BAB II TINJAUAN PUSAKA

BAB II TINJAUAN PUSAKA Bab ini berisi mengenai teori-teori relevan dan mendukung analisis serta pemecahan masalah pada penelitian ini. 2.1

Prosthetic Hand Prosthetic hand adalah bentuk tiruan dari tangan manusia yang dibuat

dengan tujuan untuk menggantikan fungsi tangan manusia bagi orang yang mengalami amputasi. Prosthetic hand pada dasarnya memiliki dua fungsi yaitu sebagai alat konsmetik dan alat fungsional. Prosthetic hand sebagai alat kosmetik memiliki bentuk menyerupai tangan asli, namun tidak dapat berfungsi sebagaimana tangan asli (Weir dkk, 2001). Sedangkan prosthetic hand sebagai alat fungsional memiliki kemampuan untuk melakukan model gerakan dasar tangan manusia antara lain cylindrical, lateral, palmar, hook, tip, dan spherical (Martell dkk, 2007). Anthropomorphic prosthetic hand memiliki tingkat kemiripan yang tinggi dengan tangan manusia asli dan mampu melakukan aktivitas seperti tangan manusia asli. 2.1.1. Jenis Prosthetic Hand Prosthetic hand sejak pertama kali ditemukan telah mengalami banyak perkembangan. Terdapat beberapa jenis prosthetic hand yang telah dirancang. Martin (2011) membagi prosthetic hand menjadi empat jenis menurut bentuknya yaitu passive prosthetic, body-powered prosthetic, externally-powered prosthetic (berupa electric/myoelectric system atau pneumatic system), dan system-hybrid prosthetic. 1.

Passive Prosthetic Hand Passive prosthetic merupakan jenis pertama dari prosthetic hand yang

dibuat oleh Marcus Sergius pada perang Punik tahun 218 – 201 SM. Jenis prosthetic ini tidak mempunyai komponen yang dapat bergerak, umumnya digunakan untuk tujuan cosmetic. Passive prosthetic atau cosmetic prosthetic terbuat dari urethane foam yang diselimuti dengan glove yang dicetak menyerupai bentuk tangan manusia. Bahan yang digunakan dalam pembuatan glove adalah polyvinyl chloride (PVC) dan silikon. Keuntungan pengunaan jenis prosthetic ini adalah passive prosthetic memiliki nilai kosmetik yang tinggi, relatif ringan dan murah, serta II-1

pemeliharaan yang mudah. Walaupun sudah mempresentasikan tangan buatan manusia yang bagus, namun rancangan jenis prosthetic ini relatif kaku sehingga tidak dapat digerakkan secara bebas layaknya tangan manusia. 2.

Body-Powered Prosthetic Hand Body-powered prosthetic ditemukan tahun 1812 oleh Peter Baliff seorang

dokter gigi asal Berlin, menemukan sebuah terminal device yang dioperasikan dengan mengikatkan prosthetic hand dengan tubuh pasien. Jenis prosthetic ini dapat digerakkan dengan tenaga yang berasal dari biscapular abduction dan atau glenohumeral flexion. Prosthetic ini juga dapat digerakkan dengan tenaga yang berasal dari gerak flexion dan extension pada wrist. Body-powered prosthetic menggunakan harness dan cable system untuk memanipulasi fungsi siku dan tangan. Keuntungan prosthetic jenis ini adalah memiliki tingkat reliabilitas yang tinggi, ringan, murah, dan mudah diperbaiki. Namun, penampilan body-powered prosthetic tidak cukup menarik karena terlalu menonjolkan aspek mekanik. Selain itu, penggunaan prosthetic ini cukup sulit dan harness tidak nyaman. Sistem kabel pada body-powered prosthetic ada dua macam, yaitu voluntary open dan voluntary closing. Pada sistem voluntary open, kondisi awal jari prosthetic ini dalam keadaan menutup, kemudian kabel pada sistem tangan prosthetic ditarik sehingga jari tangan membuka. Sedangkan pada sistem voluntary closing, kondisi awal jari tangan dalam keadaan membuka, kemudian kabel pada sistem prosthetic ini ditarik sehingga jari tangan menutup. 3.

