menjadi suatu sinyal kontrol untuk mengoperasikan alat.

Alat bantu untuk pergerakan manusia semakin berkembang dikarenakan ada kondisi-kondisi tertentu yang membatasi pergerakan manusia. Kondisi tersebut contohnya penjinak bom yang ingin memindahkan bom tanpa menyentuh bom secara langsung atau ilmuwan yang berhadapan dengan benda-benda beradiasi tinggi. Permasalahan yang timbul adalah pengontrolan alat bantu pergerakan yang sangat sulit karena manusia terbiasa menggunakan anggota tubuhnya sebagai alat gerak. Oleh karena itu dibutuhkan suatu pengontrolan yang memberikan sensasi seperti menggerakan anggota tubuhnya sendiri.

(11)

BAB I PENDAHULUAN 2

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA I.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah “Bagaimana cara merancang dan merealisasikan pengontrol gerakan lengan robot berdasarkan kontraksi dan relaksasi otot lengan manusia?”.

I.3 Tujuan Pembahasan

Tujuan pembahasan tugas akhir ini adalah merancang dan merealisasikan pengontrol gerakan lengan robot berdasarkan kontraksi dan relaksasi otot lengan manusia.

I.4 Pembatasan Masalah

1. Data hanya diambil dari satu orang (pengguna) sebagai subjek percobaan.

2. Lengan Robot yang digunakan memiliki lima derajat kebebasan yang terdiri dari base rotation, elbow flex, wrist

pitch, wrist roll, dan gripper.

3. Gerakan base rotation lengan robot berdasarkan sinyal electromyogram yang berasal dari kontraksi dan relaksasi otot infraspinatus.

4. Gerakan elbow flex lengan robot berdasarkan sinyal electromyogram yang berasal dari kontraksi dan relaksasi otot bicep.

5. Gerakan gripping lengan robot berdasarkan sinyal electromyogram yang berasal dari kontraksi dan relaksasi otot forearm.

6. Gerakan wrist pitch lengan robot berdasarkan gerakan naik-turun pergelangan lengan pengguna yang dibaca oleh sensor accelerometer. 7. Gerakan wrist roll lengan robot berdasarkan rotasi pergelangan

lengan pengguna yang dibaca oleh sensor accelerometer. 8. Beban maksimal yang dapat diangkat yaitu 200 gram.

9. Penempatan elektroda hanya di permukaan kulit, tidak dilakukan injeksi.

(12)

BAB I PENDAHULUAN 3

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA I.5 Sistematika Penulisan

Struktur penulisan laporan secara garis besar bertujuan untuk memudahkan dalam pemahaman isi laporan. Laporan Tugas Akhir ini disusun dalam beberapa bagian, yaitu sebagai berikut :

 BAB 1 : PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan, dan pembatasan masalah.

 BAB 2 : DASAR TEORI

Bab ini membahas teori dasar EMG (Electromyography) yang meliputi terminologi dasar, fisiologi otot, kontraksi dan relaksasi otot, teknik akusisi sinyal electromyogram, masalah umum sinyal instrumen EMG, bagian-bagian instrumen EMG, pembahasan sensor accelerometer beserta pengontrol mikro dan pembahasan motor servo AX-12A dan lengan robot yang digunakan.

 BAB 3 : PERANCANGAN DAN REALISASI

Bab ini membahas perancangan dan realisasi aplikasi instrumen EMG, sensor accelerometer dan pengontrol mikro Arduino untuk pengontrol gerakan lengan robot. Pembahasan meliputi diagram blok perancangan, perancangan hardware dan pemrograman.

 BAB 4 : DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

Bab ini berisi data pengamatan yang didapat dari hasil percobaan serta analisa terhadap data-data tersebut. Data yang diambil yaitu uji CMRR, respon frekuensi dari instrumen EMG, pengukuran akurasi sudut gerakan lengan robot terhadap gerakan lengan pengguna, uji kemampuan robot mengangkat beban dan uji sistem pergerakan lengan robot secara keseluruhan.

 BAB 5 : SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan yang diperoleh dari hasil percobaan serta saran-saran yang dapat digunakan untuk acuan penelitian lebih lanjut.