Myoelectric Prosthetic Hand Myoelectric prosthetic ditemukan tahun 1948 oleh Rehold Reiner. Jenis

prosthetic ini menggunakan aktivitas otot sebagai kontol geraknya. Sinyal Electromyograph (EMG) dideteksi dengan menggunakan elektrode yang dipasang pada permukaan kulit untuk kemudian membangkitkan motor yang menggerakkan hand, wrist, atau elbow. Keuntungan menggunakan myoelectric prosthetic adalah tidak diperlukannya harness atau kabel sehingga rancangan prosthetic ini dapat dibangun dengan bentuk fisik dan fungsi yang menyerupai tangan manusia. Namun, selain lebih berat, harga dan biaya perbaikan prosthetic ini pun cukup mahal.

II-2

4.

System-Hybrid Prosthetic Hand System-hybrid prosthetic merupakan prosthetic hasil kombinasi dari body-

powered prosthetic dan komponen myoelectric prosthetic. Prosthetic ini cenderung digunakan untuk jenis amputasi level tinggi (amputasi pada bagian siku ke atas). Sistem hybrid yang ada memungkinkan dua joint yang masing-masing terdapat pada body-powered dan myoelectric dapat dikontrol sekaligus. System- hybrid prosthetic biasanya lebih ringan dan lebih murah daripada myoelectric prosthetic.

2.1.2. BeBionic dan Tangan iLimb Tangan prostetik BeBionic merupakan terobosan baru dalam dunia tangan prostetik dengan peningkatan fungsi dan fleksibilitas yang jauh apabila dibandingkan dengan tangan prostetik yang ada pada umumnya. Sinyal myoelektrik yang ditangkap dari otot memiliki besaran jumlah yang cukup atau proporsional. Pada setiap jari terdapat motor dan susunan gear.

Gambar 2.2 Tangan BeBionic Sumber: Advanced Arm Dynamic, 2012

Tangan prostetik iLimb pada dasarnya hampir sama dengan tangan BeBionic, yang membedakan kedua tangan ini adalah pada tangan prostetik iLimb mekanisme ibu jari digerakan secara manual sesuai keinginan pengguna.

II-3

Gambar 2.3 Tangan iLimb Sumber: Arthur Finneston+Orthotics, 2012

2.1.3. Tangan MicheLangelo Tangan Michealngelo diciptakan oleh Advanced Arm Dynamic dan saat ini merupakan tangan prostetik tercanggih yang pernah ada. Mekanisme yang sangat komplek terdapat pada ibu jari, dimana pada tangan ini ibu jari dapat bergerak atau bertenaga. Tangan ini sangat halus dan rfisien dalam melakukan eksekusi gerakan (Pittman, 2012).

2.2

Gerakan Dasar Tangan Manusia Fungsi utama prosthetic hand adalah mampu melakukan gerakan

penggenggaman

seperti

tangan

manusia

asli.

Pada

dasarnya,

gerakan

penggenggaman dibagi menjadi dua, yaitu jenis power grip dan precision grip.

Gambar 2.4 Power grip dan Precision Grip Sumber: Hamill dkk, 2009

II-4

1.

Power grip Tipe power grip membutuhkan kekuatan otot yang lebih besar, dimana tiga

joint jari (metacarpophalangeal joint, proximal interphalangeal joint, dan distal interphalangeal joint) dalam posisi mengepal. Pada jenis power grip, ibu jari tidak berotasi dan selalu dalam keadaan lurus, sehingga kemiringan sendi engsel pada ibu jari lebih kecil dibandingkan pada sendi untuk jari yang lain. Pada umumnya, model gerakan variasi dari power grip yang sering dilakukan oleh tangan adalah model gerakan cylindrical, spherical dan hook. 2.

Precision grip Tipe precision grip membutuhkan kekuatan otot yang lebih kecil, dimana

hanya melibatkan dua joint (proximal interphalangeal joint, dan distal interphalangeal joint) dan hanya melibatkan satu atau dua jari, seperti gerakan menulis dan menjepit. Karakteristik dari jenis penggenggaman ini terletak pada kemampuan ibu jari dan metacarpal pollicis. Dalam arah berlawanan ibu jari berotasi membentuk suatu jalur yang berlawanan dengan jari telunjuk dan jari tengah. Pada umumnya, posisi ibu jari lurus dengan jari yang lain membengkok dengan sendi engsel pada bagian sendi metacarpophalangeal. Model gerakan yang termasuk dalam jenis precision grip adalah model gerakan lateral, palmar dan tip. Berdasarkan tipe objek yang berinteraksi, dibagi menjadi enam gerakan dasar penggenggaman cylindrical, tip, hook, palmar, spherical dan lateral. Berikut ini penjelasan enam gerakan dasar tangan manusia: 1.

Cylindrical Gerakan cylindrical adalah gerakan benda kerja berada diporos antara jari-

jari tangan dan ditahan oleh ibu jari, umumnya geometri benda yang dipegang pada gerakan ini berupa silinder. Gerakan cylindrical melibatkan kelima jari tangan yang saling berpengaruh dalam menahan benda agar tidak jatuh, sehingga tulang jari phalanx proximalis, phalanx media, dan phalanx distalis pada tiap jari sangat berperan dalam melakukan gerakan ini.

II-5

Gambar 2.5 Model gerakan cylindrical Sumber: Fukaya & Toyama, 2000

2.

Tip Gerakan tip adalah gerakan dimana benda ditahan dengan menggunakan ibu

jari tangan dan jari telunjuk, gerakan ini mirip dengan gerakan lateral dan palmar. Kemampuan dari jari telunjuk dan ibu jari tangan memegang peranan penting dalam melakukan gerakan tip, dimana benda dijepit pada tulang jari phalanx distalis dari jari telunjuk dan ibu jari.

Gambar 2.6 Model gerakan tip Sumber: Fukaya & Toyama, 2000

3.

Hook Gerakan hook merupakan gerakan keempat jari menahan beban yang

dilakukan secara vertikal, contoh penggunaan gerakan ini adalah ketika jari tangan memegang handle koper. Pada elemen gerakan hook, empat jari pada tangan meliputi jari telunjuk, jari tengah, jari manis, dan jari kelingking menahan beban pada saat melakukan pemegangan. Kekuatan tulang jari phalanx proximalis, phalanx media, dan phalanx distalis pada keempat jari sangat berperan dalam melakukan gerakan ini, karena beban dari benda yang dipegang sangat bergantung pada kekuatan keempat jari.

Gambar 2.7 Model gerakan palmar Sumber: Fukaya & Toyama, 2000 II-6

4.

Palmar Gerakan palmar adalah gerakan benda kerja berada di antara jari telunjuk

dan ditahan oleh ibu jari dengan arah gerakan semua jari ketengah, gerakan ini mirip dengan gerakan lateral. Tulang jari phalanx distalis pada jari telunjuk dan ibu jari melakukan gerakan palmar dengan menjepit benda di antara phalanx distalis kedua jari.

Gambar 2.8 Model gerakan palmar Sumber: Fukaya & Toyama, 2000

5.

Spherical Gerakan spherical melakukan gerakan pemegangan dengan benda kerja

ditahan oleh kelima jari tangan, gerakan ini digunakan ketika memegang benda berbentuk bola. Gerakan spherical melibatkan kelima jari agar benda yang dipegang tidak terjatuh. Kekuatan tulang jari phalanx proximalis, phalanx media dan phalanx distalis pada kelima jari sangat berperan dalam melakukan gerakan ini, karena beban dari benda yang dipegang sangat bergantung pada kekuatan kelima jari.

Gambar 2.9 Model gerakan tip Sumber: Fukaya & Toyama, 2000

6.