(13)

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan yang diperoleh dari hasil percobaan serta saran-saran yang dapat digunakan untuk acuan penelitian lebih lanjut.

V.1 Simpulan

Berdasarkan hasil dan analisa data yang didapat maka diperoleh simpulan sebagai berikut :

1. Implementasi sinyal dari electromyogram dan sensor accelerometer menjadi pengontrol gerakan lengan robot berhasil direalisasikan dan sistem bekerja sesuai dengan yang diharapkan bila ditinjau dari respon setiap gerakan lengan robot terhadap kontraksi atau relaksasi otot.

2. Instrumen EMG bekerja sesuai dengan yang diharapkan dengan respon frekuensi sesuai dengan rentang sinyal electromyogram yang diinginkan. 3. Berdasarkan uji akurasi lengan robot, simpangan yang terjadi pada base

rotation yaitu berkisar antara -20° hingga 10°, simpangan yang terjadi pada elbow flex yaitu berkisar antara -15° hingga 10°, simpangan, yang terjadi pada wrist pitch yaitu berkisar antara -10° hingga 10° dan simpangan yang terjadi pada wrist pitch roll yaitu berkisar antara -10° hingga 10°. Terjadinya simpangan disebabkan tegangan output dari instrumen EMG yang tidak konstan.

4. Beban maksimal yang dapat diangkat oleh lengan robot adalah 200gr. 5. Tingkat keberhasilan pada uji sistem secara keseluruhan sebesar 40%. V.2 Saran

Saran berikut dapat dijadikan bahan pertimbangan jika akan diadakan penelitian lebih lanjut :

1. Sistem Close Loop sebaiknya digunakan untuk memperkecil simpangan sudut setiap gerakan masing-masing bagian lengan robot terhadap gerakan lengan manusia.

(14)

BAB V SIMPULAN DAN SARAN 76

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA 2. Untuk meningkatkan kemampuan lengan robot mengangkat beban maka digunakan motor servo terutama pada bagian base rotation dan elbow flex dengan torsi dan daya angkat beban maksimal yang lebih besar.

3. Untuk penelitian selanjutnya pengujian dapat dilakukan dengan cara pembacaan posisi dan sudut gerakan lengan menggunakan sensor accelerometer dan gyroscope sedangkan kecepatan gerakan lengan robot ditentukan oleh besar kecilnya sinyal electromyogram.

(15)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Analog Devices Integrated Circuit True RMS-to-DC Converter,

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD536A.pdf, dikunjungi 3 Maret 2015.

[2] Cannan, James dan Huosheng Hu. 2012. A Multi Sensor Based on Muscle and Motion Measurement. University of Essex. UK : IEEE.

[3] Chowdhury, Rubana H. dkk. 2013. Surface Electromyography Signal Processing and Classification Techniques. Malaysia : Department of Electrical, Electronic and Systems Engineering, Universiti Kebangsaan. [4] Day, Dr. Scott. 2002. Important Factors in Surface EMG Measurement.

Calagry : Bortec Biomedical.

[5] De Luca J, Carlo. 2006. Electromyography: Encyclopedia of Medical Devices and Instrumentation. (John G. Webster Ed.), John Wiley Publisher. [6] De Luca J, Carlo. 2002. Surface Electromyography Detection and

Recording. USA : Delsys Inc.

[7] De Luca, Gianluca. 2001. Fundamental Concepts in EMG Signal Acquisition. USA : DelSys Inc.

[8] Henneberg, K dan Joseph D (Ed.). 2000. Principles of Electromyography, The Biomedical Engineering Handbook : Second Edition. Bronzino. Boca Raton: CRC Press LLC.

[9] Kamen, Gary David A. Gabriel: Essentials of electromyography. Human Kinetics, 2010.

[10] Konrad, Peter. 2005. The ABC of EMG: A Practical Introduction to Kinesiological Electromyography. USA : Noraxon Inc.

[11] Margolis, Michael. 2011. Arduino Cookbook. USA : O’Reilly Media, Inc. [12] Master your Muscele.

http://www.decibelnutrition.com/blogs/news/18650407-master-your muscles-best-exercises-for-each-muscle-group, dikunjungi 20 Juli 2015. [13] Muscle. http://www.merriam-webster.com/medlineplus/muscle, dikunjungi

(16)

DAFTAR PUSTAKA 78

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA [14] Ogata, Katsuhiko. 1970. “Modern Control Engineering”. New Jersey : Prentice

Hall.