Lateral Gerakan lateral merupakan gerakan benda kerja berada dalam apitan antara

ibu jari tangan dengan jari telunjuk pada posisi kedua jari mengarah ke depan sedangkan ketiga jari mengarah ke belakang. Kemampuan dari jari telunjuk dan ibu jari tangan memegang peranan penting dalam melakukan gerakan lateral, dimana

II-7

benda dijepit pada tulang jari phalanx media dan phalanx distalis dari jari telunjuk dan ibu jari.

Gambar 2.10 Model gerakan lateral Sumber: Fukaya & Toyama, 2000

2.3

Telapak Tangan Manusia

Gambar 2.11 Struktur Tulang Telapak Tangan Sumber: Encyclopedia Britannica, Inc.

Telapak tangan manusia terdiri dari banyak tulang kecil yang disebut carpal, metacarpal, dan phalangeal. Tulang-tulang penyusun telapak tangan adalah tulang carpal dan tulang metacarpal. Tulang carpal disusun oleh tulang-tulang yang lebih kecil yaitu tulang Lunate, Triquteral, Capitate, Scapoid, Trapezoid, Trapezium. Sedangkan jari disusun oleh tiga tulang yaitu Proximal phalanx, Middle II-8

phalanx, dan Distal phalanx. Metacarpal merupakan tulang penyusun pada keempat jari yaitu jari kelingking, jari manis, jari tengah, dan jari telunjuk. Pada ibu jari disusun oleh tulang Metacarpal of thumb. Tulang Ulna dan Radius merupakan penghubung antara lengan dan telapak tangan, kedua tulang ini tepatnya terletak pada pergelangan tangan.

Gambar 2.12 Tulang telapak tangan dan pergelangan tangan kanan Sumber: J. Rohen, 2011

2.4

Tegangan dan Beban Unaksial Tegangan merupakan tahanan terhadap gaya-gaya luar (Jansen, 1989).

Tegangan diukur berdasarkan bentuk gaya per satuan luas dengan satuan pound per inchi persegi (psi) atau newton per milimeter persegi (Mpa). Tegangan yang dihasilkan pada keseluruhan benda tergantung dari gaya yang bekerja. Benda yang menerima beban ekternal akan memberikan reaksi berupa gaya dalam dengan besar sama namun arahnya berlawanan. Besarnya gaya persatuan luas pada bahan disebut tegangan yang ditunjukan dengan simbol sigma (𝜎). Tegangan normal (aksial) merupakan intensitas gaya pada suatu titik yang tegak lurus atau normal II-9

pada penampang atau gaya yang selalu bekerja tegak lurus normal terhadap permukaan yang mengalami tegangan. Dalam menghitung tegangan dapat dilakukan dengan persamaan dibawah ini. 𝐹

𝜎=𝑓=𝐴 Dengan;

F

= gaya yang bekerja dalam arah tegak lurus (N)

A

= luas penampang (mm2)

Gaya luar yang bekerja pada suatu batang sejajar terhadap sumbu utama dan potongan penampang batang konstan maka tegangan dalam yang dihasilkan sejajar terhadap sumbu tersebut. Gaya-gaya itu disebut gaya aksial dan tegangan yang timbul disebut tegangan aksial. Satuan internasional (SI) adalah Pa = Pascal = Newton/meter2 = N/m2 Batang-batang yang menahan gaya aksial, tegangan yang bekerja pada potongan yang tegak lurus terhadapa sumbu batang adalah tegangan normal saja, tegangan tarik tidak terjadi. Arah potongan ini memberikan tegangan normal maksimum dibandingkan arah-arah potongan lainya. Penyajian tanda gaya aksial yaitu positif (+) untuk tegangan tarik dan neggatif (-) untuk tegangan tarik. Salah satu masalah fundamental dalam mechanical engineering adalah menentukan pengaruh beban pada komponen mesin atau peralatan. Hal ini sangat essensial dalam perancangan mesin karena tanpa diketahuinya intensitas gaya di dalam elemen mesin, maka pemilihan dimensi, material, dan parameter lainnya tidak dapat dilakukan. Intensitas gaya dalam pada suatu benda didefinisikan sebagai tegangan (stress). Gambar 2.11 menunjukkan sebuah benda yang mendapat beban dalam bentuk gaya-gaya. Untuk mengetahui intensitas gaya di dalam benda maka dapat dilakukan dengan membuat potongan imaginer melalui titik O. Untuk menjaga prinsip kesetimbangan, tentu pada penampang potongan imajiner tesebut terdapat gaya-gaya dalam yang bekerja. Kalau penampang imaginer tersebut dibagi menjadi elemen-elemen yang sangat kecil ΔA, maka pada masing masing ΔA tersebut akan bekerja gaya dalam sebesar ΔF.

II-10

Gambar 2.13 Konsep Intensitas Gaya dalam Sebuah Benda yang Mendapat Beban

Pembebanan uniaksial pada suatu elemen mesin sering terjadi pada suatu elemen mesin seperti ditunjukkan pada gambar 4.2. Tegangan yang terjadi pada elemen yang mendapat beban uniaksial adalah tegangan normal yang arahnya selalu tegak lurus penampang. Distribusi tegangan normal akibat ganya uniaksial dapat diasumsikan terdistribusi secara seragam. Formula sederhana untuk menghitung tegangan normal akibat beban uniaksial adalah

Gambar 2.14 Distribusi Tegangan Normal Akibat Beban Uniaksial

II-11

2.5

Beban Beban yang bekerja pada batang dibedakan menjadi 3 macam, yaitu:

2.5.1

Beban terpusat Beban terpusat merupakan beban yang bekerja pada luasan yang relatif kecil

sebagai titik pusat beban. Beban terpusat dapat dilihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.15 Beban terpusat

Sumber: temonsoejadi.wordpress.com 2.5.2

Beban terbagi merata Beban terbagi merata merupakan beban yang bekerja merata pada luasan

yang lebih besar dan terbagi merata pada batang sederhana. Beban terbagi merata dapat dilihat pada gambar 2.9.

Gambar 2.16 Beban terbagi merata

Sumber: temonsoejadi.wordpress.com 2.5.3

Beban bervariasi uniform

Beban bervariasi uniform merupakan beban yang besarnya tidak merata di sepanjang batang. Disajikan pada gambar 2.5.

II-12

Gambar 2.17 Beban bervariasi uniform

Sumber: temonsoejadi.wordpress.com 2.6

Kekuatan bahan Kekuatan bahan berkaitan dengan hubungan antara gaya luar yang bekerja

dan pengaruhnya terhadap gaya dalam benda (Singer, 1980). Benda tidak dianggap lagi kaku ideal; deformasi meskipun kecil, merupakan sasaran utama. Sifat bahan suatu struktur mempengaruhi pemilihan dan ukuran yang memenuhi kekuatan dan kekakuan. Pada kekuatan bahan memperlihatkan distribusi gaya dalam yang bekerja pada penampang untuk menjaga kesetimbangan diagram benda bebas dari setiap segmen. Setiap komponen yang mereflesikan pengaruh beban terpasang yang berbeda dari setiap batang dan diberikan nama khusus, sebagai berikut: 2.6.1

Gaya aksial (Axial force). Komponen ini mengukur kerja tarikan atau tekanan di penampang. Suatu

tarikan menyatakan suatu gaya tarik yang cenderung memperpanjang batang, sedangkan suatu tekanan adalah gaya tekan yang cenderung memperpendek batang. Gaya ini disebut P. 2.6.2

Gaya geser (shear force). Gaya ini adalah komponen tahanan total akbiat geseran salah satu

penampang suatu bagian terhadap bagian lain. Resultan gaya geser disebut V, dan komponen 𝑉𝑌 dan 𝑉𝑍 menunjukan arahnya. 2.6.3

Torsi (Torque). Komponen ini mengukur tahanan puntir batang dan umumnya diberi

symbol T.