[15] Precision, Low Power Instrumentation Amplifier, Texas Instrument http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ina118.pdf, dikunjungi 17 Mei 2015. [16] Rich, Alan. AN-347 Shielding and Guarding. USA : Analog Devices. [17] Robotis e-Manual, http://support.robotis.com/en/, dikunjungi 2 Maret 2015. [18] Safford, Edward, Jr. 1978. The Complete Handbook of Robotics. USA :

TAB Books Inc.

[19] Spinelli Mario, Enrique, Ramon Pallàs-Areny dan Miguel Angel Mayosky. 2003. AC-Coupled Front-End for Biopotential Measurements.USA : IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, 50, 2003.

[20] Valkenburg, Van, M.E. 1982. Analog Filter Design. Urbana-Champaign : Departement of Electrical Engineering University of Illinois.

[21] Webster, John G. 2003. Bioinstrumentation. Singapore: John Wiley & Sons (ASIA) Pte, Ltd. Wiley.

[22] Zahak Jamal, Muhammad. 2012. Signal Acquisition Using Surface EMG and Circuit Design Considerations For Robotic Prosthesis. Pakistan : National University of Sciences and Technology.

(1)

BAB I PENDAHULUAN 2

I.2 Perumusan Masalah

Permasalahan yang dibahas dalam tugas akhir ini adalah “Bagaimana cara merancang dan merealisasikan pengontrol gerakan lengan robot berdasarkan kontraksi dan relaksasi otot lengan manusia?”.

I.3 Tujuan Pembahasan

Tujuan pembahasan tugas akhir ini adalah merancang dan merealisasikan pengontrol gerakan lengan robot berdasarkan kontraksi dan relaksasi otot lengan manusia.

I.4 Pembatasan Masalah

1. Data hanya diambil dari satu orang (pengguna) sebagai subjek percobaan.

2. Lengan Robot yang digunakan memiliki lima derajat kebebasan yang terdiri dari base rotation, elbow flex, wrist

pitch, wrist roll, dan gripper.

3. Gerakan base rotation lengan robot berdasarkan sinyal electromyogram yang berasal dari kontraksi dan relaksasi otot

infraspinatus.

4. Gerakan elbow flex lengan robot berdasarkan sinyal electromyogram yang berasal dari kontraksi dan relaksasi otot bicep.

5. Gerakan gripping lengan robot berdasarkan sinyal electromyogram yang berasal dari kontraksi dan relaksasi otot forearm.

lengan pengguna yang dibaca oleh sensor accelerometer. 8. Beban maksimal yang dapat diangkat yaitu 200 gram.

9. Penempatan elektroda hanya di permukaan kulit, tidak dilakukan injeksi.

(2)

BAB I PENDAHULUAN 3

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA

I.5 Sistematika Penulisan

Struktur penulisan laporan secara garis besar bertujuan untuk memudahkan dalam pemahaman isi laporan. Laporan Tugas Akhir ini disusun dalam beberapa bagian, yaitu sebagai berikut :

 BAB 1 : PENDAHULUAN

Bab ini membahas tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan, dan pembatasan masalah.

 BAB 2 : DASAR TEORI

accelerometer beserta pengontrol mikro dan pembahasan motor servo

AX-12A dan lengan robot yang digunakan.

 BAB 3 : PERANCANGAN DAN REALISASI

 BAB 4 : DATA PENGAMATAN DAN ANALISA

 BAB 5 : SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan yang diperoleh dari hasil percobaan serta saran-saran yang dapat digunakan untuk acuan penelitian lebih lanjut.

(3)

BAB V

SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi simpulan yang diperoleh dari hasil percobaan serta saran-saran yang dapat digunakan untuk acuan penelitian lebih lanjut.