II-13

2.6.4

Momen lentur (Bending moment). Komponen ini mengukur tahanan lentur batang terhadap sumbu Y atau 𝑍

dan dikenal dengan symbol 𝑀𝑦 atau 𝑀𝑍 . Kekuatan bahan digunakan untuk mengetahui satu struktur dijamin aman terhadaap pengaruh dalam setiap maksimum yang bisa dihasilkan oleh setiap kombinasi beban.

2.7

Regangan Regangan adalah perubahan bentuk (Jensen, 1989). Semua bagian yang

mengalami gaya - gaya luar, selanjutnya tegangan dalam akan menjalalani perubahan bentuk (mengalami regangan). Perubahan bentuk total (total deformation) yang dihasilkan suatu batang dinyatakan dengan huruf 𝛿 (𝑑𝑒𝑙𝑡𝑎). Jika panjang batang adalah l, perubahan bentuk per satuan panjang dinyatakan dalam uruf 𝜀 = 𝑒𝑝𝑠𝑖𝑙𝑜𝑛. Persamaan untuk menghitung perubahan bentuk disajikan dalam persamaan berikut: 𝑃𝑒𝑟𝑢𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝐵𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘 (𝜀) = 2.8

𝑝𝑒𝑟𝑢𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑝𝑎𝑛𝑗𝑎𝑛𝑔

=

𝛿 𝐿

Hukum Hooke Salah satu sifat penting dari bahan struktur adalah struktur yang berubah

bentuk karena suatu gaya harus mampu kembali ke bentuk aslinya dengan sempurna, apabila gaya dilepas. Bahan yang mempunyai sifat ini disebut bahan elastik (Jensen, 1989). Setiap bahan memiliki sifat elastic fisis yang terbatas agar tetap terpelihara, maka perubahan bentuk dan tegangan yang menyertai perubahan bentuk tersebut tidak boleh melampau batas tertentu (batas elastik). Dalam Hukum Hooke menyatakan bahwa tegangan adalah sebanding dengan renggangan yang masih dalam batas elastis bahan. Kesebandingan tegangan terhadap tegangan dinyatakan sebagai perbandingan tegangan satuan terhadap regangan satuan atau perubahan bentuk. Sehingga dalam modulus elastisitas dapat ditentukan tegangan satuan (s) dan regangan satuan (𝜀) dari setiap bahan yang diberikan dinyatakan dengan E dapat dilihat pada persamaan berikut: 𝑡𝑒𝑔𝑎𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛

𝑀𝑜𝑑𝑢𝑙𝑢𝑠 𝐸𝑙𝑎𝑠𝑡𝑖𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 (𝐸) = 𝑝𝑒𝑟𝑢𝑏𝑎ℎ𝑎𝑛 𝑏𝑒𝑛𝑡𝑢𝑘 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 = II-14

𝑠 𝜀

2.9

Defleksi Deformasi pada batang dapat dilihat berdsarkan defleksi balok dari posisi

pembebananya. Defleksi merupakan perubahan bentuk pada balok akibat pembebanan vertikal. Pada gambar 2.12 (a) ditunjukan batang g pada kondisi awal sebelum deformasi dan gambar 2.12 (b) menunjukan batang yang telah mengalami deformasi akibat pembebanan. Perubahan bentuk dari kondisi awal sebelum deformasi dan setelah deformasi ditunjukan huruf y yaitu adanya pergeseran atau jarak.

Gambar 2.18 Perubahan bentuk batang

Sumber: temonsoejadi.wordpress.com 2.10

Faktor keamanan (Safety Factor) Faktor keamanan merupakan perbandingan antara gaya yang diperlukan

agar terjadi pecah (beban ultimate) dengan tegangan ijin suatu batang (beban ijin suatu batang) (Popov, 1978). Persamaan untuk mencari nilai faktor keamanan dapat dilihat pada persamaan berikut: Faktor Keamanan (Fs) =

𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 𝑠𝑢𝑎𝑡𝑢 𝑏𝑎𝑡𝑎𝑛𝑔 𝑏𝑒𝑏𝑎𝑛 𝑖𝑗𝑖𝑛 𝑠𝑢𝑎𝑡𝑢 𝑏𝑎𝑡𝑎𝑛𝑔

=

𝜎𝑦𝑖𝑒𝑙𝑑 𝜎𝑚𝑎𝑥

Perbandingan faktor keamanan ini harus lebih besar dari satu dimana perbandingan ini merupakan perbandingan antara yield maksimum material dengan tegangan maksimum hasil perhitungan. 2.11

Analisis Metode Elemen Hingga ( Finite Element Analysis) Analisa kekuatan sebuah struktur menjadi bagian yang penting dalam alur

kerja pengembangan desain dan produk. Analisa kekuatan dilakukan dengan rumusan teoritis menggunakan mekanika teknik dan struktur. Dalam penggunaan rumusan teoritis dilakukan penyederhanaan kondisi-kondisi sehingga hasil analisa yang diperoleh akurasi dan ketepatannya berkurang sehingga sulit diaplikasikan ke bentuk struktur yang kompleks. II-15

Salah satu metode yang digunakan untuk mengatasi hal tersebut yaitu metode elemen hingga (FEA) yaitu metode menggunakan pendekatan numerik untuk menganalisa sebuah struktur agar diperoleh solusi dari suatu permasalahan. Elemen tersebut bisa berupa garis, segitiga, atau setiap bentuk geometri. Desain yang akan dianalisis pertama-tama dibagi menjadi jumlah elemen hingga (meshing). Dimulai dari perancangan struktur, kemudian dilakukan pembebanan dan penetapan konfigurasi sebelum melakukan analisis. Setelah semua propertis simulasi telah terpenuhi dapat dilakukan analisis menggunakan software CAE (Computer Aided Engineering) Metode FEA digunakan dengan tujuan mengurangi biaya pengujian prototype suatu produk secara eksperimen. Istilah finite element analysis atau metode elemen hingga muncul pada tahun 1960, yang kemudian diakui sebagai cara yang efektif sehingga menjadi bidang pengkajian yang terkemuka dikalangan akademisi. Metode ini tidak hanya diterapkan dalam bidang aliran fluida, perpindahan kalor, medan magnet dan lainnya. Dalam bidang struktur, metode ini telah dikembangkan untuk menyelesaikan persoalan statik, dinamik, linier ataupun non linier. Metode finite element analysis adalah sebuah metode penyelesaian numerik yang menggunakan pendekatan dengan membagi-bagi (diskritasi) benda yang akan dianalisa menjadi bentuk elemen-elemen yang berhingga dan saling berkaitan. Software Autodesk Inventor adalah program paket yang dapat memodelkan elemen hingga, untuk menyelesaikan masalah yang berhubungan dengan mekanika, Secara umum metode penyelesaian FEA menggunakan Inventor dapat dibagi mejadi tiga langkah: 1. Processing (Pendefinisian masalah), pada langkah ini desainer membuat model 3D data dari struktur atau benda yang akan dianalisa, dapat dibuat di software Patran, dapat pula mengimpor data dari software CAD seperti Solid Works sehingga lebih mudah dalam menggambar model yang rumit. Kemudian model tersebut dibagi-bagi menjadi bagian kecil berupa elemen, proses ini disebut juga sebagai proses meshing. Elemen-elemen tadi dihubungkan dengan titik diskritisasi yang disebut node, node tertentu akan ditetapkan sebagai bagian yang kaku (fix displacement) dan node lain didefinisikan sebagai bagian yang II-16

terkena pembebanan (load). Pada proses ini juga didefinisikan sifat material yang digunakan seperti berat jenis, modulus elastisitas dan poisson rasio. Semua proses ini dikerjakan pada software Autodesk Inventor. 2. Analysis, Pada tahap ini seluruh data yang telah diinput pada langkah processing sebelumnya akan digunakan sebagai input pada kode elemen hingga untuk membangun dan menyelesaikan menggunakan sistem persamaan aljabar linier atau non linier. 3. Post Processing, adalah langkah akhir dari tahapan penggunaan software CAE Autodesk Inventor, tahap ini menampilkan hasil akhir analisa numerik dengan tampilan data displacement dan safety factor. Data yang ditampilkan adalah grafis dengan kontur warna yang berdegradasi yang menggambarkan tingkatan tegangan yang terjadi pada model geometri. 2.12