V.1 Simpulan

Berdasarkan hasil dan analisa data yang didapat maka diperoleh simpulan sebagai berikut :

rotation yaitu berkisar antara -20° hingga 10°, simpangan yang terjadi pada elbow flex yaitu berkisar antara -15° hingga 10°, simpangan, yang terjadi

pada wrist pitch yaitu berkisar antara -10° hingga 10° dan simpangan yang terjadi pada wrist pitch roll yaitu berkisar antara -10° hingga 10°. Terjadinya simpangan disebabkan tegangan output dari instrumen EMG yang tidak konstan.

4. Beban maksimal yang dapat diangkat oleh lengan robot adalah 200gr. 5. Tingkat keberhasilan pada uji sistem secara keseluruhan sebesar 40%.

V.2 Saran

Saran berikut dapat dijadikan bahan pertimbangan jika akan diadakan penelitian lebih lanjut :

1. Sistem Close Loop sebaiknya digunakan untuk memperkecil simpangan sudut setiap gerakan masing-masing bagian lengan robot terhadap gerakan lengan manusia.

(4)

BAB V SIMPULAN DAN SARAN 76

3. Untuk penelitian selanjutnya pengujian dapat dilakukan dengan cara pembacaan posisi dan sudut gerakan lengan menggunakan sensor

accelerometer dan gyroscope sedangkan kecepatan gerakan lengan robot

(5)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Analog Devices Integrated Circuit True RMS-to-DC Converter,

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD536A.pdf, dikunjungi 3 Maret 2015.

[2] Cannan, James dan Huosheng Hu. 2012. A Multi Sensor Based on Muscle

and Motion Measurement. University of Essex. UK : IEEE.

[3] Chowdhury, Rubana H. dkk. 2013. Surface Electromyography Signal

Processing and Classification Techniques. Malaysia : Department of

Electrical, Electronic and Systems Engineering, Universiti Kebangsaan. [4] Day, Dr. Scott. 2002. Important Factors in Surface EMG Measurement.

Calagry : Bortec Biomedical.

[5] De Luca J, Carlo. 2006. Electromyography: Encyclopedia of Medical

Devices and Instrumentation. (John G. Webster Ed.), John Wiley Publisher.

[6] De Luca J, Carlo. 2002. Surface Electromyography Detection and

Recording. USA : Delsys Inc.

[7] De Luca, Gianluca. 2001. Fundamental Concepts in EMG Signal

Acquisition. USA : DelSys Inc.

[8] Henneberg, K dan Joseph D (Ed.). 2000. Principles of Electromyography,

The Biomedical Engineering Handbook : Second Edition. Bronzino. Boca

Raton: CRC Press LLC.

[9] Kamen, Gary David A. Gabriel: Essentials of electromyography. Human Kinetics, 2010.

[10] Konrad, Peter. 2005. The ABC of EMG: A Practical Introduction to

Kinesiological Electromyography. USA : Noraxon Inc.

[11] Margolis, Michael. 2011. Arduino Cookbook. USA : O’Reilly Media, Inc. [12] Master your Muscele.

http://www.decibelnutrition.com/blogs/news/18650407-master-your muscles-best-exercises-for-each-muscle-group, dikunjungi 20 Juli 2015.

[13] Muscle. http://www.merriam-webster.com/medlineplus/muscle, dikunjungi

(6)

DAFTAR PUSTAKA 78

UNIVERSITAS KRISTEN MARANATHA [14] Ogata, Katsuhiko. 1970. “Modern Control Engineering”. New Jersey : Prentice

Hall.

TAB Books Inc.

[19] Spinelli Mario, Enrique, Ramon Pallàs-Areny dan Miguel Angel Mayosky. 2003. AC-Coupled Front-End for Biopotential Measurements.USA : IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, 50, 2003.

[20] Valkenburg, Van, M.E. 1982. Analog Filter Design. Urbana-Champaign : Departement of Electrical Engineering University of Illinois.

[21] Webster, John G. 2003. Bioinstrumentation. Singapore: John Wiley & Sons (ASIA) Pte, Ltd. Wiley.

[22] Zahak Jamal, Muhammad. 2012. Signal Acquisition Using Surface EMG

and Circuit Design Considerations For Robotic Prosthesis. Pakistan :

Perancangan dan Realisasi Pengontrol Gerakan Lengan Robot Berdasarkan Kontraksi dan Relaksasi Otot Lengan Manusia.