Proporsi Desain Proporsi dalam prinsip desain dimaksudkan adalah adanya hubungan yang

proporsional antara satu bagian dengan bagian lainnya dalam suatu susunan desain. Proporsi dapat diperoleh dengan cara : 1. Memperhatikan proporsi ukuran suatu bidang atau obyek. Misalnya standar

proporsi yang baik untuk segi empat panjang yaitu dua banding tiga. 2. Membuat perubahan untuk menghasilkan ukuran atau bentuk yang lebih enak

dipandang. 3. Dalam membagi suatu bidang menjadi dua bagian yang sama, hendaknya pusat

perhatian tidak diletakkan ditengah–tengah, tetapi agak digeser ke tepi. Proporsi, menurut Vitruvius, berkaitan dengan keberadaan hubungan tertentu antara ukuran bagian terkecil dengan ukuran keseluruhan. Proporsi merupakan hasil perhitungan bersifat rasional dan terjadi apabila dua buah perbandingan adalah sama a:b = c:d (a,b,c,d = ukuran tinggi, lebar dan kedalaman dari unsur-unsur atau massa keseluruhan) 2.13

Penelitian Terdahulu Prosthetic hand sebagai pengganti tangan berperan sangat penting dalam

aktivitas manusia sehingga berkembang banyak sekali penelitian mengenai prosthetic hand. Banyak peneliti dari berbagai disiplin ilmu tertarik untuk memahami dan mengembangkan prosthetic hand. Dikarenakan banyak sekali II-17

penelitian mengenai prosthetic hand, hasil rancangan hingga kriteria antara satu penelitian dengan penelitian lainnya berbeda dan dipengaruhi oleh kebutuhan yang berbeda pula. Variabel yang terus dikembangkan antara lain jumlah DOF (degree of freedom), jumlah jari hingga penggunaan actuator. Di Laboratorium Perencanaan dan Perancangan Produk (LPPD) Universitas Sebelas Maret, Surakarta, telah dikembangkan rancangan jari dan ibu jari secara anthropomorphic. Rancangan low cost anthropomorphic finger tersebut untuk menjawab dan memenuhi kebutuhan akan prosthetic hand di Indonesia (Kuncara dkk., 2012). Untuk jari dihasilkan desain anthropomorphic prosthetic finger 1 DOF dengan mekanisme penggerak pada link bagian pangkal jari menggunakan sistem tarik untuk meminimalisasi terjadinya buckling kebalikan dari sistem LARM Hand. Desain jari tangan anthropomorphic dioptimalisasi berdasarkan kemiripan posisi sudut dan total panjang jari pada saat jari tangan manusia menggenggam secara maksimum. Optimalisasi dijalankan secara sederhana sesuai dengan path yang terbentuk dari gerakan jari tangan dalam menggenggam benda silindris ukuran standar pria Indonesia. Untuk ibu jari telah dilakukan penelitian mengenai desain optimum mekanisme penggerak ibu jari yang berdasar gerakan penggenggaman tangan terhadap objek silinder. Mekanisme penggerak menggunakan sistem tarik. Optimasinya didasarkan pada jalur pergerakan penggenggaman. Dalam rancangan optimal tersebut, panjang masing-masing link dirinci melalui data Tabel 2.1.

(a) (b) Gambar 2.1 Mekanisme gerak Optimum Jari Telunjuk (a) dan Ibu Jari (b)

II-18

Tabel 2.1 Rancangan Ibu jari dan Jari Optimal Jari Ibu Jari Panjang Link Panjang Link Link Link (mm) (mm) I1 50 I1 29 I2 25 I2 20 I3 10.5 I3 4.356 I4 9.877 I4 2.614 I5 52.108 I5 27.927 I6 5.544 I6 3.688 I7 3.595 I7 28.375 I8 26.609 I9 3.247

II-19